专利名称：一种交流磁导率量测装置及其方法
技术领域：
本发明关于一种交流磁导率测量装置及其方法，尤指一种用以量测交流磁导率强度和相位差及/或交流磁导率的实部值与虚部值变化值的交流磁导率测量装置和方法。
背景技术：
当一磁性物质在外加磁场下,物质中的磁偶极(magnetic dipole moment)方向，会因磁作用而倾向沿着外加磁场方向，当外加磁场为交流磁场且交流频率不太高时，例如微波频率下的低频区，其磁偶极的方向会随着交流磁场作来回周期性震荡，此时磁偶极的震荡频率与外加交流磁场频率一样，但在瞬间磁偶极方向并不一定与外加磁场方向相同，因此造成实际的磁场方向与预期磁场方向不符合的情形，此种周期性震荡相位差异即所谓的磁场相位差，而一个磁性物质在交流磁场中的交流磁导率，可以利用该磁性物质的磁导率强度与相位差来加以呈现表示。 已知的磁特性量测装置，例如美国公告专利6，683，452所揭露的一种利用磁通量密度侦测金属内部缺陷或金属形状的装置，该装置包含一磁场产生装置、一磁通量密度测量单元、一磁通量变化测量单元及一显示单元，该显示单元进一步包含具一对时部份(synchronic portion) >一信号放大装置(amplification portion) >一模拟信号转数字信号的信号转换部分(conversion portion)、一显像部分(display portion),经由分析来自磁场产生器与磁通量测量单元的信号，呈现实时磁通量密度变化的结果。但该测量磁通量的装置用于磁通量测量，无法经由该装置测量出交流磁导率与磁场相位差。又如美国公开专利20090102458所揭露的磁导率(magnetic permeability)测量装置，当磁性材料置于磁性环境下时会与该磁场产生交互作用，该装置虽能测量磁性材料产生的磁导率，但该装置并不能测量出磁场相位差、交流磁导率的实部与虚部值。而本发明的装置与美国公开专利20090102458所揭露的磁导率测量装置相比，除可测量待测物质的磁导率强度与相位差外，进一步计算出交流磁导率实部与虚部值，再进一步可测量待测物质的交流磁导率在不同频率下的变化关系。再如美国公告专利7，541，805 一种包括超导量子干涉组件的磁性特征测量系统，当待测样本被置于交流磁场时，超导量子干涉组件会侦测超导拾取线圈产生的磁通量变化，然后输出一个交流信号，该信号包括实部信号及虚部信号，若与参考电压的信号不一致时，该实部与虚部信号会不正确地分离，而得知该测量结果须经相位调整以减少误差，故虽然该测量系统的信号包括实部信号及虚部信号，但仅用于判断是否需要进一步进行相位调整，其目的在于减少其相位差，使测量结果较精确，该已知装置并未能测量磁导率强度与相位差在不同频率下的变化关系，且无法经由该装置得到交流磁导率实部与虚部的数值。再者美国公告专利7，541，805所使用含超导量子干涉组件的磁性特征测量系统，其造价昂贵，而且操作条件严苛，仅适用于精密仪器室，不适合没有精密仪器室的产业界或一般学界的初阶用途。而本发明的装置与美国公告专利7，541，805所揭露的超导量子干涉组件的磁性特征测量系统相比，除可测量待测物质的磁导率强度与相位差外，进一步计算出交流磁导率实部与虚部值，再进一步可测量待测物质的交流磁导率在不同频率下的变化关系。本发明利用一简单结构的交流磁导率线圈组，即可克服如前案美国公告专利6，683，452和美国公开专利20090102458的上述缺点(无法测量待测物质的磁导率强度与相位差、交流磁导率实部与虚部值，待测物质的交流磁导率在不同频率下的变化关系)。此夕卜，本发明亦同时克服如美国公告专利7，541，805等需造价昂贵，而且操作条件严苛，只适用于精密仪器室的缺点。
发明内容
