JPH0120375B2 - - Google Patents
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- JPH0120375B2 JPH0120375B2 JP58073538A JP7353883A JPH0120375B2 JP H0120375 B2 JPH0120375 B2 JP H0120375B2 JP 58073538 A JP58073538 A JP 58073538A JP 7353883 A JP7353883 A JP 7353883A JP H0120375 B2 JPH0120375 B2 JP H0120375B2
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- Japan
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- horn
- measured
- transmitting
- receiving
- waveguide
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N22/00—Investigating or analysing materials by the use of microwaves or radio waves, i.e. electromagnetic waves with a wavelength of one millimetre or more
- G01N22/04—Investigating moisture content
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/34—Paper
- G01N33/346—Paper sheets
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Pathology (AREA)
- Immunology (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、マイクロ波水分計の改良に関する。
一般に、マイクロ波帯では水分のマイクロ波吸収
が極めて大きい。このため、水分のマイクロ波吸
収を利用し、マイクロ波の減衰量から被測定物の
水分量を測定することが従来から広く行なわれて
いた。
一般に、マイクロ波帯では水分のマイクロ波吸収
が極めて大きい。このため、水分のマイクロ波吸
収を利用し、マイクロ波の減衰量から被測定物の
水分量を測定することが従来から広く行なわれて
いた。
第１図は、このような従来のマイクロ波水分計
を説明する従来例構成説明図であり、図中、１は
マイクロ波信号を発生するマイクロ波源たる発信
器、２は一方向にのみマイクロ波を通し逆方向に
はマイクロ波を殆んど通さないアイソレータ、３
は第１導波管（若しくは同軸ケーブル、以下単に
「導波管」という）４を介してアイソレータ２に
接続された送信ホーン、５は送信ホーン３と所定
距離ｌを隔てて配設される受信ホーン、７は第２
導波管６を介して受信ホーン５に接続された送信
ホーン、８は送信ホーン７と所定距離ｌ（上記
送・受信ホーン３，５間の距離と同一）を隔てて
配設される受信ホーン、９は送信ホーン３，７と
受信ホーン５，８の間に配置された例えばシート
状の紙等でなる被測定物、１１は例えばクリスタ
ルダイオード等でなり第３導波管１０を介して受
信ホーン８の出力を検出する検出部、１２は検出
部１１の出力を受け所定の演算処理を施こして被
測定物中の水分量を算出する演算部である。
を説明する従来例構成説明図であり、図中、１は
マイクロ波信号を発生するマイクロ波源たる発信
器、２は一方向にのみマイクロ波を通し逆方向に
はマイクロ波を殆んど通さないアイソレータ、３
は第１導波管（若しくは同軸ケーブル、以下単に
「導波管」という）４を介してアイソレータ２に
接続された送信ホーン、５は送信ホーン３と所定
距離ｌを隔てて配設される受信ホーン、７は第２
