JPH10142169A

JPH10142169A - 誘電緩和測定用マルチプローブ

Info

Publication number: JPH10142169A
Application number: JP31313396A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Naito; 智内藤; Masato Hoshi; 正人星
Original assignee: Kao Corp
Current assignee: Kao Corp
Priority date: 1996-11-07
Filing date: 1996-11-07
Publication date: 1998-05-29

Abstract

(57)【要約】【課題】時間領域反射法（ＴＤＲ法）などの誘電緩和
測定にしたがい、試料の水分濃度を非破壊的に測定する
にあたり、実用的な測定時間内で、精度よく、簡便に測
定できるようにする。【解決手段】芯線状の内部電極と、その内部電極に絶
縁体を介して同軸状に配された外部電極からなり、内部
電極の先端面と外部電極の先端面が使用に対する接触面
となる誘電緩和測定用電極２が、複数内蔵されているマ
ルチプローブ１Ａを誘電緩和測定用プローブとする。こ
のマルチプローブ１Ａ内に設けられている複数の電極の
電気長は、互いに異ならせるか、等しくする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、試料の誘電率を測
定することにより、試料中の深さ方向の水分の濃度分布
を求めることを可能とする誘電緩和測定用プローブに関
する。特に、測定効率を向上させるため、試料の誘電率
を測定する電極が一つのプローブ内に複数設けられてい
る誘電緩和測定用マルチプローブに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、皮膚や食品等のように水を含む
試料の性質は、その水分含量に大きく影響される。した
がって、これら試料の水分含量の測定は、試料の性質や
状態を把握する上で有用であり、また、試料に適用した
薬品、化粧品等の性能を評価する上でも有用となる。

【０００３】そこで、従来より種々の水分測定方法が提
案され、使用されている。例えば、皮膚等の試料表層の
水分の測定方法としては、一般に高周波インピーダンス
法が用いられている。しかし、高周波インピーダンス法
は、試料表層の水の挙動を直接的には観測していないた
め、試料表層の水分以外に測定値に影響を及ぼす因子が
多く、再現性に問題がある。また、高周波インピーダン
ス法により得られる情報は、試料表面からどの程度の深
さのものであるかがあいまいであるという問題もある。
さらに、この方法では、自由水であるか結合水であるか
という水の状態に関する情報を得ることもできない。

【０００４】これに対し、試料表層の水分測定方法とし
ては、試料表層の誘電率を測定し、そこに存在する水の
誘電緩和を測定する方法が提案されている。誘電緩和の
測定方法としては、周波数領域測定法と時間領域反射法
（以下、ＴＤＲ法(Time Domain Reflectometry method)
と略する）とがあるが、近年、後者の測定技術及びその
応用の研究が積極的に進められている。

【０００５】このＴＤＲ法は、試料に特定波形の励起信
号（例えば、ステップパルス）を印加してその反射波を
観測し、反射波の各周波数成分の位相と強度の変化から
試料の複素誘電率を求め、それに基づいて試料の物性を
知る方法である。例えば、特開平２−１１０３５７号公
報には、ＴＤＲ法により生体の水分測定を行った例が記
載されている（同公報第４頁上右欄１０行〜第７頁下右
欄１７行）。この方法によれば、試料中の水分含量を非
破壊的にかつ定量的に測定することができ、また、自由
水であるか結合水であるかという水の状態に関する情報
も得ることができるので好ましい。

【０００６】図７は、この誘電緩和の測定に使用するプ
ローブとシステムの概略図である。同図のように、誘電
緩和の測定に使用するプローブ１としては、単一の電極
２を筒状のプローブケース３内に設けたものが使用され
ている。プローブ１の電極２は、一端が試料Ｓに密着で
きるように開放されており、他端がケーブル４及びコネ
クター５を介して発振・受信装置６と接続している。こ
の発振・受信装置６には、励起信号を生成する発振器及
び試料Ｓからの反射波を受信する受信機が内蔵されてお
り、さらにそれぞれの波形を表示するオシロスコープが
接続している。また発振・受信装置６には、観測波形か
ら複素誘電率を求め、水分濃度を算出するコンピュータ
７が接続している。

