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JP2000162158A - Dielectric constant measuring method and apparatus - Google Patents

Dielectric constant measuring method and apparatus

Info

Publication number
JP2000162158A
JP2000162158A JP11271169A JP27116999A JP2000162158A JP 2000162158 A JP2000162158 A JP 2000162158A JP 11271169 A JP11271169 A JP 11271169A JP 27116999 A JP27116999 A JP 27116999A JP 2000162158 A JP2000162158 A JP 2000162158A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sample
dielectric constant
dielectric resonator
dielectric
measurement
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP11271169A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shinichi Nagata
紳一 永田
Seiichi Miyamoto
誠一 宮本
Fumiaki Okada
文明 岡田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
New Oji Paper Co Ltd
Original Assignee
Oji Paper Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Oji Paper Co Ltd filed Critical Oji Paper Co Ltd
Priority to JP11271169A priority Critical patent/JP2000162158A/en
Publication of JP2000162158A publication Critical patent/JP2000162158A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 シート状の試料に限らず、立体的な成型品の
ような試料や液体試料の誘電率も簡便に測定できるよう
にする。 【解決手段】 誘電体共振器20の試料測定面を誘電率
が既知の標準試料に一定間隔Dをあけて接近させた一定
の条件において、その標準試料の誘電率と厚みを適宜変
更し、それぞれの誘電率、厚みに対するその誘電体共振
器20の共振周波数の変化を測定し、誘電率、厚みに応
じた共振周波数の変化の検量線を取得する。そして、厚
みが既知の測定対象試料を検量線を取得したときと同じ
一定の条件でその誘電体共振器20によって共振周波数
の変化を測定し、その測定値と検量線から測定対象試料
の誘電率を求める。
(57) [Problem] To permit easy measurement of not only a sheet-shaped sample but also a dielectric constant of a sample such as a three-dimensional molded product or a liquid sample. SOLUTION: Under a constant condition in which a sample measurement surface of a dielectric resonator 20 is brought close to a standard sample having a known dielectric constant at a predetermined interval D, the dielectric constant and the thickness of the standard sample are appropriately changed. The change of the resonance frequency of the dielectric resonator 20 with respect to the dielectric constant and the thickness of the dielectric resonator 20 is measured, and a calibration curve of the change of the resonance frequency according to the dielectric constant and the thickness is obtained. Then, a change in the resonance frequency is measured by the dielectric resonator 20 under the same constant conditions as when the calibration curve was obtained from the measurement specimen having a known thickness, and the dielectric constant of the measurement specimen was measured from the measured value and the calibration curve. Ask for.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、フィルムを含む高
分子シートや紙などのシート状のもの、プラスチック、
樹脂、ゴムなどの成型品のような立体的物品、さらには
水溶液、水分散液、有機溶剤液、液体状の有機物等の液
体も含めて、それらの誘電率をマイクロ波により測定す
る方法および装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a polymer sheet including a film, a sheet such as paper, a plastic,
A method and an apparatus for measuring the dielectric constant of a three-dimensional article such as a molded article such as a resin and a rubber by using a microwave, including a liquid such as an aqueous solution, an aqueous dispersion, an organic solvent liquid, and a liquid organic substance. It is about.

【0002】[0002]

【従来の技術】誘電率は、屈折率と同様に物質内部の分
極に基づく物性値であり、電気的、光学的、力学的な物
性と密接な繋がりがあるため、重要な物性値と考えられ
ている。屈折率と誘電率には、光のような高周波数領域
においては、 (屈折率)2=誘電率 という関係にあるため、場合によっては、どちらかで代
用することも可能である。透明物質では、屈折率計によ
る屈折率測定がよく用いられている。平板試料では、平
板コンデンサの容量から誘電率を求める方法やマイクロ
波空洞共振器あるいは誘電体共振器による方法など種々
の方法が用いられてきている。マイクロ波の共振を用い
た方法は、共振周波数が誘電率に対応してシフトする原
理を利用したものであり、紙、フィルム、プラスチッ
ク、セラミックおよびゴムなどを対象としており、光学
的透明性の有無に関係なく利用できる。
2. Description of the Related Art The dielectric constant is a physical property value based on the polarization inside a substance, like the refractive index, and is considered to be an important physical property value because it has a close connection with electrical, optical and mechanical properties. ing. In a high-frequency region such as light, the refractive index and the dielectric constant have a relationship of (refractive index) 2 = dielectric constant. Therefore, depending on the case, either of them can be substituted. For transparent materials, refractive index measurement by a refractometer is often used. For a flat sample, various methods such as a method of obtaining a dielectric constant from a capacitance of a flat capacitor, a method using a microwave cavity resonator or a dielectric resonator, have been used. The method using microwave resonance is based on the principle that the resonance frequency shifts according to the dielectric constant, and is applied to paper, film, plastic, ceramic, rubber, etc. Available regardless of

【0003】図1はマイクロ波空洞共振器を用いた従来
の誘電率測定の原理図を説明したものである。一端部に
マイクロ波導入部2、他端部にマイクロ波検知部4を備
え、その両端部間が一定の電界振動方向をもつ導波管に
てなるマイクロ波共振器6となっている。共振器6には
定在波の腹部の位置で共振器6の軸線を垂直方向に横断
する方向にスリット8が設けられている。そのスリット
8に試料10を配置し、マイクロ波導入部2からマイク
ロ波を導入し、マイクロ波検知部4によりマイクロ波強
度を検出する。スリット8に試料10を配置したときの
共振周波数と試料を配置していないときの共振周波数と
のずれ量から誘電率を測定する(特公平3−39632
号公報参照)。
FIG. 1 is a diagram for explaining the principle of a conventional permittivity measurement using a microwave cavity resonator. The microwave resonator 6 is provided with a microwave introduction unit 2 at one end and a microwave detection unit 4 at the other end, and a waveguide between both ends is a waveguide having a fixed direction of electric field oscillation. The resonator 6 is provided with a slit 8 in the direction perpendicular to the axis of the resonator 6 at the position of the antinode of the standing wave. The sample 10 is arranged in the slit 8, a microwave is introduced from the microwave introduction unit 2, and the microwave intensity is detected by the microwave detection unit 4. The dielectric constant is measured from the difference between the resonance frequency when the sample 10 is arranged in the slit 8 and the resonance frequency when the sample is not arranged (Japanese Patent Publication No. 3-39632).
Reference).

【0004】マイクロ波誘電体共振器を用いて誘電率を
測定する方法を図2に示した。図2は誘電体共振器を用
いた従来の配向測定装置を示す断面図である。図におい
て、試料10を挾んで対向する一対の誘電体共振器12
a,12bを備え、一方の誘電体共振器12aの側方に
誘電体共振器12aを挾んで対向して配置された一対の
アンテナ14a,14bにより誘電体共振器12a,1
2bに試料10の面に平行な一方向をもつ電界ベクトル
を発生させてその共振特性から誘電率を測定する(実開
平3−70368号公報参照)。ここでは、アンテナ1
4a,14bはループ状である。
FIG. 2 shows a method of measuring a dielectric constant using a microwave dielectric resonator. FIG. 2 is a sectional view showing a conventional orientation measuring device using a dielectric resonator. In the figure, a pair of dielectric resonators 12 opposed to each other with a sample 10 interposed therebetween is shown.
a, 12b, and a pair of antennas 14a, 14b arranged on opposite sides of one dielectric resonator 12a with the dielectric resonator 12a interposed therebetween.
An electric field vector having one direction parallel to the surface of the sample 10 is generated in 2b, and the dielectric constant is measured from its resonance characteristics (see Japanese Utility Model Laid-Open No. 3-70368). Here, antenna 1
4a and 14b are loop-shaped.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】図1又は図2に示され
た測定装置では、空洞共振器又は誘電体共振器が試料1
0を挾んでその両側に対向して配置されているため、測
定される試料10の形状はシート状のものに限定され
る。しかし、最近のブラスチック成形加工分野において
は、成形後のプラスチックの誘電率あるいはその異方性
を測定するというニーズが強くなってきている。例え
ば、パソコンやテレビ等電気製品の樹脂成形品やペット
ボトルなどのプラスチック容器などにおいては、成形時
における流動性分布、圧力分布などにより、場所毎に誘
電率又はその異方性が大きく異なる場合が多く、問題と
なっている。そのため、立体的な物品の誘電率又はその
異方性を測定することが求められている。
In the measuring apparatus shown in FIG. 1 or FIG. 2, the cavity resonator or the dielectric resonator is
The sample 10 to be measured is limited to a sheet-like shape because the sample 10 is arranged so as to be opposed to both sides of the sample 10. However, in the field of plastic molding in recent years, there is an increasing need to measure the dielectric constant or anisotropy of plastic after molding. For example, in the case of resin molded products of electric products such as personal computers and television sets and plastic containers such as plastic bottles, the dielectric constant or its anisotropy may differ greatly from place to place due to fluidity distribution and pressure distribution during molding. Many are problematic. Therefore, it is required to measure the dielectric constant of a three-dimensional article or its anisotropy.

