JP2000111499A - マイクロ波濃度測定装置 - Google Patents

マイクロ波濃度測定装置

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JP2000111499A
JP2000111499A JP10281412A JP28141298A JP2000111499A JP 2000111499 A JP2000111499 A JP 2000111499A JP 10281412 A JP10281412 A JP 10281412A JP 28141298 A JP28141298 A JP 28141298A JP 2000111499 A JP2000111499 A JP 2000111499A
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Masuo Suzuki
万寿夫 鈴木
Katsuyuki Shimokawa
勝千 下川
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Toshiba FA Systems Engineering Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】被測定対象の温度・導電率の変化、装置内の温
度変化、マイクロ波の回り込みや誘導、気泡の発生等が
ある場合や、太い配管の場合でも、被測定対象中の固形
物・懸濁物質の濃度を高精度に求めること。 【解決手段】位相基準として基準信号を発生するクロッ
ク源１と、クロック源１からの基準信号に同期して、互
いに周波数が異なる２つのマイクロ波を発生させるマイ
クロ波発生手段３と、マイクロ波発生手段３からの一方
のマイクロ波で被測定対象を通して測定した信号と、マ
イクロ波発生手段３からの他方のマイクロ波とを混合す
るマイクロ波混合手段と、マイクロ波混合手段14により
混合された出力とクロック源１からの基準信号との位相
を比較して位相差を測定する位相差測定手段18とを備え
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、被測定対象中の固
形物・懸濁物質の濃度を測定するマイクロ波濃度測定装
置に係り、特に下水配管内の汚濁物質の濃度、製紙にお
けるパルプ、その他種々の物質の流体中の濃度を、流れ
を妨げずに、高精度にかつリアルタイムで測定できるよ
うにしたマイクロ波濃度測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来から、被測定対象、例えば液体中の
固形物・懸濁物質の濃度を測定する一つの方法として、
液体の一部をサンプリングし、その液体を蒸発させて残
滓の重量を計るという原始的な方法がある。しかしなが
ら、このような方法では、測定に時間がかかり、自動化
を図ることは困難である。
【０００３】そのため、濃度計として多種のセンサが実
用化されている。その一つとして、例えば超音波を用い
た濃度計が用いられている。しかしながら、この超音波
式の濃度計では、液体中に気泡がある場合に測定が行な
えなくなるという問題点がある。
【０００４】そこで、最近では、このような問題点を解
決するために、例えば“特開平４−２３８２４６号”に
示されるような、マイクロ波を用いた濃度計が開発され
てきている。
【０００５】このマイクロ波濃度計は、マイクロ波の位
相が液体の濃度にほぼ比例した遅れを生じることから、
マイクロ波の位相遅れによって濃度を計測するものであ
る。以下、この種のマイクロ波濃度計による測定方法の
概要について、図１１を用いて説明する。
【０００６】図１１は、この種の従来のマイクロ波濃度
計の構成例を示すブロック図である。図１１において、
発振器５５は、周波数ｆの２つのマイクロ波信号５６，
５７を発生する。一方のマイクロ波信号５６は、増幅器
５８によって増幅され、スイッチ５９，６０が図１１に
示すような状態の時、送信信号６１はアンテナ６２に送
られて、被測定対象を通している配管６３中に送出さ
れ、アンテナ６４により受信される。
【０００７】参照用発振器６５は、発振器５５と少し異
なる周波数（ｆ＋Δｆ）の２つの参照信号６６，６７を
発生する。他方のマイクロ波信号５７と一方の参照信号
６６とはミキサ６８により混合され、差の周波数Δｆで
ある基準側ヘテロダイン出力６９は、コンパレータ７０
によって電圧０をしきい値とする基準側デジタル信号
（θFB）７１に変換され、位相差測定手段７２に送られ
る。
【０００８】アンテナ６４による受信信号７３は、増幅
器７４によって増幅され、他方の参照信号６７とミキサ
７５によって混合され、差の周波数Δｆである測定側ヘ
テロダイン出力７６がコンパレータ７７によって測定側
デジタル信号（θREF ）７８に変換され、位相差測定手
段７２に送られる。
【０００９】位相差測定手段７２は、２つのデジタル出
力７１，７８の位相差ΦV を求める。この場合、位相差
ΦV の求め方としては、図１１に示すように、立ち上が
りの時間差を求めている。
【００１０】ここで、点線で示した濃度計回路７９にお
いて、回路内部の温度変化等により位相が変化し、誤差
の原因となる。そこで、スイッチ５９，６０を図１１に
示すと反対側に切り替えて、固定基準８０を通した位相
差ΦR を計測して、これを位相差ΦV から引くことによ
り、前述の誤差を補償している。
【００１１】すなわち、求める位相差Φは、 Φ＝ΦV −ΦR となる。
【００１２】ここで、固定基準８０には、マイクロ波の
信号レベルをアンテナ６４で受信されるのと同等のレベ
ルに落とすために、減衰器を用いる。あらかじめ基準の
濃度における位相差を求めておけば、そのデータを基
に、位相差Φから演算装置８１により、濃度を算出する
ことができる。
【００１３】ここで、濃度をＤとすると、位相差との関
係は、 Ｄ＝ａΦ＋ｂ …（１） のように、ほぼ１次式になるので、濃度を変えて位相差
を測定して、回帰分析を行ない、ａとｂを決定すればよ
い。
【００１４】導電性のある媒質（例えば水）中で、マイ
クロ波の減衰・位相遅れと、媒質の導電率σ、誘電率、
温度ｔの関係は、理論的には以下のようになる。角周波
数ω（ｒａｄ／ｓ）のマイクロ波の減衰率α（Ｎｅｐｅ
ｒ／ｍ）、位相変化率β（ｒａｄ／ｍ）は、（２）式、
（３）式のように表わすことができる。
【００１５】
【数１】
【００１６】ただし、σは導電率、εr ´，εr ''は媒
質の複素比誘電率の実部と虚部である。汚泥やパルプ等
の濃度が変わると、実効的な誘電率が変わることが知ら
れており、特に誘電率実部と濃度との相関性が高い。上
記（２）式、（３）式で、
【００１７】
【数２】 であれば、すなわち誘電率虚部が小さく、導電率も小さ
ければ、
【００１８】
【数３】
【００１９】上記（４）式、（５）式で求めたα、βか
ら、減衰量、位相遅れを求める。送信電力をＰ0 、ｚ方
向に進むマイクロ波電力をＰとすると、 Ｐ＝Ｐ0 ｅｘｐ（−２αｚ） …（６） であり、減衰量は２０αｚ／ｌｎ１０（ｄＢ）になる。
