TW201818093A - 材料電磁特性量測裝置以及其量測方法 - Google Patents

材料電磁特性量測裝置以及其量測方法 Download PDF

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Abstract

一種材料電磁特性量測裝置，包括:一腔體與一特定結構物件。該腔體在內部有一空腔，且腔體有一電磁波通口端與該空腔連通，用以接收一輸入電磁波與輸出一共振電磁波。該特定結構物件對應電磁波通口端設置在該空腔內，用以在該空腔內產生以一區域。該區域是由磁場成份主要佔據，該區域用以置放一待測物件。

Description

材料電磁特性量測裝置以及其量測方法
本發明是有關於微波材料特性量測技術，且特別是關於微波材料的導磁係數的量測。
量測材料特性一直以來就是一門重要與實用的課題。想要使用材料就必須要先了解其特性。材料本身會隨著外界電磁作用而做出不同反應，因此材料本身並不是單純的固定特性，而是物質與電磁場交互作用的表現。其表現雖然複雜但大致上可以用介電系數 (ε) 與導磁係數(μ)來描述，因此能精確量測材料特性的技術，是相關領域的研發人員所需求。
對於傳統的量測材料特性的技術，由於材料本身含有介電系數(ε)與導磁係數(μ)，材料會隨著外界電磁作用而會互相干擾，其中ε值較容易被精準量測，但是要對μ值有精準量測，在當前技術中是不容易且複雜能精確量測材料特性的技術則是工業界與研究人員所期望的目標。
本發明提供材料電磁特性量測裝置以及其量測方法，可以提升材料的μ值量測，其中可以採用分別量測μ值與ε值的兩個不同腔體的量測裝置，藉由兩個腔體的量測裝置交互的疊代(iteration)運算機制，更可以提升μ值量測。材料的電磁特性可以包含微波材料的電磁特性。
本發明提供一種材料電磁特性量測裝置，包括一腔體與一特定結構物件。該腔體在內部有一空腔。該腔體有一電磁波通口端與該空腔連通，用以接收一輸入電磁波與輸出一共振電磁波。該特定結構物件對應電磁波通口端設置在該空腔內，用以在該空腔內產生以一區域。該區域是由磁場成份主要佔據。該區域用以置放一待測物件。
根據量測裝置的一實施例，該空腔的外圍包含形狀相同且平行的上表面與下表面。
根據量測裝置的一實施例，該特定結構物件包括一圓碟片與一支撐圓柱以構成特定結構，其中該區域形成於該圓碟片的一方，而相反於該電磁波通口端。
根據量測裝置的一實施例，該空腔是圓柱空腔。
根據量測裝置的一實施例，該結構包括一圓碟與一支撐圓柱以構成結構，其中該區域形成於該圓碟的一方，而相反於該電磁波通口端。
根據量測裝置的一實施例，該待測物件的形狀是中空的圓柱或圓碟，該支撐圓柱穿過且固定該待測物件。
本發明提供一種材料電磁特性量測系統，至少適用於量測該待測物件的導磁係數(μ)值。波材料特性量測系統包含:如前述的材料電磁特性量測裝置，當作第一腔體量測裝置，用以量測該待測物件在一第一幾何結構下的一第一共振頻率。另外，此量測系統還包括一第二腔體量測裝置，用以量測該待測物件在一第二幾何結構下的一第二共振頻率。 一第一資料庫是根據該第一幾何結構在該第一腔體量測裝置中，已模擬的共振頻率與μ值變化的多條第一曲線，該多條第一曲線是對應不同的介電系數(ε)值。一第二資料庫是根據該第二幾何結構在該第二腔體量測裝置中，已模擬的共振頻率與ε值變化的多條第二曲線，該多條第二曲線是對應不同的μ值。一處理單元根據該第一共振頻率與該第二共振頻率以及根據該第一資料庫與該第二資料庫，以一給予ε值從該第一資料庫得到一第一階估計μ值，再以該第一階估計μ值從該第二資料庫得到一第一階估計ε值，再根據該估計第一階ε值從該第一資料庫得到一第二階估計μ值。其中，該第二階估計μ值當作該待測物件的一量測μ值。又或是，至少再以該第二階估計μ值從該第二資料庫得到一第二階估計ε值，根據該第二階估計ε值從該第一資料庫得到一第二階估計μ值，如此重複n次後得到第n個估計μ值，n等於或大於1。
根據量測系統的一實施例，該空腔的外圍包含形狀相同且平行的上表面與下表面。
根據量測系統的一實施例，該結構物件包括一圓碟片與一支撐圓柱以構成特定結構，其中該區域形成於該圓碟片的一方，而相反於該電磁波通口端。
根據量測系統的一實施例，該空腔是圓柱空腔。
根據量測系統的一實施例，該特定結構物件包括一圓碟片與一支撐圓柱以構成特定結構，其中該區域形成於該圓碟片的一方，而相反於該電磁波通口端。
根據量測系統的一實施例，該待測物件的形狀是中空的圓柱或圓碟，該圓柱穿過且固定該待測物件。
根據量測系統的一實施例，其中該第二腔體量測裝置內也包含一空腔，且有一量測區域用以置放該第二幾何結構的該待測物件。
