一種測量圓柱腔內(nèi)壁介質(zhì)薄膜厚度的方法
發(fā)布時間：2021-08-01 14:26
針對諧振腔傳感器內(nèi)壁水膜和鹽垢會降低濕度測量精度的問題,文章提出一種用于測量圓柱腔內(nèi)壁介質(zhì)薄膜厚度的方法。此方法基于介質(zhì)微擾法的原理,使用雙曲余弦開縫形諧振腔作為傳感器,工作于TE111模式來測量介質(zhì)薄膜厚度。以水膜為例,理論推導了諧振腔水膜厚度與諧振頻率的關(guān)系,并通過仿真分析了TE111模式準確測量水膜的可行性;采用矢量場方程的方法建立了TE111模式下諧振腔端面電流密度分布線的數(shù)學模型,并設(shè)計了雙曲余弦開縫形諧振腔傳感器。仿真結(jié)果表明:該諧振腔的電磁特性、輻射特性和流動特性均良好,電磁泄露率基本為0,取樣誤差為-1.25%,符合設(shè)計要求;可準確測量水膜、鹽垢、油膜和污垢等介質(zhì)薄膜的厚度,且它們的膜厚均與諧振頻率偏移量呈線性關(guān)系,與理論相符。
【文章來源】：光通信研究. 2020,(02)北大核心
【文章頁數(shù)】：7 頁
【部分圖文】：
不同蒸汽濕度條件下水膜厚度d與諧振頻率偏移量的關(guān)系曲線
式中,c為常數(shù)。取不同的c值,用Matlab軟件在極坐標下畫出曲線簇,圖2所示為極坐標下TE111模式的電流密度線分布圖。令φ=0,設(shè)(r0,0)為曲線與極軸的交點,則c與r0滿足關(guān)系c=J1(kc1r0),r0與c是一一對應(yīng)的關(guān)系。只要確定曲線與極軸的交點即可畫出過此交點的電流密度矢量線,且所有的矢量線均不相交。r0的范圍為0～20.59,對應(yīng)的c的范圍為-0.581 9～0.581 9。
采用HFSS仿真軟件設(shè)計一個與濕度傳感器尺寸相同的圓柱諧振腔,內(nèi)徑R為20.59 mm,長度l為41.18 mm;該諧振腔內(nèi)部填充濕蒸汽,工作在TE111模式下。由于同軸線可以傳輸橫電磁波TEM模式且工作頻帶較寬,所以選用尺寸較小的同軸線做激勵。同軸線采用環(huán)耦合方式耦合到諧振腔,通過磁場耦合激勵起TE111模式。對耦合環(huán)的金屬直徑R2及環(huán)直徑R1進行優(yōu)化,優(yōu)化后得到:當R2為0.2 mm、R1為2.2 mm時,諧振腔在低頻段只能激勵起TE111模式,且附近沒有別的干擾模式。激勵耦合結(jié)構(gòu)的具體尺寸如圖3所示,藍色部分為導體材質(zhì)黃銅,白色部分為內(nèi)置絕緣體材料聚四氟乙烯(Teflon)。在實際工程中采用網(wǎng)絡(luò)分析儀來檢測諧振腔的諧振頻率。經(jīng)理論計算得知,此諧振腔工作在TE111模式下的諧振頻率在5.641 GHz,所以使用網(wǎng)絡(luò)分析儀掃描時將掃頻范圍設(shè)置在5.641 GHz附近的區(qū)間內(nèi),此時得到的諧振頻率即為諧振腔工作在TE111模式下的諧振頻率。3.1 隔離器金屬條數(shù)量及定位
【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于激光拉曼光譜的水面油膜厚度測量方法研究[J]. 蔡宗岐,馮巍巍,王傳遠. 光譜學與光譜分析. 2018(06)
[2]剪切應(yīng)力影響下近壁微液膜測量技術(shù)及波動特性研究[J]. 王科,葉晶,龔圣捷,馬衛(wèi)民. 機械工程學報. 2017(24)
[3]超聲波油膜厚度測量研究綜述[J]. 章何菁,馬希直. 機械制造與自動化. 2017(05)
[4]電磁輻射污染的危害及防護[J]. 王成林. 工程建設(shè)與設(shè)計. 2017(04)
[5]濕度傳感器圓柱諧振腔輻射量的研究[J]. 張淑娥,孫麗紅,孟憲蓋. 電波科學學報. 2016(05)
[6]基于電容法的管內(nèi)低溫流體液膜厚度測量方法[J]. 王宇辰,陳建業(yè),徐璐,張小斌. 浙江大學學報(工學版). 2016(10)
[7]蒸汽濕度微波諧振腔熱膨脹自補償測量系統(tǒng)研究[J]. 張淑娥,孟憲蓋,韓中合. 動力工程學報. 2016(06)
[8]水膜厚度光纖檢測系統(tǒng)[J]. 張小棟,郭琦,牛杭. 光學精密工程. 2015(10)
[9]微波同軸諧振腔測量液膜厚度的理論分析[J]. 錢江波,嚴曉哲,韓中合,陳紅健,翟新杰. 汽輪機技術(shù). 2015(02)
