[发明专利]测量水膜厚度的双曲余弦缝隙传感器及栅格隔离器的设计方法

权利要求书

1.一种测量水膜厚度的双曲余弦缝隙传感器，其特征在于：包括谐振腔主体(3)、左端楔形圆筒(1)和右端楔形圆筒(6)；所述谐振腔主体(3)由谐振腔(3-1)和左栅格隔离器(2)、右栅格隔离器(5)组成，所述谐振腔(3-1)的左右端分别连通左栅格隔离器(2)、右栅格隔离器(5)，左端栅格隔离器(2)和右端栅格隔离器(5)结构相同，均由直线形中间金属条和1对以上关于中间金属条对称分布的双曲余弦形金属条组成；所述左端隔离器(2)的左端与左端楔形圆筒(1)相连通，右端隔离器(5)与右端楔形圆筒(6)相连通；谐振腔主体(3)的侧壁设有耦合件安装孔(4)；所述谐振腔(3-1)工作于TE₁₁₁模式下。

2.根据权利要求1所述的测量水膜厚度的双曲余弦缝隙传感器，其特征在于：谐振腔(3-1)的半径为20.59mm，左端栅格隔离器(2)和右端栅格隔离器(5)均由中间金属条和左右对称分布的4对双曲余弦形金属条组成，金属条的宽度均为1mm；x轴为过圆的中心点且重合于中间金属条的方向，y轴与x轴正交，沿y轴正方向的4条双曲余弦形金属条依次过点(0,4.511)、(0,7.855)、(0,12.15)、(0，16.9)，相应的函数方程依次为：y₁＝0.011cosh(x/4)+4.5，y₂＝0.055cosh(x/4)+7.8，y₃＝0.35cosh(x/4)+11.8，y₄＝2.1cosh(x/4)+14.8；单位均为mm。式中，x为x轴的变量，y₁、y₂、y₃、y₄为y轴的变量。

3.根据权利要求1所述的测量水膜厚度的双曲余弦缝隙传感器，其特征在于：所述左端楔形圆筒(1)的气流流入端的壁面和右端楔形圆筒(6)的气流流出端壁面均为楔形结构。

4.根据权利要求1所述的测量水膜厚度的双曲余弦缝隙传感器，其特征在于：所述谐振腔主体(3)的耦合方式为同轴线激励。

5.一种设计权利要求2所述的测量水膜厚度的双曲余弦缝隙传感器中栅格隔离器的设计方法，左端栅格隔离器(2)和右端栅格隔离器(5)的设计方法相同，左端栅格隔离器(2)包括以下具体步骤：

步骤1：计算谐振腔端面电流密度方向：过左端栅格隔离器(2)的中心点且重合于中间金属条的方向设置x轴，设定y轴与x轴正交；J_r为谐振腔端面电流密度的径向分量，为谐振腔端面电流密度的切向分量，J为谐振腔端面电流密度；谐振腔端面电流密度J与谐振腔端面电流密度的径向分量J_r的夹角θ₁的正切值为：

式(1)中J₁为一阶贝塞尔函数，J₁’为一阶贝塞尔函数的一阶导数；

步骤2：定位双曲余弦金属条：根据谐振腔端面电流密度分布的强弱确定双曲余弦金属条的位置，4对双曲余弦形金属条与y轴的交点到原点的距离分别为0.22R、0.38R、0.59R、0.82R，R为谐振腔的半径；

步骤3：确定双曲余弦金属条形状：依次经过各双曲余弦金属条与y轴的交点拟合相应的双曲余弦函数y＝acosh(x/b)+c中的常数a、b、c，使双曲余弦函数上任意一点(x,y)的斜率与公式(1)中对应点的电流密度方向相同。