JP2016164847A

JP2016164847A - 温度制御装置、温度制御方法、プログラム、記録媒体

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Publication number: JP2016164847A
Application number: JP2015044992A
Authority: JP
Inventors: 裕之栗田; Hiroyuki Kurita; 西岡　将輝; Masateru Nishioka; 将輝西岡
Original assignee: Advantest Corp; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: Advantest Corp; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2015-03-06
Filing date: 2015-03-06
Publication date: 2016-09-08

Abstract

【課題】マイクロ波炉による加熱対象の温度を所望の値とする。
【解決手段】温度制御装置は、マイクロ波による処理の対象物４を収容するマイクロ波炉２に入射信号が入射された結果として得られた取得信号のパワーを測定する反射波測定部２０と、取得信号のパワーに基づき、取得信号のＱ値を測定するＱ値測定部３０と、Ｑ値に基づき、マイクロ波炉に入力された入力パワーＰ０を測定する入力パワー測定部３２と、対象物４の目標とする目標温度に基づき、対象物４が目標温度となるためにマイクロ波炉２に入力されるべき目標パワーＰ１を導出する目標パワー導出部３６と、目標パワーＰ１および入力パワーＰ０に基づき、マイクロ波のパワーを操作するパワー操作部３６とを備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、マイクロ波炉による加熱対象の温度の制御に関する。

従来より、加熱対象である対象物を炉の内部に配置し、炉の内部にマイクロ波を放射して、対象物を加熱することが知られている。この際、対象物の温度を所望の値とするために、炉内に温度センサを設置して、マイクロ波の信号源のパワーを制御することが考えられる。

特開２０１３−２０１０９６号公報特開２０１４−０３２７６６号公報特開２００５−３２６０５０号公報特開２００５−２７２７９７号公報特許第２７５５３４０号

しかし、上記のような従来技術によれば、対象物の温度は、対象物がエネルギを受けて蓄積したものにより定まるので、時定数が大きい場合がある。よって、対象物の温度を所望の値とすることが難しい。

そこで、本発明は、マイクロ波炉による加熱対象の温度を所望の値とすることを課題とする。

本発明にかかる温度制御装置は、マイクロ波による処理の対象物を収容するマイクロ波炉に入射信号が入射された結果として得られた取得信号のパワーを測定する信号測定部と、前記取得信号のパワーに基づき、該取得信号のＱ値を測定するＱ値測定部と、前記Ｑ値に基づき、前記マイクロ波炉に入力された入力パワーを測定する入力パワー測定部と、前記対象物の目標とする目標温度に基づき、前記対象物が前記目標温度となるために前記マイクロ波炉に入力されるべき目標パワーを導出する目標パワー導出部と、前記目標パワーおよび前記入力パワーに基づき、前記マイクロ波のパワーを操作するパワー操作部とを備えるように構成される。

上記のように構成された温度制御装置によれば、信号測定部が、マイクロ波による処理の対象物を収容するマイクロ波炉に入射信号が入射された結果として得られた取得信号のパワーを測定する。Ｑ値測定部が、前記取得信号のパワーに基づき、該取得信号のＱ値を測定する。入力パワー測定部が、前記Ｑ値に基づき、前記マイクロ波炉に入力された入力パワーを測定する。目標パワー導出部が、前記対象物の目標とする目標温度に基づき、前記対象物が前記目標温度となるために前記マイクロ波炉に入力されるべき目標パワーを導出する。パワー操作部が、前記目標パワーおよび前記入力パワーに基づき、前記マイクロ波のパワーを操作する。

なお、本発明にかかる温度制御装置は、前記取得信号が、前記マイクロ波炉に前記入射信号が入射されて、反射された反射信号であるようにしてもよい。

なお、本発明にかかる温度制御装置は、前記取得信号が、前記マイクロ波炉に前記入射信号が入射されて、透過した透過信号であるようにしてもよい。

なお、本発明にかかる温度制御装置は、付加信号を出力する付加信号源と、マイクロ波に前記付加信号を加えて出力する加算器とを備え、前記加算器の出力が、前記入射信号であるようにしてもよい。

