WO1993006468A1

WO1993006468A1 - Appareil de mesure de grandeurs physiques

Info

Publication number: WO1993006468A1
Application number: PCT/JP1992/001187
Authority: WO
Inventors: Yorihiko Maeno
Original assignee: HIUGAGIKEN Corp; Dipole Electronics Co Ltd
Current assignee: HIUGAGIKEN Corp; Dipole Electronics Co Ltd
Priority date: 1991-09-20
Filing date: 1992-09-18
Publication date: 1993-04-01
Anticipated expiration: 1994-03-20
Also published as: EP0558759A4; EP0558759A1

Description

明細書物性量測定装置

〔技術分野〕

本発明は、被測定物の広範囲に渡る部所の物性量を同時にかつ瞬時に測定することを可能とし、かつ電圧制御マィク口波発振器とマイク口波検出器が各々一個で済む、複数のマィク口波空洞共振器を備えた物性量測定装置に関する。

〔背景技術〕 .

例えば、製紙工程の場合、 6mもの幅の原料パルプが、分速 1000mもの速さで移動するが、一定の品質の紙を得るためには、原料パルプの水分量と坪量（単位面積当りの重量）を広範囲の部所に渡って常時測定し、その測定結果に基づいて瞬時に原料の調整を行う必要がある。従来は一個の測定器を機械的に移動させて物性量を測定していたので、測定器が移動する間に原料パルプが何 1000mも通過してしまうので、大きな距離に渡る部所の水分量おょぴ坪量等の物性量を同時にかつ瞬時に測定する事は不可能であった。そこで、本出願人は、特願昭 61- 10897号（特開昭 62- 169041号）により、マイクロ波空洞共振器を複数個測定部位に配置させた物性量測定装置を提案してその問題を解決した。

〔発明の開示〕

特願昭 61- 10897号の発明により、広範囲に渡る水分量おょぴ坪量等の物性量を同時にかつ瞬時に測定する事は可能になったが、この発明の物性量測定装置は、検出器を各マイクロ波空洞共振器毎に設けなければならないので、物性量測定装置の価格が高くなる他、検出器同士の感度の調整等が面倒であると言う問題点を有していた。

本発明は、これらの問題点を解決した物性測定装置を提供するものである。本発明の何れの^ 例の物性 S J定装置も、マイク口波検出器を一個しか使用しないので、その価格は廉価になり、検出器同士を調整するという作業が不必要となる。

本発明の第一実施例は、一個の鋸歯状波発振器と、前記鋸齒状波発振器が発生する鋸歯状波電圧によりざせる一個の電圧制御マィク口波発振器と、前記マィク口、波発振器が発生ざせたマイク口波を分配する複数個の分配器と、前記分配器により分配ざれた各マイク口波が被測定物の対応する部所の物性量に応じて共振する、固有共振周波数が各々異なる複数のマイク口 ¾^洞共振器と、前記複数のマイク口'^洞共振器の各マィク口波出力を結合させる結^と、前記結合器の出力を検出する一個のマイクロ波検出器と、前記マィク口波検出器の出力から前記被測定物の部所に対応する物性量を演算する演算器とを有する物性量測定装置に閬する ₀

被測定物の各測定部所に配箧ざれる各マイク口波空洞共振器の固有共振周波数は各々異なる様に構成ざれているので、各測定部所の物性量に応じて共振する各マイクロ波空洞共振器の共振特性を結合器により結合ざせても、一回の電子走査に'より各マイク口波空洞共振器の固有共振周波数近傍毎に各共振特性を独立に測定することが出来る。従って、この物性量測定装置によると、広い囲に渡る被測定物の各測定部所の物性量を瞬時に測定することが可能となる。

本発明の第二嫌例は、一個の鋸歯状波発振器と、前記鋸齒状波発振器が発生する藤歯状 ¾m圧により ,させる一個の電圧制御マイク口波発振器と、前記マィク口波発振器が発生ざせたマイク口波を分配する複数個の分配器とを備え、開口部を有しかつその中心部に突起部を有するマイク口波空洞共振器の円茼状搆成部を、前記開口部を被測定物の一方の面の各測定部所に対向させた状態で前記被測定物の面内に複数個配置し、前記分配器により分配ざれた各マィク口波が前記構成部の各々に供耠ざれるように構成し、かつ前記マイク口波空洞共振器の各固有共振周波数を相互に相違ざせ、前記複数のマィク口波空洞共振器の各マイク口波出力を結合させる結合器と、前記結合器の出力を検出する一假のマィク口波検出器と、前記マィク口波検出器の出力から前記被測定物の部所に対応する物性量を演算する演算器とを備えた物性量測定装置に閬する。