【0006】また、液体の屈折率は、現在光学的な方法
で測定されており、果汁の糖度、油の疲労度、醤油の濃
度などもこの屈折率で管理されている場合もある。しか
し、この方法では重油のような光を通しにくい不透明液
体などは測定が困難であるという問題がある。また、光
学的な方法では、光の全反射における臨界角から、屈折
率が最大で1.52までのものしか測定できないという
問題もある。本発明の目的は、シート状の試料に限ら
ず、立体的な成型品のような試料及び液体試料において
も、その誘電率を測定できるようにすることである。
Further, the refractive index of a liquid is currently measured by an optical method, and the sugar content of fruit juice, the degree of fatigue of oil, the concentration of soy sauce and the like are sometimes controlled by this refractive index. However, this method has a problem that it is difficult to measure an opaque liquid such as heavy oil which is hard to transmit light. In addition, the optical method has a problem that the refractive index can be measured only up to a maximum of 1.52 from the critical angle in total reflection of light. An object of the present invention is to make it possible to measure the dielectric constant of not only a sheet-shaped sample but also a sample such as a three-dimensional molded product and a liquid sample.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明にかかる誘電率測
定方法の1つの局面は以下のステップを含んでいる。 (ステップ1)試料の一面側のみに配置された1個の誘
電体共振器の試料測定面を、誘電率が既知の標準試料に
一定の条件で配置し、該標準試料の誘電率と厚みの一方
又は両方(「誘電率及び/又は厚み」と記す)を適宜変
更させて、各々の誘電率及び/又は厚みに対する該誘電
体共振器の共振周波数の変化を測定し、誘電率及び/又
は厚みに応じた共振周波数の変化の検量線を取得するス
テップ。 (ステップ2)厚みが既知の測定対象試料について、前
記一定の条件で前記誘電体共振器によって共振周波数の
変化を測定するステップ。 (ステップ3)その測定値と前記検量線から測定対象試
料の誘電率を求めるステップ。
One aspect of the dielectric constant measuring method according to the present invention includes the following steps. (Step 1) A sample measurement surface of one dielectric resonator arranged only on one surface side of a sample is arranged under constant conditions on a standard sample having a known dielectric constant, and the dielectric constant and thickness of the standard sample are measured. One or both (referred to as “dielectric constant and / or thickness”) are appropriately changed, and the change of the resonance frequency of the dielectric resonator with respect to each dielectric constant and / or thickness is measured. Obtaining a calibration curve of the change in the resonance frequency according to. (Step 2) a step of measuring a change in resonance frequency of the sample to be measured having a known thickness by the dielectric resonator under the predetermined condition. (Step 3) a step of obtaining a dielectric constant of the sample to be measured from the measured value and the calibration curve.

【0008】本発明にかかる誘電率測定方法の他の局面
は、試料の一面側のみに配置された1個の誘電体共振器
の試料測定面を、厚みが既知の測定対象試料に一定の条
件で配置し、共振周波数を測定し、下記式(1)に従っ
て測定対象試料の誘電率を求める誘電率測定方法であ
る。 βgL=π/2+Pπ+tan-12g)・tanh[tanh-132)+α22] ……(1) α2=(kc 2−ω0 2ε0μ0εS1/2 α3=(kc 2−ω0 2ε0μ01/2 βg=(ω0 2ε0μ0εr−kc 21/2 ここで、εSは試料の誘電率、εrは誘電体共振器の比誘
電率、Lは誘電体共振器の厚み、ε0は測定雰囲気(空
気)の誘電率、μ0は測定雰囲気の透磁率、ω0はマイク
ロ波共振角周波数、L2は測定対象試料の厚み、kcは誘
電体共振器の形状、電磁界モード等により定まる定数
(固有値)、Pは0、1、2、3、・・・(この数字は
軸方向λg/2の整数倍を意味する)である。ここで、
一定の条件とは、誘電体共振器の試料測定面を試料に接
触させて測定を行なうことであるか、誘電体共振器の試
料測定面を試料から一定の距離だけ離して測定を行なう
ことを示している。
Another aspect of the dielectric constant measuring method according to the present invention is that the sample measuring surface of one dielectric resonator arranged only on one surface side of the sample is fixed to a sample to be measured having a known thickness. This is a dielectric constant measuring method in which the resonance frequency is measured, and the dielectric constant of the sample to be measured is determined according to the following equation (1). β g L = π / 2 + Pπ + tan −12 / β g ) · tanh [tanh −13 / α 2 ) + α 2 L 2 ] (1) α 2 = (k c 2 −ω 0 2) ε 0 μ 0 ε S ) 1/2 α 3 = (k c 2 −ω 0 2 ε 0 μ 0 ) 1/2 βg = (ω 0 2 ε 0 μ 0 ε r −k c 2 ) 1/2 here Where ε S is the dielectric constant of the sample, ε r is the relative dielectric constant of the dielectric resonator, L is the thickness of the dielectric resonator, ε 0 is the dielectric constant of the measurement atmosphere (air), and μ 0 is the permeability of the measurement atmosphere. Magnetic susceptibility, ω 0 is the microwave resonance angular frequency, L 2 is the thickness of the sample to be measured, k c is a constant (eigenvalue) determined by the shape of the dielectric resonator, the electromagnetic field mode, etc., and P is 0, 1, 2, 3 , ... (this number means an integral multiple of the axial direction λ g / 2). here,
The certain condition is that the measurement is performed with the sample measurement surface of the dielectric resonator in contact with the sample, or the measurement is performed with the sample measurement surface of the dielectric resonator separated from the sample by a certain distance. Is shown.

【0009】本発明の誘電率測定方法において、誘電体
共振器の共振モードは、誘電体共振器の試料測定面側
に、エバネセント波が共振により誘電体共振器内部から
しみ出すモードであることが好ましい。また、そのよう
な共振モードにおいて、エバネセント波の電界ベクトル
が実質的に一方向に平行なモードであれば、その平行方
向における試料の誘電率を測定することができる。
In the dielectric constant measuring method of the present invention, the resonance mode of the dielectric resonator may be a mode in which an evanescent wave exudes from the inside of the dielectric resonator due to resonance on the sample measurement surface side of the dielectric resonator. preferable. In such a resonance mode, if the electric field vector of the evanescent wave is substantially parallel to one direction, the dielectric constant of the sample in the parallel direction can be measured.

【0010】本発明の誘電率測定方法において、誘電体
共振器として円筒状共振器を使用することも、方形共振
器を使用することもできる。本発明の誘電率測定方法に
おいて、誘電体共振器の励振装置と検出装置のアンテナ
が、誘電体共振器の試料に接近又は接触する試料測定面
に垂直な方向に配置された棒状のロッドアンテナである
構成が好ましく使用できる。以上のような誘電率測定方
法では、前記誘電体共振器の周囲は試料測定面を除いて
シールド容器で被われている構成が好ましく使用でき
る。以上のような誘電率測定方法では、前記測定試料が
液体であっても測定できる。
In the dielectric constant measuring method of the present invention, a cylindrical resonator or a rectangular resonator can be used as the dielectric resonator. In the dielectric constant measuring method of the present invention, the excitation device of the dielectric resonator and the antenna of the detection device are rod-shaped rod antennas arranged in a direction perpendicular to the sample measurement surface approaching or in contact with the sample of the dielectric resonator. Certain configurations can be used preferably. In the dielectric constant measuring method as described above, a configuration in which the periphery of the dielectric resonator is covered with a shield container except for the sample measurement surface can be preferably used. In the above-described method for measuring the dielectric constant, the measurement can be performed even if the measurement sample is a liquid.

【0011】本発明にかかる誘電率測定装置は、試料の
一面側のみに配置される1個の誘電体共振器と、誘電率
が既知の標準試料の厚みを変更させて、各々の厚みに対
する該誘電体共振器によって測定した共振周波数の変化
についての検量線を記憶させた記憶装置と、測定対象試
料の共振周波数の変化の測定結果と検量線から測定対象
試料の誘電率を演算するデータ処理装置とを備える。
According to the dielectric constant measuring apparatus of the present invention, one dielectric resonator disposed only on one surface side of a sample, and the thickness of a standard sample having a known dielectric constant are changed, and the dielectric constant for each thickness is changed. A storage device that stores a calibration curve for a change in resonance frequency measured by a dielectric resonator, and a data processing device that calculates the dielectric constant of the sample to be measured from the measurement result of the change in resonance frequency of the sample to be measured and the calibration curve And

【0012】〔測定原理〕図3は誘電体共振器20に試
料10を接触させた場合の一般的な模式図である。本図
により、誘電体共振器の共振状態を数式で表現する場合
の、主として測定に使われる電磁界モードを例として、
概略説明を以下に行う。誘電体共振器及び試料の誘電体
は無損失とすると、共振周波数f0は次式を満足するω0
=2πf0から求まる。 βgL= π/2+Pπ+tan-13g)・tanh[{tanh-132)・cothα33}+α22] ……(A)
[Measurement Principle] FIG. 3 is a general schematic diagram when the sample 10 is brought into contact with the dielectric resonator 20. According to this figure, when the resonance state of the dielectric resonator is expressed by a mathematical expression, an electromagnetic field mode mainly used for measurement is taken as an example.
A brief description is given below. Assuming that the dielectric resonator and the sample dielectric have no loss, the resonance frequency f 0 satisfies the following equation: ω 0
= 2πf 0 . β g L = π / 2 + Pπ + tan −13 / β g ) · tanh [{tanh −13 / α 2 ) · coth α 3 L 3 } + α 2 L 2 ] …… (A)

【0013】α2,α3,βgはそれぞれ各領域を導波路
とした場合の定数で、α2,α3は減衰定数、βgは位相
定数であり、次のように表される。 α2=(kc 2−ω0 2ε0μ0εS1/2 α3=(kc 2−ω0 2ε0μ01/2 βg=(ω0 2ε0μ0εr−kc 21/2
Α 2 , α 3 , and βg are constants when each region is a waveguide, α 2 and α 3 are attenuation constants, and βg is a phase constant, and are expressed as follows. α 2 = (k c 2 −ω 0 2 ε 0 μ 0 ε S ) 1/2 α 3 = (k c 2 −ω 0 2 ε 0 μ 0 ) 1/2 βg = (ω 0 2 ε 0 μ 0 ε r −k c 2 ) 1/2

