[实用新型]一种测量汽轮机湿度的微带贴片谐振器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种微带贴片谐振器，尤其是一种测量汽轮机湿度的微带贴片谐振器，属于微波测量技术领域。

背景技术

目前，国内外用于汽轮机内流动湿蒸汽湿度的测量方法主要是热力学法、光学法、CCD成像技术及微波微扰法。微波微扰法是基于微波谐振腔的微扰，即微波谐振腔的谐振频率随腔内电介质的介电常数变化发生偏移，在一定的温度、压力下，湿蒸汽的介电常数只与其湿度有关，因此，可以通过测量湿蒸汽通过微带谐振器时产生的频率偏移量来实现蒸汽湿度的在线测量。张淑娥等在“空气湿度微波谐振腔测量方法”(中国电机工程学报，2008，28(2)：27-32)中提出了金属圆柱型谐振腔湿度传感器，搭建了蒸汽湿度测量系统。但是，金属圆柱谐振腔湿度传感器存在体积大，随温度变化腔体体积膨胀缩小，谐振频率漂移严重的问题。张淑娥等在“微带缝隙实现汽轮机蒸汽湿度测量的研究”(华北电力大学学报，2016，43(1)：99-103，110)中提出一种双通道微带缝隙谐振器湿度传感方法，该方法采用微带线结构，通过测量湿蒸汽通过微带谐振器缝隙时产生的频率偏移量来实现蒸汽湿度的在线测量。但是，普通微带线结构测量湿蒸汽的湿度是利用湿蒸汽通过微带缝隙时电容的变化引起频偏实现的，蒸汽湿度的变化引起的频偏小。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种测量汽轮机湿度的微带贴片谐振器。

本实用新型采用下述技术方案：

一种测量汽轮机湿度的微带贴片谐振器，包括贴片、介质层和接地板；介质层由基质层和样本层组成，贴片印刷在样本层顶部，样本层的底部与接地板接触，其顶部与基质层接触；样本层为一个空腔。

所述贴片为矩形贴片。

所述微带贴片谐振器的谐振频率f_r为：

其中，v₀是光速度；m、n为谐振模式序号，L_eff和W_eff分别为贴片(1)的等效长度和等效宽度；ε_rdyn是动态等效相对介电常数，其计算方法为：

式中，ε_r1为样本层的相对介电常数，ε_r2为基质层的相对介电常数，L和W分别为贴片(1)的物理长度与物理宽度，h₁和h₂分别为样本层和基质层的厚度；C_dyn(ε_r1,ε_r2,L,W,h₁,h₂)和C_dyn(ε_r1＝ε_r2＝1,L,W,h₁,h₂)分别为介质填充和空气填充条件下倒置微带贴片谐振器的总动态电容；介质填充条件下倒置微带贴片谐振器的总动态电容C_dyn为：

C_dyn(ε_r1,ε_r2,L,W,h₁,h₂)＝C_o,dyn(ε_r1,L,W,h₁)+2C_e1,dyn(ε_r1,ε_r2,L,W,h₁,h₂)+2C_e2,dyn(ε_r1,ε_r2,L,W,h₁,h₂)(3)

式中，C_o,dyn是贴片(1)的中心动态电容，C_e1,dyn和C_e2,dyn分别是贴片(1)沿长度L方向的边缘电容和沿宽度W方向的边缘电容；

贴片(1)的中心动态电容C_o,dyn由下式计算：

式中，C_o,stat为贴片(1)的中心静态电容，其计算方法为：

式中，ε₀为真空中的介电常数；

贴片(1)沿长度L方向的边缘电容C_e1,dyn和沿宽度W方向的边缘电容C_e2,dyn可分别由下式计算得到：

贴片(1)沿长度L方向的静态边缘电容C_e1,sta为：