CN108139341A - 用于适用于介电阻抗谱分析的测量***的感测元件 - Google Patents

用于适用于介电阻抗谱分析的测量***的感测元件 Download PDF

Info

Publication number
CN108139341A
CN108139341A CN201680058197.1A CN201680058197A CN108139341A CN 108139341 A CN108139341 A CN 108139341A CN 201680058197 A CN201680058197 A CN 201680058197A CN 108139341 A CN108139341 A CN 108139341A
Authority
CN
China
Prior art keywords
sensing element
conductor
conductor band
circuit board
dielectric
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
CN201680058197.1A
Other languages
English (en)
Inventor
M.贾恩
M.施伊弗
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.)
Siemens AG Oesterreich
Original Assignee
Siemens AG Oesterreich
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 Siemens AG Oesterreich filed Critical Siemens AG Oesterreich
Publication of CN108139341A publication Critical patent/CN108139341A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/026—Dielectric impedance spectroscopy
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/028—Circuits therefor
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/26—Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables
    • G01R27/2617—Measuring dielectric properties, e.g. constants
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/26—Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables
    • G01R27/2617—Measuring dielectric properties, e.g. constants
    • G01R27/2623—Measuring-systems or electronic circuits
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/26—Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables
    • G01R27/2617—Measuring dielectric properties, e.g. constants
    • G01R27/2635—Sample holders, electrodes or excitation arrangements, e.g. sensors or measuring cells
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/26—Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables
    • G01R27/2617—Measuring dielectric properties, e.g. constants
    • G01R27/2635—Sample holders, electrodes or excitation arrangements, e.g. sensors or measuring cells
    • G01R27/2647—Sample holders, electrodes or excitation arrangements, e.g. sensors or measuring cells of coaxial or concentric type, e.g. with the sample in a coaxial line
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/26—Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables
    • G01R27/2617—Measuring dielectric properties, e.g. constants
    • G01R27/2635—Sample holders, electrodes or excitation arrangements, e.g. sensors or measuring cells
    • G01R27/2647—Sample holders, electrodes or excitation arrangements, e.g. sensors or measuring cells of coaxial or concentric type, e.g. with the sample in a coaxial line
    • G01R27/2652—Sample holders, electrodes or excitation arrangements, e.g. sensors or measuring cells of coaxial or concentric type, e.g. with the sample in a coaxial line open-ended type, e.g. abutting against the sample

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
  • Waveguides (AREA)

Abstract

一种用于适用于介电阻抗谱分析的测量***的感测元件（1），其中，至少在所述感测元件（1）的一种操作状态中，所述感测元件（1）包括至少一个第一微带导体（2），所述至少一个第一微带导体（2）由用于测量信号的第一导体带（3）、第一介电基底以及第一接地表面（5）构成，其中，所述第一导体带（3）可以从外侧被施加并且施加在含有待测量的介电材料样本的容器的区域上，所述容器优选地是管道、器皿或袋体。