この第二実施例の物性量測定装置に使用ざれるマイク口波空洞共振器の円筒状構成部の中心部には突起部が設けられているので、マイク口波の電界はその突起部が延在する部所の周辺部に集中する。その結果この物性量測定装置によると、被測定物の局在化された部所の物性量を極めて正確にかつ感度良く測定することが可能となる。

このマイクロ波空洞共振器の各々は、一個の円筒状構成部のみから構成されているので、各マイク口波空洞共振器が二個の円筒状構成部から成るものに比較して、廉価となりかつコンパクトになる。

本発明の第三実施例は、一個の鋸歯状波発振器と、前記鋸歯状波発振器が発生する鋸歯状波電圧により駆動させる一個の電圧制御マイク口波発振器と、前記マィク口波発振器が発生ざせたマイク口波を分配する複数個の分配器とを備え、閬ロ部を有しかつその中心部に突起部を有するマイクロ波空洞共振器を構成する一対の円筒状構成部を、被測定物の各測定部所の両面で前記開口部が対向する状態で、前記被測定物の面内に複数個配置し、前記分配器により分配ざれた各マイク口波が前記構成部の各々に供給されるように構成し、かつ前記マィク口波空洞共振器の各固有共振周波数を相互に相違ざせ、前記複数のマィク口波空洞共振器の各マィク口波出力を結合させる結合器と、前記結合器の出力を検出する一個のマイク口波検出器と、前記マィク口波検出器の出力から前記被測定物の部所に対応する物性量を演算する演算器とを備えた物性量測定装置に閬する。

この第三実施例の物性量測定装置に使用されるマィク口波空洞共振器の円筒状構成部の中心部にも突起部が設けられているので、マイク口波の電界はその突起部が延在する部所の周辺部に集中する。その結果この物性量測定装置の場合にも、被測定物の局在化された部所の物性量を極めて正確にかつ感度良く測定することが可能となる。

このマイクロ波空洞共振器の各々は、二個の円筒状構成部から構成ざれているので、各マイク口波空洞共振器が一個の円筒状構成部から成る第二実施例のものに比較して、測定感度が極めて高くなる。

本発明の第四実施例は、一個の鋸歯状波発振器と、前記簾歯状波発振器が発生する鋸歯状 ¾m圧により駆動ざせる一個の電圧制御マィク口波発振器と、前記マィク σ波発振器が発生ざせたマイク口波を分配する複数個の分配器とを備え、被測定物の一方の面に金属板を配し、開口部を有しかつその中心部に突起部を有するマィク口洞共振器の円筒状構成部を、前記開口部を被測定物の一方の面の各測定に対向させた状態で複数個配匿し、前記分配器により分配ざれた各マィク口波が前記構成部の各々に供給されるように構成し、かつ前記マィク口波空洞共振器の各固有共振周波数を相互に柑違ざせ、前記複数のマイク口 ¾ ^洞共振器の各マイク口波出力を結合させる結合器と、前 Ϊ3結合器の出力を検出する一個のマイクロ波検出器と、前記マイクロ¾¾出器の出力から前記被測定物の部所に対応する物性量を演算する演算器とを備えた物性量測定装置に閬する。

この第四実施例の物性量測定装置に使用ざれるマイク口波空洞共振器の円茼状搆成部の中心部にも突起部が設けられているので、マイク口波の電界はその突起部が延在する部所の周辺部に集中する。その結果この物性 StJ定装蚩の場合にも、被測定物の局在化ざれた部所の物性量を極めて正確にかつ感度良く測定することが可能となる。

