JP6721262B1 - Charge state detection device, earthquake prediction method, lightning strike prediction method, and electrostatic discharge prediction method - Google Patents

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Abstract

【課題】簡易且つ小型の装置で、容易に地震の予知又は予測を行うことができ、しかも、落雷も予知・予測することができる地表の帯電状態の検知装置並びに地震の予知方法、落雷の予知方法及び静電気放電の予知方法を提供する。【解決手段】検出部100から、電波を地表に設置された誘電体部材102に照射し、定在波レーダーの差分距離スペクトルから、地表の誘電体部材102における誘電率の変化(帯電量の変化)を測定する。このとき、地表の測定部における静電気量の増減があると、これが誘電率の変化となって現れる。一方、地震又は落雷が生じる前段階で、地表の静電気量が変化する。そこで、この誘電率の増減が検知されたときに、それは静電気量が増減したことに起因するので、それを、地震又は落雷の予知に利用する。また、本発明は衣服への静電気の耐電量の増加による静電気放電の予知にも利用できる。【選択図】図1PROBLEM TO BE SOLVED: To detect and predict an earthquake easily with a simple and small device, and to detect and predict a lightning strike. A method and an electrostatic discharge prediction method are provided. SOLUTION: A detector 100 irradiates an electric wave to a dielectric member 102 installed on the surface of the earth, and changes in the permittivity of the dielectric member 102 on the surface of the earth (changes in charge amount) from a differential distance spectrum of a standing wave radar. ) Is measured. At this time, if there is an increase or decrease in the amount of static electricity in the measurement unit on the ground surface, this appears as a change in the dielectric constant. On the other hand, the amount of static electricity on the ground surface changes before the occurrence of an earthquake or lightning strike. Therefore, when this increase/decrease in the dielectric constant is detected, it is due to the increase/decrease in the amount of static electricity, so it is used for prediction of an earthquake or lightning strike. The present invention can also be used for predicting electrostatic discharge due to an increase in the withstand voltage of static electricity on clothes. [Selection diagram] Figure 1

Description

本発明は、定在波レーダーを使用して地表上等の帯電状態を検知する装置に関し、特に、それを使用して、地震及び落雷を予知する方法並びに静電気の放電を予知する方法に関する。 The present invention relates to a device for detecting a charged state on the ground surface using a standing wave radar, and more particularly to a method for predicting an earthquake and a lightning strike and a method for predicting electrostatic discharge using the device.

従来、地震の予知又は予報の技術として、種々の測定原理を利用するものが提案されている。例えば、特許文献1には、地震の前段階として、地殻変動が生じるが、この地殻変動に起因して生じる地表における電荷の変動を測定して、これを地震予知に利用する装置が提案されている。この地表電位測定装置においては、地表に地表極板を設置し、この地表極板に対向するように、地表極板とは反対電荷に帯電する測定極板を設け、両者間の電位を測定する。また、特許文献2には、地震の前段階として、地殻破壊の発生に関連して観測される特殊な波形パターンを利用して地震予測を行う方法が開示されている。この方法においては、地中に対電極を埋設する。特許文献3に開示された海溝型地震の予知情報発信システムは、海溝型地震が想定される震源域の複数の観測点と、これと遠く離れた観測点の海底に夫々地磁気検出手段を設け、地磁気変動値を観測する。そして、想定震源域の地磁気全磁力変動値が予め定めた基準値を超えた場合に、その変動を異常と判断して地震予知情報を出力する。特許文献4には、任意の衛星から2種類以上の周波数の電波を受信し、当該電波が通った経路の全電子数(STEC)を算出し、このSTECが経時的に正への異常変化が生じたか否かを判断し、その判断結果に応じて地震発生のアラートを出力する地震発生予測装置が開示されている。特許文献5には、一の地点に対応する電子基準点の位置に関する情報であって、2以上の各時刻での位置に関する情報である電子基準点位置情報を求め、第一期間での電子基準点位置情報の変化に関する変化情報を取得し、地震発生の直前に電子基準点位置情報の変化が小さくなる現象を利用して、地震予測を行う装置が開示されている。 Conventionally, as a technique for predicting or forecasting an earthquake, a technique utilizing various measurement principles has been proposed. For example, Patent Document 1 proposes a device in which crustal deformation occurs as a pre-stage of an earthquake, but changes in charges on the ground surface caused by this crustal deformation are measured and used for earthquake prediction. There is. In this surface potential measuring device, a surface electrode plate is installed on the surface of the earth, and a measuring electrode plate having a charge opposite to that of the surface electrode plate is provided so as to face the surface electrode plate, and the potential between them is measured. .. In addition, Patent Document 2 discloses a method of performing earthquake prediction using a special waveform pattern observed in connection with the occurrence of crustal destruction as a pre-stage of an earthquake. In this method, a counter electrode is buried in the ground. The prediction information transmission system of the subduction zone earthquake disclosed in Patent Document 3 is provided with a plurality of observation points in the epicenter area where the subduction zone earthquake is assumed, and geomagnetic detection means provided at the observation points distant from the observation points, respectively. Observe the geomagnetic variations. Then, when the variation value of the total geomagnetic force in the assumed source region exceeds a predetermined reference value, the variation is determined to be abnormal and the earthquake prediction information is output. In Patent Document 4, radio waves of two or more types of frequencies are received from an arbitrary satellite, the total number of electrons (STEC) in the route through which the radio waves pass is calculated, and this STEC shows a positive change over time. There is disclosed an earthquake occurrence prediction device that determines whether or not an earthquake has occurred and outputs an alert for the occurrence of an earthquake according to the result of the determination. In Patent Document 5, electronic reference point position information, which is information about the position of an electronic reference point corresponding to one point and which is information about the position at two or more times, is obtained, and the electronic reference in the first period is calculated. An apparatus is disclosed which acquires change information regarding a change in point position information and utilizes a phenomenon in which a change in the electronic reference point position information becomes small immediately before an earthquake occurs to perform an earthquake prediction.

特開2010−91557号公報JP, 2010-91557, A 特開2013−195411号公報JP, 2013-195411, A 特開2014−174128号公報JP, 2014-174128, A 特開2016−218069号公報JP, 2016-218069, A 特許第6397972号公報Japanese Patent No. 6397972

しかしながら、これらの従来技術においては、地震を観測すべき位置に予め測定装置を設置しておく必要がある。このため、日本全国に多数の測定装置を設置する必要がある。また、その測定には、複雑且つ大がかりな装置が必要である。一方、自動車を運転した後、下車しようとして、ドアノブを操作した時に、放電が発生する。このような放電は、人体に対して著しく不快な影響を与える。 However, in these conventional techniques, it is necessary to previously install a measuring device at a position where an earthquake should be observed. Therefore, it is necessary to install many measuring devices all over Japan. In addition, a complicated and large-scale device is required for the measurement. On the other hand, after driving the car, when the door knob is operated to get off the vehicle, discharge occurs. Such a discharge has a significantly unpleasant effect on the human body.

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、簡易且つ小型の装置で、容易に地震の予知又は予測を行うことができ、しかも、落雷も予知・予測することができ、更に静電気の放電も予知・予測することができる帯電状態の検知装置並びに地震の予知方法、落雷の予知方法及び静電気放電の予知方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and it is possible to easily predict or predict an earthquake with a simple and small-sized device, and also to predict/predict lightning strikes, and further to prevent static electricity. It is an object of the present invention to provide a charged state detection device capable of predicting/predicting electric discharge of the same, a method of predicting an earthquake, a method of predicting a lightning strike, and a method of predicting electrostatic discharge.

なお、本発明において、地表上といった場合は、地面から、大地にて発生した電荷が帯電可能な高さまでの領域のことをいい、地面又はその近傍に限定されるものではない。 In the present invention, the term "on the ground surface" refers to a region from the ground to a height at which electric charges generated on the ground can be charged, and is not limited to the ground or its vicinity.

本発明に係る帯電状態の検知装置は、
周波数掃引された電波を外部に送信し、誘電体部材にて反射した反射波を送信波長に基づく一定距離だけ離隔した2点にて検出し、送信波及び受信波から合成される定在波を検知する定在波検知部と、
前記定在波検知部が検知した合成波の周波数の強度分布から、その直流成分を除去し、フーリエ変換して、距離スペクトルを求める距離スペクトル演算部と、
前記距離スペクトルから、基準時の距離スペクトルを減算して、距離スペクトルの差分を演算し、この差分距離スペクトルを経時的に求める差分検出部と、
前記差分距離スペクトルの振幅が、前記誘電体部材の誘電率の変化に基づいて変化する経緯を監視し、その振幅の変化に基づいて、前記誘電体部材の誘電率の増減を監視する監視部と、
前記監視部が前記誘電体部材の誘電率の増減を検知したときに、前記誘電体部材の帯電状態を検知する検知部と、
を有し、
前記誘電体部材は、電波吸収素材からなる電波吸収部と、誘電体素材からなる誘電体部との積層体であり、前記誘電体部を帯電測定側にして、配置されることを特徴とする。
The charged state detection device according to the present invention is
The frequency-swept radio wave is transmitted to the outside, the reflected wave reflected by the dielectric member is detected at two points separated by a certain distance based on the transmission wavelength, and the standing wave synthesized from the transmission wave and the reception wave is detected. A standing wave detector that detects
From the intensity distribution of the frequency of the composite wave detected by the standing wave detection unit, the direct current component is removed, Fourier transform is performed, and a distance spectrum calculation unit that obtains a distance spectrum,
From the distance spectrum, the distance spectrum at the time of reference is subtracted, the difference between the distance spectra is calculated, and a difference detection unit that obtains this difference distance spectrum over time,
An amplitude of the differential distance spectrum is monitored based on a change in the dielectric constant of the dielectric member, and a monitoring unit that monitors an increase or decrease in the dielectric constant of the dielectric member based on the change in the amplitude. ,
A detection unit that detects the charged state of the dielectric member when the monitoring unit detects an increase or decrease in the dielectric constant of the dielectric member;
Have a,
The dielectric member is a laminated body of a radio wave absorbing part made of a radio wave absorbing material and a dielectric part made of a dielectric material, and is arranged with the dielectric part as a charging measurement side. ..

本発明に係る他の帯電状態の検知装置は、
周波数掃引された電波を外部に送信し、誘電体部材にて反射した反射波を送信波長に基づく一定距離だけ離隔した2点にて検出し、送信波及び受信波から合成される定在波を検知する定在波検知部と、
前記定在波検知部が検知した合成波の周波数の強度分布から、その直流成分を除去し、フーリエ変換して、距離スペクトルを一定のサンプリング時間毎に求める距離スペクトル演算部と、
前記距離スペクトルから、前回又は所定回前のサンプリング時の距離スペクトルを減算して、距離スペクトルの差分を演算し、この差分距離スペクトルを経時的に求める差分検出部と、
前記差分距離スペクトルの振幅が、前記誘電体部材の誘電率の変化に基づいて変化する経緯を監視し、その振幅の変化に基づいて、前記誘電体部材の誘電率の増減を監視する監視部と、
前記監視部が前記誘電体部材の誘電率の増減を検知したときに、前記誘電体部材の帯電状態を検知する検知部と、
を有し、
前記誘電体部材は、電波吸収素材からなる電波吸収部と、誘電体素材からなる誘電体部との積層体であり、前記誘電体部を帯電測定側にして、配置されることを特徴とする。
Another charged state detection device according to the present invention is
The frequency-swept radio wave is transmitted to the outside, the reflected wave reflected by the dielectric member is detected at two points separated by a certain distance based on the transmission wavelength, and the standing wave synthesized from the transmission wave and the reception wave is detected. A standing wave detector that detects
From the intensity distribution of the frequency of the composite wave detected by the standing wave detection unit, the direct current component is removed, the Fourier transform is performed, and the distance spectrum calculation unit that obtains the distance spectrum at constant sampling times,
From the distance spectrum, by subtracting the distance spectrum at the time of the previous sampling or a predetermined number of times, the difference between the distance spectra is calculated, and a difference detection unit that obtains this difference distance spectrum over time,
An amplitude of the differential distance spectrum is monitored based on a change in the dielectric constant of the dielectric member, and a monitoring unit that monitors an increase or decrease in the dielectric constant of the dielectric member based on the change in the amplitude. ,
A detection unit that detects the charged state of the dielectric member when the monitoring unit detects an increase or decrease in the dielectric constant of the dielectric member;
Have a,
The dielectric member is a laminated body of a radio wave absorbing part made of a radio wave absorbing material and a dielectric part made of a dielectric material, and is arranged with the dielectric part as a charging measurement side. ..

この場合に、
前記監視部は、前記差分距離スペクトルの振幅の変化により誘電率を求め、この誘電率の変化から、前記誘電体部材の静電気量の増減を求めることができる。
In this case,
The monitoring unit can obtain the permittivity by the change in the amplitude of the differential distance spectrum, and can obtain the increase or decrease in the static electricity amount of the dielectric member from the change in the permittivity.

