DE102023117163A1

DE102023117163A1 - Gerät zur messung mindestens einer elektromagnetischen eigenschaft einer materialprobe

Info

Publication number: DE102023117163A1
Application number: DE102023117163.1A
Authority: DE
Inventors: Gianni Taraschi; Kristi Pance
Original assignee: Rogers Corp
Current assignee: Rogers Corp
Priority date: 2022-06-30
Filing date: 2023-06-29
Publication date: 2024-01-04
Also published as: US20220334081A1; JP2024007472A

Abstract

Eine Vorrichtung zum Messen einer elektromagnetischen Eigenschaft einer Materialprobe, die Folgendes umfasst: ein Gehäuse mit einem inneren Hohlraum und einer abnehmbaren Abdeckung, wobei das Gehäuse mit der Abdeckung eine elektromagnetische Resonanzkammer bildet; einen Behälter, der so konfiguriert ist, dass er die Materialprobe aufnimmt, wobei sich der Behälter entlang einer y-Achse des Gehäuses durch gegenüberliegende Seitenwände des Gehäuses erstreckt und durch einen x-y-z-Mittelpunkt des Hohlraums verläuft; zwei gegenüberliegende elektrische Signalleitungen, die entlang einer x-Achse des Gehäuses ausgerichtet sind, sind so angeordnet und konfiguriert, dass sie an einen elektromagnetischen Resonanzmodus des Hohlraums koppeln; mindestens einen Resonator, der konzentrisch um den Behälter herum und innerhalb des Hohlraums angeordnet ist, wobei der mindestens eine Resonator relativ zur y-Achse fest oder fest beweglich ist; und einen Frequenztuner, der konzentrisch um den Behälter herum und zumindest teilweise innerhalb des Hohlraums angeordnet ist, wobei der Frequenztuner entlang der y-Achse fest beweglich ist.

Description

HINTERGRUND
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf ein Gerät zum Messen mindestens einer elektromagnetischen Eigenschaft einer Materialprobe, insbesondere auf ein Gerät zum Messen mindestens einer magnetischen Eigenschaft und einer dielektrischen Eigenschaft einer Materialprobe, und insbesondere auf ein Gerät zum Messen einer magnetischen Eigenschaft und einer dielektrischen Eigenschaft derselben Materialprobe.
Zu den vorhandenen Geräten zur Messung mindestens einer elektromagnetischen Eigenschaft einer Materialprobe gehören beispielsweise: eine Koaxialsonde, eine Übertragungsleitung, ein Sender und ein Empfänger im freien Raum, ein Hohlraumresonator, eine parallele Platte und ein Ringkerninduktor.
Während bestehende Geräte zur Messung elektromagnetischer Eigenschaften einer Materialprobe für den vorgesehenen Zweck geeignet sein können, würde der Stand der Technik der Messung mehrerer elektromagnetischer Eigenschaften einer Materialprobe und insbesondere der Messung sowohl magnetischer als auch dielektrischer Materialeigenschaften einer Materialprobe mit einem Gerät, das zur Messung sowohl magnetischer als auch dielektrischer Eigenschaften derselben Materialprobe verwendet werden kann, weiter fortschreiten.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG
Eine Ausführungsform umfasst eine Vorrichtung zur Messung mindestens einer elektromagnetischen Eigenschaft einer Materialprobe gemäß dem/den beigefügten unabhängigen Ansprüch(en). Weitere vorteilhafte Modifikationen der Vorrichtung zur Messung mindestens einer elektromagnetischen Eigenschaft einer Materialprobe sind in den beigefügten abhängigen Ansprüchen definiert.
In einer Ausführungsform umfasst eine Vorrichtung zum Messen mindestens einer elektromagnetischen Eigenschaft einer Materialprobe: ein Gehäuse mit einem inneren Hohlraum und einer abnehmbaren Abdeckung, wobei die Kombination des Gehäuses mit der angebrachten Abdeckung eine elektromagnetische Resonanzkammer bildet; einen Behälter, der so konfiguriert ist, dass er die Materialprobe aufnimmt, wobei sich der Behälter entlang einer y-Achse des Gehäuses durch gegenüberliegende Seitenwände des Gehäuses erstreckt und durch einen x-y-z-Mittelpunkt des Hohlraums verläuft; zwei gegenüberliegende elektrische Signalleitungen, die entlang einer x-Achse des Gehäuses ausgerichtet sind und so angeordnet und konfiguriert sind, dass sie mit einem elektromagnetischen Resonanzmodus des Hohlraums koppeln; mindestens einen Resonator, der konzentrisch um den Behälter herum und innerhalb des Hohlraums angeordnet ist, wobei der mindestens eine Resonator relativ zur y-Achse fest oder fest beweglich ist; und einen Frequenztuner, der konzentrisch um den Behälter herum und zumindest teilweise innerhalb des Hohlraums zwischen dem mindestens einen Resonator und einer der Seitenwände des Gehäuses angeordnet ist, wobei der Frequenztuner entlang der y-Achse fest beweglich ist.
In einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren zur Messung der magnetischen Eigenschaften einer Materialprobe unter Verwendung der oben beschriebenen Vorrichtung: Einführen der bestimmten Materialprobe in den Behälter, bis sie vollständig in dem Hohlraum des Behälters angeordnet ist; Erregen der beiden gegenüberliegenden elektrischen Signalleitungen mit einer bestimmten Frequenz, um den ersten und den zweiten dielektrischen Resonator-Puck in Resonanz zu bringen; während des Überwachens der Signalrückkopplung auf den zwei gegenüberliegenden elektrischen Signalleitungen über einen Netzwerkanalysator, Einstellen des Spalts zwischen den ersten und zweiten dielektrischen Resonator-Pucks entlang der y-Achse, um eine Grobabstimmung zu erhalten, und Einstellen des Frequenzabstimmers entlang der y-Achse, um eine Feinabstimmung zu erhalten, wobei die Grob- und Feinabstimmung dazu führen, dass die ersten und zweiten Resonator-Pucks und die bestimmte Probe in einem TE-Modus bei dem Resonanzmodus des Hohlraums mitschwingen; und Messen der Permeabilität und/oder des magnetischen Verlusttangens der bestimmten Probe über die Signalrückkopplung und den Netzwerkanalysator.
In einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren zur Messung der elektrischen Eigenschaften einer Materialprobe unter Verwendung der oben beschriebenen Vorrichtung: Einführen der bestimmten Materialprobe in den Behälter, bis sie vollständig in dem Hohlraum des Behälters angeordnet ist; Erregen der zwei gegenüberliegenden elektrischen Signalleitungen mit einer bestimmten Frequenz; Einstellen eines frequenzabgestimmten Zustands entlang der y-Achse durch Einstellen der Position des mindestens einen Resonators entlang der y-Achse, was dazu führt, dass der mindestens eine Resonator und die bestimmte Probe in einer TM-Mode bei der Resonanzmode des Hohlraums mitschwingen, während die Signalrückkopplung auf den beiden gegenüberliegenden elektrischen Signalleitungen über einen Netzwerkanalysator überwacht wird; und Messen der Permittivität und/oder des dielektrischen Verlusttangens der bestimmten Probe über die Signalrückkopplung und den Netzwerkanalysator.
