JP2009042007A - Orientation measuring instrument and orientation measuring method - Google Patents

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Shinichi Nagata
紳一 永田
Masahiro Kurosawa
雅宏 黒沢
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance an S/N ratio when a dielectric resonator is rotated to measure orientation. <P>SOLUTION: An oscillator 12, a variable attenuator 32, a detection diode 36 and an amplifying circuit 38a are mounted on a rotor other than a detection part containing the dielectric resonator 4 to be integrally rotated. The oscillator 12 and the amplifying circuit 38a are connected to the rotary terminal provided to the rotor, a personal computer 18a and a power supply 42 are connected to the oscillator 12 through the contact of the fixed terminal of a slip ring 20 and the rotary terminal, and the amplifying circuit 38a and an A/D converter 38a are connected. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、フイルムを含む高分子シートや紙などのシート状のものや、プラスチック、樹脂、ゴムなどの成型品のような立体的物品も含めて、それらの試料の配向性をマイクロ波により測定する装置及び方法に関する。特に、本発明は試料がシート状のものである場合には試料を走行させながらその走行方向に沿って配向性を測定するオンライン測定に適した装置及び方法に関するものである。   The present invention measures the orientation of these samples by microwaves, including three-dimensional articles such as polymer-like sheets containing paper, sheets such as paper, and molded articles such as plastics, resins, and rubbers. The present invention relates to an apparatus and a method. In particular, the present invention relates to an apparatus and method suitable for on-line measurement for measuring orientation along a running direction of a sample while the sample is in the form of a sheet.

シート状物質の配向を測定する方法としては、従来からX線回折、赤外二色性、力学的破断強度、超音波伝搬速度、複屈折、偏光蛍光法、マイクロ波法などが用いられてきている。   Conventionally, X-ray diffraction, infrared dichroism, mechanical breaking strength, ultrasonic wave propagation speed, birefringence, polarization fluorescence method, microwave method and the like have been used as methods for measuring the orientation of a sheet-like substance. Yes.

これらの中で、試料が走行中に測定できる、いわゆるオンライン測定装置として実用化されている方法は、複屈折による方法のみである。これは、屈折率の異方性つまりシート面内での複屈折率あるいはレターデーション(複屈折率×厚さ)を求める方法である(特許文献1参照。)。しかし、複屈折を用いるその方法は、可視光(偏光)を透過させて測定する必要があるため、透明フイルムのようにある程度、光を透過する物質でないと測定できないという問題があった。   Among these, the method that is practically used as a so-called on-line measuring device that can measure a sample while traveling is only a method using birefringence. This is a method for obtaining the anisotropy of the refractive index, that is, the birefringence or retardation (birefringence x thickness) in the sheet surface (see Patent Document 1). However, since the method using birefringence needs to be measured by transmitting visible light (polarized light), there is a problem in that it can be measured only by a substance that transmits light to some extent, such as a transparent film.

そこで、本発明者らはマイクロ波誘電体共振器を用いて、試料の片側から検出部を接触もしくは近接させることにより、配向を測定する装置を考案した(特許文献2参照。)。この方法は、基本的に誘電体共振器が試料の片側から接触あるいは近接したときの共振周波数の変化を利用するものであり、光を透過する物質である必要はなく、PET(ポリエチレンテレフタレート)フイルムなどのシート状物質をオンラインで測定することが可能な方法である。 Therefore, the present inventors have devised a device for measuring orientation by using a microwave dielectric resonator to bring a detection unit into contact with or approaching from one side of a sample (see Patent Document 2). This method basically uses a change in resonance frequency when a dielectric resonator is in contact with or close to one side of a sample, and does not need to be a material that transmits light, and is a PET (polyethylene terephthalate) film. It is a method that can measure a sheet-like substance such as online.

図1に1個の矩形誘電体共振器4の試料測定面側からみた平面図を示す。
矩形の誘電体共振器4を一方のロッドアンテナ2より励振し、他方のロッドアンテナ6により誘電体共振器4による透過エネルギーを検出する。
FIG. 1 shows a plan view of one rectangular dielectric resonator 4 as seen from the sample measurement surface side.
A rectangular dielectric resonator 4 is excited by one rod antenna 2, and the transmitted energy by the dielectric resonator 4 is detected by the other rod antenna 6.

ロッドアンテナ2より励振された矩形の誘電体共振器4は複数の共振モードをとる。共振スペクトルの測定例を図2に波形図で示す。種々の共振モードの中で誘電体共振器4の上部表面(試料測定面)上で電界ベクトルが平行になり、かつ試料との相互作用成分ができるだけ多くなるような共振モードを選択することが好ましい。そのような共振モードを確認するために、電波吸収剤を含浸させた細長い紙を矩形誘電体共振器の長辺と平行になるように置き共振ピークレベルの変化を調べる。電界ベクトルと細長い紙が平行であれば、共振カーブのピークレベルが大きく減衰し、逆に直交していればほとんどピークレベルは変化しない。これを利用して、共振ピークすべてについて調査し、もっともピークレベルの減衰幅が大きく、かつQ値も高いピークを選択することが望ましい。そのピークの一例を矢印で示す。このピークにおける共振モードは、共振周波数の計算結果等によりEX 211+δモードと考えられる。この共振モードEX 211+δの電界ベクトルは、共振器の長辺方向に平行に向いており、その強度が最大となる位置がその方向で2カ所ある。この電界分布は、電波吸収材を使って調べた電界分布と一致している。この電界の一部は誘電体共振器上部表面から外部にもしみ出しており、いわゆるエバネセント波として存在し、その強度は表面から離れるに従って指数関数的に減少していく。このエバネセント波を使って試料の配向を測定することになる。 The rectangular dielectric resonator 4 excited by the rod antenna 2 takes a plurality of resonance modes. A measurement example of the resonance spectrum is shown in a waveform diagram in FIG. Of the various resonance modes, it is preferable to select a resonance mode in which the electric field vectors are parallel on the upper surface (sample measurement surface) of the dielectric resonator 4 and the interaction component with the sample is as large as possible. . In order to confirm such a resonance mode, an elongated paper impregnated with a radio wave absorber is placed so as to be parallel to the long side of the rectangular dielectric resonator, and the change in the resonance peak level is examined. If the electric field vector and the elongated paper are parallel, the peak level of the resonance curve is greatly attenuated. Conversely, if the electric field vector is orthogonal, the peak level hardly changes. By utilizing this, it is desirable to investigate all the resonance peaks and to select a peak having the largest peak level attenuation width and a high Q value. An example of the peak is indicated by an arrow. The resonance mode at this peak is considered to be the E X 211 + δ mode based on the calculation result of the resonance frequency. The electric field vector of this resonance mode E X 211 + δ is parallel to the long-side direction of the resonator, and there are two positions where the intensity is maximum in that direction. This electric field distribution coincides with the electric field distribution investigated using the radio wave absorber. A part of this electric field oozes out from the upper surface of the dielectric resonator and exists as a so-called evanescent wave, and its intensity decreases exponentially as the distance from the surface increases. This evanescent wave is used to measure the orientation of the sample.

誘電体共振器の試料測定面近辺に高分子シートなどを近づけると、共振スペクトルは図3に示すように低周波側にシフトする。そのシフト量は電界ベクトルの方向における試料の誘電率、誘電体共振器と試料とのギャップ及び試料の厚み等に応じて変化する。例えば、図3は図1に示した誘電体共振器4の試料測定面上に高分子シートとしてPE(ポリエチレン)シートを1枚載せた場合の共振スペクトルのシフトを示している。   When a polymer sheet or the like is brought close to the vicinity of the sample measurement surface of the dielectric resonator, the resonance spectrum shifts to the low frequency side as shown in FIG. The shift amount changes according to the dielectric constant of the sample in the direction of the electric field vector, the gap between the dielectric resonator and the sample, the thickness of the sample, and the like. For example, FIG. 3 shows a shift in the resonance spectrum when one PE (polyethylene) sheet is placed as a polymer sheet on the sample measurement surface of the dielectric resonator 4 shown in FIG.

共振周波数の理論計算は、以下に説明した式により計算できる。試料の一面側のみに配置された1個の誘電体共振器の試料測定面を、厚みが既知の測定対象試料に一定の条件で配置し、共振周波数を測定すると、下記式(1)に従って測定対象試料の誘電率が求められる。
βgL=π/2+Pπ+tan-12g)・tanh[tanh-132)+α22] (1)
α2=(kc 2−ω0 2ε0μ0εS1/2α3
=(kc 2−ω0 2ε0μ01/2βg
=(ω0 2ε0μ0εr−kc 21/2
The theoretical calculation of the resonance frequency can be calculated by the formula described below. When the sample measurement surface of one dielectric resonator placed only on one side of the sample is placed on a measurement target sample with a known thickness under certain conditions and the resonance frequency is measured, the measurement is performed according to the following formula (1). The dielectric constant of the target sample is obtained.
β g L = π / 2 + Pπ + tan −12 / β g ) · tanh [tanh −13 / α 2 ) + α 2 L 2 ] (1)
α 2 = (k c 2 −ω 0 2 ε 0 μ 0 ε S ) 1/2 α 3
= (K c 2 −ω 0 2 ε 0 μ 0 ) 1/2 β g
= (Ω 0 2 ε 0 μ 0 ε r −k c 2 ) 1/2

ここで、εSは試料の誘電率、εrは誘電体共振器の比誘電率、Lは誘電体共振器の厚み、ε0は測定雰囲気(空気)の誘電率、μ0は測定雰囲気の透磁率、ω0はマイクロ波共振角周波数、L2は測定対象試料の厚み、kcは誘電体共振器の形状、電磁界モード等により定まる定数(固有値)、Pは0、1、2、3、・・・(この数字は軸方向λg/2の整数倍を意味する)である。ここで、一定の条件とは、誘電体共振器の試料測定面を試料に接触させて測定を行なうことであるか又は、誘電体共振器の試料測定面を試料から一定の距離だけ離して測定を行なうことを示している。この式から試料の厚みが一定であれば、共振周波数のシフト量(ブランク時の共振周波数と試料が有る場合の共振周波数との差)は試料の誘電率のみに依存することがわかる。 Here, ε S is the dielectric constant of the sample, ε r is the dielectric constant of the dielectric resonator, L is the thickness of the dielectric resonator, ε 0 is the dielectric constant of the measurement atmosphere (air), and μ 0 is the measurement atmosphere. Permeability, ω 0 is the microwave resonance angular frequency, L 2 is the thickness of the sample to be measured, k c is a constant (eigenvalue) determined by the shape of the dielectric resonator, electromagnetic field mode, etc. P is 0, 1, 2, 3 (this number means an integral multiple of the axial direction λ g / 2). Here, the certain condition is that measurement is performed by bringing the sample measurement surface of the dielectric resonator into contact with the sample, or the sample measurement surface of the dielectric resonator is separated from the sample by a certain distance. Shows that From this equation, it can be seen that if the thickness of the sample is constant, the shift amount of the resonance frequency (difference between the resonance frequency when blanking and the resonance frequency when the sample is present) depends only on the dielectric constant of the sample.