【０００７】図８は、プローブ１に使用される電極２の
断面図である。同図のように、電極２は、芯線状の内部
電極２１と、その周囲に絶縁体２２を介して同軸状に配
された外部電極２３からなり、内部電極２１の先端面と
外部電極２３の先端面とが測定試料に対する接触面を構
成している。

【０００８】図９もプローブ１に使用される電極の変形
例２ｘの断面図である。この電極２ｘも図８の電極２と
同様に、芯線状の内部電極２１と、その周囲に絶縁体２
２を介して同軸状に配された外部電極２３からなるが、
電極２ｘの中央部から先端面に向かって内部電極２１及
び外部電極２３の内径の比率を一定にしつつそれらの径
を狭めたものである。このように試料に接することとな
る内部電極２１の先端面の径を狭め、その先端面の面積
を小さくすることにより電極の電気長を短くすることが
できる。また、内部電極２１の先端面の径を狭めるに際
しては、このように電極の任意の位置において、内部電
極２１と外部電極２３の内径との比率を一定にすること
により電極内のインピーダンスを一定にすることが好ま
しい。これにより誘電緩和測定時の多重反射を防止する
ことが可能となる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ＴＤＲ法による水分測定では、単に試料表面からある深
さまでの試料表層の平均的な水分含量がわかるにすぎ
ず、試料の深さ方向の水の濃度分布を知ることはできな
い。そのため、試料の性質や状態の分析、あるいは試料
に適用した薬品、化粧品等の評価を詳細に行うことがで
きないという問題があった。

【００１０】なお、試料の深さ方向の濃度分布を求める
方法としては、試料の表層を所定の深さごとに剥離しな
がら測定するテープストリッピング法が知られている。
しかしながら、このような方法は試料の破壊を伴うもの
であり、特に皮膚を試料とする場合には、被試験者の苦
痛を伴うという問題を有している。また、深さ方向の濃
度分布を十分な精度で求めることができないという問題
もある。

【００１１】このような問題に対して、本発明者らは、
電気長γd の開放型電極を用いて試料の誘電率を測定す
ることにより、試料表面から深さ略γd の範囲の平均的
な水分含量を測定できることを見出した。さらに、試料
の同一部位に対し電気長が異なる複数の開放型電極を用
いて誘電率を測定した場合、各電極の電気長と誘電率の
測定値との間には一定の関係式が成立し、それに基づい
て試料の深さ方向の水の濃度分布を求められることを見
出し、これらの知見に基づいて水の濃度分布測定方法を
提案した（特願平７−１５０９１０号明細書）。

【００１２】即ち、誘電率の測定値ε_obs（γd ）は、
次式（１）で表されることが見出された。

【００１３】

【数１】式中、ε_obs（γd ）は、電気長γd の電極を用いて測
定される誘電率の測定値を表す。

【００１４】ε（ｚ）は、表面からｚの深さにおける誘
電率を表す。この誘電率は、誘電率測定における水の緩
和時間よりも十分に速い領域での誘電率ε_∞と水の緩和
強度Δεとの和を意味し、この水の緩和強度Δεは、試
料の含水量に比例する。

【００１５】電極の電気長γd は、同軸ケーブル等の伝
送路の一端に複素誘電率ε^＊（ω）の負荷を設け、他端
から角振動数ωの電磁波Ｖ（ω）を印加した場合の当該
電磁波Ｖ（ω）と、その反射波Ｒ（ω）と、負荷の複素
誘電率ε^＊（ω）との関係式である次式（２）におい
て、パラメータγd として含まれるものである。

【００１６】

【数２】この電気長γd は、電極側面部を絶縁体で被覆せずに、
複素誘電率ε^＊（ω）が知られている公知の標準試料
に、電極先端部を先端面から１ｃｍ以上浸漬して反射波
を測定することにより求めることができる。

