KR101538018B1 - Apparatus for Measurement of Permittivity Capable of Measuring for Permittivity of Semi-Solid Material - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 유전율 측정장치에 관한 것으로, 특히 아랫면이 개방되고 윗면의 일부에 개구부가 형성된 하우징과 그라운드 플레이트를 이용하여 공진부를 형성함으로써 액체 상태의 물질 뿐만 아니라 반고체 상태의 물질의 유전율도 측정할 수 있도록 고안된 반고체 상태 물질의 유전율 측정이 가능한 유전율 측정장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a dielectric constant measuring apparatus and, more particularly, to a dielectric constant measuring apparatus and a dielectric constant measuring apparatus which can measure a dielectric constant of a semi-solid state material as well as a liquid state material by forming a resonance portion using a housing and a ground plate, And a dielectric constant measuring device capable of measuring the dielectric constant of a semisolid material designed.
유전율(Permittivity:ε)이란 유전체(Dielectric Material), 즉 부도체의 전기적인 특성을 나타내는 중요한 특성값이다. 유전율은 DC전류에 대한 전기적 특성을 나타내는 것이 아니라 AC 전류, 특히 교류 전자기파의 특성과 직접적인 관련이 있다.The permittivity (ε) is an important property value that indicates the electrical properties of a dielectric material, ie, an insulator. The dielectric constant does not indicate the electrical properties for the DC current but is directly related to the characteristics of the AC current, especially the AC electromagnetic wave.
따라서, 유전율 측정은 많은 전자소자의 정확한 설계 파라미터를 제공하는 중요한 정보가 될 수 있다. 예를 들어, 절연 케이블의 전력손실, 물질의 저항, 유전율과 밀접한 관련이 있는 유전체 고유 진동수 등을 유전율의 측정으로부터 알 수 있다.Thus, dielectric constant measurements can be important information providing accurate design parameters for many electronic devices. For example, it can be seen from the measurement of the dielectric constant that the electric power loss of the insulated cable, the resistance of the material, and dielectric natural frequencies closely related to the dielectric constant.
또한, 특정 매질 내의 유전율을 측정하여, 매질의 수분 함수량을 측정할 수가 있는데, 이 기술은 다양한 분야에서 응용되고 있다. 예를 들면, 분말 내의 수분 함수량을 측정하거나, 곡식의 건조 정도를 점검하기 위해서도 사용되기도 하며, 모래와 같은 건축자재 내의 함수량은 건축물의 경도를 결정하는 중요한 요소이므로 건축용 모래의 함수량 측정은 매우 중요하다.In addition, it is possible to measure the moisture content of a medium by measuring the dielectric constant in a specific medium. This technique has been applied in various fields. For example, it is also used to measure moisture content in powder or to check grain dryness. Moisture content in building materials such as sand is an important factor in determining the hardness of buildings .
이러한 산업적 수요 때문에, 간편하고 제작이 상대적으로 쉬운, 마이크로파를 이용한 매질 내의 유전율을 측정하는 기술은 오래전부터 연구되어 왔지만, 현재까지의 유전율 측정방법은 주로 매질의 전기저항, 축전용량을 측정하여 매질의 유전율을 측정하는 방법들이 대부분이다.Because of this industrial demand, the technique of measuring the permittivity in the medium using a microwave has been studied for a long time, but the measurement of the permittivity of the medium is mainly used to measure the electric resistance and the capacitance of the medium. Most of the methods to measure the dielectric constant are.
도 1은 종래기술에 따른 물질의 유전율 측정장치의 구성을 설명하기 위한 블럭도이다.1 is a block diagram for explaining a configuration of an apparatus for measuring a dielectric constant of a substance according to the prior art.