試料の分子鎖配向と誘電率の異方性との関係を図4に示す。図4は上段に試料の分子鎖の配向状態を模試的に示し、その状態の試料の誘電率の異方性を測定した図を下段に組み合わせて示した。下段の図は各方向での誘電率の大きさを表している。ここで、分子鎖セグメント又は微結晶を1本のファイバーと考えれば、紙、不織布のような試料にもあてはまる。その場合は、繊維配向がわかることになる。その場合、繊維自体は全く無配向(例えばガラス繊維の場合)であっても、巨視的にみれば誘電率の異方性がその並び方によって発現することはよく知られているところである。いずれにしても、分子鎖又は繊維が向いている方向で誘電率が最大値(εmax)をとり、最小値(εmin)との差(Δε)が配向の程度を表す。したがって、どの方向が最も誘電率が大きいかを測定すれば、配向している方向がわかることになる。
特開平4−89553号公報 特許第3731314号公報
FIG. 4 shows the relationship between the molecular chain orientation of the sample and the anisotropy of the dielectric constant. FIG. 4 schematically shows the orientation state of the molecular chains of the sample in the upper stage, and a diagram in which the anisotropy of the dielectric constant of the sample in that state is measured is shown in combination in the lower stage. The lower diagram shows the magnitude of the dielectric constant in each direction. Here, if a molecular chain segment or a microcrystal is considered as one fiber, it is also applicable to a sample such as paper or nonwoven fabric. In that case, the fiber orientation is known. In that case, it is well known that the anisotropy of the dielectric constant is manifested depending on the arrangement of the fibers even when the fibers themselves are not oriented (for example, in the case of glass fibers). In any case, the dielectric constant takes the maximum value (εmax) in the direction in which the molecular chain or fiber faces, and the difference (Δε) from the minimum value (εmin) represents the degree of orientation. Therefore, by measuring which direction has the largest dielectric constant, the orientation direction can be determined.
Japanese Patent Laid-Open No. 4-89553 Japanese Patent No. 3731314

以上説明したように基本原理は、試料の配向性を誘電率の異方性から測定するものであるので、試料と誘電体共振器を近接又は接触させた状態で誘電体共振器1個を回転させる(理論的には1/2回転でよく、配向方向が一定であれば1/4回転でもよい。)方法や、複数個の誘電体共振器を電界ベクトルの方向が異なるように予め方向を変えて配置しておき、電気的に同時に複数個の共振周波数を測定する方法(特許文献2参照。)などから、共振周波数の変化を測定すれば、誘電的異方性、つまり配向を測定することができる。   As described above, since the basic principle is to measure the orientation of the sample from the anisotropy of the dielectric constant, one dielectric resonator is rotated while the sample and the dielectric resonator are close to or in contact with each other. (Theoretically, a half rotation is sufficient, and a quarter rotation is possible if the orientation direction is constant.) If the change of the resonance frequency is measured by a method in which a plurality of resonance frequencies are electrically measured at the same time (see Patent Document 2), the dielectric anisotropy, that is, the orientation is measured. be able to.

誘電体共振器を励振するには励振用アンテナにマイクロ波信号を送信しなければならない。誘電体共振器を回転させる方式では、励振用アンテナと検出用アンテナは誘電体共振器とともに回転させるが、マイクロ波信号を発生する発振器は固定させておくというのがこれまでの常識とされている。その場合、固定された発振器から回転する接点を介してマイクロ波信号を励振用アンテナに送信するというのが通常の方法である。   In order to excite the dielectric resonator, a microwave signal must be transmitted to the excitation antenna. In the method of rotating the dielectric resonator, the excitation antenna and the detection antenna are rotated together with the dielectric resonator, but it has been common knowledge that the oscillator that generates the microwave signal is fixed. . In that case, it is a normal method to transmit a microwave signal to the excitation antenna through a rotating contact from a fixed oscillator.

本発明者らもそのような方法を検討してみたが、ノイズを抑えるのが難しく、S/N(信号対ノイズ)比を高めるのが容易ではないことがわかった。   The present inventors also examined such a method, but found that it was difficult to suppress noise and it was not easy to increase the S / N (signal to noise) ratio.

そこで、本発明は、1個の誘電体共振器を回転又は回動させて配向測定を行う際のS/N比を高めることを目的とするものである。   In view of this, the present invention aims to increase the S / N ratio when performing orientation measurement by rotating or rotating one dielectric resonator.

本発明の配向測定装置は、試料に接近又は接触する測定平面を備え試料の一面側のみに配置される1個の誘電体共振器、前記測定平面を除いて前記誘電体共振器を実質的に覆う導電性材料からなるシールドケース、前記シールドケースの内側に配置され前記誘電体共振器に一方向成分をもつ電界ベクトルを発生させる励振用アンテナ及び前記シールドケースの内側に配置され前記誘電体共振器による透過エネルギー又は反射エネルギーを検出する検出用アンテナからなる検出部と、前記励振用アンテナに電気的に接続されマイクロ波信号を供給するとともにそのマイクロ波信号の周波数を繰返し掃引する発振部と、前記検出用アンテナに電気的に接続され検出した信号を増幅する増幅回路を備えた検波部と、前記検出部を前記測定平面内で回転又は回動させる回転機構と、前記発振部及び検波部に電気的に接続され前記回転機構による回転中又は回動中に前記掃引部による周波数掃引を繰り返し、前記検波部の出力から各周波数掃引における共振周波数を検出するとともに、前記検出部の回転角度と共振周波数との対応関係から試料の誘電率異方性を求める制御/演算部とを備えている。
回転機構は検出部だけでなく、発振部及び検波部も一体として回転又は回動させるものである。
The orientation measuring apparatus of the present invention includes a measurement plane that is close to or in contact with a sample and is disposed only on one surface side of the sample, and substantially excludes the dielectric resonator except for the measurement plane. A shielding case made of a conductive material to be covered; an excitation antenna that is arranged inside the shielding case and generates an electric field vector having a unidirectional component in the dielectric resonator; and the dielectric resonator arranged inside the shielding case A detection unit comprising a detection antenna that detects transmission energy or reflection energy by the oscillation unit, an oscillation unit that is electrically connected to the excitation antenna and supplies a microwave signal and repeatedly sweeps the frequency of the microwave signal, and A detection unit having an amplifier circuit that is electrically connected to the detection antenna and amplifies the detected signal, and the detection unit is rotated in the measurement plane. Or a rotation mechanism that rotates, and a frequency sweep by the sweep unit that is electrically connected to the oscillation unit and the detection unit and is rotated or rotated by the rotation mechanism, and each frequency sweep is performed from the output of the detection unit. A control / calculation unit that detects the resonance frequency and obtains the dielectric anisotropy of the sample from the correspondence between the rotation angle of the detection unit and the resonance frequency is provided.
The rotation mechanism rotates or rotates not only the detection unit but also the oscillation unit and the detection unit as a unit.

また、本発明の配向測定方法は、1個の誘電体共振器、前記誘電体共振器の測定平面を除いて前記誘電体共振器を実質的に覆う導電性材料からなるシールドケース、前記シールドケースの内側に配置され前記誘電体共振器に一方向成分をもつ電界ベクトルを発生させる励振用アンテナ及び前記シールドケースの内側に配置され前記誘電体共振器による透過エネルギー又は反射エネルギーを検出する検出用アンテナからなる検出部、前記励振用アンテナに電気的に接続されマイクロ波信号を供給するとともにそのマイクロ波信号の周波数を繰返し掃引する発振部、並びに前記検出用アンテナに電気的に接続され検出した信号を増幅する増幅回路を備えた検波部を備えた測定装置を使用し、前記誘電体共振器の測定平面を試料に接近又は接触するように試料の一面側のみに配置し、前記検出部、発振部及び検波部を一体として前記測定平面内で回転又は回動させ、前記検出部の回転中又は回動中に前記掃引部による周波数掃引を繰り返えし、前記検波部の出力から各周波数掃引における共振周波数を検出するとともに、前記検出部の回転角度と共振周波数との対応関係から試料の誘電率異方性を求めるようにする。   Further, the orientation measurement method of the present invention includes one dielectric resonator, a shield case made of a conductive material that substantially covers the dielectric resonator except for a measurement plane of the dielectric resonator, and the shield case An excitation antenna that is arranged inside the dielectric resonator and generates an electric field vector having a unidirectional component in the dielectric resonator, and a detection antenna that is arranged inside the shield case and detects transmitted energy or reflected energy by the dielectric resonator A detection unit comprising: an oscillation unit that supplies a microwave signal that is electrically connected to the excitation antenna and repeatedly sweeps the frequency of the microwave signal; and a signal that is electrically connected to the detection antenna and detected. Using a measuring device having a detection unit equipped with an amplifying circuit for amplifying, the measuring plane of the dielectric resonator approaches or contacts the sample In other words, it is arranged only on one surface side of the sample, and the detection unit, the oscillation unit, and the detection unit are integrally rotated or rotated in the measurement plane, and a frequency sweep is performed by the sweep unit while the detection unit is rotating or rotating. The resonance frequency in each frequency sweep is detected from the output of the detection unit, and the dielectric anisotropy of the sample is obtained from the correspondence between the rotation angle of the detection unit and the resonance frequency.

本発明の好ましい応用は、シート状の試料をその一面が誘電体共振器の測定平面に接近又は接触する位置に配置されるように維持しながら試料を走行させる試料供給機構をさらに備え、試料を走行させながらこの配向測定装置により試料の誘電率異方性を繰返し測定するオンライン測定装置である。   A preferred application of the present invention further includes a sample supply mechanism for moving the sample while maintaining the sheet-like sample in a position where one surface thereof approaches or contacts the measurement plane of the dielectric resonator. This is an on-line measuring device that repeatedly measures the dielectric anisotropy of a sample with this orientation measuring device while running.

図5に本発明をブロック図により概略的に示す。
誘電体共振器4に対し、励振用アンテナとして適当なマイクロ波用ロッドアンテナ(又はループアンテナ)2を誘電体共振器4に対して適当な位置に適当な方向で配置し、発振部としての発振器12からロッドアンテナ2に共振周波数に相当する所定周波数のマイクロ波信号を供給することにより、誘電体共振器4を共振させ、かつ誘電体共振器4から外部にしみだした電界ベクトルが存在する共振モードを作る。その共振モードとしては、誘電体共振器4の試料測定面4aが円形の場合にはHEMモード、矩形の場合はTMモード、TEモードなどがある。電界ベクトルの強度は誘電体共振器4から離れるにつれてほぼ指数関数的に減少していくが、誘電体共振器4から僅かな距離を離して、又は誘電体共振器4に接触させて試料10を置くことで、電磁的結合により試料10の誘電率に応じて共振周波数がシフトする。
FIG. 5 schematically shows the present invention in a block diagram.
A microwave rod antenna (or loop antenna) 2 suitable as an excitation antenna for the dielectric resonator 4 is disposed at an appropriate position in an appropriate direction with respect to the dielectric resonator 4, and an oscillator as an oscillation unit A resonance mode in which a microwave signal having a predetermined frequency corresponding to a resonance frequency is supplied from 12 to the rod antenna 2 to cause the dielectric resonator 4 to resonate and an electric field vector protruding from the dielectric resonator 4 to the outside exists. make. As the resonance mode, there are a HEM mode when the sample measurement surface 4a of the dielectric resonator 4 is circular, a TM mode, a TE mode, and the like when the sample is a rectangle. The intensity of the electric field vector decreases almost exponentially as the distance from the dielectric resonator 4 increases, but the sample 10 is moved away from the dielectric resonator 4 or brought into contact with the dielectric resonator 4. By placing, the resonance frequency shifts according to the dielectric constant of the sample 10 due to electromagnetic coupling.