【００１７】また、電気長γd は、電極の形状と大きさ
によって定まる電極固有の物理量であり、測定方法には
依存しない。したがって、周波数領域測定法あるいは時
間領域反射法（ＴＤＲ法）のいずれの誘電緩和の測定方
法においても、電極の電気長は一定である。

【００１８】そこで、本発明者らの提案した測定方法に
したがい、上記の式（１）を用いて試料中の深さ方向の
水分濃度分布を求めるにあたっては、まず電気長の異な
る複数の電極を用いて試料の同一部位の誘電率を測定
し、電気長γd の異なる電極ごとに誘電率の測定値ε
_obs（γd ）を得る。そして次の方法ａ又は方法ｂのい
ずれかにより、試料の水の濃度分布として、深さｘにお
ける誘電率ε（ｘ）を求める。

【００１９】方法ａ：水の濃度分布ε（ｘ）に対して適
当な関数を仮定し、さらにその関数のパラメータを適宜
定め（例えば、水の濃度勾配、水の濃度が一定になる部
位での濃度や深さ等）、これらパラメータを変化させな
がら式（１）により誘電率ε_obs（γd ）を計算し、そ
の計算値と実際の測定値とが一致する場合の関数とパラ
メータを求める。

【００２０】方法ｂ：式（１）の逆変換式である次式
（３）

【００２１】

【数３】（式中、Ｌ^-1は、ｓ＝１／γd に対しての逆ラプラス変
換を表す。）により水の濃度分布ε（ｘ）を求める。

【００２２】このように、電気長γd の異なる複数の電
極を用いて試料の同一部位の誘電率を測定し、電気長γ
d の異なる電極ごとに誘電率の測定値ε_obs（γd ）を
得ることにより試料の深さ方向の水の濃度分布を知るこ
とができる。

【００２３】しかしながら、これまでの誘電緩和の測定
システムにおいて、電気長γd の異なる電極ごとに誘電
率を求めるためには、電気長の異なる電極で測定するた
びに、所定の電気長の電極を有するプローブを交換しな
くてはならず、測定操作が非常に繁雑になるという問題
があった。また、トータルの測定時間が長くなるため
に、試料中の水の濃度分布が経時的に変化する場合に
は、正確な濃度分布を得ることができないという問題も
あった。

【００２４】また、或る特定の深さでの水分濃度を求め
るに場合において、測定精度を向上させるためには、同
一測定部位を同一電極で繰り返し測定することが望まれ
る。したがって、この場合にも測定時間が長くなるとい
う問題があり、さらに同一測定部位に繰り返し電極を当
てるために注意を払わなくてはならないという繁雑さも
あった。

【００２５】本発明は以上のような従来技術の課題を解
決しようとするものであり、試料の水分濃度分布を、実
用的な測定時間内で、精度よく、簡便に測定できるよう
にすることを目的とする。

【００２６】

【課題を解決するための手段】本発明者は、誘電緩和を
測定する一つのプローブ内に、電気長の異なる複数の電
極を設けることにより、一度の測定操作で試料の深さ方
向の水分濃度分布を効率よく測定できること、また、一
つのプローブ内に電気長の等しい複数の電極を設けるこ
とにより、試料の特定の深さの水分濃度を一度の測定操
作で正確かつ簡便に得られることを見出し、本発明を完
成させるに至った。

【００２７】即ち、本発明は、芯線状の内部電極と、そ
の内部電極に絶縁体を介して同軸状に配された外部電極
とからなり、内部電極の先端面と外部電極の先端面が試
料に対する接触面となる誘電緩和測定用電極が、一つの
プローブ内に複数設けられていることを特徴とする誘電
緩和測定用マルチプローブを提供する。

【００２８】特に、一つのプローブ内に設けられている
複数の電極の電気長が互いに異なる態様、あるいは一つ
のプローブ内に設けられている複数の電極の電気長が互
いに等しい態様を提供する。

