CH665029A5

CH665029A5 - ARRANGEMENT FOR MEASURING THE MOISTURE CONTENT OF LAYERED OBJECTS, IN PARTICULAR THE HUMAN SKIN.

Info

Publication number: CH665029A5
Application number: CH4401/84A
Authority: CH
Inventors: Abe Takehiko; Toida Hiroshi; Mizukami Masahiko
Original assignee: Kishohin Kagaku Kaiho Kenkyu
Priority date: 1983-09-19
Filing date: 1984-09-14
Publication date: 1988-04-15
Also published as: GB2148513A; JPS6063039A; FR2552229A1; IT8403571A0; IT8403571A1; KR870000639B1; GB2148513B; FR2552229B1; DE3433192A1; GB8423540D0; KR850002387A; JPH0157579B2; IT1199411B

Description

BESCHREIBUNG DESCRIPTION

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Messung des Feuchtigkeitsgehalts von schichtförmigen Objekten, insbesondere der menschlichen Haut. The invention relates to an arrangement for measuring the moisture content of layered objects, in particular human skin.

Unter dem Begriff Hautfeuchtigkeit wird im allgemeinen die in der Hornschicht der Oberhaut befindliche Feuchtigkeitsmenge verstanden, und zur Kennzeichnung des Zustandes der Haut unterscheidet man gewöhnlich trockene Haut, neutrale Haut und fettige Haut. Diese Klassifizierung bezieht sich gewöhnlich auf die in der Haut enthaltene Talgmenge, aber auch auf die Unterschiede der Feuchtigkeitsmenge in der Hornschicht, worunter man die äussere Schicht der Oberhaut versteht. Die Feuchtigkeitsmenge in dieser Hornschicht nimmt ab, wenn sich die Menge an Talg verringert. Um für eine bestimmte Person die zur Hautpflege am besten geeigneten und wirksamsten kosmetischen Produkte auszuwählen, ist es sehr nützlich, die Beschaffenheit der Haut dieser Person zu kennen. The term skin moisture is generally understood to mean the amount of moisture present in the horny layer of the epidermis, and a distinction is usually made between dry skin, neutral skin and oily skin to identify the condition of the skin. This classification usually refers to the amount of sebum contained in the skin, but also to the differences in the amount of moisture in the horny layer, which means the outer layer of the epidermis. The amount of moisture in this horny layer decreases as the amount of sebum decreases. In order to select the most suitable and effective cosmetic products for skin care for a specific person, it is very useful to know the nature of the skin of that person.

Zu diesem Zwecke ist es beispielsweise bekannt, die Feuchtigkeitsmenge in der Hornschicht dadurch zu messen, dass man die von der Oberfläche der Schicht verdampfende Feuchtigkeitsmenge bestimmt oder auch den elektrischen Widerstand feststellt, wobei man die Hornschicht als einen dünnen Teil geeigneter Dicke betrachtet; die Menge an verdampfter Feuchtigkeit wird dabei als Abnahme des Gewichts der Hornschicht gemessen. For this purpose it is known, for example, to measure the amount of moisture in the horny layer by determining the amount of moisture evaporating from the surface of the layer or by determining the electrical resistance, taking the horny layer as a thin part of suitable thickness; the amount of moisture evaporated is measured as a decrease in the weight of the horny layer.

All diese herkömmlichen Verfahren zur Bestimmung der Hautfeuchtigkeit haben die Nachteile, dass sie kompliziert, wenig genau und nicht leicht durchzuführen sind. All of these conventional methods for determining skin moisture have the disadvantages that they are complicated, not very precise and not easy to carry out.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Feuchtigkeitsmesseung zu schaffen, die leicht bedienbar ist, genaue Werte liefert und bevorzugt auf die menschliche Haut anwendbar ist, wobei diese Messanordnung insbesondere den Feuchtigkeitsgehalt der Oberhaut, The invention has for its object to provide an arrangement for moisture measurement that is easy to use, provides accurate values and is preferably applicable to human skin, this measurement arrangement in particular the moisture content of the epidermis,

der Hornschicht und auch der unterhalb der Oberhaut liegenden sogenannten Lederhaut zu bestimmen erlaubt. the horny layer and also the so-called dermis lying below the epidermis.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. According to the invention, this object is achieved by the features specified in patent claim 1.

