KR20100013219A - Electric property of material measurement device using open ended coaxial probe - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 매질에서 반사되는 전자파를 이용하여 전기적 특성을 측정하는 매질의 전기적 특성 측정 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for measuring electrical characteristics of a medium for measuring electrical characteristics using electromagnetic waves reflected from the medium.
최근 통신 또는 초고주파 산업에서 사용 주파수 대역이 고주파 영역으로 확대됨에 따라 새로운 매질에 대하여 광대역에 걸친 전기적 특성을 측정하는 방법에 대한 관심이 증가하고 있다. Recently, as the frequency band used in the telecommunications or microwave industries extends to the high frequency region, interest in measuring electrical characteristics over a wide range of bands for new media is increasing.
복소 유전율(Complex permittivity)은 이러한 방법에서 주로 측정하는 전기적 특성 중의 하나이다. 대표적인 복소 유전율의 측정 방법으로 공동공진기법(cavity resonator method), 전송선로법(transmission-line method) 및 동축선 프로브법(coaxial-line probe method) 등이 있다. Complex permittivity is one of the electrical characteristics mainly measured in this method. Typical complex dielectric constant measurement methods include a cavity resonator method, a transmission-line method, and a coaxial-line probe method.
동축선 프로브법은 매질의 표면에 동축선 프로브를 접촉하여 반사되는 전자파로부터 반사계수를 측정하고, 이로부터 복소 유전율을 환산하는 방식이다. 동축선 프로브법은 매질에 특별한 형태의 가공이 없이 프로브와 매질의 접촉만으로 전기적 특성을 측정한다. 또한 동축선 프로브법은 한 번의 측정으로 넓은 주파수 대 역에서 전기적 특성을 측정할 수 있는 장점이 있다. 또한 고체 형태의 매질뿐만 아니라 액체, 분말 등도 측정이 용이하다.The coaxial probe method is a method of measuring a reflection coefficient from electromagnetic waves reflected by contacting a coaxial probe with a surface of a medium, and converting the complex dielectric constant therefrom. The coaxial probe method measures the electrical properties only by contact between the probe and the medium without any special form of processing on the medium. In addition, the coaxial probe method has an advantage of measuring electrical characteristics in a wide frequency band with a single measurement. It is also easy to measure not only solid media but also liquids, powders and the like.
동축선 프로브법과 같이 매질에서 반사되는 전자파를 이용하여 전기적 특성을 측정하는 매질의 전기적 특성 측정 장치에서 측정결과의 정확도를 높이기 위한 방안이 고려될 수 있다.In a device for measuring electrical characteristics of a medium that measures electrical characteristics by using electromagnetic waves reflected from the medium, such as a coaxial probe method, a method for increasing the accuracy of the measurement result may be considered.
본 발명의 일 목적은 정확도가 보다 높은 매질의 전기적 특성 측정 장치를 제공하기 위한 것이다.One object of the present invention is to provide an apparatus for measuring electrical characteristics of a medium having higher accuracy.
본 발명의 다른 일 목적은 양면이 비대칭적인 매질의 전기적 특성을 측정할 수 있는 측정 장치를 제공하기 위한 것이다.Another object of the present invention is to provide a measuring device capable of measuring the electrical properties of the medium asymmetrical on both sides.
이와 같은 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따르는 매질의 전기적 특성 측정 장치는 탐지기, 분석기 및 가압모듈을 포함한다. 탐지기는 매질에서 반사되는 전자파를 탐지한다. 분석기는 탐지기와 전기적으로 연결되어 전자파의 반사 정도를 측정한다. 가압모듈은 탐지기와 결합하고 탐지기의 일면을 매질을 향해 가압하도록 형성된다.In order to achieve the above object of the present invention, an apparatus for measuring electrical characteristics of a medium according to an embodiment of the present invention includes a detector, an analyzer, and a pressure module. The detector detects electromagnetic waves reflected from the medium. The analyzer is electrically connected to the detector to measure the degree of reflection of electromagnetic waves. The pressing module is coupled to the detector and is formed to press one side of the detector toward the medium.
본 발명의 일 측면에 따르면, 가압모듈은 제1 지지대, 편향유닛 및 제2 지지대를 포함한다. 제1 지지대는 일단이 탐지기의 타면을 덮도록 결합한다. 제2 지지대는 제1 지지대와 결합한다. 편향유닛은 제1 지지대를 일 방향으로 편향시키도록 형성된다. 제2 지지대에는 편향유닛이 제1 지지대를 가압하도록 장착된다. According to one aspect of the invention, the pressure module includes a first support, a deflection unit and a second support. The first support is coupled so that one end covers the other side of the detector. The second support engages with the first support. The deflection unit is formed to deflect the first support in one direction. The deflection unit is mounted to the second support to press the first support.