[10]諧振腔內(nèi)水膜和積鹽厚度對蒸汽濕度測量的影響[J]. 韓中合,李恒凡,嚴曉哲,錢江波. 熱力發(fā)電. 2014(07)
博士論文
[1]諧振腔介質(zhì)微擾技術(shù)測量蒸汽濕度的理論與實驗研究[D]. 錢江波.華北電力大學 2012
碩士論文
[1]基于UTDR管道污垢超聲場模擬與實驗研究[D]. 徐曼菲.東北電力大學 2017
[2]微帶縫隙諧振器測濕方法的研究[D]. 王凱.華北電力大學 2015
本文編號：3315694
【文章來源】：光通信研究. 2020,(02)北大核心
【文章頁數(shù)】：7 頁
【部分圖文】：
不同蒸汽濕度條件下水膜厚度d與諧振頻率偏移量的關(guān)系曲線
式中,c為常數(shù)。取不同的c值,用Matlab軟件在極坐標下畫出曲線簇,圖2所示為極坐標下TE111模式的電流密度線分布圖。令φ=0,設(shè)(r0,0)為曲線與極軸的交點,則c與r0滿足關(guān)系c=J1(kc1r0),r0與c是一一對應(yīng)的關(guān)系。只要確定曲線與極軸的交點即可畫出過此交點的電流密度矢量線,且所有的矢量線均不相交。r0的范圍為0～20.59,對應(yīng)的c的范圍為-0.581 9～0.581 9。
采用HFSS仿真軟件設(shè)計一個與濕度傳感器尺寸相同的圓柱諧振腔,內(nèi)徑R為20.59 mm,長度l為41.18 mm;該諧振腔內(nèi)部填充濕蒸汽,工作在TE111模式下。由于同軸線可以傳輸橫電磁波TEM模式且工作頻帶較寬,所以選用尺寸較小的同軸線做激勵。同軸線采用環(huán)耦合方式耦合到諧振腔,通過磁場耦合激勵起TE111模式。對耦合環(huán)的金屬直徑R2及環(huán)直徑R1進行優(yōu)化,優(yōu)化后得到:當R2為0.2 mm、R1為2.2 mm時,諧振腔在低頻段只能激勵起TE111模式,且附近沒有別的干擾模式。激勵耦合結(jié)構(gòu)的具體尺寸如圖3所示,藍色部分為導體材質(zhì)黃銅,白色部分為內(nèi)置絕緣體材料聚四氟乙烯(Teflon)。在實際工程中采用網(wǎng)絡(luò)分析儀來檢測諧振腔的諧振頻率。經(jīng)理論計算得知,此諧振腔工作在TE111模式下的諧振頻率在5.641 GHz,所以使用網(wǎng)絡(luò)分析儀掃描時將掃頻范圍設(shè)置在5.641 GHz附近的區(qū)間內(nèi),此時得到的諧振頻率即為諧振腔工作在TE111模式下的諧振頻率。3.1 隔離器金屬條數(shù)量及定位
【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于激光拉曼光譜的水面油膜厚度測量方法研究[J]. 蔡宗岐,馮巍巍,王傳遠. 光譜學與光譜分析. 2018(06)
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[3]超聲波油膜厚度測量研究綜述[J]. 章何菁,馬希直. 機械制造與自動化. 2017(05)
[4]電磁輻射污染的危害及防護[J]. 王成林. 工程建設(shè)與設(shè)計. 2017(04)
[5]濕度傳感器圓柱諧振腔輻射量的研究[J]. 張淑娥,孫麗紅,孟憲蓋. 電波科學學報. 2016(05)
[6]基于電容法的管內(nèi)低溫流體液膜厚度測量方法[J]. 王宇辰,陳建業(yè),徐璐,張小斌. 浙江大學學報(工學版). 2016(10)
[7]蒸汽濕度微波諧振腔熱膨脹自補償測量系統(tǒng)研究[J]. 張淑娥,孟憲蓋,韓中合. 動力工程學報. 2016(06)
[8]水膜厚度光纖檢測系統(tǒng)[J]. 張小棟,郭琦,牛杭. 光學精密工程. 2015(10)
[9]微波同軸諧振腔測量液膜厚度的理論分析[J]. 錢江波,嚴曉哲,韓中合,陳紅健,翟新杰. 汽輪機技術(shù). 2015(02)
[10]諧振腔內(nèi)水膜和積鹽厚度對蒸汽濕度測量的影響[J]. 韓中合,李恒凡,嚴曉哲,錢江波. 熱力發(fā)電. 2014(07)
博士論文
[1]諧振腔介質(zhì)微擾技術(shù)測量蒸汽濕度的理論與實驗研究[D]. 錢江波.華北電力大學 2012
碩士論文
[1]基于UTDR管道污垢超聲場模擬與實驗研究[D]. 徐曼菲.東北電力大學 2017
[2]微帶縫隙諧振器測濕方法的研究[D]. 王凱.華北電力大學 2015
本文編號：3315694
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