【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电路，尤其涉及一种提高样品材料介电常数测量精度的装置及方法。
技术介绍
1、在传统的谐振腔式间接法测量样品材料介电常数方法中，如图1至图3，通常是通过在谐振腔空置及加入样品条件下，采用扫频的方式将微波信号馈入至谐振腔体中，然后通过共振检波获得相应的共振曲线，然后通过相应的共振曲线中的特征值间接计算出样品材料介电常数，但是整个测量的精度在很大程度上依赖于f0、fs的精度。
2、如图1所示，图1中f0、fs分别为谐振腔的空置及有样品介入时的共振频率值，f1、f2分别为半功率点频率。定义谐振腔的品质因数q0为：qs为：其中(f1、f2)及(f3、f4)分别为谐振腔空置及插入待测样品后的半功率点频率。
3、然而在实际的情况下，上述谐振腔的共振曲线并不是像理论上的尖锐的，而是如图2所示的情形，从图2可以看出，测量的f0、fs值并不能真实的反应实际的谐振腔中心谐振频率值，从而给后续的介电常数ε值带来误差。
4、上述内容仅用于辅助理解本专利技术的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。
技术实现思路
1、本专利技术的主要目的在于提供了一种提高样品材料介电常数测量精度的装置及方法，旨在解决或部分解决上述问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了一种提高样品材料介电常数测量精度的装置，所述提高样品材料介电常数测量精度的装置包括压控晶振荡器、调制综合器、稳幅模块、谐振腔模块、微波倍频模块以及处理器；
3、其中，所述压控晶振荡
4、调制综合器用于接收所述第一信号并将所述第一信号作为外源，并根据所述处理器的控制指令产生fsk信号，所述fsk信号的中心频率为x.****mhz，其中x为小于10的奇数；
5、所述稳幅模块用于接收所述调制综合器输出的fsk信号，并进行幅度检测，使输出稳定的幅值频率信号至所述微波倍频模块；
6、所述谐振腔模块用于放置待测样品，并发送检波信号至所述处理器；
7、所述处理器用于产生三路同频的低频信号，其中一路为调制信号并输送至所述调制综合器，另两路为同步鉴相参考信号；所述处理器还用于在同步鉴相参考信号的作用下，对接收到的所述谐振腔模块发送的检波信号进行同步鉴相并获得纠偏信号，并将所述纠偏信号发送至所述压控晶振荡器，以使压控晶振荡器输出的第一信号的频率发生变化，所述低频信号的频率为70hz和100hz之间的奇数；
8、所述微波倍频模块接收所述稳幅模块发送的幅值频率信号，使输出的微波共振信号频率发生变化，并将所述微波共振信号输送至所述谐振腔模块。
9、优选地，在所述提高样品材料介电常数测量精度的装置中，所述处理器的sclk端与外部时钟源连接；所述调制综合器通过其fselect端与所述处理器连接，所述调制综合器内部设有两个频率控制寄存器，所述两个频率控制寄存器分别存储有预先设置好的两路信号频率f0、f1，所述调制综合器的psel0端、psel1端分别为两路信号频率f1、f0的相位调节端，所述psel0端、psel1端接地，所述调制综合器还包括分别与处理器连接的fsync端、以及sdata端；
10、所述调制综合器还被配置为：
11、当fselect端有方波信号输入时，所述调制综合器的iout端将会随之分别从两个频率控制寄存器中读出f1或f0的值作为输出，并且会保持信号的相位无变化；
12、当fsync为高电平时，sclk端、以及sdata端为高阻状态；