本發明提供一種材料電磁特性量測方法，至少適用於量測待測物件的μ值。此材料電磁特性量測方法包含取得一第一腔體量測裝置與一第二腔體量測裝置，其中該第一腔體量測裝置是如前述的量測裝置。此量測方法還包括取得第一資料庫，其中該第一資料庫是預先建立完成，是根據該待測物件在該第一腔體量測裝置的一第一幾何結構，模擬共振頻率(f)與μ值變化的多條第一曲線，該多條第一曲線是分別對應該待測物件的不同的介電系數(ε)值; 取得第二資料庫，其中該第二資料庫是預先建立完成，是根據該待測物件在該第二腔體量測裝置的一第二幾何結構，模擬共振頻率(f)與ε值變化的多條第二曲線，該多條第二曲線是分別對應該待測物件的不同的μ值。將該待測物件製作成該第一幾何結構與該第二幾何結構。使用該第一腔體量測裝置，進行量測該待測物件在該第一幾何結構下的一第一共振頻率。使用該第二腔體量測裝置，進行量測該待測物件在該第二幾何結構下的一第二共振頻率。使用一處理單元，根據該第一共振頻率與該第二共振頻率以及根據該第一資料庫與該第二資料庫，以一給予ε值從該第一資料庫得到一第一階估計μ值，再以該第一階估計μ值從該第二資料庫得到一第一階估計ε值，再根據該估計第一階ε值從該第一資料庫得到一第二階估計μ值。該第二階估計μ值當作該待測物件的一量測μ值。又或是，至少再以該第二階估計μ值從該第二資料庫得到一第二階估計ε值，根據該第二階估計ε值從該第一資料庫得到一第二階估計μ值，如此重複n次後得到第n個估計μ值，n等於或大於1。
根據量測方法的一實施例，其中該第一資料庫的建立步驟包括:對於該第一腔體量測裝置，在不同的多個ε值的每一個下，模擬對應該ε值下的μ值與共振頻率(f)變化的μ- f變化曲線，構成該多條第一曲線。其中該第二資料庫的建立步驟包括:對於該第二腔體量測裝置，在不同的多個μ值的每一個下，模擬對應該μ值下的ε值與共振頻率(f)變化的ε- f變化曲線，構成該多條第二曲線。
根據量測方法的一實施例，其中使用該處理單元的該步驟包括一μ值估計步驟，一ε值估計步驟，一疊代估計步驟。μ值估計步驟包括:對該待測物件決定一給予ε值; 在該第一資料庫中取得對應該給予ε值的一對應μ- f變化曲線，而根據第一共振頻率得到該估計μ值。ε值估計步驟包括:對該待測物件決定一給予μ值; 以及在該第二資料庫中取得對應該給予μ值的一對應ε- f變化曲線，根據該第二共振頻率得到該估計ε值;。疊代估計步驟包括以該估計ε值當作該給予ε值進行該μ值估計步驟;以及以該估計μ值當作該給予μ值進行該ε值估計步驟，其中依照所預定的疊代次數，取該估計μ值當作該量測μ值。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
首先需要說明的是，為了一於描述結構的幾何關係，會使用“上”與 “下”來區分不同物件，因此“上”與 “下”僅是相對位置的描述，不是絕對的空間位置。
本發明提出可以準確量測材料的μ值的技術，更可以配合量測ε值的量測裝置，構成利用兩個形狀各異的腔體來量測材料的μ值量測系統，以提升μ值量測的準度。
本發明適用於產業所使用的微波頻段，其中也包含近來被廣泛使用的2.45GHz頻段，可以準確量測微波材料在此頻段的材料特性。本發明利用共振腔中不同的場形分布與邊界條件，可以做到使腔體中的待測樣品對電場或磁場特別敏感，藉此盡可能增加個別量測介電與導磁特性的精確度，減少這兩個材料特性互相間對量測結果的影響。
要注意的是，本發明所適用的材料不限於微波材料。本發明可以應用到具有電磁特性的材料。然而，微波是目前很廣泛應用的波段，因此以下提供的實施例是以微波材料為例的說明。因此，說明中所提到的微波，其可以廣泛適用於合理範圍的電磁波。
在實驗上，例如利用製備的三氧化四鐵(Fe3 O4 )、羰基鐵 (carbonyl ion)、或是奈米銀等樣品來作為測試腔體的量測效果，可以證實本發明的μ值量測裝置可以準確量測。
另外，當利用分別要量測μ值與ε值的兩個腔體的模型，來作為交互參考，進行疊代估計，如此可以更提升μ值以及ε值的準確度。本發明所採用的模擬軟體是HFSS系統(High Frequency Structure Simulator, HFSS)，但是本發明不僅限於此，而可以採用其它可用的模擬軟體。
本發明提出量測材料的μ值的微波腔體結構。此μ腔體結構的設計包括在腔體的空間中藉由「特定結構物件」的設計而產生一個區域，在此區域中主要成分是磁場，而電場被有效遮蔽後實質被減弱。因此材料樣品可以置放在此區域，進行較精準的μ值量測。上述的「特定結構物件」可以是導電材料，結構例如是傘狀結構，而傘狀結構更例如是一盤片以及一支撐圓柱，在盤片的中間區域支撐的該盤片與腔體底面固定。
以下舉多個實施例來說明本發明，但是本發明不限於所舉的實施例。
首先描述適用於量測材料的μ值的微波材料特性量測裝置的結構。圖1是依照本發明一實施例，繪示一種微波材料特性量測裝置的剖面示意圖。圖2是依照本發明一實施例，繪示應圖1的量測裝置的爆炸(exploded)示意圖。