Description

用于适用于介电阻抗谱分析的测量***的感测元件
技术领域
本发明涉及一种用于适用于介电阻抗谱分析的测量***的感测元件。
本发明进一步还涉及一种用于介电阻抗谱分析的测量***，其包括根据本发明的感测元件以及用于产生并评估用于感测元件的测量信号和/或参考信号的装置。
最终，本发明还涉及一种用于借由根据本发明的测量***确定包含在容器中的介电材料样本、优选地为介电悬浮物的阻抗的方法。
背景技术
许多悬浮物（诸如，通常在例如生物技术和工业领域或者也在石油勘探中发现的悬浮物）借由介电阻抗谱分析而被测量和表征。这通常仅能够借由基于接触的测量，其中，感测元件与待测悬浮物接触，这一方面增加了悬浮物的污染的风险，和/或另一方面增加了在传感器自身上形成不希望的膜的风险，该膜会妨碍测量和任何其他测量。此外，传感器必须被引入悬浮物中的测量通常是复杂的并且难以自动执行。
例如，在该背景下已知同轴传感器，其一方面允许宽带测量，但是另一方面操纵也复杂，因为它们必须在测量期间浸没至悬浮物中一定距离。
此外，下述测量方法是已知的，其中，待测量的材料样本必须被引入波导（中空导体）或同轴传感器的内部，并且以此方式使得所述材料样本完全填满该内部。因此，采用这种传感器工作的测量方法对于悬浮物是不实用的，尽管所使用的测量原理（换言之，“传输管线”的物理特性的利用）通常将允许非常宽带的测量。
同样地由于其复杂性而不适用于悬浮物的测量的另一已知测量方法包括发送器和接收器，其中，待测量的材料样本通过采用微波范围内的电磁辐射来照射而被无接触地测量。然而，测量设置和该测量的执行都变得非常复杂。
介电阻抗谱分析的其他方法也显得没有吸引力，特别是结合待测量的悬浮物。这些方法包括感应测量，借由电容器的测量（平行板测量），以及在谐振器中的介电材料样本的测量。
发明内容
本发明的目标
因此，本发明的目标在于提供一种用于适用于介电阻抗谱分析的测量***的宽带感测元件，该感测元件特别地适用于测量介电悬浮物，即，在进行测量时不必使感测元件与待测量的悬浮物直接接触。
对本发明的描述
根据本发明，该目标在用于适用于介电阻抗谱分析的测量***的感测元件的情形中借助于下述事实实现：至少在感测元件的一种操作状态中，所述感测元件包括至少一个第一微带导体，该至少一个第一微带导体由用于测量信号的第一导体带、第一介电基底以及第一接地表面构成，其中，第一导体带能够从外侧被施加并且施加在含有待测量的介电材料样本的容器的区域上，该容器优选地是管道、器皿或袋体。
在微带导体的情形中，导体带位于两个不同介电体的对接表面之间。在该情形中，一个介电体通常由印刷电路板的介电基底形成，并且另一个由空气形成。这样一来，在导体中传导的信号的电磁场的一部分直接在导体带与印刷电路板的接地表面之间延伸，并且因此在印刷电路板的基底中延伸，而电磁场的另一部分延伸至另一介电体中。考虑到两个介电体的不同的介电常数，在导体带上方和下方传播的电磁波的相位速度不同并且形成准TEM模式。
根据本发明，现在提供的是，至少在操作状态中，感测元件包括用于测量信号的至少一个微带导体。在该情形中，两个介电体中的一个由待测量的介电材料样本与该材料样本位于其中的容器一起形成。通过将传感器从外侧施加至容器，因此现在能够借由介电谱分析测量容器-材料样本***，即，在进行测量时不必使得感测元件直接接触材料样本，特别是接触悬浮物。
如果悬浮物变化（其沿着容器外侧位于所施加的感测元件的不同位置处，或者当感测元件的位置保持相同时悬浮物的内部结构暂时改变），则悬浮物的介电常数也因此改变，这反映在经过导体带之后的测量信号的相位的待测量的变化中。
在该情形中，施加在容器的区域上的导体带越长，则进入感测元件的信号与经过所述导体带之后再次离开导体带的信号之间的相位偏移越大，换言之，感测元件越灵敏。
由于所产生的TEM模式，根据本发明的感测元件也特别适用于宽带测量，因为TEM模式不具有截止频率。
此外，能够通过使用微带导体而实现良好的信噪比，这允许采用非常高的信号水平工作并且能够实现非常精确的测量。
因为根据本发明的感测元件的制造是特别简单并且成本有效的（光刻制造或者借由铣削），所以根据本发明的感测元件原则上也适用于一次性使用。
为了以精确配合将感测元件施加至任意形状的容器，在根据本发明的感测元件的优选实施例中设置的是，感测元件被设计为柔性的。在该情形中，第一导体带、第一介电基底以及第一接地表面在设计上是柔性的，换言之，例如是可弯曲的。
为了以精确配合将感测元件施加至具有已知形状的某些容器，在根据本发明的感测元件的另一优选实施例中设置的是，感测元件被设计为刚性的，并且至少部分地弯曲。由此能够实现适于弯曲或成角度的容器但是与此同时刚性的感测元件的实施例。