導波管６を介して受信ホーン５に接続された送信
ホーン、８は送信ホーン７と所定距離ｌ（上記
送・受信ホーン３，５間の距離と同一）を隔てて
配設される受信ホーン、９は送信ホーン３，７と
受信ホーン５，８の間に配置された例えばシート
状の紙等でなる被測定物、１１は例えばクリスタ
ルダイオード等でなり第３導波管１０を介して受
信ホーン８の出力を検出する検出部、１２は検出
部１１の出力を受け所定の演算処理を施こして被
測定物中の水分量を算出する演算部である。
上記構成からなる従来例において、発振器１か
ら送出されたマイクロ波は、アイソレータ２およ
び第１導波管４を経て送信ホーン３から被測定物
９に投射される。また、被測定物９を透過して水
分子による減衰を受けたマイクロ波は、受信ホー
ン５で受信されてのち第２導波管６を経て、送信
ホーン７から再び被測定物９に投射される。該被
測定物を透過して再度水分子による減衰を受けた
マイクロ波は、受信ホーン８で受信されてのち第
３導波管１０を経て検出部１１で検出される。該
検出部の出力に基づき、演算部１２内で施こされ
る演算処理により、被測定物９中の水分量が求め
られるようになる。
ら送出されたマイクロ波は、アイソレータ２およ
び第１導波管４を経て送信ホーン３から被測定物
９に投射される。また、被測定物９を透過して水
分子による減衰を受けたマイクロ波は、受信ホー
ン５で受信されてのち第２導波管６を経て、送信
ホーン７から再び被測定物９に投射される。該被
測定物を透過して再度水分子による減衰を受けた
マイクロ波は、受信ホーン８で受信されてのち第
３導波管１０を経て検出部１１で検出される。該
検出部の出力に基づき、演算部１２内で施こされ
る演算処理により、被測定物９中の水分量が求め
られるようになる。
然し乍ら、上記従来例においては、被測定物９
がシート状であるため被測定物のばたつきが生じ
易く、このようなばたつきによつて生ずる定在波
のため、パスライン特性が大きな測定誤差要因に
なるという欠点があつた。
がシート状であるため被測定物のばたつきが生じ
易く、このようなばたつきによつて生ずる定在波
のため、パスライン特性が大きな測定誤差要因に
なるという欠点があつた。
本発明はかかる欠点に鑑みてなされたものであ
り、その目的は、マイクロ波を使用して被測定物
中の水分量を測定するマイクロ波水分計におい
て、シート状被測定物のばたつきの影響を大きく
受けることなく、被測定物中の水分量を高精度に
測定できるマイクロ波水分計を提供することにあ
る。
り、その目的は、マイクロ波を使用して被測定物
中の水分量を測定するマイクロ波水分計におい
て、シート状被測定物のばたつきの影響を大きく
受けることなく、被測定物中の水分量を高精度に
測定できるマイクロ波水分計を提供することにあ
る。
本発明の特徴は、マイクロ波を使用して被測定
物中の水分量を測定するマイクロ波水分計におい
て、第１送・受信ホーンの間隔と第２送・受信ホ
ーンの間隔を等しくすると共に、第１送信ホーン
と上記被測定物との間隔をl1とし第２受信ホーン
と上記被測定物との間隔をl2とするときl2−l1≒
nλ＋λ／４（但し、ｎ；自然数、λ；波長）が成
立するように、第１および第２の送・受信ホーン
を配置するようにしたことにある。
物中の水分量を測定するマイクロ波水分計におい
て、第１送・受信ホーンの間隔と第２送・受信ホ
ーンの間隔を等しくすると共に、第１送信ホーン
と上記被測定物との間隔をl1とし第２受信ホーン
と上記被測定物との間隔をl2とするときl2−l1≒
nλ＋λ／４（但し、ｎ；自然数、λ；波長）が成
立するように、第１および第２の送・受信ホーン
を配置するようにしたことにある。
以下、本発明について図を用いて詳細に説明す
る。第２図は本発明実施例の構成説明図であり、
図中、第１図と同一記号は同一意味をもたせて使
用しここでの重複説明は省略する。また、送信ホ
ーン３と受信ホーン５の距離がＬであり、受信ホ
ーン８と受信ホーン７の距離も同じくＬであり、
且つ送信ホーン３と被測定物９との間隔をl1とし
受信ホーン８と被測定物９との間隔をl2とすると
き下式(1)が成立するような位置に各送・受信ホー