13、当fsync为低电平时，所述调制综合器将处于通讯状态，此时sclk端有一下降沿的脉冲时，将使挂在数据总线sdata上的data写入调制综合器的数据缓冲区，直至最终一个data写入时，调制综合器将根据fselect端上的状态选择f1或f0作为iout端的输出；
14、优选地，在所述提高样品材料介电常数测量精度的装置中，所述调制信号为占空比为1:1的方波信号，所述方波信号发送至所述调制综合器的fselect端；所述同步鉴相参考信号用于伺服环路同步鉴相，所述同步鉴相参考信号为矩形脉冲，且与所述方波信具有固定的相位关系，但所述同步鉴相参考信号的占空比不为1:1。
15、优选地，在所述提高样品材料介电常数测量精度的装置中，所述稳幅模块包括幅值检测模块以及补偿模块，所述幅值检测模块用于接收所述调制综合器输出的fsk信号，并进行幅度检测；
16、所述补偿模块用于对fsk信号进行补偿，保证补偿后的fsk信号中f1和f2的幅值一致，并将幅值频率信号至所述微波倍频模块。
17、优选地，在所述提高样品材料介电常数测量精度的装置中，还包括d/a控制模块以及a/d采样模块，所述d/a控制模块的两端分别连接压控晶振荡器与所述处理器之间，所述a/d采样模块的两端分别连接在所述所述谐振腔模块和所述处理器之间；
18、所述处理器用于按照从小到大顺序将所述纠偏信号传送至d/a控制模块，以使压控晶振荡器在外部电压的作用下实现输出频率扫频功能，并通过所述微波倍频模块后获得作用于所述谐振腔模块的微波共振信号；
19、所述谐振腔模块经过晶体检波后，经过a/d采样模块转换获得共振曲线。
20、优选地，在所述提高样品材料介电常数测量精度的装置中，所述谐振腔模块与所述a/d采样模块之间还连接有所述晶体检波模块，所述处理器域所述d/a控制模块之间还连接有程控增益运算模块；
21、所述程控增益运算模块用于根据a*u进行运算，其中a为固定参数，其大小由压控晶振荡器的压控斜率确定，u为电压；
22、所述程控增益运算模块用于根据压控晶振荡器的压控斜率确定运算值，使运算值经过d/a控制模块转换输出的电压每次作用到压控晶振荡器后使其输出信号频率发生变化的同时，使所述微波共振信号的探测频率落在所述谐振腔模块的所述共振曲线的有效峰值范围内，即位于谐振腔中心频率左右。
23、优选地，在所述提高样品材料介电常数测量精度的装置中，通过d/a控制模块改变所述压控晶振荡器的外部电压使其输出频率发生变化，以使所述微波共振信号的探测频率发生变化，以便于获取谐振腔模块在谐振腔中心频率左右的共振曲线。
24、优选地，在所述提高样品材料介电常数测量精度的装置中，所述谐振腔模块发送的检波信号，经过a/d采样模块进行采样，分别获得检波信号的电压值u1、u2；
25、当u1>u2，u＝u2-u1<0，则表示微波共振信号频率f大于谐振腔模块中的原子中心参考频率f0，需要对压控晶振荡器进行负纠偏；此时通过程控增益运算模块使a*u的数值经d/a控制模块输出电压作用到压控晶振荡器后，使其输出信号频率变小；
26、当u1<u2，u＝u2-u1>0，表示微波共振信号频率f小于谐振腔模块中的原子本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种提高样品材料介电常数测量精度的装置，其特征在于，包括压控晶振荡器、调制综合器、稳幅模块、谐振腔模块、微波倍频模块以及处理器；
2.如权利要求1所述的提高样品材料介电常数测量精度的装置，其特征在于，所述处理器的SCLK端与外部时钟源连接；所述调制综合器通过其FSELECT端与所述处理器连接，所述调制综合器内部设有两个频率控制寄存器，所述两个频率控制寄存器分别存储有预先设置好的两路信号频率F0、F1，所述调制综合器的PSEL0端、PSEL1端分别为两路信号频率F1、F0的相位调节端，所述PSEL0端、PSEL1端接地，所述调制综合器还包括分别与处理器连接的FSYNC端、以及SDATA端；