도 1을 참고하면, 종래기술에 따른 유전율 측정장치(10)는 공진부(1), 안테나 로드(2) 및 연결포트(3)를 포함한다.1, the dielectric
공진부(1)는 측정 대상 매질이 충진되며 전자파가 공급되는 경우 전계(Transverge Electronic)를 형성한다. 이러한 공진부(1)는 육면체의 도체 벽으로 구성하고, 측정 대상 매질의 흐름을 안내하는 유로(11)를 구비한다. 여기서, 유로(11)는 전계 형성에 영향을 주지 않도록 구성한다. 물론, 공진부(1)는 육면체뿐만 아니라 원통형의 도체 벽으로 구성할 수도 있다.The resonator unit 1 is filled with a measurement target medium and forms an electric field (Transverge Electronic) when an electromagnetic wave is supplied. The resonance part 1 is constituted by a hexahedral conductor wall and includes a
안테나 로드(2)는 공진부(1) 내로 돌출되어 전자파를 방사하고, 공진부(1) 내의 측정 대상 매질에 의한 반사파를 수신한다.The
연결포트(3)는 전자파 발생부(20)로부터 발생하는 전자파를 안테나 로드(2)로 급전하고, 반사파를 주파수 검출부(30)로 전달한다.The
이와 같이 구성된 유전율 측정장치(10)는 전자파 발생부(20)로부터 전자파가 연결포트(3)와 안테나 로드부(2)를 통해 공진부(1)로 급전되면 공진부(1) 내에 전계를 형성한다. 이때 공진부 내에 삽입된 측정 대상 매질로부터 반사되는 반사파를 수신하여 주파수 검출부(30)로 전달한다.The dielectric
측정 대상 매질인 유전체 내에서 평소에 각자 흩어져있던 모멘트 성분은 외부에서 걸린 전자계의 교류 변화에 맞추어 정렬되는데, 모멘트 성분들이 전자계의 변화방향에 맞추어 따라 변함으로써, 부도체이면서도 내부에서 전자파의 진행을 가능하게 한다. 이러한 외부의 전자계의 변화에 대해 물질 내부의 모멘트가 얼마나 민감하게 잘 반응하여 움직이느냐의 정도를 공진주파수 검출을 통해 유전율을 측정한다.Moment components, which are usually scattered in the dielectric medium, are aligned in accordance with the alternating currents of the electromagnetic field applied outside, and moment components are changed according to the direction of change of the electromagnetic field, do. The permittivity is measured by the resonance frequency of the degree of how the moment in the material reacts sensitively to the change of the external electromagnetic field.
도 2는 도 1의 공진부의 구성을 설명하기 위한 도면이다.Fig. 2 is a view for explaining the configuration of the resonator of Fig. 1;
도 2와 도 3을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 공진부(1)는 급전되는 전자파에 의해 내부에 전계를 형성 하는데, 전계 형성에 영향을 미치지 않는 육면체의 측면에 다수의 홀 형태의 유로(11)를 구비하여 액체 상태의 측정 대상 물질이 홀을 통해 공진부 내로 유입될 수 있도록 구성되었다.Referring to FIGS. 2 and 3, the resonator 1 according to the embodiment of the present invention forms an electric field inside by a supplied electromagnetic wave, and a plurality of holes (not shown) are formed on the side of a hexahedron So that the measurement target substance in a liquid state can be introduced into the resonance section through the hole.
이러한 종래의 유전율 측정장치는 액체 물질의 유전율을 측정하는 것에 초점이 맞춰져 있었고, 반고체 상태의 물질의 경우 측정 대상 물질을 공진부 내에 충진하는 것이 곤란하여 유전율을 측정하는 것이 매우 어려운 문제가 있었다.
Such a conventional dielectric constant measuring apparatus is focused on measuring the dielectric constant of a liquid material, and in the case of a semi-solid material, it is difficult to fill the object to be measured in the resonance section, so that it is very difficult to measure the dielectric constant.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 아랫면이 개방되고 윗면의 일부에 개구부가 형성된 하우징과 그라운드 플레이트를 이용하여 공진부를 형성함으로써 액체 상태의 물질은 물론 반고체 상태의 물질에 대해서도 유전율 측정이 가능한 유전율 측정장치를 제공하는데 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is directed to a dielectric constant measuring apparatus capable of measuring a dielectric constant not only in a liquid state but also in a semi-solid state by forming a resonance portion using a housing and a ground plate having a lower surface opened and an opening in a part of an upper surface, .