ン３，５，７，８が配設されている。
る。第２図は本発明実施例の構成説明図であり、
図中、第１図と同一記号は同一意味をもたせて使
用しここでの重複説明は省略する。また、送信ホ
ーン３と受信ホーン５の距離がＬであり、受信ホ
ーン８と受信ホーン７の距離も同じくＬであり、
且つ送信ホーン３と被測定物９との間隔をl1とし
受信ホーン８と被測定物９との間隔をl2とすると
き下式(1)が成立するような位置に各送・受信ホー
ン３，５，７，８が配設されている。
l3＝l2−l1≒nλ±λ／４（但し、ｎ；自然数、λ；
波長） ……(1) 尚、第２図には図示しないが、各送・受信ホー
ン３，５，７，８を夫々上下動させるための上下
動微調整機構が設けられることが多い。
波長） ……(1) 尚、第２図には図示しないが、各送・受信ホー
ン３，５，７，８を夫々上下動させるための上下
動微調整機構が設けられることが多い。
以下、上記構成からなる本発明実施例の動作に
ついて説明する。第２図において、発振器１から
送出されたマイクロ波は、アイソレータ２および
第１導波管４を経て送信ホーン３から被測定物９
に投射される。また、被測定物９を透過して水分
子による減衰を受けたマイクロ波は、受信ホーン
５で受信される。該マイクロ波は、送信ホーン７
から再び被測定物９に投射されて透過し、該被測
定物中の水分子によつて再度減衰される。その
後、受信ホーン８で受信され第３導波管１０を経
て、検出部１１で検出される。
ついて説明する。第２図において、発振器１から
送出されたマイクロ波は、アイソレータ２および
第１導波管４を経て送信ホーン３から被測定物９
に投射される。また、被測定物９を透過して水分
子による減衰を受けたマイクロ波は、受信ホーン
５で受信される。該マイクロ波は、送信ホーン７
から再び被測定物９に投射されて透過し、該被測
定物中の水分子によつて再度減衰される。その
後、受信ホーン８で受信され第３導波管１０を経
て、検出部１１で検出される。
ところで、第１図に示した従来例において、線
路に沿つた電圧波形は、波動方程式により下式(2)
のように導びかれる。
路に沿つた電圧波形は、波動方程式により下式(2)
のように導びかれる。
Ｖ＝V+ e -j〓x＋ΓV+ e j〓x ……(2)
但し、Γ；反射率、V+；電圧を表わすサイン
波の波高値、β；位相、Ｘ；基準位置からの距離 上式(2)の電圧Ｖの振幅｜Ｖ｜は、下式(3)のよう
になる。
波の波高値、β；位相、Ｘ；基準位置からの距離 上式(2)の電圧Ｖの振幅｜Ｖ｜は、下式(3)のよう
になる。
上式(3)から電圧振幅｜Ｖ｜の極大値｜Vmax.
｜と極小値｜Vmin.｜を求め、それらの比をとる
と下式(4)が得られる。
｜と極小値｜Vmin.｜を求め、それらの比をとる
と下式(4)が得られる。
｜Vmax.｜／｜Vmin.｜＝１＋Γ／１−Γ ……(4)
一方、第２図に示した本発明実施例において
は、各送・受信ホーン３，５，７，８が上式(1)を
満足するように配置されている。このため、線路
に沿つた電圧波形の振幅｜Ｖ｜として、上式(3)以
外に、上式(3)と位相がλ／４（即ち90゜）隔てられ
た部分の信号である下式(5)も検出される。また、
被測定物９は厚紙などであり、各送受信ホーン
３，５，７，８に対しては平行移動するようにし
て動く（即ち、各送受信ホーン３，５，７，８に
対して第２図の紙面上で被測定物９が波うつこと
なく平行移動するようにして上下方向に動く）。
従つて、単に上式(3)と下式(5)の相加平均をとるだ
けで導波管６等の距離差に基ずく位相変動を考慮
することができ、該平均値（即ち｛(3)式＋(5)式｝／２
） の極大値｜Vmax.｜と極小値｜Vmin.｜を求めて
のち、それらの比をとると下式(6)が得られる。
は、各送・受信ホーン３，５，７，８が上式(1)を
満足するように配置されている。このため、線路
に沿つた電圧波形の振幅｜Ｖ｜として、上式(3)以
外に、上式(3)と位相がλ／４（即ち90゜）隔てられ
た部分の信号である下式(5)も検出される。また、
被測定物９は厚紙などであり、各送受信ホーン
