操作或以高于微波的频率进行操作。在这种情况下，该传感器可以被使用以通过测量反射信号的相位变化来对材料“成像”。因此，反射电磁信号的所有特性也都是可测量的量。例如，幅度、共振频率的漂移以及相位的变化。光谱的微波部分/毫米波部分的电磁信号的抑制允许信号的较强穿透力与传感器的较高灵敏度。
[0047]图6示出了当使用末端开口微波共振器(具有Q因数?1000、输入频率范围为9155MHz、输入功率范围为-1OdBm)测量不同浓度的工业酒精溶液时所获取的频率响应。Y轴表示S11参数，该参数是反射系数，并且用dB来表示。可选地，它可以用幅度来表示，并且还可以用幅度来转换。在这种情况下，被使用的传感器跟图1中示出的传感器一样，除了没有聚集器。与使用空腔测量的频率相比较，去离子水与工业酒精溶液各自有35MHz与40MHz的特定频率漂移。这种频率漂移特定于特别的化合物。工业酒精溶液的频率响应的幅度随着工业酒精的浓度的增加而增加，从而表明了鉴定液体中特定化合物的存在以及测量它们的实际浓度的可能性。
[0048]图7示出了当使用末端开口微波共振器(具有Q因数?1000、输入频率范围为9900MHz、输入功率范围为-1OdBm)测量具有材料I与这些材料I各种百分比组成的食物产品的不同组成时所获取的测量频率响应。在这种情况下，被使用的传感器跟图1中示出的传感器一样，除了没有聚集器。例如，材料I具有各种百分比含量的脱脂牛奶、鲜奶油、黄油、水(〈10%)、糖、变性淀粉、稳定剂以及乳化剂。与使用空的空腔测量的频率相比，材料各自显示出在200MHz到260MHz范围内的特定的频率漂移。这种频率漂移特定于材料I的特别组成。
[0049]图8示出了当材料I (在图7中示出)的成分I到成分4的不同百分比含量的食品材料填充具有简单末端开口微波共振器的末端开口空腔时所观测(信号)的共振频率与Q因数值。所述共振频率与Q因数值来源于图7中的测量。当与共振频率响应作比较时，所测量的材料I的各种成分的Q因数响应表明了材料I的每种成分之间的Q因数的明确转变。考虑到图7中所测量的反射参数大小(magnitude)以及材料成分的共振频率与Q因数，可以开发计算机算法以便将它们归类。
[0050]图9示出了当使用末端开口微波共振器(具有Q因数?1000、输入频率范围为9900MHz、输入功率范围为-1OdBm)测量具有材料2与这些材料I的各种百分比组成的食物产品的不同组成时所获取的测量频率响应。在这种情况下，被使用的传感器跟图1中示出的传感器一样，除了没有聚集器。材料2具有各种百分比含量的脱脂牛奶、鲜奶油、黄油、水(〈10% )、糖、变性淀粉、稳定剂以及乳化剂。与使用空腔测量的频率相比较，材料各自显示在300MHz到350MHz范围内有特定的频率漂移。这种频率漂移特定于材料2的特别组成。
[0051]图10示出了当材料2 (在图9中示出)的成分I到成分4的不同百分比含量的食品材料填充具有简单末端开口微波共振器的末端开口空腔时所观测(信号)的共振频率与Q因数值。所述共振频率与Q因数值来源于图9中的测量。当与漂移小于这些材料2的负载Q因数作比较时，所测量的材料2的各种成分的响应表明了材料2的每种成分之间的共振频率的明确转变。然而，这样一来，考虑到图9中所测量的反射参数大小以及材料成分的共振频率与Q因数，人们可以开发计算机算法以便将它们归类。
[0052]图11示出了基于Q因数为?100000的末端开口微波共振器的高Q布拉格反射器的仿真频率响应。这幅图表明微波传感器可以被使用以准确地区分各种液体成分的不同信号。基于电磁软件可使用商业有限元法(FEM)来进行仿真。仿真参数是高Q布拉格反射器的几何形状与尺寸以及IW的输入功率。软件程序的输出是与共振器的Q因数相关联的共振器的共振频率。图6与图11示出的仿真Q因数的差别主要归因于包括蜂巢形状的布拉格聚集器的聚集器10。图6是在没有聚集器10的情况下产生的。