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 반고체 상태 물질의 유전율 측정이 가능한 유전율 측정장치는 측정 대상 물질이 충진되어 전자파 급전시 공진을 형성하는 공진부; 상기 공진부 내부로 돌출되어 전자파를 방사하고, 반사파를 수신하는 안테나 로드; 및 상기 안테나 로드로 상기 전자파를 급전하고, 상기 반사파를 전달받는 연결포트;를 포함하되, 상기 공진부는, 하부면이 상부면 및 측면으로부터 분리되어, 하부면이 개방된 구조를 가지며, 상부면에는 개구부가 형성된 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an apparatus for measuring a dielectric constant of a semi-solid state material, the apparatus including: a resonance unit for charging a measurement object to form a resonance when an electromagnetic wave is fed; An antenna rod protruding into the resonator unit to emit electromagnetic waves and receiving a reflected wave; And a connection port for feeding the electromagnetic wave to the antenna rod and receiving the reflected wave, wherein the resonator has a structure in which a lower surface is separated from an upper surface and a side surface, and a lower surface is opened, And an opening is formed.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 반고체 상태 물질의 유전율 측정이 가능한 유전율 측정장치의 공진부는 하부면이 개방된 정육면체 또는 직육면체의 하우징; 및 상기 하우징과 결합하여 밀폐공간을 형성하는 그라운드 플레이트;를 포함하여 구성된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a dielectric constant measuring apparatus for measuring a dielectric constant of a semi-solid state material, the resonance unit including: a housing having a lower surface opened or a rectangular parallelepiped; And a ground plate coupled with the housing to form a closed space.
상기 공진부는 상기 상부면의 모서리에 개구부가 형성된 것을 특징으로 하며, 반고체 상태 물질을 충진하는 경우 상기 상부면의 모서리에 형성된 개구부를 통해 공기가 빠져나오는 것을 특징으로 한다.The resonance part is characterized in that an opening is formed at an edge of the upper surface, and when the semi-solid state material is filled, the air escapes through the opening formed at the edge of the upper surface.
한편, 상기 공진부의 내부에 형성되는 전계모드는 TE101 모드인 것을 특징으로 한다.Meanwhile, the electric field mode formed inside the resonator is a TE101 mode.
또한, 상기 공진부의 상부면에 형성된 개구부의 한변의 길이는 상기 하우징의 상부면의 한변의 길이의 1/6 이하인 것이 바람직하다.
The length of one side of the opening formed on the upper surface of the resonator is preferably 1/6 or less of the length of one side of the upper surface of the housing.
본 발명에 따른 반고체 상태 물질의 유전율 측정이 가능한 유전율 측정장치에 의하면 하부면이 개방되고 상부면에 개구부가 형성된 공진부를 구비함으로써 공진부 내부에 측정 대상 물질을 충진하는 것이 용이하며, 이를 통해 액체 상태의 물질은 물론이고 반고체 상태의 물질에 대해서도 용이하게 유전율을 측정할 수 있는 효과가 있다.
According to the dielectric constant measuring apparatus capable of measuring the dielectric constant of the semi-solid state material according to the present invention, it is easy to fill the object to be measured in the resonance unit by providing the resonance unit having the lower surface opened and the upper surface opened. There is an effect that the dielectric constant can be easily measured not only for the material of the semi-solid state but also for the material of the semi-solid state.
도 1은 종래기술에 따른 물질의 유전율 측정장치의 구성을 설명하기 위한 블럭도이다.
도 2는 도 1의 공진부의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 반고체 상태 물질의 유전율 측정이 가능한 유전율 측정장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.1 is a block diagram for explaining a configuration of an apparatus for measuring a dielectric constant of a substance according to the prior art.