このマイク口波空洞共振器の各々は、被測定物の両側に配匿ざれた一個の円筒状構成部と一枚の金属版から構成ざれているので、各マイク口洞共振器が二個の円筒状構成部から成る第三実例の場合の様に上下の円筒状構成部の位蚩鬨係を調整する必要が無い一方、各マイクロ波空洞共振器が一個の円筒状構成部から成る第二^例のものに比較して、その測定感度は高い。第二〜四実施例のマイク口波空洞共振器に於て、その各固有共振周波数を栢互に栢違させるためには、前記円筒状樣成部の前記開部から底部までの深ざを各々相違させることが確実で簡便な方法である。

〔図面の簡単な説明〕

[図 1】本発明の第一〜四実施例の物性量測定装置の構成図を示す。

[図 2】本発明の物性量測定装置による物性量の測定結果を示す。

[図 3】本発明の第二実施例におけるマイク口波空洞共振器を示す。

【図 4】本発明の第三実旃例におけるマイク口波空洞共振器を示す。【図 5】本発明の第四実施例におけるマイク口波空洞共振器を示す。

〔発明を実施するための最良の形態〕

以下、添付の図面により、本発明の物性量測定装置をより詳細に説明する, —荬誦 I

本発明の第一実施例の物性量測定装置を図 1に基づいて説明する。

この物性量測定装置は、 D/A変換器 1と、鋸歯状波発振器 1と、電圧制御マイク口波発振器 3と、アイソレータ 4と、 8個の分配器 5と、マイクロ波空洞共振器 6と、結合器 7と、マイクロ波検出器 8と、 A/D変換器 9と、マイクロプロセッサ 10とを有している。

鋸歯状波発振器 2は、 D/A変換器 1によりアナログ信号に変換ざれたマイク口プロセッサ 10からのデジタル信号に応答して、 0Vから 35Vまで変化する鋸歯状波を lKHzの周期で発生させる。この鋸齒状波の入力電圧の波形に応じて、電圧制御発振器 3は 2.5GHzから 3.5GHzまで連続して変化するマイクロ波を発生ざせる。このマイクロ波は、アイソレータ 4を介して分配器 5に与えられ、 100MH2毎に 8分割される。アイソレータ 4は、後段のマイクロ波空洞共振器により反射されるマイク口波により電圧制御発振器 3が破壊されることを防止するために揷入されている。

8個のマイクロ波空洞共振器 6の固有発振周波数は、 2.5GHz. 2.6GHz ♦♦♦ 3.2GHzと 100MHzづっずらせてあり、かつそれらマイク口波空洞共振器 6は紙パルプの様な被測定物を横断する方向に等間隔で配置ざれている。各マイクロ波空洞共振器 6には、分配器からのマイク口波が与えられる受信アンテナ 14と結^ 7に接続されている送信アンテナ 13が設けられている。各マイクロ波空洞共振器は、それが配置されている被測定物の部所の物性量の影響を受けてその固有共振状態からシフトした状態で共振する。シフトした状態の共振状態の共振周波数と共振曲線のピーク値とは、被測定物の測定部所の水分量と坪量（単位体積当りの質量）とに依存するので、共振曲線の共振周波数とピーク値の測定により被測定物の当該部所の水分量とか坪量などの物性量を得ることが出来る。これの詳細については、本出願人による特許出願（特開昭 62-238447号）を参照ざれたい。尚ゝ各マイク口波空洞共振器の固有共振周波数は、被測定物の物理量によりシフトした共振曲線が隣接するマイクロ波空洞共振器の共振曲線に大きく重ならない程度に相互に離してある。

結合器 7により結合ざれた 8個のマィク口波空洞共振器 6のマィク口波出力は、一個のマイクロ ¾¾ 出器 8により検出ざれる。このマイクロ波検出器 8には、クリスタルダイオード又はショットキダイオードが使用ざれる。マイクロ波検出器 8により検出ざれた信号は、 A/D変換器 9によりディジタル信号に変換ざれてマィク口プロセッサ 10に与えられ、各共振曲線の共振周波数とピーク値とから被測定物の当該部所のフ J分量とか评量などの物性量が計算される。又、このマイクロプロセッサ 10は、謁歯状波発振器 2を駆動させるための信号を D/A変換器 1に与える機能も有している。

