貧氧環(huán)境復(fù)介電常數(shù)高溫測試系統(tǒng)及測試方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種貧氧環(huán)境復(fù)介電常數(shù)高溫測試系統(tǒng)及測試方法，測試系統(tǒng)包括：測試部分、氣動部分、樣品導(dǎo)向部分、加熱冷卻溫控部分、濃度壓力及溫控部分，測試方法的步驟包括測試空腔的諧振頻率和品質(zhì)因數(shù)，放入桿狀樣品，對儲氣缸先抽真空，抽真空后充入氮氣和氧氣；開啟感應(yīng)加熱設(shè)備；當加熱到所需溫度時，立即開啟氣動裝置通過金屬支撐桿快速把加熱樣品頂至圓柱諧振腔內(nèi)，進行測試；利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測出諧振腔的諧振頻率和品質(zhì)因數(shù)，測出樣品的介電常數(shù)和損耗角正切值；本發(fā)明能在貧氧環(huán)境下對材料的介電性能進行變溫測試；可以通過外部感應(yīng)加熱設(shè)備對加熱功率進行控制，實現(xiàn)測試溫度1500℃以上，測試壓強在0.02～0.1MPa。
【專利說明】貧氧環(huán)境復(fù)介電常數(shù)高溫測試系統(tǒng)及測試方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及微波、毫米波材料介電性能測試【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是一種貧氧環(huán)境復(fù)介 電常數(shù)高溫測試系統(tǒng)及測試方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著通訊系統(tǒng)、武器精確制導(dǎo)和電子對抗技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，準確了解電路介質(zhì) 基片材料、天線罩材料的介電性能越來越重要。當這些材料的工作溫度和環(huán)境發(fā)生變化時， 它們的介電性能也會發(fā)生相應(yīng)的變化。
[0003] 此外，臨近空間作為科技與軍事應(yīng)用的新空間，是指距離地面20?IOOkm的空域， 在這一空間中，空氣含量相當稀薄，對應(yīng)的壓強也相對很低，因此本系統(tǒng)中貧氧環(huán)境是模擬 臨近空間相應(yīng)壓強的環(huán)境進行考慮的。軍事專家們普遍認為，開發(fā)和利用臨近空間必將成 為作戰(zhàn)能力新的增長點，特別是臨近空間飛行器加入陸、海、空、天信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)后，必將對 各國安全提出新的挑戰(zhàn)。目前，國內(nèi)外對臨近空間的研究主要集中在臨近空間飛行器的研 究上，因此，準確測量貧氧環(huán)境下材料的介電常數(shù)及損耗正切值對臨近空間飛行器材料的 研究在軍事應(yīng)用中具有非常重要的價值，同時了解材料在貧氧環(huán)境不同工作溫度下的介電 性能，對材料的應(yīng)用與設(shè)計也具有重大意義。
[0004] 當微波電介質(zhì)為低損耗材料時，通常采用的方法為諧振腔法。所用諧振腔可為帶 狀線諧振器、圓柱形諧振腔、矩形諧振腔、準光腔、螺旋線諧振腔等。對于要求電場極化方向 平行于微波電介質(zhì)樣品表面的復(fù)介電常數(shù)的測試，常采用圓柱形諧振腔。根據(jù)工作模式的 不同又可分為高Q諧振腔和TM0ntl模圓柱腔等。針對透波材料在微波波段的介電性能測試， 應(yīng)用比較廣泛的測量方法是圓柱諧振腔法和準光腔法。本發(fā)明采用的就是TM_模圓柱腔。
[0005] Hutcheon. R. M利用圓柱形諧振腔的TMtlntl模式實現(xiàn)了對桿狀固體材料常溫到 1500°C的復(fù)介電常數(shù)測試。臨近空間的氣溫、氣壓、氣象等環(huán)境與地面和航空航天空間都有 所不同，這一空間對于飛機而言太高，對衛(wèi)星來說又太低。臨近空間飛艇蒙皮材料屬于高分 子材料，在外力作用下表現(xiàn)出明顯的非線性黏彈性行為。它的本構(gòu)方程本身就很復(fù)雜，國內(nèi) 外在此方面的研究不多。為此哈爾濱工業(yè)大學(xué)復(fù)合材料與結(jié)構(gòu)研究所的譚惠豐等人提出一 種蒙皮材料非線性黏彈性本構(gòu)方程的冪函數(shù)疊加方法，可表示為

【權(quán)利要求】
