[发明专利]一种基于差分振荡器的介电常数测量装置

说明书

本发明实施例公开了一种基于差分振荡器的介电常数测量装置，包括用于输出两路差分振荡信号的差分振荡器、分别与所述差分振荡器的两个输出端连接的检测支路和参考支路、混频器以及电压测量机构；一路所述差分振荡信号依次经过所述检测支路中的第一隔直电容、第一移相单元和第一敏感元件后传输至所述混频器的一个输入端，另一路所述差分振荡信号依次经过所述参考支路中的第二隔直电容、第二移相单元和第二敏感元件后传输至所述混频器的另一个输入端；所述第一敏感元件和所述第二敏感元件结构相同，所述电压测量机构与所述混频器的输出端连接，通过上述方式，本发明能够抑制有效环境因素造成的共模干扰，且有利于实现便携性和小型化。

技术领域

本发明涉及介电常数测量技术领域，尤其涉及一种基于差分振荡器的介电常数测量装置。

背景技术

高精度介电常数测量系统广泛运用在农业、工业、医疗等领域。例如，在农业领域，利用水介电常数较大这一特点，通过分析种子介电常数的不同可以分析出农作物的成熟程度；在医疗领域，通过分析细胞介电常数可以实现癌细胞的检测；在工业生产领域，通过分析过程物的介电常数，可以分析其化学成分，提高生产效率。

常见的测量方式有传输线法、谐振腔法、自由空间法等，但这些测量方式需要使用矢量网络分析仪（VNA）这类大型仪器，所以需要设计合适的信号读取电路，替换掉VNA。如图一所示，有学者提出利用负阻振荡器，通过分析振荡频率偏移量，反推出介电常数的实部，具体为将待测样品放置在敏感元件001中，电容002为栅极隔直电容，通过栅极匹配网络003与MOS管004连接。当满足以下起振条件时：

；

则产生了振荡信号，振荡信号通过漏极匹配005后，输入到隔直电容006，最终通过同轴线007输入到频谱分析仪008进行分析。

然而，上述测量装置容易受到环境因素的干扰，振荡器中MOS管部分属于有源器件，其偏置电路对环境干扰比较敏感，比如室内温度、湿度等因素，从而容易引起共模干扰；并且，虽然避免使用了VNA，但是需要用到频谱分析仪，难以实现便携性和小型化。

发明内容

本发明实施例提供一种基于差分振荡器的介电常数测量装置，能够有效抑制环境因素造成的共模干扰，且有利于实现便携性和小型化。

为了解决上述技术问题，一方面，本发明提供一种基于差分振荡器的介电常数测量装置，包括用于输出两路差分振荡信号的差分振荡器、分别与所述差分振荡器的两个输出端连接的检测支路和参考支路、混频器以及电压测量机构；

所述检测支路包括依次串联的第一隔直电容、第一移相单元和用于放置待测样本的第一敏感元件，一路所述差分振荡信号依次经过所述第一隔直电容、第一移相单元和第一敏感元件后传输至所述混频器的一个输入端；

所述参考支路包括依次串联的第二隔直电容、第二移相单元和空载的第二敏感元件，另一路所述差分振荡信号依次经过所述第二隔直电容、第二移相单元和第二敏感元件后传输至所述混频器的另一个输入端；

所述第一敏感元件和所述第二敏感元件结构相同，所述电压测量机构与所述混频器的输出端连接，用于检测所述混频器的输出电压值，进而实现所述待测样本的介电常数测量。

进一步地，所述差分振荡器包括差分滤波器、第一晶体管以及第二晶体管；

所述差分滤波器的两个输入端分别与所述第一晶体管和第二晶体管的输入端连接，所述差分滤波器的两个输出端作为所述差分振荡器的两个输出端，分别与所述第一晶体管和所述第二晶体管的输出端连接，并且所述差分滤波器的两个输出端还分别与所述第一隔直电容和第二隔直电容连接。

进一步地，所述差分振荡器输出的两路差分振荡信号的幅度相同、相位相差，所述第一移相单元用于对经过其的差分振荡信号移相，所述第二移相单元用于对经过其的差分振荡信号移相，以使得所述差分振荡器输出的两路差分振荡信号在分别经过所述第一移相单元和所述第二移相单元后相位差变为。