誘電体発振器4から出たマイクロ波は検出用アンテナとしてのロッドアンテナ(又はループアンテナ)6により誘電体共振器4と磁気結合し、誘電体共振器4は共振状態となることができる。誘電体共振器4の電界ベクトルは試料10の面にほぼ平行な形で現われ、試料10のもつ双極子モーメントとの相互作用が起こる。   The microwave emitted from the dielectric oscillator 4 is magnetically coupled to the dielectric resonator 4 by a rod antenna (or loop antenna) 6 as a detection antenna, and the dielectric resonator 4 can be in a resonance state. The electric field vector of the dielectric resonator 4 appears in a form substantially parallel to the surface of the sample 10 and interaction with the dipole moment of the sample 10 occurs.

ロッドアンテナ6が検出するマイクロ波信号による共振曲線のQ値を高めるために、誘電体共振器4の測定平面4aを除いて誘電体共振器4を実質的に覆う導電性材料からなるシールドケース8が設けられている。
誘電体共振器4、ロッドアンテナ2,6及びシールドケース8は検出部を構成している。
In order to increase the Q value of the resonance curve by the microwave signal detected by the rod antenna 6, a shield case 8 made of a conductive material that substantially covers the dielectric resonator 4 except for the measurement plane 4a of the dielectric resonator 4. Is provided.
The dielectric resonator 4, the rod antennas 2 and 6, and the shield case 8 constitute a detection unit.

ここで、誘電体共振器4の試料測定面4aを試料10に接近又は接触させた状態を維持しつつ、試料10と誘電体共振器4とのなす角を変化させ、検波部としての検波器14に現われるマイクロ波強度をその回転角度に対応して検出することにより、その強度の角度依存性から配向状態を求めることができる。コントローラ16は発振器12から発生するマイクロ波の周波数を制御し、検波器14によるマイクロ波強度を取り込む。コンピュータ18はデータ処理装置としての機能を果たし、コントローラ16からの信号を受け、検出されたマイクロ波強度の角度依存性から配向状態を求める。コントローラ16とコンピュータ18は制御/演算部を実現するものである。   Here, the angle between the sample 10 and the dielectric resonator 4 is changed while maintaining the state in which the sample measurement surface 4a of the dielectric resonator 4 is close to or in contact with the sample 10, thereby detecting the detector as a detector. By detecting the microwave intensity appearing at 14 corresponding to the rotation angle, the orientation state can be obtained from the angular dependence of the intensity. The controller 16 controls the frequency of the microwave generated from the oscillator 12 and takes in the microwave intensity from the detector 14. The computer 18 functions as a data processing device, receives a signal from the controller 16, and obtains the orientation state from the angle dependency of the detected microwave intensity. The controller 16 and the computer 18 implement a control / arithmetic unit.

試料10と誘電体共振器4とのなす角を変化させるには、試料10を試料10と誘電体共振器4との平行面内で回転又は回動させるか、誘電体共振器4を試料10と誘電体共振器4との平行面内で回転又は回動させるかのいずれかである。   In order to change the angle formed between the sample 10 and the dielectric resonator 4, the sample 10 is rotated or rotated in the parallel plane between the sample 10 and the dielectric resonator 4, or the dielectric resonator 4 is moved to the sample 10. And rotating in a plane parallel to the dielectric resonator 4.

図6に、誘電体共振器4を試料10と誘電体共振器4との平行面内で回転させる場合の一例を示す。誘電体共振器4、ロッドアンテナ2,6及びシールドケース8からなる検出部を発振器12に取り付け、発振器12及び検波器14を検出部とともに回転又は回動させる。発振器12は発生するマイクロ波信号の周波数を繰返し掃引する掃引回路を備えており、検波器14は検出した信号を増幅する増幅回路を備えている。発振器12にはスリップリング20を介してAC100ボルト電源を供給する。スリップリング20は互いに接触して電気的接続を維持する固定端子と回転端子とを備えた回転機構の一例であり、回転端子は発振器12及び検波器14に電気的に接続され、固定端子はコンピュータ18に電気的に接続されている。回転駆動系としては、例えばステッピングモータのようなモータ22を用い、コンピュータ18で入力パルスをコントロールすることにより、回転速度の調節が可能な機構を設ける。試料10に対して誘電体共振器4がなす角度の情報は、モータ22に設けられた角度検出機構により検知され、コンピュータ18へと転送される。   FIG. 6 shows an example in which the dielectric resonator 4 is rotated in a parallel plane between the sample 10 and the dielectric resonator 4. A detection unit including the dielectric resonator 4, the rod antennas 2 and 6, and the shield case 8 is attached to the oscillator 12, and the oscillator 12 and the detector 14 are rotated or rotated together with the detection unit. The oscillator 12 includes a sweep circuit that repeatedly sweeps the frequency of the generated microwave signal, and the detector 14 includes an amplifier circuit that amplifies the detected signal. The oscillator 12 is supplied with AC 100 volt power via a slip ring 20. The slip ring 20 is an example of a rotating mechanism having a fixed terminal and a rotating terminal that are in contact with each other and maintain an electrical connection. The rotating terminal is electrically connected to the oscillator 12 and the detector 14, and the fixed terminal is a computer. 18 is electrically connected. As the rotation drive system, for example, a motor 22 such as a stepping motor is used, and a mechanism capable of adjusting the rotation speed by controlling the input pulse by the computer 18 is provided. Information on the angle formed by the dielectric resonator 4 with respect to the sample 10 is detected by an angle detection mechanism provided in the motor 22 and transferred to the computer 18.

さらに、配向測定の原理を説明する。誘電体共振器において、透過マイクロ波強度と周波数との間には図7(A)に示されるような関係がある。この共振カーブをQカーブと呼ぶ。Qカーブは、試料が置かれることによって、以下の関係により変化する。

Figure 2009042007
Further, the principle of orientation measurement will be described. In a dielectric resonator, there is a relationship as shown in FIG. 7A between transmitted microwave intensity and frequency. This resonance curve is called a Q curve. The Q curve changes according to the following relationship by placing the sample.
Figure 2009042007

その変化を示したのが図7(B)である。試料が誘電体共振器の試料測定面と対向する平面内に異方性をもつ場合、試料又は誘電体共振器をその平面に平行な面内で回転させると、例えば図8(A)のように、誘電体共振器に対する試料の相対的な回転角度位置(S)ごとにQカーブのピーク周波数(共振周波数)が変化する。   FIG. 7B shows the change. When the sample has anisotropy in a plane facing the sample measurement surface of the dielectric resonator, when the sample or the dielectric resonator is rotated in a plane parallel to the plane, for example, as shown in FIG. In addition, the peak frequency (resonance frequency) of the Q curve changes for each relative rotation angle position (S) of the sample with respect to the dielectric resonator.

配向測定の第1の方法では、この回転の中で、例えば最も高周波側にシフトしたQカーブにおいて、そのピーク周波数での透過マイクロ波検出強度をIとし、高周波側での検出強度がI/2となる周波数をf1とする。周波数f1での各回転角度の透過マイクロ波検出強度は、図8(B)の断面として示されるものである。それを回転角度Sを横軸にして書き直すと、図9(A)に示されるようになる。さらにそれを極座標系に書き直すと、図9(B)のように楕円となり、この結果から配向角度(φ)及び配向度(a/b)を求めることができる。aはその楕円の長軸長さ、bは単軸長さである。 In the first method of orientation measurement, in this rotation, for example, in the Q curve shifted to the highest frequency side, the transmission microwave detection intensity at the peak frequency is I, and the detection intensity on the high frequency side is I / 2. Let f 1 be the frequency at which The transmission microwave detection intensity at each rotation angle at the frequency f 1 is shown as a cross section in FIG. When it is rewritten with the rotation angle S as the horizontal axis, it is as shown in FIG. Furthermore, when it is rewritten in the polar coordinate system, it becomes an ellipse as shown in FIG. 9B, and the orientation angle (φ) and the orientation degree (a / b) can be obtained from this result. a is the major axis length of the ellipse, and b is the uniaxial length.

オンライン測定の場合高速性が要求されるため、誘電体共振器を回転するような方法をとった場合、その回転時間の間に測定対象が移動してしまうが、試料に対し誘電体共振器の電界ベクトルが成す角度を高速で変化させ、角度に応じた共振周波数を測定し、その複数個のデータから配向パターンを得るようにすれば高速測定が可能となる。   Since high speed is required for on-line measurement, when the method of rotating the dielectric resonator is taken, the measurement object moves during the rotation time. If the angle formed by the electric field vector is changed at high speed, the resonance frequency corresponding to the angle is measured, and the orientation pattern is obtained from the plurality of data, high-speed measurement is possible.

配向測定の第2の方法では、ブランク時の共振周波数と試料があるときの共振周波数との差をシフト量とし、それをΔfで表わす。試料が配向している場合、誘電率の異方性があるので、共振周波数は相対的な回転角度位置によって変化し、したがってΔfも変化する。Δfが最も大きくなる回転角度が誘電率最大の方向となり、繊維又は分子鎖が配向している方向となる。Δfを極座標系に書き直すと、図10のような配向パターンが得られる。図10において、MD(Machine Direction)方向はオンライン測定の場合は試料の走行方向であり、この方向を基準方向とする。MTは基準方向に直交する方向で、オンライン測定の場合は試料の幅方向である。φ(基準方向と誘電率最大の方向とのなす角度)は配向角度を表し、長軸aと短軸bの差又はそれを長軸aもしくは短軸bで除したものは異方性の程度を表す。   In the second method of orientation measurement, the difference between the resonance frequency when blanking and the resonance frequency when there is a sample is used as a shift amount, and this is represented by Δf. When the sample is oriented, since there is anisotropy of dielectric constant, the resonance frequency changes depending on the relative rotation angle position, and thus Δf also changes. The rotation angle at which Δf is the largest is the direction with the maximum dielectric constant, and the direction in which the fibers or molecular chains are oriented. When Δf is rewritten in the polar coordinate system, an orientation pattern as shown in FIG. 10 is obtained. In FIG. 10, the MD (Machine Direction) direction is the sample traveling direction in the case of online measurement, and this direction is taken as the reference direction. MT is a direction orthogonal to the reference direction, and in the case of online measurement, it is the width direction of the sample. φ (angle formed between the reference direction and the maximum dielectric constant) represents the orientation angle, and the difference between the major axis a and the minor axis b or the value obtained by dividing it by the major axis a or the minor axis b is the degree of anisotropy. Represents.

