JPS59197843A - マイクロ波水分計 - 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】 本発明は、マイクロ波水分計の改良に関する。

一般に、マイクロ波帯では水分のマイクロ波吸収が極め
て大きい。このため、水分のマイクロ波吸収を利用し、
マイクロ波の減衰量から被測定物の水分量全測定するこ
とが従来がら広く行なわれていた。

第１図は、このような従来のマイクロ波水分計を説明す
る従来例構成説明図であり、図中、１はマイクロ波信号
を発生するマイクロ波源たる発信器、２は一方向にのみ
マイクロ波を通し逆方向にはマイクロ波を殆んど通さな
いアイソレータ、３は第１導波管（若しくは同軸ケーブ
ル、以下単に「導波管」という）４を介してアイソレー
タ２に接Ｍｅされた送信ホーン、５は送信ホーン３と所
定距離ｔを隔てて配設される受信ホーン、７は第２導波
管６を介して受信ホーン５に接続された送信ホーン、８
は送信ホーン７と所定距離ｔ（上記送・受傷ホーン３，
５間の距離と同一）を隔てて配設される受信ホーン、９
は送信ホーン３，７と受信ホーン５．８の間に配置され
た例えばシート状の紙等でなる被測定物、１１は例えば
クリスタルダイオード等でなり第３４波管１０を介して
受信ホーン８の出力を検出する検出部、１２は検出部１
１の出力を受は所だの演算処理を施こして被測定物中の
水分量をｑ出する演算部である。

上記構成からなる従来例において、発振器１から送出さ
れたマイクロ波は、アイソレータ２および第１導波管４
を経て送信ホーン３から゛被測定物９に投射はれる。ま
た、被測定物ｑを透過して水分子による減衰を受けたマ
イクロ波は、受信ホーン５で受信されてのち第２導波管
６を経て、送信ホーン７から再び被測定物９に投射され
る。該被測定物を透過して再度水分子による減衰を受け
たマイクロ波は、受信ホーン８で受信されてのち第３導
波管１０を経て検出部１１で検出される。該検出部の出
力に基づき、演算部１２内で施こされる演算処理により
、被測定物９中の水分量が求められるようになる。

然し乍ら、上記従来例においては、被測定物９がシート
状であるため被測定物のばたつきが生じ易く、このよう
なばたつきによって生ずる定在波のため、パスライン特
性が大きな測定誤差要因になるという欠点があった。

本発明はかかる欠点に鑑みてなされたものであり、その
目的は、マイクロ波を使用して被測定物中の水分量を測
定するマイクロ波水分計において、シート状被測定物の
ばたつきの影響を大きく受けることなく、被測定物中の
水分量を高精度に測定できるマイクロ波水分計を提供す
ることにある。　　　　□本発明の特徴は、マイクロ波
を使用して被測定物中の水分量を測定するマイクロ波水
分計において、第１送、受信ホーンの間隔と第２送・受
信ポーンの間隔を等しくすると共に、第１送信ホーンと
上記被測定物との間隔を１．とじ第２受信ホーンと上記
７１１１１１１定物との間隔をＡ２とするとき　ムーｔ
ｌ；ｎλ＋λ／４（但し、ｎ；自然数、λ；波長）が成
立するように、第１２よび第２の送・受信ホーンを自装
置するようにしたことにある。

以下、本発明について図を用いて詳細に説明する。第２
図は本発明実施例の構成説明図であり、ど図中、第１因
と同一記号は同一意味をもたせて使用しここでの重複説
明は省略する。また、送信ホーン３と受１Ｂホーン５の
距離がＬであシ、受信ホーン８と送信ホーン７の距離も
同じくしであり、目７つ送信ホーン５と被測定物９との
間隔を４とし受信木−７８と被測定物９との間隔をＡ２
とするとき下式（１）が成立するような位置に各送・受
信ホーン３，５，７．８が配設されている。Ａ３：ｋ　
−Ａｘ辷ｎλ±λ／４（但し、ｎ；自然数、λ；波長）
・・・・・・（１）尚、第２図には図示しないが、各送
・受信ホーン５．５，７．８を夫々上下動させるための
上下動微調整機構が設けられることが多い。

以下、上記構成からなる本発明実施例の動作について説
明する。第２図において、発振器１から送出されたマイ
クロ波は、アイソレータ２および第１導波管４を経て送
信ホーン３から被測定物９に投射される。また、被測定
物９を透過して水分子による減衰を受けたマイクロ波は
、受信ホーン５で受信される。該マイクロ波は、送信ホ
ーン７から再び被測定物９に投射されて透過し、該被測
定物中の水分子によって再度減衰される。その後、受信
ホーン８で受信され第３導波管１０を経て、検出部１１
で検出される。

ところで、第１図に示した従来例において、線路に沿っ
た電圧波形は、波動方程式により下式（２）のように導
ひかれる。

Ｖ　　＝　　Ｖ”ｅ−ｊβ”＋ｒｖ”ｅコβｘ　　　　
　　　　１１．１０１１１６３．１１０１０１１１．（
２）但しＦ：反射率（通常Ω＜ｒ＜１） 上式（２）の電圧Ｖの振幅ＩＶＩは、下式（３）のよう
になる。

＝＝　Ｉｖ＋１１＋＋Ｉ’・１２β・１上式（３）から
１１記圧振幅ｍの極大値ＩＶｍａｘ、ｌと極小値ｌＶｍ
ｉｎ、ｌを求め、それらの比をとると下式（４）が得ら
れる。