Eine zweckmässige Ausgestaltung der Anordnung nach der Erfindung ergibt sich aus dem abhängigen Patentanspruch. An expedient embodiment of the arrangement according to the invention results from the dependent claim.

Die Erfindung macht also von den Eigenschaften der Mikrowellenstrahlung Gebrauch, welche beim Durchgang durch ein Wassermoleküle enthaltendes Messobjekt stark absorbiert und gleichzeitig an diesen Molekülen reflektiert wird. Änderungen der Amplitude der reflektierten Welle der Mikrowellenstrahlung werden durch einen reflektorartigen Empfänger erfasst, und der Feuchtigkeitsgehalt wird dann durch Vergleich der elektrischen Messdaten mit vorher gemessenen Daten ermittelt. The invention therefore makes use of the properties of microwave radiation, which is strongly absorbed when passing through a measurement object containing water molecules and is simultaneously reflected by these molecules. Changes in the amplitude of the reflected wave of the microwave radiation are detected by a reflector-like receiver, and the moisture content is then determined by comparing the electrical measurement data with previously measured data.

Diese elektrische Messmethode, bei welcher lediglich eine geeignete Sonde auf das Messobjekt gelegt zu werden braucht, wurde speziell zur Messung der Hautfeuchtigkeit entwickelt, kann jedoch selbstverständlich ohne weiteres auch zur Bestimmung des Feuchtigkeitsgehalts beliebiger schichtförmiger Objekte angewendet werden, in denen sich Mikrowellen fortpflanzen können. This electrical measurement method, in which only a suitable probe needs to be placed on the measurement object, was specially developed for measuring skin moisture, but can of course also be used without any problems to determine the moisture content of any layered objects in which microwaves can propagate.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen: The invention is explained in more detail with reference to the drawings using an exemplary embodiment. Show it:

Figur 1 eine schematische perspektivische Ansicht der Anordnung nach der Erfindung. Figure 1 is a schematic perspective view of the arrangement according to the invention.

Figur 2 ein Schaltbild des Messgeräts. Figure 2 is a circuit diagram of the measuring device.

Figur 3 einen Schnitt durch den am Ende eines Wellenleiters angeordneten Messfühler, in vergrösserter Darstellung, und 3 shows a section through the measuring sensor arranged at the end of a waveguide, on an enlarged scale, and

Figur 4 ein Blockschaltbild der ganzen Anordnung. Figure 4 is a block diagram of the whole arrangement.

Die Messanordnung besteht aus einem Stromversorgungsund Anzeigegerät 12 (Figur 1), einem daran mittels eines Kabels 13 angeschlossenen Messkopf 1 (Figur 2) und einem mit diesem Messkopf 1 verbundenen, drei Sonden 8,10,11 aufweisenden Messfühler (Figur 3), welcher zur Messung auf das Messobjekt, insbesondere auf die menschliche Haut, gelegt wird. The measuring arrangement consists of a power supply and display device 12 (FIG. 1), a measuring head 1 (FIG. 2) connected thereto by means of a cable 13 and a measuring sensor (FIG. 3) connected to this measuring head 1 and having three probes 8, 10, 11 Measurement is placed on the measurement object, especially on the human skin.