３，５，７，８に対しては平行移動するようにし
て動く（即ち、各送受信ホーン３，５，７，８に
対して第２図の紙面上で被測定物９が波うつこと
なく平行移動するようにして上下方向に動く）。
従つて、単に上式(3)と下式(5)の相加平均をとるだ
けで導波管６等の距離差に基ずく位相変動を考慮
することができ、該平均値（即ち｛(3)式＋(5)式｝／２
） の極大値｜Vmax.｜と極小値｜Vmin.｜を求めて
のち、それらの比をとると下式(6)が得られる。
上式(4)と上式(6)において０＜Γ＜１であること
から、１＋Γ／１−Γ＞√１＋2が成立する。また、
上 式(4)は前記従来例において被測定物９のパスライ
ンが変化した場合の出力信号の振れ幅を示してお
り、上式(6)は本発明実施例において被測定物９の
パスラインが変化した場合の出力信号の振れ幅を
示している。即ち、線路に沿つた電圧波形（定在
波）の振幅は被測定物９のパスラインが変動した
場合の出力信号と１対１に対応するため、電圧振
幅の極大値と極小値との比は被測定物９のパスラ
インが変動した場合の検出信号の振れ幅に対応し
ている。従つて、上式(4)と上式(6)の比較から、第
１図に示した従来例に比し第２図に示した本発明
実施例の方が被測定物９のパスライン特性がよい
ことが分る。
から、１＋Γ／１−Γ＞√１＋2が成立する。また、
上 式(4)は前記従来例において被測定物９のパスライ
ンが変化した場合の出力信号の振れ幅を示してお
り、上式(6)は本発明実施例において被測定物９の
パスラインが変化した場合の出力信号の振れ幅を
示している。即ち、線路に沿つた電圧波形（定在
波）の振幅は被測定物９のパスラインが変動した
場合の出力信号と１対１に対応するため、電圧振
幅の極大値と極小値との比は被測定物９のパスラ
インが変動した場合の検出信号の振れ幅に対応し
ている。従つて、上式(4)と上式(6)の比較から、第
１図に示した従来例に比し第２図に示した本発明
実施例の方が被測定物９のパスライン特性がよい
ことが分る。
第３図は上述の本発明実施例の効果を示すグラ
フであり、図中、縦軸は被測定物を通過したあと
の受信電圧変動を示しており、横軸は被測定物と
受信ホーンとの距離（即し、被測定物のパスライ
ン）の変動を示している。第３図において、イは
上記(3)式、(5)式および(3)式＋(5)式／２で反射率Γが 0.1のときの値を示しており、ロは反射率Γが0.2
のときの値を示している。第３図における上記(3)
式および(3)式＋(5)式／２の夫々の特性曲線は、夫々 前記従来例および本発明実施例のパスライン特性
に相当する。従つて、これらを比較することによ
り、本発明実施例によれば被測定物９のパスライ
ン特性が大きく改善されることが分る。
フであり、図中、縦軸は被測定物を通過したあと
の受信電圧変動を示しており、横軸は被測定物と
受信ホーンとの距離（即し、被測定物のパスライ
ン）の変動を示している。第３図において、イは
上記(3)式、(5)式および(3)式＋(5)式／２で反射率Γが 0.1のときの値を示しており、ロは反射率Γが0.2
のときの値を示している。第３図における上記(3)
式および(3)式＋(5)式／２の夫々の特性曲線は、夫々 前記従来例および本発明実施例のパスライン特性
に相当する。従つて、これらを比較することによ
り、本発明実施例によれば被測定物９のパスライ
ン特性が大きく改善されることが分る。
第４図は、本発明の他の実施例を示す構成説明
図であり、図中、第２図と同一記号は同一意味を
もたせて使用しここでの重複説明は省略する。ま
た、１３は送信ホーン３と所定距離Ｌを隔てて配
置された受信ホーン、１４は第２導波管６を介し
て受信ホーン１３と接続された送信ホーン、１５
は送信ホーン１４と所定距離Ｌを隔てて配置され
た受信ホーン、１６は第２導波管６と同様の第４
導波管１９を介して受信ホーン１５と接続された
送信ホーン、１７は送信ホーン１６と所定距離Ｌ
を隔てて配置された受信ホーン、１８は第２導波
管６と同様な第４導波管２０を介して受信ホーン
１７と接続された送信ホーンである。第４図にお
いて、発信器１から送出されたマイクロ波は、ア