본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 분석기와 탐지기는 동축선에 의하여 전기적으로 연결된다. 제1 및 제2 지지대는 동축선이 관통하도록 형성된다. 제1 지지대와 탐지기의 사이에는 밀봉부재가 배치될 수 있다. 밀봉부재는 동축선와 탐지기의 연결부분을 보호한다. 가압모듈은 제1 지지대를 가압하는 정도를 조절하는 조절유 닛을 포함할 수 있다. 제2 지지대에는 홈이 형성될 수 있다. 홈에는 편향유닛이 안착되고, 제1 지지대의 적어도 일부가 삽입된다.According to another aspect of the present invention, the analyzer and the detector are electrically connected by coaxial lines. The first and second supports are formed to penetrate the coaxial line. A sealing member may be disposed between the first support and the detector. The sealing member protects the connection between the coaxial line and the detector. The pressure module may include a control unit for adjusting the degree of pressing the first support. Grooves may be formed in the second support. The deflection unit is seated in the groove, and at least a portion of the first support is inserted.
본 발명의 또 다른 일 측면에 따르면, 일단은 제1 지지대와 결합하고 타단은 제2 지지대에 이동가능하도록 연결되는 가이드 축을 포함할 수 있다. 가이드 축은 제1 지지대의 이동을 안내한다. 제2 지지대에는 가이드 축의 타단이 이동 가능하도록 수용되는 가이드 홈이 형성될 수 있다.According to another aspect of the invention, one end may include a guide shaft coupled to the first support and the other end is movably connected to the second support. The guide axis guides the movement of the first support. The second support may be formed with a guide groove which is accommodated to move the other end of the guide shaft.
본 발명의 또 다른 일 측면에 따르면, 본 발명의 다른 일실시예에 따르는 매질의 전기적 특성 측정 장치는 수평유지모듈을 더 포함한다. 수평유지모듈은 탐지기의 일면과 접촉하는 매질의 접촉면을 탐지기의 일면과 평행하도록 유지한다.According to yet another aspect of the present invention, an apparatus for measuring electrical characteristics of a medium according to another embodiment of the present invention further includes a horizontal maintenance module. The horizontal holding module keeps the contact surface of the medium in contact with one side of the detector parallel to one side of the detector.
본 발명의 또 다른 일 측면에 따르면, 수평유지모듈은 제1 및 제2 바디를 포함한다. 제1 바디는 매질을 지지하고, 제2 바디는 제1 바디를 상대 이동가능하도록 지지한다. 제1 바디는 원기둥의 몸체로 형성된다. 제1 바디의 일면은 매질이 지지되는 평면으로 형성된다. 제1 바디의 타면에는 원뿔 형태의 홈이 형성된다. 제2 바디는 홈에 삽입가능하도록 홈에 대응하는 원뿔 형태의 몸체로 형성된다. 홈의 원뿔각은 몸체의 원뿔각보다 크거나 같도록 형성될 수 있다.According to another aspect of the invention, the horizontal maintenance module includes a first and a second body. The first body supports the medium and the second body supports the first body to be relatively movable. The first body is formed of a cylindrical body. One surface of the first body is formed in a plane on which the medium is supported. Conical grooves are formed on the other surface of the first body. The second body is formed of a conical body corresponding to the groove so that the second body can be inserted into the groove. The cone angle of the groove may be formed to be greater than or equal to the cone angle of the body.
본 발명의 또 다른 일 측면에 따르면, 본 발명의 또 다른 일실시예에 따르는 매질의 전기적 특성 측정 장치는 환산기를 더 포함한다. 환산기는 분석기와 전기적으로 연결되어, 전자파의 반사 정도를 매질의 전기적 특성으로 환산한다.According to yet another aspect of the present invention, an apparatus for measuring electrical characteristics of a medium according to another embodiment of the present invention further includes a converter. The converter is electrically connected to the analyzer, converting the degree of reflection of electromagnetic waves into the electrical properties of the medium.
본 발명은 가압모듈을 통하여 탐지기와 매질의 접촉 정도가 보다 개선되도록 할 수 있다. 이를 통하여 매질의 전기적 특성이 보다 정확도가 높게 측정될 수 있다.The present invention can further improve the degree of contact between the detector and the medium through the pressure module. Through this, the electrical properties of the medium can be measured with higher accuracy.