Die oben genannten Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen leicht ersichtlich.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es wird auf die beispielhaften, nicht einschränkenden Zeichnungen verwiesen, in denen gleiche Elemente in den begleitenden Abbildungen gleich nummeriert oder gleich dargestellt sind:

1 zeigt eine Draufsicht auf einen ersten Teil einer Vorrichtung zur Messung einer Permeabilität µ und eines magnetischen Verlusttangens δµ über einen transversalen elektrischen Modus TE einer Materialprobe gemäß einer Ausführungsform;
2 zeigt eine Draufsicht auf einen zweiten Teil einer Vorrichtung zur Messung der Permittivität ε und des dielektrischen Verlustfaktors δε über einen transversalen magnetischen Modus (TM) der Materialprobe aus 1 gemäß einer Ausführungsform;
3A, 3B, 3C, 3D, 3E, 3F, 3G, 3H und 31 zeigen nacheinander die Montageschritte eines Beispielkonstrukts des ersten Teils von 1 gemäß einer Ausführungsform; und
4A, 4B und 4C zeigen analytische elektromagnetische Leistungsmerkmale von: dem in 4A dargestellten ersten Teil, der so konfiguriert ist, dass er im TE-Modus schwingt, wobei die Intensität des E-Feldes aufgetragen ist; und dem in 4C dargestellten zweiten Teil, der so konfiguriert ist, dass er im TM-Modus schwingt, wobei die Intensität des H-Feldes aufgetragen ist; und wobei 4B die in 4A dargestellte rekonfigurierbare Resonatorreaktion mit und ohne eine Testprobe des Materials in situ gemäß einer Ausführungsform darstellt.

Der Fachmann wird verstehen, dass die Zeichnungen, die im Folgenden näher beschrieben werden, nur zur Veranschaulichung dienen. Der Einfachheit und Klarheit halber sind die in den Abbildungen dargestellten Elemente nicht unbedingt maßstabsgetreu gezeichnet. So können beispielsweise die Abmessungen oder der Maßstab einiger Elemente im Vergleich zu anderen Elementen zur Verdeutlichung übertrieben sein. Ferner können, wo es angemessen erscheint, Referenznummern in den Figuren wiederholt werden, um entsprechende oder analoge Elemente zu kennzeichnen, oder analoge Elemente können nicht in allen Figuren wiederholt aufgezählt werden, wobei zu verstehen ist, dass eine solche Aufzählung, wenn sie fehlt, von Natur aus offengelegt wird.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Wie hierin verwendet, bedeutet der Ausdruck „Ausführungsform“ „hier offengelegte und/oder dargestellte Ausführungsform“, die nicht unbedingt eine spezifische Ausführungsform einer Erfindung gemäß den beigefügten Ansprüchen umfassen muss, aber dennoch hier als nützlich für ein vollständiges Verständnis einer Erfindung gemäß den beigefügten Ansprüchen bereitgestellt wird.
Obwohl die folgende detaillierte Beschreibung viele Einzelheiten zur Veranschaulichung enthält, wird jeder, der sich mit der Technik auskennt, verstehen, dass viele Variationen und Änderungen der folgenden Einzelheiten in den Anwendungsbereich der beigefügten Ansprüche fallen. Wenn beispielsweise beschriebene Merkmale andere beschriebene Merkmale nicht gegenseitig ausschließen, werden solche Kombinationen von sich nicht gegenseitig ausschließenden Merkmalen hier als inhärent offenbart betrachtet. Darüber hinaus können gemeinsame Merkmale in den verschiedenen Figuren allgemein dargestellt sein, werden aber der Einfachheit halber nicht in allen Figuren ausdrücklich aufgezählt, würden aber von einem Fachmann als ausdrücklich offenbartes Merkmal erkannt, auch wenn sie in einer bestimmten Figur nicht aufgezählt sind. Dementsprechend werden die folgenden Ausführungsbeispiele ohne Verlust der Allgemeingültigkeit und ohne Einschränkung der beanspruchten, hierin offenbarten Erfindung dargelegt.
Es werden zwei auf Resonanz basierende Messsysteme vorgeschlagen, die die Messung der Permeabilität, der Permittivität und ihrer jeweiligen Verlusttangente ermöglichen. Die beiden resonanzbasierten Messsysteme können dieselbe Materialprobe verwenden, wodurch potenzielle Fehler aufgrund von Unterschieden bei der Verwendung verschiedener Proben zur Messung der Permeabilität und Permittivität einer Materialprobe vermieden werden.
Ein erstes Messsystem ist ein auf Resonanz basierendes Messsystem, mit dem ein Verfahren zur Messung von Permeabilität und Verlusttangente implementiert wird.
Das erste System zur Messung der Permeabilität und des jeweiligen Verlusttangens der Permeabilität umfasst eine Vielzahl von „Pucks“ mit hoher Dielektrizitätskonstante, die einen rekonfigurierbaren Resonator bilden, der in seinem TE-Grundmodus arbeitet. Das System wird mit einer Drehvorrichtung, die den relativen Abstand zwischen den Pucks einstellt, auf die gewünschte Messfrequenz abgestimmt. Eine Welle mit niedriger Permittivität und einem Loch in der Mitte ermöglicht das Einsetzen einer Probe, die wiederum die Resonanzfrequenz des Systems verschiebt. Die Frequenzverschiebung wird mit einem Vektor-Netzwerkanalysator (VNA) gemessen und ist proportional zur Permeabilität der eingeführten Probe. Darüber hinaus wird die 3dB-Bandbreite der Antwortkurve (Q) ebenfalls mit dem VNA gemessen und ist proportional zum Verlusttangens der Permeabilität der eingefügten Probe. Elektromagnetische Simulationen werden zur Kalibrierung der Skalierungsbeziehungen zwischen den oben genannten Messwerten und der Permeabilität des Probenmaterials und dem Verlusttangens der Permeabilität verwendet, die von den Besonderheiten der Resonatorbaugruppe, des Metallhohlraums und der Kopplungsschleifen zum System abhängen.
Beispiele für zu messende Schritte sind:
Stimmen Sie den leeren Hohlraum mit dem Tuner auf die gewünschte Messfrequenz ab, die mit einem an die Koppelschleifen gekoppelten VNA gemessen wird.
Legen Sie die Probe ein.
Messen Sie die Resonanzfrequenzverschiebung und den Q-Wert der Ansprechkurve mit einem VNA.
Entnehmen Sie die Probe und messen Sie die Querschnittsabmessungen der Probe.
Geben Sie die gemessene Frequenzverschiebung und die Querschnittsabmessungen der Probe in die kalibrierten Skalierungsbeziehungen ein, um die Permeabilität zu berechnen.
