紧凑型带阻谐振腔夹具及试件测定方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电磁谐振检测技术领域及非接触测量技术领域，尤其涉及一种紧凑型带阻谐振腔夹具及试件测定方法。
【背景技术】
[0002]电介质材料在微波器件、微波系统中的应用极为广泛；而介电常数是电介质材料的重要特性参数，对器件性能起决定性的作用。因此，在对这些介质材料的研制和使用过程中，需要对其介电常数进行准确的测量。
[0003]目前，介电常数的测定主要采用传输线法、电容法、谐振法和辐射法等。其中，谐振法测定精度最高，但由于谐振腔测试夹具某些条件下体积大，价格昂贵，限制了广泛应用。如中国专利申请(CN103149449A)中的测量装置，通过充填前后的反射系数的变化反演介质介电常数，这种装置由于需要填充介质材料，需要体积非常庞大，不利于广泛应用。
[0004]另外，对于厚度变化的非接触测定，对工业生产的在线品管/品控环节非常重要，目前主要采用电容法，衍射法等。由于电容法精度较低，而衍射法要求较高，都不适宜工业化批量操作，并且一直是本领内较难解决的技术问题。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题在于，提供一种介电常数和/或厚度变化测定的紧凑型带阻谐振腔夹具及试件测定方法。
[0006]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:构造一种紧凑型带阻谐振腔夹具，包括:
前端盖、后端盖、侧壁和内芯；
所述前端盖、后端盖和侧壁共同围成谐振腔；
所述前端盖和后端盖的中心开设有通孔，所述内芯穿过所述通孔固定在所述前端盖和后端盖上，并与所述前端盖和后端盖共同构成同轴高频传输线结构；
所述侧壁一侧具有开窗，与所述前端盖和后端盖形成可供试件连续通过的试件加载窗
□ O
[0007]在本发明的紧凑型带阻谐振腔夹具中，所述前端盖为圆形前端盖；所述后端盖为圆形后端盖；
所述侧壁设置在所述圆形前端盖和圆形后端盖的圆周上，并且所述侧壁开设有所述开窗，使得所述圆形前端盖和圆形后端盖的一段周缘开放形成所述试件加载窗口。
[0008]在本发明的紧凑型带阻谐振腔夹具中，所述通孔为圆形通孔，并且所述圆形通孔的轴线与所述圆形前端盖和圆形后端盖的轴线同轴；所述内芯的轴线与所述圆形通孔的轴线同轴，所述谐振腔为同轴线谐振腔。
[0009]在本发明的紧凑型带阻谐振腔夹具中，所述通孔的外侧具有同轴连接器；所述同轴连接器的轴线与所述内芯的轴线同轴。
[0010]在本发明的紧凑型带阻谐振腔夹具中，所述内芯位于所述前端盖和后端盖外侧两端连接网络分析仪。
[0011]在本发明的紧凑型带阻谐振腔夹具中，所述前端盖和后端盖采用硬质金属加工制成。
[0012]在本发明的紧凑型带阻谐振腔夹具中，所述前端盖、后端盖和侧壁的内壁电镀有良导电镀层，所述良导电镀层包括银镀层或金镀层。
[0013]本发明进一步提供一种利用紧凑型带阻谐振腔夹具的试件测定方法，包括以下步骤:
S1:将内芯的两端分别与分析仪的端口连接，向谐振腔引入高频信号，并通过分析仪检测谐振腔的谐振特性数据；
52:在试件加载窗口未加载试件时，记录所述谐振腔的空载谐振特性数据；
53:在所述试件加载窗口中加载试件，并记录所述谐振腔的加载谐振特性数据；
54:根据所述空载谐振特性数据和加载谐振特性数据，分析计算得到所述试件的介电常数和/或厚度变化数据。
[0014]在本发明的试件测定方法中，所述空载谐振特性数据包括空载带阻谐振频点数据；所述加载谐振特性数据包括加载带阻谐振频点数据。
[0015]在本发明的试件测定方法的所述步骤S4中，通过对比所述空载带阻谐振频点数据和加载带阻谐振频点数据，计算频点的移动数据，计算得到所述试件的介电常数和/或厚度变化数据。
[0016]实施本发明的技术方案，至少具有以下的有益效果:本发明通过谐振腔试件加载窗口加载试件，检测空载谐振特性数据和加载谐振特性数据，计算得到试件的介电常数和/或厚度变化数据；设计制造简单，显著减小谐振腔结构尺寸，降低加工要求，测量基本不受高次模影响，测试精度相对较高。