參閱圖1與圖2，用於量測微波材料特性的第一腔體量測裝置100，包括一腔體120與一特定結構物件108。特定結構物件108例如可以是導體物件或是高介電材料的物件。腔體120在內部有一空腔106，且腔體120有一微波通口端114與該空腔106連通，用以接收一輸入微波與輸出一共振微波。該特定結構物件108對應微波通口端114設置在該空腔106內，用以在該空腔106內產生以一區域130。該區域130是圓碟片108b與下腔體102之間的中間區域，在圖4有較詳細的描述，由磁場成份主要佔據，該區域130用以置放一待測物件110。
腔體120的材料是導體，其例如是金屬材料，更例如是黃銅。腔體120是由下腔體102與上腔體104所組成。下腔體102有預定形狀的凹陷區域。上腔體104也有凹陷區域。當上腔體104藉由凹陷區域覆蓋下腔體102時，下腔體102的凹陷區域就構成空腔106。為利於電磁波場模型的建立，空腔的外圍包含形狀相同且平行的上表面與下表面。也就是，下腔體102的凹陷區域的側壁是垂直的。上表面就是上腔體104的凹陷區域的底面的一部份，而下表面就是下腔體102的凹陷區域的底面。換句話說，空腔106的外圍形狀例如是柱狀形。而柱狀形的橫截面例如是圓形，橢圓形、正方形，長方形或是多角柱形等，其有利於建立電磁波場模型的形狀即可。其中，空腔的形狀以圓柱狀為較佳。又，取決於圓柱的長度，其也可以視為圓碟的形狀。也就是，本發明不限定於特定的尺寸。
特定結構物件108是設置在此空腔106中。特定結構物件108的材料例如與腔體120的材料相同，即是黃銅。然而，在其它實施例中其例如也可以採用其他金屬，不限於相同的材料。特定結構物件108例如是傘狀的結構，包括一圓碟片108b與一支撐圓柱108a以構成特定結構，其中區域130形成於該圓碟片108b的一方，而相反於該微波通口端114。支撐圓柱108a有一端是置入下腔體102，藉以將圓碟片108b固定。另外，由於支撐圓柱108a也是導體，會產生微波的邊界條件效應，有利於建立要置放待測物件110的區域130，使能得到由磁場成份主要佔據，其於後面會再予詳述。
另外，配合空腔106是圓柱狀的情形，特定結構物件108的圓碟片108b例如也是圓碟形狀，而支撐圓柱108a也例如是圓柱桿。圓碟片108b的厚度與面積大小，以及圓碟片108b在空腔106中所處的高度等等的幾何結構，可依實際需要調整，不限定於特定尺寸。
另外待測物件110是對應設置在圓碟片108b 的下方，因此，待測物件例如是中空圓柱(hollow cylindrical)結構，而取決於圓柱的長度，也可以視為中空碟片的結構，不發明以圓柱為統稱，不限定其厚度/長度。待測物件110的通孔110a允許支撐圓柱108a穿過，並且將待測物件110固定。
上腔體104有一通孔112，用於設置微波通口端114。通孔112的位置例如是對應支撐圓柱108a的位置。量側的微波可以從微波通口端114輸入，而在空腔106內依照特定結構物件108與待測物件110而產生共振，共振微波也可以由微波通口端114測得，而決定共振頻率。微波通口端114的結構也不限於特定結構。
以下描述第一腔體量測裝置100所產生的場形特性。由於空腔106與特定結構物件108的幾何結構變化，會產生不同的場形。然而，以特定結構物件108的設計，由於電場遮蔽的效果，在圓碟片108b的下方會產生用於置放待測物件110的區域130。
圖3是依照本發明一實施例，繪示圖1的量測裝置的空腔內的電場分佈示意圖。參閱圖3，根據第一腔體量測裝置100的結構，例如利用HFSS系統的模擬可以得到電場分佈的場形。從模擬結果可以看出電場集中在一些區域118a、118b、118c，而在圓碟片108b下方的電場強度相對是很低，已達到可以忽略的程度。
圖4是依照本發明一實施例，繪示圖1的量測裝置的空腔內的電場分佈示意圖。參閱圖4，同樣利用HFSS系統的模擬可以得到磁場分佈的場形。從模擬結果可以看出磁場集中在圓碟片108b下方的區域130，磁場強度例如是由此區域130的垂直線的密度來表現，其中在支撐圓柱108a周圍的區域有較強的磁場。因此，從圖3與圖4的綜合考慮下，此區域130可以用來置放待測物件110，進行μ值量測。待測物件110的μ值會與共振頻率關連。因此從微波通口端114量取微波而得到共振頻率時，就可以依照模擬的資料庫得到待測物件110的μ值。
由於空腔106與特定結構物件108的幾何結構變化會改變電場分佈的場形，因此在本發明的概念下，其結構與尺寸可以做不同變化，以得到較佳的場形分佈，本發明不限定特定的尺寸。
