JPH02238353A - 含水率測定装置 - 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】

本発明は、物質中の含有水分量を測定する含水率測定装
置に関するものである。

【従来の技術】

従来より、畑の土中の含水率など物質中の含有水分旦を
測定する方式として熱応答方式と静電容量方式とが知ら
れている． 熱応答方式は、測定対象となる物質中にヒータど温度セ
ンサとを埋め込み、ヒータによって物質を加熱するとと
もに、物質の温度変化を温度センサにより検出すること
によって、物質中に含まれる水分量を測定する方法であ
る． また、静電容量方式は、測定対象となる物質中に一対の
電極を離間して挿入し、両電極と物質とにより形成され
るコンデンサの容量に基づいて物質の誘電率を求め、物
質の誘電率と物質中に含まれる水分量との対応関係から
物質中に含まれる水分量を測定する方法である。 （発明が解決しようとする課！！！） 熱応答方式では、測定対象となる物質をヒータにより加
熱するものであるから、物質が熱平衡状憇に戻るまで次
の測定を行うことができず、連続して測定を行うには時
間がかがるという問題がある．また、水は比熱が大きい
から物質の加熱にはヒータへの供給電力を大きくしなけ
ればならず、消費電力が大きいという問題もある．さら
に、ヒータと温度センザとは比較的近接して配置しなけ
ればならないから、土のように密度が不均一な物質内で
は測定場所によって測定結果が大きく変化するという問
題が生じる． 一方、静電容ｋζ方式では、熱応答方式に比較すれば、
物質の加熱が不要であるから、短時間で連続的に測定す
ることができ、また電力消費も少ないという利点がある
．しかしながら、コンデンサとしての容量の絶対値が非
常に小さ＜、ｐＦのオーダであるから、高度な測定技術
を要し回路構成が複雉になり、またノイズの影響を受け
やすいという問題がある。容量の絶対値を大きくするに
は電極の面積を大きくすることが考えられるが、大型化
するという問題が生じる．さらに、電極間の′＃離や電
極の位置によって容量が変化するから、測定結果が安定
せず、測定結果の信頼性が低いという問題もある． 本発明は上記問題点の解決を目的とするものであり、簡
単な回路構成で実現できるものでありなから測定結果の
信頼性が高く、しがも短時間で連続的に測定ができると
ともに低消費電力とした含水＞＋Ｓ定装置を提供しよう
とするものである。

【課題を解決するための手段】

本発明では、上記目的を達成するために、測定月象とな
・る物質中に少なくとも一部が埋設される伝送線路と、
上記物質の誘電率を上記伝送線路の電気的変量として検
出するセンサ回路と、上記電気的変量を上記物質の含水
率に換算する演算部とを設けているのである． センサ回路としては、伝送線路の共振周波数を検出する
周波数検出回路を用い、演算部において上記共振周波数
を物質の含水率に換算することができる． また、センサ回路を、伝送線路の一端に信号を印加する
信号発生器と、信号が伝送線路の一端に印加されてから
他端に到達するまでに要する遅延時間を検出する時間検
出部とで構成し、演算部において上記遅延時間を物質の
含水率に換算するようにしてもよい。 周波数検出回路は、伝送線路に高周波信号を印加する可
変周波数発振器と、伝送線路のインピーダンスを検出す
るインピーダンス検出部とで構成し、可変周波数発振器
の出力周波数を変化させるとともに上記インピーダンス
を検出し、伝送線路のインピーダンスが最小または最大
となる周波数を伝送線路の共振周波数とすることができ
る．また、周波数検出回路として、伝送線路に高周波信
号を印加する可変周波数発振器と、伝送線路を通過する
高周波信号の電流位相と電圧位相との一方に対する他方
の位相角を検出する位相角検出部とで構成し、可変周波
数発振器の出力周波数を変化させるとともに上記位相角
を検出し、上記位相角の正負の符号が反転する周波数を
伝送線路の共振周波数としてもよい。 さらに、周波数検出回路を、伝送線路を共振回路とする
発振回路とし、発振回路出力を伝送線路の共振周波数と
することができる。 さらにまた、周波数検出回路としては、伝送線路に高周
波信号を印加する可変周波数発振器と、伝送線路を通過
する高周波信号の電流位相と電圧位相との位相差を検出
するとともに上記位相差が零になるように可変周波数発
振器の出力周波数を調節する位相差検出回路とで構成し
、可変周波数発振器の出力周波数を伝送線路の共振周波
数とするようにしてもよい。 センサ回路は、耐水性のケースに納装するのが望ましい
． 伝送線路は、導電性の一対の芯線と、芯線の周囲を覆う
絶縁被覆とにより形成するのが望ましい。 また、伝送線路に、両芯線を平行に保つスペーサを設け
るのが望ましい。 スペーサは、両芯線の長手方向において適宜間隔で透孔
を有する形状に形成するとよい．伝送線路の端末には終
端回路を接続するのが望ましい，