【0014】ここで、εSは試料の誘電率、εrは誘電体
共振器の比誘電率、Lは誘電体共振器の厚み、ε0は測
定雰囲気(空気)の誘電率、μ0は測定雰囲気の透磁
率、ω0はマイクロ波共振角周波数、L2は測定対象試料
の厚み、kcは誘電体共振器の形状、電磁界モード等に
より定まる定数(固有値)、Pは0、1、2、3、・・
・(この数字は軸方向λg/2の整数倍を意味する)で
ある。kcは誘電体共振器の形状、電磁界モード等によ
り定まるが、方形の磁壁とみなせる場合は縦、横がa,
bのとき、 kcmn 2=(mπ/a)2+(nπ/b)2 となる。m、nは0、1、2、3、・・・(この数字は
断面方向λ/2の整数倍のモードを意味する)
Here, ε S is the dielectric constant of the sample, ε r is the relative dielectric constant of the dielectric resonator, L is the thickness of the dielectric resonator, ε 0 is the dielectric constant of the measurement atmosphere (air), and μ 0 is The magnetic permeability of the measurement atmosphere, ω 0 is the microwave resonance angular frequency, L 2 is the thickness of the sample to be measured, k c is a constant (eigenvalue) determined by the shape of the dielectric resonator, the electromagnetic field mode, etc., and P is 0, 1 2,3, ...
(This number means an integral multiple of the axial direction λ g / 2). kc is determined by the shape of the dielectric resonator, the electromagnetic field mode, and the like.
In the case of b, k cmn 2 = (mπ / a) 2 + (nπ / b) 2 . m, n are 0, 1, 2, 3,... (this number means a mode that is an integral multiple of the sectional direction λ / 2)

【0015】上式(A)で、測定時、測定雰囲気は普通
空気中であり、測定対象物より図中右側の電気壁は無限
遠にあると考えてよいので、L3→∞の場合、cothα3
3→1となり、上記式(A)から式(1)が得られる。 βgL=π/2+Pπ+tan-12g)・tanh[tanh-132)+α22] ……(1)
[0015] In the above formula (A), the time of measurement, measurement atmosphere is usually in the air, because the electric wall of the right side in the drawing than the object to be measured may be considered to be at infinity, in the case of L 3 → ∞, cothα 3 L
3 → 1, and Equation (1) is obtained from Equation (A). β g L = π / 2 + Pπ + tan −12 / β g ) · tanh [tanh −13 / α 2 ) + α 2 L 2 ] (1)

【0016】以上の関係から、試料の誘電率εS又は試
料の厚さL2が変われば、共振周波数が変化することが
わかる。つまり、誘電率εSが大きいほど、ブランク時
(測定試料が無いとき)に比較して共振周波数はシフト
する量が大きくなり、また厚さL2が厚いほど同シフト
量が大きくなることを示してしる。しかし、エバネセン
ト波を用いているために、電界ベクトルの強さは誘電体
共振器の表面で最も強く、そこから離れるにつれて指数
関数的に減少していく。
From the above relationship, it is understood that if the dielectric constant ε S of the sample or the thickness L 2 of the sample changes, the resonance frequency changes. In other words, the larger the dielectric constant ε S , the larger the amount of shift of the resonance frequency as compared with the blank (when there is no measurement sample), and the larger the thickness L 2, the larger the shift amount. I do. However, since the evanescent wave is used, the intensity of the electric field vector is strongest on the surface of the dielectric resonator, and decreases exponentially as the distance from the surface increases.

【0017】実際に本式(1)を解く場合には、マセマ
デカ等の数学ソフトを使えばパーソナルコンピュータで
も容易に求まる。また、適宜、以上のような式の解法と
実際に得られる検量線データを組み合わせて、誤差の少
ない測定結果を求めることができる。なお、以上の式で
は、誘電体共振器20に試料10を接触させた場合につ
いて説明したが、誘電体共振器の試料測定面から一定間
隔をあけて試料を測定する場合も、ほぼ同様にして式が
得られる。
When actually solving the equation (1), it can be easily obtained even with a personal computer by using mathematical software such as Mathemadeka. Also, by appropriately combining the solution of the above equation with the calibration curve data actually obtained, it is possible to obtain a measurement result with few errors. In the above formula, the case where the sample 10 is brought into contact with the dielectric resonator 20 has been described. However, when the sample is measured at a fixed interval from the sample measurement surface of the dielectric resonator 20, the same applies. An expression is obtained.

【0018】従って、予め種々の誘電率について、ブラ
ンク時の共振周波数と試料が配置されたときの共振周波
数の差(Δfとする)と、試料の厚さとの関係を調べて
検量線を作っておけば、未知の試料を測定する場合は、
厚みとΔfを測定するだけで、その試料の誘電率が測定
できることになる。また条件によっては上記の式(1)
を解くことによって試料の誘電率を求めることができ
る。
Therefore, for various dielectric constants, the relationship between the difference between the blank resonance frequency and the resonance frequency when the sample is placed (referred to as Δf) and the thickness of the sample is examined in advance to form a calibration curve. If you want to measure an unknown sample,
Only by measuring the thickness and Δf, the dielectric constant of the sample can be measured. Also, depending on the conditions, the above equation (1)
By solving, the dielectric constant of the sample can be obtained.

【0019】本発明の1つの実施例の測定系統のブロッ
ク構成図を図4に示す。試料10に接近又は接触する平
面を有する誘電体共振器20と、誘電体共振器20をそ
の試料測定面を除いて実質的に覆うシールド容器26
と、試料が存在するときの誘電体共振器20の共振周波
数近傍の周波数をアンテナ22aから発生させるマイク
ロ波用励振装置15と、その誘電体共振器20による透
過エネルギー又は反射エネルギーをアンテナ22bを介
して検出する検出装置16と、検出装置16の出力の変
化から共振周波数を求める共振周波数検知装置17と、
その求められた共振周波数から試料10の誘電率を求め
るデータ処理装置であるコンピュータ18とを備えてい
る。コンピュータ18はあらかじめ得ておいた検量線用
データ等を記憶する記憶装置19を有している。
FIG. 4 is a block diagram of a measuring system according to one embodiment of the present invention. A dielectric resonator 20 having a flat surface approaching or in contact with the sample 10, and a shield container 26 substantially covering the dielectric resonator 20 except for a sample measurement surface thereof
And a microwave excitation device 15 for generating a frequency near the resonance frequency of the dielectric resonator 20 when a sample is present from the antenna 22a, and transmitting or reflecting energy from the dielectric resonator 20 through the antenna 22b. A detecting device 16 for detecting the resonance frequency, a resonance frequency detecting device 17 for obtaining a resonance frequency from a change in the output of the detecting device 16,
A computer 18 is provided as a data processing device for obtaining the dielectric constant of the sample 10 from the obtained resonance frequency. The computer 18 has a storage device 19 for storing calibration curve data obtained in advance.

【0020】共振周波数付近のある周波数範囲に亘って
マイクロ波周波数が連続的に変化できるようにした励振
装置15からマイクロ波が誘電体共振器20へ送られ、
検出装置16によって透過マイクロ波強度が検知され
る。この信号が共振周波数検知装置17へ送られ、共振
周波数が測定され、これがコンピュータ18へ送られ
る。記憶装置19には、種々の誘電率、試料厚みの検量
線データが記憶されており、その検量線データと測定さ
れた共振周波数から、外挿演算等を行って試料10の誘
電率が計算される。
Microwaves are sent to a dielectric resonator 20 from an excitation device 15 capable of continuously changing the microwave frequency over a certain frequency range near the resonance frequency,
The transmitted microwave intensity is detected by the detection device 16. This signal is sent to the resonance frequency detecting device 17, the resonance frequency is measured, and this is sent to the computer 18. The storage device 19 stores calibration curve data of various dielectric constants and sample thicknesses. The dielectric constant of the sample 10 is calculated from the calibration curve data and the measured resonance frequency by performing an extrapolation operation or the like. You.

【0021】以上の例では検量線データを使用する例を
説明したが、コンピュータ18によって式(1)を解い
て、試料の誘電率を演算により求めることもできる。そ
の場合、検量線データによって、式(1)の演算過程の
誤差を低減しながら、試料の誘電率を求めることもでき
る。
In the above example, an example in which the calibration curve data is used has been described. However, the computer 18 can solve the equation (1) and calculate the dielectric constant of the sample by calculation. In this case, the dielectric constant of the sample can be obtained from the calibration curve data while reducing the error in the calculation process of equation (1).

【0022】マイクロ波用励振装置と検出装置のアンテ
ナはループ状又はロッド状のものとすることができる
が、誘電体共振器を方形とした場合には、アンテナはル
ープ状のものよりも棒状のロッド状のものの方が試料内
平面における電界ベクトルの均一性が優れているので好
ましい。その際、そのロッド状アンテナは、誘電体共振
器の試料に接近又は接触する平面に垂直な方向に配置す
るのが好ましい。
The antennas of the microwave excitation device and the detection device can be loop-shaped or rod-shaped. However, when the dielectric resonator is rectangular, the antenna is more rod-shaped than loop-shaped. The rod-shaped one is preferable because the uniformity of the electric field vector in the plane inside the sample is excellent. At this time, the rod-shaped antenna is preferably arranged in a direction perpendicular to a plane approaching or in contact with the sample of the dielectric resonator.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】〔発明の実施の形態1〕本発明の
1つの実施例の誘電体共振器の構成図を図5に示す。誘
電体共振器20が図4に示した測定系統に接続されるこ
とになる。検出装置により透過エネルギーを検出する場
合に、励振装置と検出装置は誘電体共振器20を挟んで
対向して配置された一対のアンテナ22a,22bのそ
れぞれに接続される。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS [Embodiment 1] FIG. 5 shows a configuration diagram of a dielectric resonator according to one embodiment of the present invention. The dielectric resonator 20 is connected to the measurement system shown in FIG. When the transmitted energy is detected by the detection device, the excitation device and the detection device are connected to a pair of antennas 22a and 22b that are disposed to face each other with the dielectric resonator 20 interposed therebetween.