圖5是依照本發明一實施例，繪示圖1的量測裝置的μ值與共振頻率f的變化曲線示意圖。參閱圖5，依照如圖1的量測裝置的結構，經過HFSS系統的模擬，對於待測物件110的不同ε值，建立μ值與共振頻率f的變化曲線，簡稱為μ- f變化曲線，的資料庫。圖5是以ε’值為1、5、10、15、20、30等值為例的六條μ- f變化曲線。於此，資料點的密度可以依照實際需要產生，而其它非資料點的數值，例如可以由內插的方式，或是根據附近多個資料點做估計。
由於第一腔體量測裝置100的特性可以產生以磁場成份為主要的區域，因此ε值的影響較小，也因此六條μ- f變化曲線都很接近。μ- f變化曲線大至上從ε=1到ε=30的共振頻率變化，例如可以有1.764GHz的變化範圍，但是對於一個μ值，由ε值的變化所產生共振頻率的變化不大。例如在小μ值時(接近1)，共振頻率的變化例如是0.013GHz。又例如在大μ值時(接近20)，共振頻率的變化例如是0.048GHz。因此由第一腔體量測裝置100根據量測共振頻率，而得到的μ值的準確度，可以達到一般可接受的範圍。
然而，如果要更精確估計μ值，則本發明也提出採用雙腔體(dual-chamber)量測，並且交互關連的疊代運算，而得到更精準的μ值，其中ε值也可連代提升。此雙腔體疊代機制，其除了採用第一腔體量測裝置100的模型來量測共振頻率而獲得初階的μ值，也再採用第二腔體量測裝置，進行ε值量測。
以下先描述第二腔體量測裝置的結構。圖6是依照本發明一實施例，繪示一種微波材料特性量測裝置的剖面示意圖。圖7是依照本發明一實施例，繪示應圖6的量測裝置的爆炸(exploded)示意圖。參閱圖6與圖7。第二腔體量測裝置200，是用於量測待測物件210的ε值。第二腔體量測裝置200包括一腔體220。腔體220包括下腔體202與上腔體204。下腔體202有預計構成空腔206的一凹陷區域。下腔體202在此空腔206是凸出圓柱208。待測物件210配合圓柱208，也是製作成圓碟狀，置放在圓柱208的頂面。上腔體204例如是圓蓋結構，覆蓋於下腔體202上，將下腔體202的凹陷區域封閉，而構成空腔206。上腔體204的中心也有通孔212，可以容置微波通口端214。微波通口端214與空腔206連通，用以接收一輸入微波與輸出一共振微波。
第二腔體量測裝置200也是經過HFSS模擬所設計出來的結構，可以在待測物件210周圍產生電場成份，但是電場成份相對於磁場成份例如是相當或更大。然而第二腔體量測裝置200是針對ε值量測。
以下描述第二腔體量測裝置200的量測機制。圖8是依照本發明一實施例，繪示圖6的量測裝置的ε值與共振頻率f的變化曲線示意圖。參閱圖8，第二腔體量測裝置200配合待測物件210的結構，經HFSS系統的模擬，對應多個不同μ值，得到多條分別對應μ值的ε- f變化曲線。本實施例的μ’值，例如是1、5、10、15、20，但是本發明不限於此。圖8的數據點是用來建立第二資料庫，其中數據點的密度雖實際需求來決定。
由於微波場形在第二腔體量測裝置200沒有要求以電場為主要成份的區域，因此不同μ值的ε- f變化曲線有較大的變化，但是在ε接近1的μ值變化仍維持較小的變化範圍。
於此要注意，本發明的第二腔體量測裝置200的材料，有例如是黃銅，但是本發明不需限定於黃銅。又類似第一腔體量測裝置100的情形，其形狀的橫截面不需要限定為圓形。
接著描述微波材料特性量測系統，其包括前述的第一腔體量測裝置100與第二腔體量測裝置200。圖9是依照本發明一實施例，繪示一種量測系統的示意圖。參閱圖9，微波材料特性的量測系統300，包括第一腔體量測裝置100與第二腔體量測裝置200。於此，待測物件110與待測物件210是相同材料，但是不同形狀。
第一腔體量測裝置100用以量測待測物件110在一第一幾何結構下的一第一共振頻率fμ 。第二腔體量測裝置200，用以量測待測物件210在一第二幾何結構下的一第二共振頻率fε 。於此，待測物件110與待測物件210是相同材料，但是對應第一腔體量測裝置100與第二腔體量測裝置200的不同模型，而至被置備成對應的不同幾何結構。
第一資料庫，如圖5的資料，是根據待測物件110的第一幾何結構在該第一腔體量測裝置100中，已模擬的共振頻率f與μ值變化的多條第一曲線。這些第一曲線是分別對應不同的ε值。第二資料庫，如圖8的資料，是根據待測物件210的第二幾何結構在該第二腔體量測裝置200中，已模擬的共振頻率f與ε值變化的多條第二曲線。這些第二曲線是分別對應不同的μ值。
處理單元302是根據該第一共振頻率fμ 與該第二共振頻率fε 以及根據該第一資料庫與該第二資料庫，以一給予ε值，例如ε=1，從該第一資料庫得到一第一階估計μ值，再以該第一階估計μ值從該第二資料庫得到一第一階估計ε值，再根據該估計第一階ε值從該第一資料庫得到一第二階估計μ值。其中該第二階估計μ值當作該待測物件的一量測μ值，或是至少再以該第二階估計μ值從該第二資料庫得到一第二階估計ε值，根據該第二階估計ε值從該第一資料庫得到一第二階估計μ值。如此重複n次後得到第n個估計μ值，n等於或大於1。
