TW293881B - - Google Patents

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經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（ί ) 本發明係翮於一種非破壊性試驗之裝置，特別是有關 於用於偵測一電介質/磁性结構本身的電磁特性的探針。 一電磁波和一電介質/磁性结構間的相互作用可經由 分析由該结構所反射出來的波並將之分析而得知。一個電 介質探針基本上為一専管用於在電介質/磁性结構的表面 進行直接的探测，並將其反射波直接導至一可分析波的型 式變化的分析器中。該分析一般包括對該反射波的相位和 振幅進行測量。因為能量吸收的量或者是反射的量取決於 該結構本身的電磁特性，而其内在的特性可以由該反射波 的振幅和相位衍生而得。其所包括的物理和數學的原則在 基本的電磁理論中均為已知，特別是天線亦是在相同基本 的原理下而操作的。 傳統的電介質琛針使用了不同的管體以將波直接導向 包括具有開口端導波器，開放式共振器，交叉梳狀電介質 1和同袖電纜的材料中，上述所有的設備均可承載高頻率 的波，例如在V H F / U H F波段中的微波Μ及/或者電 介質波。如所了解的，該波的電場向量Ε和磁場向量Η分 別受到該材料的介電常數ε和該材料的磁導係數w所影響 ’兩者形成一極座標分量（ε’ ，《’ ） Μ及漏失分量（ ε ” ，《 ’’ ）。該兩向量共同改變了 Ε和Η的相對量，因 而改變了該波的整個相位和振幅的值。 雖然電磁波和電介質和/或磁性材料間相互作用的理 論已普遍為人所知曉，但£和）[/在反射波中的特定功能由 -3- 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

五、 發明説明（2 傳統的 性便必 這 «可被設想為自 技術中仍 需知道以 在無磁性 時，便需要另 A7 B7 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 測出一 有 在測試 重要， 料和一 似。一 波長的 射波長 析，不 性質。 當 個具磁 磁通量 的磁力 針有很 率時， 於 的结構 個無電介 關磁導係 很薄的覆 因為最大 個具磁性 個單純的 1 / 4， 的1 / 2 論其是否 然可以使 性材料的 密度的改 核心轉換 多的限制 技術上無 是本發明 *亦可應 不易分別，因而ε和w本身的其中一種特 推衍出另一者。 材料的情形下將不是問題，因為磁導係數 由空間磁導常數。然而，當磁的作用很大 個測量W的方法。傳統的電介質探針不能 質性質的内在磁導係數。 數的知識在很多狀況下均被批評。例如， 層的结構時，ε和w間的相對影響非常的 的吸收或者穿透的厚度就一個無磁性的材 的材料是不同的，如同在天線上的作用相 電介質材料可吸收的最大能量為入射輻射 而一個磁性材料則可吸收的最大能量為入 。因而，一個對於任何覆層结構的完整分 具有磁性，都需要了解《，至少是定性的 用傳統與電介質相反的磁力探針來測知一 磁導係數。這一般均伴由應用在一材料的 變Κ及直接穿經一個由一個感測線圈製成 器。然而|分別使用磁性探針和電介質探 ，包括很難完成Κ及特別是在應用於S頻 法測得w的值。 的一個目的便是提供不只是可分析無磁力 用另一個傳統的探針來測知磁力$胃’該 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部中央標準局Μ工消费合作社印製 A6 _B6 五、發明説明（) 傳統探針藉由直接將電磁波射在該結構上，再分析反射波 由於電磁波和該結構間相互作用所産生的差異性。 本發明的另一個目的為提供一傾分析磁性材料的裝置 ,在該材料中電磁波上的磁導係數可被藉由分析反射波的 光譜（波之振幅和相）而得知。 本發明尚有另一項目的係在於提供一種用於分析磁性 和無磁性結構的装置，在該裝置中材料的厚度和材料其他 的結構特性可由分析由該材料的反射波與標準的光譜而得 知。 最後，本發明仍有一値目的在於提供一具有分析一傾 電介質/磁性材料之磁性本身和電待性本身的電介質探針 ，而且其具有簡單的構造且易於製造。 這些目的藉由提供一傾電介質探針而可得到，於該探 針中用於將材料中的電磁波導向和引導反射波回到分析器 的導管包括一傾磁通量發生器，例如，一艏嬈設在導管上 的電磁線圈，而其可被選擇地充滿該磁通量或者鼷閉該磁 力線，該反射波光譜被在開動和關閉的情形下被比較。 在本發明的實施例的一個特別方便的優點中，由該線 圈發出的磁通量經由一由軟性磁力材料繞在同心電纜的外 部導體上的一管釀而被集中且被應用在該被潮試的結構上 ,以及另經由該同軸電纜的一個軟性磁力内導髅將該材料 將被射人波的區域中將磁通量集中。 結果，該反射波的頻率光譜可被匾用去得到很多有關 -5- 本纸張尺度適用中國國家標準:_C-\S.甲4規_格__210父297公* ! ---------* · ....... ..........................裝........·.............訂.............線 <掎先閱讀背面之注意事項再填寫衣頁j A6 B6 經濟部中夬標準局Μ工消費合作社印製 五、發明説明（f ) 該材料電的本身以及磁本身的性質，同樣的其結構，包括 有關厚度的訊息，包覆材料情形下的均勻度，材料的空洞 處.空除等等。 依據本發明實施例的另一値特別的優黏，利用探針的 方去·包括經由改變探針的尺寸而得之不同的範圍以及/ 或者入射波的插入深度，以及為了得到該被分析结構的深 度資料所匾用波的頻率。 第1鼸像一依據本發明較佳實施例之原則之電介質探 針的部份剖示平面圏； 第2·係為一由第1圈中探針所反射波在具電場和無 電場條件下振輻的差異圔，其俱作用於所應用的霉磁波的 頻率和不同樣品厚度之一特別性S最常出現的位置画。 第3 a圓和第3 b園你為由第1圖中探針反射之波的 相位差，其為被睡用的霉磁波的頻率功能和不同樣品厚度 的一特定功能的頻率位置画。 第1圖顯示一値依據本發明之原則之一霄介質探針1 結構的較佳實施例，包括一同軸電纜2以及分別藉由一由 霉介質材料製作的分隔器4和一値外部導霣元件5繞設於 其外的内部導醱3。雖然顯示出一同軸霉缠，但在熟於本 行業技S的人士可知，逭類的探針的间軸霉《的功能很容 易引導霉介質輻射朝向該材料，並且引導由詼材料發出的 反射波到例如第1圈中所示網路分析器6之類的分析器， 如此不同的波的引導便可由所顯示的電纜所取代。