[0017]另外，由于试件在试件加载窗口可以非接触连续通过，本发明也可用于试件介电常数和/或厚度变化在线非接触测量。
【附图说明】
[0018]下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中:
图1是本发明的紧凑型带阻谐振腔夹具的一个实施例的组装示意图；
图2是本发明的紧凑型带阻谐振腔夹具的一个实施例的另一角度的组装示意图；
图3是本发明的紧凑型带阻谐振腔夹具的一个实施例的分解示意图；
图4是本发明的紧凑型带阻谐振腔夹具的一个实施例的加载试件后的示意图；
图5是本发明的紧凑型带阻谐振腔夹具的一个实施例的空载时的谐振特性数据示意图；
图6是本发明的紧凑型带阻谐振腔夹具的一个实施例的加载试件时的谐振特性数据示意图。
【具体实施方式】
[0019]为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的【具体实施方式】。
[0020]如图1-6所示，是本发明的紧凑型带阻谐振腔夹具的一个具体实施例，可与分析仪连接，可将此夹具和方法用于试件在线非接触测量，以测定试件20的介电常数和/或厚度变化数据。可以理解的，该分析仪可以为网络分析仪或其他分析仪器，可接收来自紧凑型带阻谐振腔夹具的谐振特性数据进行反演计算即可。
[0021]该紧凑型带阻谐振腔夹具包括前端盖11、后端盖12、侧壁13和内芯14。其中，前端盖11、后端盖12和侧壁13共同围成谐振腔，并且在侧壁13的一侧形成开窗，与前端盖11和后端盖12形成供试件20通过的试件加载窗口 15。跟试件加载窗口 15尺寸适配的试件20可以连续的通过，通过带阻谐振频点的移动，对介电常数和/或厚度变化进行测定(详后述)。
[0022]由于试件加载窗口 15设置在夹具的一侧，可以实现试件20的连续加载，可以应用在平板或薄膜生产线上，对平板或薄膜厚度在线实时非接触连续检测，有利于对需严格控制厚度平板或薄膜的生产。
[0023]如图所示，在本实施例中，前端盖11为圆形前端盖11，在圆心处具有圆形通孔，供内芯14穿过；前端盖11的外侧圆心处具有同轴连接器16，用于连接内芯14与外部网络分析仪。
[0024]后端盖12带为圆形后端盖12，在圆心处也具有圆形通孔，供内芯14穿过，后端盖12的外侧圆心处具有同轴连接器16，用于连接内芯14与外部网络分析仪。
[0025]该圆形通孔的轴线与圆形前端盖11和圆形后端盖12的轴线同轴；内芯14的轴线与圆形通孔的轴线同轴，谐振腔为同轴线谐振腔。采用同轴线结构谐振腔，工作在TEM模式，其结构相对简单，体积是波导谐振腔的1/10 ~ 1/50，加工容易、成本低。而且，还可以实现非接触厚度测量，既减小了测试夹具的体积，又保证了测试的精度。
[0026]在本实施例中，该侧壁13与圆形后端盖12为一体结构，在圆形后端盖12的周缘设置，并与圆形前端盖11的周缘相接，组成同轴线谐振腔。同时，在侧壁13的一侧形成开窗，使得圆形前端盖11和圆形后端盖12的一段周缘开放形成试件加载窗口 15，以供试件20可以连续的通过。该结构形式形成非对称介质加载，从而可以提供介质介电常数测试的不问精度。
[0027]可以理解的，该侧壁13也可以与前端盖11 一体设置，再与后端盖12的周缘拼合；或者，侧壁13、前端盖11、后端盖12均为独立构件，侧壁13通过焊接、黏结等各种方式固定设置在前端盖11和后端盖12的周缘。
[0028]该前端盖11、后端盖12和侧壁13可以米用硬质金属加工制成，可以米用铜、铁、不锈钢，硬铝等机械强度足够的材料即可。进一步的，在前端盖11、后端盖12、侧壁13的内壁还电镀有良导电镀层，如银镀层或金镀层等，可以提高整个夹具的高频Q值，有利于提高测量精度。
[0029]该夹具可以根据试件的尺寸和试件介电常数定制尺寸，对应的，试件加载窗口 15的尺寸也可以根据试件的厚度进行设计；例如试件加载窗口 15的尺寸为2_，可测试厚度在2_以内，介电常数小于10的所有试件。
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