本发明的一目的在于提供一种交流磁导率测量装置，用以进行测量待测物质在交流磁场内的交流磁导率强度或相位差变化。本发明的另一目的在于提供一种含交流磁导率线圈组的交流磁导率测量装置，用以测量待测物质在交流磁场内交流磁导率强度或相位差。 本发明的另一目的在于提供一种交流磁导率测量装置，用以测量一待测物质在提供不同频率的交流磁场内的交流磁导率变化。本发明的另一目的在于提供一种交流磁导率测量装置，用以测量一待测物质在提供不同频率交流磁场内，其交流磁导率的实部与虚部的变化。本发明的另一目的在于提供一种测量待测物质的交流磁导率强度信号与相位信号的交流磁导率测量方法。本发明的又另一目的在于提供一种测量待测物质的交流磁导率的实部与虚部的变化的交流磁导率测量方法。本发明的另一目的在于提供一种测量待测物质在不同频率的交流磁场内的交流磁导率变化的交流磁导率测量方法。为达上述目的，本发明的实现技术如下一种交流磁导率测量装置，其包括一函数产生器，用以产生交流电信号；一交流磁导率线圈组，其至少包括一激发线圈，用以连接该函数产生器，并依该函数产生器的交流电信号变化，产生交流磁场；及一拾取线圈，用以拾取待测物因该激发线圈的交流磁场变化所感应的交流磁导信号;一信号撷取单元，用以撷取该拾取线圈所撷取的交流磁导信号；及一信号处理单元，用以处理来自该信号撷取单元的交流磁导率信号，并计算出交流磁导率强度与相位差，及/或交流磁导率的实部值与虚部值。上沭的函数产牛器,其可为仟意已知的函数产牛器,例如国内固纬电子实业股份有限公司(Good Will Instrument Co. , Ltd)生产的SFG-1000列函数产生器、美国StanfordResearch Systems, Inc.的产品 SRS DS335 等。上述的激发线圈，其可为任意适用的市售线圈，例如荷姆霍兹线圈；或自制的激发线圈如螺线管线圈等，该自制激发线圈时，可采用任意已知的适用材质制造，例如先以塑钢材料加工，外围再经铜线围绕，即成激发线圈。
上述该交流磁导率线圈组的激发线圈和该函数产生器的连接方式可为电气连接，例如激发线圈连接于函数产生器，或函数产生器激发线圈连接于的激发线圈，用以使该激发线圈产生一交流磁场。上述的拾取线圈可为自制的拾取线圈，或任意已知的拾取线圈，以梯度式线圈或法拉第线圈为较佳。上述该拾取线圈相对于该该激发线圈位置，为任意可以顺利产生感应的相对位置，但以拾取线圈位于该该激发线圈中央为较佳，以同轴为更佳。上述该信号撷取单元可为任意已知的信号撷取单元，例如美商国家仪器股份有限公司(National Instruments)的产品 NI PCI-6221 上述该信号处理单元可为软件、韧体、或硬件式的信号处理单元，以软件或韧体为较佳。为强化时域信号和频谱信号的处理能力，以含快速傅立叶转换程序为更佳。 上述的交流磁导率测量装置，可进一步包括一信号放大电路，将拾取线圈的输出信号放大后，再被信号撷取单元撷取，以提升微小信号的撷取灵敏度，最后经信号处理单元将该交流磁导信号转换为频谱信号输出。该信号放大电路可为任意已知的信号放大电路，以可调整放大倍率的信号放大电路为较佳。又，该信号放大电路亦可直接和该信号撷取单元构成一单一的电路。上述交流磁导率测量装置的测量结果，可以储存于内存、储存装置，或直接显示于显示器上，因此该交流磁导率测量装置可进一步包括一显示单元，用以显示量测结果，及/或一储存单元，用以储存测量结果。当然，也可以将测量结果储存于外接的储存装置，或显示于外接的显示装置。上述的交流磁导率测量装置，可进一步包括一耦合于交流磁导率线圈组的分压相抵电路，其中该分压相抵电路连接至该交流磁导线圈组的拾取线圈，用以消除该激发线圈所产生的交流磁场对该拾取线圈输出信号的影响，而该输出信号会再由该信号撷取单元撷取，最后经该信号处理单元将该交流磁导信号转换为频谱信号输出。又，一般电机/电子/物理/材料等相关实验室，大都备有函数产生器，因此，为配合该等情况，本发明的另一交流磁导率测量装置为一可外接函数产生器的交流磁导率测量装置，其包括一交流磁导率线圈组，其至少包括一激发线圈，用以外接一函数产生器，进而依该外接的函数产生器的交流电信号产生交流磁场；及一拾取线圈，用以拾取待测物因该激发线圈的交流磁场变化所感应的交流磁导信号;一信号撷取单元，用以撷取该拾取线圈所撷取的交流磁导信号；及—信号处理单元，用以处理来自该信号撷取单元的交流磁导率信号，并计算出交流磁导率强度与相位差，及/或交流磁导率的实部值与虚部值。上述该激发线圈、拾取线圈、信号撷取单元、信号处理单元均如前述，其连结关系亦如前述。上述外接函数产生器式交流磁导率测量装置亦如前述，以进一步含信号放大电路、及/或分压相抵电路，其功能及连结方式如前述。
