JPH01287450A - マイクロ波による含水率測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は水分によるマイクロ波の吸収を利用した含水
率測定方法に関する。

従来技術 水分によるマイクロ波の吸収を利用した含水率測定方法
・装置は多数存する。多くは発信されたマイクロ波が受
信器への伝播路中に存在する水分から受けたｌＥｅを検
出し測定するものである。このうち試料の水分によるマ
イクロ波エネルギーの減衰量を検出するものについて、
試料とマイクロ波との関連について態様別に２．３を例
示すれば特開昭５５−１３２９３８号公報（漏洩型）、
特開昭５６−９２４３５号公報（透過型）、特開昭５９
−８７３４６号公報〈反射型）などをあげられる。

これらは試料の重量や検出時の温度あるいは周辺機材か
らのマイクロ波の反射などによる検出値の誤差を補償す
る手段・機構を協えているが、いずれもマイクロ波が照
射される範囲（測定域）には常時均等に試料が存在する
ことを原則としている。

しかし、産業機器に適用されるマイク１コ波による測定
装置では試料自体や試料供給の態様によって試料が測定
域へ常に均等に配置されるとは限らず、測定域において
平面的にあるいは厚み方向ですくなからず試料の偏在が
生じている。例えば産業機器本体から自動的に小さなベ
ルトでシンブル試料を測定域に供給する機構では、サン
プル取出し時の量にムラがあったり、供給位置が一定し
ないことで前記の偏在が生じる。そして、この偏在は、
空中の伝播路におけるマイクロ波の電位が通常、測定域
の中央部分で高いことと相俟って、含水率算出の基礎と
なる検出値に大きな変動を与え、測定結果に誤差を発生
する一つの原因となっている。

第４図（イ）はマイクロ波の伝播路（空気中）途中にマ
イクロ波吸収体ｄを種々の位置に配置して検出した受信
側電圧を示す実験結果で、前記の偏在による測定結果の
変動状況を表ずものである。

この実験は同図（ロ）に示すように、間隔を取り対向し
て配置した発信ホーンａと受信ホー２５間のマイクロ波
伝播路に、これを横断してアクリル樹脂の平板Ｃを載置
し、その上面を測定域の範囲内において同図（ハ）のよ
うにＣ１〜Ｃ９に区画し、同じ吸収体ｄを前記区画の一
つに（れぞれ載置してゆき、それぞれの場合の受信ホー
ンｂにおける検出電圧を、吸収体ｄを配置した位置と対
応さ住て示したものである。

なお、前記の吸収体ｄはウレタンフＡ−ムを基礎成分と
した市販の吸収体シート（ＥＣＣＯ８ＯＲＢ・・・商品
名、ブレースジャパン（株））を矩形に切取ったもので
ある。また、マイクロ波の使用周波数は９．４５Ｇｌ−
１ｚ、アクリル樹脂板は板厚９．９ｍｍ＜１／２・λ／
【「丁　・・・λ：真空中のマイク１］波の波長、εニ
アクリル樹脂板の誘電率、μ：同透磁率）の半波長板、
前記吸収体ｄを載置しない場合の検出電圧（基準電圧）
は４゜８０ｖであった。さらに、数値は３回の検出結果
の平均値であり、（）内は前記の基準電圧との差である
。

このように同じ測定域の範囲内にあっても吸収体ｄの位
置（試料の偏在）によって検出値が異なる。

そのうえ、凝集しやすい多水分の粉体や流動性に欠ける
粒状体あるいは不定形小片の集合体（木チップ、たばこ
葉、茶菓など）が試料である場合は、厚み方向の偏在が
激しく、たまたま隆起部分を検出して突出した測定値を
得てしまう危険があり、さらに、この様な試料は厚み方
向ばかりでなく、平面的にも偏在しがちで、しかも、特
に平面的な偏在はベルトの上部に配置したスクレーバー
やローラーで試料上面を掻き均らしたり押圧する程度で
は解消しない場合が多い。したがって、これをそのまま
連続して測定域に供給すると、マイクロ波の電位が高い
中央部の昂が時間的に変化するので、測定の都度、種々
の補正手段を作動させる必要がある。

