稱的雙J1型回路組成，包括輸入衰減器、輸出衰減器和檢測探頭；其中， 札、私和R 3構(gòu)成輸入衰減器，R 4、1?5和R 6構(gòu)成輸出衰減器，它們的作用是使π網(wǎng)絡(luò)的阻抗和 測量儀器（250Β測試系統(tǒng)）的阻抗相匹配，π型網(wǎng)絡(luò)里連有測量探頭，探頭選用的是平行 兩針式探頭，探頭上兩探針的距離固定不變。信號經(jīng)過η型網(wǎng)絡(luò)后得到測試信號，用相位 計和電壓表分別測量參考信號和測試信號的相位差和幅度衰減。
[0065] 該方法實施前需要先用介電常數(shù)已知的介質(zhì)進行標定，標定的方法為：先用上述 的電路測量電磁波經(jīng)過介電常數(shù)已知的介質(zhì)前后的相位變化，然后擬合相位差和介電常數(shù) 之間的關(guān)系，調(diào)整電路的參數(shù)，反復(fù)建立模型，直到得出最佳的測試模型，利用得到的最佳 模型對介電常數(shù)未知的介質(zhì)進行檢測。該方法主要用來測量土壤的介電常數(shù)進而得到土壤 的水分，還可用于測量植物油的介電常數(shù)，對植物油的種類進行識別。
[0066] 以下以檢測食用植物油（花生油）的種類為例，介紹本發(fā)明提供一種基于網(wǎng)絡(luò)分 析儀的介質(zhì)介電常數(shù)測量方法具體的實施方案：
[0067] 本實施例建立模型選用的是介電常數(shù)已知的15種介質(zhì)，其介電常數(shù)均勻分布在 1~80之間。測試信號的頻率在10ΜΗΖ-210ΜΗΖ之間挑選，通過實驗比較各個頻率得到的相 位差和介電常數(shù)之間的關(guān)系模型的相關(guān)系數(shù)R的大小，挑選出最佳的測試頻率。
[0068] 首先需要調(diào)整測量的參數(shù)，主要包括測試信號頻率的調(diào)整和用于減小誤差的π 網(wǎng)絡(luò)阻抗匹配電路中各個電阻阻值的調(diào)整。
[0069] 本實施例中，測試信號頻率的具體調(diào)整方法為：使用網(wǎng)絡(luò)分析儀在頻率為 IOMHz~210MHz之間每隔IOMHz產(chǎn)生一個測試信號，測量各個頻率經(jīng)過16種介電常數(shù)已知 的介質(zhì)前后的相位差，將介電常數(shù)平方根和相位差進行線性擬合，比較各個頻率得到的關(guān) 系模型相關(guān)系數(shù)的大小，選取相關(guān)系數(shù)最大時的頻率為測試頻率。
[0070] π網(wǎng)絡(luò)阻抗匹配電路各阻值具體調(diào)整方法：首先計算出探針在介質(zhì)中的特征阻 抗。理論上，探頭在介質(zhì)中的特征阻抗與探頭匹配電路的阻抗越接近，則實際測量數(shù)據(jù)與理 論模型越吻合。根據(jù)計算得到的特征阻抗值，探頭匹配電路取幾組接近特征阻抗的阻值， 可以通過計算得到匹配電路中6個電阻對于的阻值，然后再對介電常數(shù)已知的16種實驗介 質(zhì)進行實驗，比較各組得到的模型的相關(guān)系數(shù)，取相關(guān)系數(shù)最大時得到的探頭匹配電路阻 抗。本實施例中，電阻Rl~R6的電阻值分別為158Ω、14. 3Ω、66. 5Ω、14. 3Ω、158Ω和 66. 5Ω 0
[0071] 選取好上述參數(shù)（包括測試信號頻率和用于減小誤差的π網(wǎng)絡(luò)阻抗匹配電路中 各個電阻的阻值）后，用調(diào)整后的電路測量單一頻率信號經(jīng)過介電常數(shù)已知的16種介質(zhì)的 相位差，將得到的相位差與介電常數(shù)的平方根進行線性擬合，模型公式為Δ0 = mVf，其中 Δ0表示相位差，\表示介電常數(shù)，m為常數(shù)，m = 2 π fk ;通過線性擬合后可以得到m的值。