本发明同时包括一种交流磁导率的测量方法，该测量方法包括一交流磁导率测量步骤，用以分别测量待测物的交流磁导信号及对照物的交流磁导信号;一第一信号转换步骤，用以将该交流磁导率测量步骤所测得的该待测物交流磁导信号及对照物交流磁导信号，分别转换成待测物的频谱信号及对照物的频谱信号；一第二信号转换步骤，用以将该第一信号转换步骤转换所得的该待测物频谱信号及对照物频谱信号，分别转换成待测物时域信号及对照物时域信号； —减法运算步骤，其对该第二信号转换步骤转换所得的该待测物时域信号及对照物时域信号进行减法运算，以得到该待测物的时域信号差值；一差值转换步骤，其将该待测物的时域信号差值转换成该待测物的频谱信号；及—时域信号差值输出步骤，用以将该时域信号差值输出；其中，该交流磁导率测量步骤、第一信号转换步骤、第二信号转换步骤的执行顺序可为依序执行或交错执行。上述所谓对照物，一般而言指空气，当然亦可依需要，改成特定的对照物，例如特定的气体。上述交流磁导率测量步骤中，测量待测物的交流磁导信号和对照物的交流磁导信号的顺序，没有一定限制。上述第一信号转换步骤中，将该待测物的交流磁导信号转换成频谱信号，和将该对照物的交流磁导信号转换成频谱信号，其顺序没有一定限制。上述第二信号转换步骤中，将该待测物的频谱信号转换成时域信号，和将该对照物的频谱信号转换成时域信号，其顺序没有一定限制。上述所谓该交流磁导率测量步骤、第一信号转换步骤、第二信号转换步骤的执行顺序可为依序执行，指交流磁导率测量步骤执行完后，再执行第一信号转换步骤，执行完第一信号转换步骤后，再执行第二信号转换步骤。上述所谓该交流磁导率测量步骤、第一信号转换步骤、第二信号转换步骤的执行顺序可为交错执行，以交流磁导率测量步骤、第一信号转换步骤交错执行为例，指交流磁导率测量步骤执行一部份时，就执行第一信号转换步骤的一部分，例如测量待测物的交流磁导率后，就将该待测物的交流磁导率转换成频谱信号，而后再测量对照物的交流磁导率，并将该对照物的交流磁导率转换成频谱信号；当然其中待测物和对照物的顺序可以对调，亦即测量对照物的交流磁导率后，就将该对照物的交流磁导率转换成频谱信号，而后再测量待测物的交流磁导率，并将该待测物的交流磁导率转换成频谱信号。同理，可以推知第一信号转换步骤和第二信号转换步骤交错执行的方式为第一信号转换步骤执行一部份时，就执行第二信号转换步骤的一部分，例如将待测物的交流磁导率转换成频谱信号后，就将该待测物的频谱信号转换成时域信号，而后再将对照物的交流磁导率转换成频谱信号，并将该对照物的频谱信号转换成时域信号；当然其中待测物和对照物的顺序可以对调，亦即将对照物的交流磁导率转换成频谱信号后，就将该对照物的频谱信号转换成时域信号，而后再将待测物的交流磁导率转换成频谱信号，并将该待测物的频谱信号转换成时域信号。熟知此项技艺人士均可由本发明方法推知第一信号转换步骤和第二信号转换步骤的执行顺序，亦可为平行执行，例如采用双核心技术，利用其中一核心执行待测物的第一信号转换步骤和第二信号转换步骤，另一核心执行对照物的第一信号转换步骤和第二信号转换步骤。上述所谓交流磁导率测量步骤、第一信号转换步骤、第二信号转换步骤的执行顺序可为依序执行或交错执行，指可完全依序执行、完全交错执行、或部分依序执行部分交错执行，以完全交错执行为较佳。