【0024】図5では、アンテナを含む誘電体共振器の
一例の断面図(a)およびその上面図(b)を示す。図
において、誘電体共振器20に対し、マイクロ波用ロッ
ドアンテナ(又はループアンテナ)22a,22bを誘
電体共振器20に対して、図に示したような位置、方向
で配置することにより、誘電体共振器20を共振させ、
かつ誘電体共振器20から外部にしみだした電界ベクト
ルが存在するような共振モードを作ることができる。そ
の共振モードとしては、TMモードやTEモードなどが
あるが、図5の場合はTM101モードを表している。電
界ベクトル24の強度は誘電体共振器20から離れるに
つれてほぼ指数関数的に減少していくが、誘電体共振器
20から僅かな距離を離して、又は誘電体共振器20に
接触させて試料を置くことにより、電磁的結合により試
料の誘電率に応じて共振周波数がシフトする。
FIG. 5 shows a sectional view (a) and an upper view (b) of an example of a dielectric resonator including an antenna. In the figure, by arranging the microwave rod antennas (or loop antennas) 22a and 22b with respect to the dielectric resonator 20 in the positions and directions shown in the figure with respect to the dielectric resonator 20, the dielectric Resonate the body resonator 20,
In addition, a resonance mode in which an electric field vector seeping out of the dielectric resonator 20 exists can be created. The resonance mode includes a TM mode and a TE mode, and FIG. 5 shows the TM 101 mode. Although the intensity of the electric field vector 24 decreases almost exponentially as the distance from the dielectric resonator 20 increases, the sample is placed at a small distance from the dielectric resonator 20 or in contact with the dielectric resonator 20. By placing, the resonance frequency shifts according to the dielectric constant of the sample due to electromagnetic coupling.

【0025】この共振モードの場合は、電界ベクトルが
誘電体表面および試料内部において平行になるため、そ
のベクトルの方向の誘電率を測定できることになる。従
って、誘電体共振器20を何らかの方法で試料面に垂直
な軸を回転軸として、ある角度毎に回転させながらその
都度誘電率を測定することにより、その場所における誘
電率の異方性をも測定できる。
In the case of this resonance mode, the electric field vector becomes parallel on the dielectric surface and inside the sample, so that the dielectric constant in the direction of the vector can be measured. Therefore, by measuring the dielectric constant each time while rotating the dielectric resonator 20 by a certain angle around an axis perpendicular to the sample surface in some way, the anisotropy of the dielectric constant at that location can be obtained. Can be measured.

【0026】なお、以上の誘電体共振器20に対するマ
イクロ波用ロッドアンテナ(又はループアンテナ)22
a,22bの配置、形状等はこれに限られるものではな
く、誘電体共振器20を共振させ、かつ誘電体共振器2
0から外部にしみだした電界ベクトルが存在するような
共振モードを作ることができれば、どのような配置、形
状でもよい。図5の実施例では、誘電体共振器20には
方形共振器が使用され、アンテナとしてロッドアンテナ
22a,22bが使用されている。このように方形共振
器とロッドアンテナを組み合わせることにより、最も均
一性のよい電界ベクトルを得ることができる。誘電体共
振器20の周囲は試料測定面を除いてシールド容器26
で被われているのが感度向上等の上で好ましい。これに
より、共振カーブのQ値を高めることができる。シール
ド容器は通常、金属等の導電性材料により構成される。
The microwave rod antenna (or loop antenna) 22 for the dielectric resonator 20 described above.
The arrangement, shape, and the like of the a and 22b are not limited to those described above.
Any arrangement and shape may be used as long as a resonance mode in which an electric field vector seeping from 0 to the outside exists can be created. In the embodiment of FIG. 5, a rectangular resonator is used as the dielectric resonator 20, and rod antennas 22a and 22b are used as antennas. By combining the rectangular resonator and the rod antenna in this manner, the most uniform electric field vector can be obtained. Except for the sample measurement surface, a shield container 26 is provided around the dielectric resonator 20.
Is preferable in terms of improving sensitivity and the like. Thereby, the Q value of the resonance curve can be increased. The shield container is usually made of a conductive material such as a metal.

【0027】〔発明の実施の形態2〕発明の実施の形態
1に説明した例とは異なり、誘電率の異方性の情報を得
る必要がない場合、すなわち、試料の平均的な誘電率を
測定したい場合は、方形ではなく、円筒型の誘電体共振
器を用いるのが好ましい。アンテナの位置及び取り付け
方向を考慮することにより、例えばTE01δあるいはH
EM21δモードなどで共振させるこにより、しみだした
エバネセント波が試料面においてはループ状あるいは図
6のように一方向に偏らない電界モードとなり、平均的
な誘電率が測定可能となる。図6は異方性の測定を必要
としない場合のHEM21δモード時の誘電体共振器表面
の電界分布を示す図であり、図中実線で示した円形は円
筒型の誘電体共振器の上面を示している。本発明は、以
上のように誘電体共振器から外部にしみだしたエバネセ
ント波を利用して、誘電率を測定するものである。
[Second Embodiment] Unlike the example described in the first embodiment of the present invention, when it is not necessary to obtain information on the anisotropy of the dielectric constant, that is, when the average dielectric constant of the sample is determined. If measurement is desired, it is preferable to use a cylindrical dielectric resonator instead of a square one. By considering the position and the mounting direction of the antenna, for example, TE 01δ or H
By resonating in the EM 21δ mode or the like, the exuded evanescent wave becomes a loop-shaped or an electric field mode not biased in one direction as shown in FIG. 6 on the sample surface, and the average dielectric constant can be measured. FIG. 6 is a diagram showing the electric field distribution on the surface of the dielectric resonator in the HEM 21δ mode when the measurement of anisotropy is not required. In FIG. 6, the circle indicated by the solid line indicates the upper surface of the cylindrical dielectric resonator. Is shown. The present invention measures the dielectric constant using the evanescent wave that has leaked out of the dielectric resonator as described above.

【0028】〔発明の実施の形態3〕誘電体共振器の感
度をより向上させるためには、まず共振の鋭さ(Q値)
をさらに大きくして、共振曲線をシャープにすることが
有効であると考えた。そこで本発明者等は種々の試行を
重ねた。その結果、試料測定面以外の面とシールド容器
との距離を適度に離すことが有効であることを見出し
た。また、その最適値も見いだした。
[Third Embodiment] In order to further improve the sensitivity of a dielectric resonator, first, the sharpness of resonance (Q value)
It was considered effective to make the resonance curve sharper by further increasing. Then, the present inventors repeated various trials. As a result, it has been found that it is effective to appropriately set a distance between the surface other than the sample measurement surface and the shield container. We have also found the optimal value.

【0029】この値は、具体的には、誘電体共振器の底
面(試料測定面と対向する面)とシールド容器の間は
0.2〜0.8mm、好ましくは0.3〜0.6mmであっ
た。また、誘電体共振器の側面とシールド容器の間は、
アンテナとしてロッドアンテナを使用した場合のそのロ
ッドアンテナのない側面では2〜5mm、好ましくは1
〜3mmであった。また、ロッドアンテナのある側面で
あってもほぼ同様であった。ただし、ロッドアンテナの
ある側面の間隔の方がない側面の間隔より狭い方がより
好適であった。なお以上の数値は使用周波数や誘電体共
振器の寸法にも依存しており、現在の寸法である底面
(30mm×20mm)、高さ(20mm)程度では先
ほどの値程度が好ましいと考えられる。この寸法がより
小さくなった場合や使用周波数が現在使用しているギガ
ヘルツ程度より上がれば間隔をより短距離にすることが
好ましいと考えられる。いずれにしても誘電体共振器と
シールド容器が接触しないことが好ましい。
Specifically, the distance between the bottom surface of the dielectric resonator (the surface facing the sample measurement surface) and the shield container is 0.2 to 0.8 mm, preferably 0.3 to 0.6 mm. Met. Also, between the side of the dielectric resonator and the shield container,
When a rod antenna is used as an antenna, the side without the rod antenna has a width of 2 to 5 mm, preferably 1 mm.
33 mm. The same was true for a side surface of the rod antenna. However, it was more preferable that the interval between the side surfaces of the rod antenna was smaller than the interval between the side surfaces having no rod antenna. The above values also depend on the operating frequency and the dimensions of the dielectric resonator, and it is considered that the above values are preferable for the current dimensions of the bottom surface (30 mm × 20 mm) and the height (20 mm). It is considered that it is preferable to make the interval shorter if the size becomes smaller or the operating frequency becomes higher than the currently used gigahertz. In any case, it is preferable that the dielectric resonator does not contact the shield container.

【0030】また、試料測定面に対向する誘電体共振器
の底面(試料測定面と対向する面)とシールド容器とが
対向する面の間に、ポリテトラフルオロエチレン(PT
FE)や石英等の誘電損失率の小さい物質をスペーサと
して挿入することで、Q値が大幅に向上し、正確な共振
周波数の測定が可能となることがわかった。スペーサは
できるだけ小さい、できれば無い状態で間隔を保てれば
良いが、実用的には数mm角の平板または直径数mmの
円盤等を使用した。
A polytetrafluoroethylene (PT) is provided between the bottom surface of the dielectric resonator facing the sample measurement surface (the surface facing the sample measurement surface) and the surface facing the shield container.
It was found that by inserting a substance having a small dielectric loss factor such as FE) or quartz as a spacer, the Q value was greatly improved, and accurate measurement of the resonance frequency was possible. The spacers may be kept as small as possible, and if possible, may be kept apart. In practice, a flat plate of several mm square or a disk of several mm in diameter was used.

【0031】さらに、ロッドアンテナの長さや誘電体共
振器との距離等を最適にすることでQ値が向上すること
もわかった。さらに、紙粉や液体などの混入防止につい
ては、誘電体共振器と金属とのギャップ部の一部または
全部を誘電率が小さくかつ誘電損失率が小さい物質(例
えばポリテトラフルオロエチレン)で埋めることによ
り、Q値をほとんど落とすことなく、異物混入を防ぐこ
とができることがわかった。あるいは、同様に誘電率が
小さくかつ誘電損失率が小さい物質(例えばポリテトラ
フルオロエチレン)の薄いシートで検出部全体を覆うこ
とによっても同様の目的が達成できることもわかった。
Further, it has been found that the Q value is improved by optimizing the length of the rod antenna, the distance from the dielectric resonator, and the like. Furthermore, in order to prevent mixing of paper powder and liquid, a part or all of the gap between the dielectric resonator and the metal is filled with a substance having a small dielectric constant and a small dielectric loss rate (for example, polytetrafluoroethylene). As a result, it was found that foreign matter can be prevented from being mixed without substantially lowering the Q value. Alternatively, it was also found that the same object can be achieved by covering the entire detection unit with a thin sheet of a substance having a low dielectric constant and a low dielectric loss rate (for example, polytetrafluoroethylene).

