CN103293389A - 材料电磁参数高温测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种材料电磁参数高温测试系统，包括待测试波导、带航空接头的高温波导测试座、矢量网络分析仪、带有LAN接口的微机、打印机和带航空接头的智能温控器，待测试波导安装在高温波导测试座上并通过两根稳相电缆分别与矢量网络分析仪的Port1和Port2相连，用于将测试数据传至该分析仪；矢量网络分析仪的GPIB口通过GPIB卡与微机的USB口相连，用于将分析结果传至该微机；微机通过串口与智能温控器相连，用于读取温度数据并对该温控器予以控制，同时该微机还通过USB口与打印机相连；智能温控器的航空接头通过航空接头电缆与高温波导测试座上的航空接头相连，用于读取该测试座的温度值。本发明适用于微波吸收材料的测试表征。

Description

材料电磁参数高温测试系统

技术领域

本发明涉及一种微波厘米波和毫米波测试技术，尤其涉及一种材料电磁参数高温测试系统。

背景技术

吸波材料广泛地应用于民用和军事领域中，而电磁参数是用来表征吸波材料吸波性能的一个重要指标参数。然而，随着新一代军事飞行器的马赫数提高，由于气动加热，隐形飞行器的一些部位温度高达500℃～900℃。因此，新一代军事飞行器对隐身/防热/结构功能一体化材料的迫切需求，研制高温吸波材料的任务非常紧迫。材料电磁参数高温测试系统是微波吸收材料研究和表征的基本条件，建立测试系统对微波吸收材料的研究、开发和应用，具有举足轻重的作用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可适用于研制高温吸波材料的材料电磁参数高温测试系统。

本发明提供的材料电磁参数高温测试系统，包括待测试波导、带航空接头的高温波导测试座、矢量网络分析仪、带有LAN接口的微机、打印机和带航空接头的智能温控器，待测试波导安装在高温波导测试座上并通过两根稳相电缆分别与矢量网络分析仪的Port1和 Port2相连，用于将测试数据传至该分析仪；矢量网络分析仪的GPIB口通过GPIB卡与微机的USB口相连，用于将分析结果传至该微机；微机通过串口与智能温控器相连，用于读取温度数据并对该温控器予以控制，同时该微机还通过USB口与打印机相连；智能温控器的航空接头通过航空接头电缆与高温波导测试座上的航空接头相连，用于读取该测试座的温度值。

所述高温波导测试座包括冷却液箱、波导定位箱、外冷却回路、热电偶、加热体、电器盒、高温合金波导管和安装在该高温合金波导管两端的波导法兰，所述冷却液箱内安装有若干冷却泵，所述波导定位箱安装在冷却液箱上，在该波导定位箱内设有冷却通道，所述冷却液箱内的冷却液通过外冷却回路与波导定位箱内的冷却通道连通，所述加热体安装在高温合金波导管的中心外侧，所述高温合金波导管安装在波导定位箱上，在所述加热体内的高温合金波导管上设有一热电偶探头定位点，所述电器盒安装在冷却液箱上，航空接头安装在电器盒上，所述热电偶穿过波导定位箱、保温材料、加热体固定在该热电偶探头定位点内，待测试波导通过波导法兰固定在高温合金波导管的两端。

所述外冷却回路包括对称布置在波导定位箱两端的进水管、若干中间水管和出水管，所述进水管一端与冷却液箱内的冷却泵相连，一端通过各中间水管与波导定位箱的冷却通道的进口相连，所述出水管连接于波导定位箱的冷却通道的出口与冷却液箱之间。

为阻挡高温合金波导管壁上的热量向波导法兰端面转移，保证波导法兰端面的温度在70度以下，确保测试的正常进行，所述波导定位箱与波导法兰之间的高温合金波导管四周包裹有波导冷却管，该波导冷却管的一端通过外冷却回路的进水管与冷却液箱内的冷却泵相连，一端通过过滤管与外冷却回路的中间水管相连。

为减少热传递，在靠近加热体两端的高温合金波导管外壁上对称开有若干隔热槽，在所述隔热槽内填充有高温无机胶。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1通过热电偶固定在热电偶探头定位点上，从而对高温合金波导管内加热体进行精确控温且升温快速，测试温度范围：室温500℃～900℃，温控精度：±0.5℃；通过冷却液箱、外冷却回路与波导定位箱内的冷却通道连通，利用循环冷却液快速带走从高温合金波导管壁上散发的热量，确保波导定位箱外的温度不超出安全范围；通过在加热体外设置保温材料，可以阻断加热体热量沿高温合金波导管壁方向向外传导，减少热量流失，确保高温合金波导管在达到设定温度后的温度均衡；

