基于电磁方法的混合物介电特性研究及含水量检测

摘要

混合物介电特性是研究其物理学特征、测定其成分的基础，对环境污染监测、建筑物稳定性及道路性能评估等领域意义重大。但受到理论方法、研究手段等因素限制，对土壤、岩石等混合介质电学特性的计算和测量问题至今未能形成一套完整成熟的理论体系和有效的研究方法。土壤的含水量测量问题在地质学、土壤学研究等领域也都具有重要应用意义，但目前用于测量土壤含水量参数的各种方法在精度、适用性、环保等方面尚有局限性。
　　本研究工作利用超宽带电磁窄脉冲技术来研究岩石、土壤等混合介质的介电常数特性，并将此方法应用于测量土壤含水量参数。这种超宽带电磁脉冲测量方法利用超宽带电磁脉冲信号来获得介质的时域介电响应以及在超宽频谱内的连续介电响应曲线，阐明土壤介电特性在连续谱内的变化特性，及其与样本成分、结构、饱和度、温度等因素之间的动态关系。通过对时、频域介电响应的联合反演分析获得准确度较高的含水量参数。并采用数值模拟与实验测量相结合的方法来验证此测量方法的有效性及可行性。设计并实现超宽带脉冲收发天线系统，开展土壤介电模型在复杂因素影响下对纳秒级脉冲信号的介电响应实验研究，建立及完善超宽带介电反演算法以计算土壤含水含盐量等物理参数。本项目对于深入了解物质介电特性及含水量等参数对超宽带电磁脉冲的响应规律，发展新型的含水量测量方法，具有重要的科学意义和应用价值，其研究成果可推广于土壤或路基含水量测量等工程应用。

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第一章 绪论

1.1 论文研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容和技术路线

第二章 混合物质介电理论

2.1 低频介电增强效应

2.2 基于等效电容模型的混合介质介电增强效应分析

2.3 几种岩石模型的计算

2.4 本章小结

第三章 基于有限差分法的建模与计算

3.1 混合定律和计算模型

3.2 基于3D-FDM的等效电性参数计算

3.3 模型参数说明

3.4 3D-FDM方法的验证

3.5 关于FDM的评估

3.6 本章小结

第四章 介电常数及含水量测量传感器设计

4.1 微带谐振环式传感器

4.2 平行微带传输线式含水量传感器

4.3 本章小结

第五章 超宽带电磁脉冲介电特性测量

5.1 超宽带土壤含水量测量理论

5.2 超宽带测量天线设计

5.3 本章小结

第六章 结论与问题

6.1 结论

6.2 存在问题与对后续研究工作的建议

6.3 创新点

参考文献

致谢