実際の電気信号処理系を図11に示す。励振用アンテナに電気的に接続されマイクロ波信号を供給するとともにそのマイクロ波信号の周波数を繰返し掃引する発振部としてのマイクロ波掃引発振器(スイーパ)30から出たマイクロ波信号が可変アッテネータ32及びアイソレータ34を経て励振用アンテナ(図示略)を介して誘電体共振器4に供給される。誘電体共振器4を透過したマイクロ波信号強度は検出用アンテナ(図示略)で検出され、検波ダイオード36で電圧に変換される。マイクロ波掃引発振器30と励振用アンテナの間に挿入された可変アッテネータ32は量可変信号減衰器/増幅手段であり、誘電体共振器4に供給するマイクロ波信号強度を調整するものである。図5中のコントローラ16に該当するマイクロコンピュータ16aが、検出された共振ピークレベルを別途設定された目標共振ピークレベルと比較し目標共振ピークレベルに近づくように可変アッテネータ32に対しその減衰度又は増幅度を変える信号を送って制御する。増幅器及びアナログ/デジタル変換回路部38の入力範囲内の最大値に近い値に目標共振ピークレベル電圧を設定することが望ましい。これはアナログ/デジタル変換回路の入力範囲のできるだけ大きい値をとることによってダイナミックレンジを広くとれるので、精度が向上するということであり、最大値より若干下げておくことでオーバーシュート時のマージンを残すという趣旨である。   An actual electrical signal processing system is shown in FIG. A microwave signal emitted from a microwave sweep oscillator (sweeper) 30 as an oscillating unit that is electrically connected to an excitation antenna and supplies a microwave signal and repeatedly sweeps the frequency of the microwave signal is converted into a variable attenuator 32 and an isolator. 34, and supplied to the dielectric resonator 4 via an excitation antenna (not shown). The intensity of the microwave signal transmitted through the dielectric resonator 4 is detected by a detection antenna (not shown) and converted into a voltage by the detection diode 36. A variable attenuator 32 inserted between the microwave sweep oscillator 30 and the excitation antenna is a variable amount signal attenuator / amplifier and adjusts the intensity of the microwave signal supplied to the dielectric resonator 4. The microcomputer 16a corresponding to the controller 16 in FIG. 5 compares the detected resonance peak level with a separately set target resonance peak level, and attenuates or amplifies the variable attenuator 32 so as to approach the target resonance peak level. Control by sending a signal to change the degree. It is desirable to set the target resonance peak level voltage to a value close to the maximum value within the input range of the amplifier and analog / digital conversion circuit unit 38. This means that the dynamic range can be widened by taking as large a value as possible in the input range of the analog / digital converter circuit, which means that the accuracy is improved, and a margin at the time of overshoot is left by slightly lowering the maximum value. That is the purpose.

アイソレータ34は、順方向にはマイクロ波を伝送させ、逆方向のマイクロ波は吸収する2ポート非相反受動回路デバイスである。アイソレータ34の使用により反射波を容易に取り除くことができる。   The isolator 34 is a two-port nonreciprocal passive circuit device that transmits microwaves in the forward direction and absorbs microwaves in the reverse direction. By using the isolator 34, the reflected wave can be easily removed.

検波ダイオード36からの電圧を増幅器及びA/D変換器38で増幅しA/D変換し、ピーク検出回路40によってピーク位置が検出される。マイクロコンピュータ16aからの制御によるマイクロ波掃引発振器30による周波数の掃引は一定の周期で繰り返され、かつ掃引中のみハイレベルとなる同期信号が同時にマイクロ波掃引発振器30から出ているため、この同期信号がハイレベルになる瞬間から透過強度が最大値をとるまでの時間をマイクロコンピュータ16aで測定すれば、共振周波数が求められる。   A voltage from the detection diode 36 is amplified by an amplifier and an A / D converter 38 and A / D converted, and a peak position is detected by a peak detection circuit 40. The frequency sweeping by the microwave sweep oscillator 30 under the control of the microcomputer 16a is repeated at a constant cycle, and a synchronization signal that is at a high level only during the sweep is simultaneously output from the microwave sweep oscillator 30. If the microcomputer 16a measures the time from when the signal becomes high level until the transmission intensity reaches the maximum value, the resonance frequency can be obtained.

マイクロコンピュータ16aで求められた共振周波数はパーソナルコンピュータ18aに送られる。パーソナルコンピュータ18aは誘電体共振器4の回転又は回動を制御するとともに、その回転角度とマイクロコンピュータ16aから送られた共振周波数との関係から試料の配向性を求める。マイクロコンピュータ16aとパーソナルコンピュータ18aは制御/演算部を実現するものである。   The resonance frequency obtained by the microcomputer 16a is sent to the personal computer 18a. The personal computer 18a controls the rotation or rotation of the dielectric resonator 4, and obtains the orientation of the sample from the relationship between the rotation angle and the resonance frequency sent from the microcomputer 16a. The microcomputer 16a and the personal computer 18a implement a control / arithmetic unit.

図11の電気信号処理系に回転機構を含めた全体の構成を示すと、図12又は図13に示されるようになる。図12の構成では、回転機構はスリップリング20である。スリップリング20は固定端子が設けられ回転しないように設置されたステータと、回転端子が設けられステータに対して回転させられるロータとを備えており、固定端子と回転端子は互いに接触して電気的接続を維持している。スリップリング20のロータには誘電体共振器4を含む検出部のほか、発振器12(実施例としてはマイクロ波掃引発振器30)、可変アテネータ32、検波ダイオード36、及び増幅回路38aが搭載されて一体として回転させられるようになっている。電気的な接続では発振器12と増幅回路38aはロータに設けられた回転端子に接続されている。一方、パーソナルコンピュータ18a、電源42、及びA/D変換器38aがステータに設けられた固定端子に接続され、スリップリング20の固定端子と回転端子の接触を通じてパーソナルコンピュータ18aと電源42が発振器12に接続され、増幅回路38aとA/D変換器38aが接続されている。   The entire configuration including the rotation mechanism in the electric signal processing system of FIG. 11 is as shown in FIG. 12 or FIG. In the configuration of FIG. 12, the rotation mechanism is a slip ring 20. The slip ring 20 includes a stator that is provided with a fixed terminal so as not to rotate, and a rotor that is provided with a rotation terminal and is rotated with respect to the stator. Stay connected. In addition to the detection unit including the dielectric resonator 4, the rotor of the slip ring 20 includes an oscillator 12 (a microwave sweep oscillator 30 as an example), a variable attenuator 32, a detection diode 36, and an amplifier circuit 38a. Can be rotated as In electrical connection, the oscillator 12 and the amplifier circuit 38a are connected to a rotation terminal provided on the rotor. On the other hand, the personal computer 18a, the power source 42, and the A / D converter 38a are connected to a fixed terminal provided on the stator, and the personal computer 18a and the power source 42 are connected to the oscillator 12 through contact between the fixed terminal of the slip ring 20 and the rotating terminal. The amplifier circuit 38a and the A / D converter 38a are connected.

図12ではスリップリング20を介して電気的な接続がなされるが、発振器12がスリップリング20のロータに搭載されて検出部とともに回転させられるため、マイクロ波信号の伝送路に固定端子と回転端子の接触部分が介在することがなく、ノイズの発生を抑えることができる。また、増幅回路38aとA/D変換器38aの間に固定端子と回転端子の接触部分が介在するが、その部分を通過するアナログ信号は増幅されているので、増幅される前のアナログ信号の伝送路に固定端子と回転端子の接触部分が介在するのに比べると、S/N比の低下を抑えることができる。   In FIG. 12, electrical connection is made via the slip ring 20, but since the oscillator 12 is mounted on the rotor of the slip ring 20 and rotated together with the detection unit, a fixed terminal and a rotary terminal are provided in the transmission path of the microwave signal. The contact portion is not interposed, and the generation of noise can be suppressed. Further, a contact portion between the fixed terminal and the rotation terminal is interposed between the amplifier circuit 38a and the A / D converter 38a. Since the analog signal passing through the portion is amplified, the analog signal before amplification is amplified. Compared with the contact portion between the fixed terminal and the rotating terminal interposed in the transmission line, it is possible to suppress a decrease in the S / N ratio.

図13の構成は図12の構成と比較すると、A/D変換器38aもスリップリング20のロータに搭載されて一体として回転させられるようになっている点で異なる。この場合は、A/D変換器38aとピーク検出回路40の間に固定端子と回転端子の接触部分が介在するが、その部分を通過するのはデジタル信号であるので、その場合も増幅される前のアナログ信号の伝送路に固定端子と回転端子の接触部分が介在するのに比べると、S/N比の低下を抑えることができる。   The configuration of FIG. 13 is different from the configuration of FIG. 12 in that the A / D converter 38a is also mounted on the rotor of the slip ring 20 and rotated as a unit. In this case, a contact portion between the fixed terminal and the rotation terminal is interposed between the A / D converter 38a and the peak detection circuit 40. Since the portion that passes through this portion is a digital signal, it is also amplified in that case. Compared with the case where the contact portion between the fixed terminal and the rotating terminal is interposed in the previous analog signal transmission path, it is possible to suppress a decrease in the S / N ratio.

図14はBwMHzの周波数範囲をt1sec(秒)で掃引する場合のタイムチャートである。T2secの間隔でBwMHzの周波数範囲の掃引をt1secで繰り返していく。 FIG. 14 is a time chart when the Bw MHz frequency range is swept at t 1 sec (seconds). The sweep of the Bw MHz frequency range is repeated at t 1 sec at intervals of T 2 sec.

誘電体共振器の固体差に無関係な方法で、オンライン測定に代表されるように、短時間にシート状物質の配向を測定しようとする場合は、以上のように1個の誘電体共振器を用い、試料に対し誘電体共振器の電界ベクトルがなす角度をできるだけ高速で変化させ、短時間に各角度での共振周波数シフトのデータを収集することが必要である。   When measuring the orientation of a sheet-like material in a short time, as represented by on-line measurement, in a method irrelevant to the individual difference of dielectric resonators, one dielectric resonator is used as described above. It is necessary to collect the data of the resonance frequency shift at each angle in a short time by changing the angle formed by the electric field vector of the dielectric resonator with respect to the sample as fast as possible.

ここで、試料による共振周波数シフト量の測定について、図15のフローチャートを用いて説明する。ステップS1で試料のない状態(ブランク)について共振周波数F0を測定しておく。ステップS2で試料の共振周波数Fsを測定し、ステップS3でブランク時と試料がある状態での共振周波数の差Δf(=F0−Fs)を計算する。以上のステップにより、試料における共振周波数シフト量Δfを得る。 Here, the measurement of the resonance frequency shift amount by the sample will be described with reference to the flowchart of FIG. In step S1, the resonance frequency F 0 is measured in a state where there is no sample (blank). In step S2, the resonance frequency F s of the sample is measured, and in step S3, a difference Δf (= F 0 −F s ) between the resonance frequency in the blank state and the state where the sample is present is calculated. Through the above steps, the resonance frequency shift amount Δf in the sample is obtained.