また、前記帯電状態の検知装置は、
更に、前記差分距離スペクトルの距離成分により前記誘電体部材までの距離を求める距離演算部を有することができる。
Also, the charged state detection device,
Further, it is possible to have a distance calculation unit that obtains the distance to the dielectric member based on the distance component of the differential distance spectrum.

本発明に係る地震の予知方法は、前記帯電状態の検知装置を使用し、
地表上に前記誘電体部材を設け、
地表上の帯電状態を検知して、地震を予知することを特徴とする。
The earthquake prediction method according to the present invention uses the detection device for the charged state,
Providing the dielectric member on the ground surface,
The feature is that it predicts an earthquake by detecting the charged state on the ground surface.

本発明に係る落雷の予知方法は、前記帯電状態の検知装置を使用し、
地表上に前記誘電体部材を設け、
地表上の帯電状態を検知して、落雷を予知することを特徴とする。
The method of predicting a lightning strike according to the present invention uses the detection device for the charged state,
Providing the dielectric member on the ground surface,
It is characterized by detecting a lightning strike by detecting the charged state on the ground surface.

本発明に係る静電気放電の予知方法は、前記帯電状態の検知装置を使用し、
自動車の車内に前記誘電体部材を設け、その帯電状態に基づいて、前記自動車運転手又は乗員の静電気放電を予知することを特徴とする。
The method of predicting electrostatic discharge according to the present invention uses the detection device for the charged state,
It is characterized in that the dielectric member is provided inside a vehicle, and electrostatic discharge of the vehicle driver or an occupant is predicted based on a charged state of the dielectric member.

本発明によれば、電波を地表上の帯電測定部に照射し、定在波レーダーの差分距離スペクトルから、前記帯電測定部における誘電率の変化を測定する。このとき、地表上の帯電測定部における静電気量の増減があると、これが誘電率の変化となって現れる。一方、地震又は落雷が生じる前段階で、地表上の静電気量が変化する。そこで、この誘電率の増減が検知されたときに、それは静電気量が増減したことに起因するので、それを、地震又は落雷の予知に利用する。よって、地震又は落雷の予知に際して、予め、大がかりな装置を地表上又は地中に設置しておく必要はない。更に、自動車内に定在波検知部を設け、運転手等の乗員の帯電量を測定することにより、この乗員が下車する際に、ドアノブに触れた場合に静電気放電が発生する可能性を予知することができるので、これを予知した場合に、警報を発生する等により静電気放電を予防できる。 According to the present invention, a radio wave is applied to the charging measuring unit on the ground surface, and the change in the dielectric constant in the charging measuring unit is measured from the differential distance spectrum of the standing wave radar. At this time, if there is an increase or decrease in the amount of static electricity in the charge measuring unit on the ground surface, this appears as a change in the dielectric constant. On the other hand, the amount of static electricity on the ground surface changes before the earthquake or lightning strike. Therefore, when this increase/decrease in the dielectric constant is detected, it is due to the increase/decrease in the amount of static electricity, so it is used for prediction of an earthquake or lightning strike. Therefore, when predicting an earthquake or lightning strike, it is not necessary to previously install a large-scale device on the surface of the earth or in the ground. In addition, a standing wave detector is installed in the vehicle to measure the amount of charge on the occupant such as the driver to predict the possibility of electrostatic discharge when the occupant touches the door knob when getting off the vehicle. Therefore, when this is predicted, electrostatic discharge can be prevented by issuing an alarm or the like.

本発明の実施形態の地表上の帯電状態の検知装置の使用状態を示す図である。It is a figure which shows the use condition of the detection apparatus of the charged state on the ground surface of embodiment of this invention. 図2(a)は地表上に設置された誘電体部材102の表面の帯電状態を検知したときの地震発生との関係を模式的に示す図であり、図2(b)は誘電体部材102の表面の帯電状態を検知したときの落雷発生との関係を模式的に示す図である。2A is a diagram schematically showing the relationship with the occurrence of an earthquake when the charged state of the surface of the dielectric member 102 installed on the ground surface is detected, and FIG. 2B is the dielectric member 102. FIG. 6 is a diagram schematically showing the relationship with the occurrence of a lightning strike when the charged state of the surface of the is detected. 本発明の第1実施形態の定在波レーダーによる状態検知装置を示す図である。It is a figure which shows the state detection apparatus by the standing wave radar of 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態の定在波レーダーによる状態検知装置を示す図である。It is a figure which shows the state detection apparatus by the standing wave radar of 2nd Embodiment of this invention. 定在波レーダーの基本構成を示す図である。It is a figure which shows the basic composition of a standing wave radar. 送信波の波長を示す図である。It is a figure which shows the wavelength of a transmission wave. 合成波のパワーを示す図である。It is a figure which shows the power of a synthetic wave. フーリエ変換後の図である。It is a figure after Fourier transformation. 合成波のパワーを示す図である。It is a figure which shows the power of a synthetic wave. 複数個のターゲットに対する定在波レーダーの基本構成を示す図である。It is a figure which shows the basic composition of the standing wave radar with respect to several targets. 目的の成分pa(fd、0)を示すスペクトル図である。It is a spectrum figure which shows the target component pa (fd, 0). 差分検知部の構成を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the structure of a difference detection part. ターゲットが2個の場合の距離スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the distance spectrum in case of two targets. 合成波のスペクトルの真数部分と虚数部分を示す図である。It is a figure which shows the true number part and imaginary number part of the spectrum of a synthetic wave. 球状の放射波面を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows a spherical radiation wave front. 電磁ホーンを説明する模式的斜視図である。It is a typical perspective view explaining an electromagnetic horn. 電磁ホーンにより放射された波面の平面性を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the flatness of the wavefront radiated by the electromagnetic horn. 本発明の他の実施形態に係る帯電状態の検知装置の使用状態を示す図である。It is a figure which shows the use condition of the detection apparatus of the charging state which concerns on other embodiment of this invention. 本発明の更に他の実施形態に係る帯電状態の検知装置の使用状態を示す図である。It is a figure which shows the use condition of the detection device of the charging state which concerns on other embodiment of this invention.

以下、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。図1は、本実施形態の地表上の帯電状態の検知装置の使用状態を示す図である。地表101上に設置された誘電体部材102に向けて、検出器100から電波を照射し、定在波を検知して、誘電体部材102の誘電率を計測する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a diagram showing a usage state of a detection device for a charged state on the ground surface according to the present embodiment. A radio wave is emitted from the detector 100 toward the dielectric member 102 installed on the ground surface 101, a standing wave is detected, and the dielectric constant of the dielectric member 102 is measured.

電波は、導体では反射するが、誘電体では、誘電率により電波の反射率が異なり、誘電率が高いほど電波は反射し、誘電率が低い物体においては、電波は透過する。また、この誘電体の表面に静電気が発生すると、その静電気量に応じて電波の反射率が異なってくる。即ち、地表101に設置された誘電体部材102の表面の静電気量が少ない場合は、電波の反射が少なく、静電気量が多くなると、導体と同様に電波の強い反射が発生する。この誘電体には、静電気が保持されて、帯電しやすい。そして、帯電の状況は、誘電率の電子分極の現象と類似の状態になることから、レーダー電波を照射してその反射レベルを検知することにより、帯電の状況及び量等を検出することができる。 The electric wave is reflected by the conductor, but in the dielectric, the reflectance of the electric wave differs depending on the permittivity. The higher the permittivity, the more the electric wave is reflected, and the object having the lower permittivity transmits the electric wave. Further, when static electricity is generated on the surface of this dielectric, the reflectance of radio waves varies depending on the amount of static electricity. That is, when the amount of static electricity on the surface of the dielectric member 102 installed on the earth's surface 101 is small, the reflection of radio waves is small, and when the amount of static electricity is large, strong reflection of radio waves is generated like a conductor. This dielectric holds static electricity and is easily charged. Since the charging situation is similar to the phenomenon of electronic polarization of permittivity, the charging situation and amount can be detected by irradiating radar radio waves and detecting the reflection level thereof. ..

本発明においては、電波を地表の測定部(誘電体部材102)に照射し、定在波レーダーの差分距離スペクトルから、地表の測定部における誘電率の変化を測定する。このとき、地表の測定部における静電気量の増減があると、これが誘電率の変化となって現れる。一方、地震又は落雷が生じる前段階で、地表の静電気量が変化する。そして、この静電気量の増減に応じて、誘電率が変化するので、この誘電率の変化を検出することにより、地震又は落雷を予知することができる。 In the present invention, radio waves are applied to the measurement unit (dielectric member 102) on the ground surface, and the change in the dielectric constant in the measurement unit on the ground surface is measured from the differential distance spectrum of the standing wave radar. At this time, if there is an increase or decrease in the amount of static electricity in the measurement portion on the ground surface, this appears as a change in the dielectric constant. On the other hand, the amount of static electricity on the ground surface changes before the occurrence of an earthquake or lightning strike. Since the permittivity changes according to the increase or decrease in the static electricity amount, an earthquake or lightning strike can be predicted by detecting the change in the permittivity.

次に、定在波レーダーによる地表の誘電率の検出器100について具体的に説明する。図3はこの検出器100を含む定在波レーダーによる誘電率検出装置のブロック図である。定在波検知部2は、定在波レーダーモジュールとして構成され、この定在波レーダーモジュールには、24GHz高周波送受信部4が設けられている。この24GHz高周波送受信部4は、24GHz帯VCO(電圧制御発振器)と平面アンテナ3とが一体化されたモジュールである。そして、この送受信部4は、VCOにより平面アンテナ3から電波1を発信し、測定対象としての被反射体からの反射波がアンテナ3に検出される。送受信部4には2個の検波器5a、5bが内蔵されており、検波器5a、5bは送信波及び受信波を検波する。 Next, the detector 100 of the dielectric constant of the ground surface by the standing wave radar will be specifically described. FIG. 3 is a block diagram of a dielectric constant detecting device by a standing wave radar including the detector 100. The standing wave detection unit 2 is configured as a standing wave radar module, and the standing wave radar module is provided with a 24 GHz high frequency transmission/reception unit 4. The 24 GHz high frequency transmission/reception unit 4 is a module in which a 24 GHz band VCO (voltage controlled oscillator) and the planar antenna 3 are integrated. Then, the transmitting/receiving unit 4 transmits the radio wave 1 from the planar antenna 3 by the VCO, and the antenna 3 detects the reflected wave from the object to be measured. The transmitter/receiver 4 has two built-in detectors 5a and 5b, and the detectors 5a and 5b detect a transmitted wave and a received wave.

アンテナ3から電波1を送信すると、反射物体がある場合は、アンテナ3に反射波が戻ってきて、周波数が同じで進行方向が異なる波が重なり、合成波である定在波が発生する。VCOとアンテナ3とを接続する線路上及びアンテナ給電部には、送信信号(進行波)と受信信号(反射波)が混在し、それらの合成で定在波が発生する。この場合に、VCOに供給するスイープ電圧を、少なくとも発信電波が被反射体に反射して戻ってくるまでの時間は一定に保持する必要があるため、前記スイープ電圧は、ステップ状に変化させる必要がある。そして、VCOを制御して周波数を順次切り替えることにより、複数の周波数に対する混合波の信号レベルが検波器5a、5bにより検出される。検波器5a、5bでは、送信波の電力と、反射波の電力と、定在波によって生じた成分とが検出される。得られた検波信号は、オペアンプ6a、6bで400kHz以下の必要な帯域が増幅されて、信号処理部8に入力される。 When the radio wave 1 is transmitted from the antenna 3, if there is a reflecting object, the reflected wave returns to the antenna 3, and waves having the same frequency but different traveling directions are overlapped with each other to generate a standing wave that is a composite wave. A transmission signal (traveling wave) and a reception signal (reflected wave) are mixed on the line connecting the VCO and the antenna 3 and on the antenna feeding part, and a standing wave is generated by combining them. In this case, the sweep voltage to be supplied to the VCO needs to be kept constant at least for the time until the transmitted radio wave is reflected back by the object to be reflected and returned. Therefore, the sweep voltage needs to be changed stepwise. There is. Then, the signal levels of the mixed waves for a plurality of frequencies are detected by the detectors 5a and 5b by controlling the VCO and sequentially switching the frequencies. The detectors 5a and 5b detect the power of the transmitted wave, the power of the reflected wave, and the component generated by the standing wave. The obtained detected signal is amplified by the operational amplifiers 6a and 6b in a required band of 400 kHz or less, and is input to the signal processing unit 8.