3.如权利要求1所述的提高样品材料介电常数测量精度的装置，其特征在于，所述调制信号为占空比为1:1的方波信号，所述方波信号发送至所述调制综合器的FSELECT端；所述同步鉴相参考信号用于伺服环路同步鉴相，所述同步鉴相参考信号为矩形脉冲，且与所述方波信具有固定的相位关系，但所述同步鉴相参考信号的占空比不为1:1。
4.如权利要求1所述的提高样品材料介电常数测
5.如权利要求1所述的提高样品材料介电常数测量精度的装置，其特征在于，还包括D/A控制模块以及A/D采样模块，所述D/A控制模块的两端分别连接压控晶振荡器与所述处理器之间，所述A/D采样模块的两端分别连接在所述所述谐振腔模块和所述处理器之间；
6.如权利要求5所述的提高样品材料介电常数测量精度的装置，其特征在于，所述谐振腔模块与所述A/D采样模块之间还连接有所述晶体检波模块，所述处理器域所述D/A控制模块之间还连接有程控增益运算模块；
7.如权利要求6所述的提高样品材料介电常数测量精度的装置，其特征在于，通过D/A控制模块改变所述压控晶振荡器的外部电压使其输出频率发生变化，以使所述微波共振信号的探测频率发生变化，以便于获取谐振腔模块在谐振腔中心频率左右的共振曲线。
8.如权利要求6所述的提高样品材料介电常数测量精度的装置，其特征在于，所述谐振腔模块发送的检波信号，经过A/D采样模块进行采样，分别获得检波信号的电压值U1、U2；
9.如权利要求8所述的提高样品材料介电常数测量精度的装置，其特征在于，当U1＝U2，U＝U2-U1＝0，表示微波共振信号频率f已经对准谐振腔模块的中心频率f0，即不需要对压控晶振荡器进行纠偏，此时程控增益运算模块使A*U的数值经D/A控制模块输出电压作用到压控晶振荡器后，使其输出信号频率不发生变化。
10.一种提高样品材料介电常数测量精度的方法，其特征在于，介电常数采用如权利要求1至9任意一项所述的装置获取如下公式中的参数；
...【技术特征摘要】
1.一种提高样品材料介电常数测量精度的装置，其特征在于，包括压控晶振荡器、调制综合器、稳幅模块、谐振腔模块、微波倍频模块以及处理器；
2.如权利要求1所述的提高样品材料介电常数测量精度的装置，其特征在于，所述处理器的sclk端与外部时钟源连接；所述调制综合器通过其fselect端与所述处理器连接，所述调制综合器内部设有两个频率控制寄存器，所述两个频率控制寄存器分别存储有预先设置好的两路信号频率f0、f1，所述调制综合器的psel0端、psel1端分别为两路信号频率f1、f0的相位调节端，所述psel0端、psel1端接地，所述调制综合器还包括分别与处理器连接的fsync端、以及sdata端；
3.如权利要求1所述的提高样品材料介电常数测量精度的装置，其特征在于，所述调制信号为占空比为1:1的方波信号，所述方波信号发送至所述调制综合器的fselect端；所述同步鉴相参考信号用于伺服环路同步鉴相，所述同步鉴相参考信号为矩形脉冲，且与所述方波信具有固定的相位关系，但所述同步鉴相参考信号的占空比不为1:1。
4.如权利要求1所述的提高样品材料介电常数测量精度的装置，其特征在于，所述稳幅模块包括幅值检测模块以及补偿模块，所述幅值检测模块用于接收所述调制综合器输出的fsk信号，并进行幅度检测；
5.如权利要求1所述的提高样品材料介电常数测量精度的装置，其特征在于，还包括d/a控制模块...
【专利技术属性】
技术研发人员：梁良，李陵洲，朱永军，王廷，雷勇，
申请(专利权)人：湖北合聚高分子材料有限公司，
类型：发明
国别省市：
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