Geben Sie das gemessene Q und die Querschnittsabmessungen der Probe in die kalibrierten Skalierungsbeziehungen ein, um den Verlusttangens der Permeabilität zu berechnen.
Ein zweites Messsystem ist ein auf Resonanz basierendes Messsystem, mit dem ein Verfahren zur Messung der Permittivität und des Verlustfaktors einer Materialprobe durchgeführt wird.
Das zweite System zur Messung der Permittivität und des entsprechenden Verlusttangens der Permittivität umfasst einen Resonator aus Metall oder einem Material mit hoher Permittivität, der einen rekonfigurierbaren Resonator bildet, der in seiner TM-Grundschwingung arbeitet. Das System wird auf die gewünschte Messfrequenz abgestimmt, indem eine Drehvorrichtung verwendet wird, die den relativen Abstand zwischen dem Resonator und einer Metalloberfläche der Drehvorrichtung innerhalb des Metallhohlraums einstellt. Durch ein Loch in der Mitte des Tuners und des Resonators kann eine Probe eingeführt werden, die wiederum die Resonanzfrequenz des Systems verschiebt. Die Frequenzverschiebung wird mit einem VNA (Vector Network Analyzer) gemessen und ist proportional zur Permittivität der eingefügten Probe. Darüber hinaus wird die 3dB-Bandbreite der Antwortkurve (Q) ebenfalls mit dem VNA gemessen und ist proportional zum Verlusttangens der Permittivität der eingefügten Probe. Elektromagnetische Simulationen werden zur Kalibrierung der Skalierungsbeziehungen zwischen den oben genannten Messwerten und der Permittivität des Probenmaterials und dem Verlusttangens der Permittivität verwendet, die von den Besonderheiten der Resonatorbaugruppe, des Metallhohlraums und der Kopplungsschleifen zum System abhängen.
Beispiele für zu messende Schritte sind:
Stimmen Sie den leeren Hohlraum mit dem Tuner auf die gewünschte Messfrequenz ab, die mit einem an die Koppelschleifen gekoppelten VNA gemessen wird.
Legen Sie die Probe ein.
Messen Sie die Resonanzfrequenzverschiebung und den Q-Wert der Ansprechkurve mit einem VNA.
Entnehmen Sie die Probe und messen Sie die Querschnittsabmessungen der Probe.
Geben Sie die gemessene Frequenzverschiebung und die Querschnittsabmessungen der Probe in die kalibrierten Skalierungsbeziehungen ein, um die Permittivität zu berechnen.
Geben Sie das gemessene Q und die Querschnittsabmessungen der Probe in die kalibrierten Skalierungsbeziehungen ein, um den Verlusttangens der Permittivität zu berechnen.
Eine Ausführungsform, wie sie in den verschiedenen Figuren und im Begleittext gezeigt und beschrieben ist, stellt eine Vorrichtung zur Messung elektromagnetischer Eigenschaften, insbesondere der Permeabilität und der Permittivität, derselben Materialprobe bereit. Es ist von Bedeutung, dass dieselbe Materialprobe sowohl für die Messung der Permeabilität als auch der Permittivität verwendet werden kann, was die Genauigkeit der Messung erheblich verbessert, da feine Unterschiede in den Materialeigenschaften oder physikalischen Eigenschaften, die die Materialeigenschaften beeinflussen könnten, zwischen einer Materialprobe und einer anderen Materialprobe vernachlässigt werden können. Bei der Materialprobe kann es sich um einen Feststoff, ein Pulver oder eine Flüssigkeit handeln.
In einer Ausführungsform und unter gemeinsamer Bezugnahme auf die 1 und 2 wird eine Vorrichtung 100 (der erste Abschnitt 200 und der zweite Abschnitt 300 sind getrennt dargestellt, da sie getrennt voneinander, zusammen als getrennte Einheiten oder zusammen als kombinierte Einheit verwendet werden können) zur Messung mindestens einer elektromagnetischen Eigenschaft einer Materialprobe 500 offenbart, wobei der erste Abschnitt 200 (siehe 1) zum Messen einer magnetischen Eigenschaft, wie z.B. der Permeabilität µ und einer magnetischen Verlusttangente δµ, der Materialprobe 500 über einen transversalen elektrischen Modus TE dient; und der zweite Teil 300 (siehe 2) zum Messen einer elektrischen Eigenschaft, wie z.B. einer Permittivität ε und einer dielektrischen Verlusttangente δε, der Materialprobe 500, wie in 1 dargestellt, über einen transversalen magnetischen Modus TM dient.
In einer Ausführungsform und unter Bezugnahme auf die 1 und 2 insgesamt umfasst sowohl der erste Teil 200 als auch der zweite Teil 300 der Vorrichtung 100: ein Gehäuse 400 mit einem inneren Hohlraum 402 und einer abnehmbaren Abdeckung 404 (am besten zu sehen unter Bezugnahme auf 3A und 3I), wobei die Kombination des Gehäuses 400 mit der angebrachten Abdeckung 404 eine elektromagnetische Resonanzkammer 406 innerhalb des Hohlraums 402 bildet; einen Behälter 102, der zur Aufnahme der Materialprobe 500 konfiguriert ist, wobei sich der Behälter 102 entlang einer y-Achse des Gehäuses 400 durch gegenüberliegende Seitenwände 408, 410 des Gehäuses 400 erstreckt und durch einen x-y-z-Mittelpunkt 412 des Hohlraums 402 verläuft; zwei gegenüberliegende elektrische Signalleitungen 104, 106, die entlang einer x-Achse des Gehäuses 400 ausgerichtet sind, die so angeordnet und konfiguriert sind, dass sie an einen elektromagnetischen Resonanzmodus des Hohlraums 402 mit der Materialprobe 500 koppeln, wobei die Signalleitungen 104, 106 über Verbinder 116 mit dem Gehäuse 400 verbunden sind; mindestens einen Resonator 108, der konzentrisch um den Behälter 102 und innerhalb des Hohlraums 402 angeordnet ist, wobei der mindestens eine Resonator 108 fest oder fest beweglich relativ zur y-Achse ist; und einen Frequenzabstimmer 110, der konzentrisch um den Behälter 102 und zumindest teilweise innerhalb des Hohlraums 402 zwischen dem mindestens einen Resonator 108 und einer der Seitenwände 408, 410 des Gehäuses 400 angeordnet ist, wobei der Frequenzabstimmer 110 fest entlang der y-Achse beweglich ist. In einer Ausführungsform sind das Gehäuse 400 und der Deckel 404 aus einem nichtmagnetischen Metallmaterial, wie z. B. Aluminium, aber nicht darauf beschränkt.