可想而知的是，对于具有对应的大平坦外表面的容器，也能够使用刚性的平坦感测元件。
在根据本发明的感测元件的另外的优选实施例中设置的是，第一介电基底由第一印刷电路板形成，其中，第一印刷电路板具有至少一个第一外表面以及平行于该第一外表面设置的第二外表面，以及其中，第一导体带设置在第一外表面上并且第一接地表面设置在第二外表面上。
这导致感测元件的特别简单且并不复杂的设计。印刷电路板因此一方面用作微带导体的第一介电基底，并且与此同时赋予感测元件柔性（如果感测元件被设计为柔性的），或者用作刚性感测元件的形成元件（如果感测元件被设计为刚性的）。形成第一微带导体的第一介电基底的感测元件的单独部件不是必须的。
为了能够实现测量信号的相位速度的差别测量，或者为了能够实现将离开感测元件的测量信号的相位与参考信号的相位进行比较（参考信号的电磁场没有通过待测量的介电材料传播），在根据本发明的感测元件的另外的优选实施例中设置的是，感测元件包括第二微带导体，该第二微带导体由用于参考信号的第二导体带、第二介电基底以及接地表面构成。
在该情形中，第二微带导体的接地表面能够由单独的额外接地表面形成。然而，为了保持所需部件的数量尽可能得低并且保持感测元件的整体设计尽可能简单，在根据本发明的感测元件的另外的优选实施例中设置的是，由第一接地表面形成第二微带导体的接地表面。
在该情形中为了维持感测元件的柔性或刚性形状，在根据本发明的感测元件的另外的优选实施例中设置的是，由第二印刷电路板形成第二介电基底，该第二印刷电路板进而能够在柔性感测元件的情形中被设计为柔性的，或者在刚性感测元件的情形中被设计为刚性的。
在根据本发明的感测元件的特别优选实施例中设置的是，第一印刷电路板和第二印刷电路板的每一个形成双层印刷电路板中的一层，其中，双层印刷电路板的两个层由第一接地表面彼此隔开。
这意味着感测元件由单个双层印刷电路板构成，取决于第一和第二印刷电路板的设计，该单个双层印刷电路板自身能够是柔性或刚性的，第一接地表面设置在两层之间，并且在该单个双层印刷电路板的彼此背离并且平行于第一接地表面延伸的外表面上，在每种情形中设置有导体带。
在根据本发明的感测元件的另一优选实施例中设置的是，第一导体带和第一接地表面彼此并排设置在柔性印刷电路板的相同的外表面上，并且第一介电基底在感测元件的操作状态中由容器与容纳在其中的待测量的介电材料样本一起形成。
特别地结合柱形容器，该实施例具有的优点是其能够部分地围绕容器而被施加。根据本发明，也能够设置紧固机构以便将感测元件永久地固定至容器。总之，借由根据本发明的感测元件的这样的实施例，能够实现感测元件的简单且快速的安装。
为了在这样的优选实施例的情形中也能够将测量信号与参考信号进行比较，在根据本发明的感测元件的另外的优选实施例中设置的是，第二导体带设置在柔性印刷电路板的相同部分的外表面上，该外表面平行于第一接地表面延伸并且与第一接地表面相对，其中，第二导体带覆盖第一接地表面。
为了在该情形中也保持感测元件的部件的数量尽可能得少，在根据本发明的感测元件的另外的优选实施例中设置的是，第二导体带、第一接地表面以及设置在第二导体带与第一接地表面之间的柔性印刷电路板的部分形成第二微带导体。
为了最大化参考信号必须沿着容器行进的路径，在根据本发明的感测元件的另外的优选实施例中设置的是，第一导体带和/或第二导体带以蜿蜒形状形成。
由此，一方面提高了感测元件的灵敏度并且另一方面导体带的该设置也提高了感测元件的宽带性能，因为其也能够以特别低频信号操作感测元件。
本发明的目标也能够由用于介电阻抗谱分析的测量***实现，该测量***包括在前述实施例之一中所述的感测元件，以及用于产生并评估用于感测元件的测量信号、或者测量信号与参考信号的装置。
根据本发明的用于借由根据本发明的测量***而确定容纳在容器中的介电材料样本、优选地为介电悬浮物的阻抗的方法包括以下方法步骤：
- 通过从外侧并且在一区域上将为了测量信号而设置的第一导体带施加至容器，从而在感测元件与容器之间建立接触；
- 提供进入感测元件的具有给定频率的测量信号；
- 测量离开感测元件的测量信号；
- 确定在进入的测量信号和离开的测量信号之间的相位偏移；
- 通过进入的测量信号和离开的测量信号之间的相位偏移来确定保持在容器中的介电材料样本的阻抗。
为了在该情形中也能够实现测量信号相对于不受影响传播的参考信号的相位偏移或相位速度的差别确定，在根据本发明的方法的特别优选的实施例中设置的是，除了进入的测量信号之外，具有相同频率的进入的参考信号也被馈送至为了参考信号而设置的感测元件的第二导体带中，并且随后确定离开的测量信号相对于进入的测量信号所展现的相位偏移以及离开的参考信号相对于进入的参考信号所展现的相位偏移之间的差异。