以下舉一實施例，更較詳細描述前述的量測機制。圖10至圖14是依照本發明一實施例，繪示雙腔體量測機制示意圖。參閱圖10，第一腔體量測裝置100配置第一幾何結構的待測物件110，可以量測到第一共振頻率fμ ’。之後，從例如圖5的資料庫，以初始給予的ε0 值來決定對應的f-μ變化曲線。於此，ε0 值只要在資料庫的範圍內即可，而不需限定，但是從例如圖5與圖8的資料庫，可以取ε0 =1為開始。如此，根據ε0 =1的f-μ變化曲線，以量測到的第一共振頻率fμ ’，可以決定待測物件110的μ值是μ1 ，其中依照資量點的密度，可以採用適當的內插運算來估計，本發明不限於特定的內插或是對應的方式。此μ1 值就是第一階μ值。ε0 例如也可以取資量庫中ε值範圍的中間值，而不限定。第一階μ值的準確度例如可以達到約10%以內，但是這數值是決於第一腔體量測裝置100的結構所產生的波場模型。然而，由於量測區域的電場成份已經被大量抑制(suppressed)，而保留足夠強度的磁場，因此例於μ值量測。如果不要求高準確度的話，就可以將第一階μ值，即是μ1 值，當作採用本發明第一腔體量測裝置100的量測結果。
如果要求更高的準確度，本發明就採用雙腔體的量測的疊代機制。參閱圖11，雙腔體的量測機制在包括使用第二腔體量測裝置200的量測以及例如圖8的第二資量庫的建立。第二腔體量測裝置200配置第二幾何結構的待測物件210，可以量測到第二共振頻率fε ’。第二腔體量測裝置200是針對ε值的量測。根據μ1 值從圖8的第二資量庫取得對應μ1 值的f-ε變化曲線。根據第二共振頻率fε ’ 得到第一階ε值，即是ε1 ，其中如前述，例如採用適當的內插運算來對非資料點進行估算。本發明不限定特定的方式。以下不再重述關於非資料點的內插運算。
接著參閱圖12，回到與圖10相同的方式，進行下一次疊代，也就是以ε1 值從圖5的第一資量庫取得對應f-μ變化曲線。再根據先前量測到的第一共振頻率fμ ’，對應得到第二階μ值，即是μ2 值。如此，μ值準確度例如可以進而降低到約1%以內。
依照相同方式的疊代，可以進行n (n＞1或是n=1) 階而得倒收斂的μ值。另外要注的是，進行μ值的疊代的同時，ε值的準度也會隨著提升。因此，本發明不限定於僅是μ值的量測，就一般得應用，ε值的量測也是可以同時獲得。
為得到更進一步的準確度，以下再舉第三階μ值的疊代運算。參閱圖13，根據第二階μ值，也就是μ2 值，從圖8的第二資量庫取得對應μ2 值的f-ε變化曲線。根據第二共振頻率fε ’ 得到第二階ε值，即是ε2 值。參閱圖14，以ε2 值從圖5的第一資量庫取得對應f-μ變化曲線。再根據先前量測到的第一共振頻率fμ ’，對應得到第三階μ值，即是μ3 值。如此，依照相同的方式，可以進行n次疊代。
本發明根據前述的第一腔體量測裝置100與第二腔體量測裝置200，提出雙腔體疊代機制的微波材料特性量測方法，其至少適用於量測該待測物件的μ值。
此微波材料特性量測方法包含步驟S100，取得一第一腔體量測裝置與一第二腔體量測裝置，其中該第一腔體量測裝置是是如前述的微波材料特性量測裝置。此量測方法還包括步驟S102，取得第一資料庫與第二資料庫。該第一資料庫是預先建立完成，是根據待測物件在該第一腔體量測裝置的一第一幾何結構，模擬共振頻率(f)與μ值變化的多條第一曲線，例如圖5所示，該多條第一曲線是分別對應該待測物件的不同的介電系數(ε)值。該第二資料庫是預先建立完成，是根據該待測物件在該第二腔體量測裝置的一第二幾何結構，模擬共振頻率(f)與ε值變化的多條第二曲線，例如圖8所示。該多條第二曲線是分別對應該待測物件的不同的μ值。於步驟S104，將該待測物件製作成該第一幾何結構與該第二幾何結構。於步驟S106，使用該第一腔體量測裝置，進行量測該待測物件在該第一幾何結構下的一第一共振頻率。於步驟S108，使用該第二腔體量測裝置，進行量測該待測物件在該第二幾何結構下的一第二共振頻率。於步驟S110，使用一處理單元，根據該第一共振頻率與該第二共振頻率以及根據該第一資料庫與該第二資料庫，以一給予ε值從該第一資料庫得到一第一階估計μ值，再以該第一階估計μ值從該第二資料庫得到一第一階估計ε值，再根據該估計第一階ε值從該第一資料庫得到一第二階估計μ值。該第二階估計μ值當作該待測物件的一量測μ值。又或是，至少再以該第二階估計μ值從該第二資料庫得到一第二階估計ε值，根據該第二階估計ε值從該第一資料庫得到一第二階估計μ值，如此重複n次後得到第n個估計μ值，n等於或大於1。
