基金項(xiàng)目： 國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（30470429）

作者簡(jiǎn)介： 盧智遠(yuǎn)（1953-），男，教授，碩士，研究方向?yàn)殡姶艌?chǎng)與微波測(cè)量、電磁生物醫(yī)學(xué)工程，E-mail：zylu@mail.xidian.edu.cn

文章編號(hào)： 0258-2724（2013）03-0467-06DOI： 10.3969/j.issn.0258-2724.2013.03.012

摘要：

物質(zhì)介電特性的無(wú)損檢測(cè)需要多次測(cè)量，而每次測(cè)量需要重新調(diào)試測(cè)試系統(tǒng)，這樣就使得測(cè)量效率降低而成本增加.本研究依據(jù)諧振腔微擾法理論，設(shè)計(jì)了電磁分離的實(shí)驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng).在該系統(tǒng)中，選取了TE10p（p取奇數(shù)）諧振腔諧振模式，采用一腔多模動(dòng)態(tài)掃頻法，對(duì)多種樹(shù)木的介電常數(shù)和損耗進(jìn)行了測(cè)量計(jì)算.該測(cè)量方法在同一時(shí)間，可以同時(shí)測(cè)得樹(shù)木在3個(gè)不同頻率下的介電常數(shù)和損耗特性，極大地減少了單頻多次測(cè)量過(guò)程中調(diào)諧腔體尺寸所引起的誤差.用該方法對(duì)聚四氟乙烯材料的介電常數(shù)反復(fù)的測(cè)量驗(yàn)證，測(cè)量誤差均小于1%.

關(guān)鍵詞：

微擾法；一腔多模；動(dòng)態(tài)掃描；介電特性檢測(cè)

中圖分類(lèi)號(hào)： TM931文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

近年來(lái)，隨著材料制造業(yè)的快速發(fā)展，許多新材料被廣泛用于軍事、醫(yī)學(xué)和航空航天等領(lǐng)域.研究和測(cè)量材料的介電性能參數(shù)具有十分重要的意義[1].由于電磁波對(duì)物質(zhì)特性的非電量測(cè)量具有快速、無(wú)損的優(yōu)點(diǎn)，利用微波測(cè)量材料介電常數(shù)和磁導(dǎo)率的技術(shù)被廣泛應(yīng)用，測(cè)量范圍涉及到軍事、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、食品、醫(yī)學(xué)和生命科學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域.

生物體的介電性能參數(shù)對(duì)于農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)和生命科學(xué)等相關(guān)研究具有十分重要的意義.在生物體內(nèi)，各種酶的活性中心與介電性能參數(shù)有著密切的關(guān)系，介電特性直接影響著生物的生理、生長(zhǎng)、代謝循環(huán)等功能.對(duì)于植物和樹(shù)木的介電特性測(cè)量與研究，國(guó)內(nèi)外相關(guān)刊物已有報(bào)導(dǎo)[2-6].

微波對(duì)物質(zhì)介電特性的無(wú)損檢測(cè)在材料制造、武器裝備、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，而微波諧振腔微擾法檢測(cè)具有測(cè)量精度高，操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，成為了無(wú)損檢測(cè)的熱點(diǎn)[7-9].目前，絕大多數(shù)的諧振腔微擾法檢測(cè)僅是在單一電磁波頻率下的測(cè)量，要得到物質(zhì)在其他頻率下的介電特性，需要變化頻率，重新調(diào)配測(cè)量系統(tǒng)，調(diào)諧諧振腔.這樣不但操作繁瑣還會(huì)降低測(cè)量精度.

植物的介電常數(shù)與磁導(dǎo)率是電磁波頻率的函數(shù)，如何在不同頻率下快速、準(zhǔn)確地檢測(cè)材料的介電特性，一直是電子檢測(cè)技術(shù)的熱門(mén)話題.本研究應(yīng)用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)掃頻技術(shù)，采用一腔多模動(dòng)態(tài)掃頻法對(duì)多種樹(shù)木的介電特性和引起的介質(zhì)損耗情況進(jìn)行非電量無(wú)損測(cè)量.該方法可以一次測(cè)量試驗(yàn)樣品（樹(shù)木）在多個(gè)諧振頻率的介電特性參數(shù)，測(cè)量結(jié)果可為農(nóng)業(yè)與生物醫(yī)學(xué)相關(guān)的人員研究樹(shù)木的生長(zhǎng)、年齡及代謝功能等方面的研究提供技術(shù)參考資料.

1

微擾法檢測(cè)原理

2

一腔多模檢測(cè)法

3

實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)與方法

4

結(jié)果與討論

由表3可知，隨著頻率的增大，樹(shù)木的介電常數(shù)逐漸減小，而損耗逐漸增大.結(jié)果表明，樹(shù)木種類(lèi)不同，介電常數(shù)不同；樹(shù)木種類(lèi)相同但品種不同，介電常數(shù)也不相同；同一種類(lèi)樹(shù)木的老枝和新枝，介電常數(shù)也存在差異.各種樹(shù)木的相對(duì)介電常數(shù)大約在3.0左右浮動(dòng)，差異不大.只有櫻桃的相對(duì)介電常數(shù)約為4.24，比較高，垂柳僅為2.13，比較低.一般說(shuō)來(lái)，生長(zhǎng)較慢且耐旱的樹(shù)木介電常數(shù)相對(duì)較高，生長(zhǎng)較快且耐旱性能差的樹(shù)木介電常數(shù)相對(duì)較低.該檢測(cè)方法具有快速、操作方便、測(cè)量精度高的優(yōu)點(diǎn).研究結(jié)果對(duì)于植物和生命科學(xué)的生物電方面的研究具有一定的參考價(jià)值，該研究方法同樣也可用于其他材料在不同頻率下的介電特性的快速測(cè)量.

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