Der Messkopf 1 weist nach Figur 2 einen Mikrowellenoszillator A und einen Reflexionswellenempfänger B auf. Der Mikrowellenoszillator A besteht aus einem Halbleiter-Mikrowellengenerator bekannter Bauart in Form einer Gunn-Diode 2 mit einer kleinen Ausgangsleistung im Milliwattbereich, vorzugsweise von 10 mW, mit einer Schwingungsfrequenz von vorzugsweise 10,5 GHz und mit einem Abstimmbereich von vorzugsweise 10,3 bis 10,6 GHz, aus einem Dämpfungswiderstand 3 zur Umwandlung und aus einem Zirkulator 4. Der Reflexionswellenempfänger B besteht aus dem erwähnten Zirkulator 4 und aus einer Schottky-Diode 5. Ein Wellenleiter 7, der im betrachteten Beispiel für 10,5 GHz dimensioniert ist, ist an den Zirkulator 4 angeschlossen und an seinem Ende mit einem Messfühler versehen, der in Figur 3 näher dargestellt ist. According to FIG. 2, the measuring head 1 has a microwave oscillator A and a reflection wave receiver B. The microwave oscillator A consists of a semiconductor microwave generator of a known type in the form of a Gunn diode 2 with a small output power in the milliwatt range, preferably of 10 mW, with an oscillation frequency of preferably 10.5 GHz and with a tuning range of preferably 10.3 to 10 , 6 GHz, from a damping resistor 3 for conversion and from a circulator 4. The reflection wave receiver B consists of the mentioned circulator 4 and a Schottky diode 5. A waveguide 7, which is dimensioned for 10.5 GHz in the example considered connected to the circulator 4 and provided at its end with a sensor, which is shown in more detail in Figure 3.

Dieser Messfühler weist eine reflektorartige, halbkugelförmige Glassonde 8 auf, deren Basisbereich 9 mit einem Schraubgewinde versehen ist und die eine zentrale, vom Sondenscheitel nach unten durchgehende Öffnung mit einem Durchmesser von etwa 3,2 mm hat. In dieser Öffnung sind eine hohlzylindrische Sonde 10 und eine nadeiförmige Sonde 11 koaxial montiert, wobei zwischen diesen beiden Sonden 10 und 11 ein für Mikrowellen nicht durchlässiges Material eingefügt ist. Die reflektorartige, halbkugelförmige Glassonde 8 ist mit einem Wellenleiter 7 verbunden, indem ihr mit dem Schraubgewinde versehenes Basisteil 9 in ein entsprechendes, auf der Oberfläche des Wellenleiters 7 vorgese- This sensor has a reflector-like, hemispherical glass probe 8, the base region 9 of which is provided with a screw thread and which has a central opening with a diameter of approximately 3.2 mm, which extends downwards from the probe apex. In this opening, a hollow cylindrical probe 10 and a needle-shaped probe 11 are mounted coaxially, a material which is not permeable to microwaves being inserted between these two probes 10 and 11. The reflector-like, hemispherical glass probe 8 is connected to a waveguide 7 in that its base part 9, which is provided with the screw thread, is inserted into a corresponding part provided on the surface of the waveguide 7.

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

3 665029 3 665029

henes Befestigungsteil eingeschraubt ist. Die andern beiden der Spitze der Sonde 8 liegt. Wenn die halbkugelförmige henes fastening part is screwed. The other two the tip of the probe 8 is located. If the hemispherical

Sonden 10 und 11 sind in ein in diesem Anschlussteil vorge- Sonde 8 an das zu messende Objekt gelegt wird, dann wird sehenes Loch 6 eingesetzt, das sich in Verlängerung der zen- die Mikrowelle in Abhängigkeit von der in diesem Objekt tralen Öffnung der halbkugelförmigen Sonde 8 befindet. enthaltenen Feuchtigkeitsmenge geschwächt und reflektiert. Probes 10 and 11 are placed in a pre-probe 8 in this connecting part to the object to be measured, then hole 6 is used, which extends the center of the microwave as a function of the opening of the hemispherical probe that is central in this object 8 is located. contained moisture level weakened and reflected.