In einer Ausführungsform und unter besonderer Bezugnahme auf 1 umfasst der mindestens eine Resonator 108 einen ersten und einen zweiten dielektrischen Resonator-Puck 108.1, 108.2, die konzentrisch um den Behälter 102 und innerhalb des Hohlraums 402 angeordnet sind, wobei der erste und der zweite dielektrische Resonator-Puck 108.1, 108.2 relativ zueinander entlang der y-Achse fest beweglich sind und durch einen Spalt 112 getrennt sind. In einer Ausführungsform ist der Frequenztuner 110 ein dielektrischer Frequenztuner-Puck 110, der konzentrisch um den Behälter 102 angeordnet ist und innerhalb des Hohlraums 402 zwischen einem der ersten und zweiten dielektrischen Resonator-Pucks 108.1, 108.2 und einer Seitenwand 408, 410 des Gehäuses 400 angeordnet ist, wobei der dielektrische Frequenztuner-Puck 110 entlang der y-Achse fest beweglich ist. In einer Ausführungsform werden der Behälter 102 und der dielektrische Frequenzabstimm-Puck 110 durch Sicherungsmuttern 118 relativ zum Gehäuse 400 in Position gehalten.
In einer Ausführungsform sind der erste und der zweite dielektrische Resonator-Puck 108.1, 108.2 mittels dielektrischer Halter 114, die einen kontrollierten Freiheitsgrad der Bewegung entlang der y-Achse haben, relativ zueinander fest beweglich. In einer Ausführungsform umfassen die dielektrischen Halterungen 114 zwei Paare von Muttern 114.1, 114.2, wobei eine Mutter auf jeder Seite des ersten bzw. zweiten dielektrischen Resonator-Pucks 108.1, 108.2 angeordnet ist, wobei die Muttern 114.1, 114.2 mit dem Behälter 102 in Gewindeeingriff stehen, wobei der Behälter 102 Außengewinde und die Muttern 114.1, 114.2 Innengewinde aufweisen. In einer Ausführungsform ist der dielektrische Frequenzabstimm-Puck 110 ebenfalls mit dem Behälter 102 in Gewindeeingriff, wobei der Behälter 102 ein Außengewinde und der Frequenzabstimm-Puck 110 ein Innengewinde aufweist.
In einer Ausführungsform bestehen die ersten und zweiten dielektrischen Resonator-Pucks 108.1, 108.2 aus einem ersten dielektrischen Material und die dielektrischen Halterungen 114 aus einem zweiten dielektrischen Material, wobei das erste dielektrische Material eine Permittivität aufweist, die größer ist als die Permittivität des zweiten dielektrischen Materials. In einer Ausführungsform hat das erste dielektrische Material eine Permittivität, die gleich oder größer als 30 ist, und das zweite dielektrische Material hat eine Permittivität, die gleich oder kleiner als 4 ist. In einer Ausführungsform umfasst das erste dielektrische Material eine Keramik. In einer Ausführungsform besteht das zweite dielektrische Material aus einem Kunststoff. Durch die Verwendung von im Wesentlichen unterschiedlichen Permittivitätn für die Materialien der ersten und zweiten dielektrischen Resonator-Pucks 108.1, 108.2 und der dielektrischen Halterungen 114, wobei erstere höher sind als letztere, kann ein verbesserter Q-Faktor (Qualitätsfaktor Q) in der elektromagnetischen Resonanzkammer 406 erreicht werden. In einer Ausführungsform ist der dielektrische Frequenztuner-Puck 110 ebenfalls aus dem ersten dielektrischen Material gebildet.
In einer Ausführungsform wird ein bestimmter der ersten und zweiten dielektrischen Resonator-Pucks 108.1, 108.2 aus einem ersten Materialvolumen gebildet, ein bestimmter der dielektrischen Halter 114 wird aus einem zweiten Materialvolumen gebildet, und der dielektrische Frequenzabstimm-Puck 110 wird aus einem dritten Materialvolumen gebildet, wobei das erste Materialvolumen größer als das zweite Materialvolumen und größer als das dritte Materialvolumen ist, und wobei das dritte Materialvolumen größer als das zweite Materialvolumen ist. In einer Ausführungsform beträgt das zweite Materialvolumen aller dielektrischen Halterungen 114 zusammengenommen weniger als 50 % des ersten Materialvolumens des ersten und zweiten dielektrischen Resonator-Pucks 108.1 108.2 zusammengenommen. Durch die Unterscheidung der Materialvolumina der verschiedenen dielektrischen Komponenten innerhalb der elektromagnetischen Resonanzkammer 406, wie hierin offenbart, ist ein weiter verbesserter Q-Faktor (Qualitätsfaktor Q) in der elektromagnetischen Resonanzkammer 406 erzielbar.
In einer Ausführungsform und unter besonderer Bezugnahme auf 2 besteht der Frequenztuner 110 aus einem Metall oder einem Material mit hoher Permittivität und hat in einer Ausführungsform eine Permittivität gleich oder größer als 30. In einer Ausführungsform ist der mindestens eine Resonator 108 fest mit keinem Freiheitsgrad der Bewegung entlang der y-Achse und hat eine Permittivität gleich oder größer als 30. In einer Ausführungsform ist der mindestens eine Resonator 108 ein dielektrischer Resonator oder alternativ ein Metallresonator. In einer Ausführungsform ist der Frequenztuner 110 mit dem Behälter 102 verschraubt und mittels eines Halters 114, der einen kontrollierten Freiheitsgrad der Bewegung entlang der y-Achse hat, fest beweglich. In einer Ausführungsform ist die Halterung 114 eine Mutter, die mit dem Behälter 102 verschraubt ist, wobei der Behälter 102 ein Außengewinde und die Mutter 114 ein Innengewinde hat.
In einer Ausführungsform handelt es sich bei der Materialprobe 500 um eine bestimmte Probe, die ohne Veränderung sowohl mit dem ersten Gerät 200 als auch mit dem zweiten Gerät 300 verwendet werden kann.
Es wird nun auf die 3A, 3B, 3C, 3D, 3E, 3F, 3G, 3H und 31 verwiesen, die nacheinander die Montageschritte einer Beispielkonstruktion des ersten Teils 200 der Vorrichtung 100 von 1 zeigen.
In 3A sind alle Teile des ersten Teils 200 vor dem Zusammenbau dargestellt und gemäß 1 aufgezählt.
In 3B ist der Steckverbinder 116 in Vorbereitung auf die Aufnahme der elektrischen Signalleitungen 104, 106 installiert.
In 3C ist der Frequenztuner 110 installiert.
In 3D ist der Container 102 mit installiert.
In den und sind die Haltevorrichtungen 114 installiert.
In 3G sind die Resonatoren 108 installiert.
In 3H sind die Sicherungsmuttern 118 angebracht.
In 31 ist die Abdeckung 404 installiert.