【００２９】本発明によれば、一つのプローブ内に複数
の誘電緩和測定用電極が設けられているので、これまで
複数回必要とされていた測定操作を減らすことができ
る。特に、一つのプローブ内に電気長が互いに異なる複
数の誘電緩和測定用電極が設けられている本発明の態様
によれば、深さ方向の水分の濃度分布を測定するため
に、電気長の異なる電極ごとに誘電率を求めることが必
要とされる場合でも、プローブの交換を不要にするか、
あるいは交換回数を減らすことができる。したがって、
試料の誘電緩和の測定を短時間に簡便に行うことが可能
となる。

【００３０】また、一つのプローブ内に電気長が互いに
等しい複数の誘電緩和測定用電極が設けられている本発
明の態様によれば、ある特定の深さでの水分濃度の測定
精度を向上させるために、特定の電気長の電極で複数回
繰り返し誘電率を測定することが必要となる場合でも、
一つのプローブによる測定で複数回分の測定を同時に行
うことができるので、トータルの測定時間を短縮させる
ことができ、また、測定ごとに試料の同一測定部位に電
極を合わせるという繁雑さも軽減することができる。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に基づいて詳
細に説明する。なお、各図中、同一符号は同一又は同等
の構成要素を表している。

【００３２】図１は、本発明の一実施例のマルチプロー
ブ１Ａの概略図である。このマルチプローブ１Ａは、プ
ローブケース３内に電気長の互いに異なる４つの電極２
ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄを隣接させて設けたものである。

【００３３】各電極２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの基本構成
は、図８又は図９に示した従来のプローブ１に使用する
電極２と同様であり、芯線状の内部電極２１と、その周
囲に絶縁体２２を介して同軸状に配された外部電極２３
からなっている。

【００３４】また、各電極２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの電
気長は上述のようにそれぞれ異なるが、各電極の電気長
を設定するに際しては、いずれも電気長１〜２０００μ
ｍの範囲内とすることが好ましく、より好ましくは５〜
１００μｍとする。電気長が１μｍ未満であると反射波
の波形変化が小さすぎて正確な測定が困難となる。一
方、電気長が２０００μｍを超えるとＧＨｚ領域の信号
の減衰が大きくなって測定精度が低下する。

【００３５】また、各電極２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの電
気長は、上述の範囲内で試料の種類、水分濃度を測定す
る深さ、目的とする深さ方向の空間分解能等に応じて適
宜選択する。例えば、角質層領域の水分濃度分布の測定
には５〜１００μｍの電気長の電極を使用する。

【００３６】ここで、各電極２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの
電気長を異ならせる方法としては、例えば、内部電極が
試料に接触する電極の先端面の面積を適宜変えればよ
く、また、内部電極と外部電極との先端面における間隔
を適宜変えてもよい。例えば、内部電極の先端面を径１
０μｍ〜２７０μｍの円形とし、内部電極と外部電極と
の間隔を１０μｍ〜３１０μｍとすることにより、電気
長１００μｍ以下の電極を、誘電率の測定時に電極と接
続することとなる同軸ケーブルとのインピーダンスの整
合性よく得ることができる。

【００３７】複数の電極２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄからな
るプローブ１Ａを使用し、各電極で誘電緩和を求める方
法自体は、周波数領域測定法あるいは時間領域反射法
（ＴＤＲ法）のいずれによってもよく、それぞれ公知の
方法によることができる。例えば、ＴＤＲ法による測定
自体は、特開平２−１１０３５７号公報等に記載されて
いる公知の方法によることができる。

【００３８】また、誘電緩和の測定に際しては、図７に
示したように、電極２に発振・受信装置６を接続するこ
とにより、各電極に誘電緩和測定のための発振器と受信
機とを接続するが、オシロスコープは各電極に対応させ
て接続してもよく、複数の電極に対応させてもよい。し
たがって、誘電緩和測定により水分濃度を測定するシス
テム構成としては、例えば図２に示したように、マルチ
プローブ１Ａ内の各電極２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄに、オ
シロスコープを有する発振・受信装置６を接続し、これ
らをコンピュータ７に接続してもよく、また図３に示し
たように、２つの電極に対応する２チャンネルの発振器
及び受信機を１つのオシロスコープに接続してもよい。