[0072] 通過上述基于網(wǎng)絡(luò)分析儀的介質(zhì)介電常數(shù)測量方法對食用植物油（花生油）進行 檢測，例如，可以選取市場上常見的三個品牌的花生油，如魯花、金龍魚和龍大品牌的花生 油，用上述方法測量信號經(jīng)過三個品牌花生油后的相位差，根據(jù)上述方法獲得的函數(shù)關(guān)系 式，可以得出花生油的介電常數(shù)，即可得到市場上合格的花生油的介電常數(shù)的范圍。當需要 檢測判斷某種花生油是否合格時，可以用該方法測量待檢測的花生油的介電常數(shù)，再將測 得的介電常數(shù)和之前得到的合格花生油的介電常數(shù)范圍進行比較，若在合格花生油的介電 常數(shù)范圍內(nèi)，則可以判斷得出該花生油是合格的，若不在合格花生油的介電常數(shù)范圍內(nèi)，則 可以判斷得出該花生油摻雜了其他的物質(zhì)，不是合格的花生油。
[0073] 需要注意的是，公布實施例的目的在于幫助進一步理解本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技 術(shù)人員可以理解：在不脫離本發(fā)明及所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)，各種替換和修改都是 可能的。因此，本發(fā)明不應(yīng)局限于實施例所公開的內(nèi)容，本發(fā)明要求保護的范圍以權(quán)利要求 書界定的范圍為準。
【主權(quán)項】
1. 一種基于網(wǎng)絡(luò)分析儀的介質(zhì)介電常數(shù)測量方法，包括如下步驟： 1) 利用網(wǎng)絡(luò)分析儀和網(wǎng)絡(luò)檢測電路，調(diào)整好檢測電路參數(shù)； 2) 以設(shè)定的檢測信號頻率測量電磁波經(jīng)過介電常數(shù)已知的介質(zhì)前后的相位變化，得到 相應(yīng)的相位差； 3) 擬合步驟2)得到的相位差和已知介電常數(shù)之間的關(guān)系，建立相位差和介電常數(shù)的 關(guān)系t吳型； 4) 調(diào)整檢測信號頻率，重復(fù)步驟2)~3)，反復(fù)建立相位差和介電常數(shù)關(guān)系模型，直到 得出最佳檢測頻率和相應(yīng)的最佳檢測關(guān)系模型； 5) 以最佳檢測頻率測量電磁波經(jīng)過介電常數(shù)未知的介質(zhì)前后的相位變化，得到相應(yīng)的 相位差； 6) 利用步驟4)得到的最佳檢測模型，計算得到介電常數(shù)未知的介質(zhì)的介電常數(shù)，完成 檢測。2. 如權(quán)利要求1所述基于網(wǎng)絡(luò)分析儀的介質(zhì)介電常數(shù)測量方法，其特征是，步驟1)所 述網(wǎng)絡(luò)分析儀為美國SM公司的網(wǎng)絡(luò)分析儀250B測試系統(tǒng)；所述網(wǎng)絡(luò)檢測電路為JT型網(wǎng) 絡(luò)測試電路。3. 如權(quán)利要求2所述基于網(wǎng)絡(luò)分析儀的介質(zhì)介電常數(shù)測量方法，其特征是，步驟1)所 述檢測電路參數(shù)主要包括檢測信號頻率和用于減小誤差的網(wǎng)絡(luò)阻抗匹配電路中各個電 阻的阻值。4. 如權(quán)利要求2所述基于網(wǎng)絡(luò)分析儀的介質(zhì)介電常數(shù)測量方法，其特征是，所述網(wǎng)絡(luò) 分析儀250B測試系統(tǒng)包括信號發(fā)生器、頻率計數(shù)器、衰減器、功率分配器、30dB衰減器、延 長器/線平衡器、相位計和電壓表；所述250B測試系統(tǒng)的信號發(fā)生器產(chǎn)生一個信號，經(jīng)過 衰減器衰減后，由功率分配器將信號分為兩路電信號，一路經(jīng)過30dB衰減器后作為參考信 號，另一路信號經(jīng)過延長器/線平衡器后進入型網(wǎng)絡(luò)測試電路。5. 