Es wird nun auf die 4A, 4B und 4C verwiesen, die analytische elektromagnetische Leistungsmerkmale des ersten Abschnitts 200 der Vorrichtung 100 (siehe 1), der so konfiguriert ist, dass er im TE-Modus mit aufgezeichneter E-Feldstärke schwingt (4A), und des zweiten Abschnitts 300 der Vorrichtung 100 (siehe 2), der so konfiguriert ist, dass er im TM-Modus mit aufgezeichneter H-Feldintensität schwingt (4C), wobei 4B die S(2,1)-Charakteristiken der in 4A dargestellten rekonfigurierbaren Resonatorantwort mit (linkes Diagramm in 4B) und ohne (rechtes Diagramm in 4B) die Probe des Materials 500 in situ zeigt. In der in 4A dargestellten Ausführungsform ist die E-Feld-Verteilung aufgetragen und zeigt eine geringe Intensität in einem Bereich, der sehr nahe an der Materialprobe 500 liegt und diese umgibt. Genauer gesagt ist der erste Teil 200 so abgestimmt, dass er im Zentrum 412 des Hohlraums 402, in dem die Materialprobe 500 positioniert ist, im Wesentlichen kein E-Feld erzeugt. Wie aus 4B ersichtlich, tritt eine Frequenzverschiebung auf, wenn die Materialprobe 500 vollständig in den Behälter 102 eingeführt und die Vorrichtung 100 auf die Resonanzfrequenz der elektromagnetischen Resonanzkammer 406 abgestimmt ist, wobei die Frequenzverschiebung, delta-f, proportional zur Permeabilität, µ, der Materialprobe 500 ist. Wie aus 4B ersichtlich, ist eine 3dB-Bandbreite BW definiert, die den magnetischen Verlusttangens δµ der Materialprobe 500 definiert. Ein ähnliches Ausgangsdiagramm für den zweiten Teil 300 von 4C kann generiert werden, um Testergebnisse für die Permittivität ε und den dielektrischen Verlusttangens δε der Materialprobe 500 zu erhalten, auch wenn dies nicht speziell dargestellt ist. In Bezug auf die in 4C dargestellte Ausführungsform ist die H-Feld-Verteilung aufgezeichnet und zeigt, dass sie in der Nähe der Materialprobe 500 und in deren Umgebung eine geringe Intensität aufweist. Genauer gesagt ist der zweite Teil 300 so abgestimmt, dass er im Zentrum 412 des Hohlraums 402, in dem die Materialprobe 500 positioniert ist, im Wesentlichen kein H-Feld erzeugt.
Aus der vorstehenden Beschreibung des ersten Abschnitts 200 der Vorrichtung 100 wird ersichtlich, dass ein Verfahren zum Messen der magnetischen Eigenschaften einer Materialprobe 500 die Verwendung des ersten Abschnitts 200 der Vorrichtung 100, wie hierin offenbart, umfasst, wobei die bestimmte Probe 500 in den Behälter 102 eingeführt wird, bis sie vollständig im Inneren des Hohlraums 402 im Behälter 102 angeordnet ist; die zwei gegenüberliegenden elektrischen Signalleitungen 104, 106 mit einer bestimmten Frequenz erregt werden, um die ersten und zweiten dielektrischen Resonator-Pucks 108.1, 108.2 in Resonanz zu bringen; während der Überwachung der Signalrückkopplung auf den beiden gegenüberliegenden elektrischen Signalleitungen 104, 106 über einen Netzwerkanalysator 600, Einstellen des Spalts 112 zwischen den ersten und zweiten dielektrischen Resonator-Pucks 108.1, 108.2 entlang der y-Achse, um eine Grobabstimmung zu erhalten, und Einstellen des Frequenzabstimmers 110 entlang der y-Achse, um eine Feinabstimmung zu erhalten, wobei die Grob- und Feinabstimmung dazu führen, dass die ersten und zweiten Resonator-Pucks 108.1, 108.2 und die bestimmte Probe 500 in einem TE-Modus bei der Resonanzmode der elektromagnetischen Resonanzkammer 406 in Resonanz treten; und Messen mindestens einer der Permeabilität und des magnetischen Verlusttangens der bestimmten Probe 500 über die Signalrückkopplung und den Netzwerkanalysator 600. In einer Ausführungsform beträgt die verwendete Frequenz 1,6 GHz.
Aus der vorstehenden Beschreibung des zweiten Abschnitts 300 der Vorrichtung 100 wird ersichtlich, dass ein Verfahren zur Messung der elektrischen Eigenschaften einer Materialprobe 500 die Verwendung des zweiten Abschnitts 300 der Vorrichtung 100, wie hier offenbart, umfasst, durch: Einführen der bestimmten Probe 500 in den Behälter 102, bis sie vollständig innerhalb des Hohlraums 402 in dem Behälter 102 angeordnet ist; Erregen der zwei gegenüberliegenden elektrischen Signalleitungen 104, 106 mit einer bestimmten Frequenz; während der Überwachung der Signalrückkopplung auf den beiden gegenüberliegenden elektrischen Signalleitungen 104, 106 über einen Netzwerkanalysator 600, Einstellen eines frequenzabgestimmten Zustands entlang der y-Achse durch Einstellen der Position des mindestens einen Resonators 108 entlang der y-Achse, was dazu führt, dass der mindestens eine Resonator 108 und die bestimmte Probe 500 in einer TM-Mode bei der Resonanzmode des Hohlraums 402 mitschwingen; und Messen mindestens einer der Permittivität und des dielektrischen Verlusttangens der bestimmten Probe 500 über die Signalrückkopplung und den Netzwerkanalysator 600. In einer Ausführungsform beträgt die verwendete Frequenz 1,6 GHz.
Obwohl bestimmte Kombinationen einzelner Merkmale hier beschrieben und illustriert wurden, ist es verständlich, dass diese bestimmten Kombinationen von Merkmalen nur der Veranschaulichung dienen und dass jede Kombination solcher einzelnen Merkmale in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform verwendet werden kann, unabhängig davon, ob eine solche Kombination explizit illustriert ist oder nicht, und in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung. Alle derartigen Kombinationen von Merkmalen, wie sie hierin offenbart sind, werden hierin in Betracht gezogen, werden als im Verständnis des Fachmanns liegend betrachtet, wenn er die Anwendung als Ganzes betrachtet, und werden als im Rahmen der hierin offenbarten Erfindung liegend betrachtet, solange sie in den Rahmen der Erfindung fallen, der durch die beigefügten Ansprüche definiert ist, und zwar in einer Weise, die von einem Fachmann verstanden wird.