イソレータ２→第１導波管４→送信ホーン３→被
測定物９を透過→受信ホーン１３→第２導波管６
→送信ホーン１４→被測定物９を透過→受信ホー
ン１５→第４導波管１９→送信ホーン１６→被測
定物９を透過→受信ホーン１７→第５導波管２０
→送信ホーン１８→被測定物９を透過→受信ホー
ン８→第３導波管１０を経て、検出部１１で検出
される。また、検出部１１の出力に基づき演算部
１２内で施こされる演算処理により、第２図の実
施例の場合と同様にして被測定物９中の水分量が
求められる。尚、本発明は、第２図や第４図の実
施例に限定されるものでなく種々の変形が可能で
あり、例えば第４図における送受信ホーンを８個
から12個に増やすなどしてもよい。また、本願発
明と同日付けで出願した特開昭59−197842号公報
記載の発明の原理となつている式と本願発明の原
理となつている式が一致しているが、両者におけ
るl1，l2の意味がそれぞれ異なつているため両者
は同一発明とはならないのである。また、このよ
うに送・受信ホーンの数を増やせば増やす程、被
測定物中の水分量を検出する感度が増大する。
図であり、図中、第２図と同一記号は同一意味を
もたせて使用しここでの重複説明は省略する。ま
た、１３は送信ホーン３と所定距離Ｌを隔てて配
置された受信ホーン、１４は第２導波管６を介し
て受信ホーン１３と接続された送信ホーン、１５
は送信ホーン１４と所定距離Ｌを隔てて配置され
た受信ホーン、１６は第２導波管６と同様の第４
導波管１９を介して受信ホーン１５と接続された
送信ホーン、１７は送信ホーン１６と所定距離Ｌ
を隔てて配置された受信ホーン、１８は第２導波
管６と同様な第４導波管２０を介して受信ホーン
１７と接続された送信ホーンである。第４図にお
いて、発信器１から送出されたマイクロ波は、ア
イソレータ２→第１導波管４→送信ホーン３→被
測定物９を透過→受信ホーン１３→第２導波管６
→送信ホーン１４→被測定物９を透過→受信ホー
ン１５→第４導波管１９→送信ホーン１６→被測
定物９を透過→受信ホーン１７→第５導波管２０
→送信ホーン１８→被測定物９を透過→受信ホー
ン８→第３導波管１０を経て、検出部１１で検出
される。また、検出部１１の出力に基づき演算部
１２内で施こされる演算処理により、第２図の実
施例の場合と同様にして被測定物９中の水分量が
求められる。尚、本発明は、第２図や第４図の実
施例に限定されるものでなく種々の変形が可能で
あり、例えば第４図における送受信ホーンを８個
から12個に増やすなどしてもよい。また、本願発
明と同日付けで出願した特開昭59−197842号公報
記載の発明の原理となつている式と本願発明の原
理となつている式が一致しているが、両者におけ
るl1，l2の意味がそれぞれ異なつているため両者
は同一発明とはならないのである。また、このよ
うに送・受信ホーンの数を増やせば増やす程、被
測定物中の水分量を検出する感度が増大する。
以上詳しく説明したような本発明の実施例によ
れば、上式(1)が成立するように各送・受信ホーン
を配置するような構成であるため、前記従来例に
比して被測定物のばたつきによつて生ずる定在波
の影響を受けにくいという利点がある。また、所
定の可動部を設けて各送・受信ホーンを機械的に
λ／４上下させることも考えられるが、このよう
な方法に比しても、本発明実施例によれば、可動
部等の故障を心配する必要がなく製品寿命が長い
という大きな利点がある。
れば、上式(1)が成立するように各送・受信ホーン
を配置するような構成であるため、前記従来例に
比して被測定物のばたつきによつて生ずる定在波
の影響を受けにくいという利点がある。また、所
定の可動部を設けて各送・受信ホーンを機械的に
λ／４上下させることも考えられるが、このよう
な方法に比しても、本発明実施例によれば、可動
部等の故障を心配する必要がなく製品寿命が長い
という大きな利点がある。
第１図はマイクロ波水分計の従来例構成説明
図、第２図は本発明実施例の構成説明図、第３図
は本発明実施例使用の効果を示すグラフ、第４図
は本発明の他の実施例の構成説明図である。 １……発振器、２……アイソレータ、３，７，