[0053]以上描述的基于末端开口微波共振器的高Q布拉格反射器可以在各种应用中被使用。例如，如以上描述，它可以被使用为简单组成传感器。在这种情况下，感兴趣的的液体复合材料被放在样品区域6中，并且液体复合比例可通过测量感应场的变化被测量或被确定。其它的应用包括石油管道的持续流量与成分测定以及管道与表层的腐蚀检查与厚度监控等等。
[0054]图12与图13示出了用于测量输油管15中流动的湿天然气混合物的成分的系统。该系统具有多个基于末端开口微波共振器的高Q布拉格反射器。这些高Q布拉格反射器安装于输油管的内表面以使得每个传感器的样品室通向输油管的内部。这些传感器被放置在输油管的两个区域。第一个区域具有比第二个区域16更大的内径以允许压差测量。
[0055]微波发生器被提供(没有示出)以产生激励信号。该发生器可以被使用以导致传感器中的电磁共振，从而导致具有场最大值的可控制边缘电磁场。所述场最大值接近于面向湿气体流的表面。可选地，传感器可以在非共振模式中被激励，并且与传感器相关的反射参数和相位被记录。
[0056]当湿气体流流动经过传感器时，与传感器親合的记录单元适合于测量反射特性与相位特性；包括反射幅度；以及获取共振Q因数、传输Q因数以及相位差。处理单元被提供用于使用主要元件的数字数据分析以及共振与发射数据的光谱分析以估测所述湿气体流的至少一部分特性。
[0057]在使用中，例如，当组成为油与水的混合时，油量可以通过测量频率扰动来获取。这是因为整个混合物的等价介电常数变化了。当系统响应于甚近场或边缘电磁场时，第一光谱的Q因数、相位以及反射幅度产生变化。当系统响应于远场电磁场时，在另一更高频谱再次测量参数。一旦参数被测量，数据被发送到处理单元进行分析，并且使用PCA以及光谱角技术获取混合物的流动成分参数。
[0058]在另一实施方式中，通过结合电磁技术与NMR技术可执行多相流测量。图14与图15示出的系统具有强磁体。该强磁体放置于管道15的附近，并且具有恒定不变的强磁场(假设>0.1特斯拉)，通过管道15指向一个方向。电磁线圈18也可以放置在处于恒定磁场附近的容器的附近以提供附加的低强度交替电磁场(假设35dBm到-60dBm)。由于强磁体的作用，该电磁场指向电磁场的垂直方向。另一电磁线圈15被放置于管道中用于检测来自于容器中的混合物的RF辐射。所述容器暴露于这些磁场中。近场模式中的高Q末端开口布拉格反射传感器可以用作EPR光谱仪。
[0059]使用图14与图15的系统允许使用EPR/NMR与本发明的微波传感器估测多相流。在流动无干扰的多相气体流中，大部分流体在大量的条件下可在管壁上行进形成薄膜。因此，通过使用本发明公开的表面灵敏共振传感器测量流体(水/油/浓缩混合物)的含量和/或成分时，实现对流体含量的高灵敏度是可能的。将NMR测量、微波共振测量以及传输测量结合到多相集成仪表中能提高灵敏度与准确度。因为NMR技术在本领域是公知的，所以没有进行详细地描述。
[0060]图16示出了用于获取材料的电介质参数、EPR参数以及NMR参数的系统。这个系统具有至少一个布拉格传感探头14、至少一对嵌入图14中所示出的管道15的内表面的永磁体以及用于NMR测量的RF线圈。通过使用环形器将发射信号(探测信号)与接收信号(输出信号)进行分离，并使用一个布拉格传感探头，可以测量电介质参数与EPR参数。因为环形器在本领域是公知的，所以没有进行详细地描述。
[0061]如图16所示，一般地，布拉格传感探头被来自微波频率源16的信号经过放大21之后激励。脉冲控制器或脉冲发生器22被提供以设置与控制布拉格共振探头14中的间歇脉冲的持续时间与周期。接收部分具有前置放大器24、RF微波整流器25、锁相放大器26以及数字转换器27。数字信号馈入计算机28。锁相放大器用于从高噪声环境中提取信号。数字数据被不同的数字算法识别与处理以提取不同材料的电介质特性29与EPR/NMR参数30。另一种基于