上述所谓完全交错执行指对待测物依序执行交流磁导率测量步骤、第一信号转换步骤、第二信号转换步骤后，再对对照物依序执行交流磁导率测量步骤、第一信号转换步骤、第二信号转换步骤，参见图9及其说明；或对对照物依序执行交流磁导率测量步骤、第一信号转换步骤、第二信号转换步骤后，再对待测物依序执行交流磁导率测量步骤、第一信号转换步骤、第二信号转换步骤，参见图10及其说明。上述所谓部分依序执行部分交错执行方式例如执行交流磁导率测量步骤后，再 交错执行第一信号转换步骤和第二信号转换步骤；交错执行交流磁导率测量步骤和第一信号转换步骤后，再执行第二信号转换步骤。依据本发明的交流磁导率的测量方法，可于依序或交错执行交流磁导率测量步骤、第一信号转换步骤、第二信号转换步骤后，将该待测物的时域信号及对照物的时域信号再进行减法运算，以得到该待测物的时域信号差值；最后再转换成该待测物的频谱信号差值输出。为使本发明的交流磁导率的测量装置及方法与上述其它目的、特征及功效能更明显易懂，兹经由下述具体的实施例，并配合所附的图式，对本发明一详细说明如下。
图I为本发明交流磁导率测量装置一较佳具体实施例示意图。图2为图一所示较佳具体实施例的交流磁导线圈组结构与待测物质相对位置图标。图3为本发明实施方面的另一交流磁导率测量装置架构示意图。图4为依据本发明实施方面的又一交流磁导率测量装置架构示意图。图5为依据本发明实施方面的再一交流磁导率测量装置架构不意图。图6为依据本发明实施方面的拾取线圈与分压相抵电路结合示意图。图7为依据本发明实施方面的一种交流磁导率测量方法流程图。图8为依据本发明实施方面的另一的交流磁导率测量方法流程图。图9为依据本发明实施方面的又一交流磁导率测量方法流程图。图10为依据本发明实施方面的侦测不同浓度磁性流体的交流磁导率强度与相位，随外加磁场频率的变化关系图。图11为依据本发明实施方面的侦测磁性流体磁偶极与外加磁场间的相位差关系图。图12为依据本发明实施方面的侦测磁性流体磁导率实部及虚部随外加磁场频率的变化关系图。主要组件符号说明
100 :待测物质200:函数产生器300 :交流磁导率线圈组300a:拾取线圈300b :激发线圈400 :信号撷取单元500:信号处理单元600 :分压相抵电路
700:放大电路
具体实施例方式依本发明的交流磁导率测量装置的一具体实施例，请参阅图1，为本发明实施方面的交流磁导率的测量装置示意图，经由一内建于该交流磁导率测量装置内的函数产生器(200)，提供一个交流电压至交流磁导率线圈组(300)，使该交流磁导率线圈组(300)中有交流电流导通，进而在该交流磁导率线圈组(300)内产生交流磁场。将欲测量的物质置于该交流磁导率线圈组(300)内之后，该交流磁导率线圈组(300)内的交流磁场会随之改变，而产生一交流磁导率信号。上述来自交流磁导率线圈组(300)的交流磁导率信号会再经过信号撷取单元(400)撷取至信号处理单元(500)，并经由该信号处理单元(500)中的转换系统，如傅立叶转换硬件、傅立叶转换软件或傅立叶转换韧体等进行转换，使该欲测量的物质的交流磁导率信号转换为交流磁导率强度与相位差，且进一步可将该交流磁导率强度信号以交流磁导率实部信号与交流磁导率虚部信号表示交流磁导的实部及虚部值。另外，透过改变函数产生器(200)输出的交流电压频率，可测量物质于不同强度的磁场内的磁导率，进一步建立该欲测量的物质的交流磁导率与外加磁场频率间的关系图，并可将该处理完的信号输出至外部显示装置如个人计算机、液晶屏幕或电视呈现。图2为图I所示较佳具体实施例的交流磁导线圈组结构示意图，图中含一待测物质(100)，首先可将该一待测物质(100)置入于交流磁导率线圈组(300)中，该交流磁导率线圈组(300)中的拾取线圈(300a)为梯度式法拉第线圈，其使用塑钢材料制作管体，再以铜线围绕而成，管体可分为上下两段的围绕方向相反成型，而该拾取线圈(300a)并用以来撷取待测物质(100)交流磁导率信号，而该拾取线圈(300a)外围再包覆一层激发线圈(300b)，该激发线圈(300b)为塑钢材料加工其外围再经铜线围绕而成，该激发线圈(300b)可连接至函数产生器(200)，用以使该激发线圈(300b)产生一交流磁场，该交流磁导率信号穿透拾取线圈(300a)所围成的平面磁通量，会随时间做周期性变化，使得该拾取线圈(300a)随的产生一周期性交流电压，且该交流电压的振幅大小的乘积正比于交流变化频率及交流磁信号大小，故可经由该拾取线圈(300a)所输出的电压而得知待测物质(100)在已知交流频率下所产生的交流磁导率信号。