【作用】 上記構成によれば、測定対象となる物質中に伝送線路の
少なくとも一部を埋設し、物質の誘電率に対応する伝送
線路の電気的変量に基づいて物質の含水率を測定するか
ら、測定中には測定対象となる物質に影響を与えること
がないのであり、短時間に連続して測定を行うことがで
きるのである、、また、測定対象となる物質に物理的な
影響をほとんど与えないから、エネルギーの損失が少な
く、電力消費も少なくなるのである． また、物質の誘電率に対応する伝送線路の電気的変量と
しては、伝送線路の共振周波数や伝送線路による信号の
遅延時間を用いるがら、周波数測定や時間測定の既存技
術に濫みて高精度の測定が行えるのであり、回路構成が
比較的簡単になるとともにノイズの影響も受けにくくな
るのである。 また、伝送線路の長さを適宜設定すれば、密度が不均一
な物質内でも密度のばらつきによる影響を無視できるよ
うにすることができ、測定場所による測定結果のばらつ
きを防止することができる．すなわち、測定結果の再現
性がよく信顆性の高い測定が行えるのである． また、センサ回路を耐水性のケースに納装したものでは
、センサ回路を伝送線路とともに物質中に埋設すること
ができ、高周波信号を発生ずる部分をすべて物質中に埋
設することになるから、外部への輻射ノイズを低減する
ことができるのである．あるいはまた、ケースの一部を
物質中から露出させるようにすれば、ケースを埋設位置
の目印として用いることができる。 さらに、伝送線路に絶縁被覆を設けているものでは、物
質中の水分による分布抵抗の影響を受けないから、測定
精度がさらに高まるのである。 しかも、伝送線路の両芯線間にスペーサを設けて両芯線
閏を平行になるようにすれば、特性が安定して測定結果
の信頼性がさらに高まり、スペーサに適宜間隔で透孔を
設ければ、スペーサの材料による測定値への影響が軽減
されて高感度な測定が行えるのである． 加えて、伝送線路の端末に終端回路を設ければ、伝送線
路の特性を安定化させることができ、測定結果の再現性
が一層高まるのである。