如權(quán)利要求2所述基于網(wǎng)絡(luò)分析儀的介質(zhì)介電常數(shù)測量方法，其特征是，所述型 網(wǎng)絡(luò)測試電路由對稱的雙型回路組成，包括輸入衰減器、輸出衰減器和檢測探頭；所述 輸入衰減器和輸出衰減器用于使得型網(wǎng)絡(luò)的阻抗和250B測試系統(tǒng)的阻抗相匹配；所述 檢測探頭為平行兩針式探頭，探頭上兩探針的距離固定不變；信號經(jīng)過型網(wǎng)絡(luò)后得到測 試信號；用相位計和電壓表分別測量參考信號和測試信號的相位差和幅度衰減。6. 如權(quán)利要求1所述基于網(wǎng)絡(luò)分析儀的介質(zhì)介電常數(shù)測量方法，其特征是，步驟2)所 述介電常數(shù)已知的介質(zhì)為多種。7. 如權(quán)利要求6所述基于網(wǎng)絡(luò)分析儀的介質(zhì)介電常數(shù)測量方法，其特征是，步驟2)所 述介電常數(shù)已知的介質(zhì)為介電常數(shù)均勾分布在1~80的15種介質(zhì)。8. 如權(quán)利要求1所述基于網(wǎng)絡(luò)分析儀的介質(zhì)介電常數(shù)測量方法，其特征是，步驟3)所 述相位差和介電常數(shù)的關(guān)系模型為式3中，祕表示相位差；e表示介電常數(shù)；2fk為常數(shù)。9. 如權(quán)利要求1所述基于網(wǎng)絡(luò)分析儀的介質(zhì)介電常數(shù)測量方法，其特征是，所述檢測 信號頻率具體為IOMHz~210MHz之間每隔IOMHz產(chǎn)生一個測試信號。10.如權(quán)利要求9所述基于網(wǎng)絡(luò)分析儀的介質(zhì)介電常數(shù)測量方法，其特征是，步驟4)所 述最佳檢測頻率，具體為測量各個頻率經(jīng)過所設(shè)定的多種介電常數(shù)已知的介質(zhì)前后的相位 差，將介電常數(shù)平方根和相位差進行線性擬合，比較各個頻率得到的關(guān)系模型相關(guān)系數(shù)的 大小，選取相關(guān)系數(shù)最大時的頻率為最佳檢測頻率；所述最佳檢測頻率下檢測得到的相位 差和介電常數(shù)平方根進行線性擬合得到的關(guān)系模型，作為所述最佳檢測關(guān)系模型；所述關(guān) 系模型相關(guān)系數(shù)R通過式4得到：式4中，n為用于回歸分析的測試樣點數(shù)；X1是在第i個樣點實際的介電常數(shù)；f:是所 有樣點介電常數(shù)的平均值；71是根據(jù)回歸方程由在第i個樣點測得的相位差計算得到的介 電常數(shù)；羅是所有樣點預(yù)測值的平均。
【專利摘要】本發(fā)明公布了一種基于網(wǎng)絡(luò)分析儀的介質(zhì)介電常數(shù)測量方法，包括：利用網(wǎng)絡(luò)分析儀和網(wǎng)絡(luò)檢測電路，調(diào)整好檢測電路參數(shù)；以設(shè)定頻率測量電磁波經(jīng)過介電常數(shù)已知的介質(zhì)前后的相位變化，得到相應(yīng)的相位差；擬合相位差和介電常數(shù)之間的關(guān)系，建立關(guān)系模型；調(diào)整檢測信號頻率重復(fù)測量，反復(fù)建立相位差和介電常數(shù)關(guān)系模型，直到得出最佳檢測頻率和相應(yīng)的最佳檢測關(guān)系模型；以最佳檢測頻率測量電磁波經(jīng)過介電常數(shù)未知的介質(zhì)前后的相位變化，得到相應(yīng)的相位差；利用最佳檢測模型計算得到介電常數(shù)未知的介質(zhì)的介電常數(shù)。本發(fā)明提供方法操作簡單，可選用非綜合性網(wǎng)絡(luò)分析儀，成本較低，易于推廣。
【IPC分類】G01R27/26
【公開號】CN105137199
【申請?zhí)枴緾N201510590507
【發(fā)明人】吳靜珠, 王克棟, 彭燕, 陳巖, 劉翠玲
【申請人】北京工商大學(xué)
【公開日】2015年12月9日
【申請日】2015年9月16日