2、计算机软件程序控温，实时采集，记录温控数据，有效监控测试座的工况，便于故障快速排除，延长使用寿命，可连续恒温工作4小时；

3、材料电磁参数测试误差：在常温下Δεr/εr≤±10%，Δtanδε≤±10%＋0.05，Δμr/μr≤±10%，Δtanδμ≤±10%＋0.05；在中高温度（≤700℃）下Δεr/εr≤±15%，Δtanδε≤±15%＋0.05，Δμr/μr≤±15%，Δtanδμ≤±15%＋0.05。

本发明采用“网络参数法”中的传输--反射法（Niclson 测试物理模型）进行中等损耗材料电磁参数测试，适用于微波吸收材料的测试表征，是隐身材料研发和设计所必备的技术手段和装备。

附图说明

图1为本发明的系统框图。

图2为本发明中高温波导测试座的结构示意图。

图3为图2左视局部剖视结构示意图。

图4为图2A-A处局部结构示意图。

图5为图4B-B处剖视放大结构示意图。

图6为按磁性计算聚四氟乙烯的测试结果。

图7为按非磁性计算聚四氟乙烯的测试结果。

图8为按磁性计算微晶玻璃的测试结果。

图9为按非磁性计算微晶玻璃的测试结果。

图10为微晶玻璃700℃校准700℃测试结果。

图11为微晶玻璃800℃重复测试结果-介电常数实部和虚部。

图12为微晶玻璃800℃重复测试介电常数实部。

图13为多孔陶瓷材料介电温谱-实部。

图14为多孔陶瓷材料介电温谱-实部。

具体实施方式

从图1至图5可以看出，本发明这种材料电磁参数高温测试系统，包括待测试波导、带航空接头的高温波导测试座、矢量网络分析仪、带有LAN接口的微机、打印机和带航空接头的智能温控器，待测试波导安装在高温波导测试座上并通过两根稳相电缆分别与矢量网络分析仪的Port1和 Port2相连，用于将测试数据传至该分析仪；矢量网络分析仪的GPIB口通过Agilen 82357A的GPIB卡与微机的USB口相连，用于将分析结果传至该微机；微机通过串口与智能温控器相连，用于读取温度数据并对该温控器予以控制，同时该微机还通过USB口与打印机相连；智能温控器的航空接头通过7芯的航空接头电缆与高温波导测试座上的航空接头相连，用于读取该测试座的温度值。

从图2至图5可以看出，本发明的高温波导测试座包括包括冷却液箱1、波导定位箱2、外冷却回路3、热电偶4、加热体5、高温合金波导管6、位于高温合金波导管两端的波导法兰7和带航空接头的电器盒10，在冷却液箱1内安装有两个冷却泵11，在波导定位箱2内设有冷却通道21，波导定位箱2安装在冷却液箱1上，冷却液箱内的冷却液通过外冷却回路3与波导定位箱内的冷却通道连通，加热体5安装在高温合金波导管6的中心外侧，高温合金波导管6安装在波导定位箱2上，在该加热体5的外壁与波导定位箱2的内壁之间、高温合金波导管6的外壁与波导定位箱2的内壁之间都填充有保温材料8，在靠近加热体5两端的高温合金波导管6的外壁上对称布置开有若干隔热槽61，在该隔热槽61内填充有高温无机胶，在加热体5内的高温合金波导管6上设有一热电偶探头定位点62，热电偶4穿过波导定位箱1、保温材料8、加热体5固定在该热电偶探头定位点62内，电器盒10安装在冷却液箱1上，待测试波导通过波导法兰7固定在高温合金波导管6的两端。

从图2至图5还可以看出，外冷却回路3包括对称布置在波导定位箱2两端的进水管31、若干中间水管32和出水管33，进水管31一端与冷却液箱1内的冷却泵11相连，一端通过各中间水管32与波导定位箱2内冷却通道21的进口相连，出水管32连接于波导定位箱2内冷却通道21的出口与冷却液箱1之间。

从图2和图4还可以看出，在本发明的波导定位箱2与波导法兰7之间的高温合金波导管6四周包裹有波导冷却管9，该波导冷却管9的一端通过外冷却回路3的进水管31与冷却液箱1内的冷却泵11相连，一端通过过滤管91与外冷却回路3的中间水管32相连。

本发明的使用过程如下：

在连接系统之前，请先不要插入电源线，并先保证有良好的接地，同时小心不要接触到所联的内导体。在连接微波电缆或微波接头的过程中，应避免稳相电缆弯曲半径过小，绝对不能接触稳相电缆或微波接头的内导体，并戴上防静电手镯。

