基于LabWindows／CVI介質(zhì)復(fù)介電常數(shù)的測量系統(tǒng)設(shè)計

1．3 計算模塊
該測試系統(tǒng)采用的是利用微擾法對介質(zhì)介電常數(shù)進行測量，該方法具有測量簡便，所需樣品少，精度高等優(yōu)點。根據(jù)微擾理論，有：

式中：εr'和εr分別為介電常數(shù)ε的實部和虛部；f0為諧振腔諧振頻率；△f為微擾后的頻偏；Q0和Qs分別為微擾前后的品質(zhì)因數(shù)；σ為電導(dǎo)率；介質(zhì)桿的體積Vs遠遠小于腔體的體積V0。
根據(jù)以上理論，該測量系統(tǒng)的計算過程分為Q值計算、相對介電常數(shù)計算、損耗角正切計算三部分。對于給定的測量系統(tǒng)，計算精度主要取決于測量腔體的尺寸誤差。由于加工精度的限制，實際加工的腔體與設(shè)計的腔體在尺寸上存在差別。在軟件上，由于腔體Q值及其讀數(shù)分辨率的影響，使f0和微擾后頻率fs的測量出現(xiàn)誤差，也即給△f帶來了誤差。

2 測量結(jié)果
在常溫條件下，對實驗室的一些樣品測量結(jié)果如表1所示(參考值指文獻[10]中的值)。

從表中可以看出，測出的結(jié)果基本與標稱值吻合。

3 誤差分析
該測量系統(tǒng)的誤差主要分為兩部分：校準系統(tǒng)的誤差和測試系統(tǒng)的誤差。
校準系統(tǒng)的誤差主要來自于以下幾個方面：校準波導(dǎo)的反射沒有被考慮；雖然校準波導(dǎo)的反射很小，但是反射的部分會在校準過程中加入到附加網(wǎng)絡(luò)中去，而這部分誤差在測量反射參數(shù)時會產(chǎn)生影響，尤其當(dāng)被測件的反射比較小時；波導(dǎo)校準和測量過程中，為了操作方便，同時也為了保護儀器，在每次連接波導(dǎo)時，總是將同軸波導(dǎo)轉(zhuǎn)換從同軸電纜上取下，這就會造成每次重新連接時，存在一定的復(fù)位誤差。
測試系統(tǒng)的誤差主要體現(xiàn)在測量腔體的尺寸誤差和讀數(shù)分辨率的影響。另外，不能完全滿足微擾條件而帶來的非線性問題也是誤差的一個主要來源。

4 結(jié)語
該測試系統(tǒng)完成了利用微擾法對介質(zhì)介電常數(shù)的自動測試，校準測試速度快，具有可擴展性，二次開發(fā)性強。同時，該自動測試的設(shè)計原理及技術(shù)能方便地運用于其他測試項目，解決手動測試中存在的問題，極大地提高了測試的質(zhì)量和效率。