【原理】

本発明では、水の比誘電率が８０程度であり、他の物質
に比較して非常に大きいことを利用して物質中の水分量
を測定している．すなわち、一般に固体物質の比誘電率
は１〜１０程度であって、水の比誘電率・とけ大きな差
がある．したがって、物質中の水分量が変化すれば、物
質固有の比誘電率から水の比誘電率までの範囲で大きく
変化することになる．この性質は、静電容量方式でも利
用されているが、本発明では、物質中に一対の電極を埋
設する代わりに伝送線路を埋設し、伝送線路の共振周波
数や遅延時間のような電気的変量が、物質の誘電率に対
応する点に着目して物質の含水率を求めているのである
。 すなわち、伝送線路の長さ程度のオーダの波長の高周波
信号が伝送線路を通過するときには、伝送線路の分布定
数が伝送特性に影響を与えるのであって、伝送線路を物
質中に埋設すれば、伝送線路の分布定数は、物質の誘電
率に対応することになる．したがって、伝送線路の共振
周波数や遅延時間が変化するのであり、本発明は、伝送
線路についてこれらの電気的変量を測定すれば、物質の
含水率を求めることができるという知見に基づいている
． 以下に伝送線路の共振周波数や遅延時間を測定する基本
構成について説明する． まず、伝送線路１上での電圧振幅について考察する。第
１０［ｇ（ａ）に示すように、開放終端を有する伝送線
路１の一端に、波長λの高周波を出力する高周波信号源
Ｓを接続すると、第１０図（ｂ）に示すように、高周波
信号源Ｓからの入射波Ｗと終端からの反射波Ｗ２どの干
渉により、伝送線路１上での電圧振幅の分布は、第１０
図（Ｃ）のように、終端から（２ｎ−１）・λ／４の位
置で最小、２ｎ・λ／４の位置で最大になる（ｎ＝１．
２，・・・・・・）．また、第１１図（ａ）に示すよう
に、短絡終端を有する伝送線路１の一端に高周波信号源
Ｓを接続すると、第１１図（ｂ）に示すように、高周波
信号源Ｓからの入射波Ｗ｝と反射波Ｗ２との干渉により
伝送線路１上での電圧振幅の分布は、第１１図（ｅ）の
ように、（２ｎ−１）・λ／４の位置で最大、２ｎ・λ
／４の位置で最小になる． すなわち、高周波信号源Ｓから見れば、伝送線路１の終
端からλ／４の位置は、開放終端の伝送線路１ならばイ
ンピーダンスが最小、短絡終端の伝送線路１ならばイン
ピーダンスが最大の位置ということになる．逆に伝送線
路１の長さを固定すると、高周波信号源Ｓの出力周波数
ｆに対する・インピーダンス特性は、開放終端の伝送線
路１では第１２図のようにＬＣ直列共振回路と等価にな
り、短絡終端の伝送線路１では第１３図のようにＬＣ並
列共振回路と等価になる．ただし、共振点は複数存在し
ていることになる． 伝送線路１の単位長当たりのインダクタンスをし、容量
をＣとすると、共振周波数で，は、ｆ，＝κ＋／（Ｌ　
Ｃ　）””　　　・・・■と表すことができる．ただし
、κ．は比例定数である。一方、容量Ｃは伝送線路１の
周囲の物質の比誘電率εに比例し、比例定数をκ２とす
れば、Ｃ＝κ２・ε　　　　　　　・・・■ となるから、■■式により、 ｆ，＝κ，／（κ２・εＬ）１″　　・・・■となる。 つまり、Ｌ＃一定とすれば、 ｆ，＝κ，／ε１″　　　　　　・・・■となる．ただ
し、κ，は比例定数である．ここに、インダクタンスし
は、伝送線路１の周囲の物質の比透磁率により変化する
が、比透磁率は物質中の古水率によってほとんど変化し
ないから、Ｌ吋一定という仮定に問題はない．また、伝
送線路１の単位長さ当たりの遅延時間τは、比例定数を
κ４とすれば、 τ＝κ４・（ＬＣ）””　　　　　・・・■となるから
、Ｌ″＝．一定のとき、■［Ｆ］式により、τ＝κ５・
ε　　　　　　　　．．．■となる． 以上のように、伝送線路１の共振周波数で１や遅延時間
τは、伝送線路の周囲に存在する物質の比誘電率ε゛に
依存するから、伝送線路１の共振周波数や遅延時間を求
めることにより、伝送線路１の周囲に存在する物質の含
水率を求めることができるのである． 物質の含水率と共振周波数との関係の一例を示すと第１
４区のようになり、含水率の増加とともに共振周波数が
低下することがわかる．また、■■式を比較すれば、共
振周波数ｆ７と遅延時間でとは反比例するから、含水率
が増加すれば遅延時闇は大きくなることがわかる． ところで、物質中での電磁波の伝播速度■は、物質中で
の電磁波の屈折率がｎであるときに、■＝ｃ／ｎ（ｃは
光速度）であることが知られており、屈折率ｎは、比透
磁率と比誘電率との積の平方根であって、非磁性体では
比透磁率は１程度であるから、Ｖ　”ｔ　（　／ε１″
となる．この式を■式や■式と比較すればわかるように
、伝送線路１の共振周波数や遅延時閏を求めることは、
物質中での電磁波の伝播速度を間接的に測定しているこ
とになるのである． つまり、物質中での電磁波の伝播速度を測定すれば、物
質中の水分量が測定できるのであるが、電磁波の伝播速
度は非常に速いので、伝播速度を直接測定するには装置
が大掛かりになるとともに、誤差が生じ易くなる．これ
に対して、上述したように伝送線路の共振周波数や遅延
時間によって，物質中での電磁波の伝播速度を問接的に
測定すれば、装置の構成を簡単にすることができ、しか
も信頼性の高い測定値が得られるのである．