依本发明的交流磁导率测量装置的一具体实施例，请参阅图3，为本发明实施方面的交流磁导率的另一测量装置示意图，经由一外接式电源，如函数产生器(200)等交流电源供应器，提供一交流电压至交流磁导率线圈组(300)，使该交流磁导率线圈组(300)中有交流电流导通，进而在该交流磁导率线圈组(300)内产生交流磁场。将上述该一待测物质(100)置于该交流磁导率线圈组(300)内。上述来自交流磁导率线圈组(300)的交流磁导信号会再经过信号撷取单元(400)撷取至信号处理单元(500)，经由该信号处理单元(500)中的转换系统，如傅立叶转换硬件、傅立叶转换软件或傅立叶转换韧体等进行转换，使该待测物质(100)的交流磁导率信号转换为交流磁导率强度与相位差，且进一步可将该交流磁导率强度信号以交流磁导率实部信号与交流磁导率虚部信号表示交流磁导的实部及虚部值。另外，透过改变函数产生器(200)输出的交流电压频率，可测量该待测物质(100)于不同强度的磁场内的磁导率，进一步建立待测物质(100)交流磁导率与外加磁场频率间的关系图，并可将该处理完的信号输出至外部显示装置如个人计算机、液晶屏幕或电视呈现。接续上述的实施例，如图4所示，为本发明实施方面的交流磁导率的又一测量装置示意图，经由一电源，如函数产生器(200)等交流电源供应器，提供一个交流电压至交流磁导率线圈组(300)，使该交流磁导率线圈组(300)中有交流电流导通，进而在该交流磁导率线圈组(300)内产生交流磁场。将上述该一待测物质(100)置于该交流磁导率线圈组(300)内，因受到交流磁场的作用，该待测物质(100)会被激发产生一交流磁导率信号，可经由交流磁导率线圈组(300)的拾取线圈(300a)所输出的周期性交流电压而得知待测物质(100)在已知交流频率下所产生的交流磁导率信号，如前揭图3的说明，而为消除由激发线圈(300b)所产生的交流磁场对拾取线圈(300a)输出信号的影响，因此本实施方面的拾取线圈(300a)进一步连接至一分压相抵电路￠00)，将拾取线圈(300a)输出的交流电压，通过分压相抵电路(600)后，再经过信号撷取单元(400)撷取至信号处理单元(500)，经由该信号处理单元(500)中的转换系统，如傅立叶转换硬件、傅立叶转换软件或韧体，可将经过信号撷取单元(400)撷取至信号处理单元(500)的瞬时电压信号进行转为频谱信号，再进以数值分析在该交流磁导率线圈组(300)内所产生交流频率下待测物质(100)的交流磁导的实部及虚部大小或交流磁导率强度与相位差的关系，透过改变由函数产生器(200)所输出的不同交流电压频率，可进一步建立待测物质(100)交流磁导率与外加磁场频率间的关系图，并可将该处理完的信号输出至外部显示装置如个人计算机、液晶屏幕或电视呈现。依本发明的交流磁导率的测量装置的另一具体实施例，如图5所示，为本发明一交流磁导率测量装置，经由一电源，如函数产生器(200)等交流电源供应器，提供一个交流电压至交流磁导率线圈组(300)，以使交流磁导率线圈组(300)中有交流电流导通，进而在 交流磁导率线圈组(300)内产生交流磁场。将一待测物质(100)置于此交流磁导率线圈组(300)内，因受到交流磁场的作用，该待测物质(100)会被引发产生交流磁导率的信号。