試料と誘電体共振器がなす角度に対し、試料の周波数シフト量を測定するためのマイクロ波周波数掃引に伴なう共振カーブを極座標表示した図を図14に示す。t1、t2[sec]時間における試料のMD方向に対する誘電体共振器の角度変化量はそれぞれθ1、θ2となる。マイクロ波掃引時間t1[sec]、掃引が終了し次の掃引が始まるまでの時間がt2[sec]であるマイクロ波掃引発振機を用い、上記角度が0度のときに掃引を開始したとする。ピーク位置検出を開始してから次の掃引が開始されるまでの時間はt1+t2となる。 FIG. 14 shows a polar coordinate display of the resonance curve associated with the microwave frequency sweep for measuring the frequency shift amount of the sample with respect to the angle formed by the sample and the dielectric resonator. The amount of change in the angle of the dielectric resonator with respect to the MD direction of the sample at time t 1 and t 2 [sec] is θ 1 and θ 2 , respectively. Using a microwave sweep oscillator with a microwave sweep time t 1 [sec] and a time t 2 [sec] from the end of the sweep to the start of the next sweep, the sweep was started when the angle was 0 degrees And The time from the start of peak position detection to the start of the next sweep is t 1 + t 2 .

試料のMD方向に対する誘電体共振器の角度が0度のときに掃引を開始しているので、n回目の掃引が終了されるまでの時間をTnとすると、
1=t1[sec]
2=t1+t2+t1=2t1+t2[sec]

n=nt1+(n−1)t2[sec]
の関係を得る。
Since the angle of the dielectric resonators with respect to MD direction of the sample is started sweeping at 0 degrees and the time until the n-th sweep is terminated and T n,
T 1 = t 1 [sec]
T 2 = t 1 + t 2 + t 1 = 2t 1 + t 2 [sec]
...
T n = nt 1 + (n−1) t 2 [sec]
Get a relationship.

同様にして、n回目の掃引が終了されたときの、試料のMD方向に対する誘電体共振器の角度をAnとすると
1=θ1
2=θ1+θ2+θ1=2θ1+θ2

n=nθ1+(n−1)θ2
と表記される。TnとAnとが対応することとなる。
ただし、θ1及びθ2はできるだけ0度に近いことが望ましい。
Similarly, when the n-th sweep is terminated, when the angle of the dielectric resonators with respect to MD direction of the sample and A n A 1 = θ 1
A 2 = θ 1 + θ 2 + θ 1 = 2θ 1 + θ 2
...
A n = nθ 1 + (n -1) θ 2
It is written. And T n and A n is the corresponding.
However, it is desirable that θ 1 and θ 2 be as close to 0 degrees as possible.

試料に対する誘電体共振器の角度Aに対応した、試料における共振周波数シフト量Δfの測定を行い、Aに対してΔfを極座標表示すれば、試料の配向性を表すパターンを得ることができる。そこで、配向パターンを得るための方法として、試料に対して誘電体共振器を回転させる方法及びスイングさせる方法の2例を示す。   If the resonance frequency shift amount Δf in the sample corresponding to the angle A of the dielectric resonator with respect to the sample is measured and Δf is displayed in polar coordinates with respect to A, a pattern representing the orientation of the sample can be obtained. Thus, two examples of a method for obtaining an orientation pattern are shown: a method of rotating a dielectric resonator with respect to a sample and a method of swinging.

(実施の形態1)
まず、生産された試料が走行しており、その走行中の試料に接近して又は接触して誘電体共振器が配置され、試料に対して誘電体共振器が角速度一定で回転し、繊維配向性をオンラインで測定する場合を考える。図16(A),(B)のように、試料のMD方向に対する誘電体共振器の角度をθとする。
(Embodiment 1)
First, the produced sample is running, and the dielectric resonator is placed close to or in contact with the running sample, and the dielectric resonator rotates at a constant angular velocity with respect to the sample, and the fiber orientation Consider the case of measuring sex online. As shown in FIGS. 16A and 16B, the angle of the dielectric resonator with respect to the MD direction of the sample is θ.

試料に対する誘電体共振器の回転周期ごとに配向パターンを計算させる方法を、図17のフローチャートを用いて説明する。まずは簡単のため、回転数Nが1の場合を示す。ステップS11で、図15の共振周波数シフト量の測定法に従い、各角度における共振周波数シフト量Δfを計算する。ステップS12で回転数の識別を行う。試料に対する誘電体共振器の回転数は1であるので、試料のMD方向に対する誘電体共振器の角度Anが0度<An≦360度の範囲で繰り返しΔfの取得を続け、An>360度を満たした時点で1回転目は終了するので、ステップS13へ移行する。ステップS13では、1回転目で得られたデータ、つまり0度<An≦360度の範囲で得られたΔfを極座標表示する。極座標表示は図18のようになされ、An≦360度を満たす最後の掃引回数をmとしたとき、掃引回数が1回目からm回目までが、共振器の回転数1回目のデータとなる。すなわち、掃引回数m+1回目からが、共振器の回転数2回目のデータとなる。 A method for calculating the orientation pattern for each rotation period of the dielectric resonator with respect to the sample will be described with reference to the flowchart of FIG. First, for the sake of simplicity, the case where the rotation speed N is 1 is shown. In step S11, the resonance frequency shift amount Δf at each angle is calculated in accordance with the resonance frequency shift amount measurement method of FIG. In step S12, the rotational speed is identified. Since the rotation speed of the dielectric resonator relative to the sample is 1, angle A n is 0 degrees <A n ≦360_Donohan'idekurikaeshiderutafnoshutokuotsuzuke,A n of the dielectric resonator relative to the MD direction of the sample> Since the first rotation ends when 360 degrees is satisfied, the process proceeds to step S13. In step S13, the data obtained in the first rotation, that is, Δf obtained in the range of 0 ° <A n ≦ 360 ° is displayed in polar coordinates. The polar coordinates are displayed as shown in FIG. 18, and when the last sweep number satisfying A n ≦ 360 degrees is m, the number of sweep times from the first time to the m-th is data for the first rotation speed of the resonator. That is, the data of the second rotation number of the resonator is the data from the number of sweeps m + 1.

ステップS14では、得られたΔfのデータについて楕円近似を行い、ステップS15へと移行する。生データをそのまま表示させる場合はステップS14を飛ばしてもよい。ステップS15で、繊維配向性をあらわす配向パターンをコンピュータ上に表示させる。以上のステップにより、回転数が1の場合での配向パターンが導かれる。   In step S14, elliptical approximation is performed on the obtained Δf data, and the process proceeds to step S15. When displaying raw data as it is, step S14 may be skipped. In step S15, an orientation pattern representing fiber orientation is displayed on the computer. Through the above steps, an alignment pattern in the case where the rotational speed is 1 is derived.

続いて、試料に対する誘電体共振器の回転周期ごとに配向パターンを計算させる場合を一般化した、N回転目におけるフローチャート図を図19に示す。ステップS21では、図15の共振周波数シフト量の測定法に従い、各角度における共振周波数シフト量Δfを計算する。ステップS22で回転数の識別を行う。試料に対する誘電体共振器の回転数がNの時、N回転目(Nは正の整数)でのAnが360(N−1)度<An≦360N度の範囲で繰り返しΔfの取得を続け、An>360N度を満たした時点でステップ3へ移行する。ステップS23では、1回転目で得られたデータ、つまり360(N−1)度<An≦360N度の範囲で得られたΔfを極座標表示する。ステップS24では、得られたΔfのデータについて楕円近似を行い、ステップS25へと移行する。生データをそのまま表示させる場合はステップS24を飛ばしてもよい。ステップS25で、繊維配向性をあらわす配向パターンをコンピュータ上に表示させる。以上のステップにより、回転数がNの場合での配向パターンが導かれる。 Subsequently, FIG. 19 shows a flowchart in the Nth rotation, generalizing the case where the orientation pattern is calculated for each rotation period of the dielectric resonator with respect to the sample. In step S21, the resonance frequency shift amount Δf at each angle is calculated in accordance with the resonance frequency shift amount measurement method of FIG. In step S22, the rotational speed is identified. When the rotational speed of the dielectric resonator of the N to the sample, N-th rotation (N is a positive integer) repeating acquisition of Δf in the range A n is 360 (N-1) degree <A n ≦ 360N degree in Subsequently, when A n > 360 N degrees is satisfied, the routine proceeds to step 3. In step S23, the data obtained in the first rotation, that is, Δf obtained in the range of 360 (N−1) degrees <A n ≦ 360 N degrees is displayed in polar coordinates. In step S24, ellipse approximation is performed on the obtained data of Δf, and the process proceeds to step S25. When displaying raw data as it is, step S24 may be skipped. In step S25, an orientation pattern representing fiber orientation is displayed on the computer. Through the above steps, an alignment pattern in the case where the rotation speed is N is derived.

角度Anについては、上記方法以外にも0度≦An<360度とし、Anが360度になったら0度にリセットする方法としてもよい。 The angle A n, other than the above method is 0 ° ≦ A n <360, may be a method of A n is reset to 0 degrees Once turned 360 degrees.

次に、N回転の周波数シフト量のデータの平均を用い、配向パターンを得る場合の例を挙げる。周波数シフト量のデータ平均を演算する際には
m=mθ1+(m−1)θ2=360度
と、m+1回目の掃引開始時に、1回目の掃引開始時の角度に戻るような角速度を選定すれば、試料に対する誘電体共振器の相対角度は回転数に依らなくなる。つまり、同じ相対角度を持つ周期が、掃引回数m回周期で現れればよい。
Next, an example in which an alignment pattern is obtained by using an average of frequency shift data of N rotations will be described. When calculating the data average of the frequency shift amount, A m = mθ 1 + (m−1) θ 2 = 360 degrees, so that the angular velocity returns to the angle at the start of the first sweep when the m + 1th sweep starts. Is selected, the relative angle of the dielectric resonator with respect to the sample does not depend on the rotational speed. In other words, a cycle having the same relative angle may appear with a cycle of m sweeps.

よって、試料のMD方向に対する誘電体共振器の相対角度を図20のようにφ(0度≦φ<360度)とすると、
φ1=A1の相対角度=Am+1の相対角度=A2m+1の相対角度=…=ANm+1の相対角度
φ2=A2の相対角度=Am+2の相対角度=A2m+2の相対角度=…=ANm+2の相対角度

φr=Arの相対角度=Am+rの相対角度=A2m+rの相対角度=…=ANm+rの相対角度
と、同じ相対角度を持つAはm周期で現れる。ここでrは0<r≦mを満たす正の整数で表され、相対角度Φの定義が0度≦φ<360度より、N回転の時
r=n−(N−1)m(nは掃引回数,rは0<r≦mを満たす正の整数)
と表すことができる。
Therefore, when the relative angle of the dielectric resonator with respect to the MD direction of the sample is φ (0 degree ≦ φ <360 degrees) as shown in FIG.
φ 1 = A 1 relative angle = A m + 1 relative angle = A 2m + 1 relative angle = ... = A Nm + 1 relative angle φ 2 = A 2 relative angle = A m + 2 relative angle = Relative angle of A 2m + 2 = ... = Relative angle of A Nm + 2 ...
φ r = A r relative angle = A m + r relative angle = A 2m + r relative angle =... = A Nm + r relative angle and A having the same relative angle appear in m cycles. Here, r is represented by a positive integer satisfying 0 <r ≦ m, and the definition of the relative angle Φ is 0 degree ≦ φ <360 degrees, and when N rotations, r = n− (N−1) m (n is Number of sweeps, r is a positive integer satisfying 0 <r ≦ m)
It can be expressed as.