【実施例１
】 本実施例では、伝送線路に流れる高周波信号の周波数を
変化させながら伝送線路のインピーダンスを測定するこ
とにより、インピーダンスが最小もしくは最大となる周
波数を伝送線路の共振周波数としている。 伝送線路１は、平行に配設された導電線よりなり、第１
図に示すように、基準インピーダンス２に直列接続され
る．伝送線路１の終端については開放していても短絡し
ていてもよい．伝送線路１と基準インピーダンス２との
直列回路には可変周波数発振器３の出力電圧が印加され
、上記直列回路の両端電圧Ｖ，と、伝送線路１の両端電
圧■６どの比が測定される． すなわち、周波数ｆに対する伝送線路１と基準インピー
ダンス２とのインピーダンスを、それぞれＺウ（ｆ），
ＺＡ（ｆ）とすると、 Ｚ　．ｍ／（Ｚ　ｘ（ｆ）十Ｚ　Ａ（ｆ））　＝　Ｖ　
．／Ｖ．という関係が成立するから、 ｚ　。（ｒ）＝　Ｚ　Ａ（ｆ）・Ｖ．／（Ｖ．−Ｖｂ）
　　　・・・■となり、ここに基準インピーダンス２の
インピーダンスＺＡ（ｆ）は既知であるから、電圧Ｖ．
，Ｖ。の測定により周波数ｆに対する伝送線路１のイン
ピーダンスを求めることができる．したがって、可変周
波数発振器３の出力周波数を可変しながら、電圧Ｖ　−
　，　Ｖ　ｂを測定し、■式に基づいてＺｘ（ｆ）が最
小（伝送線路１の終端が開放の場合）もしくは最大（伝
送線路１の終端が短絡の場合）になる周波数を求めれば
、それが伝送線路１の共振周波数となるのである． ここにおいて、伝送線路１の共振周波数の測定が容易に
行えるように、可変周波数発振器３の出力周波数の制御
、および電圧Ｖ．，Ｖ．の測定はマイクロコンピュータ
４を用いて自動化されている．すなわち、伝送線路１と
基準インピーダンス２との直列回路の両端電圧Ｖっと、
伝送線路１の両端電圧Ｖ．とのどちらを測定するかは切
換スイッチ５により選択され、被測定電圧はアナログー
ディジタル変換器６によりディジタル信号に変換される
５こうして被測定電圧はディジタル信号としてマイクロ
コンピュータ４に入力され、■式の演算が行われて伝送
線路１のインピーダンスが求められる．また、可変周波
数発振器３は出力周波数が段階的に変化するように制御
され、同一周波数に保持されている時間内に切換スイッ
チ５が切り換えられて２種の電圧Ｖ．，Ｖ．が測定され
る．したがって、切換スイッチ５の切換タイミングもマ
イクロコンピュータ４により制御される．すなわち、基
準インピーダンス２、切換スイッチ５、アナログーディ
ジタル変換器６によりインピーダンス検出部が構成され
、このインピーダンス検出部は可変周波数発振器３とと
もにセンサ回路７を構成するのである． 以上のようにして可変周波数発振器３の周波数可変範囲
におけるインピーダンスの測定が終了した後、マイクロ
コンピュータ４では、インピーダンスが最小（伝送線路
１が開放終端の場合）もしくは最大（伝送線路１が短絡
終端の場合）になる周波数が求められる．この周波数が
伝送線路１の共振周波数であって、この共振周波数が含
水率に換算されるのである．すなわち、マイクロコンピ
ュータ４は、伝送線路のインピーダンスおよび共振周波
数をセンサ回路７の出力に基づいて演算するから、イン
ピーダンス検出部の一部（つまり周波数検出回路の一部
）として機能するとともに、演算部として機能する． 次に上記構成の装置によって土中の水分量を測定する場
合について説明する．この場合、第２図に示すように、
伝送線路１の全体が土Ｅの中に埋設される．また、土Ｅ
の中の空洞等による密度の局所的な不均一の影響が出な
いように、伝送線路１は適宜長さに設定され、その長さ
の範囲の平均値が得られるようにする。たとえば、１ｌ
程度の伝送線路１を用いれば、１ｌ程度の範囲の平均値
が得られるのであって、この伝送線路１の共振周波数は
、空気中では約７５ＭＨｚとなり、第１４図に示したよ
うに、物質中では含水率が増加するにしたがって共振周
波数が下がるから、この伝送線路１に対しては、可変周
波数発振器３の出力周波数は数Ｍ　Ｈ　ｚ〜１００ＭＨ
ｚ程度の範囲に設定される．この程度に周波数を可変す
るのは比較的容易であり、回路構成が簡単で安定した動
作が期待でき、測定器として好ましい条件となる．ここ
に、水に振動電界を与えた場合に、振動電界の周波数が
ＩＧＨｚ程度になると水分子の配向変化が電界の変化に
追随できなくなり誘電率が急速に低減するから、実用的
には５００Ｍ８２程度を上限として使用することになる
．すなわち、伝送線路１は少なくとも数十ＣＪＩは必要
である．一方、畑のように比較的広範囲の平均値として
含水率を測定する場合には、伝送線路１を数十ｌに設定
することもでき、この場合には共振周波数が一層低くな
るから、回路設計はさらに容易になる．伝送線路１を埋
設する深さについては測定目的に応じて調節すればよい
が、通常は１０ｃｍ以上に設定される．基準インピーダ
ンス２、可変周波数発振器３、切換スイッチ５、アナ口
グーディジタル変換器６等の高周波に関与するセンサ回
路７は、耐水性を有するケース１０内に納装され、伝送
線路１とともに土Ｅの中に埋設される．また、ケース１
ｏからはマイクロコンピュータ４への接続線１１が引き
出される．すなわち、土Ｅの中の水分量によって影響を
受ける部位をすべて土Ｅの中に埋設することができるか
ら、土Ｅの中への挿入寸法の差による測定値のばらつき
を防止することができ、測定値の信頼性が高まるととも
に、高周波の不要な輻射ノイズが外部に漏れるのを防止
するという効果が得られる。また、ゲース１０の一部を
土Ｅがら露出させるようにすれば、ゲース１ｏの露出部
分により埋設位！を確認することができ、接続線１１を
トラクタなどで引掛けることが防止できるのである． 伝送線路１は、第３図に示すように、導電性の一対の芯
線１２の周囲に耐水性の絶縁被覆１３を設けたフィーダ
線状に形成されており、両芯線１２の間には薄肉のスペ
ーサ１４が絶縁被Ｆ！Ｊ！１３に一休に形成され、両芯
線１２間の距離が一定に保たれる．このように、絶縁被
ＦＷ１３を有していることにより、土Ｅの水分に溶けた
電解質による分布抵抗の影響を防止し、分布抵抗を通し
て電流が流れることによる電力消費の増加や分布抵抗の
増加による選択度（Ｑ）の低下を防止して、測定が容易
になるようにしている．また、絶縁被覆１３によって芯
線１２の腐食も防止できる。ここにおいて、絶縁被覆１
３の存在により、測定される誘電率の変化幅が若干小さ
くなるが、インピーダンスは高精度に測定できるから、
絶縁被覆１３の誘電率の影響は無視できる程度のものに
なる．なお、芯線１２に絶縁被覆１３を施すことによっ
て、上述したように測定が容易になるが、必要がなけれ
ば絶縁被覆１３はなくてもよい．また、第４図に示すよ
うに、伝送線路１に沿ってスペーサ１４に適宜間隔で透
孔１５を形成して伝送線路１をはしご状に形成すると、
透孔１５を形成していない場合に比較すれば、伝送線路
１の表面積が大きくなり、かつ誘電体であるスペーサ１
４の量が減少するから、土中Ｅの水分量の変化を高惑度
に検出できるようになる． 伝送線路１の終端には、終端回路１６が設けられる．終
端回路１６は、コンデンサ、抵抗等の受動回路部品より
なり、伝送線路１のインピーダンスを変更したり、外来
電磁波の影響を軽減したりすることができる．また、伝
送線路１の終端における境界条件が明確になるから、た
とえば、開放終端において終端にコンデンサを接続すれ
ば、共振周波数が低下し、インピーダンス特性のあばれ
が小さくなるという効果が得られる．このようなコンデ
ンサを接続していない場合では、第５図に細線で示すよ
うに、インピーダンスの周波数分布に不規則な部分が現
れることが多く、測定値の信頼性が低下するが、終端回
路１６を設けることによって、第５図に太線で示すよう
に、このような問題が改善されるのである．終端に抵抗
を接続すれば、伝送線路１の共振周波数には影響を与え
ずに、インピーダンス特性のあばれを小さくすることが
できる．また、伝送線路１の終端を短絡している場合に
は、伝送線路１の両端間の抵抗が小さくなるから、この
場合には、伝送線路１の接地側に抵抗を直列接続するの
が望ましい．