附图说明
现在将参照示例性实施例更详细地解释本发明。附图是示例性的并且旨在图示本发明的特征，但是并未以任何方式约束或者确切地表现本发明。在附图中：
图1示出了根据本发明的具有第一微带导体的感测元件的示意图；
图2示出了根据本发明的具有第一和第二微带导体的感测元件的第一示例性实施例的示意图；
图3示出了根据本发明的感测元件的第二示例性实施例的示意图，第一导体带及其接地表面设置在柔性印刷电路板的相同外侧上；
图4示出了根据截面线A-A的图3的示例性实施例的侧视图；
图5示出了根据第一示例性实施例的根据本发明的感测元件的视图；
图6示出了根据第二示例性实施例的根据本发明的感测元件的视图；
图7示出了根据第二示例性实施例的根据本发明的感测元件的视图，该感测元件被施加至柱形或管型容器。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的感测元件1的结构。在该情形中，这样的感测元件1的所示示意性结构首先包括第一印刷电路板4。第一导体带3和第一接地表面5设置在印刷电路板4的相对外表面8、9上并且连接至所述印刷电路板4。导体带3、第一印刷电路板4和第一接地表面5一起形成感测元件1的第一微带导体2，其中，第一印刷电路板4形成第一微带导体2的第一介电基底。
图2示出了根据本发明的感测元件1的第一具体示例性实施例。根据所述示例性实施例的感测元件1包括用于测量信号的第一微带导体2和用于参考信号的第二微带导体10。
在该情形中，第一印刷电路板4和第二印刷电路板12借助于由第一接地表面5形成的接地表面而彼此隔开，并且连接至所述接地表面。第一导体带3或第二导体带11相应地设置在印刷电路板4或12的外表面上，该外表面平行于第一接地表面5。
因此，该示例性实施例的感测元件由第一微带导体2与第二微带导体10构成，第一微带导体2包括第一导体带3、第一印刷电路板4和第一接地表面5，第二微带导体10包括第二导体带11、第二印刷电路板12和第一接地表面5。
具有根据上述两个附图之一的结构的根据本发明的感测元件的实施例能够被设计为柔性的以便能够精确配合地施加至任意形状的容器，或者被设计为刚性的（例如，具有以刚性和弯曲的方式实施的一个或两个印刷电路板）以便由此能够简单、快速且可重复地施加至具有某一形状的容器。
图3示出了根据本发明的感测元件1的第二具体示例性实施例的结构。与上述第一具体示例性实施例相反，该具体示例性实施例的第一导体带3和第一接地表面5均彼此并排设置在柔性印刷电路板14的相同的外表面8上。
在该情形中，该具体示例性实施例具有以蜿蜒形状设置的第一导体带3。在该情形中，第一导体带3的蜿蜒设置用于延伸测量信号在第一导体带3中必须行进的路径。也可以想到满足该目的的其他设置。
在具体的第二示例性实施例中，第一导体带3或第一接地表面5在每种情形中仅占据外表面8的一半的一部分，而第一导体带3和/或第一接地表面5在每种情形中覆盖外表面8的整个半部的实施例变形例同样是可想到的并且由本发明的构思所包括。
图4示出了根据截面线A-A的图3的感测元件1的截面图。在该情形中，能够看到属于第一微带导体2并设置在一个外表面8上的部件，即，第一导体带3和第一接地表面5。第二导体带11设置在柔性印刷电路板14的与所述第一外表面8相对定位的第二外表面9上，并且在此平行于第一接地表面5延伸。在该情形中，第一接地表面5通过柔性印刷电路板14的一部分与第二导体带11隔开并且此处可见在竖直方向上覆盖所述第二导体带11。
图5示出了处于局部弯曲状态的根据本发明的感测元件1的第一具体示例性实施例。在该情形中，第一印刷电路板4和第二印刷电路板12的每一个形成双层柔性印刷电路板中的一层（该印刷电路板4、12在此处所示的示例性实施例中被设计为柔性的），其中，两个层通过同样被设计为柔性的第一接地表面5至少部分地彼此隔开。
在第一接地表面5的区域中，第一导体带3和第二导体带11设置在平行于第一接地表面5延伸的柔性印刷电路板的两个外表面上。因此，该具体示例性实施例的感测元件包括第一微带导体2和第二微带导体10，其中，第一微带导体2和第二微带导体11的相应接地表面由一个相同的接地表面（即，第一接地表面5）形成。
图6示出了根据本发明的感测元件的第二具体示例性实施例，但是并未处于如图3和图4示意性所示的柔性印刷电路板14的平直状态，而是处于U型弯曲状态。在该情形中，感测元件1具有第一微带导体2和第二微带导体10，第一微带导体2包括第一导体带3和第一接地表面5，第二微带导体10包括第二导体带11、第一接地表面5以及位于这两个部件之间的柔性印刷电路板14的部分。