また、位相遅れは βｚ（ｒａｄ）である。
【００２０】上述した方式では、位相遅れを求めること
で、濃度を求める。上記（５）式に示すように、εr ´
の微小変化領域では、εr ´とβが比例するため、βｚ
から濃度が求められる。なお、αはβよりも相関度が小
さいため、直接的には濃度測定に使用しない。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のマイクロ波濃度計では、次のような問題点があ
る。 （ａ）被測定対象の温度や導電率が変化すると、被測定
対象によるマイクロ波の減衰量が大幅に変化する。マイ
クロ波が減衰して測定側ヘテロダイン出力７６の振幅が
小さくなると、コンパレータ７７によってデジタル化す
る時に、雑音やドリフトの影響によって切り替わりの時
刻が変化し、結果的に測定誤差となる。
【００２２】（ｂ）上記（ａ）と同様の理由により、受
信信号７３の電力が変化すると、電子回路の非直線性に
よって位相が変化するため、結果的に測定誤差を生じ
る。（ｃ）電子回路の温度ドリフトの影響を固定基準に
より補償しているが、測定側ヘテロダイン出力７６の信
号レベルが変化すると、温度による影響が変化するた
め、完全には補償することができない。
【００２３】（ｄ）位相変化で求めるため、受信信号７
３の位相が３６０度を越えると、正しく濃度を求めるこ
とができない。すなわち、管径が大きかったり、高濃度
の場合には、位相が３６０度以上変化するため、位相変
化から濃度が一意的に決まらなくなる。連続的に測定を
続けていれば、例えば“特開平８−８２６０６号”に示
されるように、前後の関係で回転数を求めることができ
るが、一度空になると、次に被測定対象で満たされた場
合に、正しい濃度を測定することができなくなる。
【００２４】（ｅ）回路の配線パターンからの回り込み
や誘導により、マイクロ波が液体中以外の場所を通って
受信され、結果的に測定誤差を生じる。 （ｆ）被測定対象が液体である場合、液体中に気泡があ
ると、マイクロ波の伝搬経路が長くなったり、マイクロ
波の反射により複数の経路を通って受信される等の原因
により、結果的に測定誤差を生じる。
【００２５】（ｇ）被測定対象の温度や導電率が変化す
ると、マイクロ波の位相が変化して誤差を生じる。その
ため、温度・導電率を求めて補正を行なう必要があり、
例えば“特開平９−４３１８１号”に示されるように、
導電率を測定する方法が提案されてきている。しかしな
がら、導電率センサには汚れが付着し易く、測定精度の
低下や保守作業といった問題があるため、実用化が困難
である。
【００２６】（ｈ）マイクロ波回路は、高価であり、装
置自体が高くなる。本発明の目的は、被測定対象の温度
・導電率の変化、装置内の温度変化、マイクロ波の回り
込みや誘導、気泡の発生等がある場合や、太い配管の場
合でも、被測定対象中の固形物・懸濁物質の濃度を高精
度に求めることが可能な低価格のマイクロ波濃度測定装
置を提供することにある。
【００２７】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１の発明では、位相基準として基準信号を
発生するクロック源と、クロック源からの基準信号に同
期して、互いに周波数が異なる２つのマイクロ波を発生
させるマイクロ波発生手段と、マイクロ波発生手段から
の一方のマイクロ波で被測定対象を通して測定した信号
と、マイクロ波発生手段からの他方のマイクロ波とを混
合するマイクロ波混合手段と、マイクロ波混合手段によ
り混合された出力とクロック源からの基準信号との位相
を比較して位相差を測定する位相差測定手段とを備えて
いる。
【００２８】従って、請求項１の発明のマイクロ波濃度
測定装置においては、位相基準として、クロック源によ
り基準信号を発生し、この基準信号に同期して２つのマ
イクロ波を発生させ、一方のマイクロ波で測定した信号
と他方のマイクロ波とを混合し、クロック源からの基準
信号と位相比較をすることにより、従来例ではマイクロ
波の混合手段が二つ必要であったのを、一つに削減する
ことができる。これにより、高価なマイクロ波回路を省
略でき、混合手段の後段の比較回路も省略できるため、
回路が簡単になり、安価で信頼性が高いものとなる。
【００２９】また、請求項２の発明では、２つのマイク
ロ波のうちの一方のマイクロ波を被測定対象に送出して
受信した信号と他方のマイクロ波とを混合して位相差を
測定し濃度を計測するマイクロ波濃度測定装置におい
て、位相差をセンタ位置でカウントする位相カウント手
段を有する位相差測定手段を備えている。
【００３０】従って、請求項２の発明のマイクロ波濃度
測定装置においては、位相差をセンタ位置でカウントす
ることにより、測定誤差が生じず、高精度に濃度を測定
することができる。
【００３１】さらに、請求項３の発明では、２つのマイ
クロ波のうちの一方のマイクロ波を被測定対象に送出し
て受信した信号と他方のマイクロ波とを混合して位相差
を測定し濃度を計測するマイクロ波濃度測定装置におい
て、複数の同一周波数差のマイクロ波を発生するマイク
ロ波発生手段と、マイクロ波発生手段からのマイクロ波
を切り替えて測定し３６０度以上の位相差を測定する位
相差測定手段とを備えている。
【００３２】従って、請求項３の発明のマイクロ波濃度
測定装置においては、マイクロ波信号源は複数の同一周
波数差のマイクロ波を発生し、切り替えて測定し、３６
０度以上の位相差を測定することにより、位相が３６０
度を越えて変化する場合にも、正しい位相変化量を求め
ることができるため、管径が大きかったり、高濃度の場
合や、管内が一度空になってから被測定対象で満たされ
た場合に、正しい濃度を測定することができる。
【００３３】一方、請求項４の発明では、マイクロ波の
位相差により濃度を計測するマイクロ波濃度測定装置
で、測定値として被測定対象と固定基準とを切り替えて
測定する方式のものにおいて、固定基準として、外部の
送信アンテナ位置からの信号を用いる固定基準測定手段
を備えている。
【００３４】従って、請求項４の発明のマイクロ波濃度
測定装置においては、外部の送信アンテナ位置からの信
号を固定基準として測定することにより、回路内部の温
度変化等によって位相変化がある場合でも、固定基準を
通した位相差を計測して補償するため、高精度に濃度を
測定することができる。
【００３５】また、請求項５の発明では、２つのマイク
ロ波のうちの一方のマイクロ波を被測定対象に送出して
受信した信号と他方のマイクロ波とを混合して位相差を
測定し濃度を計測するマイクロ波濃度測定装置におい
て、一方のマイクロ波について複数の位相を発生するマ
イクロ波発生手段と、マイクロ波発生手段からの複数の
位相による計測を行なう計測手段と、計測手段からの計
測値より被測定対象の濃度を算出する演算手段とを備え
ている。
【００３６】従って、請求項５の発明のマイクロ波濃度
測定装置においては、一方のマイクロ波の位相を複数の