【実施例２】 本実施例では、第７図に示すように、伝送線路１の共振
周波数の前後において電圧位相と電流位相との間の位相
角が急激に変化することを利用して伝送線路の共振周波
数を検出する，すなわち、伝送線路１が開放終端である
場合には、第７図（ａ）に太線で示すように、電圧位相
に対して電流位相は遅相から進相に変化し、短絡終端で
ある場合には、第７図（ｂ）に太線で示すように、進相
から遅相に変化する．このように、共振周波数の前後で
は電圧位相と電流位相との間の位相角の符号の正負が反
転するから、位相角の符号の反転を検出すれば、伝送線
路１の共振周波数を求めることができるのである． このようにして共振周波数を検出する回路構成としては
、第６図に示すように、伝送線路１に抵抗Ｒを直列接続
し、この直列回路に可変周波数発振器２の高周波出力を
印加するとともに、抵抗Ｒの両端の位相差を検出するよ
うにすればよい．すなわち、抵抗Ｒにおいて可変周波数
発振器２側の端部では、上記直列回路の電圧位相が検出
され、抵抗Ｒにおいて伝送線路１側の端部では、上記直
列回路の電流位相が検出されるから、抵抗Ｒの両端での
位相差を検出すれば、電圧位相と電流位相との間の位相
角が検出できるのである．位相差の検出には、入力位相
の差に対応した電圧出力が得られる位相差検出回路９を
設け、位相差検出回路９の出力電圧をアナログーディジ
タル変換器６によりディジタル信号に変換してマイクロ
コンピュータ４に入力すればよい．マイクロコンピュー
タ４は、可変周波数発振器３を出力周波数が変化するよ
うに制御し、周波数に対する位相差検出回路９の出力変
化を求め、位相角の符号が反転する周波数を伝送線路１
の共振周波数とするのである．こうして得られた共振周
波数は含水率に換算される． 以上のように、抵抗Ｒ、アナログーディジタル変換器６
、位相差検出回路９により位相角検出部がが構成され、
この位相角検出部は可変周波数発振器３とともにセンサ
回路７を構成するのである．マイクロコンピュータ４は
、伝送線路を通過する高周波信号の電圧位相と電流位相
との間の位相角および共振周波数をセンサ回路７の出力
に基づいて演算するから、位相角検出部の一部（つまり
周波数検出回路の一部）として機能するとともに演算部
として機能する．