最终，图7示出了处于操作状态的第二示例性实施例（图6）的感测元件1。在该情形中，感测元件1被施加以便周向地围绕柱形或管型容器7。在该具体情形中，所讨论的容器7是悬浮物6从其流过的管道。
此外，所施加的感测元件1的三个正投影被示出。
根据第二具体示例性实施例的本发明的功能
下面将参照图7描述根据第二具体示例性实施例的本发明的功能。
根据第二具体示例性实施例的根据本发明的感测元件1的实施例变形例具有的优点在于：感测元件1能够以套管状方式周向地施加至容器7，特别是管道，或者能够借由感测元件1的闭合机构而配合至容器7。
在所示示例性实施例的感测元件1的操作状态中，第一微带导体2包括第一导体带3、第一接地表面5以及设置在由容器7和悬浮物6（以下称作容器7-悬浮物6***）构成的这两个部件之间的***，该***形成第一微带导体2的第一介电基底。
根据电动力学的理论，通过第一导体带3传导的电信号（并且根据本发明用作测量信号）导致下述事实：围绕第一导体带3建立的电磁场的一部分在第一导体带3和第一接地表面5之间直接延伸通过容器7-悬浮物6***。然而，所述电磁场的另一部分延伸至其上施加了第一导体带的柔性印刷电路板14中。
由于两个介电体（即，容器7-悬浮物6***以及制造柔性印刷电路板14的介电材料）的不同的介电常数，测量信号的电磁场以不同的相位速度在第一导体带3上方和下方传播，从而导致形成TEM模式（横向电磁模式）。
TEM模式具有的特征在于，它们的激发谱不受任何截止频率限制，这意味着能够在非常宽的频率范围内测量容器7-悬浮物6***。
为了对该第一微带导体2建模，电磁场通过其传播的两个介电体（即，一方面是容器7-悬浮物6***并且另一方面是柔性印刷电路板14的介电材料）现在被视作具有等效介电常数的单一均匀介电材料，在该情形中，所述等效介电常数由两个单独的介电体的介电常数构成。
如果两个介电体之一的结构变化，并且因此其介电常数也变化，则这导致测量信号的电磁场的相位速度变化，并且因此也导致在第一微带导体的给定长度上的测量信号的可测量相位偏移。
这使得能够测量悬浮物的成分的（局部和暂时）变化，例如由细胞生长所导致，并且在进行测量时不必使得传感器经受由悬浮物自身造成的污染。这也使得感测元件特别适用于在工业环境中的工艺监控。也能够同时监控容器7的状态。
在该情形中，能够通过比较馈送至感测元件1中的测量信号的相位与离开感测元件1的测量信号的相位而直接地执行测量自身。在该情形中，一方面，测量信号能够单向地经过在具体示例性实施例中以蜿蜒形式设置的第一导体带3，并且测量信号的发送部分的相位能够与馈送进入的测量信号的相位进行比较。然而，另一方面，也能够使第一导体带的一端短路或者为其提供开路，并且由此（作为离开的测量信号）产生测量信号的强反射信号。该方法具有的优点在于，第一微带导体2的电长度翻倍，这样一来，测量信号的相位偏移翻倍。这意味着能够实现更高的测量精度或者能够减小待测量的介电材料样本的结构的大小。然而，在该情形中的缺点在于，需要宽带定向耦合器以便为测量信号自身并且如果需要的话也为参考信号去耦反射。
用于测量的另外的可能性是差分方法，其中，参考信号被馈送至为此目的设置的第二微带导体10的第二导体带11中。在该情形中，第二导体带11借由第一接地表面5与第一微带导体屏蔽，这导致参考信号的电磁场没有通过待测量的介电材料样本而传导的事实。
这意味着，假设参考信号具有与测量信号相同的频率并且参考信号在其中传导的第二导体带11具有与第一导体带3相同的电长度，则参考信号将总是经历与测量信号不同的相位偏移。使用上述方法，两个所产生的相位偏移与彼此的比较则允许得出关于待测量的介电材料样本的内部成分或结构的结论。在该情形中，测量信号与参考信号的发送部分能够与彼此进行比较，或者能够通过在一端处使两个微带导体2、10短路而比较两种信号的相应的反射部分。
结合图5描述的根据第一具体示例性实施例的感测元件1也根据相同的原理起作用。然而，在该实施例变形例中，感测元件1例如更好地适用于保持在容器（诸如，罐或筒或袋）中的介电材料。由于其上设置了用于测量信号或参考信号的导体带3或11的印刷电路板4或12的柔性，根据本发明的感测元件1能够容易地适于这种容器的各种表面。借由背离相应的导体带3、11配合的粘附装置，该实施例变形例的感测元件例如能够以补丁状方式从外侧配合至容器7。
附图标记列表
1 感测元件
2 第一微带导体
3 第一导体带
4 第一印刷电路板
5 第一接地表面
6 介电材料样本（悬浮物）
7 容器
8 柔性印刷电路板的第一外表面
9 柔性印刷电路板的第二外表面
10 第二微带导体
11 第二导体带
12 第二印刷电路板
13 用于产生并评估测量信号和/或参考信号的装置
14 柔性印刷电路板。