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本纸張尺度適用中國國家標準iCNS.甲4規格1210x 297公釐I ¾濟部中央標準局：*工消费合作杜印製 2^3861 A6 __B6 五、發明説明（) 該同轅霄臢可能為已知的型式，該電臞的特定的性質 僳由在該材料將被拥知的波的頻率所決定。如同上述所顯 示的，用於該波的其他型式的導管亦可被取代，包括具開 口端的長方形或者圔形的的波導引裝置，開放共振器以及 交叉梳狀電介質，但同軸霣嫌是較佳的，因為其具有較寬 的頻率，以及更容易經由線圈外所摈設可滲通套筒的使用 而將所醮用的磁場連接至樣品的能力，如下所述的，以及 同樣在下文說明的，用於該電嫌中心導鱧的雄桿或其適合 的軟性磁性材料。 本發明這些玀特的性霣特別是包括用於將一篛磁場匾 用到被測結構上的線圈7,以及用於將一在可控制的方法 當中的力場集中的结構。該線圈7是一傾傅統的霉磁線圔 連接到一個®流源以在該材料中産生一镳磁場。磁通置的 集中最初是經由一值一般為柱狀造型的軟性磁性套筒8, 將之置放於霣«的外導髂和線圈之間，該套筒包括一傾無 磁性的突錁9,其支持著該線圈，並且提供用於該材料的 接觸表面。該磁通量的集中另由使用一锗軟性磁性元件或 者桿醴3以用於該同軸電嫌的内導髅之方式而造成。因為 該套筒被突緣9而與該待测結構分開，當内導醞將與該材 料接觸時，由套筒8所生的磁通量將會集中在内導臛3的 頂皤，並確使磁通量被直接射於需要的位置，該位置邸為 波穿入材料的位置。 為了要確認本測試結果的重覆性，該内導臑必需被穩 -7 本紙張尺^適用中國國家標準吒\3;^7 4規格|_210\ 297公釐| ......................-.........-:;..........................裝......................訂...................線 請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁一 經濟部中央榡準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（6 ) 固的與被測試的材料接觸。幸好，該探針的簡易功能為達 到這樣的.目的可以有多種的修正型式，包括在突緣9使用 具繞性的材料，與一金屬層之導通或者是覆層其中之一可 使該探針形成稍微的曲弧部份。同樣的，一 Μ盒體1 1圖 式表示的具繞性的包覆物和真空糸統可被設置在突緣9的 週圍，Κ可將探針由被測試物穩固的拔出。结果，在探針 上便可有一薄的保護覆層面對探針和需要被測試的部份。 Κ上的结構簡化了 一簡單的方法，該方法包括轉換開 啟或者關閉一涸磁場，並且測知在兩棰條伴下的反射波之 光譜。該方法可被擴充至包含一該结構的一縱深邊，利用 電磁波之頻率的穿透性Κ及探針的大小之特性。藉由該些 參數的不同，不同深度的覆層可被評估Μ及了解其外形。 線圈和磁通量集中元件3 ，8的结果，一材料的磁力 特性可藉由該材料經在控制方式下置於一外在力場下，Μ 防止材料之磁性旋轉或者範圍不致移動以及與入射波的電 磁場向量相交會之方式而被分析。甚至當向量之作用不能 被精確的控制而造成一個內在的磁導係數或者介電常數的 定量測值時，經由磁場的開啟與關閉的訊息可與一組可製 出的標準相較而被應用在定量的方式上。 在第2圖所示者係為將所測得的反射波於在磁場以及 不在磁場下，相對於一個複合磁性材料之已知磁導係數之 振幅差值所點出的圖形。由該圖形可清楚的看出，該振幅 的差值對磁導係數相當的敏銳。第3 a圖顯示之方法，其 -8 * 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