一方、第２図に示した本発明実施例においては、各辺・
受信ホーン３，５，７．８が上式（１）を満足するよう
に配置されている。このため、ｗｊ路に沿った゛１１℃
圧波形の振幅ｍとして、上式（３）以外に、上式（３）
と位相がλ／４（即ち９０°）隔てられた部分の信号で
ある下式（５）も検出される。従って、上式（５）と下
式（５）の相加平均をとり、該平均値（即ち１　（’）
＜　”　（押引）の極大値ＩＶｍ・・、１　と極小値ｌ
Ｖｍ・・、Ｉを求めてのち、それらの比をとると下式（
６）が得られる。

ｌｖｌ　＝　ｌｖ”　Ｉｆ（１＋ｆ”）２−４Ｆａｉｎ
２（βｘ＋９００））”＝　ｌＶ＋１（（１＋Ｆ）２−
４Ｆｃｏｓ’β、）”　　・−＝−＝・−曲（５）上式
（４）と上式（６）において０くＦく１であることから
、＋：’；＝＞　ボ刀７が成立する。また、上式（４）
および（６）は、上記従来例および本発明実施例におけ
る被測定物９のパスラインが変化した場合の夫々の出力
信号の振れ幅を示している。従って、上式（４）と上式
（６）の比較から、第１図に示した従来例に比し第２図
に示した本発明実施例の方が被測定物９のパスライン特
性がよいことが分る。

第３図は、上述の本発明実施例の効果を示すグラフであ
る。第３図において、（イ）は上記（３）式、（５）式
および（３）Ｅ　＋　（５）Ｅで反射率Ｆが０．１のと
きの値を示しており、（ロ）は反射率Ｆが０．２のとき
の値を示の夫々の特性曲線は、夫々前記従来例および本
発明実施例のパスライン特性に相当する。従って、これ
らを比較することにより、本発明実施例によればネル測
定物９のパスライン特性が大きく改善されることが分る
。

第４図は、本発明の他の実施例を示す構成説明図であり
、図中、第２図と同一記号は同一意味をもたせて使用し
ここでの重複説明は省略する。また、１３は送信ホー７
３と所定距離りを隔てて配置された受信ホーン、１４は
第２導波管６を介して受信ホーン１５と接続された送信
ホーン、１５は送信ホーン１４と所定距離りを隔てて配
置された受信ホーン、１６け第２導波管６と同様の第４
導波管１９を介して受イｔホーン１５と接続された送信
ホーン、１７は送信ホーン１６と所定距離りを隔てて配
置された受信ホーン、１８は第２導波管６と同様な棺４
導波管２０を介して受１８ホーン１７と接続された送信
ホーンテアル。第４図において、発信器１から送出され
たマイクロ波−１、アイソレータ２→第１導波管４→送
信ホーン３→被測定物９を透過→受信ホーン１ろ→第２
導波管６→送信ホーン１４→被測定物９を透過→受信ホ
ーン１５→第４導波管１９→送信ホーン１６→被測定物
９を透過→受信ホーン１７→第５導波管２０→送信ホー
ン１８→被測定物９を透過→受信ホーン８→第３導波管
１０を経て、検出部１１で検出される。丑だ、検出部１
１の出力に基づき演算部１２内で施こされる演算処理に
より、第２図の実施例の場合と同様にして被測定物９中
の水分量が求められる。尚、本発明は、第２図や第４図
の実施例に限定されるものでなく種々の変形が可能であ
り、例えば第４図における送受信ホーンを８個から１２
個に増やすなどしてもよい。捷だ、このように送・受信
ホーンの数を増やせば増やす程、被測定物中の水分量を
検出する感度が増大する。

以上詳しく説明したような本発明の実施例によれば、上
式（１）が成立するように各辺・受信ホーンを配置する
ような構成であるため、前記従来例に比して被測定物の
ばたつきによって生ずる定在波の影響を受けにくいとい
う利点がある。また、所定の可動部を設けて各辺・受信
ホーンを機械的にλ／４上下させろことも考えられるが
、このような方法に比しても、本発明実施例によれば、
可動部等の故障を心配する必要がなく製品寿命が長いと
いう大きな利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はマイクロ波水分計の従来例構成説明図、第２１
は本発明実施例の構成説明図、第５図は本発明実施例使
用の効果を示すグラフ、第４図は本発明の他の実施例の
構成説明図でちる。 １・・・発振器、２・・アイソレータ、３，７，１４゜
１６．１８・・・送信ホーン、ｓ、９，１３，１５．１
７・・・受信ホーン、４　、　６　、　＋０　、１９　
、２０・・・導波管、９・・被測−電管、１１・・・検
出部、１２・・・演算部。 第１図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　マイクロ波を使用して被測定物中の水分量を
   測定するマイクロ波水分計において、発信器から送出さ
   れるマイクロ波を被測定物に投射する第１送信ホーンと
   、該被測定物を透過したマイクロ波を受信する第１受信
   ホーンと、導波管を介して前記第１受信ホーンに接続さ
   れると共に前記被測定物に再度マイクロ波を投射する第
   ２送信ホーンと、該被測定物を透過したマイクロ波を受
   信する第２受イ８ホーンとからなる２対の送・受信ホー
   ンを数組具備し、前記第１送・受イＪホーンの間隔と前
   記第２送・受信ホーンのｊＨ］隔を等しくすると共に、
   前記第１送信ホーンと前記被測定物との間隔を１．とし
   前記第２受信ホーンとｉＩＪ記被測定物との間隔をｔ２
   とするとき、が成立するように、前記第１および第２の
   送・受信ホーンを配置することを特徴とするマイクロ波
   水分計。
2. （２）　　前記数組の送・受信ホーンは１組であること
   を特徴とする特許請求範囲第（１）項記載のマイクロ波
   水分計。
3. （３）　　前記数組の送・受信ホーンは２組であること
   を特徴とする特許請求＠囲第（１）項記載のマイクロ波
   水分計。