Das Stromversorgungs- und Anzeigegerät 12 ist durch das s Die reflektierte Mikrowelle wird von der Sonde empfangen Kabel 13 und seinen Stecker 19 mit dem Messkopf 1 ver- und auf den Wellenleiter 7 übertragen, wo auf diese Weise bunden und weist eine Speiseschaltung 14 zur elektrischen eine stehende Welle erzeugt wird. Eine Änderung der ste-Speisung des Mikrowellenoszillators A mit einer Leistung henden Welle in Folge der Reflexion wird durch die von ungefähr 10 mW sowie eine Verarbeitungsschaltung für Schottky-Diode 5 des Reflexionswellenempfängers B als eine das vom Reflexionswellenempfänger B kommende Signal io Änderung der Gleichspannung erfasst, und diese Gleichauf. Diese Verarbeitungsschaltung hat einen Verstärker 15, Spannung wird auf den Verstärker 15 gegeben und dort ver-der die vom Reflexionswellenempfänger B herrührende stärkt, wobei gleichzeitig die Umwandlung in einen dem Spannung in einen dem Feuchtigkeitsgehalt entsprechenden Feuchtigkeitsgehalt entsprechenden Wert erfolgt. Dieser Wert umwandelt, einen diesem Verstärker 15 nachgeschal- Wert wird im Analog-Digital-Wandler 16 umgewandelt und teten Analoge-Digital-Umformer 16, der die Ausgangsspan- is als digitaler Wert auf der Sichtanzeige 17 angezeigt. The power supply and display device 12 is received by the s. The reflected microwave is received by the probe. Cable 13 and its plug 19 are connected to the measuring head 1 and transmitted to the waveguide 7, where in this way it is connected and has a feed circuit 14 for electrical one standing wave is generated. A change in the ste supply of the microwave oscillator A with a power wave due to the reflection is detected by the approximately 10 mW as well as a processing circuit for Schottky diode 5 of the reflection wave receiver B as a signal io change of the DC voltage coming from the reflection wave receiver B, and this level. This processing circuit has an amplifier 15, voltage is applied to the amplifier 15 and there amplifies that originating from the reflection wave receiver B, at the same time converting into a value corresponding to the voltage to a moisture content corresponding to the moisture content. This value converts, a value downstream of this amplifier 15 is converted in the analog-digital converter 16 and tests analog-digital converter 16, which displays the output voltage as a digital value on the display 17.