Claims (15)

1.一种用于适用于介电阻抗谱分析的测量***的感测元件（1），其特征在于，至少在所述感测元件（1）的一种操作状态中，所述感测元件（1）包括至少一个第一微带导体（2），所述至少一个第一微带导体（2）由用于测量信号的第一导体带（3）、第一介电基底以及第一接地表面（5）构成，其中，所述第一导体带（3）能够从外侧被施加并且施加在含有待测量的介电材料样本（6）的容器（7）的区域上，所述容器（7）优选地是管道、器皿或袋体。
2.根据权利要求1所述的感测元件（1），其特征在于，所述感测元件（1）被设计为柔性的。
3.根据权利要求1所述的感测元件（1），其特征在于，所述感测元件（1）被设计为刚性的，并且至少部分地弯曲。
4.根据权利要求1至3的任一项所述的感测元件（1），其特征在于，所述第一介电基底由第一印刷电路板（4）形成，其中，所述第一印刷电路板（4）具有至少一个第一外表面（8）以及平行于所述第一外表面（8）设置的第二外表面（9），以及其中，所述第一导体带（3）设置在所述第一外表面（8）上并且所述第一接地表面（5）设置在所述第二外表面（9）上。
5.根据权利要求1至4的任一项所述的感测元件（1），其特征在于，所述感测元件（1）包括第二微带导体（10），所述第二微带导体（10）由用于参考信号的第二导体带（11）、第二介电基底以及接地表面构成。
6.根据权利要求5所述的感测元件（1），其特征在于，所述第二微带导体（10）的接地表面由所述第一接地表面（5）形成。
7.根据权利要求6所述的感测元件（1），其特征在于，所述第二介电基底由第二印刷电路板（12）形成。
8.根据权利要求7所述的感测元件（1），其特征在于，所述第一印刷电路板（4）和所述第二印刷电路板（12）的每一个形成双层印刷电路板中的一层，其中，所述双层印刷电路板的两个层通过所述第一接地表面（5）彼此隔开。
9.根据权利要求1所述的感测元件（1），其特征在于，所述第一导体带（3）和所述第一接地表面（5）彼此并排设置在柔性印刷电路板（14）的相同的外表面（8）上，并且其特征在于，所述第一介电基底在所述感测元件（1）的操作状态中由所述容器（7）与其中含有的待测量的所述介电材料样本（6）一起形成。
10.根据权利要求9所述的感测元件（1），其特征在于，第二导体带（11）设置在所述柔性印刷电路板（14）的相同部分的外表面（9）上，所述外表面（9）平行于所述第一接地表面（5）延伸并且与所述第一接地表面（5）相对，其中，所述第二导体带（11）覆盖所述第一接地表面（5）。
11.根据权利要求10所述的感测元件（1），其特征在于，所述第二导体带（11）、所述第一接地表面（5）以及设置在所述第二导体带（11）和所述第一接地表面（5）之间的所述柔性电路板（14）的部分形成第二微带导体（10）。
12.根据前述权利要求的任一项所述的感测元件（1），其特征在于，所述第一导体带（3）和/或所述第二导体带（11）以蜿蜒形状形成。
13.一种用于介电阻抗谱分析的测量***，所述测量***包括根据前述权利要求的任一项所述的感测元件（1），以及用于产生并评估用于所述感测元件（1）的测量信号、或者测量信号与参考信号的装置（13）。
14.一种用于借由根据权利要求13所述的测量***确定容器（7）中含有的介电材料样本（6）、优选地为介电悬浮物的阻抗的方法，其特征在于，所述方法包括以下方法步骤：
- 通过从外侧并且在一区域上将为了测量信号而设置的第一导体带（3）施加至所述容器（7），从而在所述感测元件（1）和所述容器（7）之间建立接触；
- 提供进入所述感测元件（1）的具有给定频率的测量信号；
- 测量离开所述感测元件（1）的测量信号；
- 确定在进入的测量信号和离开的测量信号之间的相位偏移；
- 通过在进入的测量信号和离开的测量信号之间相位偏移来确定保持在所述容器（7）中的所述介电材料样本（6）的阻抗。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，除了进入的测量信号之外，具有相同频率的进入的参考信号也被馈送至为了所述参考信号而设置的感测元件（1）的第二导体带（11）中，并且随后确定离开的测量信号相对于进入的测量信号展现出的相位偏移以及离开的参考信号相对于进入的参考信号展现出的相位偏移之间的差异。
CN201680058197.1A 2015-10-06 2016-10-05 用于适用于介电阻抗谱分析的测量***的感测元件 Pending CN108139341A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ATA50850/2015A AT517604B1 (de) 2015-10-06 2015-10-06 Messfühler
ATA50850/2015 2015-10-06
PCT/EP2016/073723 WO2017060263A1 (de) 2015-10-06 2016-10-05 Messfühler für ein zur dielektrischen impedanzspektroskopie geeignetes messsystem