在连接时应注意只有对应的连接线才能接入，其连接过程如下：

(1)、将矢量网络分析仪的地线连接接到可靠地线上，并将智能温控器的地线与高温波导测试座的地线和电源线的地线相连。

(2)、 将GPIB卡(Agilen 82357A)的一端连接到矢量网络分析仪的GPIB口并上紧螺钉，其另一端连接到微机的一个USB口。

(3)、将微机连接好，并用打印机的连接线将打印机连接到微机的USB口上。

(4)、用串口线将微机的串口和智能温控器的串口连接，并用螺钉旋紧。  

(5)、 用一根7芯电缆，电缆两端为7芯航空接头，分别与智能温控器和高温波导测试座上的航空接头连接起来，并旋紧螺帽，保证可靠连接，该7芯航空接头电缆中的1、2号线为热电偶线，3、4号线为冷却泵电源线，5号接地线，6、7为智能温控器输出线。

(6)、将与矢量网络分析仪的Port1和 Port2相连的两根稳相电缆分别与高温波导测试座的两个待测试波导相连，若端口接头类型不匹配，请接入合适的转换接头。

(7)、接入矢量网络分析仪、智能温控器、微机、打印机的电源线。

设置测量系统的工作参数；X波段，Ku波段，对测量系统进行TRL校准；安装聚四氟乙烯材料样品进行材料电磁参数测量，获得测量数据如图6至图12所示，从上述测试结果可以看出，比对聚四氟乙烯的标准数据（介电实部为2.04，虚部为0；磁导率实部为1，虚部为0），介电常数与磁导率实部的测试误差均小于3%，虚部因为太小，无法计算相对测试误差。除了对聚四氟乙烯材料样品进行测量外，还对一些自研的材料参数样品进行了测量，测试操作正常。

用Ku波段高温座测试多孔陶瓷的测试数据如图13、图14所示。

Claims (5)

1.一种材料电磁参数高温测试系统，其特征在于：包括待测试波导、带航空接头的高温波导测试座、矢量网络分析仪、带有LAN接口的微机、打印机和带航空接头的智能温控器，待测试波导安装在高温波导测试座上并通过两根稳相电缆分别与矢量网络分析仪的Port1和 Port2相连，用于将测试数据传至该分析仪；矢量网络分析仪的GPIB口通过GPIB卡与微机的USB口相连，用于将分析结果传至该微机；微机通过串口与智能温控器相连，用于读取温度数据并对该温控器予以控制，同时该微机还通过USB口与打印机相连；智能温控器的航空接头通过航空接头电缆与高温波导测试座上的航空接头相连，用于读取该测试座的温度值。

2.根据权利要求1所述的材料电磁参数高温测试系统，其特征在于：所述高温波导测试座包括冷却液箱、波导定位箱、外冷却回路、热电偶、加热体、电器盒、高温合金波导管和安装在该高温合金波导管两端的波导法兰，所述冷却液箱内安装有若干冷却泵，所述波导定位箱安装在冷却液箱上，在该波导定位箱内设有冷却通道，所述冷却液箱内的冷却液通过外冷却回路与波导定位箱内的冷却通道连通，所述加热体安装在高温合金波导管的中心外侧，所述高温合金波导管安装在波导定位箱上，在所述加热体内的高温合金波导管上设有一热电偶探头定位点，所述电器盒安装在冷却液箱上，航空接头安装在电器盒上，所述热电偶穿过波导定位箱、保温材料、加热体固定在该热电偶探头定位点内，待测试波导通过波导法兰固定在高温合金波导管的两端。

3.根据权利要求2所述的材料电磁参数高温测试系统，其特征在于：所述外冷却回路包括对称布置在波导定位箱两端的进水管、若干中间水管和出水管，所述进水管一端与冷却液箱内的冷却泵相连，一端通过各中间水管与波导定位箱的冷却通道的进口相连，所述出水管连接于波导定位箱的冷却通道的出口与冷却液箱之间。

4.根据权利要求3所述的材料电磁参数高温测试系统，其特征在于：所述波导定位箱与波导法兰之间的高温合金波导管四周包裹有波导冷却管，该波导冷却管的一端通过外冷却回路的进水管与冷却液箱内的冷却泵相连，一端通过过滤管与外冷却回路的中间水管相连。

5.根据权利要求2所述的材料电磁参数高温测试系统，其特征在于：在靠近加热体两端的高温合金波导管外壁上对称开有若干隔热槽，在所述隔热槽内填充有高温无机胶。

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