レーダー制御モジュール基板として構成された信号処理部8は、変調信号生成部10にてFM変調された周波数制御電圧を生成する。この周波数制御電圧はDA変換部9にてアナログ信号に変換され、更に、この周波数制御信号がオペアンプ7を介して増幅された後、24GHz高周波モジュール4のVCOの制御入力に入力される。この周波数制御信号により、VCOは発信電波の周波数をスイープさせる。 The signal processing unit 8 configured as a radar control module board generates a frequency control voltage FM-modulated by the modulation signal generation unit 10. This frequency control voltage is converted into an analog signal by the DA converter 9, and further, this frequency control signal is amplified through the operational amplifier 7 and then input to the control input of the VCO of the 24 GHz high frequency module 4. This frequency control signal causes the VCO to sweep the frequency of the transmitted radio wave.

信号処理部8においては、オペアンプ6a、6bで増幅された検波信号がAD変換部11に入力された後、距離スペクトル演算部12に入力される。この距離スペクトル演算部12は、定在波検知部2が検知した合成波の周波数の強度分布から、その直流成分を除去し、フーリエ変換して、距離スペクトルを求める。この距離スペクトルは、差分検出部13に入力される。差分検出部13は、前記距離スペクトルから、基準時の距離スペクトルを減算して、距離スペクトルの差分を演算し、この差分距離スペクトルを経時的に求める。この差分距離スペクトルは、距離演算部14に入力される。そして、距離演算部14は、前記差分距離スペクトルの距離成分により測定対象までの距離を求める。そして、判定部15は、差分距離スペクトルの振幅が、測定対象の誘電率の変化に基づいて変化する経緯を監視し、その振幅の変化に基づいて、測定部(誘電体部材102)における静電気量の変化を判定する。 In the signal processing unit 8, the detection signal amplified by the operational amplifiers 6a and 6b is input to the AD conversion unit 11 and then input to the distance spectrum calculation unit 12. The distance spectrum calculation unit 12 removes the DC component from the intensity distribution of the frequency of the composite wave detected by the standing wave detection unit 2 and performs Fourier transform to obtain the distance spectrum. This distance spectrum is input to the difference detection unit 13. The difference detection unit 13 subtracts the distance spectrum at the reference time from the distance spectrum, calculates the difference of the distance spectrum, and obtains this difference distance spectrum over time. This difference distance spectrum is input to the distance calculation unit 14. Then, the distance calculation unit 14 obtains the distance to the measurement target from the distance component of the difference distance spectrum. Then, the determination unit 15 monitors how the amplitude of the differential distance spectrum changes based on the change in the dielectric constant of the measurement target, and based on the change in the amplitude, the amount of static electricity in the measurement unit (dielectric member 102). Determine the change in.

信号処理部8においては、検波信号が、AD変換部11によりデジタル信号に変換された後、距離スペクトル演算部12に入力される。距離スペクトル演算部12においては、入力される信号は周期関数で、その周期は被反射体からの距離に逆比例しているので、これをフーリエ変換することにより、周期の逆数である周波数を求めることによって、この周波数から被反射体までの距離を求めることができる。また、得られた波形の位相を基に、被反射体の微小変位情報を検出することができる。例えば、24GHzの場合は、微小変位は光速を4πfで除算した値となり、約±3.125mmの範囲の変位を検出することができる。このように、検波器5a、5bから検出された信号を信号処理することにより、被反射体からの距離、被反射体の速度及び変位を演算し、その経時変化を計測することにより、被反射体の状態を検出することができる。 In the signal processing unit 8, the detected signal is converted into a digital signal by the AD conversion unit 11 and then input to the distance spectrum calculation unit 12. In the distance spectrum calculation unit 12, the input signal is a periodic function, and its period is inversely proportional to the distance from the object to be reflected. Therefore, by Fourier transforming this, the frequency that is the reciprocal of the period is obtained. Thus, the distance from this frequency to the object to be reflected can be obtained. Further, based on the phase of the obtained waveform, it is possible to detect the minute displacement information of the object to be reflected. For example, in the case of 24 GHz, the minute displacement has a value obtained by dividing the speed of light by 4πf, and a displacement within a range of about ±3.125 mm can be detected. In this way, by processing the signals detected by the detectors 5a and 5b, the distance from the object to be reflected, the speed and displacement of the object to be reflected are calculated, and the change over time is measured to obtain the object to be reflected. It is possible to detect the condition of the body.

判定部15では、測定対象の水分の変化を検知し、その判定結果は、有線又は無線で、外部の警報装置に出力して警報信号を発し、又は外部の表示装置に出力して、この表示装置に表示させる。 The determination unit 15 detects a change in the moisture content of the measurement target, and outputs the determination result by wire or wirelessly to an external alarm device to issue an alarm signal or to an external display device to display this display. Display on the device.

次に、信号処理部8の構成について更に詳細に説明する。定在波は、図5に示すように、信号源であるVCOから生成した送信波VTと、各ターゲットからの反射波VR1,VR2,VR3、・・・VRnとの干渉によって生じる。定在波レーダーは、この定在波を利用することによって、測定対象の水分の量を検知すると共に、各測定対象までの距離d1,d2,d3・・・dnを測定する。 Next, the configuration of the signal processing unit 8 will be described in more detail. As shown in FIG. 5, the standing wave is generated by the interference between the transmission wave VT generated from the VCO that is the signal source and the reflected waves VR1, VR2, VR3,... VRn from each target. By using this standing wave, the standing wave radar detects the amount of moisture of the measurement target and measures the distances d1, d2, d3... dn to each measurement target.

送信波(進行波)は、信号源の振幅をA、周波数をf(t)、光速をc(3×10m/s)とすると、下記数式1で表される。但し、周波数f(t)は、図6に示すように、f0とfdで表される。 The transmission wave (traveling wave) is represented by the following formula 1 where A is the amplitude of the signal source, f(t) is the frequency, and c(3×10 8 m/s) is the speed of light. However, the frequency f(t) is represented by f0 and fd as shown in FIG.

Figure 0006721262
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k番目のターゲットの距離をdk、x軸上の任意の点における送信波に対する反射波の大きさの比をγk(反射係数の大きさ)、位相差をφk(反射係数の位相)とすれば、そのターゲットからの反射波は下記数式2にて表すことができる。 If the distance of the kth target is dk, the ratio of the magnitude of the reflected wave to the transmitted wave at any point on the x axis is γk (the magnitude of the reflection coefficient), and the phase difference is φk (the phase of the reflection coefficient). The reflected wave from the target can be expressed by Equation 2 below.

Figure 0006721262
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アンテナから検出される検波出力は、合成波になるので、振幅Vcは下記数式3で表され、パワーは振幅の2乗であるので、合成波のパワーは、下記数式4で表される。 Since the detection output detected from the antenna is a composite wave, the amplitude Vc is represented by the following formula 3, and the power is the square of the amplitude, so the power of the composite wave is represented by the following formula 4.

Figure 0006721262
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Figure 0006721262
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送信波の大きさは、反射波の大きさより桁違いに大きいので、γkは1より極めて小さい。そこで、数式4に数式1及び数式2を代入して近似値をとると、下記数式5が得られる。 Since the magnitude of the transmitted wave is orders of magnitude greater than the magnitude of the reflected wave, γk is much smaller than 1. Therefore, by substituting the equations 1 and 2 into the equation 4 and taking an approximate value, the following equation 5 is obtained.

Figure 0006721262
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この数式5において、{}内の第1項は、送信波のパワーを示し、第2項は、反射波のパワーを示し、第3項は、定在波によるパワーの変化分を示す。従来のレーダーは、第2項の反射波を受信して、信号処理を行うが、本発明においては、第3項の信号を信号処理する。このため、第1項目と第2項目を削除するため、合成波パワーp(fd、xs)をfdで微分して、この第1項目及び第2項目を除去する。 In the mathematical expression 5, the first term in {} indicates the power of the transmitted wave, the second term indicates the power of the reflected wave, and the third term indicates the change amount of the power due to the standing wave. The conventional radar receives the reflected wave of the second term and performs signal processing, but in the present invention, the signal of the third term is processed. Therefore, in order to delete the first item and the second item, the composite wave power p(fd, xs) is differentiated by fd to remove the first item and the second item.

ここで、ターゲット(被反射体)の数が1であるとすると、n=1を数式5に代入して、下記数式6が得られる。この数式6をグラフ化すると、図7のようになる。即ち、合成波のパワーは、固定値1+γと、周期関数との和となる。この図7において、周期関数の周波数(周期の逆数)はc/2dとなり、距離dの成分が入る。このため、周期から周波数を求めれば、距離dが求まることになる。数式6から、直流成分1+γを除去して、フーリエ変換すると、図8に示すように、距離スペクトルP(x)が求まる。 Here, assuming that the number of targets (reflectors) is 1, n=1 is substituted into Equation 5 to obtain Equation 6 below. When this equation 6 is graphed, it becomes as shown in FIG. 7. That is, the power of the composite wave is the sum of the fixed value 1+γ 2 and the periodic function. In FIG. 7, the frequency of the periodic function (the reciprocal of the period) is c/2d, and the component of the distance d is included. Therefore, if the frequency is obtained from the cycle, the distance d will be obtained. When the DC component 1+γ 2 is removed from Formula 6 and Fourier transform is performed, a distance spectrum P(x) is obtained as shown in FIG.

Figure 0006721262
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先ず、下記数式7に示すフーリエ変換公式に対し、変数の置き換えをし、更に、観測位置を原点として、フーリエ変換すると、下記数式8に示す距離スペクトルが得られる。但し、Sa(z)=sin(z)/zとする。なお、数式8では、直流分がカットされていない。周期のある関数をフーリエ展開すると、その関数に含まれる直流成分と、振動成分(sin、cos)に分解されてしまう。距離スペクトルは、その公式上、下記数式8のように表示される。 First, variables are replaced with respect to the Fourier transform formula shown in the following formula 7, and further Fourier transform is performed with the observation position as the origin, and the distance spectrum shown in the following formula 8 is obtained. However, Sa(z)=sin(z)/z. It should be noted that in Equation 8, the direct current component is not cut. When a function with a period is subjected to Fourier expansion, it is decomposed into a DC component and a vibration component (sin, cos) contained in the function. The distance spectrum is represented by the following Equation 8 according to its formula.

Figure 0006721262
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Figure 0006721262
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なお、数式8のA2(1+Σγ )Sa(2πf/c)x)は、直流成分であるが、この直流成分は、実際の回路において、コンデンサにより除去される。 Note that A 2 f w (1+Σγ k 2 )Sa(2πf w /c)x) in Expression 8 is a DC component, but this DC component is removed by a capacitor in an actual circuit.

この数式8の最後の式で表される距離スペクトルP(x)をグラフ図でみると、図9に示すようになる。そして、数式8の{}内の第1項目の直流分を除去し、第3項目をcos成分を複素正弦波(解析信号)に変換して除去し、定在波成分である第2項目の成分を抽出することができる。しかし、図8に破線にて示すように、数式8の{}内の第2項目の成分には、虚数側の信号が漏れ込んでしまう。つまり、この部分の定在波成分には、虚数側の信号が漏れ込んだ値になってしまう。 The distance spectrum P(x) expressed by the last expression of the mathematical expression 8 is shown in the graph of FIG. Then, the direct current component of the first item in {} of the mathematical formula 8 is removed, the third item is removed by converting the cos component into a complex sine wave (analysis signal), and the second item of the standing wave component is removed. The components can be extracted. However, as shown by the broken line in FIG. 8, the signal on the imaginary side leaks into the component of the second item in {} of Expression 8. In other words, the standing wave component in this portion has a value in which the signal on the imaginary number side leaks.