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108139341A true CN108139341A (zh) 2018-06-08

Family

ID=57068124

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201680058197.1A Pending CN108139341A (zh) 2015-10-06 2016-10-05 用于适用于介电阻抗谱分析的测量***的感测元件

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20180284045A1 (zh)
EP (1) EP3359956A1 (zh)
JP (1) JP2018531386A (zh)
CN (1) CN108139341A (zh)
AT (1) AT517604B1 (zh)
WO (1) WO2017060263A1 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109900747A (zh) * 2019-03-04 2019-06-18 西安苏普瑞斯检测科技有限公司 一种适用于液体介电常数探测的电容阵列采样装置
CN114325167A (zh) * 2021-11-30 2022-04-12 中国电子产品可靠性与环境试验研究所（（工业和信息化部电子第五研究所）（中国赛宝实验室）） 微带装置、测量***、确定方法、装置和存储介质

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI642232B (zh) * 2016-11-11 2018-11-21 宏碁股份有限公司 行動裝置
US20200124558A1 (en) * 2018-04-25 2020-04-23 Spectrohm, Inc. Methods for determining regional impedance characteristics of inhomogenous specimens using guided electromagnetic fields
CN113660898B (zh) * 2019-01-04 2022-07-01 J·W·霍奇斯 微带波导结构、介电光谱***和介电光谱传感器
DE202019102278U1 (de) 2019-04-23 2019-04-30 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Anordnung zur Messung elektrischer und dielektrischer Eigenschaften eines Materials
JP7147983B2 (ja) 2019-06-26 2022-10-05 株式会社村田製作所 フレキシブル基板、およびフレキシブル基板を備えるアンテナモジュール

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04258752A (ja) * 1990-09-26 1992-09-14 E I Du Pont De Nemours & Co 複素誘電率測定センサー及び流体材料の特性の測定方法
JP2001013087A (ja) * 1999-06-29 2001-01-19 Kawasaki Kiko Co Ltd 特性測定センサ、特性測定方法及びその装置
CN1292087A (zh) * 1998-02-02 2001-04-18 西格雷特生物科学有限公司 检测分子结合作用的方法和仪器
WO2004059292A2 (en) * 2002-12-23 2004-07-15 University Of Victoria Innovation And Development Corporation Probes for measurements of complex dielectric permittivity of porous and other materials and methods of use thereof
US20040147819A1 (en) * 2001-03-06 2004-07-29 Andreas Caduff Impedance spectroscopy based systems and methods
CN101592581A (zh) * 2008-05-29 2009-12-02 索尼株式会社 物性测量设备和物性测量方法
CN101672874A (zh) * 2009-09-23 2010-03-17 深圳市博敏电子有限公司 微带传输线阻抗参数测试方法
US20100112614A1 (en) * 2008-11-06 2010-05-06 Physical Logic Ag Coupled Antenna Impedance Spectroscopy
CN102575998A (zh) * 2009-09-22 2012-07-11 Adem有限公司 用于测量固体和液体对象构成的阻抗传感***及方法
DE102011077202A1 (de) * 2011-06-08 2012-12-13 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren und Anordnung zur Bestimmung einer Zusammensetzung eines Mehrphasengemischs
CN103477505A (zh) * 2011-01-05 2013-12-25 汤姆逊许可公司 包括通过具有受控阻抗的柔性电路互连的pcb的电子设备
US20140197851A1 (en) * 2013-01-11 2014-07-17 Nokia Corporation Apparatus and associated methods

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0288135B1 (en) * 1987-03-09 1992-01-15 United Kingdom Atomic Energy Authority Microwave probe
JP2005121428A (ja) * 2003-10-15 2005-05-12 Alps Electric Co Ltd 液体濃度センサ
JP5265199B2 (ja) * 2004-12-27 2013-08-14 ベクトン・ディキンソン・アンド・カンパニー 微生物の増殖を検出するための検出方法および装置
CA2655176C (en) * 2006-06-30 2012-05-22 The Procter & Gamble Company Device for measuring moisture in substrate and health of hair
JP5421566B2 (ja) * 2008-09-30 2014-02-19 カワサキ機工株式会社 低含水率茶葉の含水率測定方法及びその装置並びにこれらを用いた製茶加工工程の制御方法
EP2561339B1 (en) * 2010-04-19 2016-09-28 Tecom AS C/o Christian Michelsen Research AS Inline measuring apparatus and method
DE102013204586A1 (de) * 2013-03-15 2014-09-18 Siemens Aktiengesellschaft Sensor und Verfahren zur Ermittlung einer dielektrischen Eigenschaft eines Mediums
US9683954B2 (en) * 2014-01-27 2017-06-20 Sreeram Dhurjaty System and method for non-contact assessment of changes in critical material properties