【００３９】図１には、マルチプローブ１Ａが４つの電
極２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄを有する例を示したが、本発
明においてマルチプローブ内に設ける電極の数には特に
制限はない。測定する試料の種類、目的とする深さ領
域、深さ方向の水分濃度分布の所定の空間分解能等に応
じて適宜定めることができる。原理的には用いる電極の
数が多いほど空間分解能が向上するので好ましいが、例
えば、ふくらはぎの水分濃度分布を測定する場合、装置
の製造コスト、計算に要する時間、実用的なマルチプロ
ーブの太さの点から、２〜３０個とすることが好まし
い。

【００４０】なお、マルチプローブ１Ａには、必要に応
じて各電極２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄを試料表面に密着さ
せるためのガイド、各電極２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄを所
定の圧力で試料表面に押しつけるスプリングなどの押圧
手段、水分以外の情報を同時に取得するためのセンサー
類、例えば、温度センサー、ｐＨセンサー、ドップラー
血流計、色調計、圧力センサー、粘弾性測定用振動子、
断層撮影用超音波プローブ、マイクロホン、光ファイバ
ー、１ｋＨｚ〜１００ＭＨｚの電磁波受信装置等を設け
ることができる。

【００４１】このマルチプローブ１Ａを使用することに
より、４つの異なる電気長での誘電率を同時に測定する
ことができるので、試料の深さの方向の水分の濃度分布
を短時間に簡便に測定することが可能となる。

【００４２】以上、一つのマルチプローブ１Ａ内に、電
気長が互いに異なる４つの電極２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ
を設けた本発明の態様を示したが、本発明のマルチプロ
ーブとしては、マルチプローブが有する複数の電極の電
気長を互いに等しくしてもよい。この場合には、マルチ
プローブを使用した一度の測定操作で、その電気長の電
極での測定を複数回繰り返したのと同様に、精度の高い
測定結果を得ることができる。

【００４３】また、図１のマルチプローブ１Ａでは、４
つの電極２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄがそれぞれ芯線状の内
部電極とその周囲に絶縁体を介して同軸状に配された外
部電極とを有する独立的な電極であり、これらがプロー
ブケース３内で束ねられているが、本発明のマルチプロ
ーブにおいて、複数の独立的電極の束ね方としては、先
端面が同一平面上に配置されていることが好ましい。各
独立的電極の外部電極間の空隙は何も充填しなくてもよ
いし、あるいは絶縁体、導電体で充填してもよい。

【００４４】例えば、本発明のマルチプローブの態様と
しては、一本の導電体（例えば、銅製）の内部に円筒状
の構造を複数くり抜いた構造の外部電極と、それぞれの
円筒状の空隙の内部に配置された円筒状の絶縁体と、絶
縁体のさらに内部に配置された円柱状の導電体（内部電
極）によって構成されるマルチプローブとしてもよい。
このように外部電極を複数の電極に共通したものとする
と、マルチプローブ全体の直径が単純に同じ本数の電極
を束ねた場合よりもより細くできるので、操作性が向上
する。

【００４５】一方、本発明のマルチプローブの態様とし
て、一つの芯線状の内部電極の周囲に、絶縁体を介して
同軸状に円筒状の電極を多重に設けてもよい。この態様
において多重に設けられている同軸状態の電極の一つを
外部電極として使用する場合、それよりも内側にある同
軸状電極又は芯線状電極を内部電極として使用すること
ができる。例えば、図４に示したように、芯線状電極２
１と２つの同軸状電極２３A 、２３B を用いたマルチプ
ローブの場合、内部電極−外部電極の組み合わせとし
て、２１−２３A 、２１−２３B 、２３A −２３B の３
通りの独立的電極として使用することができる。これに
より単純に電極を束ねた構造のマルチプローブよりもよ
り細いマルチプローブを作製することができる。