値として複数の計測を行ない、その計測値より濃度を測
定することにより、回路の配線パターンからの回り込み
や誘導があっても、複数の位相で計測して補償するた
め、高精度に濃度を測定することができる。
【００３７】さらに、請求項６の発明では、上記請求項
５の発明のマイクロ波濃度測定装置において、マイクロ
波発生手段としては、一方のマイクロ波として９０度異
なる２つの位相を発生するようにしている。
【００３８】従って、請求項６の発明のマイクロ波濃度
測定装置においては、一方のマイクロ波として９０度異
なる２つの位相を用いて測定することにより、９０度ま
たはその整数倍の位相を作るようにするため、ハイブリ
ッドにより容易に回路を実現することができる。
【００３９】一方、請求項７の発明では、２つのマイク
ロ波のうちの一方のマイクロ波を被測定対象に送出して
受信した信号と他方のマイクロ波とを混合して位相差を
測定し濃度を計測するマイクロ波濃度測定装置におい
て、直線偏波または円偏波のマイクロ波を発生するマイ
クロ波発生手段と、送信側が直線偏波の場合は同相とこ
れに直角、送信側が円偏波の場合は同一回転方向と逆回
転方向を検出するマイクロ波受信手段とを備えている。
【００４０】また、請求項８の発明では、上記請求項７
の発明のマイクロ波濃度測定装置において、２つの信号
から気泡の量を計算し、位相計測値を補正する補正手段
を備えている。
【００４１】従って、請求項７および請求項８の発明の
マイクロ波濃度測定装置においては、送出するマイクロ
波を直線偏波または円偏波として、受信するマイクロ波
は送信側が直線偏波の場合は同相とこれに直角、送信側
が円偏波の場合は同一回転方向と逆回転方向を検出する
ようにし、さらに二つの信号より泡の量を計算し位相計
測値を補正することにより、液体中に気泡がある場合で
も、気泡の量を測定してその影響を補償するため、高精
度に濃度を測定することができる。
【００４２】さらに、請求項９の発明では、２つのマイ
クロ波のうちの一方のマイクロ波を被測定対象に送出し
て受信した信号と他方のマイクロ波とを混合して位相差
を測定し濃度を計測するマイクロ波濃度測定装置におい
て、混合した信号のレベルを一定になるように制御する
信号レベル制御手段を備えている。
【００４３】従って、請求項９の発明のマイクロ波濃度
測定装置においては、混合した信号のレベルを一定にな
るように制御することにより、被測定対象の温度や導電
率によって、マイクロ波の減衰が大きい場合でも、誤差
が生じず、また測定信号レベルが小さい場合、信号を増
幅して雑音に対するＳＮ比を改善できるため、高精度に
濃度を測定することができる。
【００４４】一方、請求項１０の発明では、２つのマイ
クロ波のうちの一方のマイクロ波を被測定対象に送出し
て受信した信号と他方のマイクロ波とを混合して位相差
を測定し濃度を計測するマイクロ波濃度測定装置におい
て、測定装置本体が収納される筐体の温度を測定する筐
体温度測定手段と、筐体温度測定手段により測定された
筐体温度が一定値以下の場合は、当該筐体温度を一定値
になるように制御する温度制御手段と、筐体温度測定手
段により測定された筐体温度が一定値以上の場合は、あ
らかじめ設定した補正値により上記計測値を補正する補
正手段とを備えている。
【００４５】従って、請求項１０の発明のマイクロ波濃
度測定装置においては、筐体温度が一定値以下の場合に
は、温度を一定値になるように制御し、温度が一定値以
上の場合には、あらかじめ設定した補正値によって計測
値を補正することにより、周囲の温度が変化しても、高
精度に濃度を測定することができ、また回路が簡単にな
り、低コストにすることができる。
【００４６】また、請求項１１の発明では、２つのマイ
クロ波のうちの一方のマイクロ波を被測定対象に送出し
て受信した信号と他方のマイクロ波とを混合して位相差
を測定し濃度を計測するマイクロ波濃度測定装置におい
て、被測定対象の温度を測定する被測定対象温度測定手
段と、受信した信号のレベルと被測定対象温度測定手段
により測定された被測定対象の温度とから、被測定対象
の導電率と位相の補正値を演算する補正値演算手段とを
備えている。
【００４７】従って、請求項１１の発明のマイクロ波濃
度測定装置においては、受信した信号のレベル、被測定
対象の温度から、被測定対象の導電率と位相の補正値を
演算することにより、被測定対象の温度や導電率によっ
てマイクロ波の減衰が大きい場合や、被測定対象の温度
によってマイクロ波の位相が変化する場合でも、高精度
に濃度を測定することができる。
【００４８】さらに、請求項１２の発明では、上記請求
項１１の発明のマイクロ波濃度測定装置において、補正
値演算手段としては、ニューラルネットワークにより演
算を行なうようにしている。
【００４９】従って、請求項１２の発明のマイクロ波濃
度測定装置においては、補正値の演算をニューラルネッ
トワークにより実行することにより、補正演算を容易に
実現することができる。
【００５０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。 （第１の実施の形態：請求項１に対応）図１は、本実施
の形態によるマイクロ波濃度測定装置の構成例を示すブ
ロック図である。
【００５１】図１において、クロック源１は、位相基準
として基準信号（θREF ）２を発生する。マイクロ波発
生手段である発振器３は、クロック源１からの基準信号
に同期して、互いに周波数が異なる（ｆ1 ，ｆ2 ）２つ
のマイクロ波を発生する。
【００５２】発振器３からの一方のマイクロ波は、増幅
器４によって増幅し、スイッチ５とスイッチ６が図示状
態の場合に、送信アンテナ７から配管８内の被測定対象
に送出して、受信アンテナ９により受信し、増幅器１０
により増幅して受信信号１２とする。
【００５３】参照用発振器１１は、クロック源１からの
基準信号に同期して、発振器３からのマイクロ波とΔｆ
だけ異なる周波数のマイクロ波を参照信号１３として発
生する。
【００５４】マイクロ波混合手段であるミキサ１４は、
受信信号１２と参照信号１３とを混合して、周波数Δｆ
のヘテロダイン出力１５を得る。このヘテロダイン出力
１５は、図示しないが、必要によりフィルタ等で不要高
周波を減衰して、周波数Δｆ成分を増幅するようにす
る。
【００５５】コンパレータ１６は、ヘテロダイン出力１
５を入力とし、測定デジタル信号（θFB）１７を出力す
る。位相差測定手段１８は、測定デジタル信号１７とク
ロック源１からの基準信号２とを比較して位相差を測定
し、位相差Φを出力する。
【００５６】演算装置１９は、位相差測定手段１８から
の位相差Φから、被測定対象の濃度を算出して出力す
る。次に、以上のように構成した本実施の形態のマイク
ロ波濃度測定装置においては、位相基準として、クロッ
ク源１により基準信号２を発生し、この基準信号２に同
期して２つのマイクロ波を発生させ、一方のマイクロ波
で測定した信号と他方のマイクロ波とを混合し、クロッ
ク源１からの基準信号２と位相比較をしていることによ
