JP5688036B2 - 誘電率および/または透磁率を測定する方法および装置 - Google Patents
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- G01N22/00—Investigating or analysing materials by the use of microwaves or radio waves, i.e. electromagnetic waves with a wavelength of one millimetre or more
Description
a)非導電材料の試料と、第1の導波管の一端部との間の界面で反射された電磁波の振幅および位相のみから、アドミタンスYtestcoを表わす変数を測定するステップ。この一端部には、電磁波が伝播する、誘電材料から成る層によって、導電性の鎧装から隔てられている少なくとも1本の芯線が存在している。
− 液体、固体、軟質材料(粉末、弾性材料など)のいずれでも、測定を行うことができる。
− 固体試料に、平面形状以外の特定の形状とするための機械加工を施す必要がないため、非破壊測定を行うことができる。
− 広い周波数範囲(例えば0MHz〜20GHz)において、材料を解析することができる。
b)非導電材料の試料と、電磁波が伝播する誘電材料層によって、導電性の鎧装から隔てられた少なくとも1本の導電性の芯線を有している第2の導波管の一端部との間の界面で反射された電磁波の振幅および位相のみから、アドミタンスYtestccを表わす変数を測定するステップであって、界面で反射される電磁波の位相および/または振幅が、第2の導波管の上述の一端部で、芯線と鎧装とが短絡されていない場合に、界面で反射される電磁波の位相および/または振幅と異なるように、第2の導波管における上述の界面を形成する一端部に、芯線と鎧装とを結ぶ短絡路が設けられているステップと、
c)アドミタンスYtestcoおよびYtestccを表わす変数から、試料の誘電率、および/または透磁率を計算するステップ。
・ ステップa)とステップb)との間に、芯線と鎧装とが互いに電気的に絶縁されている第1の導波管から、芯線と鎧装とが電気的に短絡されている第2の導波管に切り替えるために、芯線と鎧装との間に電気的に接続されているスイッチのスイッチングを行うステップを含んでいる。
・ アドミタンスYtestcoを表わす変数を測定するステップと、アドミタンスYtestccを表わす変数を測定するステップとは、同一の周波数の電磁波を用いて遂行される。
− 第1の導波管から第2の導波管への切り替え、またはその逆の切り替えを行うための、スイッチのスイッチングにより、アドミタンスYtestcoの測定から、アドミタンスYtestccの測定への変化、またはその逆の変化を、迅速に行うことができる。
− 非導電材料の試料と、電磁波の導波手段の一端部との間の界面で反射された電磁波の振幅および位相のみから、アドミタンスを表わす変数を測定する測定器。
− アドミタンスYtestcoを表わす変数を測定するために、非導電材料の試料に押し当てることができる第1の端部、測定器に接続することができる反対側の第2の端部、および電磁波が伝播する誘電材料から成る層によって、導電性の鎧装から隔てられている少なくとも一本の導電性の芯線を有している第1の導波管。
− アドミタンスYtestccを表わす変数を測定するために、非導電材料の試料に押し当てることができる第1の端部、測定器に接続することができる反対側の第2の端部、および電磁波が伝播する誘電材料から成る層によって、導電性の鎧装から隔てられている少なくとも1本の導電性の芯線を有している第2の導波管であって、試料との界面で反射される電磁波の位相、および/または振幅が、第2の導波管の第1の端部で、芯線と鎧装とが短絡されていない場合に、界面で反射される電磁波の位相、および/または振幅と異なるように、上述の界面を形成する第1の端部に、芯線と鎧装とを結ぶ短絡路を設けられている第2の導波管。
− アドミタンスYtestcoおよびYtestccを表わす変数から、試料の誘電率、および/または透磁率を計算することができるコンピュータ。
・ 第1の導波管と第2の導波管との芯線、鎧装、および誘電材料は、両者に共通であり、芯線と鎧装とが互いに電気的に絶縁されている第1の導波管から、芯線と鎧装とが短絡されている第2の導波管への切り替えを行うために、芯線と鎧装との間に、スイッチが電気的に接続されている。
・ 第2の導波管の第1の端部は、芯線と鎧装とを短絡させ、かつ試料との界面で反射された電磁波が伝播する誘電材料の端面の一部分だけを覆うように、芯線から鎧装まで延在している金属プレートを有している。
・ 第2の導波管は、金属プレートを有しているという点を除いて、第1の導波管と同じである。
・ 第1および第2の導波管の鎧装は、それぞれ第1および第2の導波管の芯線を完全に囲んでいる。
− 第1の導波管と第2の導波管とを、ほとんど同一にすることによって、それらの導波管に対する動作周波数範囲も、ほとんど同一にすることができる。
− ダイオード、トランジスタ、またはサイリスタなどの半導体素子。
− マイクロマシンシステム(MEMS)。または
− オプトエレクトロニクス素子(フォトトランジスタ)。
− ωは、角周波数(ω=2πf:fはHzを単位とする周波数である)、
− jは、j2=−1で定義される虚数単位、
− L0co、Cfco、C0coは、試料4の誘電率εおよび透磁率μに依存しない値を有する、電気モデル44のパラメータである。
− L0cc、Cfcc、C0cc、C1ccは、試料4の誘電率εおよび透磁率μに依存しない値を有する、電気モデル54のパラメータである。
− Cfco、C0co、L0co、L0cc、Cfcc、C0cc、C1ccは、段階70において測定されたパラメータの値、または段階70中になされた測定に基づいて内挿されたパラメータの値であり、
