张 勇，刘 策，郭 晨，靳 钊，李 婷

（长安大学 信息工程学院，陕西 西安710064）

0 引 言

岩石饱和度是石油测井、地质勘查的一项重要指标。传统电性无损检测法，包括电容传感法、谐振腔法［2］、时域反射、探地雷达法等［1］，结构单一，测量精度差，Q值［3］不高，对高离子水敏感，不适合岩层饱和度检测。

本文提出一种基于微带耦合环阵列结构传感器，阵元为微带环，耦合方式馈电，采用阵列组合方式测多组谐振频率，增强测量精度。

岩石因含水饱和度不同，有效介电常数改变，微带环周围电场分布变化，致使微带环阵元谐振频率偏移。通过测量各个阵元谐振频率电压输出值加权平均，反演有效介电常数，求得岩石含水饱和度。该传感器结构简单，测量精度高，实时性强，功耗低，对岩石孔隙度、电导率不敏感，适合各种类型岩石检测。

1 微带环反演模型

空气中微带环谐振频率fll，微带环加负载 （贴近待测介质）后谐振频率为fl。微带环加负载 （贴近待测介质）前后的谐振频率比值与有效介电常数关系如下

式中：fl、fll——加介质负载、空载的谐振频率，、——负载、空气的有效介电常数。对于有损耗的微带传输线，加负载后有效介电常数可表示为

传输线C、G、εeff可表示如式 （3）［4］所示

微带环空载时电导G＝0，由式 （3）得电路空载和负载时有效介电常数与电容、电导的关系如式 （4）、式 （5）所示

在忽略辐射损耗情况下，Qm为加负载情况下通过谐振频率和3dB带宽［7］测得的品质因数，Qu［8］空载情况下考虑微带导线损耗测得的品质因数。根据式 （7）得到介质损耗品质因数Qd。……