於此，上述的微波材料的量測僅是所舉的實施例。本發明所適用的材料不限於微波材料，而可以廣泛適用於具有電磁特性的材料，而量測的電磁波也對應電磁材料，不限於微波範圍。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧第一腔體量測裝置
102‧‧‧下腔體
104‧‧‧上腔體
106‧‧‧空腔
108‧‧‧特定結構物件
108a‧‧‧支撐圓柱
108b‧‧‧圓碟片
110‧‧‧待測物件
112‧‧‧通孔
114‧‧‧微波通口端
118a、118b、118c‧‧‧區域
120‧‧‧腔體
130‧‧‧區域
200‧‧‧第二腔體量測裝置
202‧‧‧下腔體
204‧‧‧上腔體
206‧‧‧空腔
208‧‧‧圓柱
210‧‧‧待測物件
212‧‧‧通孔
214‧‧‧微波通口端
220‧‧‧腔體
S100 ~S110‧‧‧步驟
圖1是依照本發明一實施例，繪示一種材料電磁特性量測裝置的剖面示意圖。 圖2是依照本發明一實施例，繪示應圖1的量測裝置的爆炸(exploded)示意圖。 圖3是依照本發明一實施例，繪示圖1的量測裝置的空腔內的電場分佈示意圖。 圖4是依照本發明一實施例，繪示圖1的量測裝置的空腔內的電場分佈示意圖。 圖5是依照本發明一實施例，繪示圖1的量測裝置的μ值與共振頻率f的變化曲線示意圖。 圖6是依照本發明一實施例，繪示一種材料電磁特性量測裝置的剖面示意圖。 圖7是依照本發明一實施例，繪示應圖6的量測裝置的爆炸(exploded)示意圖。 圖8是依照本發明一實施例，繪示圖6的量測裝置的ε值與共振頻率f的變化曲線示意圖。 圖9是依照本發明一實施例，繪示第一種量測系統的示意圖。 圖10至圖14是依照本發明一實施例，繪示雙腔體量測機制示意圖。 圖15是依照本發明一實施例，繪示一種雙腔體量測方法的流程示意圖。

Claims (16)

  1. 一種材料電磁特性量測裝置，包括: 一腔體，在內部有一空腔，其中該腔體有一電磁波通口端與該空腔連通，用以接收一輸入電磁波與輸出一共振電磁波; 以及 一特定結構物件，對應電磁波通口端設置在該空腔內，用以在該空腔內產生以一區域，其中該區域是由磁場成份主要佔據，該區域用以置放一待測物件。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的材料電磁特性量測裝置，其中該空腔的外圍包含形狀相同且平行的上表面與下表面。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的材料電磁特性量測裝置，其中該特定結構物件包括一圓碟片與一支撐圓柱以構成特定結構，其中該區域形成於該圓碟片的一方，而相反於該電磁波通口端。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的材料電磁特性量測裝置，其中該空腔是圓柱空腔。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的材料電磁特性量測裝置，其中該特定結構物件包括一圓碟片與一支撐圓柱以構成特定結構，其中該區域形成於該圓碟的一方，而相反於該電磁波通口端。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的材料電磁波特性量測裝置，其中該待測物件的形狀是中空的圓柱或圓碟，該支撐圓柱穿過且固定該待測物件。
  7. 一種材料電磁波特性量測系統，至少適用於量測該待測物件的導磁係數(μ)值，包含: 如申請專利範圍第5項中的該電磁波材料特性量測裝置，當作第一腔體量測裝置，用以量測該待測物件在一第一幾何結構下的一第一共振頻率; 一第二腔體量測裝置，用以量測該待測物件在一第二幾何結構下的一第二共振頻率; 一第一資料庫，是根據該第一幾何結構在該第一腔體量測裝置中，已模擬的共振頻率與μ值變化的多條第一曲線，該多條第一曲線是對應不同的介電系數(ε)值; 一第二資料庫，是根據該第二幾何結構在該第二腔體量測裝置中，已模擬的共振頻率與ε值變化的多條第二曲線，該多條第二曲線是對應不同的μ值; 以及 一處理單元，根據該第一共振頻率與該第二共振頻率以及根據該第一資料庫與該第二資料庫，以一給予ε值從該第一資料庫得到一第一階估計μ值，再以該第一階估計μ值從該第二資料庫得到一第一階估計ε值，再根據該估計第一階ε值從該第一資料庫得到一第二階估計μ值， 其中該第二階估計μ值當作該待測物件的一量測μ值，或是 至少再以該第二階估計μ值從該第二資料庫得到一第二階估計ε值，根據該第二階估計ε值從該第一資料庫得到一第二階估計μ值，如此重複n次後得到第n個估計μ值，n等於或大於1。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的材料電磁特性量測系統，其中該第一腔體量測裝置的該空腔的外圍包含形狀相同且平行的上表面與下表面。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的材料電磁特性量測系統，其中該第一腔體量測裝置的該特定結構物件包括一圓碟片與一支撐圓柱以構成特定結構，其中該區域形成於該圓碟片的一方，而相反於該電磁波通口端。