본 발명은 수평유지모듈을 통하여 양면이 비대칭적인 매질도 탐지기와 수평을 유지하도록 한다. 이를 통하여, 비대칭적인 매질을 대칭적 형태로 가공하는데 드는 비용과 시간이 감소될 수 있다.The present invention is to maintain the level with the asymmetric medium degree detector on both sides through the horizontal maintenance module. This can reduce the cost and time required to process an asymmetric medium into a symmetrical form.
이하, 본 발명에 관련된 매질의 전기적 특성 측정 장치에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다.Hereinafter, an apparatus for measuring electrical characteristics of a medium according to the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. In the present specification, the same or similar reference numerals are assigned to the same or similar configurations in different embodiments, and the description thereof is replaced with the first description.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따르는 매질의 전기적 특성 측정 장치(100)의 구성도이다.1 is a block diagram of an
매질의 전기적 특성 측정 장치(100)는 탐지기(111), 분석기(112) 및 가압모듈(120)을 포함한다. The
탐지기(111)는 프로브(Probe)와 같이 매질(100')의 전기적 신호를 탐지 또는 감지하는 것을 말하며, 예를 들어 개방단말 동축선 프로브(Open-Ended Coaxial Probe)가 될 수 있다. 탐지기(111)는 매질(100')의 일면과 접촉하여, 매질(100')에서 반사되는 전자파를 탐지한다.The
매질(100')은 측정의 대상이 되는 물질을 말하며, 설탕, 밀가루와 같은 분말이나 합성수지와 같은 고체 등이 될 수 있다.The
전자파의 반사 정도를 측정하는 분석기(112)가 탐지기(111)와 동축선(Coaxial line, Coaxial cable, 113)을 통하여 전기적으로 연결된다. 동축선(113)은 일단이 탐지기(111)와 연결되고, 타단이 분석기(112)와 연결된다. 동축선(113)과 탐지기(111)는 별도의 커넥터(Connector)에 의하여 연결될 수 있다.The
분석기(112)는 특정 주파수대의 전자파를 동축선(113)을 통해 탐지기(111)로 전달한다. 전자파는 탐지기(111)를 통하여 매질(100')에 도달하고, 탐지기(111)와 매질(100')의 접촉면에서 전자파가 탐지기(111)로 반사된다. 분석기(112)는 반사되는 전자파로부터 전자파의 반사 정도, 예를 들어 반사계수 값을 구한다. The
분석기(112)는 전자파의 반사 정도를 매질(100')의 전기적 특성으로 환산하는 환산기(114)와 전기적으로 연결된다. 환산기(114)는, 예를 들어 하드웨어인 컴퓨터와 소프트웨어인 환산 프로그램에 의하여 구성될 수 있다. 환산기(114)는 분석기(112)로 측정된 반사계수를 매질(100')의 전기적 특성, 예를 들어 복소 유전율(Complex permittivity)로 환산한다. 유전율은 일반적으로 복소수로서 실수부는 매질 내에 저장되는 에너지, 허수부는 손실 특성을 나타낸다. 환산기(114)는 환산된 결과를 표시하도록 구성될 수 있다.The
탐지기(111)는 가압모듈(120)과 결합한다. 가압모듈(120)은 탐지기(111)의 일면(111a, 도 2 참조)을 매질(100')을 향해 가압하도록 형성된다.
