DE4327375A1 - Method for selective acquisition of magnetic and dielectric susceptibility profiles - Google Patents
Method for selective acquisition of magnetic and dielectric susceptibility profilesInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft mögliche Verfahren und deren Komponenten zur selektiven Erfassung und Erkennung magnetischer sowie dielektrischer Suszeptibilitätsprofile, vorzugsweise für Schnellanalysetechniken von flüssigen und gasförmigen, sowohl optisch transparenten als auch nichttransparenten Prüf- und Testobjekten.The invention relates to possible methods and their components for selective detection and detection of magnetic as well dielectric susceptibility profiles, preferably for Rapid analysis techniques of liquid and gaseous, both optically transparent as well as non-transparent test and Test objects.
Das Ziel der Erfindung besteht darin, Sensorsysteme für die Schnellanalyse von Flüssigkeiten und Gasen zu entwickeln, wobei vordergründig die Umweltlaboranalytik unterstützt und durch die Möglichkeit der on-line-, in-situ-Messung ergänzt werden soll.The aim of the invention is to provide sensor systems for the Develop rapid analysis of liquids and gases, being ostensibly supports environmental laboratory analysis and is supported by Possibility of on-line, in-situ measurement should be added.
Derzeit bekannte Verfahren zur Bestimmung dielektrischer und magnetischer Stoffparameter beruhen auf der schmalbandigen Bewertung der Hohlraumresonanz probengekoppelter Hohlraumresonatoren des Mikro- und Millimeterwellenbereiches. Aufgrund der hierbei nur eingeschränkt erreichbaren Resonanzgüten sowie des festgelegten spektralen Fensters sind sowohl das erzielbare spektrale Auflösungsvermögen begrenzt als auch eine spektral breitbandige Abbildung der systembestimmenden Parameter nicht möglich. Eine Grundlage für hochauflösende Verfahren ist damit nicht gegeben.Currently known methods for the determination of dielectric and magnetic material parameters are based on the narrow band Evaluation of the cavity resonance of sample-coupled Cavity resonators of the micro and millimeter wave range. Because of the resonance qualities that can only be achieved to a limited extent as well as the specified spectral window are both that achievable spectral resolution is limited as well spectral broadband image of the system-defining parameters not possible. A basis for high-resolution procedures is not given with it.
Weitere bekannte Verfahren basieren auf der Bewertung des Reflexionsspektrums quasi-koaxialer Wellenleitersonden, deren Partialwellenüberlagerung über das dielektrische Probenmedium festgelegt wird. Aufgrund der hier vorliegenden Abhängigkeit des spektralen Empfindlichkeitsbereiches des Überlagerungszustandes hin- und rücklaufender Wellen von der Sondengeometrie ist eine Möglichkeit zur breitbandigen Abbildbarkeit der Torparameter nur begrenzt gegeben.Other known methods are based on the evaluation of the Reflection spectrum of quasi-coaxial waveguide probes, their Partial wave superimposition over the dielectric sample medium is set. Due to the dependency of the spectral sensitivity range of the superposition state back and forth waves from the probe geometry is one Possibility of broadband imaging of the gate parameters only given limited.
Schließlich existieren eine Anzahl massenspektrometrischer Verfahren, die sich durch eine hohe Selektivität bei hoher Empfindlichkeit auszeichnen. Diese Verfahren benötigen eine vorausgehende Probenaufbereitung und sind für den on-line-Einsatz sowie in-situ-Messungen nicht geeignet.Finally, there are a number of mass spectrometers Processes characterized by high selectivity at high Mark sensitivity. These procedures require one preceding sample preparation and are for on-line use and in-situ measurements are not suitable.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Sensorsysteme zur selektiven Erfassung und Erkennung magnetischer sowie dielektrischer Suszeptibilitätsprofile vorzugsweise für die Schnellanalysetechnik flüssiger und gasförmiger, sowohl optisch transparenter als auch nichttransparenter Prüf- bzw. Testobjekte zu entwickeln.The invention is based, sensor systems for selective detection and detection of magnetic as well dielectric susceptibility profiles preferably for the Rapid analysis technology of liquid and gaseous, both optically transparent as well as non-transparent test objects to develop.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Zielparameter über das Amplitudenspektrum der Systemparameter eines objektgekoppelten elektromagnetischen Reflexions- oder Transmissionssystems abgebildet werden.According to the invention the object is achieved in that the Target parameters over the amplitude spectrum of the system parameters of an object-linked electromagnetic reflection or Transmission system are mapped.
