圆柱腔径向双层介质厚度的测量方法

摘要：

蒸汽湿度的精确测量对维护汽轮机的稳定性有重大意义,而蒸汽湿度的测量又受水膜厚度的影响.为了解决圆柱腔内壁水膜厚度的测量问题,基于介质加载圆柱谐振腔内谐振频率随介质厚度变化的原理,提出一种用于测量圆柱腔内壁介质厚度的新方法.根据介质加载圆柱波导所满足的麦克斯韦方程组和边界条件,推导了填充双层介质圆柱波导的特征方程.在给定介质厚度的情况下,根据特征方程给出了传播模式的相位常数和波导工作频率间的关系;基于推导的特征方程,建立了圆柱腔内壁介质厚度和谐振频率值之间的关系模型.应用MATLAB软件进行数值求解,得到不同介质、不同厚度下对应的谐振频率.在与数值求解设定的同等参数下,利用HFSS软件仿真分析了双层介质加载圆柱腔对应的谐振频率.将仿真数据和理论计算数据进行对比,结果表明随着介质厚度的增加,两者都呈平行下降趋势,且谐振频率频偏与介质厚度呈线性关系的规律,验证了该方法的可行性.该方法测量的介质厚度没有限制(在半径以内),具有普适性.文中还利用网络分析仪进行了相关实验,并搭建了实用性测量系统,当介质厚度在100μm以内时,每间隔10μm所能测得的介质厚度值的间隔约为6.8～7.1μm,相对测量误差不超过24.6％.通过理论数据与实验数据对比,发现该方法测出的数据更为精确.

关键词：圆柱波导、径向双层介质、特征方程、介质厚度、网络分析仪、测量系统

所属期刊栏目：50

分类号：TN015(一般性问题)

资助基金：河北省自然科学基金资助项目E2019502039

在线出版日期：2022-12-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共7页

页码：87-93