가압모듈(120)은 제1 및 제2 지지대(121, 122)를 포함한다. 제1 및 제2 지지대(121, 122)는 동축선(113)이 관통하도록 형성된다.The
제1 지지대(121)는 일단이 탐지기(111)의 타면(111b, 도 2 참조)을 덮도록 탐지기(111)와 결합한다. 제2 지지대(122)는 제1 지지대(121)와 결합하고, 편향유닛(123)이 제1 지지대(121)를 가압하도록 형성된다. 편향유닛(123)은 스프링, 자석과 같이 지지되는 대상 물체에 일방향으로 가해지는 힘을 발생시키는 유닛을 말한다. 본 도면을 참조하면, 편향유닛(123)은 압축스프링이며, 압축스프링은 압축되는 방향과 반대 방향으로 가해지는 힘을 발생시킨다. 압축스프링이 제2 지지대(122)에 장착되어, 제1 지지대(121)를 매질(100')을 향하는 방향으로 편향시킨다.The
가압모듈(120)에 의하여 탐지기(111)와 매질(100')의 접촉면 사이에 존재하는 공기층이 완화 또는 제거될 수 있다. 따라서 탐지기(111)와 매질(100')의 접촉 정도가 보다 개선되게 되어, 매질(100')의 전기적 특성이 보다 정확도가 높게 측정될 수 있다.The air layer existing between the
제1 지지대(121)와 탐지기(111)의 사이에는 밀봉부재(115)가 배치될 수 있다. 밀봉부재(115)는 동축선(113)와 탐지기(111)의 연결부분을 보호한다. 밀봉부재(115)는, 예를 들어 고무로 된 오링(O-ring)이 될 수 있으며, 이를 통하여 동축선(113)와 탐지기(111)의 연결부분이 방수 처리될 수 있다.The sealing
매질(100')은 전기적 특성의 측정을 위하여 수평유지모듈(130)에 의하여 지지된다. 수평유지모듈(130)은 탐지기(111)의 일면(111a)과 접촉하는 매질(100')의 접촉면을 탐지기(111)의 일면과 평행하도록 유지한다. The medium 100 'is supported by the
수평유지모듈(130)은 매질(100')을 지지하는 제1 바디(131)와 제1 바디(131)를 상대 이동가능하도록 지지하는 제2 바디(132)를 포함한다. 제1 바디가 상대 이동함에 따라서, 도시한 바와 같이 양면이 비대칭적인 매질(100')도 탐지기(111)와 수평이 유지된다. 이를 통하여, 비대칭적인 매질(100')을 대칭적 형태로 가공하는데 드는 비용과 시간이 감소될 수 있다.The
도 2는 도 1의 가압모듈(120)을 나타내는 분해도이다.2 is an exploded view illustrating the
제2 지지대(122)에는 일측이 개구되어 있는 리세스된 형태의 홈(124)이 형성된다. 제2 지지대(122)의 개구를 통하여 홈에는 편향유닛(123)이 안착된다. 편향유닛(123)을 지지하기 위하여 개구의 반대측에 형성되는 홈(124)의 바닥면에는 제2 지지부(125)가 형성된다. 본 도면을 참조하면, 제2 지지부(125)는 바닥면에서 돌출되어 형성되며, 압축스프링의 일단이 이에 끼워져서 지지된다. 홈(124)의 바닥면에는 동축선(113, 도 1 참조)이 통과하기 위한 관통공이 형성된다.The
홈(124)에는 제1 지지대(121)의 적어도 일부가 삽입된다. 홈에 삽입되는 제1 지지대(121)의 일면에는 편향유닛(123)을 지지하기 위하여 제1 지지부(126)가 형성된다. 본 도면을 참조하면, 제1 지지부(126)는 제1 지지대(121)에서 돌출되도록 형성되며, 압축스프링의 타단이 이에 끼워져서 지지된다. 홈에 삽입되는 제1 지지대(121)의 일면에는 동축선(113)이 통과하기 위한 관통공이 형성된다.At least a portion of the
제1 지지대(121)의 이동이 안내되도록 제1 지지대(121)는 가이드 축(127)과 결합된다. 가이드 축(127)의 일단은 제1 지지대(121)와 결합하고, 타단은 제2 지지대(122)에 이동 가능하도록 연결된다.The
제2 지지대(122)에는 가이드 축(127)의 타단이 이동 가능하도록 수용되는 가이드 홈(128)이 형성된다. 가이드 축(127)의 타단에는 가이드 홈(128)에 대응하는 가이드 돌기(129)가 형성될 수 있다. 본 도면을 참조하면, 가이드 돌기(129)는 가 이드 축(127)과 별도로 구비되어 가이드 돌기(129)의 타단에 장착될 수도 있다. The
가이드 홈(128)의 바닥면에는 가이드 축(127)이 통과하도록 관통공이 형성된다. 가이드 돌기(129)가 가이드 홈(128)의 바닥면에 닿는 경우에 탐지기(111)가 제2 지지대(122)로부터 가장 멀리 떨어지게 된다.The through hole is formed in the bottom surface of the
본 도면을 참조하면, 가압모듈(120)의 제2 지지대(122)에 힘이 가해지면 압축스프링이 압축되며, 이에 의해 제1 지지대(121)가 힘을 받게 된다. 따라서 제1 지지대(121)에 장착된 탐지기(111)도 힘을 받게 되고, 이에 의해 탐지기(111)와 매질(100', 도 1 참조)의 접촉면에서 존재할 수 있는 공기층이 완화 또는 제거된다.Referring to this figure, when a force is applied to the
제2 지지대(122)에 힘이 가하는 방법으로, 예를 들어 별도의 장치(도 4 참조)를 이용할 수 있을 뿐만 아니라 사용자가 제2 지지대(122)를 누르는 것도 가능하다. As a method of applying force to the