【００４６】本発明のマルチプローブが測定対象とする
試料については特に制限はない。試料表面付近に水分濃
度を有するもの、特に皮膚、食品等のように試料表面か
らの深さに応じて水の濃度分布が変化するものを広く測
定対象とすることができる。

【００４７】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説
明する。

【００４８】実施例１ (1) 電極の作製マルチプローブに内蔵する電極として、図８に示す形状
を有し、電気長が各々６０、１１５又は２９０μｍの電
極E2〜E4、及び図９に示す形状を有し、電気長が１５μ
ｍの電極E1を作製した。この場合、電極素材としては、
内部電極２１と外部電極２３とを共に銅とし、この表面
に腐食防止のために金メッキを施した。また、これら電
極間の絶縁体２２をテフロンとした。

【００４９】なお、形成した電極の電気長は次のように
して求めた。即ち、誘電スペクトルが既に知られている
アセトンを標準試料とし、電極の外部電極側面を絶縁体
で被覆することなしに、電極の先端をアセトンに深さ１
ｃｍ以上浸し、励起信号としてステップパルスを用いて
ＴＤＲ法で反射波を測定した。そして、励起信号と測定
された反射波とを用い、電気長γd をパラメータとし
て、式（２）から誘電スペクトルを算出した。この場
合、電気長γd の値を変えながら誘電スペクトルを算出
し、その算出した誘電スペクトルの値がアセトンの既知
の誘電スペクトルと最も一致した場合の電気長γd を当
該電極の電気長γd とした。

【００５０】(2) マルチプローブ及び測定システムの作
製上記４本の電極を筒状のマルチプローブケース内に取り
付け、４つの電極を内蔵するマルチプローブを作製し
た。

【００５１】また、４本の電極にはそれぞれ同軸ケーブ
ルを接続し、その終端にＳＭＡコネクター端子を設け
た。一方、２０ＧＨｚのＴＤＲ測定用チャンネルを２個
内蔵したデジタルオシロスコープ（ヒューレットパッカ
ード社製、ＨＰ５４７５０Ａ）を２台用意し、各コネク
ター端子をこのデジタルオシロスコープのチャンネルに
接続した。また、各オシロスコープは一台のパーソナル
コンピュータに接続し、制御した。

【００５２】(3) 誘電率の測定人の前腕内側部を測定部位とし、予め２５℃、８０％
Ｒ．Ｈ．の環境に３０分間馴化した後、前腕内側部の皮
膚にマルチプローブを当て、誘電率を測定した。その
後、前腕内側部に送風しながら、２分間隔で測定を行っ
た。各電極E1〜E4で観測された自由水の緩和強度を表１
に示す。

【００５３】

【表１】自由水の緩和強度電極 E1 E2 E3 E4 電気長γd １５６０１１５２９０送風前３３．４３９．２４２．１４５．４送風２分２０．１２８．６３３．６３９．８送風４分１４．９２３．７２９．２３６．６送風６分９．９１８．８２４．６２２３．９

【００５４】ところで、皮膚表層における水は、深部か
らの水の供給と、表面からの水の蒸発との動的な平衡に
よって、深さ方向に濃度分布をもっていると考えられ
る。また、皮膚表層には血管がないため深部からの水の
供給は、Ｆｉｃｋ型の拡散によって支配されていると考
えられる。そこで、近似的に、皮膚表層には深部から表
面に向かって直線的に水分濃度が増加する濃度勾配があ
ると考えられる。ここで、最表面での水分濃度をａ、濃
度勾配が終了して一定の水分濃度領域に移行する深さを
ｂ、水分濃度一定の領域での水分濃度をｃとおくと、皮
膚表層から深部の水分濃度は図５に示したように表すこ
とができる。