り、前述した図１１の従来例では、マイクロ波の混合手
段であるミキサが２個必要であったのを、１個に削減す
ることができる。
【００５７】これにより、高価なマイクロ波回路を省略
でき、ミキサの後のコンパレータ回路も省略できるた
め、回路が簡単になり、安価で信頼性が高いものとな
る。すなわち、これが可能になったのは、２個のマイク
ロ波発振器が、マイクロ波でない低周波のクロック源１
と完全に同期するようにＰＬＬにより制御されているこ
とにより、この低周波が基準の周波数として使用できる
からである。
【００５８】なお、位相差測定の基準信号（θREF ）２
は、測定デジタル信号（θFB）１７との相対値を求める
のに用いられ、絶対値は、固定基準２０から求めた基準
信号（θREF ）２と測定デジタル信号（θFB）１７θFB
との相対値を基に計算される。
【００５９】上述したように、本実施の形態のマイクロ
波濃度測定装置では、位相基準として、クロック源１に
より基準信号２を発生し、この基準信号２に同期して２
つのマイクロ波を発生させ、一方のマイクロ波で測定し
た信号と他方のマイクロ波とを混合し、クロック源１か
らの基準信号２と位相比較をするようにしているため、
回路が簡単になり、安価で信頼性が高いものとすること
が可能となる。
【００６０】（第１の実施の形態の変形例１：請求項２
に対応）すなわち、本実施の形態のマイクロ波濃度測定
装置では、前述した第１の実施の形態における位相差測
定手段１８として、位相差をセンタ位置でカウントする
位相カウント手段を備えるようにしている。
【００６１】次に、以上のように構成した本実施の形態
のマイクロ波濃度測定装置においては、位相差をセンタ
位置でカウントしていることにより、測定誤差が生じ
ず、高精度に濃度を測定することができる。
【００６２】図２は、センタ位置カウントについて示す
図である。図２において、θREF は基準信号２であり、
θFBは測定デジタル信号１７であり、前述した従来方式
では、立ち上がりの時間差Φ1 を求めていたのに対し
て、図２（ａ）では、Φ1 とΦ2 の平均を求めるように
している。
【００６３】すなわち、ヘテロダイン出力１５のＤＣ成
分や、ドリフトや、コンパレータ１６のしきい値が厳密
に０［ｖ］でない等の原因により、図２（ｂ），（ｃ）
に示すように、θFBの“０”と“１”の比率が異なる場
合、前述した従来方式では、誤差が生じるが、本実施の
形態のセンタ方式とすることにより、誤差が生じず、高
精度に濃度を測定することができる。特に、マイクロ波
の減衰が大きく、ヘテロダイン出力１５の振幅が小さい
場合に効果が大きい。
【００６４】上述したように、本実施の形態のマイクロ
波濃度測定装置では、位相差をセンタ位置でカウントす
るようにしているため、測定誤差が生じず、高精度に濃
度を測定することが可能となる。
【００６５】なお、本実施の形態は、第１の実施の形態
の変形例として説明したが、これに限らず、前述した図
１１に示すような従来例に対しても適用することができ
る。 （第１の実施の形態の変形例２：請求項３に対応）すな
わち、本実施の形態のマイクロ波濃度測定装置では、前
述した第１の実施の形態における発振器３および参照用
発振器１１としては、複数の同一周波数差のマイクロ波
を発生するようにし、位相差測定手段１８としては、こ
れらからのマイクロ波を切り替えて測定し、３６０度以
上の位相差を測定するようにしている。
【００６６】次に、以上のように構成した本実施の形態
のマイクロ波濃度測定装置においては、複数の同一周波
数差のマイクロ波を発生し、切り替えて測定し、３６０
度以上の位相差を測定していることにより、位相が３６
０度を越えて変化する場合にも、正しい位相変化量を求
めることができる。
【００６７】すなわち、本例では、２組の周波数 ｆ1
／ｆ2 と（ｆ1 ＋Δｆ）／（ｆ2 ＋Δｆ） を発生し、
各々の組み合わせにおける位相差を計測する。そして、
この２つの位相差から、位相変化の回転数を求め、３６
０度を越える場合の位相変化を求める。
【００６８】ここで、２つの位相差をΦ1 、Φ2 とす
る。また、濃度０の時の位相差を、ｆ1 、ｆ2 について
各々Φ10、Φ20とし、濃度の変化によって次のように変
化したとする。
【００６９】ｆ1 ：Φ10 → Φ1 ＋２πｍ （ｍは
０または正の整数） ｆ2 ：Φ20 → Φ2 ＋２πｎ （ｎは０または正の
整数） ｍ、ｎ、は回転数である。
【００７０】位相差の変化量ΔΦ1 、ΔΦ2 としては、 ΔΦ1 ＝Φ1 ＋２πｍ−Φ10 …（７） ΔΦ2 ＝Φ2 ＋２πｎ−Φ20 …（８） ｆ1 、ｆ2 における位相変化率をβ1 、β2 とすると、 ΔΦ2 ＝（β2 ／β1 ）・ΔΦ1 …（９） である。
【００７１】（９）式の左辺から右辺を引き、上記
（７）式、（８）式を代入すると、 Φ2 ＋２πｎ−Φ20−（β2 ／β1 ）・（Φ1 ＋２πｍ−Φ10）＝０ …（１０） 実際には、位相差測定値に誤差があるから、上記（１
０）式の左辺に整数ｍ、ｎを代入して、値が誤差の許容
値以内になるｍ、ｎの組み合わせを求めればよい。
【００７２】このｍ、ｎから、上記（８）式、（９）式
により位相差変化量ΔΦ1 、ΔΦ2を求め、濃度を算出
する。β2 ／β1 は、上記（５）式よりεr ´が同じな
らｆ1 ／ｆ2 に等しい。ｆ1とｆ2 とは比較的近い値を
とるため、εr ´は一般的にはそれほど大きく変化しな
い。
【００７３】上述したように、本実施の形態のマイクロ
波濃度測定装置では、マイクロ波信号源は複数の同一周
波数差のマイクロ波を発生し、切り替えて測定し、３６
０度以上の位相差を測定するようにしているため、位相
が３６０度を越えて変化する場合に、前述した“特開平
８−８２６０６号”のような方法を用いなくても、正し
い位相変化量を求めることができる。
【００７４】これにより、管径が大きかったり、高濃度
の場合や、管内が一度空になってから被測定対象で満た
された場合にも、正しい濃度を測定することが可能とな
る。なお、本実施の形態は、第１の実施の形態の変形例
として説明したが、これに限らず、前述した図１１に示
すような従来例に対しても適用することができる。
【００７５】（第２の実施の形態：請求項４に対応）図
３は、本実施の形態によるマイクロ波濃度測定装置の構
成例を示すブロック図であり、図１と同一部分には同一
符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分に
ついてのみ述べる。
【００７６】すなわち、本実施の形態のマイクロ波濃度
測定装置は、その基本的な構成は前述した従来例と同様
であり、発振器３と参照用発振器１１で発生したマイク
ロ波を、ミキサ２２で混合して基準側ヘテロダイン信号
２３を求め、コンパレータ２４によって基準信号２５を
求めるようにする。
【００７７】この測定側ヘテロダイン出力１５は、図示
しないが、必要によりフィルタ等で高周波を減衰して、
周波数Δｆ成分を増幅するようにする。また、送信アン