このような問題点を解消するためには、例えば、図10に示すように、送信波とその反射波を合成した信号を検出する際に、送信波の波長をλとして、λ/8だけ離隔した2点にて、信号レベルを検出するように構成することができる。つまり、レーダーの進行方向をx軸にとった場合に、被反射体であるn個(nは自然数、図示は2個のみ)のターゲットからの反射波をアンテナが受信し、これを送信波と共に、x軸方向にλ/8だけ離隔した2個のパワーディテクタで検出し、これを信号処理する。このとき、この2個のディテクタが検出したパワーレベルをp(f,x)、p(f,x)とすると、x=0の位置に置かれたディテクタの出力は、検出パワーを示す数式5に、x=x=0を代入して、下記数式9に示すp(f、0)として求まり、x=−λ/8の位置に置かれたディテクタの出力は、検出パワーを示す数式5に、x=x=−λ/8を代入して、下記数式9に示すp(f、−λ/8)として求まる。この数式9に示すように、λ/8だけ離隔した2点で定在波を検出することにより、各位置(0,−λ/8)に置かれたディテクタの出力の定在波成分に、cosとsinの直交成分が得られ、これにより、虚像信号を消去することができ、虚像側から漏れ込む信号の影響を解消することができる。即ち、cosとsinの直交成分(X軸成分とY軸成分)から合成されるベクトルが求める解析信号である。通常、虚軸側の信号は測定できないのであるが、−λ/8の位置に、虚軸側の信号が計測できることになり、ベクトル合成信号を形成できる。このベクトルの回転速度が周波数になるので、本実施形態では、この周波数と位相を解析することになる。 In order to solve such a problem, for example, as shown in FIG. 10, when a signal in which a transmitted wave and its reflected wave are combined is detected, the wavelength of the transmitted wave is set to λ, and the signal is separated by λ/8. The signal level can be detected at the two points. In other words, when the traveling direction of the radar is taken as the x-axis, the antenna receives reflected waves from n (n is a natural number, only two in the figure) targets that are to-be-reflected objects, and the antenna receives the reflected waves together with the transmitted wave. , Two power detectors which are separated by λ/8 in the x-axis direction, and detect the detected signals. At this time, if the power levels detected by these two detectors are p(f d , x 1 ) and p(f d , x 2 ), the output of the detector placed at the position of x 1 =0 will be detected. Substituting x 1 =x s =0 into the mathematical expression 5 indicating power, it is obtained as p(f d , 0) shown in the following mathematical expression 9, and the output of the detector placed at the position of x 1 =−λ/8 Is obtained by substituting x 2 =x s =−λ/8 into Expression 5 indicating the detected power, and obtaining p(f d , −λ/8) shown in Expression 9 below. As shown in Equation 9, by detecting a standing wave at two points separated by λ/8, the standing wave component of the output of the detector placed at each position (0, −λ/8) becomes An orthogonal component of cos and sin is obtained, which makes it possible to eliminate the virtual image signal and eliminate the influence of the signal leaking from the virtual image side. That is, a vector synthesized from orthogonal components of cos and sin (X-axis component and Y-axis component) is an analysis signal. Normally, the signal on the imaginary axis side cannot be measured, but the signal on the imaginary axis side can be measured at the position of −λ/8, and a vector composite signal can be formed. Since the rotational speed of this vector becomes a frequency, this frequency and phase are analyzed in the present embodiment.

Figure 0006721262
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この数式9におけるx=0の位置のディテクタの出力のうちの定在波成分をa、x=−λ/8の位置のディテクタの出力のうちの定在波成分をbとすると、a、bは下記数式10にて表される。そして、数式8の3項からなる最後の式を下記数式11に基づいて置き換えをすると、下記数式12及び数式13が得られる。即ち、数式10が求めるX軸、Y軸(実信号、虚軸信号)を実信号に変換された形に置き換えることが可能になる。数式13は、まさに、時間方向の信号と、回転軸での信号を表現しているが、結局、この数式13により、回転する解析信号を計算できることがわかる。 When the standing wave component of the output of the detector at the position of x s =0 in this formula 9 is a and the standing wave component of the output of the detector at the position of x s =−λ/8 is b, , B are represented by the following mathematical formula 10. Then, by substituting the final expression consisting of the three terms of Expression 8 based on Expression 11 below, Expressions 12 and 13 below are obtained. That is, it becomes possible to replace the X-axis and Y-axis (actual signal, imaginary axis signal) obtained by the mathematical expression 10 with a form converted into an actual signal. Expression 13 exactly expresses the signal in the time direction and the signal on the rotation axis, but it can be seen that, in the end, Expression 13 can calculate the rotating analytic signal.

Figure 0006721262
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数式12の右辺のPDCは直流成分であり、m(f)cos(θ(f)−4π(f+f)/c・x)は周期的に変化する定在波成分である。この定在波成分は、前述のごとく、x=0の位置の成分aと、x=−λ/8の位置の成分bとの合成成分a+jbは、sinとcosとの直交成分となり、aとbとから解析信号を合成することにより、不要の信号(図9に示す虚数側から漏れ込んだ信号)による影響が除去される。よって、この値(数式13の信号)を解析することにより、図11に示す目的の成分p(f,0)が得られる。 P DC on the right side of Expression 12 is a DC component, and m(f d )cos(θ(f d )−4π(f 0 +f d )/c·x s ) is a standing wave component that changes periodically. is there. As described above, the standing wave component is a composite component a+jb of the component a at the position of x s =0 and the component b at the position of x s =−λ/8, which is an orthogonal component of sin and cos. By combining the analytic signals from a and b, the influence of unnecessary signals (signals leaking from the imaginary number side shown in FIG. 9) is removed. Therefore, by analyzing this value (the signal of Expression 13), the target component p a (f d , 0) shown in FIG. 11 is obtained.

而して、数式13の解析信号において、反射係数γkの大きさに依存して、検出される信号強度が変化する。換言すれば、解析信号の信号強度の時間的推移を測定すれば、強度の変化が生じた場合に、その要因の一つとして、反射係数γkの変化があったことを挙げることができる。即ち、周波数分布の各周波数のγk(反射係数の大きさ)が変化することで生じる信号強度の変化が、測定対象の帯電状態の変化を示している。 Thus, in the analytic signal of Expression 13, the detected signal intensity changes depending on the magnitude of the reflection coefficient γk. In other words, if the temporal transition of the signal intensity of the analytic signal is measured, one of the causes when the intensity changes is that there is a change in the reflection coefficient γk. That is, a change in the signal intensity caused by a change in γk (magnitude of the reflection coefficient) of each frequency in the frequency distribution indicates a change in the charged state of the measurement target.

誘電率が異なる2物質の境界面での反射係数γは、その誘電率を、ε1、ε2とすると、下記数式14にて表される。 The reflection coefficient γ at the interface between two substances having different permittivities is represented by the following formula 14 when the permittivities are ε1 and ε2.

Figure 0006721262
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このように、境界面での反射強度は、境界面を形成している各媒体が有する固有の比誘電率の差によって決定され、反射波形の極性も比誘電率の大小関係により決まる。よって、電波の反射強度は、反射係数γの大きさにより異なり、反射係数γは、誘電率により異なるため、反射面の物質の変化により、反射強度が変化する。 As described above, the reflection intensity at the boundary surface is determined by the difference in the specific dielectric constants of the respective media forming the boundary surface, and the polarity of the reflected waveform is also determined by the magnitude relationship of the relative dielectric constants. Therefore, the reflection intensity of the radio wave varies depending on the magnitude of the reflection coefficient γ, and the reflection coefficient γ varies depending on the dielectric constant. Therefore, the reflection intensity changes due to the change of the substance on the reflection surface.

従って、上記数式13により反射係数が求められ、数式14により誘電率が求められる。この誘電率は、地表上の帯電状態を示す測定値である。 Therefore, the reflection coefficient is obtained by the above equation 13 and the dielectric constant is obtained by the equation 14. This dielectric constant is a measured value indicating the charged state on the ground surface.

上述のごとく、距離スペクトル演算部12が求めた距離スペクトルの振幅の強度の変化により、誘電体部材102の帯電状態を検知することができるが、この距離スペクトルには、静電気量の変化がない物体からの反射波に起因する定在波の距離スペクトルが含まれている。そこで、差分検出部13は、測定された距離スペクトルから、基準時の距離スペクトルを削除して、差分距離スペクトルを演算する。図12(a)は、距離スペクトル演算部12が求めた距離スペクトルP(x)を示す。この測定結果には、静電気を含む測定部が存在せずに、環境からの反射波に起因するものが含められている。そこで、特定の基準時に得られた距離スペクトルをP(x)として、以後の各サンプリング時点に得られた距離スペクトルP(x)から、基準時の距離スペクトルP(x)を減算する。即ち、各サンプリング時点で得られた距離スペクトルP(x)に対し、図12(b)に示す−P(x)を加算する。このため、差分検出部13からは、静電気の帯電がない場合は、図12(c)に示すように、0信号が得られる。そこで、あるサンプリング時点で、測定部に静電気が帯電している場合には、図12(d)に示すように、その帯電の距離スペクトルの振幅が現れる。このサンプリング時点の距離スペクトルに対しても、図12(b)の基準スペクトル−P(x)を加算すると、図12(e)に示すように、P(x)−P(x)の距離スペクトルが得られ、この距離スペクトルには、帯電に起因するピーク強度の振幅のみが現れる。このようにして、差分検出部13にて、距離スペクトルの差分をとることにより、測定部の環境からの反射の影響を低減して、帯電の変化に起因する距離スペクトルの振幅の強度を求めることができる。 As described above, the charged state of the dielectric member 102 can be detected by the change in the amplitude intensity of the distance spectrum calculated by the distance spectrum calculation unit 12. However, in this distance spectrum, there is no change in the amount of static electricity. The distance spectrum of the standing wave caused by the reflected wave from is included. Therefore, the difference detection unit 13 deletes the reference distance spectrum from the measured distance spectrum to calculate the difference distance spectrum. FIG. 12A shows the distance spectrum P(x) obtained by the distance spectrum calculation unit 12. This measurement result includes the one caused by the reflected wave from the environment without the measurement unit containing static electricity. Therefore, the distance spectrum obtained at the specific reference time is set as P 0 (x), and the distance spectrum P 0 (x) at the reference time is subtracted from the distance spectrum P(x) obtained at each subsequent sampling time. That is, −P 0 (x) shown in FIG. 12B is added to the distance spectrum P(x) obtained at each sampling time. Therefore, when there is no electrostatic charge, the difference detection unit 13 obtains a 0 signal as shown in FIG. Therefore, when static electricity is charged in the measurement unit at a certain sampling time, the amplitude of the distance spectrum of the charge appears as shown in FIG. When the reference spectrum −P 0 (x) of FIG. 12( b) is added to the distance spectrum at this sampling point, as shown in FIG. 12( e ), P(x)−P 0 (x) of A distance spectrum is obtained, and only the amplitude of the peak intensity due to charging appears in this distance spectrum. In this way, the difference detection unit 13 determines the difference between the distance spectra to reduce the influence of reflection from the environment of the measurement unit and obtain the intensity of the amplitude of the distance spectrum due to the change in charging. You can

なお、測定対象が2個の場合の距離スペクトルは、図13に示すように、x=0のパワーp(f、0)とx=−λ/8のパワーp(f,−λ/8)との合成波から直流分を除去して、フーリエ変換することにより、距離に対応する周波数が得られ、距離d,dが求まる。 The distance spectrum when measured is two, as shown in FIG. 13, the power p of x s = 0 (f d, 0) and x s = / 8 power p (f d of - The frequency corresponding to the distance is obtained by removing the DC component from the combined wave with λ/8) and performing the Fourier transform, and the distances d 1 and d 2 are obtained.

図14は合成波の真数のスペクトルと、虚数のスペクトルを示す図である。電波の速度cは、約30万km/秒である。発信波の周波数のスイープを、75MHz幅(fw)で行った場合、この75MHzの波長は、c/fw=4mである。しかし、波形を標本化するためのスイープは、往復で4mのため、行きはその半分の2mとなる。この2mを1周期と呼ぶ。そこで、スイープ幅75MHzで20mを計測した場合、10周期を計測することになる。スイープ時間が256μsであるとすると、観測する波形の周波数は、10/256μs=39kHzとなる。同様に、200mを計測した場合、100周期であるので、100/256μs=390kHzとなる。そして、図14に示す検出されたスペクトルの周波数のレベルは反射の強さを示し、周波数は距離に置き換えられる。よって、図13に示すように、フーリエ変換して39kHzのところにピークが現れると、それは、距離d=10mの位置からの反射波であることがわかり、390kHzのところにピークが現れると、それは、距離d=100mの位置からの反射波であることがわかる。このようにして、ディテクタの合成波の検出パワーpa(fd)を微分して直流成分を除去し、フーリエ変換すると、測定対象までの距離を求めることができる。 FIG. 14 is a diagram showing the true spectrum and the imaginary spectrum of the composite wave. The radio wave velocity c is about 300,000 km/sec. When the frequency sweep of the transmitted wave is performed with a width of 75 MHz (fw), the wavelength of 75 MHz is c/fw=4 m. However, the sweep for sampling the waveform is 4 m for the round trip, so the distance is half of that, 2 m. This 2 m is called one cycle. Therefore, when 20 m is measured with a sweep width of 75 MHz, 10 cycles are measured. Assuming that the sweep time is 256 μs, the frequency of the observed waveform is 10/256 μs=39 kHz. Similarly, when 200 m is measured, since it is 100 cycles, 100/256 μs=390 kHz. Then, the frequency level of the detected spectrum shown in FIG. 14 indicates the intensity of reflection, and the frequency is replaced by the distance. Therefore, as shown in FIG. 13, when a peak appears at 39 kHz by Fourier transform, it is understood that it is a reflected wave from a position at a distance d 1 =10 m, and a peak appears at 390 kHz, It can be seen that it is a reflected wave from a position at a distance d 2 =100 m. In this way, the detection power pa(fd) of the combined wave of the detector is differentiated to remove the DC component, and the Fourier transform is performed, whereby the distance to the measurement target can be obtained.