Obwohl die Erfindung hier anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, versteht der Fachmann, dass verschiedene Änderungen vorgenommen und gleichwertige Elemente durch andere ersetzt werden können, ohne dass der Anwendungsbereich der Ansprüche verlassen wird. Viele Modifikationen können vorgenommen werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material an die Lehren der Erfindung anzupassen, ohne dass der wesentliche Umfang der Erfindung verlassen wird. Es ist daher beabsichtigt, die Erfindung nicht auf die hierin offenbarte(n) besondere(n) Ausführungsform(en) zu beschränken, da dies die beste oder einzige Art und Weise ist, diese Erfindung auszuführen, sondern dass die Erfindung alle Ausführungsformen umfasst, die in den Anwendungsbereich der beigefügten Ansprüche fallen. In den Zeichnungen und der Beschreibung sind beispielhafte Ausführungsformen offenbart worden, und obwohl spezifische Begriffe und/oder Abmessungen verwendet worden sein können, werden sie, sofern nicht anders angegeben, nur in einem allgemeinen, beispielhaften und/oder beschreibenden Sinne und nicht zum Zwecke der Einschränkung verwendet, wobei der Umfang der Ansprüche daher nicht so eingeschränkt ist. Die Verwendung der Begriffe „erster“, „zweiter“ usw. oder deren Aufzählung in den Zeichnungen bedeutet keine Reihenfolge oder Wichtigkeit, sondern die Begriffe „erster“, „zweiter“ usw. werden verwendet, um ein Element von einem anderen zu unterscheiden. Die Verwendung der Begriffe a, an usw. bedeutet keine Mengenbegrenzung, sondern bezeichnet das Vorhandensein von mindestens einem der genannten Elemente. Der hier verwendete Begriff „umfassend“ schließt die mögliche Einbeziehung eines oder mehrerer zusätzlicher Merkmale nicht aus. Alle hierin enthaltenen Hintergrundinformationen dienen dazu, Informationen zu offenbaren, von denen der Anmelder glaubt, dass sie für die hier offengelegte Erfindung von Bedeutung sein könnten. Es ist nicht notwendigerweise beabsichtigt und sollte auch nicht so ausgelegt werden, dass eine solche Hintergrundinformation einen Stand der Technik gegenüber einer Ausführungsform der hierin offenbarten Erfindung darstellt.
In Anbetracht der vorstehenden Ausführungen wird deutlich, dass hier verschiedene Aspekte einer Ausführungsform offenbart werden, die mit mindestens den folgenden Aspekten und/oder Kombinationen von Aspekten übereinstimmen, aber nicht darauf beschränkt sind.
Aspekt 1: Vorrichtung zur Messung mindestens einer elektromagnetischen Eigenschaft einer Materialprobe, umfassend: ein Gehäuse mit einem inneren Hohlraum und einer abnehmbaren Abdeckung, wobei die Kombination des Gehäuses mit der angebrachten Abdeckung eine elektromagnetische Resonanzkammer bildet; einen Behälter, der so konfiguriert ist, dass er die Materialprobe aufnimmt, wobei sich der Behälter entlang einer y-Achse des Gehäuses durch gegenüberliegende Seitenwände des Gehäuses erstreckt und durch einen x-y-z-Mittelpunkt des Hohlraums verläuft; zwei gegenüberliegende elektrische Signalleitungen, die entlang einer x-Achse des Gehäuses ausgerichtet sind und so angeordnet und konfiguriert sind, dass sie an eine elektromagnetische Resonanzmode des Hohlraums koppeln; mindestens einen Resonator, der konzentrisch um den Behälter herum und innerhalb des Hohlraums angeordnet ist, wobei der mindestens eine Resonator relativ zur y-Achse fest oder fest beweglich ist; und einen Frequenztuner, der konzentrisch um den Behälter herum und zumindest teilweise innerhalb des Hohlraums zwischen dem mindestens einen Resonator und einer der Seitenwände des Gehäuses angeordnet ist, wobei der Frequenztuner entlang der y-Achse fest beweglich ist.
Aspekt 2: Die Vorrichtung nach Aspekt 1, wobei der mindestens eine Resonator mindestens ein dielektrischer Resonator ist, der relativ zur y-Achse fest beweglich ist.
Aspekt 3: Die Vorrichtung nach Aspekt 2, wobei die mindestens eine elektromagnetische Eigenschaft eine magnetische Eigenschaft ist; der mindestens eine dielektrische Resonator einen ersten und einen zweiten dielektrischen Resonator-Puck umfasst, die konzentrisch um den Behälter und innerhalb des Hohlraums angeordnet sind, wobei der erste und der zweite dielektrische Resonator-Puck relativ zueinander entlang der y-Achse fest beweglich sind, wobei der erste und der zweite dielektrische Resonator-Puck durch einen Spalt getrennt sind; wobei der Frequenztuner einen dielektrischen Frequenztuner-Puck umfasst, der konzentrisch um den Behälter angeordnet ist und innerhalb des Hohlraums zwischen einem der ersten und zweiten dielektrischen Resonator-Pucks und einer Seitenwand des Gehäuses angeordnet ist; und wobei der dielektrische Frequenztuner-Puck entlang der y-Achse fest beweglich ist.
Aspekt 4: Die Vorrichtung nach einem der Aspekte 1 bis 3, wobei die mindestens eine elektromagnetische Eigenschaft die Permeabilität und den magnetischen Verlusttangens einschließt.
Aspekt 5: Das Gerät nach einem der Aspekte 1 bis 4, wobei das Gehäuse und die Abdeckung aus einem nichtmagnetischen Metallmaterial bestehen.
Aspekt 6: Die Vorrichtung nach Aspekt 5, wobei das nichtmagnetische Metallmaterial Aluminium umfasst.
Aspekt 7: Die Vorrichtung nach einem der Aspekte 3 bis 6, wobei der erste und der zweite dielektrische Resonator-Puck mittels dielektrischer Halterungen, die einen kontrollierten Freiheitsgrad der Bewegung entlang der y-Achse aufweisen, fest beweglich sind.
Aspekt 8: Die Vorrichtung nach Aspekt 7, wobei die dielektrischen Halterungen zwei Paare von Muttern umfassen, wobei eine Mutter auf jeder Seite des ersten und des zweiten dielektrischen Resonator-Pucks angeordnet ist, wobei die Muttern mit dem Behälter in Gewindeeingriff sind.
Aspekt 9: Die Vorrichtung nach einem der Aspekte 3 bis 8, wobei der dielektrische Frequenzabstimm-Puck mit dem Behälter in Gewindeeingriff ist.
Aspekt 10: Die Vorrichtung nach einem der Aspekte 7 bis 8, wobei der erste und der zweite dielektrische Resonator-Puck aus einem ersten dielektrischen Material bestehen; und die dielektrischen Halterungen aus einem zweiten dielektrischen Material bestehen.
Aspekt 11: Die Vorrichtung nach Aspekt 10, wobei das erste dielektrische Material eine Permittivität aufweist, die größer ist als die Permittivität des zweiten dielektrischen Materials.
Aspekt 12: Die Vorrichtung nach einem der Aspekte 10 bis 11, wobei das erste dielektrische Material eine Permittivität von 30 oder mehr aufweist.
Aspekt 13: Die Vorrichtung nach einem der Aspekte 10 bis 12, wobei das erste dielektrische Material eine Keramik umfasst.
Aspekt 14: Die Vorrichtung nach einem der Aspekte 10 bis 13, wobei das zweite dielektrische Material eine Permittivität von 4 oder weniger aufweist.