図 2は、本発明の各実施例の物性量測定装置により測定した紙の測定結果の一例を示す。曲線 aは被測定物が存在しない状態の各マィク口洞共振器の共振状態を示す。この状,態では各マィク口波空洞共振器はその固有共振周波数で共振するので、曲線 aは 2.5GH2、 2.6GHz 3.2GHzに各々ビークを有する。曲線 bは、一定厚ざの紙を置いた場合の共振曲線で、各々の共振曲線の共振周波数は対応する固有共振周波数より低い方にシフトしており、そのピ一ク値も曲線 aのそれから減衰している。曲線に dは、各々、曲線 bの場合の紙よりも厚い紙を被測定物とした場合の測定結果を示す。これらの共振周波数とビーク値とのシフト量から各マイクロ波空洞共振器に対応する紙の部分の评量と水分量を得ることが出来る。

0v〜35vに変化する Hiの鼯歯状波に応じて電圧制御発振器 3は、 2.5GH2から 3.5GH2まで連銃して変化するマイクロ波を一回発生ざせるが、この一回の走査により紙の横方向に一列に等間隔で配置ざれている 8個のマイクロ波空洞共^^に各々周¾ ^分割ざれたマイクロ波が与えられ、同時にそれら 8個のマィク口波空洞共振器の被測定物の紙により変化した共振曲線が、つまり 8個のマイク口波空洞^器の位置に対応する紙の部所の物性量が得られる。鋸齒状波の発生は ΙΚΗζと言う速い周波数で行われるので、被測定物の各 »fの坪量と水分量とは、実質上空白時間無しに測定出来る。

図 2では、固有周波数 2.8GHzに対応する共振曲線 b， c， dは、他の固有周波数に対応する曲線に比較して共振周波数のシフト量とピーク値の減衰量が大きい。これは、左から 4僵目のマイクロ波空洞共振器の位置の被測定物の水分量（又は坪量）が、他の部所のそれよりも大きいことを示す。第二室腳 I

図 3に示ざれる本発明の第二実施例の場合には、各マイク口波空洞共振器は被測定物 11の片側に置かれた円筒状構成物 12のみより構成されている。この円筒状構成物 12a， ·· * ， 12hには、その中心部に突起部 16a， ··· ， 16hが設けられていて、かつ分配器 5からのマイクロ波をその内部に導入するための受信アンテナ 13と被測定物の各測定部所の物性量に応じたマイクロ波の共振特性を結合器 7に送るための送信アンテナ 14とがその底部に設けられている。各円筒状構成物 12a， ··♦ ， 12hの円筒の内側直径は 20mmで、円筒状構成物 12aの内側溁ざは 25麵、円筒状構成物 12bの内側溁ざは 2½m、と 1唧づっ浅くなり、円筒状構成物 12hの内側深ざは 18醐となる様に構成ざれている。このように内側深さを lmmずつ変化させることにより、円筒状構成物 12aの固有共振周波数を 2.5GHz、円筒状構成物 12bの固有共振周波数を 2.6GHz、 " · ゝ円筒状構成物 12hの固有共振周波数を 3.2GH2と各々 100MH2づっずらすことが出来る。これらの円筒状構成物は、同軸型共振器を構成しているので、その円筒状構成物の内径とその中心部の突起部の外径との寸法は任意である。従って、円筒状構成物の径を小ざくすることにより、被測定物の測定点同志の距離を実質状 10 mm以下にすることも可能である。

これらの円筒状構成物は、その中心部に突起部 16を有しているので、電界は被測定物の突起部 16が延在する部所の周辺部に集中する。従つて第二実施例の物性量測定装置によると、突起部が存在しないマイク口波空洞共振器を使用する場合に比較して、この部分の物性量を感度良くかつ正確に測定することが出来る。

この第二実施例の場合、各々のマィク口波空洞共振器は被測定物 11の片側に配置ざれた一個の円筒状構成物 12a， ♦♦♦ ， 12hのみにより構成ざれているので、各マイクロ波空洞共振器を二個の円筒状構成部、又は一個のマイクロ波空洞共振器と一枚の金属板とから構成するものに比較して、物性測定装匿の構成が筒単になり物性量測定装置全体の価格を廉価にすることが出来る。更に、一組の円茼状樣成物を被測定物の両側に配匿ざせる場合に必要となる両者の円筒状構成物の柑互の位置合わせが不必要となる。又、円筒状構成物の径を小ざくすることにより、被測定物の測定点同志の距離を実質状 lOmra以下にすることも可能である。第荬删