１４，１６，１８……送信ホーン、５，９，１
３，１５，１７……受信ホーン、４，６，１０，
１９，２０……導波管、９……被測定物、１１…
…検出部、１２……演算部。
図、第２図は本発明実施例の構成説明図、第３図
は本発明実施例使用の効果を示すグラフ、第４図
は本発明の他の実施例の構成説明図である。 １……発振器、２……アイソレータ、３，７，
１４，１６，１８……送信ホーン、５，９，１
３，１５，１７……受信ホーン、４，６，１０，
１９，２０……導波管、９……被測定物、１１…
…検出部、１２……演算部。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ マイクロ波を使用して被測定物中の水分量を
測定するマイクロ波水分計において、発信器から
送出されるマイクロ波を被測定物に投射する第１
送信ホーンと、該被測定物を透過したマイクロ波
を受信する第１受信ホーンと、導波管を介して前
記第１受信ホーンに接続されると共に前記被測定
物に再度マイクロ波を投射する第２送信ホーン
と、該被測定物を透過したマイクロ波を受信する
第２受信ホーンとからなる２対の送・受信ホーン
を数組具備し、前記第１送・受信ホーンの間隔と
前記第２送・受信ホーンの間隔を等しくすると共
に、前記第１送信ホーンと前記被測定物との間隔
をl1とし前記第２受信ホーンと前記被測定物との
間隔をl2とするとき、l2−l1≒nλ＋λ／４（但し、 ｎ；自然数、λ；波長）が成立するように、前記
第１および第２の送・受信ホーンを配置すること
を特徴とするマイクロ波水分計。 ２ 前記数組の送・受信ホーンは１組であること
を特徴とする特許請求範囲第１項記載のマイクロ
波水分計。 ３ 前記数組の送・受信ホーンは２組であること
を特徴とする特許請求範囲第１項記載のマイクロ
波水分計。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58073538A JPS59197843A (ja) | 1983-04-26 | 1983-04-26 | マイクロ波水分計 |
| US06/602,594 US4620146A (en) | 1983-04-26 | 1984-04-20 | Microwave moisture sensor |
| SE8402258A SE461551B (sv) | 1983-04-26 | 1984-04-25 | Mikrovaagssensor foer maetning av fuktighetshalten i ett banformigt maetobjekt |
| CA000452758A CA1237171A (en) | 1983-04-26 | 1984-04-25 | Microwave moisture sensor |
| NL8401328A NL191619C (nl) | 1983-04-26 | 1984-04-25 | Microgolf-vochtsensor. |
| DE3415610A DE3415610C2 (de) | 1983-04-26 | 1984-04-26 | Mikrowellen-Feuchtigkeitsfühler |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58073538A JPS59197843A (ja) | 1983-04-26 | 1983-04-26 | マイクロ波水分計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59197843A JPS59197843A (ja) | 1984-11-09 |
| JPH0120375B2 true JPH0120375B2 (ja) | 1989-04-17 |
Family
ID=13521105
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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