テナ７に隣接して、基準用端子２６を設けている。すな
わち、固定基準として、外部の送信アンテナ７位置から
の信号を用いる固定基準測定手段を備えるようにしてい
る。
【００７８】次に、以上のように構成した本実施の形態
のマイクロ波濃度測定装置においては、固定基準を通し
た位相差を計測して補償していることにより、回路内部
の温度変化等によって位相変化がある場合でも、高精度
に濃度を測定することができる。
【００７９】特に、受信アンテナ９から電子回路の入口
までの距離と、基準用端子２６から電子回路の入口まで
の距離を同じくすることができるため、固定基準が送信
アンテナ７と受信アンテナ９までのケーブルによる位相
遅れを補償でき、これらの温度変化による位相変動を除
くことができるため、精密な測定をすることができる。
前述した従来例では、固定減衰器であることから、ケー
ブルの温度が変化すると誤差が出る。
【００８０】すなわち、前述した従来例では、回路内部
の温度変化等によって位相が変化するため、固定基準を
通した位相差ΦR を計測して、位相差ΦV から引くこと
により位相変化を補償していた。
【００８１】これに対して、本実施の形態では、送信ア
ンテナ７に隣接して基準用端子２６を設け、これにより
受信される信号を固定基準としている。そして、スイッ
チ６を基準用端子２６側に切り替え、固定基準を通した
位相差ΦR を計測して、位相差ΦV から引くことによ
り、前記の誤差を補償するようにしている。
【００８２】なお、本実施の形態では、基準用端子２６
としては、送信アンテナ７からの電波を受信するアンテ
ナとしたが、送信アンテナ７への電力の一部を分割して
受け取る手段を用いるようにしてもよい。
【００８３】上述したように、本実施の形態のマイクロ
波濃度測定装置では、固定基準を通した位相差を計測し
て補償するようにしているため、回路内部の温度変化等
によって位相変化がある場合でも、高精度に濃度を測定
することが可能となる。
【００８４】なお、本実施の形態は、第１の実施の形態
の変形例として説明したが、これに限らず、前述した図
１１に示すような従来例に対しても適用することができ
る。 （第３の実施の形態：請求項５、請求項６に対応）図４
は、本実施の形態によるマイクロ波濃度測定装置の構成
例を示すブロック図であり、図３と同一部分には同一符
号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分につ
いてのみ述べる。
【００８５】すなわち、本実施の形態のマイクロ波濃度
測定装置は、その基本的な構成は前述した従来例と同様
であり、発振器３と参照用発振器１１で発生したマイク
ロ波を、ミキサ２２で混合して基準側ヘテロダイン信号
２３を求め、コンパレータ２４によって基準信号２５を
求めるようにする。
【００８６】この測定側ヘテロダイン出力１５は、図示
しないが、必要によりフィルタ等で高周波を減衰して、
周波数Δｆ成分を増幅するようにする。また、周波数混
合手段２８で、参照信号１３の位相を複数の値として計
測を行なう。特に、本例では、９０度異なる２つの位相
のマイクロ波を作って、ミキサ１４により混合してい
る。この９０度異なる位相は、ハイブリッド２９により
作る。
【００８７】なお、固定基準２７には、減衰器を用いて
いる。次に、以上のように構成した本実施の形態のマイ
クロ波濃度測定装置においては、一方のマイクロ波の位
相を複数の値として複数の計測を行ない、その計測値よ
り濃度を測定していることにより、回路の配線パターン
からの回り込みや誘導があっても、複数の位相で計測し
て補償するため、高精度に濃度を測定することができ
る。
【００８８】また、９０度またはその整数倍の位相を作
るようにしていることにより、ハイブリッド２９により
容易に回路を実現することができる。すなわち、本実施
の形態による位相計測は、図５（ａ）に示すように、９
０度異なる位相ΦI とΦQ を計測し、その平均を求めて
位相Φとしている。
【００８９】この方式で、被測定対象を通過したマイク
ロ波の位相が、ある基準から＋３６０度まで変化したと
して、実験により測定される位相Φの誤差の特性の代表
例を図５（ｂ）に示す。
【００９０】回路の配線パターンからの回り込みや誘導
のように、固定の位相である外乱により、ΦI とΦQ は
サイン成分の非直線性誤差を持っているが、平均をとる
ことにより誤差が相殺されて，位相Φは直線性の良いも
のとなる。
【００９１】なお、本実施の形態では、９０度異なる２
つの位相を用いたが、これ以外に、１８０度異なる２個
の計測、あるいは、０°，９０°，１８０°，２７０°
の４個の計測を行なうようにすることもできる。
【００９２】また、本実施の形態では、参照信号の位相
を変化させたが、受信信号の位相を変化させる方式、あ
るいはミキサを２個設けて、一方は０゜、他方は９０゜
というように、２組の回路を設けるようにすることもで
きる。
【００９３】上述したように、本実施の形態のマイクロ
波濃度測定装置では、複数の位相で計測して補償するよ
うにしているため、回路の配線パターンからの回り込み
や誘導があっても、高精度に濃度を測定することが可能
となる。これは、特に、受信されるマイクロ波の電力が
小さい場合に効果が大きい。
【００９４】また、９０度、またはその整数倍の位相を
作るようにしているため、ハイブリッド２９により容易
に回路を実現することが可能となる。 （第４の実施の形態：請求項７、請求項８に対応）図６
は、本実施の形態によるマイクロ波濃度測定装置の構成
例を示すブロック図であり、図４と同一部分には同一符
号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分につ
いてのみ述べる。
【００９５】すなわち、本実施の形態のマイクロ波濃度
測定装置は、その基本的な構成は前述した従来例と同様
であり、測定側ヘテロダイン出力１５を、図示しない
が、必要によりフィルタ等で高周波を減衰して、周波数
Δｆ成分を増幅するようにする。
【００９６】また、マイクロ波発生手段である送信アン
テナ３０は、直線偏波または円偏波のマイクロ波を送出
する機能を有する。さらに、マイクロ波受信手段である
受信アンテナ３１には、第２の端子３２を設け、スイッ
チ３３を図６に示す状態から第２の端子３２側へ切り替
え、送信側が直線偏波の場合は同相とこれに直角、送信
側が円偏波の場合には同一回転方向と逆回転方向を検出
するようにする。
【００９７】被測定対象が液体である場合、液体中に気
泡があると、これにマイクロ波が反射して、偏波面の方
向や回転方向が変化する。この多重反射したマイクロ波
を、第２の端子３２により受信する。
【００９８】ここで、多重反射するマイクロ波の量は、
気泡の量と正の相関があることから、演算装置１９で二
つの信号から気泡の量を計算して、位相計測値を補正す
るようにする。
【００９９】次に、以上のように構成した本実施の形態
のマイクロ波濃度測定装置においては、送出するマイク
ロ波を直線偏波または円偏波として、受信するマイクロ