Hierbei kann das Sensorobjekt selbst Quelle der elektromagnetischen Strahlung sein, die damit ihrerseits zum Informationsträger wird und somit das Objektsignal verkörpert. Unter dieser Voraussetzung besteht die Aufgabe darin, eine angepaßte Detektion des vom Sensorobjekt emittierten Eigenstrahlungsfeldes zu realisieren.Here, the sensor object itself can be the source of the electromagnetic radiation, which in turn leads to Information carrier is and thus embodies the object signal. Under this condition, the task is to create a adapted detection of the emitted by the sensor object Realize own radiation field.
Andererseits kann eine Wechselwirkung zwischen Objekt und elektromagnetischer Strahlung dergestalt vorliegen, daß die Strahlung die Folge einer Sensorquelle selbst oder aber von Quellen in einer definierten oder definierbaren Umgebung des Objektes ist. In dieser Form besteht die Aufgabe darin, das Übertragungsverhalten des sensorgekoppelten Systems auszuwerten.On the other hand, an interaction between object and electromagnetic radiation are such that the Radiation as a result of a sensor source itself or from Sources in a defined or definable environment of the Object. In this form, the task is to: Evaluate the transmission behavior of the sensor-coupled system.
Während im erstgenannten Fall die Emission der Eigenstrahlung als auswertbare Observable benutzt werden kann, bildet im zweitgenannten Fall die Objektkopplung die für eine Auswertung des amplitudenspektralen Transmissions- bzw. Reflexionsverhaltens notwendige Voraussetzung für ein Erkennungsverfahren.While in the former case the emission of the natural radiation as evaluable observable can be used forms in second-mentioned case, the object coupling which is used for an evaluation of amplitude spectral transmission or reflection behavior necessary prerequisite for a recognition process.
Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf der Kopplung eines auf einem Träger aus Gallium-Gadolinium-Granat mittels Flüssigphasenepitaxie synthetisierten flächenhomogenen und einkristallinen Yttrium-Eisen-Granat-Substrats mit einem planaren Anregungsnetzwerk, das die Erzeugung sowohl rechts- als auch linksdrehend zirkularer Strahlungsfelder mit einer parallel zur Flächennormalen des Granatsubstrats verlaufenden Strahlungsachse ermöglicht.The method according to the invention is based on the coupling of one a carrier made of gallium-gadolinium garnet Liquid phase epitaxy synthesized homogeneous and single crystal yttrium iron garnet substrate with a planar Excitation network that generating both right and counterclockwise circular radiation fields with a parallel to the Radial axis normal to the surface of the garnet substrate enables.
Die Reaktion des probenabhängigen Strahlungsraumes wird bezüglich der amplituden-(E-/H-)spektralen sowie der phasenspektralen Parameter über die den Systemtoren des gyrotrop gekoppelten Systems zuzuordnenden Streuparameter bewertet, wobei mit E der komplexe elektrische Feldvektor und mit H der magnetische Feldvektor benannt sind.The reaction of the sample-dependent radiation space is evaluated with regard to the amplitude ( E - / H -) spectral as well as the phase spectral parameters via the scattering parameters to be assigned to the system gates of the gyrotropically coupled system, with E being the complex electric field vector and H the magnetic field vector.