而为消除由激发线圈(300b)所产生的交流磁场对拾取线圈(300a)输出信号的影响，因此如图4实施方面的说明，该拾取线圈(300a)连结至一分压相抵电路(600)，将该拾取线圈(300a)输出的交流电压，通过分压相抵电路(600)后，本实施方面更进一步将经分压相抵电路(600)的输出电压输入至信号放大电路(700)，以增加噪声比，再经过信号撷取单元(400)，将信号撷取至信号转换单元如傅立叶转换硬件、傅立叶转换软件或韧体，使交流磁导信号转为频谱信号，以分析不同交流频率下，待测物质(100)交流磁导的实部与虚部大小或交流磁导率强度与相位差的变化关系，并可将此变化关系，经外加的显示装置呈现，该外部显示装置如个人计算机、液晶屏幕或电视。接续上述的实施例，图6可进一步说明上述实施例中，该交流磁导率测量装置中分压相抵电路(600)与交流磁导率线圈组(300)中的拾取线圈(300a)的联结关系，如图3说明中所示，该拾取线圈(300a)由多段线圈组成，该拾取线圈(300a)为梯度式法拉第线圈，其使用塑钢材料制作管体，再以铜线围绕而成，管体可分为上下两段的围绕方向相反成型，在该梯度式法拉第线圈的上下两段各分别串接至分压相抵电路￠00)的一电阻及一可变电阻，而图中所使用的电阻为5kQ，可变电阻为100Ω，该分压相抵电路(600)可使用不同奥姆值的电阻与串接方式，并不以此实施例为限。当待测物质(100)置于交流磁导率线圈组(300)内，因受到交流磁场的作用，该待测物质(100)会被激发产生交流磁导率的信号，且由拾取线圈(300a)将此交流磁导率信号转换成交流电压信号，该交流电压信号通过分压相抵电路(600)后，撷取各电阻的分压进行相减，用以消除由激发线圈(300b)所产生的交流磁场对拾取线圈(300a)输出信号的影响，最后经由分压相抵电路(600)的A、B两端输出电压。如图7所示，为依据本发明实施方面的一种测量待测物质(100)的交流磁导率的量测方法。首先，在同一时间进行无待测物质(100)时的交流磁导率信号测量步骤(S710)与置入待测物质(100)时的交流磁导率信号测量步骤(S714)，得到无待测物质(100)时的交流磁导率信号及置入待测物质(100)时的交流磁导率信号；再接续进行步骤(S711) 与(S715)，将上述交流磁导率信号经过快速傅立叶转换为频谱信号，并于步骤(S712)与(S716)产生无待测物质(100)时的磁导率强度x。,^、无待测物质(100)时的相位差Φ&、置入待测物质(100)时的磁导率强度X。,_与置入待测物质(100)时的相位差Φπ χ。然后接续进行下一步骤(S713)与(S717)，将无待测物质(100)时的磁导率强度x。,-、无待测物质(100)时的相位差Φ&、置入待测物质(100)时的磁导率强度X。,-与置入待测物质(100)时的相位差Φπ χ转换成时域信号。再接下来将步骤(S713)所得的无待测物质(100)时的时域信号与步骤(S717)所得的置入待测物质(100)后的时域信号进行减法运算，如步骤(S718)，可得到一待测物质(100)的时域信号差值，并进行快速傅立叶转换。最后，进行下一步骤(S719)，产生待测物质(100)的磁导率强度Xt^sample及相位差Φ—，并且依据测量的磁导率的振幅与相对于外加磁场的相位计算出该待测物质(100)的交流磁导率强度信号实部值与交流磁导率虚部信号。如图8所示，为依据本发明实施方面的另一种测量待测物质(100)的交流磁导率的量测方法，首先进行步骤(S810)，测量无待测物质(100)的交流磁导率；接着于步骤(S811)将该无待测物质(100)时的交流磁导率信号经快速傅立叶转换为频谱信号，并于在下一步骤(S812)产生一磁导率强度X。, &及相位差Φ&;之后进行时域频谱转换步骤
(5813)，将该无待测物质(100)时的频谱信号转换成时域信号。待上述无待测物质(100)时的交流磁导率信号测量步骤完成后，接续进行步骤
