طراحی و ساخت دستگاه اندازه‌گیری غیر مخرب ثابت دی‌الکتریک و ضریب نفوذپذیری مغناطیسی مواد با استفاده از روش بهبود یافته اختلال محفظه مایکروویوی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکترا دانشگاه امیرکبیر

2 استاد تمام دانشگاه صنعتی امیرکبیر دانشکده برق

3 دانشیار دانشگاه صنعتی مالک اشتر دانشکده برق و کامپیوتر

4 استادیار دانشگاه صنعتی مالک اشتر دانشکده برق و کامپیوتر

چکیده

در این مقاله به بررسی روش اختلال محفظه (CPM ) که روشی متداول برای تعیین مشخصات الکترومغناطیسی مواد در بازه‌ی فرکانسی مایکروویو می‌باشد، می‌پردازیم. این روش بر تغییر در فرکانس رزونانس و ضریب کیفیت محفظه بر اثر دخول نمونه در محل حداکثر میدان الکتریکی یا مغناطیسی، وابسته به طبیعت پارامتری که تحت مطالعه است، استوار است. مهمترین محدودیت این روش آنست که حجم نمونه باید کوچک باشد تا اثر قابل اغماضی در هندسه‌ی میدان‌های داخل محفظه نداشته باشد. در این مقاله با ارائه روشی جدید مبتنی بر طراحی موجبر مستطیلی با درپوش متناسب با آن، که محل قرارگیری نمونه می‌باشد و ساخت دستگاه اندازه‌گیری مناسب، با حداقل کردن انواع خطاهای اندازه‌گیری هم‌چون اندازه‌گیری با صفحه‌های سوراخ‌دار با قطرهای مختلف در ابتدا و انتهای موجبر، استفاده از چسب مایع مناسب برای چسباندن نمونه بر روی درپوش موجبر و ... بیان گردیده است. برای طراحی و ساخت دستگاه اندازه‌گیری غیر مخرب در باندهای مختلف، ضرایب دی‌الکتریک و نفوذپذیری مغناطیسی مواد با درصد خطای خیلی پایین ارائه شده است. برای ارزیابی دقت روش پیشنهاد شده، مقادیر ثابت دی‌الکتریک و نفوذپذیری مغناطیسی چند نمونه اندازه‌گیری شده با مقادیر واقعی مقایسه شده و درصد خطای این روش پیشنهادی در نهایت به کمتر از 1.5 درصد رسیده است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Development of a Measurement System for Nondestructive Determination of Dielectric Constant and Magnetic Permeability of Materials, Using an Enhanced Microwave Chamber Disturbance Method

نویسندگان [English]

  • Mohsen Mohammadi 1
  • Seyed Hossein Hesamedin Sadeghi 2
  • Morteza Kazerooni 3
  • Emad Hamidi 4
1 PhD student of Amirkabir University
2 Full Professor, Department of Electrical Engineering, Amirkabir University of Technology
3 3Associate Professor, Department of Electrical and Computer Engineering, Malek-Ashtar University of Technology
4 Assistant Professor, Department of Electrical and Computer Engineering, Malek-Ashtar University of Technology
چکیده [English]

The microwave chamber disturbance method (CDM) is a commonly used procedure for determining the electromagnetic properties of materials in the microwave frequency range. This method is based on the change in the resonance frequency and the quality coefficient of a measurement chamber due to the penetration of the sample at the location of the maximum electric or magnetic field, depending on the nature of the parameter under study. The main limitation of the CDM is the requirement that the sample size must be small so as not to have a negligible effect on the geometry of the fields inside the chamber. In this paper, we propose an enhanced CDM for accurate measurement of dielectric constant and magnetic permeability of materials with very low error rates. The chamber consists of a rectangular waveguide with a cap that fits the location of the sample. This arrangement provides a suitable measuring device that minimizes the measuring errors, including the uncertainty in the perforated plate and use of liquid adhesive for sample-waveguide attachment. To validate the accuracy of the proposed method, the predicted values of dielectric constant and magnetic permeability of several sample materials are compared with their actual values and the error rate of this proposed method has finally reached less than 1.5%

کلیدواژه‌ها [English]

  • Chamber perturbation method
  • resonance frequency
  • measurement
  • dielectric constant
  • magnetic permeability

مراجع

[1]. Pozar, David M. Microwave engineering. John Wiley & Sons, 2009.
[2]. Abhishek Kumar, Jha, and Akhtar Mohammad Jaleel. "A generalized rectangular cavity approach for determination of complex permittivity of materials." IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement 63.11, 2014.
[3]. Abhishek Kumar, Jha, and Akhtar Mohammad Jaleel. "An improved rectangular cavity approach for measurement of complex permeability of materials." IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement 64.4, 2014.
[4]. Koul.S and Bhat.S, Microwave and Millimeter Wave Phase Shifters, Boston, MA Artech House, 1991.
[5]. Green, Jerome J., and Frank Sandy. "A catalog of low power loss parameters and high power thresholds for partially magnetized ferrites." IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, 1974.
[6]. Carter, Richard G. "Accuracy of microwave cavity perturbation measurements." IEEE Transactions on Microwave theory and techniques 49.5, 2001.
[7]. Kuek, C. "Measurement of Dielectric Material Properties: application note." Rohde-Schwarz, Germany, 2012.
 [8]. Note, Agilent Application. "Agilent Basics of Measuring the Dielectric Properties of Materials." Agilent Literature Number, 2006.
[9] Saidi, M. H., Kargar, M., and Ghafourian A. “Investigation of luminous/ nonluminous radiation in a vortex engine", Proceedings of FEDSM-07 Conference, Santiago, California, USA, 2007.
[10] Gorst, Aleksandr, Kseniya Zavyalova, Sergey Shipilov, Vladimir Yakubov, and Aleksandr Mironchev. "Microwave Method for Measuring Electrical Properties of the Materials." Applied Sciences 10, 2020.
[11] Mei H, Jiang H, Chen J, Yin F, Wang L, Farzaneh M. Detection of Internal Defects of Full-Size Composite Insulators Based on Microwave Technique. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. 2021.
[12] Microwave Ferrite & Fda – Exxelia Co. [13]https://marketplace.aviationweek.com/company/ferrite-domen-co.

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 14 اسفند 1400
  • تاریخ بازنگری: 03 خرداد 1401
  • تاریخ پذیرش: 21 خرداد 1401

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار