JPH01301152A - 不定形小片集合体の含水率測定方法 - 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不定
形小片集合体く木材チップ、茶菓、タバコ葉なと）の含
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
信器への伝播中に存在する水分から受けた影響を検出し
測定するものである。このうち測定対象（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の態様別に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５
９−８７３４６号公報（反射型）などをあげられる。

これらは試料のｍ圀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・機構を備えているが、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ロ波による測定装
置で扱う試料は粉体や粒状物のように流動性の良いもの
ばかりでは無く、木材チップ、茶菓、タバコの葉など不
定形な小片の集合体では、含水率測定のためサンプルと
して取りだす試料の供給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ない。例えば産業機器本体
から自動的に小さなベルトで試料として前記の不定形小
片集合体を取り出し、測定域に供給する機構では、試料
として取り出す時の陽にムラが生じたり、供給位百が一
定しないことが多く、この種の試料が測定域を通過する
とき、実際には厚み方向や平面的にかなりの偏在が生じ
ている。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、含水率尊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、測定域の中央に対する吸収体
ｄの偏在による測定結果の変動状況を表すものである。

これは同図（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２６間のマイクロ波伝播
路にこれを横所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Ｃ
１〜Ｃ９に区画し、同じ吸収体ｄを前記区画の一つにそ
れぞれ載置した場合の受信ホーンｂにおける検出電圧を
、吸収体ｄを配置した位置を対応させて示したものであ
る。

なＪ３、前記の吸収体ｄはウレタンフオームを基礎成分
とした市販の吸収体シート（ＦＣＣＯ８ＯＲＢ・・・商
品名、グレースジャバン（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９．４５ＧＨ
ｚ、アクリル樹脂板は板厚９．９ｍｍ（１／２・λ（Ｔ
０ｎ　　−・・λ：真空中のマイクロ波の波長、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４．８Ｏｖである。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、不定形小片集合体の試料は、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る。さらに、この様な試料は前記
のように平面的にも偏在しがちであるが、この偏在はこ
れをベルトの上部に配置したスクレーバーやローラーで
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吊が時間的に変
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。

また、厚み方向や平面的に偏在のあることが予想される
試料から前記の重量や減衰量を精密に検出するには、測
定域を移動する試料からなるべく短い時間間隔ｔで前記
両ｍのデータを得ることが必要である。しかし、これら
のデータを含水率測定装置からの出力としてその都度直
接に、産業機器本体の作動を制御することは、産業機器
本体の応答性の点から不可能なことが多く、前記の精密
なデータを産業機器本体の制御に活かすにはなんらかの
手段が必要である。

発明が解決しようとする課題 この発明は、測定域を通過する試料としての不定形小片
集合体の偏在を解消し、かつ、このような試料の正確な
含水率を産業機器本体が応答できる時間間隔で得る、含
水率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としての不定形小片集合
体を配置し、該試料によるマイクロ波エネルギーの減衰
用を検出して試料の含水Ｓ＄を測定する方法を基本とす
る。

測定域に供給する試料を撮動させつつ連続して搬送する
。

測定域を通過する試料を少なくとも数回７秒の短い時間
間隔ｔで試料のＩＷと試料による受信マイクロ波エネル
ギーの減衰１ｊ１ｍを検出する。

前記短い時間間隔ｔより大きな時間間隔Ｔにおける前記
検出値ｗ、ｍの平均値ｗ、ｍを得る。

これら平均値の比から、別途求めた既知の減衰値・重量
・含水率相関式に基づき含水率を算出する。

作　　用 試料としての不定形小片集合体を振動させつつ連続して
測定域を搬送する過程は、測定域に供給する不定形小片
集合体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としての不定形小片集合体を少な
くとも数回７秒の短い時間間隔ｔでその重量７１ｗと該
試料によるマイクロ波エネルギーの減衰量ｍを検出する
過程は、これらの堡について、一定範囲の試料を、大部
分を重複させながら小刻みに検出し、該範囲における試
料としての不定形小片集合体の含水率を算出するための
正確で詳細なデータを提供する。

短い時間間隔ｔより大きな時間間隔Ｔにおける前記検出
値ｗ、ｍの平均値ｗ、ｍを求め、その比から含水率を求
める構成は、詳細に得たデータ（検出値ｗ、ｍ）を時間
間隔的に産業機器本体あるいは表示装置への適用が可能
な実際的データに変換する。

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、この装置はロードセル５を備える。

発信ホーン１には電源回路７、パルス化回路６、および
マイクロ波発振器９からなりマイクロ波をパルス的に発
生する装置が接続されている。

電源回路７は通常のもので、１００または２００ｖの交
流電源から９ｖと１５Ｖの平滑な直流電源を得るもので
ある。９■と１５Ｖの直流電源は共にマイクロ波光Ｆｉ
ｔ器９に接続され、９ｖの直流電源はマイクロ波の発振
、１５Ｖの直流電源は周波数同調のために用いられる。

パルス化回路６は無安定マルチバイブレークを主体とし
て２０サイクルのトリガパルスを発生し、これを前記電
源回路７の出力スイッチング部に印加して、前記マイク
ロ波発振用の９■の直流電源をパルス状に分割する。前
記トリガパルスのデユーティ比（１サイクルに占める０
０時間の割合）は平常３／４程度であるが、このデユー
ティ比を変更することによってマイクロ波発振器９によ
り発振されるマイクロ波のパワーを調整することができ
る。マイクロ波発信器９はガンダイオードを主体とし９
．４５ＧＨｚを発振する。

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ｉｌ＆
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からパルス状に送られ
る電圧値を対数変換した後に、平滑コンデンサにより直
流化するとともに、増幅して後に処理しやすい値とし、
また、ロードセル５から送られてくる電圧値を増幅して
、それぞれ検出処理装置１１に送るものである。検出値
処３！ｌ＋６置１１はいわゆるパソコンを利用している
。

撮動コンベア装置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トラフ１４にはバイ
ブレータ１７が接続されている。トラフ１４はポリプロ
ピレン材料（板ル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１０）が取り付けられている。なお
、トラフ１４の素材は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などでもよい。架
台１５は、第３図のようにマイクロ波の伝播路３に相当
する個所が切扱かれた枠体で、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
料としての不定形小片集合体１８の重量を計量するため
のもので、その検出値Ｗ１は検出値処理装置１１に接続
されている。符号１９は産業機器本体から取りだされた
試料としての不定形小片集合体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
繰返し撮動され、供給口１９からこのトラフ１４に供給
された不定形小片集合体１８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１
４上に供給された前記集合体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、バイブレータ１７からの強ツノな振動によってこれ
らの偏在は消失し、不定形小片集合体１８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。

このような撮動による均一化は、押しつぶしや掻きなら
しでなく、小片どうしの引掛かりを解き、相互に移動し
ながら空間を埋めていく作用によるから、茶菓や木片デ
ツプのように、−片毎に弾性を呈する小片の集合体を厚
みおよび平面的に均一化する場合に特に適している。

トラフ１４における流路は不定形小片集合体１８の搬送
路しく第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域Ｓである。

不定形小片集合体試料１８の搬送と同時に、測定域Ｓに
は発信ホーン１から９．４５ＧＨ７のＴ　Ｅ　１０モー
ドを主体とするマイクロ波が２０４ノイクルでパルス的
に発射され、トラフ１４上の不定形小片集合体１８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上の不定形小片集合体１８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
た発信マイクロ波の受信マイクロ枝毛ネルギーｍ１であ
り、これをマイクロ波受信器８で電圧に変換し検出値と
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互からはその時々の
検出値ｗｌ（重量）が検出値処理装置１１に伝達されて
おり、検出処理装置１１が必要とするタイミングで取り
込めるようになっている。

なお、この実施例では、パルス化回路６によって発振マ
イクロ波の発振を短い時間間隔ｔ（＝１／２０秒）のパ
ルス的発振とし、それを受信回路１０によって直流状に
変換したものを受信マイクロ波エネルギーｍ１としてい
るが、パルス化回路６を省略してマイクロ波の発振を連
続的に行う構造としてもよい。この場合、発振マイクロ
波のパワーの調整は減衰器等の機械的手段を用いて行う
ことになる。

これらの検出値ｗ１．ｍ１は検出値処理装置１１におい
て第６図フローチャートに示す手順によって処理される
。

このチャートは、前記の検出値ｗ１．ｍ１と試料１８が
存在しない場合のこれらの値ｗＱ、ｍＱ（基準値）から
、前記短い時間間隔ｔ　（＝１／２０秒）ごとのマイク
ロ波エネルギー減衰量ｎとその都度の試料型（ｉｌｗを
算出し、これらの値ｍ。

Ｗを前記時間間隔ｔより大きいＴ（＝６０秒）ずつ積棹
した積分値Ｍ（＝Σｍ）とＷ（＝ΣＷ）を求め、このＭ
とＷの比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、不定形小片の一例として製茶工程中の茶菓
を対象として、信頼性の高い全乾法により得た該不定形
小片集合体の含水率と、同集合体によるマイクロ波エネ
ルギー減哀惜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、減衰量・重量・含水率相関式で
ある。

検出値処理装置１１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ｍＱ。

ＷＯヘトラフ１４に不定形小片が何もない状態での検出
値（電圧ｍｏ）とロードセル出力値（重岱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模
スタートさせる。

ステップｓ３．ｓ４において１／２０秒ごとの不定形小
片集合体の重ｆｆ１ｋｘ　（ｗｌ−ｗｏ）とマイクロ波
エネルギーの減衰ｆｆｊ　（ｍＱ−ｍ　１　）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Ｗ
１に入力されるロードセルの検出値、ｍｌはレジスタｍ
１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は同時に検出処理装置１１
に取りこまれる。

ｋは定数で搬送路りの面積（Ｌ）と測定域Ｓの面積（Ｓ
）との比でに＝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
前記集合体の重量と減衰量の入力を繰返し、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、Ｍ（すなわちΣｍ）とＷ（すなわちΣＷ）と
から含水率Ｇが算出され、その結果は表示装置１２ある
いはドライバ１３に伝達される。

ステップＳ７では累積データのレジスタ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、試料が何もない状態での検出値（電圧ｍ
０２重ｆｆｉｗｏ）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。

このようにして測定域を移動する不定形小片の集合体１
８から１／２０秒という短い時間間隔ｔで得た詳細な前
記集合体の１聞とこの集合体によるマイクロ波エネルギ
ーの減衰量から６０秒ごとに不定形小片集合体１８の含
水率を得る。この含水率は実際の値にきわめて近い正確
なものとなる。

なお、−船釣には、試料によるマイクロ波エネルギーの
減衰量ｍと試料土１ｗとの検出回数、すなわち、短い時
間間隔ｔを一致させる必要はなく、従って、前記数式に
おけるＭとＷはΣｍとΣＷをそれぞれの測定回数で除し
た平均値ｗ、ｍであればよい。

さらに、前記の短い時間間隔ｔは一般的には数回７秒と
することができ、これより大きな時間間隔ＴはＣＲＴｌ
　２や産業機器ドライバー１３が実際上で対応できる可
及的に小さな時間間隔が好ましい。

前記の実施例では、マイクロ波エネルギー減衰１ｍと試
料土ｆｉｗの検出値の個数は一致する（共に２０Ｘ６０
個）ので、Ｗ、苗に代え、積分値Ｍ。

Ｗを直接用いて含水率を求めたちのである。

発明の効果 測定域へ移動する不定形小片集合体の厚み方向および平
面的な偏在をなくしたことと、短い時間間隔による検出
とにより、極端なピーク値や検出値の変動に基づく撹乱
の影響が少なく、信頼性の高い測定値を得られる。

検出は短い時間間隔で行なわれるが含水率の算出はこれ
を利用する機器の応答性に合わせて設定することができ
、無駄が無い。

【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
播路、４・・・振動コンベア装置、５・・・ロードセル
、６・・・パルス化回路、７・・・電源回路、８・・・
マイクロ波受信器、９・・・マイクロ波発信器、１０・
・・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・・・パ
イブレーク、１８・・・不定形小片集合体、１９・・・
試料供給口。 第　１０ 第　４　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. マイクロ波の伝播路途中に不定形小片の集合体を配置し
   、該集合体によるマイクロ波エネルギーの減衰量を検出
   して不定形小片の含水率を測定する方法であつて、不定
   形小片の集合体を振動させつつ連続して測定域を搬送し
   、かつ、測定域を通過する前記不定形小片集合体の重量
   ｗとこの集合体によるマイクロ波エネルギーの減衰量ｍ
   を少なくとも数回／秒の短い時間間隔ｔで検出し、前記
   時間間隔ｔより大きな時間間隔Ｔにおける前記重量ｗと
   減衰量ｍの平均値＠ｗ＠、＠ｍ＠の比から、別途求めた
   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不定形小片集
   合体の含水率測定方法。