(5814)，置入待测物质(100)并测量其交流磁导率；接着进行步骤(S815)，将该交流磁导率信号经快速傅立叶转换为频谱信号，并于下一步骤(S816)中产生一磁导率强度X。,-及相位差Φπ χ;之后进行时域频谱转换步骤(S817)，将该置入待测物质(100)后的频谱信号转换成时域信号。再接下来将步骤(S813)所得的无待测物质(100)时的时域信号与步骤(S817)所得的置入待测物质(100)后的时域信号进行减法运算，如步骤(S818)，可得到一待测物质(100)时域信号差值，并进行快速傅立叶转换。最后，再进行下一步骤(S819)，产生待测物质(100)的磁导率强度X。,―及相位差Φ_ρ1ε，且依据测量的磁导率的振幅与相对于外加磁场的相位计算出该待测物质(100)的交流磁导率强度信号实部值与交流磁导率虚部信号。如图9所示，为依据本发明实施方面的另一种测量待测物质(100)的交流磁导率的量测方法，首先量测步骤(S914)，置入待测物质(100)并测量其交流磁导率；接着进行步骤(S915)，将该交流磁导率信号经快速傅立叶转换为频谱信号，并于下一步骤(S916)中产生一磁导率强度X。,-及相位差Φπ χ;之后进行时域频谱转换步骤(S917)，将该置入待测物质(100)后的频谱信号转换成时域信号。待上述置入待测物质(100)时的交流磁导率信号测量步骤完成后，接续将该待测物质(100)移除并进行步骤(S910)，测量交流磁导率；接着于步骤(S911)将该无待测物质(100)时的交流磁导率信号经快速傅立叶转换为频谱信号，并于在下一步骤(S912)产生一磁导率强度X。, &及相位差Φ&;之后进行时域频谱转换步骤(S913)，将该无待测物质 (100)时的频谱信号转换成时域信号。再接下来将步骤(S917)所得的置入待测物质(100)后的时域信号与步骤(S913)所得的无待测物质(100)时的时域信号进行减法运算，如步骤(S918)，可得到一待测物质(100)的域信号差值，并进行快速傅立叶转换。最后，再进行下一步骤(S919)，产生待测物质(100)的磁导率强度X。,―及相位差Φ_ρ1ε，且依据测量的磁导率的振幅与相对于外加磁场的相位计算出该待测物质(100)的交流磁导率强度信号实部值与交流磁导率虚部信号。依据上述本发明的交流磁导率量测装置及量测方法，提供一磁性流体的量测实验例，惟本发明可测量的待测物质(100)的状态与待测物质的种类并不限于此，即固态、液态、气态的磁性与非磁性物质皆可利用本发明的交流磁导率量测装置测量其交流磁导率。本实验量测不同磁性浓度的磁性流体，其磁导率随外加磁场频率的变化行为。所取用的磁性流体为煤油基，浓度分别为6. 0emu/g、3. 6emu/g、2. Oemu/g、及I. 2emu/g。经由本发明的交流磁导率量测装置，量测这四种浓度磁性流体的交流磁导率强度与相位随外加磁场频率的变化关系图，如图10所示，其中，如图10的上方图为四种浓度的磁性流体的交流磁导率强度(X。)隋外加磁场频率的变化关系，下方图为磁性流体磁偶极与外加磁场间的相位差(Θ )随外加磁场频率的变化关系，所显示的相位差(Θ )均为负数，这表示磁性流体磁偶极(M)方向，都与外加磁场(H)方向不一致，并且是落后于外加磁场，如图11所示。此外，依据上述的实际量测磁性流体的实验例，可测得实际量测磁性流体磁导率实部及虚部随外加磁场频率的变化。并如图12所示，可区分此四种浓度的磁性流体的交流磁导率实部(Re[xa。,。])与虚部(Im[xa。,。])随外加磁场频率的变化关系图。在详细说明上述本发明的各项较佳实施例之后，熟悉该项技术人士可清楚的了解，在不脱离权利要求书与精神下可进行各种变化与改变，亦不受限于说明书的实施例的实施方式。
权利要求
1.ー种交流磁导率測量装置，其包括 一交流磁导率线圈组，其至少包括 ー激发线圈，用以外接一函数产生器，并依该函数产生器的交流电信号变化，产生交流磁场；及 一拾取线圈，用以拾取待测物因该激发线圈的交流磁场变化所感应的交流磁导信号；一信号撷取单元，用以撷取该拾取线圈所撷取的交流磁导信号 '及一信号处理单元，用以处理来自该信号撷取单元的交流磁导率信号，并计算出交流磁导率强度与相位差，及/或交流磁导率的实部值与虚部值。