スイープ幅が200MHzの場合、1周期が0.75mになるので、10mの計測は10/0.75=13.3周期を観測することになり、スイープ時間が256μsである場合は、13.3/256=51.9kHzとなる。つまり、スイープ幅が200MHzの場合は、51.9kHzにピークが現れた場合に、被反射体までの距離が10mと観測される。従って、スイープ幅を調整し、スイープ時間を調整することにより、検波出力の周波数を調整することができ、電波法の規制により帯域幅が制限されているので、一般的には、スイープ時間を可変とすることにより、被反射体までの距離を測定する。 When the sweep width is 200 MHz, one cycle is 0.75 m, so 10/0.75=13.3 cycles are observed in the measurement of 10 m, and when the sweep time is 256 μs, 13.3 /256=51.9 kHz. That is, when the sweep width is 200 MHz and the peak appears at 51.9 kHz, the distance to the reflected object is observed to be 10 m. Therefore, the frequency of the detection output can be adjusted by adjusting the sweep width and the sweep time, and the bandwidth is limited by the regulation of the Radio Law, so the sweep time is generally variable. Then, the distance to the reflected object is measured.

次に、微小変位計測について説明する。数式8において、位相に着目すると、k番目のターゲットに対する位相Ψkは、下記数式15の第1式のsinの角度として求まり、φは初期位相であるから変化分では消えるので、距離dの変化分をΔd、位相の変化分をΔΨとすると、数式14の第2式が得られ、これを変形して、下記数式16が得られる。 Next, the minute displacement measurement will be described. In Equation 8, paying attention to the phase, the phase Ψk for the k-th target Motomari as the angle of the first equation of sin in Equation (11) below 15, since phi k disappears in variation from the initial phase, the distance d k When the change amount is Δd k and the phase change amount is ΔΨ k , the second formula of Formula 14 is obtained, and this is modified to obtain Formula 16 below.

Figure 0006721262
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この数式16から、距離dの微小変位が求まる。周波数が24GHzの場合は、±3.125mmの変位を検知することが可能となる。 From this equation 16, a minute displacement of the distance d can be obtained. When the frequency is 24 GHz, it is possible to detect a displacement of ±3.125 mm.

以上のように、被反射体からの反射波を送信波に合成した定在波の分析により、被反射体の距離及び微小変位を計測することができる。この計測結果を経時的に把握すれば、被反射体の距離、速度及び変位を計測することができ、結局、被反射体の動きを計測できる。従来のレーダーであると、1〜2m以下は距離の測定が困難であったのに対し、本発明により、0mに近い至近距離から、200mの遠距離迄、距離の測定が可能である。また、本発明の場合は、微小変位の検知が可能であり、相対変位分解能は0.01mmにも及ぶ。 As described above, the distance and the minute displacement of the reflected object can be measured by analyzing the standing wave in which the reflected wave from the reflected object is combined with the transmitted wave. If this measurement result is grasped over time, the distance, speed and displacement of the object to be reflected can be measured, and eventually the movement of the object to be reflected can be measured. In the conventional radar, it is difficult to measure the distance of 1 to 2 m or less, whereas the present invention enables the distance to be measured from a close range close to 0 m to a long range of 200 m. Further, in the case of the present invention, it is possible to detect a minute displacement, and the relative displacement resolution reaches 0.01 mm.

なお、前述の如く、本発明は、数式13で示す距離スペクトルのピーク強度が、反射係数γkの大きさに依存して変化し、測定部にて帯電量が増大すると、水分の誘電率εが高いため、数式14で示す反射係数γkが上昇し、距離スペクトルのピーク強度が上昇することにより、水分を検知することを測定原理とする。このように、ピーク強度を見ているので、測定部が複数ある場合でも、水分の検知は容易である。しかし、この測定部が多数となり、しかも、各測定部の相互間の間隔が短いと、例えば,図13に示す複数個(図示例は2個)の距離スペクトルが相互に重なりあい、各距離スペクトルを分離できなくなる可能性がある。この場合、各測定対象について、上述の微小変位の測定に必要な位相差を求めることができなくなる。このような場合は、2個の距離スペクトルに対し、帯域通過フィルタをかけて、分離することができる。 As described above, according to the present invention, when the peak intensity of the distance spectrum shown in Formula 13 changes depending on the magnitude of the reflection coefficient γk and the amount of charge increases in the measurement unit, the permittivity ε of water changes. Since it is high, the measurement principle is to detect water by increasing the reflection coefficient γk shown in Expression 14 and increasing the peak intensity of the distance spectrum. Since the peak intensity is observed in this way, it is easy to detect moisture even when there are a plurality of measurement units. However, if the number of measurement units is large and the distance between the measurement units is short, for example, a plurality (two in the illustrated example) of distance spectra shown in FIG. May not be separated. In this case, it becomes impossible to obtain the phase difference required for measuring the above-mentioned minute displacement for each measurement target. In such a case, the two distance spectra can be separated by applying a bandpass filter.

図4は、この場合の実施形態を示すブロック図である。差分検出部13から出力された差分距離スペクトルは、この帯域通過フィルタ16に入力される。この帯域通過フィルタ16は、差分検出部13の差分距離スペクトルからその複数のピーク位置に対応する中心周波数の中間の周波数にて最小ゲインとなる信号を出力するノッチ型の帯域通過フィルタである。この帯域通過フィルタ16から出力された差分距離スペクトルは、ピーク位置間で分離された複数個の差分距離スペクトルとなる。これら各差分距離スペクトルは、距離演算部14に入力され、位相差から、微小変位を求めることが可能となる。 FIG. 4 is a block diagram showing an embodiment in this case. The difference distance spectrum output from the difference detection unit 13 is input to the bandpass filter 16. The band-pass filter 16 is a notch-type band-pass filter that outputs a signal having the minimum gain from the difference distance spectrum of the difference detecting unit 13 at an intermediate frequency of the center frequencies corresponding to the plurality of peak positions. The differential distance spectrum output from the bandpass filter 16 becomes a plurality of differential distance spectra separated between peak positions. Each of these difference distance spectra is input to the distance calculation unit 14, and it becomes possible to obtain a minute displacement from the phase difference.

次に、本発明の実施形態に係る定在波レーダーによる帯電状態の検知装置の動作について、利用例と共に説明する。先ず、検出器100を、帯電測定部(誘電体部材102)に向けて設置する。そうすると、定在波検知部2により、送信波と受信波との合成波である定在波が検知される。この定在波の検出信号は、AD変換部11を介して、距離スペクトル演算部12に入力され、距離スペクトルが演算される。そして、この距離スペクトルから、差分検出部13にて、差分距離スペクトルが求められる。距離演算部14は、この差分距離スペクトルから、前述の如くして、センサと測定対象との間の距離を演算する。その結果、この差分距離スペクトルのピーク位置は、図12(d)に示すように、センサと、測定対象との間の距離(例えば、2.5m)であることがわかる。そして、判定部15は、この2.5mの位置にピーク位置をもつ差分距離スペクトルについて、そのピーク強度の経時変化を監視する。そうすると、判定部15は、このピーク強度が上昇した場合は、測定対象の誘電体部材102の帯電量(静電気量)の変化により、誘電率が変化し、反射強度が増大したことに起因するものであることを検知することができ、このピーク強度が増大した時点を、帯電量が増大した時点であると判定することができる。 Next, an operation of the apparatus for detecting a charged state by the standing wave radar according to the embodiment of the present invention will be described together with usage examples. First, the detector 100 is installed toward the charge measuring unit (dielectric member 102). Then, the standing wave detection unit 2 detects a standing wave that is a composite wave of the transmitted wave and the received wave. The detection signal of this standing wave is input to the distance spectrum calculation unit 12 via the AD conversion unit 11, and the distance spectrum is calculated. Then, from this distance spectrum, the difference detection unit 13 obtains a difference distance spectrum. The distance calculator 14 calculates the distance between the sensor and the measurement target from the difference distance spectrum as described above. As a result, it can be seen that the peak position of this difference distance spectrum is the distance (for example, 2.5 m) between the sensor and the measurement target, as shown in FIG. Then, the determination unit 15 monitors the temporal change of the peak intensity of the differential distance spectrum having the peak position at the position of 2.5 m. Then, when the peak intensity is increased, the determination unit 15 causes the change in the dielectric constant due to the change in the charge amount (static amount) of the dielectric member 102 to be measured and the increase in the reflection intensity. Can be detected, and the time point when the peak intensity increases can be determined to be the time point when the charge amount increases.

また、測定部(誘電体部材102)が距離d1及び距離d2にある場合、これらの測定対象に対し、センサからレーダー波が照射され、センサにて、測定対象(d1,d2)からの反射波が検出される。そして、差分検出部13は、距離d1の距離スペクトルに対し、ある特定の時点の距離スペクトルを基準時の距離スペクトルとし、一定のサンプリング時点毎に、得られた距離スペクトル(図12(a))から、基準時の距離スペクトル(図12(b))を減算し、差分距離スペクトル(図12(c))を演算する。その結果、基準時の距離スペクトルP0(x)からの変化がなければ、サンプリング時点毎に得られた差分距離スペクトルは、図12(c)に示すように、0となる。そして、図12(d)に示すように、測定部の誘電体部材102に静電気が存在する場合は、その静電気に起因するスペクトルを含む距離スペクトルP(x)が得られる。その結果、図12(e)に示すように、差分距離スペクトルP(x)−P0(x)には、静電気に起因する距離スペクトルのみが出現する。従って、判定部15は、この差分距離スペクトルを監視し、差分距離スペクトルが0になった時点を乾燥完了時点と判断することができる。このようにして、測定部(誘電体部材102)の静電気量の状態を、個別に検知することができる。 Further, when the measurement unit (dielectric member 102) is at the distance d1 and the distance d2, radar waves are radiated from the sensor to these measurement targets, and the reflected waves from the measurement targets (d1, d2) are reflected by the sensor. Is detected. Then, the difference detection unit 13 sets the distance spectrum at a specific time point as the distance spectrum at the reference time with respect to the distance spectrum of the distance d1, and obtains the distance spectrum at every fixed sampling time point (FIG. 12(a)). Then, the distance spectrum at the reference time (FIG. 12B) is subtracted from this to calculate the differential distance spectrum (FIG. 12C). As a result, if there is no change from the distance spectrum P0(x) at the reference time, the difference distance spectrum obtained at each sampling time becomes 0 as shown in FIG. 12(c). Then, as shown in FIG. 12D, when static electricity is present in the dielectric member 102 of the measurement unit, a distance spectrum P(x) including a spectrum caused by the static electricity is obtained. As a result, as shown in FIG. 12E, only the distance spectrum due to static electricity appears in the differential distance spectrum P(x)-P0(x). Therefore, the determination unit 15 can monitor the difference distance spectrum and determine that the time when the difference distance spectrum becomes 0 is the time when the drying is completed. In this way, the state of the amount of static electricity of the measurement unit (dielectric member 102) can be individually detected.

本実施形態においては、上述の如く、検出器100により、誘電体部材102の静電気量の状態を検知する。次に、この静電気量(帯電量)検知の利用例について説明する。先ず、本発明の定在波レーダーによる帯電状態の検知装置を地震の予知に利用した例について説明する。電離層は、大気圏の上層部にあって地球を取り巻くようにして存在する層であり、分子及び原子が紫外線又はエックス線等により電離し、イオンと電子が存在する領域である。そして、この電離層は、通常は安定状態にあるが、地震の前段階で、電荷の分離状態が変化する。この電離層における変化は、地震の前段階で、地面の擦れ合いが発生し、この地面の擦れ合いでイオンが放出されることに起因する。つまり、地面の擦れ合いでイオンが放出されると、この地面に対向する電離層では、地面の電荷の分離状況に応じて電荷の分離状態が変化する。従来は、この電離層における電荷の状態を計測することにより、これを地震の予知に利用しようとしていた。一方、本発明においては、地表上に設置された誘電体部材102における電荷帯電状態を検知することにより、これを地震予知に利用する。地震の予兆として、地面の擦れ合いが生じたときに、先ず、電荷が地表上に発生する。この地表上に発生した電荷が、誘電体部材102の表面に滞留し、誘電体部材102の表面が帯電する。そこで、この誘電体部材102の帯電状態を、レーダー電波を誘電体部材102に照射することにより、その反射レベルを計測する。これにより、地震発生の危険度を推測することが可能となる。 In the present embodiment, as described above, the detector 100 detects the state of the amount of static electricity of the dielectric member 102. Next, an application example of this static electricity amount (charge amount) detection will be described. First, an example in which the apparatus for detecting a charged state by the standing wave radar according to the present invention is used for earthquake prediction will be described. The ionosphere is a layer existing in the upper layer of the atmosphere so as to surround the earth, and is a region where ions and electrons are present due to ionization of molecules and atoms by ultraviolet rays or X-rays. The ionosphere is normally in a stable state, but the charge separation state changes before the earthquake. This change in the ionosphere is due to the ground rubbing that occurs before the earthquake, and the ions are ejected in the ground rubbing. In other words, when ions are emitted due to the rubbing of the ground, the charge separation state changes in the ionosphere facing the ground according to the charge separation state of the ground. Conventionally, by measuring the state of electric charges in this ionosphere, it has been attempted to use this for earthquake prediction. On the other hand, in the present invention, by detecting the charge charging state of the dielectric member 102 installed on the ground surface, this is utilized for earthquake prediction. As a sign of an earthquake, when the ground rubs against each other, electric charges are first generated on the ground surface. The charges generated on the surface of the earth accumulate on the surface of the dielectric member 102, and the surface of the dielectric member 102 is charged. Therefore, the charge level of the dielectric member 102 is measured by irradiating the dielectric member 102 with radar radio waves. This makes it possible to estimate the risk of an earthquake.