一般に産業機器における含水率測定装置からの出力は産
業機器本体の作動に連動させており、前記従来のように
測定回数ごとに誤差をともない変動する値が検出される
と機器本体に与える影響が大きく、また、希望する製品
を得られない。

発明が解決しようとする課題 この発明は、試料の偏在を解消し、突出した検出値によ
る測定結果への影響を緩和できる測定方法の提供を課題
とする。

課題を解決するための手段 マイクロ波の伝播路途中に試料を配置し、該試料による
マイクロ波エネルギーの減衰量を検出して試料の含水率
を測定する方法を基本とする。

測定域に供給する試料を振動させつつ連続して搬送する
。

測定域を通過する試料の重量と試料による前記の減衰量
を共に複数回検出する。

得た検出値から以知の減衰量・重量・含水率相関式に基
づぎ含水率を亦出する。

作　　用 試料を振動させつつ連続して測定域を搬送する過程は、
測定域に供給する試料の厚み方向および平面的な偏在を
解消する。

測定域を通過する試料の重量と該試料によるマイクロ波
の減衰ｌを共に複数回検出する過程は、ヱ料の含水率を
正確に算出するためのデータを提供する。

実施例 第１図は本発明を実施する測定装置の１例をブロック図
的に示したものである。

図において、発信ホーン１（発信アンテナ）と受信ホー
ン２（受信アンテナ）とは上下に間隔を取って対向配置
され、前記間隔をマイクロ波の伝播径路３としている。

伝播路３には試料の搬送路を形成する振動コンベア装置
４が配置され、この装置は０−ドセル５を備える。

発信ホーン１の基部にはガンダイオードを主体とし９．
４５ＧＨｚのマイクロ波を発生するマイクロ波発信器６
が接続される。

電源回路７は通常のもので、１００■または２００Ｖの
交流電源から１５ｖと９ｖの２本の直流電源を得、マイ
クし１波発信器６に供給するものである。

受信ホーン２にはマイクロ波受信器８．受信回路１０．
検出値処理装置１１が接続され、検出値処理装置１１に
は表示装置１２や産業機器を測定値に対応させて駆動す
るためのドライバー１３が接続されている。

マイクロ波受信器８は検出ダイオードを主体とし、受信
回路１０は、マイクロ波受信器８がら送られる電圧値を
対数変換するとともに増幅して、後に処理しやすい値に
するもので、検出処理装置Ｂ１１はいわゆるパソコンを
利用している。

受信回路９は、ロードセル５がら送られてくる電圧値を
増幅して検出値処理装置ａｌｌに送るものである。

振動コンベア装置４は第２，３図に示すように、トラフ
（１）１４を架台１５に、左右両側の前後に設けた傾斜
板バネ１６を介して支持した構造でパイブレーク１７が
接続されている。トラフ１４はポリプロピレン材料（板
厚１ｍｍ）を一体成形したもので測定域に相当する個所
には孔が設けられ、その部分に発泡スチロール板（発泡
倍率１ｏ）がとりつけられている。なお、トラフ１４の
素材番ニアクリル樹脂など硬質でマイクロ波の吸収およ
び反射の少ない合成樹脂であればよい。架台１５は第３
図のようにマイクロ波の伝播路３に相当する個所が切抜
かれた枠体で、前記のロードセル５が配置されている。

ロードセル５はトラフ１４を通過する試料１８のＭｍを
計量するためのものでその検出値は受信回路９を介して
検出値処理装置１１に接続されている。符号１９は試料
１８の供給口である。

