A cylindrical guarded capacitor for spectral permittivity measurements of hard rock samples in the MHz-range
A cylindrical guarded capacitor for spectral permittivity measurements of hard rock samples in the MHz-range
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圆柱形保护电容器，用于 MHz 范围内硬岩样品的光谱介电常数测量
DOI：
10.1088/0957-0233/26/10/105902
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发表时间：
2015
影响因子：
2.4
通讯作者：
Wagner
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Schmidt;Wilting;Wagner
研制了一种用于圆柱形岩石样品复介电常数无损测量的屏蔽保护电容器。结合矢量网络分析仪，测量系统可以快速确定光谱介电常数。电容器的几何构造允许扫描圆柱形样品（例如岩心）的性质并确定各向异性。复介电常数从使用网络分析仪确定的散射参数计算。该计算基于电池的π网络模型，并考虑了杂散电容和与保护电极相关的电容。使用这种方法，在10 MHz和200 MHz之间实现了良好的测量精度。基于三维电磁场仿真的单元场分布的有限元模型证明了该方法的有效性。通过对试样的大量测量，研究了岩心典型几何缺陷（如变直径、有限长度和不均匀性）的影响，并进行了量化。这些测试证实，由于短屏蔽电极，介电常数的空间变化可以在亚厘米尺度上分辨。
A shielded and guarded capacitor for non-destructive measurement of the complex permittivity of cylindrical rock samples has been developed. In combination with a vector network analyzer, the measurement system allows for rapid determination of spectral permittivity. The geometrical construction of the capacitor allows for scanning the properties of cylindrical samples, such as drill cores, and determination of anisotropy. The complex permittivity is calculated from the scattering parameters, which are determined using a network analyzer. The calculation is based on a π-network model for the cell and takes stray capacitances and capacitances related to the guard electrode into account. Using this method, good measurement accuracy is achieved between 10 MHz and 200 MHz. The validity of this method was proven by finite element modeling of the field distributions in the cell based on 3D electromagnetic simulation. The influence of typical geometrical imperfections of drill cores, such as varying diameter, finite length and heterogeneities has been studied and quantified by extensive measurements of test samples. These tests confirmed that due to the short shielded electrode, spatial variations in permittivity can be resolved on a sub-centimeter scale.
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