Aspekt 15: Die Vorrichtung nach einem der Aspekte 10 bis 14, wobei das zweite dielektrische Material einen Kunststoff umfasst.
Aspekt 16: Die Vorrichtung nach einem der Aspekte 10 bis 15, wobei der dielektrische Frequenzabstimm-Puck aus dem ersten dielektrischen Material gebildet ist.
Aspekt 17: Die Vorrichtung nach einem der Aspekte 7 bis 16, wobei ein bestimmter der ersten und zweiten dielektrischen Resonator-Pucks aus einem ersten Materialvolumen gebildet ist; ein bestimmter der dielektrischen Halter aus einem zweiten Materialvolumen gebildet ist; der dielektrische Frequenzabstimm-Puck aus einem dritten Materialvolumen gebildet ist; das erste Materialvolumen größer ist als das zweite Materialvolumen und größer als das dritte Materialvolumen; und das dritte Materialvolumen größer ist als das zweite Materialvolumen.
Aspekt 18: Die Vorrichtung nach Aspekt 17, wobei das zweite Materialvolumen aller dielektrischen Halterungen zusammen weniger als 50 % des ersten Materialvolumens der ersten und zweiten dielektrischen Resonator-Pucks zusammen beträgt.
Aspekt 19: Die Vorrichtung nach einem der Aspekte 1 bis 18, wobei die Materialprobe ein Feststoff, ein Pulver oder eine Flüssigkeit ist.
Aspekt 20: Die Vorrichtung nach Aspekt 1, wobei die mindestens eine elektromagnetische Eigenschaft eine elektrische Eigenschaft ist; und der Frequenztuner aus einem Metall oder einem Material mit hoher Permittivität gebildet ist.
Aspekt 21: Die Vorrichtung nach Aspekt 20, wobei der Frequenztuner aus einem Material mit hoher Permittivität besteht, dessen Permittivität gleich oder größer als 30 ist.
Aspekt 22: Die Vorrichtung nach einem der Aspekte 1 und 20 bis 21, wobei die mindestens eine elektromagnetische Eigenschaft die Permittivität und den dielektrischen Verlusttangens umfasst.
Aspekt 23: Das Gerät nach einem der Aspekte 20 bis 22, wobei das Gehäuse und die Abdeckung aus einem nichtmagnetischen Metallmaterial bestehen.
Aspekt 24: Die Vorrichtung nach Aspekt 23, wobei das nichtmagnetische Metallmaterial Aluminium umfasst.
Aspekt 25: Die Vorrichtung nach einem der Aspekte 1 und 20 bis 24, wobei der mindestens eine Resonator feststehend ist und keinen Freiheitsgrad der Bewegung entlang der y-Achse aufweist.
Aspekt 26: Die Vorrichtung nach einem der Aspekte 1 und 20 bis 25, wobei der Frequenztuner mit dem Behälter fädelbar verbunden ist.
Aspekt 27: Die Vorrichtung nach einem der Aspekte 1 und 20 bis 26, wobei der mindestens eine Resonator eine Permittivität von 30 oder mehr aufweist.
Aspekt 28: Die Vorrichtung nach einem der Aspekte 1 und 20 bis 27, wobei der Frequenztuner mittels eines Halters, der einen kontrollierten Freiheitsgrad der Bewegung entlang der y-Achse hat, fest beweglich ist
Aspekt 29: Die Vorrichtung nach Aspekt 28, wobei die Halterung eine Mutter umfasst, die mit dem Behälter in Gewindeeingriff steht.
Aspekt 30: Die Vorrichtung nach einem der Aspekte 20 bis 29, wobei die Materialprobe ein Feststoff, ein Pulver oder eine Flüssigkeit ist.
Aspekt 31: Die Vorrichtung nach einem der Aspekte 1 bis 30, wobei die Materialprobe eine besondere Probe ist, die mit der Vorrichtung nach den Aspekten 1 bis 30 verwendet werden kann.
Aspekt 32: Verfahren zur Messung der magnetischen Eigenschaften einer Materialprobe, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Verwendung der Vorrichtung nach einem der Aspekte 3 bis 19, Einführen der bestimmten Probe von Aspekt 31 in den Behälter, bis sie vollständig in dem Hohlraum in dem Behälter angeordnet ist; Erregen der zwei gegenüberliegenden elektrischen Signalleitungen mit einer bestimmten Frequenz, um die ersten und zweiten dielektrischen Resonator-Pucks in Resonanz zu bringen; während des Überwachens der Signalrückkopplung auf den zwei gegenüberliegenden elektrischen Signalleitungen über einen Netzwerkanalysator, Einstellen des Spalts zwischen den ersten und zweiten dielektrischen Resonator-Pucks entlang der y-Achse, um eine Grobabstimmung zu erhalten, und Einstellen des Frequenzabstimmers entlang der y-Achse, um eine Feinabstimmung zu erhalten, wobei die Grob- und Feinabstimmung dazu führen, dass die ersten und zweiten Resonator-Pucks und die bestimmte Probe in einem TE-Modus bei dem Resonanzmodus des Hohlraums mitschwingen; und Messen der Permeabilität und/oder des magnetischen Verlusttangens der bestimmten Probe über die Signalrückkopplung und den Netzwerkanalysator.
Aspekt 33: Das Verfahren nach Aspekt 32, wobei die besondere Frequenz 1,6 GHz beträgt.
Aspekt 34: Verfahren zur Messung der elektrischen Eigenschaften einer Materialprobe, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Verwendung der Vorrichtung nach einem der Aspekte 20 bis 30, Einführen der bestimmten Probe nach Aspekt 31 in den Behälter, bis sie vollständig in dem Hohlraum des Behälters angeordnet ist; Erregen der beiden gegenüberliegenden elektrischen Signalleitungen mit einer bestimmten Frequenz; Einstellen eines frequenzabgestimmten Zustands entlang der y-Achse durch Einstellen der Position des mindestens einen Resonators entlang der y-Achse, was dazu führt, dass der mindestens eine Resonator und die bestimmte Probe in einem TM-Modus bei der Resonanzmode des Hohlraums mitschwingen, während die Signalrückkopplung auf den beiden gegenüberliegenden elektrischen Signalleitungen über einen Netzwerkanalysator überwacht wird; und Messen der Permittivität und/oder des dielektrischen Verlusttangens der bestimmten Probe über die Signalrückkopplung und den Netzwerkanalysator.
Aspekt 35: Das Verfahren nach Aspekt 34, wobei die besondere Frequenz 1,6 GHz beträgt.