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04258752A (ja) * 1990-09-26 1992-09-14 E I Du Pont De Nemours & Co 複素誘電率測定センサー及び流体材料の特性の測定方法
CN1292087A (zh) * 1998-02-02 2001-04-18 西格雷特生物科学有限公司 检测分子结合作用的方法和仪器
JP2001013087A (ja) * 1999-06-29 2001-01-19 Kawasaki Kiko Co Ltd 特性測定センサ、特性測定方法及びその装置
US20040147819A1 (en) * 2001-03-06 2004-07-29 Andreas Caduff Impedance spectroscopy based systems and methods
WO2004059292A2 (en) * 2002-12-23 2004-07-15 University Of Victoria Innovation And Development Corporation Probes for measurements of complex dielectric permittivity of porous and other materials and methods of use thereof
CN101592581A (zh) * 2008-05-29 2009-12-02 索尼株式会社 物性测量设备和物性测量方法
US20100112614A1 (en) * 2008-11-06 2010-05-06 Physical Logic Ag Coupled Antenna Impedance Spectroscopy
CN102575998A (zh) * 2009-09-22 2012-07-11 Adem有限公司 用于测量固体和液体对象构成的阻抗传感***及方法
CN101672874A (zh) * 2009-09-23 2010-03-17 深圳市博敏电子有限公司 微带传输线阻抗参数测试方法
CN103477505A (zh) * 2011-01-05 2013-12-25 汤姆逊许可公司 包括通过具有受控阻抗的柔性电路互连的pcb的电子设备
DE102011077202A1 (de) * 2011-06-08 2012-12-13 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren und Anordnung zur Bestimmung einer Zusammensetzung eines Mehrphasengemischs
US20140197851A1 (en) * 2013-01-11 2014-07-17 Nokia Corporation Apparatus and associated methods

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109900747A (zh) * 2019-03-04 2019-06-18 西安苏普瑞斯检测科技有限公司 一种适用于液体介电常数探测的电容阵列采样装置
CN114325167A (zh) * 2021-11-30 2022-04-12 中国电子产品可靠性与环境试验研究所（（工业和信息化部电子第五研究所）（中国赛宝实验室）） 微带装置、测量***、确定方法、装置和存储介质

Also Published As

Publication number Publication date
AT517604A4 (de) 2017-03-15
AT517604B1 (de) 2017-03-15
EP3359956A1 (de) 2018-08-15
JP2018531386A (ja) 2018-10-25
WO2017060263A1 (de) 2017-04-13
US20180284045A1 (en) 2018-10-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108139341A (zh) 用于适用于介电阻抗谱分析的测量***的感测元件
EP3198263B1 (en) A biosensor with integrated antenna and measurement method for biosensing applications
US9395172B2 (en) Device for measuring coating thickness
CN103674172B (zh) 确定储罐中产品的填充料位的导波雷达料位计***和方法
JP6305444B2 (ja) 媒体の誘電特性を求めるためのセンサおよび方法
JP2018531386A6 (ja) 誘電インピーダンス分光法に適した測定システムに用いられるセンサ
US11079339B2 (en) Biosensor with integrated antenna and measurement method for biosensing applications
US20090229359A1 (en) Apparatus for Ascertaining and Monitoring Fill Level of a Medium in a Container
Reinecke et al. Design and evaluation of split-ring resonators for aptamer-based biosensors
EP0962761A2 (en) Oil/water measurement
CN107884033B (zh) 雷达料位计***以及确定储罐内的产品的填充料位的方法
EP3218700B1 (en) Multi-phase fluid fraction measurement
Sorocki et al. Direct broadband dielectric spectroscopy of liquid chemicals using microwave-fluidic two-wire transmission line sensor
JP5804065B2 (ja) シート状基材の塗工層の水分量及び／又は塗工量の測定装置
Bagci et al. Dual-band measurement of complex permittivity in a microwave waveguide with a flexible, thin and sensitive metamaterial-based sensor
CN108279332B (zh) 基于微流通道的流体介电常数微波测量装置
JP2008541119A (ja) 含水量を計測するための方法および計測器
JP2006133088A (ja) 土壌中の水分分布測定方法及び水分分布測定システム
US11408835B2 (en) Microwave soil moisture sensor based on phase shift method and independent of electrical conductivity of the soil
KR101616114B1 (ko) 원 포트 탐침을 이용한 투자율 및 유전율 측정 장치 및 방법
RU2193184C2 (ru) Свч-способ определения диэлектрической проницаемости и толщины диэлектрических покрытий на металле
FR2693797A1 (fr) Système de contrôle de canalisations, notamment de canalisations en acier nu ou enrobé.
FI69372B (fi) Maetmetod och apparat foer maetning av fasta kornaktiga aemnens massfloede och fuktighet eller naogon annan egenskap
JP6988724B2 (ja) 挟み込みセンサおよび検出装置
RU2134425C1 (ru) Датчик для измерения диэлектрических характеристик жидкостей

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20180608