Aufgrund der Bewertung der zirkular polarisierten Partialfelder erfolgt die Analyse des Polarisationszustandes sowohl hinsichtlich der Hauptachsenrichtungen als auch der Phasenwerte des resultierenden elliptisch polarisierten Feldes, das die Eigenschaft einer definierten Korrelation zwischen Probenparameter und Polarisationszustand besitzt, über die Streuparameter sowohl für den Fall eines Transmissions- als auch eines Reflexionssystems. Based on the evaluation of the circularly polarized partial fields the polarization state is analyzed both with regard to the main axis directions as well as the phase values of the resulting elliptically polarized field, which the Property of a defined correlation between sample parameters and polarization state, via the scattering parameters both in the case of a transmission as well as one Reflection system.
Die Amplituden- und Phasenspektren der Anregungsgrößen werden hierbei in zeitlich definierter bzw. in zeitlich definiert koppelbarer Folge sowohl spektralkontinuierlich als auch fallabhängig spektraldiskret generiert.The amplitude and phase spectra of the excitation quantities are here in a time-defined or in time-defined connectable sequence both spectrally continuous and generated on a case-by-case basis.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe im weiteren durch die Überlagerung der spektralen Abbildung der probenabhängigen B-H- Charakteristik mit der spektralen Abbildung der als Sekundärdiskontinuität wirkenden Probenimpedanz eines, mittels dieser sowie dem Anregungsraum gebildeten Vormagnetisierungskreises gelöst, wobei B die magnetische Induktion und H die magnetische Feldstärke des Vormagnetisierungsfeldes darstellen.According to the invention the task is further characterized by the Superposition of the spectral image of the sample-dependent B-H Characteristic with the spectral mapping of the as Secondary discontinuity acting sample impedance, by means of this and the excitation space formed by the excitation circuit solved, where B is the magnetic induction and H represent the magnetic field strength of the bias field.
Das erfindungsgemäße Verfahren beruht darüber hinaus auf der Abbildung der spektralen Abhängigkeit der Feldsignatur des gyrotrop und probengekoppelten Systems unter der Voraussetzung der Konfigurierung des Probenraumes/-volumens als elektromagnetisch definierte Strukturkomponente eines geschlossenen oder offenen, sowohl symmetrischen als auch unsymmetrischen Transmissions- oder Reflexionssystems.The method according to the invention is also based on the Illustration of the spectral dependence of the field signature of the gyrotropic and sample coupled system provided the Configuration of the sample space / volume as electromagnetic defined structural component of a closed or open, both symmetrical and asymmetrical transmission or Reflection system.
Parallel zur ferromagnetischen Lösung sind die ferroelektrischen Äquivalente ebenso auf die Verfahrenskomponenten übertragbar.The ferroelectric solution is parallel to the ferromagnetic solution Equivalents can also be transferred to the process components.
Das erfindungsgemäße Verfahren soll an einem Beispiel kurz erläutert werden.The method according to the invention will be briefly based on an example are explained.
Mittels eines diskontinuierlichen magnetischen Kreises, dessen Magnetfluß sowohl durch die Erregerkomponente als auch über zwei örtlich versetzte Diskontinuitäten festgelegt ist, wird ein statisches Vormagnetisierungsfeld zur Erzeugung der magnetostatischen Resonanz eines gyrotropen Festkörperresonators synthetisiert, wobei die flußbestimmenden Diskontinuitäten die Funktionen eines Resonatorraumes bzw. des Probenraumes erfüllen.By means of a discontinuous magnetic circuit, the Magnetic flux both through the excitation component and over two fixed discontinuities is set static bias field to generate the magnetostatic Resonance of a gyrotropic solid-state resonator synthesized, the flow-determining discontinuities the Perform the functions of a resonator room or a sample room.
Die wechselfrequente Ausgangskomponente des bis zur Kittelschen Resonanz vormagnetisierten gyrotropen Festkörperresonators (Yttrium-Eisen-Granat-Einkristall) wird von einem Oszillator mit steuerbarem Ausgangsamplitudenspektrum erzeugt und über ein Triplate-System in den Resonatorraum eingekoppelt.The alternating frequency output component of the up to Kittel's Resonance of pre-magnetized gyrotropic solid-state resonators (Yttrium-iron-garnet single crystal) is used by an oscillator controllable output amplitude spectrum generated and over a Triplate system coupled into the cavity.
