测量材料相变性能的串联微带线测试方法技术

本发明专利技术公开了一种测量材料相变性能的串联微带线测试方法，涉及电磁兼容测试技术领域。所述方法包括：将测试材料串联安装在测试装置的微带线上；使用高频噪声模拟器产生的方波信号向测试装置中的测试材料施加电压；观察示波器的波形，当波形为微分波形或者示波器没有波形时，被测材料呈现高阻状态，没有发生相变，当外部施加的电压增加到一定值时，被测材料发生相变，被测材料呈现低阻状态，输出波形逐渐变为前沿短时间微分的方波波形，根据第二种波形计算出被测材料的电阻率和响应时间；所述测试方法解决了现有技术测试相变型电磁防护材料的阻抗变化范围小、响应时间测量不够准确的问题。

Test method of series microstrip for measuring phase transition properties of materials

The invention discloses a series microstrip line test method for measuring phase change performance of materials, which relates to the technical field of electromagnetic compatibility test. The method includes: installing the test material in series on the microstrip line of the test device; applying voltage to the test material of the test device by using square wave signal generated by the high frequency noise simulator; observing the waveform of the oscilloscope; when the waveform is differential waveform or the oscilloscope has no waveform, the tested material presents a high resistance state, without any waveform. Phase change occurs when the applied voltage increases to a certain value, the material under test changes into phase change, the material under test presents a low resistance state, and the output waveform gradually changes into a forward short time differential square waveform. According to the second waveform, the resistivity and response time of the material under test are calculated. The test method solves the existing technology. The problems of small impedance range and inaccurate response time measurement of phase change electromagnetic protective materials are discussed.

【技术实现步骤摘要】
测量材料相变性能的串联微带线测试方法
本专利技术涉及电磁兼容测试
，尤其涉及一种测量材料相变性能的串联微带线测试方法。
技术介绍