1. 一種貧氧環(huán)境復(fù)介電常數(shù)高溫測試系統(tǒng)，用于使用圓柱腔微擾法進行復(fù)介電常數(shù)測 試，其特征在于，包括： 測試部分，包括圓柱諧振腔（1)，圓柱諧振腔（1)上方的儲氣缸（10)、與儲氣缸連接的 壓力檢測表（15)和真空泵（16)，圓柱諧振腔（1)上設(shè)有未延伸到腔體中心的縫隙（113)、 與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀（7)相連接的耦合孔（111U12)、用于放置樣品的中心通孔（114); 氣動部分，包括氣動裝置（5)、由氣動裝置（5)的執(zhí)行端支撐的金屬支撐桿（20); 樣品導(dǎo)向部分，包括和儲氣缸（10)連接、穿過圓柱諧振腔中心通孔（114)并延伸到石 墨管（17)內(nèi)部的剛玉管（13); 加熱冷卻溫控部分，包括感應(yīng)加熱設(shè)備（2)、剛玉管（13)下方同軸設(shè)置的石墨管（17)、 石墨管（17)外部的氧化鋁陶瓷磚套筒（9)、熱電偶（22)、與熱電偶（22)連接的溫控表 (21)、金屬支撐桿（20)和熱電偶（22)從石墨管（17)下方插入石墨管（17)內(nèi)部，纏繞在氧 化鋁陶瓷磚套筒（9)外部的感應(yīng)圈（3)、水冷系統(tǒng)￠)，感應(yīng)圈（3)通過連接孔與感應(yīng)加熱 設(shè)備（2)連接，水冷系統(tǒng)（6)通過水冷孔與感應(yīng)圈（3)連接，感應(yīng)加熱設(shè)備（2)和水冷系統(tǒng) ￠)連接； 濃度壓力及溫控部分，包括儲氣缸（4)、連接于儲氣缸（4)上的氧氣濃度檢測儀（11)和 氮氣濃度檢測儀（12)、與儲氣缸（4)連通的氣體發(fā)生器（8)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的貧氧環(huán)境復(fù)介電常數(shù)高溫測試系統(tǒng)，其特征在于：所述圓柱 諧振腔（1)，由上下兩個端蓋組成，圓柱腔（1)上端蓋開了八條未延伸到腔體中心的貫穿上 端蓋的縫隙（113)，并且上端蓋上具有兩個貫穿上端蓋的耦合孔（111、112)、一個用于放置 樣品的中心通孔（114)，兩個耦合孔（111U12)通過電纜與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀（7)相連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的貧氧環(huán)境復(fù)介電常數(shù)高溫測試系統(tǒng)，其特征在于：所述氧化 鋁陶瓷磚套筒（9)與儲氣缸（4)之間設(shè)有隔熱磚（19)。
4. 利用權(quán)利要求1至3任意一項所述的系統(tǒng)在貧氧環(huán)境下對材料的復(fù)介電常數(shù)進行變 溫測試的方法，其特征在于包括如下步驟： (1) 按照上述實施方式連接好裝置，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀通過電纜經(jīng)耦合孔與圓柱諧振腔 進行連接，測試空腔的諧振頻率和品質(zhì)因數(shù)； (2) 從剛玉管上方放入桿狀樣品，樣品經(jīng)剛玉管下落至石墨管內(nèi)部的金屬支撐桿上 方； (3) 對儲氣缸先抽真空，抽真空后充入氮氣和氧氣，通過儲氣缸上連接的氧氣濃度檢測 儀和氮氣濃度檢測儀來控制充入的氣體比例； (4) 開啟感應(yīng)加熱設(shè)備，與此同時，水冷系統(tǒng)開啟運轉(zhuǎn)，為感應(yīng)圈和感應(yīng)加熱設(shè)備提供 循環(huán)冷卻液； (5) 當加熱到所需溫度時，立即開啟氣動裝置通過金屬支撐桿快速把加熱樣品頂至圓 柱諧振腔內(nèi)，進行測試； (6) 利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測出諧振腔的諧振頻率和品質(zhì)因數(shù)，并記錄數(shù)據(jù)，同時通過程 控計算機中事先編寫好的TM_圓柱諧振腔高溫測試軟件測出樣品的介電常數(shù)和損耗角正 切值。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于：所述步驟（3)進一步為： (3)對儲氣缸先抽真空，抽真空后按照4:1的體積比充入氮氣和氧氣，通過儲氣缸上連 接的氧氣濃度檢測儀和氮氣濃度檢測儀來控制充入的氣體比例。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于：還包括步驟 (7)繼續(xù)加熱，分別在 500°C、700°C、800°C、900°C、1000°C、1100°C、1200°C、1500°C重 復(fù)步驟（3)到步驟（6)的內(nèi)容。
【文檔編號】G01R27/26GK104360172SQ201410696547
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月26日
【發(fā)明者】李恩, 常利坤, 張婧, 徐家帝, 郭高鳳, 崔紅玲, 李燦平 申請人:電子科技大學(xué)