1回転からN回転目までの周波数シフト量のデータ平均をもって、楕円パターンを演算する場合、相対角度φ1のポジションでは、
(A1のΔf+Am+1のΔf +A2m+1のΔf +…+ANm+1のΔf)/N
相対角度φ2のポジションでは
(A2のΔf + Am+2のΔf +A2m+2のΔf +…+ANm+2のΔf)/N

相対角度φrのポジションでは
(ArのΔf + Am+rのΔf +A2m+rのΔf +…+ANm+rのΔf)/N
とすれば、各相対角度におけるN回転ごとの周波数シフト量の平均が得られる。これを式で表すと、n回目の掃引が終了したとき、N回転あたりの相対角度ΦrでのΔf平均値は、回転回数をiで置き換えて

Figure 2009042007
(i=は正の整数)
と表記される。このように、各相対角度においてN回転あたりの周波数シフト量の平均を算出し、楕円パターンを計算すれば、外的要因などに依るデータのばらつきを抑えることができる。 With data mean frequency shift amount of up to N-th rotation from one rotation, when calculating the elliptical pattern, in position relative angle phi 1 is
(Δf of A 1 + Δf of A m + 1 + Δf of A 2m + 1 +... + Af of A Nm + 1 ) / N
Relative angle φ in 2 positions (the Delta] f + A m + 2 A 2 Δf + A 2m + 2 of Δf + ... + A Nm + 2 in Delta] f) / N
...
At the position of the relative angle φ r (Δf of A r + Δf of Am + r + Δf of A 2m + r + ... + Δf of A Nm + r ) / N
Then, the average of the frequency shift amount for every N rotations at each relative angle is obtained. When this is expressed by an equation, when the n-th sweep is completed, the Δf average value at the relative angle Φ r per N rotations is obtained by replacing the number of rotations with i.
Figure 2009042007
(I = is a positive integer)
It is written. In this way, by calculating the average frequency shift amount per N rotations at each relative angle and calculating the elliptical pattern, it is possible to suppress variation in data due to external factors and the like.

さらに、平均のとりかたについて幾つか例を挙げる。
(1)N回転ごとの平均を独立して出力する方法

Figure 2009042007
In addition, some examples of how to average are given.
(1) Method of independently outputting the average every N rotations
Figure 2009042007

(2)N+1回転目のデータを取得する際に1回目のデータを削除し、N個の平均を出力する積算方式(移動平均法)

Figure 2009042007
(2) Accumulation method (moving average method) in which the first data is deleted and N averages are output when acquiring N + 1 rotation data
Figure 2009042007

(3)さらには最新のデータに重み付けの処理を行う方式(荷重平均法)などが挙げられる。

Figure 2009042007
(3) Furthermore, a method of performing weighting processing on the latest data (weighted average method) can be used.
Figure 2009042007

周波数掃引を行ってΔfを求めたデータ数よりも多くデータ数を得るための方法としてデータ補間法を適用することができる。図21に示すように、Anの検出部回転角度で周波数掃引を行ってΔfを求め、(An+180°)の検出部回転角度位置でのΔfをAnの検出部回転角度位置でのΔfで補間する。これにより、実際に測定するデータ数の2倍のデータ数を得ることができ、求められる誘電率異方性の精度が向上する。 A data interpolation method can be applied as a method for obtaining more data than the number of data obtained by performing frequency sweep to obtain Δf. As shown in FIG. 21, seeking Δf by performing a frequency sweep by the detection unit rotation angle of the A n, the Δf in the detector rotation angle position of the detection unit rotation angle position of A n for (A n + 180 °) Interpolate with Δf. As a result, the number of data that is twice the number of data actually measured can be obtained, and the accuracy of the required dielectric anisotropy is improved.

(実施の形態2)
試料に対し誘電体共振器を回動(スイング)させる方式についても考え方はほぼ同じである。図22に示すように、試料のMD方向に対し、誘電体共振器の中心を基準として180度ごとに誘電体共振器をスイングする場合を例にとる。試料に対する誘電体共振器の角度変化の速度(角速度)の絶対値が一定で、上記角度が0度から掃引を開始し180度で折り返す場合を考える。t1、t2[sec]における試料に対する配向装置の角度変化を、後述の図26のようにそれぞれθ1、θ2とする。試料に対する誘電体共振器の角度が0度のときに掃引を開始していると、n回目の掃引が終了されるまでの時間Tnは、
1=t1[sec]
2=t1+t2+t1=2t1+t2[sec]

n=nt1+(n−1)t2[sec]
となる。
(Embodiment 2)
The concept of the method of rotating (swinging) the dielectric resonator with respect to the sample is almost the same. As shown in FIG. 22, the case where the dielectric resonator is swung every 180 degrees with respect to the MD direction of the sample with reference to the center of the dielectric resonator is taken as an example. Consider the case where the absolute value of the angular change rate (angular velocity) of the dielectric resonator with respect to the sample is constant, the angle starts sweeping from 0 degrees, and turns back at 180 degrees. Changes in the angle of the orientation device with respect to the sample at t 1 and t 2 [sec] are θ 1 and θ 2 , respectively, as shown in FIG. If the sweep is started when the angle of the dielectric resonator with respect to the sample is 0 degree, the time T n until the n-th sweep is finished is
T 1 = t 1 [sec]
T 2 = t 1 + t 2 + t 1 = 2t 1 + t 2 [sec]
...
T n = nt 1 + (n−1) t 2 [sec]
It becomes.

同様にして、n回目の掃引が終了されたときの、試料のMD方向に対する配向装置の角度をAnとすると
1=θ1
2=θ1+θ2+θ1=2θ1+θ2

n=nθ1+(n−1)θ2
と表記される。TnとAnとが対応することとなる。ただし、θ1及びθ2はできるだけ0度に近いことが望ましい。
Similarly, when the n-th sweep is terminated, when the angle of the orientation device for MD direction of the sample and A n A 1 = θ 1
A 2 = θ 1 + θ 2 + θ 1 = 2θ 1 + θ 2
...
A n = nθ 1 + (n−1) θ 2
It is written. And T n and A n is the corresponding. However, it is desirable that θ 1 and θ 2 be as close to 0 degrees as possible.

試料に対する誘電体共振器のスイング周期ごとに配向パターンを計算させる場合のフローチャートを図23に示す。ステップS31では、図15の共振周波数シフト量の測定法に従い、各角度における共振周波数シフト量Δfを計算する。ステップS32でスイング数の識別を行う。試料のMD方向に対する誘電体共振器の角度Anが0度<An<180度を満たしている場合は繰り返しΔfの取得を続け、Anが0度又は180度になったときにステップS33でスイングの角速度の符号を反転させる。ステップS34で、N回目のスイング中に得られた0度<An<180度におけるΔfを用い、An+180度のデータを補間する。ステップS35では、ステップ4で得られたΔfのデータを図24のように極座標表示する。 FIG. 23 shows a flowchart for calculating the orientation pattern for each swing period of the dielectric resonator with respect to the sample. In step S31, the resonance frequency shift amount Δf at each angle is calculated in accordance with the resonance frequency shift amount measurement method of FIG. In step S32, the number of swings is identified. If the angle A n of the dielectric resonators with respect to MD direction of the sample meets 0 degrees <A n <180 continues to acquire repeated Delta] f, the step S33 when the A n is 0 or 180 degrees To reverse the sign of the angular velocity of the swing. In step S34, using Δf at 0 degree <A n <180 degrees obtained during the N-th swing, data of A n +180 degrees is interpolated. In step S35, the data of Δf obtained in step 4 is displayed in polar coordinates as shown in FIG.

ステップS36では、得られたΔfについて楕円近似を行い、ステップS37へと移行する。生データをそのまま表示させる場合はステップS36を飛ばしてもよい。ステップS37で、繊維配向性をあらわす配向パターンをコンピュータ上に表示させる。以上のステップにより、回転数がNの場合での配向パターンが導かれる。   In step S36, ellipse approximation is performed on the obtained Δf, and the process proceeds to step S37. When displaying raw data as it is, step S36 may be skipped. In step S37, an orientation pattern representing fiber orientation is displayed on the computer. Through the above steps, an alignment pattern in the case where the rotation speed is N is derived.

次に、試料MD方向に対し誘電体共振器の中心を基準として180度ごとに誘電体共振器をスイングさせる方式において、N回転の周波数シフト量のデータの平均を用い配向パターンを得る場合の例を挙げる。周波数シフト量のデータ平均を演算する際には、回転方式で周波数シフト量のデータ平均を演算する場合と同様に、スイングの回数に依らずに、試料に対する誘電体共振器の角度が一定であることが望ましい。これを解決する方法の1例を挙げる。   Next, in the method of swinging the dielectric resonator every 180 degrees with respect to the sample MD direction as a reference, the orientation pattern is obtained using the average of the frequency shift amount data of N rotations. Give up. When calculating the data average of the frequency shift amount, the angle of the dielectric resonator with respect to the sample is constant regardless of the number of swings, as in the case of calculating the data average of the frequency shift amount by the rotation method. It is desirable. An example of a method for solving this will be given.

1、t2[sec]における試料に対する配向装置の角度変化をそれぞれθ1、θ2とし、スイング開始から180度スイングするまでを1スイングとし、その後180度折り返すごとにスイング数は1増加する。試料に対する誘電体共振器の角度が一定であるためには、図25のようにm回目のデータ取得後に、m+1回目の掃引開始時における試料MD方向に対する誘電体共振器の角度がm回目の掃引終了時のそれと一致するように折り返せばよい。そのためには、図26に示されるように、試料MD方向に対する配向装置の角度がθ2/2度のときに掃引を開始し、なおかつm回目の掃引終了時の角度が180−θ2/2度であればよいこととなる。これらの条件を踏まえると、n回目の掃引が終了されるまでの時間Tnは、
0=(t2/2)[sec]
1=(t2/2)+t1[sec]
2=(t2/2)+t1+t2+t1=2t1+(3/2)t2[sec]

n=nt1+(n−1/2)t2[sec]
となる。
The angle changes of the alignment apparatus with respect to the sample at t 1 and t 2 [sec] are θ 1 and θ 2 , respectively, and one swing is performed from the start of the swing to 180 degrees, and then the number of swings is increased by 1 every time it is turned 180 degrees. . In order for the angle of the dielectric resonator to the sample to be constant, as shown in FIG. 25, after the m-th data acquisition, the angle of the dielectric resonator with respect to the sample MD direction at the start of the m + 1-th sweep is the m-th sweep. Wrap it up to match that at the end. For this purpose, as shown in FIG. 26, the angle of orientation device for the sample MD direction starts sweeping at theta 2/2 degrees, yet the angle of the sweep at the end of the m-th 180-θ 2/2 If it is a degree, it will be sufficient. Given these conditions, time T n up to the n-th of the sweep is completed,
T 0 = (t 2/2 ) [sec]
T 1 = (t 2/2 ) + t 1 [sec]
T 2 = (t 2/2 ) + t 1 + t 2 + t 1 = 2t 1 + (3/2) t 2 [sec]
...
T n = nt 1 + (n−1 / 2) t 2 [sec]
It becomes.