図 4は本発明の第三実施例を示し、各マイク口洞共振器は被測定物 11の両側に箧かれた二個の同一形状の円筒状構成物 a， · ·♦ ，15hから構成ざれている。各円筒状:^成物 15a， ··* ，15hには、その中心部に突起部 16が設けられていて、かつ分配器 5からのマイク口波をその内部に導入するための受信アンテナと被測定物の各測定部所の物性量に応じたマイク口波の共振特性を結 ^7に送るための送信アンテナ 14とがその底部に設けられている。各円筒状構成物 15a， ··· ，15hの円筒の内側直径は 20議で、円筒状櫞成物 15aの内側深さは 35咖、円筒状構成物 15bの内側滦さは 34.5唧と 0.5mmづっ浅くなり、円筒状構成物 hの内側深ざは 31·5鯽となる様に樣成されている。これらの円筒状構成物は、同锄型共振器を構成しているので、その中心部の突起部の径は任意である。このように内側深ざを円筒状構成物毎に 0.5mmずつ変化ざせる（一対で合計 lmmづっ変化させる）ことにより、円筒状構成物 15aの固有共振周波数を 2.5GHz、円筒状構成物 15bの固有共振周波数を 2.6GHz、 ··♦ 、円筒状構成物 12hの固有共振周波数を 3.2GHzと各々 100MHzづっずらすことが出来る。第三実施例の物性量測定装置のマィク口洞共振器は、被測定物 11の両側に設けた中心部に突起部 16を備えた一対の円筒状構成部により構成されているので、各マイクロ波空洞共振器が一個の円筒状構成部から成る第二実施例のそれに比較してその感度ば非常に良い。

図 5ば本発明の第四実跑例を示し、各マイク口 ¾ ^洞共振器は被測定物 11の一方の側に置かれた金属板 17と他方の側に置かれた円筒状構成物 15a， ♦·· ， 15hから構成ざれている。各円筒状構成物 15a, ··♦ ，15hには、その中心部に <J一突起部 16a, ，16hが設けられていて、かつ分配器 5からのマイクロ波をその内部に導入するための受信アンチナ 13と被測定物の各測定部所の物性量に応じたマイクロ波の共振特性を結合器 7に送るための送信アンテナ 14とがその底部に設けられている。各円筒状構成物 15a， ♦·· ， hの円筒の内側直径は 20mmで、円筒状構成物 15aの内側滦さは 35mm、円筒状構成物 bの内側溁ざは 34.5mmと 0.5mmづっ浅くなり、円筒状構成物 hの内側深さは 31.5mmとなる様に構成ざれている。これらの円筒状構成物は、同軸型共振器を構成しているので、その中心部の突起部の径は任意である。このように内側溁ざを円筒状構成物毎に 0.5mmずつ変化させることにより、円筒状構成物 aの固有共振周波数を 2.5GH2、円筒状構成物 12bの固有共振周波数を 2.6GH2、 ♦·· 、円筒状構成物 15hの固有共 jg周波数を 3.2GHzと各々 100MH2 づっずらすことが出来る。本発明の第四実施例の物性量測定装置のマィク口波空洞共振器は、中心部に突起部 16を備えた円筒状構成部と金属板 17とから構成されているので、マイク口波空洞共振器が一対の円筒状構成物により構成されている物性量測定装置のように両者の円筒状構成物の位置合わせを行う必要が無い。更に、マィク口波空洞共振器が単一の円筒状構成物により構成されている第二実施例の物性量測定装置に比較して、その感度は良い。

〔産業上の利用可能性〕

以上述べたように、本発明の物性量測定装置は、例えば、製紙工程の原料パルプの物性量の測定に適している。

Claims

請求の範画

： - 一倔の鋸歯状波発振器と、前記鑤歯状波発振器が発生する簾歯状波電圧により駆動ざせる一倔の電圧制御マイクロ波発振器と、前記マイクロ波発振器が発生ざせたマイクロ波を分配する複数倔の分配器と、前記分配器により分配ざれた各マィク口波が被測定物の対応する部所の物性量に応じて共振する、固有共振周波数が各々異なる複数のマイク口波空洞共振器と、前記複数のマィク口洞共振器の各マイク口波出力を結合させる結^^と、前記結^^ の出力を検出す ¾一個のマイク口波検出器と、前記マィク口波検出器の出力から前記被測定物の »に対応する物性量を演算する演算器とを有する物性