2.如权利要求I项，该交流磁导率线圈组进ー步包括至少ー输入端ロ，用以外接函数产生器。
3.如权利要求I所述的交流磁导率測量装置，该信号处里单元进ー步包括一快速傅立叶转换处理系统、快速傅立叶转换处理韧体或快速傅立叶处理软件，以转换来自该信号撷取单元的信号。
4.如权利要求I所述的交流磁导率測量装置，其中该激发线圈为螺线管线圈或荷姆霍兹线圏。
5.如权利要求I所述的交流磁导率測量装置，其中该拾取线圈为梯度式线圈或法拉第式线圈。
6.如权利要求I所述的交流磁导率測量装置，该交流磁导率測量装置进ー步包括一信号放大电路，该信号放大电路串接于该交流磁导率线圈组与该信号截取单元之间。
7.如权利要求1、2、3、4、5或6所述的交流磁导率測量装置，其中该交流磁导率装置再进ー步包括一耦合于交流磁导率线圈组的分压相抵电路。
8.ー种交流磁导率測量装置，其包括 一函数产生器，用以产生交流电信号； 一交流磁导率线圈组，其至少包括 ー激发线圈，用以依该函数产生器的交流电信号变化，产生交流磁场 '及一拾取线圈，用以拾取待测物因该激发线圈的交流磁场变化所感应的交流磁导信号；一信号撷取单元，用以撷取该拾取线圈所撷取的交流磁导信号 '及一信号处理单元，用以处理来自该信号撷取单元的交流磁导率信号，并计算出交流磁导率强度与相位差，及/或交流磁导率的实部值与虚部值。
9.如权利要求8所述的交流磁导率測量装置，进ー步包括一快速傅立叶转换处理系统、快速傅立叶转换处理韧体或快速傅立叶处理软件，以转换来自该信号撷取单元的信号。
10.如权利要求8所述的交流磁导率測量装置，其中该激发线圈为螺线管线圈或荷姆霍兹线圏。
11.如权利要求8所述的交流磁导率測量装置，其中该拾取线圈为梯度式线圈或法拉第式线圈。
12.如权利要求8所述的交流磁导率測量装置，其中该交流磁导率測量装置进ー步包括一信号放大电路，该信号放大电路串接于该交流磁导率线圈组与该信号截取单元之间。
13.如权利要求8、9、10、11或12所述的交流磁导率測量装置，其中该交流磁导率装置再进ー步包括一耦合于交流磁导率线圈组的分压相抵电路。
14.ー种交流磁导率的測量方法，其包括 一交流磁导率測量步骤，用以分别測量待测物的交流磁导信号及对照物的交流磁导信号; 一第一信号转换步骤，用以将该交流磁导率测量步骤所测得的该待测物交流磁导信号及对照物交流磁导信号，分别转换成待测物的频谱信号及对照物的频谱信号； 一第二信号转换步骤，用以将该第一信号转换步骤转换所得的该待测物频谱信号及对照物频谱信号，分别转换成待测物时域信号及对照物时域信号； 一减法运算步骤，其对该第二信号转换步骤转换所得的该待测物时域信号及对照物时域信号进行减法运算，以得到该待测物的时域信号差值； 一差值转换步骤，其将该待测物的时域信号差值转换成该待测物的频谱信号；及 ー时域信号差值输出步骤，用以将该时域信号差值输出； 其中，该交流磁导率測量步骤、第一信号转换步骤、第二信号转换步骤的执行顺序可为依序执行或交错执行。
15.如权利要求14所述的交流磁导率的測量方法，其中该待测物质频谱信号包括交流磁导率强度信号与相位信号。
16.如权利要求14所述的交流磁导率的測量方法，该待测物质交流磁导率強度信号进ー步以交流磁导率实部信号与交流磁导率虚部信号表示。
全文摘要
本发明关于一种交流磁导率测量装置及其方法，该交流磁导率测量装置至少包括一交流磁导率线圈组、一信号撷取单元与一信号处理单元，利用该交流磁导率测量装置可量测待测物质在不同交流频率的磁场下产生的交流磁导率信号，并经信号处理单元得到交流磁导率强度及相位差及/或交流磁导率的实部值与虚部值的变化值。
文档编号G01R33/12GK102778658SQ201110128899
公开日2012年11月14日 申请日期2011年5月11日 优先权日2011年5月11日
发明者杨谢乐 申请人:磁量生技股份有限公司