同様にして、n回目の掃引が終了されたときの、試料のMD方向に対する配向装置の角度をAnとすると
0=(θ2/2)
1=(θ2/2)+θ1
2=(θ2/2)+θ1+θ2+θ1=2θ1+(3/2)θ2

n=nθ1+(n−1/2)θ2
と表記される。TnとAnとが対応することとなる。ただし、θ1及びθ2はできるだけ0度に近いことが望ましい。
Similarly, when the n-th sweep is terminated, when the angle of the orientation device for MD direction of the sample and A n A 0 = (θ 2 /2)
A 1 = (θ 2/2 ) + θ 1
A 2 = (θ 2/2 ) + θ 1 + θ 2 + θ 1 = 1 + (3/2) θ 2
...
A n = nθ 1 + (n−1 / 2) θ 2
It is written. And T n and A n is the corresponding. However, it is desirable that θ 1 and θ 2 be as close to 0 degrees as possible.

よって、m回目のデータ取得後に、m+1回目の掃引開始時における試料MD方向に対する誘電体共振器の角度がm回目の掃引終了時のそれと一致するための条件は、
m+(θ2/2)
=mθ1+(m−1/2)θ2+(θ2/2)
=m(θ1+θ2
=180度(m:正の整数)
となる。
Therefore, after the m-th data acquisition, the condition for the angle of the dielectric resonator with respect to the sample MD direction at the start of the m + 1-th sweep to coincide with that at the end of the m-th sweep is:
A m + (θ 2/2 )
= Mθ 1 + (m-1 /2) θ 2 + (θ 2/2)
= M (θ 1 + θ 2 )
= 180 degrees (m: positive integer)
It becomes.

m回目のデータ取得後に始めてAmが180度を超え、折り返し逆方向にスイングするとき、試料のMD方向に対する誘電体共振器の相対角度を図27のようにφ(0度≦φ≦180度)とする。スイング開始からAmが180度までを1スイングとし、その後180度折り返すごとにスイング数は1増加するので、スイング回数をNとすると、
φ1=A1の相対角度=A2mの相対角度=A2m+1の相対角度=A4mの相対角度=A4m+1の相対角度=…=ANmの相対角度=ANm+1の相対角度
φ2=A2の相対角度=A2m-1の相対角度=A2m+2の相対角度=A4m-1の相対角度=A4m+2の相対角度=…=ANm-1の相対角度=ANm+2の相対角度

φr=Arの相対角度=ANm-(r-1)の相対角度(N=偶数)=A(N-1)m+rの相対角度(N=奇数)
となる。ここで、相対角度Φは0度≦Φ≦180度より、rは0<r≦mを満たす正の整数として
r=n−(N−1)m(Nが奇数)
r=Nm−n+1(Nが偶数)
(nは掃引回数,rは0<r≦mを満たす正の整数)
となる。
beyond the A m is 180 degrees began to m-th data after acquisition, when swinging the folding opposite direction and phi (0 ° ≦ phi ≦ 180 degrees as shown in FIG. 27 the relative angle of the dielectric resonators with respect to MD direction of the sample ). From the swing start A m is up to 180 degrees and 1 swing, since the swing speed is increased by one each time the wrap then 180 degrees, when the swing times is N,
phi 1 = A 1 relative angle = A 2m relative angle = A 2m + 1 relative angle = A 4m relative angle = A 4m + 1 relative angle = ... = a A Nm relative angle = A Nm + 1 relative angle phi 2 = a 2 relative angle = a 2m-1 relative angle = a 2m + 2 relative angle = a 4m-1 relative angle = a 4m + 2 relative angle = ... = a Nm-1 of Relative angle = A Nm + 2 relative angle ...
phi r = A r relative angle = A relative angle Nm (r-1) (N = an even number) = A (N-1) m + r relative angle (N = an odd number)
It becomes. Here, the relative angle Φ is 0 degree ≦ Φ ≦ 180 degrees, and r is a positive integer satisfying 0 <r ≦ m. R = n− (N−1) m (N is an odd number)
r = Nm-n + 1 (N is an even number)
(N is the number of sweeps, r is a positive integer that satisfies 0 <r ≦ m)
It becomes.

上記の関係を利用して、スイング回数N回ごとの周波数シフト量のデータ平均をもって、楕円パターンを演算する場合、
相対角度φ1のポジションでは、
(A1のΔf+A2mのΔf+A2m+1のΔf+…+ANmのΔf+ANm+1のΔf)/N
相対角度φ2のポジションでは
(A2のΔf+A2m-1のΔf+A2m+2のΔf+…+ANm-1のΔf+ANm+2のΔf)/N
となる。これを一般化すると、スイング回数をiとして、iが1からN回の平均を考えるとき相対角度φrのポジションに関して次の式を得る。

Figure 2009042007
[s=1,2,3,…,N(Nが奇数)]
Figure 2009042007
[s=1,2,3,…,N(Nが偶数)] Using the above relationship, when calculating the elliptic pattern with the data average of the frequency shift amount for every N swings,
In the relative angle φ 1 position,
(Of A 1 of Δf + A 2m Δf + of A 2m + 1 Δf + ... + A Nm of Δf + A Nm + 1 of Δf) / N
Relative angle φ in 2 positions (A 2 Δf + A 2m-1 of Δf + A 2m + 2 of Δf + ... + A Nm-1 of Δf + A Nm + 2 in Delta] f) / N
It becomes. To generalize this, when the number of swings is i and i is an average of 1 to N times, the following equation is obtained with respect to the position of the relative angle φ r .
Figure 2009042007
[S = 1, 2, 3,..., N (N is an odd number)]
Figure 2009042007
[S = 1, 2, 3,..., N (N is an even number)]

このように、各ポジションにおいてスイング回数Nあたりの周波数シフト量の平均を算出し、楕円パターンを計算すれば、外的要因などに依るデータのばらつきを抑えることができる。   In this way, by calculating the average frequency shift amount per number of swings N at each position and calculating the elliptic pattern, it is possible to suppress variation in data due to external factors and the like.

極座標表示又は楕円近似を行う際には図24に示すように、角度Anの周波数シフト量=角度An+180度の周波数シフト量とし、データを補完するとよい。 When performing polar coordinate display, or elliptic approximation, as shown in FIG. 24, the frequency shift amount of the angle A n = the angle A n +180 degrees frequency shift amount, it may supplement the data.

さらに、平均のとりかたについても、回転方式と同様に、N回転ごとの平均を独立して出力する方法、N+1回転目のデータを取得する際に1回目のデータを削除しN個の平均を出力する積算方式、さらには最新のデータに重み付けの処理を行う方式などが挙げられる。   Furthermore, as for the averaging method, as in the rotation method, a method of outputting an average for every N rotations independently, and when acquiring N + 1 rotation data, the first data is deleted and N averages are obtained. And a method of weighting the latest data.

この実施の形態2では試料に対し誘電体共振器を回動させる際に、実施の形態1と同様に回転機構にスリップリングを用いることができる。さらに、回転機構に搭載されて検出部とともに回転する発振部及び検波部と、固定されて設置される制御/演算部との間の電気的接続は柔軟性をもつケーブルにより行うようにしてもよい。   In the second embodiment, when rotating the dielectric resonator with respect to the sample, a slip ring can be used for the rotation mechanism as in the first embodiment. Further, the electrical connection between the oscillation unit and the detection unit mounted on the rotation mechanism and rotating together with the detection unit, and the control / calculation unit fixedly installed may be performed by a flexible cable. .

実施の形態2でのスイング範囲を180度とし、0度<An<180度におけるΔf測定値を用いてAn+180度のデータを補間するようにしているので、360度にわたるデータを過不足なく所得できるので、最も好ましいものである。しかしながら、実施の形態2でのスイング範囲は180度に限らず、180度より小さい角度、例えば90度であってもよい。 Since the swing range in the second embodiment is 180 degrees and the data of A n +180 degrees is interpolated using the Δf measurement value at 0 degrees <A n <180 degrees, the data over 360 degrees is excessive or insufficient. It is the most preferable because it can earn income. However, the swing range in the second embodiment is not limited to 180 degrees, and may be an angle smaller than 180 degrees, for example, 90 degrees.

一実施例における検出部を概略的に示す平面図である。It is a top view which shows the detection part in one Example roughly. 誘電体共振器による共振スペクトルの例を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the example of the resonance spectrum by a dielectric resonator. 試料の有無による共振スペクトルの変化を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the change of the resonance spectrum by the presence or absence of a sample. 試料の分子鎖配向と誘電率の異方性との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the molecular chain orientation of a sample, and the anisotropy of a dielectric constant. 本発明を略的に示すブロック図である。It is a block diagram which shows the present invention roughly. 誘電体共振器を試料に対して回転させる一実施例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows one Example which rotates a dielectric resonator with respect to a sample. (A)は誘電体共振器における透過マイクロ波強度と周波数と関係を示す波形図、(B)は試料の有無による変化を示す波形図である。(A) is a waveform diagram showing the relationship between the transmitted microwave intensity and frequency in the dielectric resonator, and (B) is a waveform diagram showing changes due to the presence or absence of a sample. (A)は誘電体共振器に対する試料の相対的な回転角度位置(S)に対するQカーブを示す図、(B)はその特定の周波数で切断した状態を示す図である。(A) is a figure which shows the Q curve with respect to the relative rotation angle position (S) of the sample with respect to a dielectric resonator, (B) is a figure which shows the state cut | disconnected by the specific frequency. (A)は図8(B)の断面を示すグラフ、(B)はそれを極座標系で表示したグラフである。(A) is a graph showing a cross section of FIG. 8 (B), (B) is a graph displaying it in a polar coordinate system. 誘電体共振器を回転して得られる周波数シフト量を極座標系で表示した配向パターンを示すグラフである。It is a graph which shows the orientation pattern which displayed the frequency shift amount obtained by rotating a dielectric resonator by a polar coordinate system. 実施例における電気信号処理系を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the electric signal processing system in an Example. 回転機構を含めた電気信号処理系の一例を示すブロック図である。It is a block diagram showing an example of an electric signal processing system including a rotation mechanism. 回転機構を含めた電気信号処理系の他の例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the other example of the electric signal processing system containing a rotation mechanism. マイクロ波掃引発振器で所定の周波数範囲を掃引するタイムチャートである。It is a time chart which sweeps a predetermined frequency range with a microwave sweep oscillator. 試料による共振周波数シフト量の測定方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the measuring method of the resonant frequency shift amount by a sample. 試料のMD方向に対する誘電体共振器の角度を示す図である。It is a figure which shows the angle of the dielectric resonator with respect to MD direction of a sample. 試料に対する誘電体共振器の回転周期ごとに配向パターンを計算する方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the method of calculating an orientation pattern for every rotation period of the dielectric resonator with respect to a sample. 1回転で得られたデータΔfを極座標表示して示すグラフである。It is a graph which shows the data (DELTA) f obtained by 1 rotation, displaying in polar coordinates. 試料に対する誘電体共振器の回転周期ごとに配向パターンを計算させる場合を一般化して示すフローチャート図である。It is a flowchart figure which shows generally the case where an orientation pattern is calculated for every rotation period of the dielectric resonator with respect to a sample. 試料のMD方向に対する誘電体共振器の相対角度を示す図である。It is a figure which shows the relative angle of the dielectric resonator with respect to MD direction of a sample. 0度<An<360度におけるΔfと、それら用いて補間したAn+180度のデータを極座標表示して示すグラフである。And Δf at 0 ° <A n <360 °, is a graph showing by polar coordinates data A n +180 degrees interpolated using them. 試料のMD方向に対し誘電体共振器の中心を基準として180度ごとに誘電体共振器をスイングする実施例を示す平面図である。It is a top view which shows the Example which swings a dielectric resonator for every 180 degree | times on the basis of the center of a dielectric resonator with respect to MD direction of a sample. 試料に対する誘電体共振器のスイング周期ごとに配向パターンを計算する方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the method of calculating an orientation pattern for every swing period of the dielectric resonator with respect to a sample. 0度<An<180度におけるΔfと、それら用いて補間したAn+180度のデータを極座標表示して示すグラフである。It is a graph which shows ( DELTA) f in 0 degree < An <180 degree | times, and the data of An + 180 degree | times which were interpolated using them are displayed as a polar coordinate. m回目のデータ取得後に、m+1回目の掃引開始時における試料MD方向に対する誘電体共振器の角度がm回目の掃引終了時のそれと一致するように折り返す状態を示す図である。It is a figure which shows the state which returns after the mth data acquisition so that the angle of the dielectric resonator with respect to the sample MD direction at the time of the m + 1th time sweep start may correspond with that at the time of the mth time sweep end. m回目のデータ取得後に、m+1回目の掃引開始時における試料MD方向に対する誘電体共振器の角度がm回目の掃引終了時のそれと一致するように折り返す方法を示す図である。It is a figure which shows the method of returning after the mth data acquisition so that the angle of the dielectric resonator with respect to the sample MD direction at the time of the m + 1th sweep start may coincide with that at the end of the mth sweep. 複数回のスイングにおける掃引区間の相対角度を示す図である。It is a figure which shows the relative angle of the sweep area in multiple swings.