2. 一個の鋸歯状波発振器と、前記鋸歯状波発振器が発生する鋸歯状波電圧により駆動させる一個の電圧制御マィク口波発振器と、前記マィク口波発振器が発生ざせたマイク口波を分配する複数個の分配器とを備え、

開口部を有しかつその中心部に突起部を有するマイクロ波空洞共振器の円筒状構成部を、前記開口部を被測定物の一方の面の各測定部所に対向ざせた状態で編 3被測定物の面内に複数顯置し、前記分配器により分配ざれた各マイク口波が前記構成部の各々にざれるように構成し、かつ前記マィク口波空湿共振器の各固有共振周波数を相互に栢違ざせ、

前記複数のマィク口波空洞共振器の各マィク口波出力を結合させる結合器と、前記結合器の出力を検出する一個のマイクロ波検出器と、前記マイクロ波検出器の出力から前記被測定物の部所に対応する物性量を演算する演算器とを備えた物性量測定装置。

3. 前記円筒状構成部の前記閲ロ部から底部までの深さを各々栢違ざせることにより、前記マイクロ波空洞共振器の各固有共振周波数を栢互に相達させた事を特徴とする請求項 2記載の物性量測定装置。

. 前記円筒状構成部が同靴型共振器である事を特徴とする請求項 2又は 3記載の物性量測定装置。

5 . 一個の鋸齒状波発振器と、前記鋸歯状波発振器が発生する鋸歯状波電圧により駆動させる一個の電圧制御マイクロ波発振器と、前記マイクロ波発振器が発生させたマイクロ波を分配する複数個の分配器とを備え、

開口部を有しかつその中心部に突起部を有するマイクロ波空洞共振器を構成する一対の円筒状構成部を、被測定物の各測定部所の両面で前記閎ロ部が対向する状態で、前記被測定物の面内に複数個配置し、前記分配器により分配された各マイクロ波が前記構成部の各々に供給されるように構成し、かつ前記マィク口波空洞共振器の各固有共振周波数を相互に相違させ、

前記複数のマィク口波空洞共振器の各マィク口波出力を結合させる結合器と、前記結合器の出力を検出する一個のマイクロ波検出器と、前記マイクロ波検出器の出力から前記被測定物の部所に対応する物性量を演算する演算器とを備えた物性量測定装置。 . 前記円筒状構成部の前記開口部から底部までの滦ざを各々相違させることにより、前記マィク口波空洞共振器の各固有共振周波数を相互に相違させた事を特徴とする請求項 5記載の物性量測定装置。 . 前記円筒状構成部が同軸型共振器である事を特徴とする請求項 5又は 6記載の物性量測定装置。 . 一個の鋸歯状波発振器と、前記鋸歯状波発振器が発生する鋸歯状波電圧により駆動させる一個の電圧制御マイクロ波発振器と、前記マイクロ波発振器が発生させたマイクロ波を分配する複数個の分配器とを備え、

被測定物の一方の面に金属板を配置し、開口部を有しかつその中心部に突起部を有するマイク口波空洞共振器の円筒状構成部を、前記開口部を被測定物の一方の面の各測定部所に対向ざせた状態で複数個配置し、前記分配器により分配された各マイクロ波が前記構成部の各々に供給ざれるように構成し、かつ前記マィク口波空洞共振器の各固有共振周波数を相互に相違ざせ、前記複数のマィク口波空洞共振器の各マィク口波出力を結合させる結^ と、前記結合器の出力を検出する一個のマイクロ波検出器と、前記マイクロ波検出器の出力から E被測定物の部所に対応する物性量を演算する演算器とを備えた物性量測定装置。

9. 編 3円筒状構成部の前記開口部から底部までの深ざを各々相違させることにより、前記マイクロ波空洞共振器の各固有共振周波数を相互に相違ざせた事を^^とする請求項 8記載の物性量測定装置。

1 0. 前記円筒状構成部が同軸型共振器である事を特徴とする請求項 8又は 9 に記載の物性翻定装置 o