波は送信側が直線偏波の場合は同相とこれに直角、送信
側が円偏波の場合は同一回転方向と逆回転方向を検出す
るようにし、さらに二つの信号より気泡の量を計算し位
相計測値を補正していることにより、液体中に気泡があ
る場合でも、気泡の量を測定してその影響を補償するた
め、高精度に濃度を測定することができる。
【０１００】すなわち、直線偏波と円偏波の場合で、反
射の量を受信アンテナ３１の第２の端子３２で検出され
るマイクロ波の強度として測定することができる。ま
た、あらかじめ気泡の量と受信されるマイクロ波の強
度、および位相変化の特性を求めておけば、気泡の量を
測定して、位相への影響を補償することができる。
【０１０１】以下、かかる点について、より具体的に説
明する。送信アンテナ３０と受信アンテナ３１には共通
部分があり、その基本的な構成を図７（ａ）に示す。
【０１０２】図７（ａ）において、基板３４は誘電体
（比誘電率）から成っている。パターン３５は、表側の
正方形のベタパターンであり、薄膜状の金属である。１
辺の長さは、λ／２（λは波長）であるが、基板３４上
のため、λは真空中の波長に比べると１／√εr に短縮
されている。また、パターン３５には、端子３６および
端子３７が設置されている。
【０１０３】ここで、端子３６は、パターン３５の中心
の下で、中心から辺までの距離の約１／３の位置にあ
る。また、端子３７は、パターン３５の中心の右で、中
心から辺までの距離の約１／３の位置にある。
【０１０４】パターン３８は、裏側のベタのグラウンド
パターン（これも薄膜状の金属）であり、端子３６およ
び端子３７のリードを通すところだけ穴が開いている。
送信アンテナ３０と受信アンテナ３１は、端子３６と３
７が正しく向かい合う（アンテナの中心と端子３６を結
ぶ線同士が平行である）ように設置されている。
【０１０５】送信アンテナ３０から直線偏波を送出する
場合には、端子３７は設置せず、端子３６にのみ給電す
ればよい。また、送信アンテナ３０から円偏波を送出す
る場合には、図７（ｂ）に示すように、送信マイクロ波
３９から、ハイブリッド４０で、マイクロ波４１と、９
０度位相が異なるマイクロ波４２を作り、マイクロ波４
１を端子３６、マイクロ波４２を端子３７に給電する。
なお、ハイブリッド４０には４つの端子があるが、残り
の一つは終端抵抗４３で終端されている。
【０１０６】直線偏波を用いた場合には、被測定対象中
の物体に反射して受信されるマイクロ波の偏波面は、送
信マイクロ波とは異なっている。受信アンテナ３１で
は、端子３６からは送信マイクロ波と同一偏波面の成
分、端子３７からは送信マイクロ波と直交する偏波面の
成分がそれぞれ受信される。この場合には、端子３７が
第２の端子３２に相当する。
【０１０７】円偏波を用いた場合には、被測定対象中の
物体に反射して受信される円偏波のマイクロ波の回転方
向は、送信マイクロ波とは反対方向になっている。すな
わち、図７（ｃ）に示すように、受信アンテナ３１で
は、端子３６および端子３７で受信したマイクロ波をハ
イブリッド４４に入れて合成する。なお、図面上の回転
方向を変えないため、図７（ｃ）は透視図として示して
いる。
【０１０８】ここで、送信側で、図７（ｂ）に示すよう
に、端子３７へ、端子３６に対して９０度位相が遅れる
マイクロ波を給電していたとすると、送信マイクロ波と
同一回転方向の波を受信すると、端子３７側が端子３６
側に対して９０度位相が遅れている。逆回転方向の波の
場合には、受信すると端子３６側が端子３７側に対して
９０度位相が遅れている。
【０１０９】従って、ハイブリッド４４で合成すると、
端子４５の出力は、送信マイクロ波と同一回転方向の波
であれば、位相が合うため二つの入力を強め合うが、逆
回転方向の波であれば、位相が１８０度異なるため相殺
されて、送信マイクロ波と同一回転方向の波だけが出力
される。
【０１１０】また、逆に、端子４６からは、送信マイク
ロ波と逆回転方向の波だけが強め合って出力される。こ
の場合には、端子４６が第２の端子３２に相当する。上
述したように、本実施の形態のマイクロ波濃度測定装置
では、気泡の量を測定してその影響を補償するようにし
ているため、液体中に気泡がある場合でも、高精度に濃
度を測定することが可能となる。
【０１１１】（第５の実施の形態：請求項９に対応）図
８は、本実施の形態によるマイクロ波濃度測定装置の構
成例を示すブロック図であり、図４と同一部分には同一
符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分に
ついてのみ述べる。
【０１１２】すなわち、本実施の形態のマイクロ波濃度
測定装置は、その基本的な構成は前述した従来例と同様
であり、測定側ヘテロダイン出力１５を、図示しない
が、必要によりフィルタ等で高周波を減衰して、周波数
Δｆ成分を増幅するようにする。
【０１１３】また、信号レベル制御手段である可変ゲイ
ン増幅器４７および電圧測定手段４８を備え、可変ゲイ
ン増幅器４７のゲインを、電圧測定手段４８により測定
した値に基づいて制御し、測定側ヘテロダイン出力１５
の振幅（レベル）を一定にするようにする。
【０１１４】次に、以上のように構成した本実施の形態
のマイクロ波濃度測定装置においては、可変ゲイン増幅
器４７によって出力の振幅を一定にしていることによ
り、被測定対象の温度や導電率によって、マイクロ波の
減衰が大きい場合でも、振幅の変化によりコンパレータ
１６の切り替わり時刻が変化することによる誤差が生じ
ない。
【０１１５】また、測定信号レベルが小さい場合には、
信号を増幅して雑音に対するＳＮ比を改善することがで
きるため、高精度に濃度を測定することがができる。上
述したように、本実施の形態のマイクロ波濃度測定装置
では、混合した信号のレベルを一定になるように制御す
るようにしているため、被測定対象の温度や導電率によ
って、マイクロ波の減衰が大きい場合でも、誤差が生じ
ず、また測定信号レベルが小さい場合には、信号を増幅
して雑音に対するＳＮ比を改善できるため、高精度に濃
度を測定することが可能となる。
【０１１６】（第６の実施の形態：請求項１０に対応）
図９は、本実施の形態によるマイクロ波濃度測定装置の
構成例を示すブロック図であり、図４と同一部分には同
一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分
についてのみ述べる。
【０１１７】すなわち、本実施の形態のマイクロ波濃度
測定装置は、その基本的な構成は前述した従来例と同様
であり、測定側ヘテロダイン出力１５を、図示しない
が、必要によりフィルタ等で高周波を減衰して、周波数
Δｆ成分を増幅するようにする。
【０１１８】また、破線で示す濃度計回路４９は、同一
筐体内に納められている。筐体温度測定手段である筐体
温度計５０により筐体温度を測定し、この筐体温度が一
定値以下の場合には、温度制御手段であるヒータ制御回
路５１およびヒータ５２により、筐体温度を一定値にな
るように制御するようにする。