【実施例３】 本実施例では、第８区に示すように、伝送線路１がＬＣ
共振回路と等価である性質を利用し、伝送線路１を発振
器８の共振回路として用いるようにし、発振器８の出力
周波数によって伝送線路１の共振周波数を求めるように
している．第８図においては、発振器８を変形クラップ
回路として構成することにより、能動素子であるトラン
ジスタＱが１個であり、回路構成が非常に簡単になって
いる．なお、発振器８は他の構成としてもよいのはもち
ろんのことである． このようにして発振器８の出力周波数から伝送線路１の
共ｆｉ問波数を求めることにより、実施例１と同様にし
て物質の含水率に換算することができる．

【実施例４】 本実施例は、第９図に示すように、伝送線路１に抵抗Ｒ
を直列接続し、この直列回路に可変周波数発振器２の出
力を印加しているのであって、抵抗Ｒの両端の位相差が
零になるように、フェー　ズロックドループを構成して
いる．すなわち、抵抗Ｒの両端の位相差は、実施例２で
説明したように、電圧位相と電流位相との位相差に対応
する．また、可変周波数発振器２は電圧制御発振器であ
って、上記位相差に相当する電圧を発生する位相差検出
回路９の出力電圧により制御される。したがって、可変
周波数発振器２は上記位相差を低減するように調節され
、位相差が零になると周波数が安定する．この周波数が
伝送線路１の共振周波数であるから、可変周波数発振器
２の出力周波数を測定すれば、伝送線路１の共振周波数
を知ることができるのである．以後の処理は実施例１と
同様であって、共振周波数が物質の含水率に変換される
のである． このように、フェーズロックドルーブによって、伝送線
路１の共振周波数を求めているから、伝送線路１の選択
度（Ｑ）の影響がほとんどなく、伝送線路１の共振周波
数を正確に求めることができるのである．