Fig. 2 is a view for explaining the configuration of the resonator of Fig. 1;
FIG. 3 is a view for explaining a configuration of a dielectric constant measuring apparatus capable of measuring a dielectric constant of a semi-solid state material according to the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명에 따른 반고체 상태 물질의 유전율 측정이 가능한 유전율 측정장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 3 is a view for explaining a configuration of a dielectric constant measuring apparatus capable of measuring a dielectric constant of a semi-solid state material according to the present invention.
도 3의 (a)는 공진부(110)의 일실시예를 설명하기 위한 도면이고 도 3의 (b)는 공진부에 측정대상 물질을 충진하는 과정을 설명하기 위한 도면이다. FIG. 3 (a) is a view for explaining an embodiment of the
본 발명에 따른 반고체 상태 물질의 유전율 측정이 가능한 유전율 측정장치는 공진부(110), 안테나 로드(120) 및 연결포트(130)를 포함한다.An apparatus for measuring the dielectric constant of a semi-solid state material according to the present invention includes a
공진부(110)는 측정 대상 물질이 충진된 후 전자파가 공급되는 경우 내부에 공진을 형성한다.The
안테나 로드(120)는 상기 공진부(110)의 내부로 돌출되어 공급된 전자파를 방사하고, 공진부 내부로부터 측정 대상 매질에 의해 반사되는 반사파를 수신한다. The
연결포트(130)는 외부의 전자파 발생부로부터 발생하는 전자파를 상기 안테나 로드(120)로 공급하고, 상기 반사파를 전달받아 외부의 주파수 검출부로 전달한다.The
공진부(110)는 하부면이 상부면 및 측면으로부터 분리되어 별도의 그라운드 플레이트로 형성되며, 따라서 전체적으로 하부면이 개방된 구조를 갖는다.The
즉, 공진부(110)는, 하부면이 개방되고, 가로, 세로 및 높이에 대해 a, b 및 c의 길이를 가진 정육면체 또는 직육면체의 하우징(111)과 상기 하우징과 결합하여 밀폐공간을 형성하는 그라운드 플레이트(112)로 이루어진다. 이때 하우징은 편의상 정육면체나 직육면체 형태인 것으로 설명하였으나 이 뿐만 아니라 원통형 등 다양한 형태로 이루어질 수 있다.That is, the
따라서 본 발명에 따른 유전율 측정장치를 통해 반고체 상태 물질의 유전율을 측정하고자 하는 경우에는 측정 대상 물질을 그라운드 플레이트(112)위에 올려놓고 하우징(111)을 위에서 아래로 이동시켜 그라운드 플레이트(112)와 밀착되도록 함으로써 측정대상 물질(140)이 공진부(110) 내에 충진되도록 한다. Therefore, when the dielectric constant of the semi-solid state material is measured through the dielectric constant measuring apparatus according to the present invention, the measurement target material is placed on the
이때 하우징(111)의 상부면의 네군데 모서리에는 개구부(111a)가 형성되어 있으며, 반고체 상태 물질을 공진부(110)에 충진하는 동안 상부면의 모서리에 형성된 개구부(111a)를 통해 공기가 빠져나옴으로써 공진부(110)의 내부에 공기층이 존재하지 않도록 하면서 반고체 상태의 측정대상 물질을 충진하는 것이 가능하게 된다.At this time, an opening 111a is formed at four corners of the upper surface of the
한편, 상부면의 모서리에 형성된 개구부(111a)의 한 변의 길이는 상기 하우징(111)의 상부면의 한 변의 길이의 1/6 이하가 되도록 형성하는 것이 바람직하다.It is preferable that the length of one side of the opening 111a formed at the edge of the upper surface is less than 1/6 of the length of one side of the upper surface of the
표 1은 본 발명에 따른 반고체 상태 물질의 유전율 측정이 가능한 유전율 측정장치를 사용하여 유전율을 측정한 결과를 나타내고 있다.Table 1 shows the results of measurement of the dielectric constant using a dielectric constant measuring device capable of measuring the dielectric constant of the semi-solid state material according to the present invention.