本発明においては、図1に示すように、レーダー電波を電離層に向けて照射するのではなく、地表101に設置された誘電体部材102に向けて照射する。レーダーを電離層に向けて照射するためには、遠距離を探索できる高出力のレーダー送信機が必要であるが、本発明は、地表101に設置した誘電体部材102をターゲットとするため、小出力のレーダーで地震の予測を行うことができる。また、地震の予兆として地面の擦れ合いが生じた場合、先ず、地表上に電荷が発生するが、この地表上の電荷発生に対応して遅れて生じる電離層における電荷分離状況を計測する場合よりも、地表上における帯電状態の変化を測定した方が早く地震の予兆を検知することができる。なお、電離層では、太陽光線により電離した領域の電荷密度が変化する。つまり、日の出と共に電荷密度は上昇し、日の入りで活動は休止状態になる。しかし、地震の予兆として知られる地表の擦れ合い等が生じると、イオンが発生し、夜間でもインパルス状のイオンが放出される。このため、地表上の帯電状態に乱れが生じる。よって、電離層よりも、地表上の帯電状態を地震の指標とした方が、より高精度に地震を予知することができる。 In the present invention, as shown in FIG. 1, instead of irradiating the radar radio wave to the ionosphere, it irradiates the dielectric member 102 installed on the ground surface 101. In order to irradiate the radar toward the ionosphere, a high-power radar transmitter capable of searching a long distance is required. However, since the present invention targets the dielectric member 102 installed on the ground surface 101, it has a small output. You can predict earthquakes with radar. Also, when the ground rubs as a sign of an earthquake, charges are first generated on the surface of the earth, but rather than when measuring the charge separation situation in the ionosphere that occurs with a delay corresponding to the generation of charges on the surface of the earth. It is possible to detect the sign of an earthquake earlier by measuring the change of the charged state on the ground surface. In the ionosphere, the charge density of the region ionized by sunlight changes. That is, the charge density increases with sunrise, and the activity becomes dormant at sunset. However, when rubbing on the ground surface, which is known as a sign of an earthquake, ions are generated, and impulse ions are emitted even at night. Therefore, the charged state on the ground surface is disturbed. Therefore, it is possible to predict an earthquake with higher accuracy by using the charged state on the surface of the earth as an index of the earthquake rather than the ionosphere.

このようにして、地表の誘電体部材102の帯電状態に通常とは異なる変化を検知した場合に、これを近い将来に地震が発生する兆候であるとして、地震予知に利用することができる。図2(a)は地表に設置された誘電体部材102の表面の帯電状態を検知したときの地震発生との関係を模式的に示す図である。地震の前段階において、誘電体部材102の帯電量が徐々に上昇し、ある程度大きな傾斜で帯電量の増大が生じたときに、地震が発生する可能性が極めて高くなる。この地表の誘電体部材102の帯電量の増加が所定の閾値を超えた場合、又は帯電量の増加速度が所定の閾値を超えた場合に、近い将来(数時間又は数日等)に、地震が発生すると予測することは合理的である。 In this way, when an abnormal change in the charged state of the dielectric member 102 on the surface of the earth is detected, it can be used for earthquake prediction as a sign that an earthquake will occur in the near future. FIG. 2A is a diagram schematically showing the relationship with the occurrence of an earthquake when the charged state of the surface of the dielectric member 102 installed on the ground surface is detected. In the pre-earthquake stage, when the charge amount of the dielectric member 102 gradually increases and the charge amount increases with a certain degree of inclination, the possibility of occurrence of an earthquake becomes extremely high. When the increase in the charge amount of the dielectric member 102 on the ground surface exceeds a predetermined threshold value, or when the increase rate of the charge amount exceeds a predetermined threshold value, an earthquake may occur in the near future (such as hours or days). It is reasonable to predict that will occur.

なお、地震発生可能性が高い帯電量の閾値又は帯電量増加速度の前記所定の閾値は、人工知能の機械学習により求めることができる。この場合、検出器100で検知された誘電体部材102の誘電率に関するデータを、教師あり学習により、統計分析して、将来の未知のデータを予測することもできる。前述の如く、地震の予兆である地面の擦り合いが生じると、誘電体部材102の帯電推移に現れるので、検出器100によりこの帯電推移を検知することにより、地震が実際に生じたときの帯電量の閾値及び/又は帯電量の増加速度(図2(a)の傾斜角度)と地震発生の有無とを対比したデータを取得し、得られたデータを統計分析する。そして、データ推移のパターンを学習しておき、日々の検出器100による帯電状態の監視により、機械学習によって得られたデータ推移のパターンにおいて、地震発生時の帯電初期段階のデータパターン(地震発生の前段階の推移データ)と一致するデータ推移が計測されたときに、地震発生予測の警報を出力する。 In addition, the threshold value of the charge amount or the predetermined threshold value of the charge amount increasing rate with high possibility of occurrence of an earthquake can be obtained by machine learning of artificial intelligence. In this case, data regarding the dielectric constant of the dielectric member 102 detected by the detector 100 can be statistically analyzed by supervised learning to predict future unknown data. As described above, when the ground friction, which is a sign of an earthquake, occurs in the electrostatic charge transition of the dielectric member 102. Therefore, by detecting this electrostatic charge transition by the detector 100, the electrostatic charge when the earthquake actually occurs is detected. Data that compares the threshold value of the amount and/or the increasing rate of the charge amount (the inclination angle in FIG. 2A) with the presence or absence of an earthquake is acquired, and the obtained data is statistically analyzed. Then, a data transition pattern is learned in advance, and by daily monitoring of the charging state by the detector 100, in the data transition pattern obtained by machine learning, the data pattern at the initial stage of charging when an earthquake occurs When a data transition that matches the previous stage transition data) is measured, an earthquake prediction warning is output.

次に、本発明の定在波レーダーによる帯電状態の検知装置を落雷の予知に利用した例について説明する。地上の水蒸気を含む上昇気流は、上空の冷たい空気で冷却されて細かい氷の結晶になる。この結晶は、気流の中でぶつかり合い、正負の電荷に分離しながら雷雲になる。この雷雲は複数のセルから形成され、同時に雲底と逆極性の正電荷(拘束電荷)が架空線路又は大地に誘起される。この状態で、電界強度が限界に達すると、雲内(雲間)の正負の電荷間(セル間)で放電が生じ、雲内(雲間)放電を頻繁に発生させることになる。雲内(雲間)放電の頻度は高く、放電が繰り返されることによって、雷雲の電荷が消滅する。 Next, an example will be described in which the apparatus for detecting a charged state by the standing wave radar of the present invention is used for predicting a lightning strike. The ascending air currents containing water vapor on the ground are cooled by the cold air in the sky to form fine ice crystals. These crystals collide with each other in the air current and become a thundercloud while separating into positive and negative charges. This thundercloud is formed by a plurality of cells, and at the same time, a positive charge (confined charge) having a polarity opposite to that of the cloud base is induced in the overhead line or ground. In this state, when the electric field strength reaches the limit, discharge occurs between positive and negative charges (between cells) in the cloud (between clouds), and thus a discharge in the cloud (between clouds) is frequently generated. The frequency of intra-cloud (inter-cloud) discharges is high, and the electric charges of the thundercloud are extinguished by repeated discharges.

一方、落雷を時間経過で見ると、雲底から大地に向けて先駆放電(ステップトリーダ)が繰り返し生じ、大気の絶縁が破壊される。そして、その先駆放電が大地に近づくと、大地側から上向きの放電(リーダ)が生じ、先駆放電及び上向き放電によって絶縁破壊された大気に、大量の電荷が注入されて、落雷が発生する。 On the other hand, when a lightning strike is viewed over time, a pioneering discharge (stepped leader) repeatedly occurs from the cloud bottom toward the ground, and the insulation of the atmosphere is destroyed. Then, when the precursory discharge approaches the ground, an upward discharge (leader) is generated from the ground side, and a large amount of electric charges are injected into the atmosphere that has been dielectrically broken down by the precursory discharge and the upward discharge, and a lightning strike occurs.

図2(b)に示すように、落雷が発生しようとすると、数分の単位で帯電量が変化する。そして、この帯電量が急速に増大して、帯電量が所定の閾値を超えるか、又は帯電量の増加速度が所定の閾値を超えた場合に、落雷が発生する。しかし、この帯電量の増加速度が低い場合は(傾斜角度が小さい場合は)、落雷の発生までには至らず、電荷は消滅する。そこで、人工知能の機械学習により、雷雲直下の地表上で、短時間で段階的に急激に変化する電荷の推移データを学習し、統計処理により、パターンに分類する。検出器100が地表の誘電体部材102の帯電状態を監視しているときに、この統計分析により得られた落雷パターン(落雷が発生する直前のパターン)と一致する推移データが計測された場合に、落雷の発生を予測する警報を出力する。この落雷予知の場合も、地表に設置した誘電体部材102の帯電量を測定し、この帯電量の変化により落雷を予知することは合理的である。 As shown in FIG. 2B, when a lightning strike is about to occur, the charge amount changes in units of several minutes. Then, when the charge amount rapidly increases and the charge amount exceeds a predetermined threshold value or the increase rate of the charge amount exceeds a predetermined threshold value, a lightning strike occurs. However, when the rate of increase of the charge amount is low (when the inclination angle is small), the lightning does not occur and the electric charge disappears. Therefore, machine learning of artificial intelligence is used to learn charge transition data that changes rapidly in steps in a short time on the ground surface directly below the thundercloud, and is classified into patterns by statistical processing. When the detector 100 monitors the charged state of the dielectric member 102 on the surface of the earth, when transition data that matches the lightning strike pattern (the pattern immediately before the lightning strike occurs) obtained by this statistical analysis is measured. , Outputs an alarm to predict the occurrence of lightning strikes. Also in the case of this lightning strike prediction, it is rational to measure the charge amount of the dielectric member 102 installed on the ground surface and predict the lightning strike based on the change in the charge amount.

なお、本実施形態においては、地面の擦り合わせ又は落雷の先駆放電により地表101の誘電体部材102が帯電したときに、地震又は落雷を予知する。しかし、誘電体部材102は、必ずしも、地表101に設置する必要はない。例えば、電柱、信号機、街路灯の上部等、地表101から若干離れた高い位置に誘電体部材102を設置してもよい。大地から発生する電荷は、地表101に限らず、地表101より若干上方の位置まで帯電する。そこで、例えば、日本全国の至る所に設けられている電柱、信号機又は街路灯の上部に誘電体部材102及び検出器100を設置し、誘電体部材102の帯電量を監視することとしてもよい。このように、地表101ではなく、電柱、信号機又は街路灯等の高い位置に誘電体部材102及び検出器101を設ける方が、装置の設置が人の動きに邪魔になることがない。このような誘電体部材102及び検出器101は、地表101の可及的多数の位置に設置することが好ましい。帯電量を監視すべき位置は、例えば、間隔が10m〜1kmとなるようにすることが好ましいが、地震又は落雷の発生が頻繁に生じているような場所に、重点的にこれらの装置を設置することとしても良い。上述の如く、本発明において、帯電測定部を地表上に設置し、地表上の帯電状態を検知するが、本発明において地表上といった場合は、地面から、大地にて発生した電荷が帯電可能な高さまでの領域のことをいい、地面又はその近傍に限定されるものではない。 In the present embodiment, an earthquake or a lightning strike is predicted when the dielectric member 102 on the ground surface 101 is charged due to the ground rubbing or the precursory discharge of the lightning strike. However, the dielectric member 102 does not necessarily need to be installed on the ground surface 101. For example, the dielectric member 102 may be installed at a high position slightly apart from the ground surface 101, such as an electric pole, a traffic signal, or an upper portion of a street light. The electric charges generated from the ground are not limited to the ground surface 101, but are charged to a position slightly above the ground surface 101. Therefore, for example, the dielectric member 102 and the detector 100 may be installed above a telephone pole, a traffic light, or a street light provided all over Japan, and the charge amount of the dielectric member 102 may be monitored. As described above, when the dielectric member 102 and the detector 101 are provided at a high position such as a power pole, a traffic light, or a street light, instead of the ground surface 101, the installation of the device does not interfere with the movement of a person. The dielectric member 102 and the detector 101 as described above are preferably installed at as many positions as possible on the ground surface 101. The position where the amount of charge should be monitored is preferably set to have an interval of 10 m to 1 km, for example, but these devices are intensively installed in places where earthquakes or lightning strikes frequently occur. It may be done. As described above, in the present invention, the charge measuring unit is installed on the ground surface to detect the charged state on the ground surface. However, in the case of the ground surface in the present invention, the charge generated on the ground can be charged from the ground. It refers to the area up to the height, and is not limited to the ground or the vicinity thereof.