【実施例５】 実施例１ないし実施例４では、伝送線路１の共振周波数
を求めるようにしていたが、本実施例では伝送線路１を
分布定数遅延線路とみなして、伝送線６１の一端から入
力された信号が他端まで到達するのに要する遅延時間を
測定することにより、伝送線路１の周囲の物質の含水率
に対応させるものである． すなわち、第１５図に示すように、伝送線路１の一端に
信号発生器２０が接続され、パルス信号が伝送線路１の
一端に印加される．また、信号発生器２０の出力端と伝
送線路１の他端との信号の排他的論理和が排他的オア回
路２１により演算される．ここに、伝送線路１の両端に
はそれぞれ抵抗Ｒ　＋　，　Ｒ　ｘが接続され、インピ
ーダンスの整合がなされる．また、信号発生器２０の出
力は分圧抵抗Ｒ　３　．　Ｒ　４により分圧され、排他
的オア回路２１の両入力がほぼ同レベルになるように調
節される．排他的オア回路２１の出力は、抵抗Ｒ５、コ
ンデンサＣ、増幅回路ｏＰよりなる積分回路２２により
積分され、排他的オア回路２１の出力レベルが“Ｈ”で
ある時問に対応した電圧レベルの出力が得られるように
なっている． この構成によれば、第１６図（ａ）に示すように、信号
発生器２０よりパルス幅がＴＩであるパルス信号が出力
され、第１６図（ｂ）に示すように、伝送線路１の一端
から他端まで信号が到達するのに要する遅延時間がＴ２
であったとすると、排他的オア回路２１からは、第１６
図（ｃ）に示すように、伝送線路１の遅延時間Ｔ２に相
当するパルス幅のパルス出力が得られる．伝送線路１が
空気中に存在するときの遅延時間がＴ２であり、伝送線
路１が水中に存在するときの遅延時間がＴ，であるとす
れば、第１６ｒ５！ｉ（ｂ′》ノヨウニ、Ｔ　２　＜　
Ｔ　）　）：−　ナルから、排他的オア回路２１の出力
としては、第１６図（Ｃ′）のように、空気中の場合よ
りもパルス幅の大きなパルス出力が得られる。積分回路
２２の出力レベルは、上述したように、排他的オア回路
゜２１から出力されるパルス信号のパルス幅に対応して
いるから、第１６図（ｃｌ）（ｄ′）を比較すればわか
るように、伝送線路１が水中に存在する場合に比較して
空気中に存在する場合のほうが、積分回路２２の出力レ
ベルが大きくなる。すなわち、伝送線路１の遅延時間が
大きくなると、積分回路２２の出力レベルが大きくなる
のである。 以上のようにして、積分回路２２の出力レベルとして伝
送線路１の遅延時間が得られるから、この遅延時間を、
マイクロコンピュータ等の演算部により物質の含水率に
換算するのである６本実施例では、信号発生器２０から
パルス信号を出力するようにしたが、信号発生器２０と
しては正弦波等の他の信号を出力し、排他的オア回路２
１への入力の前に波形整形を行うようにしてもよい。

【発明の効果】

本発明は上述のように、測定対象となる物質中に少なく
とも一部が埋設される伝送線路と、上記物質の誘電率を
上記伝送線路の電気的変量として検出するセンサ回路と
、上記電気的変量を上記物質の含水率に換算する演算部
とを設けているものであり、測定対象となる物質中に伝
送線路の少なくとも一部を埋設し、物質の誘電率に対応
する伝送線路の電気的変量に基づいて物質の含水率を測
定するから、測定中には測定対象となる物質に影響を与
えることがなく、短時間に連続して測定を行うことがで
きるという利点がある。また、測定対象となる物質に物
理的な影響をほとんど与えないから、エネルギーの損失
が少なく、電力消費も少なくなる． また、物質の誘電率に対応する伝送線路の電気的変量と
しては、伝送線路の共振周波数や伝送線路による信号の
遅延時間を用いるから、周波数測定や時間測定の既存技
術に鑑みて高精度の測定が行えるのであり、回路構成が
比較的簡単になるとともにノイズの影響も受けにくくな
るのである。 また、伝送線路の長さを適宜設定すれば、密度が不均一
な物質内でも密度のばらつきによる影響を無視できるよ
うにすることができ、測定場所による測定結果のばらつ
きを防止することができる。 すなわち、測定結果の再現性がよく信頼性の高い測定が
行えるという効果がある。 センサ回路を耐水性のケースに納装すれば、センサ回路
を伝送線路とともに物質中に埋設することができ、高周
波信号を発生する部分をすべて物質中に埋設することに
なるから、外部への輻射ノイズを低減することができる
という利点がある．あるいはまた、ケースの一部を物質
中から露出させるようにすれば、ケースを埋設位置の目
印として用いることもできる． さらに、伝送線路に絶縁被覆を設けているものでは、物
質中の水分による分布抵抗の影響を受けないから、測定
精度がさらに高まる。 しかも、伝送線路の両芯線間にスペーサを設けて両芯線
間を平行になるようにすれば、特性が安定して測定結果
の信頼性がさらに高まり、スペーサに適宜間隔で透孔を
設ければ、スペーサの材料による測定値への影響が軽減
されて高感度な測定が行えるのである。 加えて、伝送線路の端末に終端回路を設ければ、伝送線
路の特性を安定化させることができ、測定結果の再現性
が一層高まるのである．