【0032】[0032]

【実施例】本発明を実施例に基づいてさらに具体的に説
明する。 (実施例1)図7は本発明の一実施例を示し、誘電体共
振器に試料を接触して測定する場合の断面図を示したも
のである。誘電体共振器自体は図5に示したものと同じ
構成である。上部が開口した真鍮製の方形シールド容器
26内に誘電率20.84の方形誘電体共振器20が底
面を水平方向として取りつけられている。誘電体共振器
20はその上面がシールド容器26の開口縁とほぼ等し
い高さに設定されており、シールド容器26の開口部を
塞ぐ形で試料10が置かれる。励磁用アンテナ22a及
び検出用アンテナ22bはロッドアンテナとし、シール
ド容器26と誘電体共振器20の間に設置される。
EXAMPLES The present invention will be described more specifically based on examples. (Embodiment 1) FIG. 7 shows an embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view in the case where a sample is brought into contact with a dielectric resonator and measurement is performed. The dielectric resonator itself has the same configuration as that shown in FIG. A rectangular dielectric resonator 20 having a dielectric constant of 20.84 is mounted in a rectangular shield container 26 made of brass with an open top, with the bottom surface in the horizontal direction. The upper surface of the dielectric resonator 20 is set to be substantially the same height as the opening edge of the shield container 26, and the sample 10 is placed so as to cover the opening of the shield container 26. The excitation antenna 22a and the detection antenna 22b are rod antennas, and are installed between the shield container 26 and the dielectric resonator 20.

【0033】この誘電体共振器20に、試料10として
100mm×100mm、厚さ2mmのポリエチレン
(PE)製ボード3枚が接触させられている。この誘電
体共振器20のアンテナ22a,22bを図4に示した
構成の測定系統に接続して測定を行った。
The dielectric resonator 20 is brought into contact with three 100 mm × 100 mm, 2 mm thick polyethylene (PE) boards as the sample 10. The antennas 22a and 22b of the dielectric resonator 20 were connected to a measurement system having the configuration shown in FIG. 4 for measurement.

【0034】測定で得られる生データの一部として、周
波数を2GHzから6GHzまで変化させた場合の透過
強度の変化をネットワークアナライザで測定した結果を
図8に示す。図8は誘電体共振器20にポリエチレン製
ボード1枚を載せた場合の共振スペクトルを示す。横軸
は周波数(2GHzから6GHz)、縦軸はマイクロ波
透過強度を示す。それぞれの共振ピークは各共振モード
に対応しており、この場合に共振周波数の変化幅が比較
的大きいピークとしては図8中に示したからがあ
る。からのそれぞれのピークにおいて、ブランク時
の共振周波数のピークを1A,2A,3A,4Aで示
し、上記ポリエチレン製ボード1枚を接触させた時の共
振周波数のピークを1B,2B,3B,4Bで示した。
ピークからの中でピークを用いると、周波数シフ
ト量(ピーク1Aとピーク1Bの周波数の差)と試料の
誘電率及び試料の厚さとの関係において最も良い検出感
度を示した。このピークにおいて、ブランク時の共振
周波数と上記ポリエチレンボード1枚を接触させた時の
共振周波数を同じ座標上で測定した結果を図9に示す。
図9は、図8におけるピークを拡大した図であり、右
の共振カーブがブランク時、左がポリエチレンボードを
1枚載せた場合の共振カーブを示す。
FIG. 8 shows, as a part of the raw data obtained by the measurement, a change in the transmission intensity when the frequency is changed from 2 GHz to 6 GHz, measured by a network analyzer. FIG. 8 shows a resonance spectrum when one polyethylene board is mounted on the dielectric resonator 20. The horizontal axis indicates frequency (2 GHz to 6 GHz), and the vertical axis indicates microwave transmission intensity. Each resonance peak corresponds to each resonance mode. In this case, a peak having a relatively large change width of the resonance frequency is shown in FIG. , The peaks of the resonance frequency in the blank are indicated by 1A, 2A, 3A, and 4A, and the peaks of the resonance frequency when one of the polyethylene boards is brought into contact are indicated by 1B, 2B, 3B, and 4B. Indicated.
When the peak was used from among the peaks, the best detection sensitivity was shown in relation to the frequency shift amount (the difference between the frequency of the peak 1A and the peak 1B), the dielectric constant of the sample, and the thickness of the sample. At this peak, FIG. 9 shows the result of measuring the resonance frequency at the time of blanking and the resonance frequency at the time of contacting one of the polyethylene boards on the same coordinates.
FIG. 9 is an enlarged view of the peak in FIG. 8, and shows the resonance curve when the right resonance curve is blank and one polyethylene board is mounted on the left.

【0035】大きさ100mm×100mm、厚さ2m
mのポリエチレン製ボード及びアクリル(PMMA)製
ボードを準備し、それぞれ1枚ずつ上記誘電体共振器に
水平に重ねた場合の、ピークにおける枚数に対するシ
フト量(ブランク時の共振周波数−試料を置いた時の共
振周波数)の変化を図10に示す。図10は、図8のピ
ークを用いて、PMMAとPEの各ボードについて、
共振周波数シフト量と枚数(厚さ)との関係を測定した
結果を表した図である。PMMAとPEとの変化が違う
カーブになるのは、それぞれの材料の誘電率の違いによ
るものである。すなわち、誘電率の大きいPMMAの方
がシフト量が大きくなる。
Size 100 mm × 100 mm, thickness 2 m
m, a polyethylene board and an acrylic (PMMA) board are prepared, and when one board is placed horizontally on the dielectric resonator, the shift amount with respect to the number of sheets at the peak (resonance frequency at blank−sample placed) FIG. 10 shows the change in the resonance frequency at the time. FIG. 10 shows, using the peaks of FIG.
FIG. 9 is a diagram illustrating a result of measuring a relationship between a resonance frequency shift amount and the number of sheets (thickness). The difference between the curves of PMMA and PE is due to the difference in the dielectric constant of each material. That is, the shift amount is larger in PMMA having a larger dielectric constant.

【0036】したがって、予め誘電率が既知で、厚み既
知の複数のシートを測定して、図10のような検量線を
誘電率、厚みを変えて複数本作成しておけば、未知測定
試料の厚みを測定し、共振周波数シフト量を測定するだ
けで未知測定試料の誘電率が測定できることが分かる。
つまり、例えば図10において、PEとPMMAの中間
の誘電率を有する種々の材料について検量線を得ておけ
ば、例えば4枚分の厚さの未知試料の共振周波数シフト
量が120MHzであった場合に、中間の誘電率を有す
るどの材料の検量線に載るかを見ることにより、又はそ
の測定値が載る検量線がない場合はその測定値に近い検
量線から外挿して誘電率を算出することができる。
Therefore, if a plurality of sheets having a known permittivity and a known thickness are measured in advance and a plurality of calibration curves as shown in FIG. It can be seen that the dielectric constant of the unknown measurement sample can be measured only by measuring the thickness and measuring the amount of resonance frequency shift.
That is, for example, in FIG. 10, if calibration curves are obtained for various materials having a dielectric constant between PE and PMMA, for example, the resonance frequency shift amount of an unknown sample having a thickness of four sheets is 120 MHz. In order to calculate the permittivity by looking at which material has a medium permittivity on the calibration curve, or if there is no calibration curve with the measured value, extrapolate from a calibration curve close to the measured value Can be.

【0037】また、この検量線を誘電体共振器20の面
と一定間隔をあけて接近させた位置に試料を配置した状
態で予め得ておけば、試料10と誘電体共振器20の試
料測定面が非接触の状態においても測定が可能となる。
図11は、試料10と誘電体共振器20とを一定間隔D
をあけて接近させて測定する測定装置の一例の断面図を
示したものである。このように、試料10と誘電体共振
器20との間隔Dが常に一定になるように試料支持部材
27を設けることにより、非接触で非破壊での測定が可
能となる。
If the calibration curve is previously obtained in a state where the sample is arranged at a position close to the surface of the dielectric resonator 20 with a predetermined interval, the sample measurement of the sample 10 and the dielectric resonator 20 can be performed. Measurement can be performed even when the surface is not in contact.
FIG. 11 shows that the sample 10 and the dielectric resonator 20 are arranged at a fixed distance D.
FIG. 1 is a cross-sectional view of an example of a measuring device that measures by approaching with a gap. Thus, by providing the sample support member 27 so that the distance D between the sample 10 and the dielectric resonator 20 is always constant, non-contact and non-destructive measurement becomes possible.

【0038】また、測定試料の測定面が単純な曲面など
の場合は、先に示した式(1)を利用して、測定試料の
各微小部分に対して該誘電体共振器20までのそれぞれ
の距離について共振周波数シフト量を計算し、最終的に
その総和をとったものと平面の場合とを比較し、その結
果をもとに補正を行うことにより、曲面試料の場合にも
適用可能となる。もちろんこの場合も種々の場合におい
て、予め各曲面に対して実測を行い検量線を得ておく方
法も可能である。
When the measurement surface of the measurement sample is a simple curved surface or the like, each minute portion of the measurement sample is applied to each of the minute resonators up to the dielectric resonator 20 by using the above-described equation (1). By calculating the amount of resonance frequency shift for the distance of, finally comparing the sum of the sum with that of the plane, and correcting based on the result, it can be applied to the case of a curved surface sample. Become. Of course, in this case as well, in various cases, a method in which actual measurement is performed on each curved surface in advance to obtain a calibration curve is also possible.