现有的理想的场敏感型环境自适应电磁防护材料在平时低场强情况下为绝缘材料，对电磁波没有屏蔽作用，当受到外部强电磁脉冲干扰或攻击的时候，即外部电磁场突然显著增加且超过某临界场强的时候，由于材料特有的电化学和能量结构特征，能够感知外部电磁环境的变化并能快速调节其电磁性能，可以在微纳秒时间内即刻发生绝缘/导电相变现象，电导率可以提升102～105数量级，使平时为绝缘体的材料迅速变为高导电的类金属材料，对外来电磁波产生高反射和屏蔽，将强电磁脉冲能量阻挡在防护壳体之外，当外部干扰和攻击强场消失以后，材料恢复到原始状态；这类材料在相变前的阻抗都在MΩ数量级，有些材料相变后的阻抗也会达到kΩ数量级，目前，如何能够在这种情况下测量出阻抗和响应时间的变化还未能解决。现有的材料电磁测试方法中的自由空间法、谐振法、同轴传输/反射法可以用来测试材料的介电常数、磁导率，但这些方法都属于材料的静态测试方法，无法测量电磁防护材料的动态响应时间；而目前对于响应时间的测量主要用于半导体器件，比如：瞬态抑制二极管，在进行测量时，被测半导体器件可以通过焊接或直接插入相应测试管脚固定在测试夹具上，而由于电磁防护材料本身的特殊性质，无法进行焊接或插入等操作；四探针法只可以用来测试半导体材料的电阻率，其测试电压很低，无法满足强场下场敏感型电磁防护材料的电阻率测试，专利技术人前期研制一种可以用来测试在强电磁脉冲下场敏感型电磁防护材料响应时间和电阻率的测试装置和方法，该测试装置中的微带信号线、输入端口、输出端口、示波器的输入阻抗均为50Ω，当被测材料在强场下发生相变，使其从绝缘材料突变为类金属材料时，突变后类金属材料的等效电阻如果能够达到1kΩ以下，微纳秒级的响应时间，该测试装置才可以对被测材料进行测试。而这类新型材料大部分都处在研究阶段，相变后的阻抗很大，大约在几kΩ到几十kΩ，而前期研制的并联型测试装置无法满足测试的要求，也就是说，无法观测到被测材料在高场强下电阻率发生的变化，主要是因为被测材料和微带线的并联关系后受制于50Ω的测试系统，虽然材料的电阻率已经发生了很大的改变，比如在一定的高场强下，被测材料的阻抗由200MΩ将为了2000Ω，实际上，电阻率的变化已经达到了105，但是50Ω和2000Ω的并联后接近于50Ω，所以整个50Ω的测试系统是处于阻抗匹配状态，无法通过示波器观测到输出波形的变化，也就无法判断材料电阻率变化和相变的响应时间，所以，急需一种能够测试相变后电阻在几十Ω到几十kΩ的测试装置以及相应的判断其是否相变的测试和评估方法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种测量材料相变性能的串联微带线测试方法，通过使用测试系统对被测材料进行测试，解决现有技术测试相变型电磁防护材料阻抗变化范围小、响应时间测量不够准确的问题。为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：一种测量材料相变性能的串联微带线测试方法，其特征在于包括如下步骤：安装测试系统：所述测试系统包括高频噪声模拟器、串联微带线测试装置、衰减器以及示波器，将所述高频噪声模拟器通过同轴线缆与所述测试装置的信号输入端口连接，所述信号输入端口与所述测试装置内高频电路板上的第一微带信号线的一端连接，第一微带信号线的另一端连接有第一柱形电极，第二柱形电极与第二微带信号线的一端连接，第二微带信号线的另一端与所述装置上的信号输出端口连接，被测材料位于所述第一柱形电极以及第二柱形电极之间，并将所述输出端口经所述衰减器与所述示波器的信号输入端连接，所述第一微带信号线、第一柱形电极、被测材料、第二柱形电极以及第二微带信号线之间构成串联关系；控制高频噪声模拟器工作，使其产生方波测试信号，并将该方波信号通过同轴线缆传送给所述串联微带线测试装置中的第一柱形电极，使得第一柱形电极的压持装置与第二柱形电极的压持装置之间产生水平方向的电场或垂直方向的电场，产生的水平方向的电场或垂直方向的电场被施加给第一柱形电极与第二柱形电极之间的被测材料；水平方向的电场测试时，调节高频噪声模拟器的输出电压和脉冲宽度，为所述测试装置提供输入波形，此时，第一柱形电极的压持装置和第二柱形电极的压持装置处在同一条水平线上，两个压持装置平行放置在被测材料的两端，使被测材料与压持装置保证良好的电气连接，使第一柱形电极的压持装置与第二柱形电极的压持装置之间产生水平于被测材料的电场，通过示波器观察输出波形，如果示波器没