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例１を示すブロック図、第２図は
同上の使用状態を示す説明図、第３図は同上に用いる伝
送線路を示す斜視図、第４図は同上に用いる伝送線路の
他の例を示す斜視図、第５図は同上に用いる終端回路の
効果を示す動作説明図、第６図は本発明の実施例２を示
すブロック図、第７図は同上の動作説明図、第８図は本
発明の実施例３を示す要部回路図、第９図は本発明の実
施例４を示す要部回路図、第１０図および第１１図は本
発明における伝送線路の性質を示す動作説明図、第１２
図および第１３図は本発明における伝送線路の周波数−
インピーダンス特性を示す動作説明図、第１４図は共振
周波数と含水率との関俤を説明するグラフ、第１５図は
本発明の実施例５を示す回路図、第１６図は同上の動作
説明図である．． １．・・・伝送線路、２・・・基準インピーダンス、３
・・・可変周波数発振器、４・・・マイクロコンピュー
タ、５・・・切換スイッヂ、６・・・Ｔナログーデイジ
タル変換器、７・・・センザ回路、８・・・発振回路、
９・・・位相差検出回路、１０・・・ケース、１１−・
・接続線、１２・・・芯線、１３・・・絶縁被覆、ｌ４
・・スベ・−リー、１５・・透孔、２０・・・信号発生
器、２〕・・排他的オｒ回路、２２・・・積分回路、Ｅ
・・・十　［え・・・抵抗、代理人　弁理士　石　田　
長　七 第５図 第６Ｋ 第７図 （ａ） ｈｆ （ｂ） ゐｇｆ 第１０図 第１１図 第８図 第９図 第 ２図 ｌＯ９ｆ 第１３図 ｂ，ｆ

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. （１）測定対象となる物質中に少なくとも一部が埋設さ
   れる伝送線路と、上記物質の誘電率を上記伝送線路の電
   気的変量として検出するセンサ回路と、上記電気的変量
   を上記物質の含水率に換算する演算部とを具備して成る
   ことを特徴とする含水率測定装置。
2. （２）上記センサ回路は、伝送線路の共振周波数を検出
   する周波数検出回路であって、演算部は上記共振周波数
   を物質の含水率に換算することを特徴とする請求項１記
   載の含水率測定装置。
3. （３）上記周波数検出回路は、伝送線路に高周波信号を
   印加する可変周波数発振器と、伝送線路のインピーダン
   スを検出するインピーダンス検出部とを備え、可変周波
   数発振器の出力周波数を変化させるとともに上記インピ
   ーダンスを検出し、伝送線路のインピーダンスが最小ま
   たは最大となる周波数を伝送線路の共振周波数とするこ
   とを特徴とする請求項２記載の含水率測定装置。
4. （４）上記周波数検出回路は、伝送線路に高周波信号を
   印加する可変周波数発振器と、伝送線路を通過する高周
   波信号の電流位相と電圧位相との一方に対する他方の位
   相角を検出する位相角検出部とを備え、可変周波数発振
   器の出力周波数を変化させるとともに上記位相角を検出
   し、上記位相角の正負の符号が反転する周波数を伝送線
   路の共振周波数とすることを特徴とする請求項２記載の
   含水率測定装置。
5. （５）上記周波数検出回路は、伝送線路を共振回路とす
   る発振回路であって、発振回路出力を伝送線路の共振周
   波数とすることを特徴とする請求項２記載の含水率測定
   装置。
6. （６）上記周波数検出回路は、伝送線路に高周波信号を
   印加する可変周波数発振器と、伝送線路を通過する高周
   波信号の電流位相と電圧位相との位相差を検出するとと
   もに上記位相差が零になるように可変周波数発振器の出
   力周波数を調節する位相差検出回路とを備え、可変周波
   数発振器の出力周波数を伝送線路の共振周波数とするこ
   とを特徴とする請求項２記載の含水率測定装置。
7. （７）上記センサ回路は、伝送線路の一端に信号を印加
   する信号発生器と、信号が伝送線路の一端に印加されて
   から他端に到達するまでに要する遅延時間を検出する時
   間検出部とから成り、演算部は上記遅延時間を物質の含
   水率に換算することを特徴とする請求項１記載の含水率
   測定装置。
8. （８）上記センサ回路は、耐水性のケースに納装されて
   成ることを特徴とする請求項２乃至請求項７のいずれか
   に記載の含水率測定装置。
9. （９）上記伝送線路は、導電性の一対の芯線と、芯線の
   周囲を覆う絶縁被覆とにより形成されて成ることを特徴
   とする請求項２乃至請求項８のいずれかに記載の含水率
   測定装置。
10. （１０）上記伝送線路は、両芯線を平行に保つスペーサ
    を備えて成ることを特徴とする請求項９記載の含水率測
    定装置。
11. （１１）上記スペーサは、両芯線の長手方向において適
    宜間隔で透孔を有する形状に形成されて成ることを特徴
    とする請求項１０記載の含水率測定装置。
12. （１２）上記伝送線路の端末には終端回路が接続されて
    成ることを特徴とする請求項２乃至請求項１１のいずれ
    かに記載の含水率測定装置。