【００５５】一方、皮膚は水とタンパク質から構成され
ていると近似することができる。純粋な水の緩和強度は
７３であり、水の緩和よりも十分に速い周波数領域での
水の誘電率は５．３である。また、タンパク質は水より
も遥かに大きな分子であるので、水の誘電緩和が生じる
周波数領域では緩和を起こさない。水の緩和よりも十分
に速い周波数領域での誘電率はタンパク質の種類によっ
て若干異なるが、代表的なポリアミドであるナイロンの
誘電率３．３で近似することができる。そこで、水の緩
和過程が終了する周波数領域の誘電率（ε）は、水の濃
度（Ｃw ）の関数として次式（４）のように表現するこ
とができる。

【００５６】

【数４】 ε＝７３・Ｃw ＋（５．３−３．３）・Ｃw ＋３．３（４）この式（４）を図５の水分濃度分布（表層からの深さｘ
vs. 水分濃度）に適用すると、皮膚表面における誘電
率の深さ方向分布を得ることができる。すなわち、図５
から

【００５７】

【数５】であるから、式（４）は次式（４´）のように表せる。

【００５８】

【数６】 ε＝７３・［（ｃ−ａ）・ｘ／ｂ＋ａ］＋（５．３−３．３）・［（ｃ−ａ）・ｘ／ｂ＋ａ］＋３．３（４´）そこで、この誘電率分布を前述の式（１）に適用する
と、以下の式（５）を得ることができる。

【００５９】

【数７】この式（５）と表１の観測結果とから、表１の電気長γ
d と誘電緩和強度との値を式（５）で使用し、式（５）
中のａ，ｂ，ｃの値の組み合わせをシンプレックス法に
よって最小二乗誤差が最も小さくなるように決定し、水
の濃度分布を求めることができる。

【００６０】こうして求めた水の濃度分布を図６に示
す。図６から、送風により表面が乾燥し、かつその乾燥
による水分濃度の勾配が深部にまで到達する様子が確認
できる。

【００６１】以上のように、マルチプローブを用いて試
料を測定すると、試料表面における水の濃度分布を、電
気長の異なる電極での測定ごとにプローブを取り替える
必要がなく、マルチプローブを用いた一度の測定で、簡
便に精度よく求めることが可能となる。

【００６２】

【発明の効果】本発明によれば、時間領域反射法（ＴＤ
Ｒ法）などの誘電緩和測定にしたがい、試料の水分濃度
を非破壊的に測定するにあたり、試料の水分濃度分布
を、実用的な測定時間内で、精度よく、簡便に測定する
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のマルチプローブの概略図である。

【図２】本発明のマルチプローブを用いた誘電緩和測定
により水分濃度を測定するシステム概略図である。

【図３】本発明のマルチプローブを用いた誘電緩和測定
により水分濃度を測定するシステム概略図である。

【図４】本発明のマルチプローブの他の態様の斜視図で
ある。

【図５】皮膚を測定試料とした場合に、表面からの深さ
と水分濃度とに想定される関係図である。

【図６】皮膚を測定試料とした場合に、実施例の方法に
より求められた測定深さと水分濃度との関係図である。

【図７】従来の誘電緩和測定用プローブ、及びそのプロ
ーブを用いた誘電緩和測定により水分濃度を測定するシ
ステム概略図である。

【図８】誘電緩和測定用電極の断面図である。

【図９】誘電緩和測定用電極の断面図である。

【符号の説明】

１Ａマルチプローブ２誘電緩和測定用電極３プローブケース４同軸ケーブル５コネクター６発振・受信装置２１内部電極２２絶縁体２３外部電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】芯線状の内部電極と、その内部電極に絶
縁体を介して同軸状に配された外部電極とからなり、内
部電極の先端面と外部電極の先端面が試料に対する接触
面となる誘電緩和測定用電極が、一つのプローブ内に複
数設けられていることを特徴とする誘電緩和測定用マル
チプローブ。
【請求項２】一つのプローブ内に設けられている複数
の電極の電気長が互いに異なる請求項１記載の誘電緩和
測定用マルチプローブ。
【請求項３】一つのプローブ内に設けられている複数
の電極の電気長が互いに等しい請求項１記載の誘電緩和
測定用マルチプローブ。