本実施形態においては、アンテナ3から電波を送信し、2地点において反射波を検出することにより定在波を合成している。このアンテナ3として、電磁ホーンを使用すると、定在波の位相をきれいにそろえることができる。図15は送信点から出射された電波の放射方向に同一位相の面を結んで形成される放射面を示す図である。このように、放射面は、球状をなす。この図に示すように、放射方向の中心の位相に対し、縁端部の位相は遅れて伝搬される。このため、電波が送信されてくる正面からみると、この電波の位相がそろわず、位相のずれが生じるため、位相偏移計測の精度が出ない。 In the present embodiment, a radio wave is transmitted from the antenna 3 and a standing wave is synthesized by detecting reflected waves at two points. When an electromagnetic horn is used as the antenna 3, the phases of standing waves can be neatly aligned. FIG. 15 is a diagram showing a radiation surface formed by connecting surfaces having the same phase in the radiation direction of the radio wave emitted from the transmission point. Thus, the emitting surface is spherical. As shown in this figure, the phase at the edge portion is delayed and propagated with respect to the phase at the center in the radial direction. Therefore, when viewed from the front where the radio waves are transmitted, the phases of the radio waves are not aligned and a phase shift occurs, and the accuracy of phase shift measurement cannot be obtained.

これに対し、図16に示す電磁ホーン120を使用することにより、位相が同一の放射面を平面にすることができる。図17は図16の16−16線による模式的断面図である。電磁ホーン120は、横長のラッパ状の凹部121が形成されており、凹部121の傾斜面の先端(凹部121の底部)には、2個のアンテナ122,123が横方向に離隔して設けられている。パッチアンテナ122は送信側アンテナであり、パッチアンテナ123は受信側アンテナである。アンテナ122から出射された電波は、電磁ホーン120の凹部121の斜面で反射しつつ、前方に伝搬する。即ち、電磁ホーンといわれるラッパ状の部材は、電波を反射する導体素材で作成されており、球状の電波の波面が放射される際に、図17に示すように、波面が平行になる。よって、この電磁ホーンを使用すると、波面が平行になる現象を利用して、位相面が同相になるように電波を放射することができる。これにより、反射波の位相を精度良く検出することができる。 On the other hand, by using the electromagnetic horn 120 shown in FIG. 16, the radiation surfaces having the same phase can be made flat. FIG. 17 is a schematic sectional view taken along line 16-16 of FIG. The electromagnetic horn 120 is provided with a horizontally long trumpet-shaped recess 121, and two antennas 122 and 123 are provided at the tip of the inclined surface of the recess 121 (bottom of the recess 121) so as to be separated in the horizontal direction. ing. The patch antenna 122 is a transmitting side antenna, and the patch antenna 123 is a receiving side antenna. The radio wave emitted from the antenna 122 propagates forward while being reflected by the slope of the recess 121 of the electromagnetic horn 120. That is, the trumpet-shaped member called an electromagnetic horn is made of a conductive material that reflects radio waves, and when the wavefront of a spherical radio wave is radiated, the wavefront becomes parallel as shown in FIG. Therefore, when this electromagnetic horn is used, radio waves can be radiated so that the phase planes are in phase by utilizing the phenomenon that the wave fronts are parallel. As a result, the phase of the reflected wave can be accurately detected.

但し、従来の電磁ホーンは、送信と受信を1カ所のアンテナで行っているため、構造は簡素な円錐状である。よって、1個のパッチアンテナで送信アンテナ及び受信アンテナを兼用した場合、通常の円筒形又は方形タイプのホーンでは送信と受信の中心が異なり、ビーム形状がアンバランスとなり、放射方向が左右でずれてしまい、前面への放射性能がでないおそれがある。 However, the conventional electromagnetic horn has a simple conical structure because transmission and reception are performed by one antenna. Therefore, when one patch antenna is used as both the transmitting antenna and the receiving antenna, the center of transmission and reception is different in an ordinary cylindrical or rectangular type horn, the beam shape becomes unbalanced, and the radiation direction shifts left and right. Therefore, there is a possibility that the radiation performance to the front surface is not good.

一方、本実施形態においては、送信用アンテナ124と受信用アンテナ125とを、専用に設けている。そして、送信用アンテナ124と受信用アンテナ125とが対向する方向に垂直の方向に関して、アンテナ122を間に挟んで対向するホーン斜面が、電波が反射する導波構造を形成する。これにより、図17の上下方向において、位相面がそろう。一方、左右方向(アンテナ122,123が対向する方向)については、四方を取り囲むホーン形状ではない。このように、本実施形態では、片側だけで導波構造を形成し、上下方向の位相面をそろえる。つまり、バッチアンテナ122から、上下方向へ電波を放射し、その放射を図17に示すように、平面状の電波波面で前方に放射する。このため、図16に示す電磁ホーン120は、平面状の波面をもつ電波を前方へ高効率で放射することができる。受信アンテナ123も高効率で受信することができる。即ち、平面状に位相がそろった平面波を送信することで、対象物からの反射波の波形の微少な変位を精度良く検出することが可能となる。 On the other hand, in the present embodiment, the transmitting antenna 124 and the receiving antenna 125 are provided exclusively. Then, in the direction perpendicular to the direction in which the transmitting antenna 124 and the receiving antenna 125 face each other, the horn slopes facing each other with the antenna 122 sandwiched therebetween form a waveguide structure in which radio waves are reflected. As a result, the phase planes are aligned in the vertical direction of FIG. On the other hand, in the left-right direction (the direction in which the antennas 122 and 123 face each other), the shape of the horn does not surround the four sides. As described above, in this embodiment, the waveguide structure is formed only on one side, and the phase planes in the vertical direction are aligned. That is, radio waves are radiated vertically from the batch antenna 122, and the radiation is radiated forward on the plane radio wave front as shown in FIG. Therefore, the electromagnetic horn 120 shown in FIG. 16 can radiate a radio wave having a planar wavefront forward with high efficiency. The receiving antenna 123 can also receive with high efficiency. That is, it is possible to accurately detect a slight displacement of the waveform of the reflected wave from the target object by transmitting the plane wave whose phases are aligned in a plane.

次に、本発明の定在波レーダーによる帯電状態の検知装置を静電気放電の予知に利用した例について説明する。自動車を運転したり、助手席等に乗員として乗車していると、その人の衣服の擦れにより、その人に静電気が帯電する。この静電気が帯電した状態で下車しようとすると、乗員がドアハンドルに接触した時に、静電気放電が発生し、乗員には極めて不快な感覚を与える。 Next, an example in which the apparatus for detecting a charged state by the standing wave radar of the present invention is used for predicting electrostatic discharge will be described. When driving a car or riding in the passenger seat as an occupant, the person's clothes are rubbed and the person is charged with static electricity. If the passenger tries to get off the vehicle with the static electricity charged, static electricity is generated when the occupant comes into contact with the door handle, which gives the occupant an extremely uncomfortable feeling.

そこで、本発明の定在波検知部としての検出器100を、車内のダッシュボードの内部又は天井に設置し、運転手等の乗員に向けて電波を照射するように構成する。そして、第1実施形態と同様にして定在波を検知して差分距離スペクトルを演算することにより、乗員の衣服等に帯電している静電気の増大を検知する。そして、この静電気の量が所定の閾値を超えた場合に、その人がドアハンドルに接触すると静電気放電が生じると予測する。この予測が行われた場合に、例えば、警報音を発することにより、乗員は、衣服に帯電した静電気を放電させる措置をとった後、ドアハンドルを操作する。これにより、下車時の静電気放電の発生を防止することができる。 Therefore, the detector 100 as the standing wave detection unit of the present invention is installed inside or on the ceiling of the dashboard in the vehicle, and is configured to radiate radio waves toward an occupant such as a driver. Then, in the same manner as in the first embodiment, the standing wave is detected and the differential distance spectrum is calculated to detect an increase in the static electricity charged on the clothing or the like of the occupant. Then, when the amount of static electricity exceeds a predetermined threshold value, it is predicted that electrostatic discharge occurs when the person touches the door handle. When this prediction is made, the occupant operates the door handle after taking measures to discharge the static electricity charged in the clothes, for example, by issuing an alarm sound. As a result, it is possible to prevent the occurrence of electrostatic discharge when getting off the vehicle.

次に、本発明の他の実施形態について、図18を参照して説明する。本実施形態においては、誘電体部材として、2層構造の誘電体部材103を使用する。即ち、この誘電体部材103は、電波吸収素材からなる電波吸収部105と、この電波吸収部105上に積層された誘電体部104とから構成されている。電波吸収部105の電波吸収素材は、入射した電波のエネルギの殆どを吸収部内部で熱エネルギに変換して電波を吸収する。このような電波吸収素材としては、主成分を炭素とする炭素質材料、発泡ポリエチレンにグラファイト(炭素粒子)を含有した材料、又はゴムに炭素粒子を含有した材料等がある。また、誘電体部104は、プラスチック等の誘電体材料で形成されている。 Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, the dielectric member 103 having a two-layer structure is used as the dielectric member. That is, the dielectric member 103 is composed of a radio wave absorbing section 105 made of a radio wave absorbing material and a dielectric section 104 laminated on the radio wave absorbing section 105. The radio wave absorbing material of the radio wave absorbing unit 105 absorbs the radio wave by converting most of the energy of the incident radio wave into heat energy inside the absorbing unit. Examples of such radio wave absorbing materials include a carbonaceous material having carbon as a main component, a material containing graphite (carbon particles) in expanded polyethylene, a material containing carbon particles in rubber, and the like. The dielectric part 104 is made of a dielectric material such as plastic.

このように構成された帯電検出装置においては、帯電状態を測定すべき位置に誘電体部材103を設置する。本実施形態においては、地表101上に電波吸収部105を下方にして載置する。このため、誘電体部104は地表の上方を向く。そして、検出器100を、帯電測定部(誘電体部材103)の上面、即ち、誘電体部104の上面に向けて設置する。そうすると、定在波検知部2により、送信波と受信波との合成波である定在波が検知される。これにより、図1の実施形態と同様に、誘電体部材103の誘電体部104の誘電率の増減を検知することができる。 In the charge detection device thus configured, the dielectric member 103 is installed at a position where the charge state should be measured. In the present embodiment, the radio wave absorber 105 is placed on the ground surface 101 with the radio wave absorber 105 facing downward. Therefore, the dielectric portion 104 faces upward of the ground surface. Then, the detector 100 is installed toward the upper surface of the charge measuring unit (dielectric member 103), that is, the upper surface of the dielectric unit 104. Then, the standing wave detection unit 2 detects a standing wave that is a composite wave of the transmitted wave and the received wave. This makes it possible to detect an increase or decrease in the dielectric constant of the dielectric portion 104 of the dielectric member 103, as in the embodiment of FIG.

本実施形態においては、電波(送信波)は、検知機100から誘電体部104に照射され、誘電体部103にて反射して、反射波は検知機100に入射する。そして、電波は誘電体部104を透過し、電波吸収部105に到達して、この電波吸収部105で吸収される。従って、誘電体部104を透過した電波は、検知機100に向けて反射することはない。このため、検知機100に入射する反射波は、帯電状態を反映する誘電体部104の表面に帯電した電荷の量を高精度で検知したものとなり、他の部位で反射したノイズとなる電波は検知機100に入射することはない。例えば、この誘電体部材103の下方に水分が存在した場合、図1の実施形態のように、誘電体部材102が誘電体素材のみで成形されている場合、この誘電体部材102を透過した電波は、誘電体部材102の表面の電荷の他に、水分でも反射して、この水分で反射した電波がノイズとなって検知器100に入射する。しかし、本実施形態においては、このように、誘電体部104を透過した電波は、電波吸収部105で吸収されるので、誘電体部104の下方で反射した電波が検知機00に入射したノイズとなることはない。よって、帯電電荷量の測定精度は図1の実施形態よりも高い。 In the present embodiment, a radio wave (transmission wave) is emitted from the detector 100 to the dielectric part 104, reflected by the dielectric part 103, and the reflected wave enters the detector 100. Then, the radio wave passes through the dielectric section 104, reaches the radio wave absorbing section 105, and is absorbed by the radio wave absorbing section 105. Therefore, the radio wave transmitted through the dielectric part 104 is not reflected toward the detector 100. Therefore, the reflected wave incident on the detector 100 is a highly accurate detection of the amount of electric charge charged on the surface of the dielectric portion 104 that reflects the charged state, and the radio wave that becomes noise reflected by other parts is It does not enter the detector 100. For example, when water is present below the dielectric member 103, and when the dielectric member 102 is formed of only a dielectric material as in the embodiment of FIG. 1, a radio wave transmitted through the dielectric member 102. In addition to the charges on the surface of the dielectric member 102, is reflected by water, and the radio waves reflected by this water become noise and enter the detector 100. However, in the present embodiment, the radio wave that has passed through the dielectric portion 104 is absorbed by the radio wave absorbing portion 105 in this manner, so that the radio wave reflected below the dielectric portion 104 is incident on the detector 00. It never becomes. Therefore, the measurement accuracy of the charge amount is higher than that of the embodiment shown in FIG.