【0039】また、以上のような非接触測定によって試
料が液体の場合でも測定できる。液体の測定の場合、誘
電損率が大きいので、液体面から試料測定面が離れてい
ることが好ましい。この時、液体面と試料測定面の間に
液体用のケースや試料測定面用のカバーが介在するよう
な場合が考えられる。このようなケース、カバーの材質
は空気のように誘電率が1に近いものを選択することが
好ましい。また、液面の上方から空気を介して試料測定
面を一定間隔をあけて設置する方法も考えられるが、液
面の揺れ等の変動等が測定に影響を与えるので、その低
減の工夫が必要となる。また、測定への影響を減らす上
で液体を入れるケースの容量を大きくすることがより好
ましい。また、以上のように共振周波数を測定できれば
良いので、光学的な測定方法のように、液体試料に透明
性を要求することもなく、また、臨界角が誘電率(屈折
率)測定の範囲を限定することもない。
The non-contact measurement as described above can be performed even when the sample is a liquid. In the case of measuring a liquid, the sample measurement surface is preferably separated from the liquid surface because the dielectric loss factor is large. At this time, a case may be considered in which a liquid case or a sample measurement surface cover is interposed between the liquid surface and the sample measurement surface. It is preferable to select a material for the case and the cover having a dielectric constant close to 1, such as air. It is also conceivable to install the sample measurement surface at a fixed interval from above the liquid surface via air.However, fluctuations such as fluctuations in the liquid surface affect the measurement, and measures to reduce it are necessary. Becomes Further, in order to reduce the influence on the measurement, it is more preferable to increase the capacity of the case for containing the liquid. In addition, since it is sufficient that the resonance frequency can be measured as described above, there is no need for the liquid sample to have transparency as in the case of an optical measurement method, and the critical angle limits the range of dielectric constant (refractive index) measurement. There is no limitation.

【0040】(実施例2)誘電体共振器のQ値(共振の
鋭さ)を向上させるために、図12に示すように、誘電
体共振器20の底面とシールド容器30の間にスペーサ
30を介在させた。図12で、(A)は平面図、(B)
は(A)の垂直断面図である。スペーサ30の厚さとQ
値との関係は、4GHzでTM201モードの共振をさせ
た場合、図13のように変化した。図13で、(A)は
スペーサ30が金属シートの場合、(B)はスペーサ3
0がPET(ポリエチレンテレフタレート)フィルムの
場合である。この結果から、スペーサ30の厚みは0.
5mm前後がQ値向上には最適であることがわかる。
Embodiment 2 In order to improve the Q value (sharpness of resonance) of the dielectric resonator, a spacer 30 is provided between the bottom surface of the dielectric resonator 20 and the shield container 30 as shown in FIG. Intervened. In FIG. 12, (A) is a plan view, (B)
1 is a vertical sectional view of FIG. Thickness of spacer 30 and Q
The relationship with the value changed as shown in FIG. 13 when the TM 201 mode resonance was caused at 4 GHz. 13A shows a case where the spacer 30 is a metal sheet, and FIG.
0 is the case of a PET (polyethylene terephthalate) film. From this result, the thickness of the spacer 30 is set to 0.
It can be seen that around 5 mm is optimal for improving the Q value.

【0041】図14に、スペーサ30の有無によるQ値
の違いを測定した結果を示す。横軸は周波数、縦軸はマ
イクロ波透過強度を示す。(A)はスペーサ30を介在
させた場合、(B)はスペーサを介在させずに誘電体共
振器20の底面をシールド容器30に直接接触させた場
合である。それぞれの図において、下側に示したスペク
トル(A−2),(B−2)はそれぞれのスペクトル
(A−1),(B−1)における同じ周波数位置のピー
クを、横軸を100倍に拡大して示したものである。
(A)と(B)を比較すると、スペーサ30を付けるこ
とでQ値が360から1050に上昇している。これに
よって、ピーク検出つまり共振周波数の測定精度が大幅
に向上した。
FIG. 14 shows the result of measuring the difference in the Q value depending on the presence or absence of the spacer 30. The horizontal axis indicates frequency, and the vertical axis indicates microwave transmission intensity. (A) shows the case where the spacer 30 is interposed, and (B) shows the case where the bottom surface of the dielectric resonator 20 is brought into direct contact with the shield container 30 without the spacer. In each figure, the lower spectra (A-2) and (B-2) show the peaks at the same frequency position in the respective spectra (A-1) and (B-1), and the horizontal axis is 100 times. This is shown enlarged.
Comparing (A) and (B), the Q value is increased from 360 to 1050 by attaching the spacer 30. As a result, the accuracy of peak detection, that is, the measurement of the resonance frequency, has been greatly improved.

【0042】スペーサに用いる材料としては、金属、高
分子フィルムなどがあるが、誘電的ロスの少ない石英板
などが好ましい。スペーサ30は誘電体共振器20の底
面の複数個所、例えば誘電体共振器20が方形である場
合にはその底面の4隅に小さく分けて配備することもで
きるが、そのように複数個所に分散させるよりも、図1
2のように中央部に1枚置く方がQ値が高くなることも
わかった。結局スペーサはできるだけ小さい方が好まし
い。発明者等は試行の結果、数mm角の平板状または数
mmの直径の円盤状のスペーサを使用した。
Examples of the material used for the spacer include a metal and a polymer film, and a quartz plate having a small dielectric loss is preferable. The spacers 30 can be provided at a plurality of locations on the bottom surface of the dielectric resonator 20, for example, when the dielectric resonator 20 is rectangular, can be divided and provided at four corners of the bottom surface. Fig. 1
It was also found that placing one sheet in the center, as in 2, increased the Q value. After all, the spacer is preferably as small as possible. As a result of the trial, the inventors have used a flat plate having a square shape of several mm or a disk-shaped spacer having a diameter of several mm.

【0043】ロッドアンテナ22a,22bは、図12
に示したように誘電体共振器20とシールド容器26の
金属壁のほぼ中央に配置させるのが好ましく、長さは長
くすると受信マイクロ波強度は大きくなるがQ値は下が
る傾向があり、誘電体共振器20の高さの1/2から2
/3程度にするのが好ましい。また太さは、細いほどQ
値が高いが、強度との関係から0.1mmから0.5mm
程度が好ましい。
The rod antennas 22a and 22b are shown in FIG.
As shown in the figure, it is preferable that the dielectric resonator 20 and the shield container 26 be disposed substantially at the center of the metal wall. When the length is increased, the received microwave intensity increases, but the Q value tends to decrease. 1/2 to 2 of the height of the resonator 20
It is preferably set to about / 3. The thinner the Q, the thinner
Although the value is high, it is 0.1 mm to 0.5 mm from the relation with the strength.
The degree is preferred.

【0044】誘電体共振器20の底面の中央部とシール
ド容器30の間にスペーサ30を介在させ、誘電体共振
器20とシールド容器26とのギャップを適当に開ける
ことで、例えば図15に示すように、誘電体共振器20
表面での電界ベクトルがすべて長軸方向に平行になる共
振モード(TM201)を作ることができる。(A)は平
面図における誘電体共振器20表面での電界ベクトルを
示したもの、(B)はスペーサ30を通るように垂直方
向に切断した位置における誘電体共振器20内部の電界
ベクトルを示したものである。図15ではロッドアンテ
ナ22a,22bの図示は省略しているが、図12と同
じように配置されている。このような共振モードは、試
料10の誘電率の異方性を測定するのに利用することが
できる。
A spacer 30 is interposed between the central portion of the bottom surface of the dielectric resonator 20 and the shield container 30, and a gap between the dielectric resonator 20 and the shield container 26 is appropriately opened, for example, as shown in FIG. As described above, the dielectric resonator 20
Electric field vector at the surface can make the resonant mode (TM 201) to be parallel in all the axial direction. (A) shows the electric field vector on the surface of the dielectric resonator 20 in the plan view, and (B) shows the electric field vector inside the dielectric resonator 20 at a position cut in the vertical direction so as to pass through the spacer 30. It is a thing. Although illustration of the rod antennas 22a and 22b is omitted in FIG. 15, they are arranged in the same manner as in FIG. Such a resonance mode can be used to measure the dielectric anisotropy of the sample 10.

【0045】誘電体共振器20とシールド容器26との
ギャップを、図16のように、ポリテトラフルオロエチ
レンのような低誘電率、低誘電損失率の物質40で埋め
ることで、Q値をほとんど落とすことなく、異物混入を
防ぐことができる。また、図17のように、シールド容
器26の高さを低くし、代わりにシールド容器26と同
様の特性をもつ物質42を取り付けることにより、Q値
をほとんど落とすことなく異物混入を防ぐことができ
る。図17で、(A)は平面図、(B)は垂直断面図で
ある。
By filling the gap between the dielectric resonator 20 and the shield container 26 with a substance 40 having a low dielectric constant and a low dielectric loss rate such as polytetrafluoroethylene as shown in FIG. Foreign matter can be prevented from being mixed without dropping. Also, as shown in FIG. 17, by lowering the height of the shield container 26 and attaching a substance 42 having the same characteristics as the shield container 26 instead, foreign matter can be prevented from being mixed without substantially lowering the Q value. . 17A is a plan view and FIG. 17B is a vertical sectional view.

【0046】また、図18に示すように、誘電体共振器
20はその上面がシールド容器26の開口縁とほぼ等し
い高さに設定されており、誘電体共振器20、シールド
容器26の開口縁、及び誘電体共振器20とシールド容
器26とのギャップを含むセンサ全体を、ポリテトラフ
ルオロエチレンのシート44で覆うことによっても異物
混入を防ぐことができる。
As shown in FIG. 18, the upper surface of the dielectric resonator 20 is set to be substantially equal to the height of the opening edge of the shield container 26. Also, by covering the entire sensor including the gap between the dielectric resonator 20 and the shield container 26 with a sheet 44 of polytetrafluoroethylene, foreign substances can be prevented from being mixed.

【0047】以上の図16、17、18に示したような
測定系では測定面を上向きにした例を説明したが、測定
面が鉛直方向や斜め方向になるように使用してもよい。
また、以上の図16、17、18に示したような測定系
では、低誘電率、低誘電損失率の物質の部材40、4
2、44によって誘電体共振器20を挟むことや、接着
剤を使用することにより誘電体共振器20を機械的に保
持させれば、誘電体共振器20の底面とシールド容器2
6の間のスペーサ30を使用せずに済み、よりQ値を向
上させることもできる。
In the measurement system as shown in FIGS. 16, 17, and 18, the example in which the measurement surface is directed upward has been described, but the measurement surface may be used so as to be vertical or oblique.
Also, in the measurement system as shown in FIGS. 16, 17, and 18, the members 40, 4 having a low dielectric constant and a low dielectric loss ratio are used.
If the dielectric resonator 20 is sandwiched between 2 and 44 or the dielectric resonator 20 is mechanically held by using an adhesive, the bottom surface of the dielectric resonator 20 and the shield container 2
It is not necessary to use the spacer 30 between 6 and the Q value can be further improved.