− YtestcoおよびYtestccは、その測定における動作周波数と同じ動作周波数における開路状態および短絡状態で測定されたアドミタンス値である。
4 試料
6 測定器
8 プローブ
10 導波管
12 平面
14 鎧装
16 芯線
20 コンピュータ
22 メモリ
24 マン−マシンインターフェイス
26 スクリーン
28 キーボード
30 フランジ
32 誘電材料
34 スイッチ
36 導電体(制御ユニット)
38 導電体(直流電圧源)
40 切り替えスイッチ
44、54 電気モデル
46、56 インダクタ
48、50、58〜60 キャパシタ
52 太線
110 測定装置
112、114 導波管
116、118 端部
120 金属プレート
122、124 コネクタ
Claims (9)
- a)非導電材料の試料と、第1の導波管の一端部との間の界面で反射された電磁波の振幅および位相のみから、アドミタンスYtestcoを表わす変数を測定するステップ(94)であって、前記一端部には、該電磁波が伝播する誘電材料から成る層によって、導電性の鎧装から隔てられている少なくとも1本の導電性の芯線が存在しているステップを含む非導電材料の試料の誘電率および/または透磁率を測定する方法であって、
b)前記試料と、電磁波が伝播する誘電材料層によって、導電性の鎧装から隔てられた少なくとも1本の導電性の芯線を有している第2の導波管の一端部との間の界面で反射された電磁波の振幅および位相のみから、アドミタンスYtestccを表わす変数を測定するステップ(98)であって、前記界面で反射される電磁波の位相、および/または振幅が、前記第2の導波管の一端部で、前記芯線と鎧装とが短絡されていない場合に、前記界面で反射される電磁波の位相および/または振幅と異なるように、前記第2の導波管は、前記界面を形成する一端部に、前記芯線と鎧装とを結ぶ短絡路を設けられているステップと、
c)前記アドミタンスYtestcoおよびYtestccを表わす変数から、前記試料の誘電率および/または透磁率を計算するステップ
とをさらに含むことを特徴とする方法。 - ステップa)とステップb)との間に、前記芯線と鎧装とが互いに電気的に絶縁されている第1の導波管から、前記芯線と鎧装とが電気的に短絡されている第2の導波管に切り替えるために、前記芯線と鎧装との間に電気的に接続されているスイッチのスイッチングを行うステップ(94、96)を含む、請求項1に記載の方法。
- アドミタンスYtestcoを表わす変数を測定するステップ(94)と、アドミタンスYtestccを表わす変数を測定するステップ(98)とは、同一の周波数の電磁波を用いて遂行される、請求項1または2に記載の方法。
- 電子的なコンピュータによって実行されたときに、請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法を遂行する命令を記憶している情報記録媒体。
- 非導電材料の試料と、電磁波の導波手段の一端部との間の界面で反射された電磁波の振幅および位相のみから、アドミタンスを表わす変数を測定する測定器(6)と、
アドミタンスYtestcoを表わす変数を測定するために、非導電材料の試料に押し当てることができる第1の端部(8、116)、前記測定器に接続することができる反対側の第2の端部、および電磁波が伝播する誘電材料(32)から成る層によって、導電性の鎧装(14)から隔てられている少なくとも1本の導電性の芯線(16)を有している第1の導波管(10、112)とを備えている、非導電材料の試料の誘電率および/または透磁率を測定する装置であって、
アドミタンスYtestccを表わす変数を測定するために、非導電材料の試料に押し当てることができる第1の端部(8、118)、前記測定器に接続することができる反対側の第2の端部、および電磁波が伝播する誘電材料から成る層によって、導電性の鎧装(14)から隔てられている少なくとも1本の導電性の芯線(16)を有している第2の導波管(10、114)であって、前記試料との界面で反射される電磁波の位相および/または振幅が、前記第2の導波管の前記第1の端部で、前記芯線と鎧装とが短絡されていない場合に、前記界面で反射される電磁波の位相および/または振幅と異なるように、前記界面を形成する第1の端部に、前記芯線と鎧装とを結ぶ短絡路が設けられている第2の導波管と、
前記アドミタンスYtestcoおよびYtestccを表わす変数から、前記試料の誘電率および/または透磁率を計算することができるコンピュータ(20)
とをさらに備えていることを特徴とする装置。 - 前記第1の導波管と第2の導波管との芯線(16)、鎧装(14)、および誘電材料(32)は、両者に共通であり、
前記芯線と鎧装とが互いに電気的に絶縁されている前記第1の導波管から、前記芯線と鎧装とが短絡されている前記第2の導波管への切り替えを行うために、前記芯線と鎧装との間に、スイッチ(34)が電気的に接続されている請求項5に記載の装置。 - 前記第2の導波管の第1の端部(118)は、前記芯線と鎧装とを短絡させ、かつ前記試料との界面で反射された電磁波が伝播する前記誘電材料の端面の一部分だけを覆うように、前記芯線から鎧装まで延在している金属プレート(120)を有している、請求項5に記載の装置。
- 前記第2の導波管(114)は、前記金属プレート(120)を有しているという点を除いて、前記第1の導波管(112)と同じである、請求項7に記載の装置。
- 前記第1および第2の導波管の鎧装(14)は、それぞれ前記第1および第2の導波管の芯線(16)を完全に囲んでいる、請求項5〜8のいずれか1項に記載の装置。
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