次に、本発明の更に他の実施形態について、図19を参照して説明する。本実施形態においては、帯電測定部(誘電体部材103)の4辺が、角筒状の電波吸収部106に囲まれている。本実施形態においては、誘電体部材103の下面(電波吸収部105)にて電波が吸収されると共に、誘電体部材103の側方でも、電波が吸収される。このため、帯電測定部の近辺から誘電体部材103内に電波が侵入することが防止され、この電波侵入に起因するノイズが低減される。よって、誘電体部材103の誘電体部104の上面に帯電した電荷で反射した電波のみが検知器100に入射する。このため、検知機100における帯電状態の検知がより高精度になる。 Next, still another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment, four sides of the charge measuring unit (dielectric member 103) are surrounded by the rectangular-tube-shaped radio wave absorbing unit 106. In the present embodiment, radio waves are absorbed by the lower surface (radio wave absorption section 105) of the dielectric member 103, and radio waves are also absorbed by the sides of the dielectric member 103. Therefore, it is possible to prevent radio waves from entering the dielectric member 103 from the vicinity of the charge measuring unit, and reduce noise caused by this radio wave intrusion. Therefore, only the radio waves reflected by the electric charges charged on the upper surface of the dielectric portion 104 of the dielectric member 103 enter the detector 100. Therefore, the detection of the charged state in the detector 100 becomes more accurate.

なお、上記各実施形態においては、誘電体部材102,103は、矩形の板状をなしているが、この誘電体部材の形状については、任意である。誘電体部材102については、地震の前駆状態において地表の上方に漂う電荷のうち、正又は負の電荷が付着できるような表面形状を有していればよい。この誘電体部材102の表面形状は、平面の他、二次元的に凹凸状に変化するもの、又は四角錐形状が二次元的に配置されたもの等がある。また、誘電体部材103は、電波吸収部105を下方にし、誘電体部104を地表上に漂う電荷に向けて配置するものであり、電波吸収部105が誘電体部104を間に挟んで検知器100の反対側になるように配置する。この誘電体部104もその表面形状は誘電体部材102と同様に任意であり、電荷が帯電できるような形状にする。また、誘電体部材103は、誘電体部104と電波吸収部105との2層構造に限らず、金属板等を含めた3層以上の構造でも良い。 In addition, in each of the above-described embodiments, the dielectric members 102 and 103 have a rectangular plate shape, but the shape of the dielectric members is arbitrary. The dielectric member 102 only needs to have a surface shape capable of attaching positive or negative charges among the charges floating above the ground surface in the precursory state of an earthquake. The surface shape of the dielectric member 102 may be a plane, a two-dimensionally uneven shape, or a two-dimensionally arranged pyramid. Further, the dielectric member 103 is arranged such that the electric wave absorbing section 105 is located downward and the dielectric section 104 is oriented toward the electric charges floating on the ground surface. The electric wave absorbing section 105 detects the dielectric section 104 between them. It is placed on the opposite side of the container 100. The surface shape of this dielectric portion 104 is also the same as that of the dielectric member 102, and it is set to a shape capable of being charged. Further, the dielectric member 103 is not limited to the two-layer structure of the dielectric part 104 and the radio wave absorbing part 105, and may have a structure of three or more layers including a metal plate or the like.

本発明によれば、地震及び落雷のような天災を、地表上の帯電状態を簡素な装置で簡便に検出することにより、予測することができる。本発明は、地震計のような高額な装置を使用することなく、低廉な装置(定在波レーダーによる帯電検知装置)を設置するだけで、地震・落雷を予知することができる。しかも、この検出器100の検出方向を走査した場合は、広範な領域の地震・落雷の可能性を1台の装置で検知することができる。よって、本発明を利用することにより、地震及び落雷の予知が容易となり、天災による被害を低減することができる。また、本発明の帯電状態の検知装置は、自動車乗車時の静電気放電を予知してこれを防止することができ、自動車運転中の乗員の快適性にとって有益である。 According to the present invention, a natural disaster such as an earthquake and a lightning strike can be predicted by simply detecting the charged state on the ground surface with a simple device. INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can predict an earthquake/lightning strike by installing an inexpensive device (a charging detection device using a standing wave radar) without using an expensive device such as a seismometer. Moreover, when the detector 100 is scanned in the detection direction, the possibility of an earthquake or lightning strike in a wide area can be detected by one device. Therefore, by using the present invention, it is possible to easily predict an earthquake and a lightning strike and reduce damage due to a natural disaster. In addition, the charged state detection device of the present invention can predict and prevent electrostatic discharge when a vehicle is in a vehicle, which is beneficial to the comfort of an occupant while driving a vehicle.

2:定在波検知部
3:アンテナ
4:高周波送受信部
8:信号処理部
100:検出器
101:地表
102、103:誘電体部材
104:誘電体部
105、106:電波吸収部
120:電磁ホーン
122,123:アンテナ
2: Standing wave detection unit 3: Antenna 4: High frequency transmission/reception unit 8: Signal processing unit 100: Detector 101: Ground surface 102, 103: Dielectric member 104: Dielectric member 105, 106: Radio wave absorption unit 120: Electromagnetic horn 122, 123: Antenna

Claims (7)

周波数掃引された電波を外部に送信し、誘電体部材にて反射した反射波を送信波長に基づく一定距離だけ離隔した2点にて検出し、送信波及び受信波から合成される定在波を検知する定在波検知部と、
前記定在波検知部が検知した合成波の周波数の強度分布から、その直流成分を除去し、フーリエ変換して、距離スペクトルを求める距離スペクトル演算部と、
前記距離スペクトルから、基準時の距離スペクトルを減算して、距離スペクトルの差分を演算し、この差分距離スペクトルを経時的に求める差分検出部と、
前記差分距離スペクトルの振幅が、前記誘電体部材の誘電率の変化に基づいて変化する経緯を監視し、その振幅の変化に基づいて、前記誘電体部材の誘電率の増減を監視する監視部と、
前記監視部が前記誘電体部材の誘電率の増減を検知したときに、前記誘電体部材の帯電状態を検知する検知部と、
を有し、
前記誘電体部材は、電波吸収素材からなる電波吸収部と、誘電体素材からなる誘電体部との積層体であり、前記誘電体部を帯電測定側にして、配置されることを特徴とする帯電状態の検知装置。
The frequency-swept radio wave is transmitted to the outside, the reflected wave reflected by the dielectric member is detected at two points separated by a certain distance based on the transmission wavelength, and the standing wave synthesized from the transmission wave and the reception wave is detected. A standing wave detector that detects
From the intensity distribution of the frequency of the composite wave detected by the standing wave detection unit, the direct current component is removed, Fourier transform is performed, and a distance spectrum calculation unit that obtains a distance spectrum,
From the distance spectrum, the distance spectrum at the time of reference is subtracted, the difference between the distance spectra is calculated, and a difference detection unit that obtains this difference distance spectrum over time,
An amplitude of the differential distance spectrum is monitored based on a change in the dielectric constant of the dielectric member, and a monitoring unit that monitors an increase or decrease in the dielectric constant of the dielectric member based on the change in the amplitude. ,
A detection unit that detects the charged state of the dielectric member when the monitoring unit detects an increase or decrease in the dielectric constant of the dielectric member;
Have a,
The dielectric member is a laminated body of a radio wave absorbing part made of a radio wave absorbing material and a dielectric part made of a dielectric material, and is arranged with the dielectric part as a charging measurement side. Charged state detection device.
周波数掃引された電波を外部に送信し、誘電体部材にて反射した反射波を送信波長に基づく一定距離だけ離隔した2点にて検出し、送信波及び受信波から合成される定在波を検知する定在波検知部と、
前記定在波検知部が検知した合成波の周波数の強度分布から、その直流成分を除去し、フーリエ変換して、距離スペクトルを一定のサンプリング時間毎に求める距離スペクトル演算部と、
前記距離スペクトルから、前回又は所定回前のサンプリング時の距離スペクトルを減算して、距離スペクトルの差分を演算し、この差分距離スペクトルを経時的に求める差分検出部と、
前記差分距離スペクトルの振幅が、前記誘電体部材の誘電率の変化に基づいて変化する経緯を監視し、その振幅の変化に基づいて、前記誘電体部材の誘電率の増減を監視する監視部と、
前記監視部が前記誘電体部材の誘電率の増減を検知したときに、前記誘電体部材の帯電状態を検知する検知部と、
を有し、
前記誘電体部材は、電波吸収素材からなる電波吸収部と、誘電体素材からなる誘電体部との積層体であり、前記誘電体部を帯電測定側にして、配置されることを特徴とする帯電状態の検知装置。
The frequency-swept radio wave is transmitted to the outside, the reflected wave reflected by the dielectric member is detected at two points separated by a certain distance based on the transmission wavelength, and the standing wave synthesized from the transmission wave and the reception wave is detected. A standing wave detector that detects
From the intensity distribution of the frequency of the composite wave detected by the standing wave detection unit, the direct current component is removed, the Fourier transform is performed, and the distance spectrum calculation unit that obtains the distance spectrum at constant sampling times,
From the distance spectrum, by subtracting the distance spectrum at the time of the previous sampling or a predetermined number of times, the difference between the distance spectra is calculated, and a difference detection unit that obtains this difference distance spectrum over time,
An amplitude of the differential distance spectrum is monitored based on a change in the dielectric constant of the dielectric member, and a monitoring unit that monitors an increase or decrease in the dielectric constant of the dielectric member based on the change in the amplitude. ,
A detection unit that detects the charged state of the dielectric member when the monitoring unit detects an increase or decrease in the dielectric constant of the dielectric member;
Have a,
The dielectric member is a laminated body of a radio wave absorbing part made of a radio wave absorbing material and a dielectric part made of a dielectric material, and is arranged with the dielectric part as a charging measurement side. Charged state detection device.
前記監視部は、前記差分距離スペクトルの振幅の変化により誘電率を求め、この誘電率の変化から、前記誘電体部材の静電気量の増減を求めることを特徴とする請求項1又は2に記載の帯電状態の検知装置。 The said monitoring part calculates|requires a dielectric constant from the change of the amplitude of the said difference distance spectrum, and calculates|requires increase/decrease of the static electricity amount of the said dielectric material member from this change of a dielectric constant. Charged state detection device. 前記差分距離スペクトルの距離成分により前記誘電体部材までの距離を求める距離演算部を有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の帯電状態の検知装置。 4. The charged state detection device according to claim 1, further comprising a distance calculation unit that calculates a distance to the dielectric member based on a distance component of the difference distance spectrum. 前記請求項1乃至のいずれか1項に記載の帯電状態の検知装置を使用し、
地表上に前記誘電体部材を設け、
地表上の帯電状態を検知して、地震を予知することを特徴とする地震の予知方法。
The charged state detecting device according to any one of claims 1 to 4 is used,
Providing the dielectric member on the ground surface,
An earthquake prediction method characterized by detecting an electrostatic charge on the ground surface to predict an earthquake.
前記請求項1乃至のいずれか1項に記載の帯電状態の検知装置を使用し、
地表上に前記誘電体部材を設け、
地表上の帯電状態を検知して、落雷を予知することを特徴とする落雷の予知方法。
The charged state detecting device according to any one of claims 1 to 4 is used,
Providing the dielectric member on the ground surface,
A method of predicting a lightning strike, which comprises detecting a charged state on the ground surface to predict a lightning strike.
前記請求項1乃至のいずれか1項に記載の帯電状態の検知装置を使用し、
自動車の車内に前記誘電体部材を設け、その帯電状態に基づいて、前記自動車運転手又は乗員の静電気放電を予知することを特徴とする静電気放電の予知方法。
The charged state detecting device according to any one of claims 1 to 4 is used,
A method of predicting electrostatic discharge, characterized in that the dielectric member is provided inside a vehicle, and electrostatic discharge of the vehicle driver or an occupant is predicted based on a charged state of the dielectric member.
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