、1T A7 B7 五、發明説明（7 ) 中相位的差別係取決於樣品的厚度。在第3 a _中的每一 個曲線的低頻率波峰被點在第3 b圖上，其顯示波峰的位 置很清楚的係與被測物之厚度相關。 該於測試顯示在第2，3 a和3 b圖中的探針之例子 包括一穿透部7m · m ·的同軸線被包括1 820圈的電 磁線圈所圍繞，於一安培的電流下，該線圈產生一個2 · 2公斤的力場在探針尖。在本例子中的磁通量集中器的材 料，其套筒部份由1 0 0 6號不_鋼材所製成，而中央導 桿則由純鐵所分別構成。這些尺寸和材料當然可經由本行 業人士在不超出本發明範圍下而被修正。事實上，波導引 器的型式，磁通量集中器的這種型式，Μ及甚至應用軸向 磁場的裝置，在本發明之範圍中都可被修改。因而，本發 明將不會被上述的描述而受到限制*相反的，其完全係由 所申請的申請專利範圍之内容所定義。 1. ^ I"^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印31 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐）

Claims (1)

1. ΐί續表β 恍无_ 六、申請專利範圍 1 •一種非破壞性的測試裝置，包括： 在一结構中導引一電磁波方向的装置，Κ將波的反射 波導引至一分析器中，Κ及 可選擇地同時將一磁場和該電磁波的反射波施加至該 结構之裝置丨 其中該電磁波導引裝置為一同軸電纜， 其中該磁場施加装置包括一磁通量集中裝置，其又包 括一線圈繞設於該電纜的外導體上，以便將磁通量集中於 該结搆上，及 其中該磁通量集中裝置另包括一軟磁性元件 > 其在該 電貘之一端形成內導體以與該结構接觸。 2 ·如申請專利範圍第1項所述的裝置，其中該磁通 量集中装置更包括一軟的磁性套筒繞設於該外導體上並且 又被該線圏所圍繞。 3 ·如申請專利範圍第2項所述的裝置，其中該套筒 係由1 0 0 6號不誘鋼所構成。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 4 ·如申請專利範圍第1項所述的裝置，其中該套茼 與該结構分隔設置，以便將原先由該綫圈感應而產生於該 套筒之磁通量集中導入該內導體中。 5 ·如申請專利範圍第1項所述的装置，其中該内導 體係由鐵製作者。 6 ·如申請專利範圍第1項所述的裝置，其另包括用 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4规格（210X297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 於固定該裝置抵於該结構的裝置，該裝置包括一連設於該 裝置的具撓性之包覆物並抵接於該结構，Μ及用於將該包 覆物形成真空的裝置。 7 · —種利用申請專利範圍第1項之裝置以行使非破 壞性測試一结構之方法，其包括下列步驟： a )利用該同軸電續將一第一電磁波由該结構反射出 來，並在不施加一磁場至該结構的情況下分析該反射波的 光譜； b )利用該綫圈及該軟磁性元件而施加一磁場至該结 構； c)與步驟b)同時，利用該同軸電缵而由該结構中 反射出一第二電磁波並將該反射的第二電磁波作光譜分析 ) d )將步驟（a )和步驟（c )分別得到之光譜加K ^比較。 8 ·如申請專利範圍第7項所述的方法，其另包括將 該被分析的光譜與一標準者比較的步驟，K便得到有關該 结構之定量訊息。 9 ·如申請專利範圍第7項所述的方法，其另包括改 變手探針尺寸的步驟，K得到該结構的縱深形狀。 -2 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) '1T