バイブレータ１７を駆動するとトラフ１４が傾斜板バネ
１６の弾性と傾斜方向により、矢印Ｕ方向へ斜め上方に
繰返し振動され、供給口１９がらこのｉ〜ラフ１４に供
給された試料は上方に揺上げられつつ連続的に前進する
。この場合に、供給口１９からトラフ１４上に供給され
た試料１８は当初、厚みに凹凸があったり、平面的な配
置に偏在が存するが搬送される間に、パイブレーク１７
がらの強力な振動によってこれらの偏在は消失し、試料
はトラフ１４の流路いっばいに均一に配置されるように
なる。

この様な振動による均一・化は、茶菓や木片チップのよ
うに、−片毎に弾性を呈する小片の集合体を均一化する
場合に特に適している。

トラフ１４における流路は試料の搬送路Ｌ（第５図）で
あり、この搬送路りに対しマイクロ波が照射される範囲
が測定１４ｔｓである。

試料の搬送と同時に、測定域Ｓには発信ボーン１　から
９．４５ＧＨｚ　（７）ＴＥＩＯモーｔ’を主体トスる
マイクロ波が発射され、トラフ１４上の試料および該ト
ラフを透過する形で受信ホーン２に受信される。受信ホ
ーン２が受けるマイクロ波のエネルギーは、途中トラフ
１４上の試料が保有する水分に吸収されたり、伝播路の
機器による反射・吸収で減衰した後のマイクロ波エネル
ギーであり、これをマイクロ波受信器８で電圧に変換し
て検出値とし、検出処理装置１１に伝達する。なお、前
記減衰エネルギーのうち伝播路の機器による反射・吸収
によるものは一定しており、しかも、わずかである。

また、架台１５に設けたロードセル５がらはその時々の
試料＠けが検出値処理装置１１に伝達されている。そし
て、検出処理装置１１は前記の受信マイクロ波エネルギ
ーの検出値と試料１徂を必要とするタイミングで取りだ
し処理するようになっている。

すなわち、試料１８は振動を受けて平坦化され、均一に
分布して測定ｔＩＵＳを通過し、その際、ｆｆ１ｆａと
受信マイクロ波エネルギーが検出される。

検出値処理装置１１においては例えば、第６図フローチ
ャートに示す処理が行なわれる。

このチャートは製茶工程中の茶菓を試料として、該試料
の受信マイクロ波エネルギーとその都度の試料Ｉｎを１
／２０秒毎に取出して検出値Ｍ１゜Ｗｌとし、これらを
それぞれに６０秒ごとにまとめてそれぞれの値ＭとＷと
し、さらにこれらから次の数式に基づき試料の含水率Ｇ
を算出するものである。

Ｇ＝７２．１７ＸＭ／Ｗ−０，１７ この数式は信頼性が高い全乾法により得た該試料の含水
率と、同試料によるマイクロ波エネルギー減衰囲の値を
実験的に多数揃え、これらを統計的に処理して得た既知
の、減衰間・ｆｆ１ｆｌ・含水率相関式である。

検出値処理装置ａ１１は処理作動の当初ステップＳ１で
レジスタＷ、Ｍをクリアし、レジスタｍ０１ＷＯにトラ
フ１４に試料が何もない状態での検出値（電圧ｍｏ）と
１コードセル出力値（重量ｗｏ）を基準値として入力し
、さらにタイマをｔ＝６０（秒）に設定し、初期化する
。ステップ２でタイマをリセット後スタートさせる。

ステップｓ３．ｓ４において１／２０秒ごとの試料重量
ｋ・（ｗｌ−ｗｏ）とマイクロ波エネルギーの減衰１２
１　（ｍｏ−ｍｌ）をレジスタＷとレジスタＭに加算す
る。なお、ＷｌはレジスタＷ１に入力される重量の検出
値、ｍｌはレジスタｍ１に入力される受信マイクロ波エ
ネルギーの検出値であり、検出値Ｗ１と検出値ｍ１はほ
ぼ同時にタイミングを合わせて取りこまれる。また、ｋ
は、定数で測定域の面積（Ｓ）と試料流路の面積（Ｌ）
との比、ｋ＝ｓ／Ｌである。