Der Probenraum im Magnetkreis wird als elektromagnetisches Zweitor auf der Basis eines Feldkopplungsraumes konzipiert, dessen Kopplungskomponente durch ein hochfrequentes Strahlungsfeld definiert steuerbarer spektraler Charakteristik und Amplitude gebildet wird. Dieser Probenraum übernimmt hierbei die Aufgabe der Abbildung der Probenparameter in Form der zugeordneten Suszeptibilitätsprofile auf die Streuparameter des elektromagnetischen Zweitors sowie auf die B-H-Charakteristik des Resonatorraumes.The sample space in the magnetic circuit is called an electromagnetic two-port designed on the basis of a field coupling space, the Coupling component through a high-frequency radiation field defines controllable spectral characteristics and amplitude is formed. This sample room takes on the task of Mapping of the sample parameters in the form of the assigned Susceptibility profiles on the scattering parameters of the electromagnetic Two-port as well as on the B-H characteristics of the Resonator room.
Die Amplitudenspektren sowohl des Kopplungsfeldes als auch des Anregungsfeldes werden synchron steuerbar erzeugt und führen zur Überlagerung des Streuparameterspektrums sowie des magnetostatischen Präzessionstypenspektrums.The amplitude spectra of both the coupling field and the Excitation field are generated synchronously controllable and lead to Superposition of the scattering parameter spectrum and the magnetostatic precession type spectrum.
Claims (4)
- - ein auf einem Gallium-Gadolinium-Granat-Träger mittels Flüssigphasenepitaxie synthetisiertes flächenhomogenes und monokristallines Yttrium-Eisen-Granat-Substrat mit einem planaren Anregungsnetzwerk gekoppelt wird;
- - das Anregungsnetzwerk die Erzeugung zirkular polarisierter Strahlungsfelder sowohl rechtszirkularer als auch linkszirkularer Drehrichtung mit einer parallel zur Flächennormalen des Granatsubstrates verlaufenden Strahlungsachse ermöglicht;
- - die Reaktion des probenabhängigen Strahlungsraumes bezüglich der amplituden-(E-/H-)spektralen, mit E als komplexer elektrischer Feldvektor und H als komplexer magnetischer Feldvektor, sowie der phasenspektralen Parameter auf die dem Eingangstor zugeordneten Streuparameter bewertet wird;
- - die Reaktion des probenabhängigen Strahlungsraumes bezüglich der Polarisationsparameter auf die dem Eingangstor zugeordneten Streuparameter bewertet wird;
- - die Reaktion des probenabhängigen Strahlungsraumes bezüglich des Amplituden-, Phasen- und Polarisationsspektrums auf die Streuparameter eines Transmissionssystems der Eigenschaft eines suszeptibilitätsbestimmenden Übertragungskanals bewertet wird;
- - das Anregungs- bzw. Kopplungsnetzwerk für den Fall der Bewertung des elektromagnetischen Feldechos bzw. der Echosignatur die reflektometrische Erfassung der amplituden- und phasenspektralen Streuparameterabhängigkeiten des gyrotrop gekoppelten elektromagnetischen Systems gestattet;
- - die Amplituden- und Phasenspektren der nach zeitlich definierbaren bzw. zeitlich definiert koppelbaren Algorithmen erregten Strahlungsgrößen sowohl spektralkontinuierlich als auch spektraldiskret synthetisiert werden;
- - die Amplituden- und Phasenspektren der nach zeitlich definierbaren bzw. zeitlich definiert erfaßbaren Torparameter sowohl spektralkontinuierlich als auch spektraldiskret variierbar abgebildet werden;
- - die stoffabhängigen Suszeptibilitätsprofile über die Strahlungsfeldsignatur des gyrotrop gekoppelten ein- bzw. zweitorigen Systems auf das Streuparameterspektrum abgebildet werden.