【0048】また、図12に示したような測定系におい
て、底面のスペーサ30の代わりに、円柱又は角柱状誘
電体共振器20の側面をスペーサで両側から挟んで支持
するように配置することもできる。この場合、スペーサ
によって誘電体共振器を支える必要があるので接着剤を
使用したり、スペーサに弾性力を持たせて支えたりする
ことが必要になる。またこのような場合の特殊な例とし
て、測定面がほぼ鉛直方向になるように誘電体共振器を
配置すると、スペーサは下方から支えるだけでよく、誘
電体共振器を挟む必要はなくなる。いずれにしても、角
柱の誘電体共振器の場合、側面側からスペーサにより誘
電体共振器を支持するときはスペーサによって支える側
面にはアンテナが配置されていない方がより好ましい。
In the measurement system as shown in FIG. 12, the side face of the cylindrical or prismatic dielectric resonator 20 may be arranged so as to be supported by being sandwiched from both sides by the spacer, instead of the spacer 30 on the bottom face. it can. In this case, since it is necessary to support the dielectric resonator by the spacer, it is necessary to use an adhesive or to support the spacer with elasticity. Further, as a special example in such a case, when the dielectric resonator is arranged so that the measurement surface is substantially vertical, it is only necessary to support the spacer from below, and it is not necessary to sandwich the dielectric resonator. In any case, in the case of a prismatic dielectric resonator, when the dielectric resonator is supported by the spacer from the side, it is more preferable that the antenna is not disposed on the side supported by the spacer.

【0049】図19(A)は厚さ50μmのポリテトラ
フルオロエチレンシートを被せた場合(左側)と、被せ
なかった場合(右側)のマイクロ波透過強度スペクトル
の同じピークを示したものである。誘電率の変化により
共振周波数のシフトがみられるが、ピークの形状はほと
んど変化しておらず、この場合もほとんどQ値は下がっ
ていない。
FIG. 19A shows the same peak in the microwave transmission intensity spectrum when the polytetrafluoroethylene sheet having a thickness of 50 μm is covered (left) and when it is not covered (right). Although the resonance frequency shifts due to the change in the dielectric constant, the shape of the peak hardly changes, and the Q value hardly decreases in this case as well.

【0050】図19(B)はセンサ全体をポリテトラフ
ルオロエチレンのシート44で覆った状態で、そのポリ
テトラフルオロエチレンのシート44上に試料としての
PETフィルム(188510)を載せて共振周波数の
シフトを測定した結果を示したものである。右側のピー
クは試料を載せていない場合、左側のピークは試料を載
せた場合であり、このように誘電体共振器20とシール
ド容器26とのギャップに異物が混入するのを防ぎなが
ら、試料の誘電率を測定することができる。
FIG. 19B shows a state in which the whole sensor is covered with a polytetrafluoroethylene sheet 44, and a PET film (188510) as a sample is placed on the polytetrafluoroethylene sheet 44 to shift the resonance frequency. 5 shows the results of the measurement. The peak on the right is the case where no sample is mounted, and the peak on the left is the case where the sample is mounted. Thus, while preventing foreign substances from entering the gap between the dielectric resonator 20 and the shield container 26, the peak of the sample is measured. The dielectric constant can be measured.

【0051】[0051]

【発明の効果】本発明によれば、誘電体共振器に試料を
接近又は接触させた場合に共振周波数を測定するだけ
で、簡便に試料の誘電率を測定することができる。ま
た、本方式は片側からの検知方式であるため、従来方式
のように測定試料をシート状に限る必要はなく、厚さの
あるブロック状の試料、液体の試料でも測定可能とな
る。このように、本発明は、フィルムを含む高分子シー
トや紙などのシート状のもの、プラスチック、樹脂、ゴ
ムなどの成型品のような立体的物品、さらには水溶液、
水分散液、有機溶剤液、液体状の有機物等の液体も含め
て、それらの誘電率をマイクロ波により簡便に測定する
ことができる。
According to the present invention, the dielectric constant of a sample can be easily measured simply by measuring the resonance frequency when the sample approaches or contacts the dielectric resonator. Further, since this method is a detection method from one side, it is not necessary to limit the measurement sample to a sheet shape as in the conventional method, and it is possible to measure even a thick block-shaped sample or a liquid sample. Thus, the present invention is a three-dimensional article such as a molded article such as a polymer sheet or paper, plastic, resin, rubber, etc.
The dielectric constant of a liquid including an aqueous dispersion, an organic solvent, and a liquid organic substance can be easily measured by microwave.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 マイクロ波空洞共振器を用いた従来の配向測
定装置を示す概略斜視図である。
FIG. 1 is a schematic perspective view showing a conventional orientation measuring device using a microwave cavity resonator.

【図2】 誘電体共振器を用いた従来の配向測定装置を
示す断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a conventional orientation measuring device using a dielectric resonator.

【図3】 誘電体共振器に試料を接触させた場合の一般
的な模式図である。
FIG. 3 is a general schematic diagram when a sample is brought into contact with a dielectric resonator.

【図4】 本発明の一実施例の測定系統を示すブロック
構成図である。
FIG. 4 is a block diagram showing a measurement system according to an embodiment of the present invention.

【図5】 本発明の一実施例の誘電体共振器の構成図で
あり、アンテナを含む誘電体共振器の一例の断面図
(a)およびその上面図(b)である。
FIG. 5 is a configuration diagram of a dielectric resonator according to an embodiment of the present invention, which is a cross-sectional view (a) and a top view (b) of an example of a dielectric resonator including an antenna.

【図6】 異方性測定を必要としない場合のHEM21δ
モード時の誘電体共振器表面の電界分布を示す図であ
る。
FIG. 6: HEM 21δ without anisotropic measurement
FIG. 4 is a diagram illustrating an electric field distribution on a dielectric resonator surface in a mode.

【図7】 本発明の一実施例のアンテナを含む誘電体共
振器に試料を接触して測定する場合の断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view when a sample is brought into contact with a dielectric resonator including an antenna according to an embodiment of the present invention for measurement.

【図8】 図5に示した誘電体共振器にポリエチレン製
ボード1枚を載せた場合の共振スペクトルを示す波形図
である。
8 is a waveform diagram showing a resonance spectrum when one polyethylene board is mounted on the dielectric resonator shown in FIG.

【図9】 図8におけるのピークを拡大した図であ
り、右の共振カーブがブランク時、左がポリエチレンボ
ードを1枚載せた場合の共振カーブを示す。
9 is an enlarged view of the peak in FIG. 8, where the right resonance curve is blank and the left one shows the resonance curve when one polyethylene board is placed.

【図10】 図8におけるのピークを用いて、PMM
AとPEの各ボードについて、シフト量と枚数との関係
を測定した結果を表した図である。
FIG. 10 shows the results of PMM using the peaks in FIG.
FIG. 11 is a diagram illustrating a result of measuring a relationship between a shift amount and the number of sheets for each of boards A and PE.

【図11】 試料と誘電体共振器とを一定間隔をあけて
接近させて測定する測定装置の一例を示す断面図であ
る。
FIG. 11 is a cross-sectional view showing an example of a measuring apparatus for measuring a sample and a dielectric resonator by approaching them at regular intervals.

【図12】 誘電体共振器の底面とシールド容器の間に
スペーサを介在させた実施例を示す図で、(A)は平面
図、(B)は(A)の垂直断面図である。
FIGS. 12A and 12B are diagrams showing an embodiment in which a spacer is interposed between the bottom surface of the dielectric resonator and the shield container, wherein FIG. 12A is a plan view and FIG. 12B is a vertical sectional view of FIG.

【図13】 同実施例におけるスペーサの厚さとQ値と
の関係を示す図で、(A)はスペーサが金属シートの場
合、(B)はスペーサがPETフィルムの場合である。
FIGS. 13A and 13B are diagrams showing the relationship between the thickness of the spacer and the Q value in the same example, where FIG. 13A shows the case where the spacer is a metal sheet, and FIG. 13B shows the case where the spacer is a PET film.

【図14】 同実施例におけるスペーサの有無によるQ
値の違いを示す図で、(A)はスペーサを介在させた場
合、(B)はスペーサを介在させなかった場合である。
FIG. 14 is a graph showing Q based on the presence or absence of a spacer in the embodiment.
FIG. 7A is a diagram showing a difference in value, (A) shows a case where a spacer is interposed, and (B) shows a case where no spacer is interposed.

【図15】 同実施例における一例の共振モード(TM
201)を示す図で、(A)は平面図における誘電体共振
器表面での電界ベクトルを示す図、(B)はスペーサを
通るように垂直方向に切断した位置における誘電体共振
器内部の電界ベクトルを示す図である。
FIG. 15 shows an example of a resonance mode (TM) in the embodiment.
201A ), (A) is a diagram showing an electric field vector on the surface of the dielectric resonator in a plan view, and (B) is an electric field inside the dielectric resonator at a position cut in a vertical direction so as to pass through a spacer. It is a figure showing a vector.

【図16】 誘電体共振器とシールド容器とのギャップ
を埋めた実施例を示す図で、(A)は平面図、(B)は
垂直断面図である。
16A and 16B are diagrams showing an embodiment in which a gap between a dielectric resonator and a shield container is filled, in which FIG. 16A is a plan view and FIG. 16B is a vertical sectional view.

【図17】 誘電体共振器とシールド容器とのギャップ
を封止した実施例を示す図で、(A)は平面図、(B)
は垂直断面図である。
17A and 17B are diagrams showing an embodiment in which a gap between a dielectric resonator and a shield container is sealed, wherein FIG. 17A is a plan view and FIG.
Is a vertical sectional view.

【図18】 誘電体共振器とシールド容器とのギャップ
を封止した他の実施例を示す図で、(A)は平面図、
(B)は垂直断面図である。
FIG. 18 is a view showing another embodiment in which the gap between the dielectric resonator and the shield container is sealed, wherein FIG.
(B) is a vertical sectional view.