  10. 如申請專利範圍第7項所述的材料電磁特性量測系統，其中該第一腔體量測裝置的該空腔是圓柱空腔。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的材料電磁特性量測系統，其中該第一腔體量測裝置的該特定結構物件包括一圓碟與一支撐圓柱以構成特定結構，其中該區域形成於該圓碟的一方，而相反於該電磁波通口端。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的材料電磁特性量測系統，其中該待測物件的形狀在該第一腔體量測裝置中是中空的圓柱或圓碟，該支圓柱穿過且固定該待測物件。
  13. 如申請專利範圍第7項所述的材料電磁特性量測系統，其中該第二腔體量測裝置內也包含一空腔，且有一量測區域用以置放該第二幾何結構的該待測物件。
  14. 一種材料電磁特性量測方法，至少適用於量測一待測物件的μ值，包含: 取得一第一腔體量測裝置與一第二腔體量測裝置，其中該第一腔體量測裝置是申請專利範圍第5項中的該材料電磁特性量測裝置; 取得第一資料庫，其中該第一資料庫是預先建立完成，是根據該待測物件在該第一腔體量測裝置的一第一幾何結構，模擬共振頻率(f)與μ值變化的多條第一曲線，該多條第一曲線是分別對應該待測物件的不同的介電系數(ε)值; 取得第二資料庫，其中該第二資料庫是預先建立完成，是根據該待測物件在該第二腔體量測裝置的一第二幾何結構，模擬共振頻率(f)與ε值變化的多條第二曲線，該多條第二曲線是分別對應該待測物件的不同的μ值; 將該待測物件製作成該第一幾何結構與該第二幾何結構; 使用該第一腔體量測裝置，進行量測該待測物件在該第一幾何結構下的一第一共振頻率; 使用該第二腔體量測裝置，進行量測該待測物件在該第二幾何結構下的一第二共振頻率; 以及 使用一處理單元，根據該第一共振頻率與該第二共振頻率以及根據該第一資料庫與該第二資料庫，以一給予ε值從該第一資料庫得到一第一階估計μ值，再以該第一階估計μ值從該第二資料庫得到一第一階估計ε值，再根據該估計第一階ε值從該第一資料庫得到一第二階估計μ值， 其中該第二階估計μ值當作該待測物件的一量測μ值，或是 至少再以該第二階估計μ值從該第二資料庫得到一第二階估計ε值，根據該第二階估計ε值從該第一資料庫得到一第二階估計μ值，如此重複n次後得到第n個估計μ值，n等於或大於1。
  15. 如申請專利範圍第14項所述的材料電磁特性量測方法， 其中該第一資料庫的建立步驟包括:對於該第一腔體量測裝置，在不同的多個ε值的每一個下，模擬對應該ε值下的μ值與共振頻率(f)變化的μ- f變化曲線，構成該多條第一曲線， 其中該第二資料庫的建立步驟包括:對於該第二腔體量測裝置，在不同的多個μ值的每一個下，模擬對應該μ值下的ε值與共振頻率(f)變化的ε- f變化曲線，構成該多條第二曲線。
  16. 如申請專利範圍第14項所述的材料電磁特性量測方法，其中使用該處理單元的該步驟包括: 一μ值估計步驟，包括: 對該待測物件決定一給予ε值; 以及 在該第一資料庫中取得對應該給予ε值的一對應μ-f變化曲線，而根據第一共振頻率得到該估計μ值; 一ε值估計步驟，包括: 對該待測物件決定一給予μ值; 以及 在該第二資料庫中取得對應該給予μ值的一對應ε- f變 化曲線，根據該第二共振頻率得到該估計ε值; 以及 一疊代估計步驟，包括: 以該估計ε值當作該給予ε值進行該μ值估計步驟; 以及 以該估計μ值當作該給予μ值進行該ε值估計步驟， 其中依照所預定的疊代次數，取該估計μ值當作該量測μ值。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111505547B (zh) * 2020-05-11 2022-06-28 苏州超弦新材料有限公司 一种吸波粉体磁导率快速检测方法

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5389875A (en) * 1993-03-19 1995-02-14 Grumman Aerospace Corporation Apparatus for non-destructive testing of dielectric/magnetic materials