有出现输出波形，代表此时被测材料电阻较大，还未发生相变，然后逐步增大所述高频噪声模拟器输出的电压幅值，进而提高被测材料所处的场强，并观察示波器的波形变化，当外部施加的电压增加到一定值时，被测材料发生相变，此时被测材料呈现低阻状态，示波器可以观测到输出波形，然后，根据被测材料发生相变后的示波器显示的波形计算出被测材料的电阻率和响应时间，完成测试；垂直方向的电场测试时，调节高频噪声模拟器的输出电压和脉冲宽度，为所述测试装置提供输入波形，此时，被测材料的一面与第一柱形电极的压持装置电连接，被测材料的另一面与第二柱形电极的压持装置电连接，压持装置上下固定被测材料，使第一柱形电极的压持装置与第二柱形电极的压持装置之间产生垂直于被测材料的电场，观察示波器的波形，当示波器的波形显示为微分波形时，表示被测材料呈现高阻状态，没有发生相变；步进增大所述高频噪声模拟器输出的电压幅值，进而提高被测材料所处的场强，并观察示波器的波形变化，当外部施加的电压增加到一定值时，被测材料发生相变，此时被测材料呈现低阻状态，输出波形逐渐变为前沿带有过冲的方波波形，然后，根据被测材料发生相变后的示波器显示的波形计算出被测材料的电阻率和响应时间，完成测试。进一步的技术方案在于：所述方法还包括判断所述测试装置本身对测试结果是否产生影响的步骤，方法如下：在所述测试装置不串联被测材料的情况下，通过高频噪声模拟器给所述测试装置的信号输入端口输入一个方波信号，如果所述测试装置具有良好的阻抗匹配以及耐高压特性，那么通过所述测试装置信号输出端口在示波器上显示的输出信号是无输出，且断开的微带信号线没有发生空气放电，两个柱形电极的压持装置和所述一体式圆柱体之间没有发生空气放电。进一步的技术方案在于：通过观察输出波形平坦部分的电压幅值估算出被测材料的电阻率；水平方向的电场测试时，通过其输入方波脉冲的上升时间估算出其响应时间；垂直方向的电场测试时，通过观察输出波形上升沿部分由下而上的那一段时间估算出其响应时间；水平方向的电场测试时，示波器首次观察到波形时的场强就是能够使被测材料发生相变的场强阈值；垂直方向的电场测试时，当示波器的波形由微分波形变换为前沿带有过冲的方波波形时的场强就是能够使被测材料发生相变的场强阈值。采用上述技术方案所产生的有益效果在于：将被测材料通过第一柱形电极与第二柱形电极串联在微带信号线上，被测材料和50Ω微带信号线之间是串联关系，根据微带线阻抗匹配原理，只要被测材料的阻抗发生变化，电路都是处于阻抗失配的状态，都会发生反射，不同的阻抗反射系数不同，所得到的输出波形就不同，通过输出波形都可以观测到被测材料发生的电阻率变化，从理论本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测量材料相变性能的串联微带线测试方法，其特征在于包括如下步骤：安装测试系统：所述测试系统包括高频噪声模拟器、串联微带线测试装置、衰减器以及示波器，将所述高频噪声模拟器通过同轴线缆与所述测试装置的信号输入端口（8）连接，所述信号输入端口（8）与所述测试装置内高频电路板（2）上的第一微带信号线（4）的一端连接，第一微带信号线（4）的另一端连接有第一柱形电极，第二柱形电极与第二微带信号线（5）的一端连接，第二微带信号线（5）的另一端与所述装置上的信号输出端口（9）连接，被测材料（10）位于所述第一柱形电极以及第二柱形电极之间，并将所述输出端口经所述衰减器与所述示波器的信号输入端连接，所述第一微带信号线（4）、第一柱形电极、被测材料（10）、第二柱形电极以及第二微带信号线（5）之间构成串联关系；控制高频噪声模拟器工作，使其产生方波测试信号，并将该方波信号通过同轴线缆传送给所述串联微带线测试装置中的第一柱形电极（6），使得第一柱形电极（6）的压持装置（11）与第二柱形电极（7）的压持装置（11）之间产生水平方向的电场或垂直方向的电场，产生的水平方向的电场或垂直方向的电场被施加给第一柱形电极（6）与第二柱形电极（7）之间的被测材料（10）；水平方向的电场测试时，调节高频噪声模拟器的输出电压和脉冲宽度，为所述测试装置提供输入波形，此时，第一柱形电极（6）的压持装置（11）和第二柱形电极（7）的压持装置（11）处在同一条水平线上，两