[표 1][Table 1]
본 발명에 따른 반고체 상태 물질의 유전율 측정이 가능한 유전율 측정장치를 사용하여 유전율을 측정한 결과 이론 유전율 값과 비교하여 0.05% 내지 0.1% 의 오차 범위 내에서 만족할 만한 측정값을 얻을 수 있었다.
As a result of measuring the dielectric constant using the dielectric constant measuring device capable of measuring the dielectric constant of the semi-solid state material according to the present invention, it was possible to obtain a satisfactory measurement value within an error range of 0.05% to 0.1% compared with the theoretical permittivity value.
살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 반고체 상태 물질의 유전율 측정이 가능한 유전율 측정장치는 하부면이 개방되고 상부면에 개구부가 형성된 공진부를 구비함으로써 공진부 내부에 측정 대상 물질을 충진하는 것이 용이하며, 이를 통해 액체 상태의 물질은 물론이고 반고체 상태의 물질에 대해서도 용이하게 유전율을 측정할 수 있는 장점이 있다.As described above, the dielectric constant measuring apparatus according to the present invention is capable of measuring the dielectric constant of the semi-solid state material. The dielectric constant measuring apparatus includes a resonance unit having a lower surface opened and an opening at an upper surface thereof. There is an advantage that the dielectric constant can be easily measured not only in a liquid state material but also in a semi-solid state material.
이상에서 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been disclosed for illustrative purposes, those skilled in the art will appreciate that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit of the invention.
Claims (6)
측정 대상 물질이 충진되어 전자파 급전시 공진을 형성하는 공진부;
상기 공진부 내부로 돌출되어 전자파를 방사하고, 반사파를 수신하는 안테나 로드; 및
상기 안테나 로드로 상기 전자파를 급전하고, 상기 반사파를 전달받는 연결포트;를 포함하되,
상기 공진부는
하부면이 상부면 및 측면으로부터 분리되어, 하부면이 개방된 구조를 가지며,
상부면에는 개구부가 형성된 것을 특징으로 하는 반고체 상태 물질의 유전율 측정장치.
In the dielectric constant measuring apparatus,
A resonance part filled with a measurement target material to form a resonance when an electromagnetic wave is fed;
An antenna rod protruding into the resonator unit to emit electromagnetic waves and receiving a reflected wave; And
And a connection port for supplying the electromagnetic wave to the antenna rod and receiving the reflected wave,
The resonator
The lower surface is separated from the upper surface and the side surface, and the lower surface is opened,
And an opening is formed in the upper surface of the dielectric layer.
하부면이 개방된 정육면체 또는 직육면체의 하우징; 및
상기 하우징과 결합하여 밀폐공간을 형성하는 그라운드 플레이트;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 반고체 상태 물질의 유전율 측정장치.
2. The resonator according to claim 1,
A housing of a cube or a rectangular parallelepiped having an opened lower surface; And
And a ground plate coupled to the housing to form a closed space.
상기 상부면의 모서리에 개구부가 형성된 것을 특징으로 하는 반고체 상태 물질의 유전율 측정장치.
The resonator according to claim 2,
And an opening is formed at a corner of the upper surface.
반고체 상태 물질을 충진하는 경우 상기 상부면의 모서리에 형성된 개구부를 통해 공기가 빠져나오는 것을 특징으로 하는 반고체 상태 물질의 유전율 측정장치.
4. The apparatus of claim 3, wherein the resonator
Wherein air is discharged through an opening formed in a corner of the upper surface when filling the semi-solid state material.
TE101 모드인 것을 특징으로 하는 반고체 상태 물질의 유전율 측정장치.
The method according to claim 2, wherein the electric field mode formed inside the resonance portion
Wherein the TE101 mode is a TE101 mode.
상기 하우징의 상부면의 한변의 길이의 1/6 이하인 것을 특징으로 하는 반고체 상태 물질의 유전율 측정장치.The method as claimed in claim 2, wherein the length of one side of the opening
Wherein the length of one side of the upper surface of the housing is 1/6 or less of the length of one side of the upper surface of the housing.
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