【０１１９】さらに、濃度計回路４９の内部発熱や環境
温度によって回路温度が一定値以上になった場合には、
あらかじめ設定した補正値により、演算装置１９で計測
値の補正を行なうようにする。
【０１２０】次に、以上のように構成した本実施の形態
のマイクロ波濃度測定装置においては、回路温度を一定
に制御あるいは補正していることにより、周囲の温度が
変化しても、回路温度変化による位相変化を防止して、
高精度に濃度を測定することができる。
【０１２１】また、電源投入時の温度が低い状態から，
早く安定な状態にすることができる。さらに、温度が上
がった時に、冷却を行なうことは、回路が複雑になり、
制御が簡単でなく、冷却用の部品のコストが高くなる
が、演算装置で１９で計測値を補正していることによ
り、回路を簡単に、低コストにすることができる。
【０１２２】上述したように、本実施の形態のマイクロ
波濃度測定装置では、筐体温度が一定値以下の場合に
は、温度を一定値になるように制御し、温度が一定値以
上の場合には、あらかじめ設定した補正値によって計測
値を補正するようにしているため、周囲の温度が変化し
ても、高精度に濃度を測定することが可能となり、また
回路が簡単になり、低コストにすることが可能となる。
【０１２３】（第７の実施の形態：請求項１１、請求項
１２に対応）図１０は、本実施の形態によるマイクロ波
濃度測定装置の構成例を示すブロック図であり、図８と
同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここ
では異なる部分についてのみ述べる。
【０１２４】すなわち、本実施の形態のマイクロ波濃度
測定装置は、その基本的な構成は前述した従来例と同様
であり、測定側ヘテロダイン出力１５を、図示しない
が、必要によりフィルタ等で高周波を減衰して、周波数
Δｆ成分を増幅するようにする。
【０１２５】また、電圧測定手段４８により測定した信
号レベルと温度計５３により計測した被測定対象の温度
とから、被測定対象の温度、信号レベルによる位相変化
を補正して、濃度を算出するようにする。
【０１２６】さらに、信号レベルと被測定物の温度か
ら、被測定対象の導電率と位相の補正値を算出し、導電
率による位相変化を補正して、濃度を算出するようにす
る。ここで、補正演算を含む位相計算は、変数が多く、
それらと位相の関係は簡単には数式化できないことか
ら、補正値演算手段であるニューラルネットワーク５４
により実現するようにする。このニューラルネットワー
ク５４の学習機能により、各変数と実際の濃度・温度等
を実際の測定で設定して学習させ、補正演算と位相計算
を行なうようにする。
【０１２７】次に、以上のように構成した本実施の形態
のマイクロ波濃度測定装置においては、受信した信号の
レベル、被測定対象の温度から、被測定対象の導電率と
位相の補正値を演算していることにより、被測定対象の
温度や導電率によってマイクロ波の減衰が大きい場合
や、被測定対象の温度によってマイクロ波の位相が変化
する場合でも、高精度に濃度を測定することができる。
【０１２８】すなわち、例えば塩分等が混入して被測定
対象の導電率が変化した場合には、前記（２）式、
（４）式に示したように、減衰率αが大きく変化する。
一方、被測定対象の温度が変化すると、比誘電率εr の
変化があるので、温度を計測して、あらかじめ決められ
た補正を行なうことにより、濃度の補正を行なう。
【０１２９】位相差Δθは、 Δθ＝｛θ2 −ｋ（Ｔ−Ｔ0 ）−γ（Ｅ−Ｅ0 ）｝−θ1 （１１） ただし、 θ2 ：被測定対象の位相 θ1 ：基準の水の測定時位相 ｋ ：液温補正計数 Ｔ ：液温 Ｔ0 ：基準の水温 γ ：導電率補正係数 Ｅ ：被測定物の減衰量 Ｅ0 ：基準水の減衰量 濃度Ｘは、 Ｘ＝ａ×Δθ＋ｂ （１２） ただし、 ａ：比例定数 ｂ：バイアス 導電率の変化は、前述したように、減衰率αが大きく変
化する。εr の変化の影響もあるので、（１１）式のγ
をεr の変化によりテーブルを作って選択する。
【０１３０】これにより、（１１）式によりΔθを求
め、（１２）式により、あらかじめ求められているａ，
ｂにより濃度を計算する。また、上記補正値の演算をニ
ューラルネットワーク５４で実行していることにより、
補正演算を容易に実現することができる。
【０１３１】上述したように、本実施の形態のマイクロ
波濃度測定装置では、被測定対象の温度、導電率、信号
レベルの変化による位相変化を補正しているため、被測
定対象の温度や導電率によってマイクロ波の減衰が大き
い場合や、被測定対象の温度によってマイクロ波の位相
が変化する場合でも、高精度に濃度を測定することが可
能となる。
【０１３２】また、ニューラルネットワーク５４によ
り、補正値を演算するようにしているため、補正演算を
容易に実現することが可能となる。尚、前述した各実施
の形態以外にも、複数の各実施の形態を適宜組み合わせ
ることによって、より一層高性能なマイクロ波濃度測定
装置を実現することが可能である。
【０１３３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のマイクロ
波濃度測定装置によれば、被測定対象の温度・導電率の
変化、装置内の温度変化、マイクロ波の回り込みや誘
導、気泡の発生等がある場合や、太い配管の場合でも、
被測定対象中の固形物・懸濁物質の濃度を高精度に求め
ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるマイクロ波濃度測定装置の第１の
実施の形態を示すブロック図。
【図２】同第１の実施の形態のマイクロ波濃度測定装置
における変形例１を説明するための図。
【図３】本発明によるマイクロ波濃度測定装置の第２の
実施の形態を示すブロック図。
【図４】本発明によるマイクロ波濃度測定装置の第３の
実施の形態を示すブロック図。
【図５】同第３の実施の形態のマイクロ波濃度測定装置
における一方のマイクロ波の位相を９０度異なる２つの
値として測定する場合の計算方法を説明するための図。
【図６】本発明によるマイクロ波濃度測定装置の第４の
実施の形態を示すブロック図。
【図７】同第４の実施の形態のマイクロ波濃度測定装置
におけるアンテナの構成例を示す図。
【図８】本発明によるマイクロ波濃度測定装置の第５の
実施の形態を示すブロック図。
【図９】本発明によるマイクロ波濃度測定装置の第６の
実施の形態を示すブロック図。
【図１０】本発明によるマイクロ波濃度測定装置の第７
の実施の形態を示すブロック図。
【図１１】従来のマイクロ波濃度測定装置の構成例を示
すブロック図。
【符号の説明】