제1 및 제2 지지대(121, 122)는 도시한 단면을 동축선(113)을 중심으로 회전시켜 형성되는 원형 형태가 될 수 있다. 다만, 가이드 축 및 홈(127, 128)은 제1 및 제2 지지대(121, 122)의 원주 방향에 대해 일정 간격으로 각각 3개씩 구비될 수 있다. 제1 지지대(121)의 일단에는 탐지기(111)가 장착되며, 탐지기(111)는 제1 지지대(121)와 대응하는 원형으로 형성될 수 있다. 탐지기(111)는 제1 지지대(121)에 볼트 결합될 수 있으며, 이를 위한 관통공이 탐지기(111)와 제1 지지대(121)에 각각 형성될 수 있다.The first and
도 3은 도 1의 수평유지모듈(130)을 나타내는 분해도이다.3 is an exploded view illustrating the
제1 바디(131)는 원기둥 형태의 몸체로 형성된다. 제1 바디(131)의 일면은 매질(100', 도 1 참조)이 지지되는 평면으로 형성된다. 제1 바디(131)의 타면에는 원뿔 형태의 홈(131a)이 형성된다. 제2 바디(132)는 홈(131a)에 삽입가능하도록 홈(131a)에 대응하는 원뿔 형태의 몸체로 형성된다. 제2 바디(132)는 원뿔 형태의 몸체의 꼭지점(133)에서 제1 바디(131)를 지지한다. 홈(131a)의 원뿔각(θ1)은 제2 바디(132) 몸체의 원뿔각(θ2)보다 크거나 같도록 형성된다. 이를 통하여 제1 바디(131)는 제2 바디(132)와 접점을 중심으로 임의의 각도 및 방향으로 움직일 수 있게 된다. 따라서 비대칭적인 구조 및 형태를 갖는 매질(100')도 탐지기(111, 이상 도 1 참조)와 수평을 이루며 접촉할 수 있게 된다.The
도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따르는 매질의 전기적 특성 측정 장치(200)의 구성도이다.4 is a block diagram of an
가압모듈(220)에는 제1 지지대(221)를 가압하는 정도를 조절하는 조절유닛(240)이 포함된다.The
본 도면을 참조하면, 조절유닛(240)은 폴대(241), 위치 조절 축(242) 및 조절 볼트(243)을 구비할 수 있다. Referring to this figure, the
폴대(241)는 매질의 전기적 특성 측정 장치(200)가 배치되는 스탠드로부터 일정 높이로 세워지도록 형성될 수 있다. 폴대(241)에는 잔공 형태의 관통공(245)이 형성되고, 관통공(245)을 통하여 위치 조절 축(242)의 일단과 조절 볼트(243)가 결합된다. 위치 조절 축(242)의 타단은 제2 지지대(222)를 감싸도록 형성된다.The
폴대(241)의 관통공(245)에서 위치 조절 축(242)의 일단의 위치를 조절한 다음, 조절 볼트(243)로 위치 조절 축(242)을 고정시켜주면, 제1 지지대(221)가 가압 되는 정도가 조절된다. 이를 통하여 탐지기(211)가 매질(200')에 가하는 힘의 세기가 조절될 수 있다.After adjusting the position of one end of the
상기와 같은 매질의 전기적 특성 측정 장치는 위에서 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.The apparatus for measuring electrical characteristics of the medium is not limited to the configuration and method of the embodiments described above, but the embodiments may be configured by selectively combining all or part of the embodiments so that various modifications can be made. have.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따르는 매질의 전기적 특성 측정 장치의 구성도.1 is a block diagram of a device for measuring the electrical properties of a medium according to an embodiment of the present invention.
도 2는 도 1의 가압모듈을 나타내는 분해도.Figure 2 is an exploded view showing the pressure module of Figure 1;
도 3은 도 1의 수평유지모듈을 나타내는 분해도.3 is an exploded view showing the horizontal maintenance module of FIG.
도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따르는 매질의 전기적 특성 측정 장치의 구성도.4 is a block diagram of an apparatus for measuring electrical characteristics of a medium according to another embodiment of the present invention.
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