nung des Verstärkers 15 in digitale Werte umwandelt, und Da die Feuchtigkeitsmengen in den verschiedenen Hauteine Sichtanzeige 17 für diese digitalen Werte, die direkt in schichten, insbesondere in der Hornschicht, der gesamten Prozent des Feuchtigkeitsgehalts angezeigt werden. Der Ver- Aussenhaut und der Lederhaut, sehr verschieden vonein-stärker 15 hat ein Einstellorgan 18 und kann derart justiert ander sind, kann die Messanordnung nach der Erfindung werden, dass einem Feuchtigkeitsgehalt von 100% eine Span- 20 auch umgekehrt dazu verwendet werden, die Dicke der nung von 1000 mW entspricht ; die Dimensionierung des Ver- betreffenden Schichten an verschiedenen Stellen zu stärkers 15 ist so gewählt, dass bei einem Feuchtigkeitsgehalt bestimmen, indem der Messfühler mittels einer Mikrometer-von 0% der Ausgang gerade 0 mW beträgt. anordnung oder dergleichen auf und abbewegt und der entWenn das Gerät eingeschaltet wird, dann wird die Gunn- sprechende Dickenwert der Mikrometeranordnung bei der-Diode 2 von der Speiseschaltung 15 mit einer schwachen 25 j enigen Messfühler- bzw. Sondenstellung abgelesen wird, elektrischen Leistung von vorzugsweise 10 mW gespeist, und welche einem vorbestimmten Feuchtigkeitsgehalt entspricht, es wird eine schwache Mikrowellenschwingung mit 10,5 Die Messanordnung nach der Erfindung erlaubt nicht nur GHz erzeugt, die über den Zirkulator 4 und den Wellenleiter eine einfache und genaue Messung des Feuchtigkeitsgehalts 7 zur halbkugelförmigen Glassonde 8 gelangt, von dieser der Hornschicht, sondern auch des Feuchtigkeitsgehalts in abgestrahlt und dann radial von der Sonde 11 zur nadelför- 30 andern Hautschichten wie der Oberhaut und der Lederhaut, migen Sonde 10 übertragen wird. Da die Sonden 10 und 11 so dass sie einen erweiterten Anwendungsbereich im Verkoaxial zueinander liegen und der Abstand zwischen ihnen gleich zu herkömmlichen Anordnungen hat und daher für ungefähr 1,6 mm beträgt, erreicht die Mikrowelle nur ein kosmetische Behandlungen und die Hautpflege ausseror-Niveau, das ungefähr 3,2 mm über dem Scheitelpunkt oder dentlich nützlich ist. The amplifier 15 converts into digital values, and since the amounts of moisture in the various skin a visual display 17 for these digital values, which are displayed directly in layers, particularly in the horny layer, the total percent of the moisture content. The outer skin and the dermis, very different from a stronger one 15, has an adjusting member 18 and can be adjusted in such a way that the measuring arrangement according to the invention can be used in such a way that a moisture content of 100% can also be used vice versa Thickness corresponds to 1000 mW; The dimensioning of the layers in question at different points to the strengthening 15 is selected such that in the case of a moisture content, the output is just 0 mW by means of a micrometer of 0%. Arrangement or the like up and down and the entWhen the device is turned on, then the Gunn- corresponding thickness value of the micrometer arrangement at the diode 2 is read by the feed circuit 15 with a weak 25 jigen sensor or probe position, electrical power of preferably 10 mW fed, and which corresponds to a predetermined moisture content, there is a weak microwave vibration with 10.5. The measuring arrangement according to the invention not only allows GHz to be generated, which, via the circulator 4 and the waveguide, enables simple and accurate measurement of the moisture content 7 to form the hemispherical glass probe 8 passes, from this the horny layer, but also the moisture content, is radiated and then radially transmitted from the probe 11 to the needle-promoting 30 skin layers such as the epidermis and the dermis, probe 10. Since the probes 10 and 11 are co-axially extended and the distance between them is the same as that of conventional arrangements and is therefore approximately 1.6 mm, the microwave only achieves cosmetic treatments and skin care at an extra level. which is about 3.2 mm above the apex or useful.

B B

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

665029 2 PATENT CLAIMS

1. Arrangement for measuring the moisture content of layered objects, in particular human skin, characterized by a measuring head (1) which consists of a microwave oscillator (A) with an output power in the milliwatt range of 10 mW and a reflection wave receiver (B), this reflection wave receiver (B) is set up to convert the standing wave generated by a reflected microwave into a direct voltage, by means of a waveguide (7) connected to the measuring head (1) with a measuring sensor attached to the end thereof, which sensor consists of a reflector-like, hemispherical glass probe (8 ) and coaxially arranged probes (10, 11), and by a power supply and display device (12), which has a voltage amplifier

(15) for converting the direct voltage measured by the reflection wave receiver (B) into a quantity which characterizes the amount of moisture, an analog-digital converter (16) connected to its output for generating a digital value and a downstream display (17) for this digital value.

2. Measuring arrangement according to claim 1, characterized in that the hemispherical glass probe (8) has an axial opening in which the coaxially arranged probes are arranged, which consist of a hollow cylindrical probe (10) and a needle-shaped probe (11) lying in the axis thereof. exists, which is separated from the hollow cylindrical probe (10) by a microwave-impermeable material.