CN111537802B - 快速提取液体电导率参数的方法 - Google Patents

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Abstract

一种快速提取液体电导率参数的方法，由空心的N型微波连接器同轴级联构成谐振腔并分别填充空气和待测液体样品后测量其谐振特性，通过比较两次测量结果并结合液体参数模型库分析得到待测液体的电导率特性。本发明通过改装过的微波常见的N型连接器作为谐振腔，能够解决在没有电导率测试仪的情况下的参数提取问题。

Description

快速提取液体电导率参数的方法
技术领域
本发明涉及的是一种微波领域的技术，具体是一种快速提取液体电导率参数的方法，可用于评估电磁波在该液体介质传输时的损耗特性、用于检测水中溶解性矿物质浓度的变化和估计水中离子化合物的数量。
背景技术
谐振腔是提取固体材料介电常数和损耗角的经典算法之一，在固体测量中得到了广泛的应用。该方法通常测量样品加载腔体的谐振频率的，从而推测待测样品的介电常数等，但是该方法对谐振结构具有较高的机械精度要求。现有溶液电导率测定仪，价格昂贵，在没有电导率仪的前提下，如何快速而低成本的获取液体的电磁参数是一个具有一定工程应用价值的问题。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种快速提取液体电导率参数的方法，采用改装过的微波常见的N型连接器作为谐振腔，能够解决在没有电导率测试仪的情况下的参数提取问题。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及一种快速提取液体电导率参数的方法，由空心的N型微波连接器同轴级联构成谐振腔并分别填充空气和待测液体样品后测量其谐振特性，通过比较两次测量结果并结合液体参数模型库分析得到待测液体的电导率特性。
所述的改装的N型微波连接器是指：将连接器的内导体去除，仅使用N型连接器的外部腔体结构且一端与N型短路件相连。
所述的级联，优选为二级和三级级联。
所述的测量其谐振特性，具体操作是：首先对矢量网络分析仪进行单端口校准，然后将二级和三级N型微波连接器分别端接到校准端口，得到的单端口器件的S参数。
所述的比较两次测量结果，具体操作是：首先测量改装的N型微波连接器内部填充为空气时得到的谐振特性，再在改装的N型微波连接器内部填入待测液体并再次测量谐振特性，比较二次测量的谐振曲线。
所述的比较，具体是指：对比两次所测曲线的谐振峰位置及幅度，并且将S参数转换为Y参数或者Z参数，分别比较参数的实部和虚部。
所述的液体参数模型库是指：该库由软件仿真获得，建立改装型的N型连接器并在其中填充一定介电常数的液体，将液体的电导率设置为变量，建议扫描范围为0.1-0.5，变量间隔为0.01，利用软件进行变量的参数扫描，经过计算，提取Q值，
Figure BDA0002505922690000021
其中：Zin和Yin均由S参数转换获得，ω0为所关心的角频率，Im(Zin)和Im(Zin)为Zin和Yin虚部，Re(Yin)和Im(Zin)分别为为Zin和Yin实部。根据上式我们建立电导率与Q值的变化规律。
所述的软件仿真，采用但不限于HFSS、ADS monmentumm等实现。
所述的变化规律，具体是指：随着液体电导率的增加，谐振器的Q值降低。
所述的分析具体是指：通过比较待测样品的实测S参数数据，在液体参数模型库中寻找与之一致的样本，即容差在±0.01之间。
技术效果
本发明整体解决了现有技术无法快速提取液体介电常数的问题。本发明使用最常见的微波N型连接器，进行适当的改装即可作为测试腔体，无需特殊加工并建立的模型库，可以快速获取待测液体的介电常数。
附图说明
图1为实施例仿真模型图；
图2为转接器示意图；
图3为实施例两级N型谐振腔的S参数随着不同电导率的变化曲线；
图4为实施例两级N型谐振腔的Yin参数实部和虚部随着不同电导率的变化曲线；
图中：a为N型转接器；b为短路负载。
具体实施方式
本实施例涉及的快速提取液体电导率参数的方法可应用于所有具有矢量网络分析仪的实验室或者工厂。如图1所示，本实施例包括以下步骤：
1)分别将二级N型微波转接器和三级N型微波转接器短接N型短路负载；
2)使用矢量网络分析仪进行检测，获得谐振腔体的空气状态的散射参数、导纳参数和阻抗参数，获得谐振腔的Q值曲线；
3)根据步骤1中的实际尺寸，分别在电磁场软件中构建物理仿真模型，三级N型谐振腔的仿真模型如图1所示；
4)在步骤3)中仿真模型中填充液体介质，液体介质的介电常数和电导率在一定范围进行参数扫描，建立不同电导率液体的谐振腔Q值库；
5)实测待测水样，提取Q值并与模型仿真Q值库结果比对，即可待测水样的电磁参数。
经过具体实际实验，在有矢量网络分析仪的实验室中，运行上述方法，能够得到的实验数据是：S参数，Q值以及介电常数，如图3、图4以及表1所示。
表1不同液体的电导率数值
Figure BDA0002505922690000031
与现有技术相比，本方法节约成本，不需要采购介电常数测试仪，快速且准确提取液体介电常数。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (5)

1.一种快速提取液体电导率参数的方法，其特征在于，由空心的N型微波连接器同轴级联构成谐振腔并分别填充空气和待测液体样品后测量其谐振特性，通过比较两次测量结果并结合液体参数模型库分析得到待测液体的电导率特性；
所述的改装的N型微波连接器是指：将连接器的内导体去除，仅使用N型连接器的外部腔体结构且一端与N型短路件相连；
所述的比较两次测量结果，具体操作是：首先测量改装的N型微波连接器内部填充为空气时得到的谐振特性，再在改装的N型微波连接器内部填入待测液体并再次测量谐振特性，比较二次测量的谐振曲线；
所述的比较，具体是指：对比两次所测曲线的谐振峰位置及幅度，并且将S参数转换为Y参数或者Z参数，分别比较参数的实部和虚部；
所述的液体参数模型库是指：该库由软件仿真获得，建立改装型的N型连接器并在其中填充液体，将液体的电导率设置为变量，扫描范围设置为0.1-0.5，变量间隔设置为0.01，利用软件进行变量的参数扫描，经计算
Figure FDA0002943339410000011
其中：Zin和Yin均由S参数转换获得，ω0为所关心的角频率，Im(Zin)和Im(Zin)为Zin和Yin虚部，Re(Yin)和Im(Zin)分别为为Zin和Yin实部，从而建立电导率与Q值的变化规律。
2.根据权利要求1所述的快速提取液体电导率参数的方法，其特征是，所述的级联，优选为二级和三级级联。
3.根据权利要求1所述的快速提取液体电导率参数的方法，其特征是，所述的测量其谐振特性，具体操作是：首先对矢量网络分析仪进行单端口校准，然后将二级和三级N型微波连接器分别端接到校准端口，得到单端口器件的S参数。
4.根据权利要求1所述的快速提取液体电导率参数的方法，其特征是，所述的分析具体是指：通过比较待测样品的实测S参数数据，在液体参数模型库中寻找与之一致的样本。
5.根据权利要求4所述的快速提取液体电导率参数的方法，其特征是，所述的比较是指：与样本容差在±0.01之间。
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