- a surface-homogeneous and monocrystalline yttrium-iron-garnet substrate synthesized on a gallium-gadolinium-garnet carrier by means of liquid phase epitaxy is coupled to a planar excitation network;
- - The excitation network enables the generation of circularly polarized radiation fields of both right-hand circular and left-circular rotation with a radiation axis running parallel to the surface normal of the garnet substrate;
- - The reaction of the sample-dependent radiation space with respect to the amplitude ( E - / H -) spectral, with E as a complex electrical field vector and H as a complex magnetic field vector, and the phase spectral parameters to the scattering parameters assigned to the entrance gate is evaluated;
- - The reaction of the sample-dependent radiation space with respect to the polarization parameters to the scattering parameters assigned to the entrance gate is evaluated;
- - The response of the sample-dependent radiation space with respect to the amplitude, phase and polarization spectrum to the scattering parameters of a transmission system with the property of a susceptibility-determining transmission channel is evaluated;
- - The excitation or coupling network for the case of the evaluation of the electromagnetic field echo or the echo signature allows the reflectometric detection of the amplitude and phase spectral scattering parameter dependencies of the gyrotropically coupled electromagnetic system;
- - The amplitude and phase spectra of the radiation quantities excited according to time-definable or time-definable algorithms that can be coupled are synthesized both spectrally continuously and spectrally discrete;
- - The amplitude and phase spectra of the gate parameters can be mapped in a spectrally continuous and spectrally discrete manner according to time-definable or time-definable parameters;
- - The substance-dependent susceptibility profiles are mapped to the scattering parameter spectrum via the radiation field signature of the gyrotropically coupled one- or two-port system.
- - die ferromagnetische Resonanz eines Yttrium-Eisen-Granat- Einkristalls mittels eines Vormagnetisierungssystems erzeugt wird, dessen induzierter Magnetfluß sowohl durch eine Magnetkreisdiskontinuität infolge des Anregungsraumes als auch durch eine Magnetkreisdiskontinuität infolge eines Probenraumes bestimmt wird;
- - die Abbildung des magnetischen Suszeptibilitätsprofils des Probenraumes über die ferromagnetische Resonanz bzw. das Amplitudenspektrum des gyrotrop gekoppelten Transmissionssystems erfolgt;
- - das magnetische Suszeptibilitätsprofil spektral breitbandig über die kontinuierliche und zeitlich definierte Steuerung sowohl der statischen als auch wechselfrequenten Anregungsgrößen abgebildet wird;
- - die spektrale Abbildung der probenabhängigen B-H-Charakteristik, mit B als magnetische Flußdichte und H als magnetische Feldstärke, durch die spektrale Abbildung der Probenimpedanz überlagert wird.
- - The ferromagnetic resonance of a yttrium-iron-garnet single crystal is generated by means of a bias system, the induced magnetic flux of which is determined both by a magnetic circuit discontinuity due to the excitation space and by a magnetic circuit discontinuity due to a sample space;
- - The magnetic susceptibility profile of the sample space is mapped via the ferromagnetic resonance or the amplitude spectrum of the gyrotropically coupled transmission system;
- - The magnetic susceptibility profile is mapped spectrally broadband over the continuous and time-defined control of both the static and alternating frequency excitation variables;
- - The spectral mapping of the sample-dependent BH characteristic, with B as the magnetic flux density and H as the magnetic field strength, is superimposed by the spectral mapping of the sample impedance.
- - das Probenvolumen als elektromagnetisch definierte Komponente eines geschlossenen oder offenen Transmissions- oder Reflexionssystems konfiguriert wird;
- - die spektrale Abhängigkeit der Feldsignatur des gyrotrop und probengekoppelten Systems abgebildet wird.
- - The sample volume is configured as an electromagnetically defined component of a closed or open transmission or reflection system;
- - The spectral dependence of the field signature of the gyrotropic and sample-coupled system is mapped.
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