１…クロック源、 ２…基準信号、 ３…発振器、 ４…増幅器、 ５…スイッチ、 ６…スイッチ、 ７…送信アンテナ、 ８…配管、 ９…受信アンテナ、 １０…増幅器、 １１…参照用発振器、 １２…受信信号、 １３…参照信号、 １４…ミキサ、 １５…ヘテロダイン出力、 １６…コンパレータ、 １７…測定デジタル信号、 １８…位相差測定手段、 １９…演算装置、 ２２…ミキサ、 ２３…基準側ヘテロダイン信号、 ２４…コンパレータ、 ２５…基準信号、 ２６…基準用端子、 ２７…固定基準、 ２８…周波数混合手段、 ２９…ハイブリッド、 ３０…送信アンテナ、 ３１…受信アンテナ、 ３２…第２の端子、 ３３…スイッチ、 ３４…基板、 ３５…パターン、 ３６，３７…端子、 ３８…パターン、 ３９…送信マイクロ波、 ４０…ハイブリッド、 ４１…マイクロ波、 ４２…マイクロ波、 ４３…終端抵抗、 ４４…ハイブリッド、 ４５，４６…端子、 ４７…可変ゲイン増幅器、 ４８…電圧測定手段、 ４９…濃度計回路、 ５０…筐体温度計、 ５１…ヒータ制御回路、 ５２…ヒータ、 ５３…温度計、 ５４…ニューラルネットワーク。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 下川 勝千 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中工場内

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 位相基準として基準信号を発生するクロ
    ック源と、 前記クロック源からの基準信号に同期して、互いに周波
    数が異なる２つのマイクロ波を発生させるマイクロ波発
    生手段と、 前記マイクロ波発生手段からの一方のマイクロ波で被測
    定対象を通して測定した信号と、前記マイクロ波発生手
    段からの他方のマイクロ波とを混合するマイクロ波混合
    手段と、 前記マイクロ波混合手段により混合された出力と前記ク
    ロック源からの基準信号との位相を比較して位相差を測
    定する位相差測定手段と、 を備えて成ることを特徴とするマイクロ波濃度測定装
    置。
  2. 【請求項２】 ２つのマイクロ波のうちの一方のマイク
    ロ波を被測定対象に送出して受信した信号と他方のマイ
    クロ波とを混合して位相差を測定し濃度を計測するマイ
    クロ波濃度測定装置において、 位相差をセンタ位置でカウントする位相カウント手段を
    有する位相差測定手段を備えて成ることを特徴とするマ
    イクロ波濃度測定装置。
  3. 【請求項３】 ２つのマイクロ波のうちの一方のマイク
    ロ波を被測定対象に送出して受信した信号と他方のマイ
    クロ波とを混合して位相差を測定し濃度を計測するマイ
    クロ波濃度測定装置において、 複数の同一周波数差のマイクロ波を発生するマイクロ波
    発生手段と、 前記マイクロ波発生手段からのマイクロ波を切り替えて
    測定し３６０度以上の位相差を測定する位相差測定手段
    と、 を備えて成ることを特徴とするマイクロ波濃度測定装
    置。
  4. 【請求項４】 マイクロ波の位相差により濃度を計測す
    るマイクロ波濃度測定装置で、測定値として被測定対象
    と固定基準とを切り替えて測定する方式のものにおい
    て、 前記固定基準として、外部の送信アンテナ位置からの信
    号を用いる固定基準測定手段を備えたことを特徴とする
    マイクロ波濃度測定装置。
  5. 【請求項５】 ２つのマイクロ波のうちの一方のマイク
    ロ波を被測定対象に送出して受信した信号と他方のマイ
    クロ波とを混合して位相差を測定し濃度を計測するマイ
    クロ波濃度測定装置において、 前記一方のマイクロ波について複数の位相を発生するマ
    イクロ波発生手段と、 前記マイクロ波発生手段からの複数の位相による計測を
    行なう計測手段と、 前記計測手段からの計測値より被測定対象の濃度を算出
    する演算手段と、 を備えて成ることを特徴とするマイクロ波濃度測定装
    置。
  6. 【請求項６】 前記請求項５に記載のマイクロ波濃度測
    定装置において、 前記マイクロ波発生手段としては、一方のマイクロ波と
    して９０度異なる２つの位相を発生するようにしたこと
    を特徴とするマイクロ波濃度測定装置。
  7. 【請求項７】 ２つのマイクロ波のうちの一方のマイク
    ロ波を被測定対象に送出して受信した信号と他方のマイ
    クロ波とを混合して位相差を測定し濃度を計測するマイ
    クロ波濃度測定装置において、 直線偏波または円偏波のマイクロ波を発生するマイクロ
    波発生手段と、 送信側が直線偏波の場合は同相とこれに直角、送信側が
    円偏波の場合は同一回転方向と逆回転方向を検出するマ
    イクロ波受信手段と、 を備えて成ることを特徴とするマイクロ波濃度測定装
    置。
  8. 【請求項８】 前記請求項７に記載のマイクロ波濃度測
    定装置において、 ２つの信号から気泡の量を計算し、位相計測値を補正す
    る補正手段を備えたことを特徴とするマイクロ波濃度測
    定装置。
  9. 【請求項９】 ２つのマイクロ波のうちの一方のマイク
    ロ波を被測定対象に送出して受信した信号と他方のマイ
    クロ波とを混合して位相差を測定し濃度を計測するマイ
    クロ波濃度測定装置において、 前記混合した信号のレベルを一定になるように制御する
    信号レベル制御手段を備えて成ることを特徴とするマイ
    クロ波濃度測定装置。
  10. 【請求項１０】 ２つのマイクロ波のうちの一方のマイ
    クロ波を被測定対象に送出して受信した信号と他方のマ
    イクロ波とを混合して位相差を測定し濃度を計測するマ
    イクロ波濃度測定装置において、 測定装置本体が収納される筐体の温度を測定する筐体温
    度測定手段と、 前記筐体温度測定手段により測定された筐体温度が一定
    値以下の場合は、当該筐体温度を前記一定値になるよう
    に制御する温度制御手段と、 前記筐体温度測定手段により測定された筐体温度が一定
    値以上の場合は、あらかじめ設定した補正値により前記
    計測値を補正する補正手段と、 を備えて成ることを特徴とするマイクロ波濃度測定装
    置。
  11. 【請求項１１】 ２つのマイクロ波のうちの一方のマイ
    クロ波を被測定対象に送出して受信した信号と他方のマ
    イクロ波とを混合して位相差を測定し濃度を計測するマ
    イクロ波濃度測定装置において、 前記被測定対象の温度を測定する被測定対象温度測定手
    段と、 前記受信した信号のレベルと前記被測定対象温度測定手
    段により測定された被測定対象の温度とから、前記被測
    定対象の導電率と位相の補正値を演算する補正値演算手
    段と、 を備えて成ることを特徴とするマイクロ波濃度測定装
    置。
  12. 【請求項１２】 前記請求項１１に記載のマイクロ波濃
    度測定装置において、 前記補正値演算手段としては、ニューラルネットワーク
    により演算を行なうようにしたことを特徴とするマイク
    ロ波濃度測定装置。
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