个压持装置（11）平行放置在被测材料（10）的两端，使被测材料（10）与压持装置（11）保证良好的电气连接，使第一柱形电极（6）的压持装置（11）与第二柱形电极（7）的压持装置（11）之间产生水平于被测材料（10）的电场，通过示波器观察输出波形，如果示波器没有出现输出波形，代表此时被测材料（10）电阻较大，还未发生相变，然后逐步增大所述高频噪声模拟器输出的电压幅值，进而提高被测材料（10）所处的场强，并观察示波器的波形变化，当外部施加的电压增加到一定值时，被测材料（10）发生相变，此时被测材料（10）呈现低阻状态，示波器可以观测到输出波形，然后，根据被测材料（10）发生相变后的示波器显示的波形计算出被测材料的电阻率和响应时间，完成测试；垂直方向的电场测试时，调节高频噪声模拟器的输出电压和脉冲宽度，为所述测试装置提供输入波形，此时，被测材料（10）的一面与第一柱形电极（6）的压持装置（11）电连接，被测材料（10）的另一面与第二柱形电极（7）的压持装置（11）电连接，压持装置（11）上下固定被测材料（10），使第一柱形电极（6）的压持装置（11）与第二柱形电极（7）的压持装置（11）之间产生垂直于被测材料（10）的电场，观察示波器的波形，当示波器的波形显示为微分波形时，表示被测材料（10）呈现高阻状态，没有发生相变；步进增大所述高频噪声模拟器输出的电压幅值，进而提高被测材料（10）所处的场强，并观察示波器的波形变化，当外部施加的电压增加到一定值时，被测材料（10）发生相变，此时被测材料（10）呈现低阻状态，输出波形逐渐变为前沿带有过冲的方波波形，然后，根据被测材料（10）发生相变后的示波器显示的波形计算出被测材料的电阻率和响应时间，完成测试。...

【技术特征摘要】
1.一种测量材料相变性能的串联微带线测试方法，其特征在于包括如下步骤：安装测试系统：所述测试系统包括高频噪声模拟器、串联微带线测试装置、衰减器以及示波器，将所述高频噪声模拟器通过同轴线缆与所述测试装置的信号输入端口（8）连接，所述信号输入端口（8）与所述测试装置内高频电路板（2）上的第一微带信号线（4）的一端连接，第一微带信号线（4）的另一端连接有第一柱形电极，第二柱形电极与第二微带信号线（5）的一端连接，第二微带信号线（5）的另一端与所述装置上的信号输出端口（9）连接，被测材料（10）位于所述第一柱形电极以及第二柱形电极之间，并将所述输出端口经所述衰减器与所述示波器的信号输入端连接，所述第一微带信号线（4）、第一柱形电极、被测材料（10）、第二柱形电极以及第二微带信号线（5）之间构成串联关系；控制高频噪声模拟器工作，使其产生方波测试信号，并将该方波信号通过同轴线缆传送给所述串联微带线测试装置中的第一柱形电极（6），使得第一柱形电极（6）的压持装置（11）与第二柱形电极（7）的压持装置（11）之间产生水平方向的电场或垂直方向的电场，产生的水平方向的电场或垂直方向的电场被施加给第一柱形电极（6）与第二柱形电极（7）之间的被测材料（10）；水平方向的电场测试时，调节高频噪声模拟器的输出电压和脉冲宽度，为所述测试装置提供输入波形，此时，第一柱形电极（6）的压持装置（11）和第二柱形电极（7）的压持装置（11）处在同一条水平线上，两个压持装置（11）平行放置在被测材料（10）的两端，使被测材料（10）与压持装置（11）保证良好的电气连接，使第一柱形电极（6）的压持装置（11）与第二柱形电极（7）的压持装置（11）之间产生水平于被测材料（10）的电场，通过示波器观察输出波形，如果示波器没有出现输出波形，代表此时被测材料（10）电阻较大，还未发生相变，然后逐步增大所述高频噪声模拟器输出的电压幅值，进而提高被测材料（10）所处的场强，并观察示波器的波形变化，当外部施加的电压增加到一定值时，被测材料（10）发生相变，此时被测材料（10）呈现低阻状态，示波器可以观测到输出波形，然后，根据被测材料（10）发生相变后的示...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵敏，曲兆明，王庆国，程二威，王平平，杨清熙，王妍，
申请(专利权)人：中国人民解放军陆军工程大学，
类型：发明
国别省市：河北,13