Non-destructive test techniques for measuring material properties using microwave resonators

Abstract

Diplomityössä suunnitellaan, rakennetaan ja testataan mikroaaltoresonaattoriin perustuva materiaalien ominaisuuksien mittausjärjestelmä. Työssä tarkastellaan mittausjärjestelmän nopeutta selvittämällä eri komponenttien vaikutusta koko järjestelmän aikavasteeseen. Lopuksi mittausjärjestelmällä mitataan säädettävän testiresonaattorin resonanssitaajuus ja hyvyysluku. Resonanssitaajuus ja hyvyysluku mitataan myös vektoripiirianalysaattorilla. Mittausjärjestelmän ja vektoripiirianalysaattorin mittaustuloksia verrataan toisiinsa. Myös ehdotuksia mittausjärjestelmän parantamiseksi annetaan työn lopussa.

Käyttämällä säädettävää resonaattoria voidaan erilaisia mittaustilanteita simuloida. Esimerkiksi puuviilun kosteuden aiheuttama resonaattorin permittiivisyyden muuttuminen voidaan simuloida ohjaamalla resonaattorin resonanssitaajuutta ja hyvyyslukua sen mukaisesti.

Käytännössä sähkömagneettinen säteily johdetaan aaltojohtoa pitkin resonaattoriin (esimerkiksi onteloresonaattori), jonka sisällä mitattava kohde on (täytetty resonaattori). Säteily joutuu vuorovaikutukseen mitattavan materiaalin kanssa muuttaen resonaattorin resonanssitaajuutta ja hyvyyslukua verrattaessa tyhjän resonaattorin tapaukseen. Kun resonaattorin läpäisevää tai siitä heijastuvaa tehoa mitataan eri taajuuksilla, voidaan määrittää resonanssikäyrä. Käyrästä voidaan laskea resonanssitaajuus ja hyvyysluku. Käyttämällä tyhjän ja täytetyn resonaattorin resonanssitaajuutta ja hyvyyslukua, voidaan mitattavan materiaalin permittiivisyys tai permeabiliteetti usein määrittää.