FR2829238B1 (fr) 2001-08-28 2003-12-05 Tabacs & Allumettes Ind Procede et dispositif pour la determination automatique de la permeabilite d'un objet en matiere poreuse a plusieurs niveaux de porosite alternes
JP4375987B2 (ja) * 2003-03-26 2009-12-02 Ｔｄｋ株式会社 電波吸収体用成型体およびその製造方法、ならびに電波吸収体
DE10343913A1 (de) 2003-09-19 2005-06-09 Voith Paper Patent Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung der Permeabilität eines umlaufenden Bandes
TW200605108A (en) * 2004-07-21 2006-02-01 Jau-Grace Lin Superconductor/magnet coupled detecting component and method for fabricating the same
WO2007029539A1 (ja) 2005-09-02 2007-03-15 Tohoku University 透磁率測定装置
FR2892521B1 (fr) * 2005-10-24 2008-01-04 Commissariat Energie Atomique Systeme de mesure de permeabilite magnetique et echantillon de reference utilise dans celui-ci
US8633686B1 (en) * 2006-05-25 2014-01-21 Purdue Research Foundation Methods and apparatus for characterizing magnetic properties of materials
WO2011031625A2 (en) * 2009-09-08 2011-03-17 California Institute Of Technology New technique for performing dielectric property measurements at microwave frequencies
TWI401020B (zh) * 2010-02-02 2013-07-01 Univ Feng Chia Microwave Absorbing Composites
US9568568B2 (en) * 2012-03-23 2017-02-14 Northeastern University Apparatus and method of measuring permeability of a sample across which a DC voltage is being applied
CN103365101B (zh) * 2012-04-01 2015-04-08 中国科学院物理研究所 一种纳米图形化系统及其磁场施加装置
DE102013109467A1 (de) * 2013-08-30 2015-03-05 MRB Forschungszentrum für Magnet - Resonanz - Bayern e.V. Verfahren und Vorrichtung zur Analyse eines magnetische Partikel umfassenden Probenvolumens
TWI546543B (zh) * 2014-11-26 2016-08-21 國立清華大學 量測介電常數之系統及方法
US9678040B2 (en) * 2015-04-09 2017-06-13 International Business Machines Corporation Rotating magnetic field hall measurement system
US9341558B1 (en) 2015-08-25 2016-05-17 King Saud University System and method for measuring permeation properties of concrete and porous materials

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