Claims

Eine Vorrichtung zur Messung mindestens einer elektromagnetischen Eigenschaft einer Materialprobe, die Folgendes umfasst ein Gehäuse mit einem inneren Hohlraum und einem abnehmbaren Deckel, wobei die Kombination aus dem Gehäuse und dem angebrachten Deckel eine elektromagnetische Resonanzkammer bildet; einen Behälter, der zur Aufnahme der Materialprobe konfiguriert ist, wobei sich der Behälter entlang einer y-Achse des Gehäuses durch gegenüberliegende Seitenwände des Gehäuses erstreckt und durch einen x-y-z-Mittelpunkt des Hohlraums verläuft; zwei gegenüberliegende elektrische Signalleitungen, die entlang einer x-Achse des Gehäuses ausgerichtet sind und so angeordnet und konfiguriert sind, dass sie an eine elektromagnetische Resonanzmode des Hohlraums koppeln; mindestens einen Resonator, der konzentrisch um den Behälter und innerhalb des Hohlraums angeordnet ist, wobei der mindestens eine Resonator relativ zur y-Achse fest oder fest beweglich ist; und einen Frequenztuner, der konzentrisch um den Behälter angeordnet ist und zumindest teilweise in dem Hohlraum zwischen dem mindestens einen Resonator und einer der Seitenwände des Gehäuses angeordnet ist, wobei der Frequenztuner entlang der y-Achse fest beweglich ist.
Die Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Resonator mindestens ein dielektrischer Resonator ist, der in Bezug auf die y-Achse fest beweglich ist.
Die Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die mindestens eine elektromagnetische Eigenschaft eine magnetische Eigenschaft ist; der mindestens eine dielektrische Resonator erste und zweite dielektrische Resonator-Pucks umfasst, die konzentrisch um den Behälter und innerhalb des Hohlraums angeordnet sind, wobei die ersten und zweiten dielektrischen Resonator-Pucks relativ zueinander entlang der y-Achse fest beweglich sind, wobei die ersten und zweiten dielektrischen Resonator-Pucks durch einen Spalt getrennt sind; der Frequenzabstimmer einen dielektrischen Frequenzabstimmer-Puck umfasst, der konzentrisch um den Behälter angeordnet ist und innerhalb des Hohlraums zwischen einem der ersten und zweiten dielektrischen Resonator-Pucks und einer Seitenwand des Gehäuses angeordnet ist, wobei der dielektrische Frequenzabstimmer-Puck entlang der y-Achse fest beweglich ist.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die mindestens eine elektromagnetische Eigenschaft die Permeabilität und den magnetischen Verlusttangens umfasst.
Die Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die ersten und zweiten dielektrischen Resonator-Pucks mittels dielektrischer Halterungen, die einen kontrollierten Freiheitsgrad der Bewegung entlang der y-Achse haben, fest beweglich sind.
Die Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die dielektrischen Halterungen zwei Paare von Muttern umfassen, wobei eine Mutter auf jeder Seite des ersten und zweiten dielektrischen Resonator-Pucks angeordnet ist, wobei die Muttern mit dem Behälter in Gewindeeingriff stehen.
Die Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei der dielektrische Frequenzabstimmungs-Puck mit dem Behälter verschraubt ist.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die ersten und zweiten dielektrischen Resonator-Pucks aus einem ersten dielektrischen Material bestehen; und die dielektrischen Halterungen aus einem zweiten dielektrischen Material hergestellt sind.
Die Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei das erste dielektrische Material eine Permittivität aufweist, die größer ist als die Permittivität des zweiten dielektrischen Materials.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 9, wobei der dielektrische Frequenztuner-Puck aus dem ersten dielektrischen Material besteht.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, wobei ein bestimmter der ersten und zweiten dielektrischen Resonator-Pucks aus einem ersten Materialvolumen besteht; ein bestimmter dielektrischer Halter aus einem zweiten Materialvolumen gebildet wird; der dielektrische Frequenztuner-Puck aus einem dritten Materialvolumen besteht; das erste Materialvolumen größer ist als das zweite Materialvolumen und größer als das dritte Materialvolumen ist; das dritte Materialvolumen größer als das zweite Materialvolumen ist.
Die Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei das zweite Materialvolumen aller dielektrischen Halterungen zusammen weniger als 50 % des ersten Materialvolumens der ersten und zweiten dielektrischen Resonator-Pucks zusammen beträgt.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die mindestens eine elektromagnetische Eigenschaft eine elektrische Eigenschaft ist; der Frequenztuner aus einem Metall oder einem Material mit hoher Permittivität besteht.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die mindestens eine elektromagnetische Eigenschaft die Permittivität und den dielektrischen Verlusttangens umfasst.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei der mindestens eine Resonator feststehend ist und keinen Freiheitsgrad für eine Bewegung entlang der y-Achse hat.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei der Frequenztuner mit dem Behälter verschraubt ist.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei der Frequenztuner mittels eines Halters, der einen kontrollierten Freiheitsgrad der Bewegung entlang der y-Achse hat, fest beweglich ist.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 13, wobei die Materialprobe eine besondere Probe ist, die mit dem Gerät nach Anspruch 3 und Anspruch 13 verwendet werden kann.
Ein Verfahren zur Messung der magnetischen Eigenschaften einer Materialprobe, wobei das Verfahren umfasst: unter Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 3: Einführen der Materialprobe in den Behälter, bis sie sich vollständig im Hohlraum des Behälters befindet; Erregen der beiden gegenüberliegenden elektrischen Signalleitungen mit einer bestimmten Frequenz, um den ersten und den zweiten dielektrischen Resonator-Pucks zum Schwingen zu bringen; während der Überwachung der Signalrückkopplung auf den beiden gegenüberliegenden elektrischen Signalleitungen über einen Netzwerkanalysator, Einstellen des Spalts zwischen den ersten und zweiten dielektrischen Resonatorpucks entlang der y-Achse, um eine Grobabstimmung zu erhalten, und Einstellen des Frequenztuners entlang der y-Achse, um eine Feinabstimmung zu erhalten, wobei die Grob- und Feinabstimmung dazu führen, dass die ersten und zweiten Resonatorpucks und die bestimmte Probe in einem TE-Mode bei dem Resonanzmode des Hohlraums mitschwingen; und Messung der Permeabilität und/oder des magnetischen Verlusttangens der jeweiligen Probe über die Signalrückkopplung und den Netzwerkanalysator.
Ein Verfahren zur Messung der elektrischen Eigenschaften einer Materialprobe, wobei das Verfahren umfasst: unter Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 13: Einführen der Materialprobe in den Behälter, bis sie sich vollständig im Hohlraum des Behälters befindet; Erregung der beiden gegenüberliegenden elektrischen Signalleitungen mit einer bestimmten Frequenz; Einstellen eines frequenzabgestimmten Zustands entlang der y-Achse durch Einstellen der Position des mindestens einen Resonators entlang der y-Achse, was dazu führt, dass der mindestens eine Resonator und die bestimmte Probe in einem TM-Modus bei der Resonanzmode des Hohlraums mitschwingen, während die Signalrückkopplung auf den beiden gegenüberliegenden elektrischen Signalleitungen über einen Netzwerkanalysator überwacht wird; und Messung der Permittivität und/oder des dielektrischen Verlustfaktors der jeweiligen Probe über die Signalrückführung und den Netzwerkanalysator.