符号の説明Explanation of symbols

2 マイクロ波用アンテナ
4 誘電体共振器
4a 誘電体共振器の試料測定面
6 検出用アンテナ
8 シールドケース
12 発振器
14 検波器
16 コントローラ
18 コンピュータ
20 スリップリング
2 Microwave Antenna 4 Dielectric Resonator 4a Sample Measurement Surface of Dielectric Resonator 6 Detection Antenna 8 Shield Case 12 Oscillator 14 Detector 16 Controller 18 Computer 20 Slip Ring

Claims (8)

試料に接近又は接触する測定平面を備え試料の一面側のみに配置される1個の誘電体共振器、前記測定平面を除いて前記誘電体共振器を実質的に覆う導電性材料からなるシールドケース、前記シールドケースの内側に配置され前記誘電体共振器に一方向成分をもつ電界ベクトルを発生させる励振用アンテナ及び前記シールドケースの内側に配置され前記誘電体共振器による透過エネルギー又は反射エネルギーを検出する検出用アンテナからなる検出部と、
前記励振用アンテナに電気的に接続されマイクロ波信号を供給するとともにそのマイクロ波信号の周波数を繰返し掃引する発振部と、
前記検出用アンテナに電気的に接続され検出した信号を増幅する増幅回路を備えた検波部と、
前記検出部、発振部及び検波部を一体として前記測定平面内で回転又は回動させる回転機構と、
前記発振部及び検波部に電気的に接続され前記回転機構による回転中又は回動中に前記掃引部による周波数掃引を繰り返し、前記検波部の出力から各周波数掃引における共振周波数を検出するとともに、前記検出部の回転角度と共振周波数との対応関係から試料の誘電率異方性を求める制御/演算部と、
を備えた配向測定装置。
One dielectric resonator having a measurement plane approaching or contacting the sample and disposed only on one side of the sample, and a shield case made of a conductive material that substantially covers the dielectric resonator except for the measurement plane An excitation antenna that is arranged inside the shield case and generates an electric field vector having a unidirectional component in the dielectric resonator, and detects transmitted energy or reflected energy by the dielectric resonator arranged inside the shield case A detection unit comprising a detection antenna that performs
An oscillation unit that is electrically connected to the excitation antenna to supply a microwave signal and repeatedly sweeps the frequency of the microwave signal;
A detection unit including an amplification circuit that amplifies the detected signal electrically connected to the detection antenna;
A rotation mechanism that rotates or rotates the detection unit, the oscillation unit, and the detection unit as a unit within the measurement plane;
While being connected to the oscillating unit and the detection unit and repeating the frequency sweep by the sweep unit during rotation or rotation by the rotation mechanism, the resonance frequency in each frequency sweep is detected from the output of the detection unit, and A control / calculation unit for obtaining the dielectric anisotropy of the sample from the correspondence between the rotation angle of the detection unit and the resonance frequency;
An orientation measuring apparatus comprising:
前記回転機構は互いに接触して電気的接続を維持する固定端子と回転端子とを備え、
前記回転端子は前記発振部及び検波部に電気的に接続され、前記固定端子は前記制御/演算部に電気的に接続され、
前記回転機構は前記回転端子を前記検出部、発振部及び検波部とともに一方向に回転させるものであり、
前記制御/演算部は周波数掃引を行う検出部回転角度が各回転において一致するように回転速度又は掃引時間を制御するものである請求項1に記載の配向測定装置。
The rotating mechanism includes a fixed terminal and a rotating terminal that contact each other and maintain electrical connection;
The rotation terminal is electrically connected to the oscillation unit and the detection unit, and the fixed terminal is electrically connected to the control / calculation unit,
The rotation mechanism rotates the rotation terminal in one direction together with the detection unit, the oscillation unit, and the detection unit,
The orientation measuring apparatus according to claim 1, wherein the control / calculation unit controls a rotation speed or a sweep time so that a rotation angle of a detection unit that performs frequency sweeping matches in each rotation.
前記制御/演算部は、周波数掃引を行った検出部回転角度でのデータによって回転中心に対して点対称の検出部回転角度位置のデータを補間する請求項2に記載の配向測定装置。   The orientation measuring apparatus according to claim 2, wherein the control / calculation unit interpolates data of a detection unit rotation angle position that is point-symmetric with respect to the rotation center based on data at the detection unit rotation angle that has been subjected to frequency sweep. 前記回転機構は往復方向に回動を繰り返す回転機構であり、
前記制御/演算部は、周波数掃引を行う検出部回転角度が各回動において一致するように回動速度又は掃引時間を制御するとともに、回動を行なわない検出部回転角度領域のデータを回動中心に対して点対称の検出部回転角度位置でのデータによって補間する請求項1に記載の配向測定装置。
The rotation mechanism is a rotation mechanism that repeatedly rotates in a reciprocating direction,
The control / arithmetic unit controls the rotation speed or sweep time so that the rotation angle of the detection unit that performs frequency sweeping coincides in each rotation, and the data of the detection unit rotation angle region that does not rotate is the rotation center. The orientation measuring apparatus according to claim 1, wherein interpolation is performed using data at a rotational angle position of a point-symmetric detection unit with respect to.
前記回転機構は互いに接触して電気的接続を維持する固定端子と回転端子とを備え、
前記回転端子は前記発振部及び検波部に電気的に接続され、前記固定端子は前記制御/演算部に電気的に接続され、
前記回転機構は前記回転端子を前記検出部、発振部及び検波部とともに回動させるものである請求項4に記載の配向測定装置。
The rotating mechanism includes a fixed terminal and a rotating terminal that contact each other and maintain electrical connection;
The rotation terminal is electrically connected to the oscillation unit and the detection unit, and the fixed terminal is electrically connected to the control / calculation unit,
The orientation measuring apparatus according to claim 4, wherein the rotation mechanism rotates the rotation terminal together with the detection unit, the oscillation unit, and the detection unit.
前記制御/演算部と前記発振部及び前記検波部との間の電気的接続は柔軟性をもつケーブルにより行われている請求項4に記載の配向測定装置。   The orientation measurement apparatus according to claim 4, wherein electrical connection between the control / calculation unit, the oscillation unit, and the detection unit is performed by a flexible cable. シート状の試料をその一面が前記誘電体共振器の測定平面に接近又は接触する位置に配置されるように維持しながら試料を走行させる試料供給機構をさらに備え、
試料を走行させながら該配向測定装置により試料の誘電率異方性を繰返し測定するオンライン測定装置とした請求項1から6のいずれか一項に記載の配向測定装置。
A sample supply mechanism for running the sample while maintaining the sheet-like sample so that one surface thereof is close to or in contact with the measurement plane of the dielectric resonator;
The orientation measuring apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein the orientation measuring apparatus is an on-line measuring apparatus that repeatedly measures the dielectric anisotropy of the sample with the orientation measuring apparatus while the sample is running.
1個の誘電体共振器、前記誘電体共振器の測定平面を除いて前記誘電体共振器を実質的に覆う導電性材料からなるシールドケース、前記シールドケースの内側に配置され前記誘電体共振器に一方向成分をもつ電界ベクトルを発生させる励振用アンテナ及び前記シールドケースの内側に配置され前記誘電体共振器による透過エネルギー又は反射エネルギーを検出する検出用アンテナからなる検出部、前記励振用アンテナに電気的に接続されマイクロ波信号を供給するとともにそのマイクロ波信号の周波数を繰返し掃引する発振部、並びに前記検出用アンテナに電気的に接続され検出した信号を増幅する増幅回路を備えた検波部を備えた測定装置を使用し、
前記誘電体共振器の測定平面を試料に接近又は接触するように試料の一面側のみに配置し、
前記検出部、発振部及び検波部を一体として前記測定平面内で回転又は回動させ、
前記検出部の回転中又は回動中に前記掃引部による周波数掃引を繰り返えし、前記検波部の出力から各周波数掃引における共振周波数を検出するとともに、前記検出部の回転角度と共振周波数との対応関係から試料の誘電率異方性を求める配向測定方法。
One dielectric resonator, a shield case made of a conductive material that substantially covers the dielectric resonator except for the measurement plane of the dielectric resonator, and the dielectric resonator disposed inside the shield case An excitation antenna that generates an electric field vector having a unidirectional component at the same time, and a detection unit that is disposed inside the shield case and detects a transmission energy or reflection energy by the dielectric resonator, and the excitation antenna. An oscillation unit that supplies an electrically connected microwave signal and repeatedly sweeps the frequency of the microwave signal, and a detection unit that includes an amplifier circuit that is electrically connected to the detection antenna and amplifies the detected signal. Use the measuring device provided,
The measurement plane of the dielectric resonator is disposed only on one side of the sample so as to approach or contact the sample,
The detection unit, the oscillation unit and the detection unit are integrally rotated or rotated in the measurement plane,
The frequency sweep by the sweep unit is repeated during rotation or rotation of the detection unit, and the resonance frequency in each frequency sweep is detected from the output of the detection unit, and the rotation angle and resonance frequency of the detection unit are Orientation measurement method for obtaining the dielectric anisotropy of a sample from the corresponding relationship.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011232152A (en) * 2010-04-27 2011-11-17 Kyocera Corp Thickness measuring method
WO2022254853A1 (en) * 2021-06-03 2022-12-08 コニカミノルタ株式会社 Inspection system and inspection method

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