【図19】 図18の実施例の特性を示す図で、(A)
はポリテトラフルオロエチレンシートを被せた場合(左
側)と、被せなかった場合(右側)のマイクロ波透過強
度スペクトルのピークを示したもの、(B)はさらにそ
の上に試料を載せて測定した結果(左側)を示したもの
である。
19A and 19B are diagrams showing characteristics of the embodiment in FIG.
Shows the peaks of the microwave transmission intensity spectrum when the polytetrafluoroethylene sheet was covered (left) and when it was not covered (right), and (B) shows the results of the measurement with the sample placed thereon. (Left side).

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 マイクロ波導入部 4 マイクロ波検知部 6 空洞共振器 8 スリット 10 試料 12a 誘電体共振器 12b 誘電体共振器 14a ループアンテナ 14b ループアンテナ 15 励振装置 16 検出装置 17 共振周波数検知装置 18 コンピュータ 19 記憶装置(検量線) 20 誘電体共振器 22a ロッドアンテナ 22b ロッドアンテナ 24 電界ベクトル 26 シールド容器 30 スペーサ 2 Microwave introduction part 4 Microwave detection part 6 Cavity resonator 8 Slit 10 Sample 12a Dielectric resonator 12b Dielectric resonator 14a Loop antenna 14b Loop antenna 15 Excitation device 16 Detection device 17 Resonance frequency detection device 18 Computer 19 Storage device (Calibration curve) 20 Dielectric resonator 22a Rod antenna 22b Rod antenna 24 Electric field vector 26 Shield container 30 Spacer

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 次のステップを備えて測定対象試料の誘
電率を求める誘電率測定方法。 (ステップ1)試料の一面側のみに配置された1個の誘
電体共振器の試料測定面を、誘電率が既知の標準試料に
一定の条件で配置し、該標準試料の誘電率及び/又は厚
みを適宜変更させて、各々の誘電率及び/又は厚みに対
する該誘電体共振器の共振周波数の変化を測定し、誘電
率及び/又は厚みに応じた共振周波数の変化の検量線を
取得するステップ。 (ステップ2)厚みが既知の測定対象試料について、前
記一定の条件で前記誘電体共振器によって共振周波数の
変化を測定するステップ。 (ステップ3)その測定値と前記検量線から測定対象試
料の誘電率を求めるステップ。
1. A dielectric constant measuring method for determining a dielectric constant of a sample to be measured, comprising the following steps. (Step 1) A sample measurement surface of one dielectric resonator arranged only on one surface side of a sample is arranged under a constant condition on a standard sample having a known dielectric constant, and the dielectric constant of the standard sample and / or Measuring the change in the resonance frequency of the dielectric resonator with respect to each dielectric constant and / or thickness by appropriately changing the thickness, and obtaining a calibration curve of the change in the resonance frequency according to the dielectric constant and / or the thickness; . (Step 2) a step of measuring a change in resonance frequency of the sample to be measured having a known thickness by the dielectric resonator under the predetermined condition. (Step 3) a step of obtaining a dielectric constant of the sample to be measured from the measured value and the calibration curve.
【請求項2】 試料の一面側のみに配置された1個の誘
電体共振器の試料測定面を、厚みが既知の測定対象試料
に一定の条件で配置し、共振周波数を測定し、下記式
(1)に従って測定対象試料の誘電率を求める誘電率測
定方法。 βgL=π/2+Pπ+tan-12g)・tanh[tanh-132)+α22] ……(1) α2=(kc 2−ω0 2ε0μ0εS1/2 α3=(kc 2−ω0 2ε0μ01/2 βg=(ω0 2ε0μ0εr−kc 21/2 ここで、εSは試料の誘電率、εrは誘電体共振器の比誘
電率、Lは誘電体共振器の厚み、ε0は測定雰囲気(空
気)の誘電率、μ0は測定雰囲気の透磁率、ω0はマイク
ロ波共振角周波数、L2は測定対象試料の厚み、kcは誘
電体共振器の形状、電磁界モード等により定まる定数
(固有値)、Pは0、1、2、3、・・・(この数字は
軸方向λg/2の整数倍を意味する)である。
2. A sample measurement surface of one dielectric resonator arranged only on one surface side of a sample is arranged on a sample having a known thickness under a predetermined condition, and a resonance frequency is measured. A dielectric constant measurement method for determining the dielectric constant of a sample to be measured according to (1). β g L = π / 2 + Pπ + tan −12 / β g ) · tanh [tanh −13 / α 2 ) + α 2 L 2 ] (1) α 2 = (k c 2 −ω 0 2) ε 0 μ 0 ε S ) 1/2 α 3 = (k c 2 −ω 0 2 ε 0 μ 0 ) 1/2 βg = (ω 0 2 ε 0 μ 0 ε r −k c 2 ) 1/2 here Where ε S is the dielectric constant of the sample, ε r is the relative dielectric constant of the dielectric resonator, L is the thickness of the dielectric resonator, ε 0 is the dielectric constant of the measurement atmosphere (air), and μ 0 is the permeability of the measurement atmosphere. Magnetic susceptibility, ω 0 is the microwave resonance angular frequency, L 2 is the thickness of the sample to be measured, k c is a constant (eigenvalue) determined by the shape of the dielectric resonator, the electromagnetic field mode, etc., and P is 0, 1, 2, 3, , ... (this number means an integral multiple of the axial direction λ g / 2).
【請求項3】 前記一定の条件は、前記誘電体共振器の
試料測定面を試料に接触させて測定を行なうことである
請求項1又は2記載の誘電率測定方法。
3. The dielectric constant measurement method according to claim 1, wherein the predetermined condition is that the measurement is performed by bringing a sample measurement surface of the dielectric resonator into contact with a sample.
【請求項4】 前記一定の条件は、前記誘電体共振器の
試料測定面を試料から一定の距離だけ離して測定を行な
うことである請求項1又は2記載の誘電率測定方法。
4. The dielectric constant measurement method according to claim 1, wherein the predetermined condition is that the measurement is performed with a sample measurement surface of the dielectric resonator separated from the sample by a predetermined distance.
【請求項5】 共振周波数の測定は、前記誘電体共振器
の共振モードが、該誘電体共振器の試料測定面側に、エ
バネセント波が共振により該誘電体共振器内部からしみ
出すモードにおいて行なう請求項1〜4のいずれか一項
に記載の誘電率測定方法。
5. The measurement of the resonance frequency is performed in a mode in which the resonance mode of the dielectric resonator is such that an evanescent wave exudes from the inside of the dielectric resonator due to resonance on the sample measurement surface side of the dielectric resonator. The dielectric constant measurement method according to claim 1.
【請求項6】 前記誘電体共振器の励振装置と検出装置
のアンテナが、前記誘電体共振器の試料に接近又は接触
する平面に垂直な方向に配置された棒状のロッドアンテ
ナである請求項1〜5のいずれか一項に記載の誘電率測
定方法。
6. The dielectric resonator excitation device and the detection device antenna are rod-shaped rod antennas arranged in a direction perpendicular to a plane of the dielectric resonator approaching or in contact with a sample. The dielectric constant measurement method according to any one of Items 1 to 5,
【請求項7】 試料の一面側のみに配置される1個の誘
電体共振器と、 前記誘電体共振器をその試料測定面を除いて実質的に覆
うシールド容器と、 誘電率が既知の標準試料の厚みを変更させて、各々の厚
みに対する該誘電体共振器によって測定した共振周波数
の変化についての検量線を記憶させた記憶装置と、 測定対象試料の共振周波数の変化の測定結果と前記検量
線から測定対象試料の誘電率を演算するデータ処理装置
とを備えた誘電率測定装置。
7. A dielectric resonator disposed only on one surface side of a sample, a shield container substantially covering the dielectric resonator except for a sample measurement surface, a standard having a known dielectric constant. A storage device for changing the thickness of the sample and storing a calibration curve for a change in resonance frequency measured by the dielectric resonator for each thickness; a measurement result of the change in resonance frequency of the sample to be measured and the calibration A data processing device for calculating the dielectric constant of the sample to be measured from the line.
【請求項8】 前記誘電体共振器が角柱状又は円柱状で
あり、その柱の片側の底面を試料測定面とする請求項7
記載の誘電率測定装置。
8. The dielectric resonator according to claim 7, wherein the dielectric resonator has a prismatic or cylindrical shape, and a bottom surface on one side of the pillar is a sample measurement surface.
The dielectric constant measuring device according to the above.
【請求項9】 前記誘電体共振器の試料測定面以外の面
とシールド容器との間には間隙が設けられている請求項
7又は8記載の誘電率測定装置。
9. The dielectric constant measuring apparatus according to claim 7, wherein a gap is provided between a surface of the dielectric resonator other than the sample measurement surface and the shield container.
【請求項10】 試料測定面に対向する底面とシールド
容器の間にスぺーサを設けた請求項9記載の誘電率測定
装置。
10. The dielectric constant measurement apparatus according to claim 9, wherein a spacer is provided between the bottom surface facing the sample measurement surface and the shield container.
【請求項11】 前記誘電体共振器の側面とシールド容
器の間にスぺーサを設けた請求項9記載の誘電率測定装
置。
11. The dielectric constant measuring apparatus according to claim 9, wherein a spacer is provided between a side surface of the dielectric resonator and the shield container.
【請求項12】 前記誘電体共振器の試料測定面以外の
面と前記シールド容器との間隙の少なくとも一部を、試
料測定面の外縁部分を全て含むように誘電率および誘電
損率の小さい物質によって試料測定面とほぼ同一高さに
なるように充填又は封止した請求項7から12のいずれ
かに記載の配向測定装置。
12. A substance having a small dielectric constant and a low dielectric loss factor such that at least a part of a gap between the surface of the dielectric resonator other than the sample measurement surface and the shield container includes all outer edges of the sample measurement surface. 13. The orientation measuring device according to claim 7, wherein the orientation measuring device is filled or sealed so as to have substantially the same height as the sample measurement surface.
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