ステップＳ５において今回のサイクルが６０秒を経過し
たかを判断し、経過していなければステップＳ３に戻り
前記試料ｔｆｆｌと減衰間の入力を繰返し、これらの値
をそれぞれに蓄積する。６０秒を経過するとステップＳ
６に移り含水率Ｇが算出され、その結果はＣＲＴなど表
示装置１２あるいはドライバー１３に伝達される。

ステップＳ７では累積データＷ、Ｍがクリアされ、ステ
ップＳ８で初期化の必要があるかが判断され、無い場合
はステップＳ２に戻り、タイマをリセット後再スタート
させて前記の処理を繰返す。

これにより、算出された含水率Ｇが１分間毎に出力され
る。初期化の必要がある場合、例えば、試料の一部がト
ラフ１４に付着して残留し、試料が何も無い状態での検
出値（電圧ｍＱ、重予ＷＯ）が経時的に変化してしまう
場合には、一定時間経過毎にステップＳ１に戻り基準値
を変更する。

前記の７０−チャートによる処理で採用している１／２
０秒、６０秒という時間間隔は検出値処理装置１１の能
力や産業機器の応答能力などによって長くなることがあ
る。一般には一回の含水率Ｇが複数回の検出値Ｗ１とｍ
ｌの累積値をもとに算出されるようにすればよい。

なお、検出値Ｗ１とｍｌの検出間隔（回数／時１！ｉ１
）は必ずしも一致さけなくても、例えば、検出値ｗｌ、
ｍｌの累積値をそれぞれの検出回数で割って求めた平均
値Ｗ、雨をもとにすれば、上記相関式から試料含水率を
算出することができる。ただし、Ｗ、Ｍを求めるための
時間間隔（本実施例では６０秒）は、互いに一致させた
ほうがよい。

複数回に検出される試料の重ＦＡＷ１と受信マイクロ波
エネルギーの検出値ｍ１は、この他にも様々に処理し利
用することが可能である。例えば前記の数式におけるＷ
、Ｍに前記重量および減衰間の累積値ではなく、この累
積値を検出回数で除した平均値を利用するどか、あるい
は前記減衰門と試料型ａそれぞれの正規分布における中
央部分の累積値を用いるなどの手段を取ることができる
。

発明の効果 測定域における搬送試料に厚み方向および平面的な偏在
がなく、複数回の検出値が安定しており、検出値の大き
な変動に基づく撹乱がないから、信頼性の高い測定値を
得られる。

特に、従来困難とされた茶菓や本チップなど不定形小片
の集合体の含水率を精度高く測定することができる。

【図面の簡単な説明】 第１図はブロック図的に表した実施例装置、第２図は一
部の正面図、第３図は一部の側面図、第４図（イ）　（
ロ）（ハ）は説明のために示す図、第５図は平面図、第
６図は一実施例におけるフローチャートである。 １・・・発信ホーン、２・・・受信ホーン、３・・・伝
播径路、４・・・振動コンベア装置、５・・・ロードセ
ル、６・・・マイクロ波発振器、７・・・電源回路、８
・・・マイクロ波受信器、９・・・ロードセル受信回路
、１０・・・マイクロ波受信回路、１１・・・検出値処
理装置、１２・・・表示装置、１３・・・ドライバー、
１４・・・トラフ、１５・・・架台、１６・・・傾斜板
バネ、１７・・・バイブレータ、１８・・・試料、１９
・・・試料供給口。 （ほか２名） 第１図 第　２　図 第　４　口

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　マイクロ波の伝播路途中に試料を配置し、該試料によ
   るマイクロ波エネルギーの減衰量を検出して試料の含水
   率を測定する方法であって、試料を振動させつつ連続し
   て測定域を搬送し、かつ、測定域を通過する試料の重量
   と試料による前記の減衰量を共に複数回検出し、その値
   から既知の減衰量・重量・含水率相関式に基づき含水率
   を算出することを特徴としたマイクロ波による含水率測
   定方法。