なお、本発明にかかる温度制御装置は、前記付加信号のパワーが、前記対象物の前記マイクロ波による処理を妨げない程度に、弱いようにしてもよい。

なお、本発明にかかる温度制御装置は、前記付加信号の周波数が、時間に応じて変化するようにしてもよい。

なお、本発明にかかる温度制御装置は、前記付加信号が、パルス信号であるようにしてもよい。

本発明は、マイクロ波による処理の対象物を収容するマイクロ波炉に入射信号が入射された結果として得られた取得信号のパワーを測定する信号測定工程と、前記取得信号のパワーに基づき、該取得信号のＱ値を測定するＱ値測定工程と、前記Ｑ値に基づき、前記マイクロ波炉に入力された入力パワーを測定する入力パワー測定工程と、前記対象物の目標とする目標温度に基づき、前記対象物が前記目標温度となるために前記マイクロ波炉に入力されるべき目標パワーを導出する目標パワー導出工程と、前記目標パワーおよび前記入力パワーに基づき、前記マイクロ波のパワーを操作するパワー操作工程とを備えた温度制御方法である。

本発明は、マイクロ波による処理の対象物を収容するマイクロ波炉に入射信号が入射された結果として得られた取得信号のパワーを測定する信号測定部を有する温度制御装置における温度制御処理をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、前記温度制御処理は、前記取得信号のパワーに基づき、該取得信号のＱ値を測定するＱ値測定工程と、前記Ｑ値に基づき、前記マイクロ波炉に入力された入力パワーを測定する入力パワー測定工程と、前記対象物の目標とする目標温度に基づき、前記対象物が前記目標温度となるために前記マイクロ波炉に入力されるべき目標パワーを導出する目標パワー導出工程と、前記目標パワーおよび前記入力パワーに基づき、前記マイクロ波のパワーを操作するパワー操作工程と、を備えたプログラムである。

本発明は、マイクロ波による処理の対象物を収容するマイクロ波炉に入射信号が入射された結果として得られた取得信号のパワーを測定する信号測定部を有する温度制御装置における温度制御処理をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータによって読み取り可能な記録媒体であって、前記温度制御処理は、前記取得信号のパワーに基づき、該取得信号のＱ値を測定するＱ値測定工程と、前記Ｑ値に基づき、前記マイクロ波炉に入力された入力パワーを測定する入力パワー測定工程と、前記対象物の目標とする目標温度に基づき、前記対象物が前記目標温度となるために前記マイクロ波炉に入力されるべき目標パワーを導出する目標パワー導出工程と、前記目標パワーおよび前記入力パワーに基づき、前記マイクロ波のパワーを操作するパワー操作工程とを備えた記録媒体である。

本発明の第一の実施形態にかかるマイクロ波周波数設定装置の構成を示す機能ブロック図である。マイクロ波炉２の共振周波数が変化した後に、マイクロ波のみをマイクロ波炉２に与えたと仮定した場合の反射波のパワーPrを示すグラフ（図２（ａ）参照）、付加信号のみをマイクロ波炉２に与えたと仮定した場合の反射波のパワーPrを示すグラフ（図２（ｂ）参照）である。マイクロ波炉２の共振周波数が変化した後に、マイクロ波と付加信号とを加算してマイクロ波炉２に入射した場合の反射波のパワーPrを示すグラフである。本発明の第二の実施形態にかかる温度制御装置の構成を示す機能ブロック図である。第二の実施形態にかかるＱ値の測定法を説明するための図である。第二の実施形態にかかる温度制御装置の等価回路図である。本発明の第三の実施形態にかかる温度制御装置の構成を示す機能ブロック図である。第三の実施形態にかかるＱ値の測定法を説明するための図である。本発明の第四の実施形態にかかる温度制御装置の構成を示す機能ブロック図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。

第一の実施形態
図１は、本発明の第一の実施形態にかかるマイクロ波周波数設定装置の構成を示す機能ブロック図である。

マイクロ波炉２は、その内部に対象物４を収容する。対象物４は、マイクロ波による処理（例えば、加熱または化学反応）の対象である。マイクロ波信号源６は、マイクロ波をマイクロ波炉２に向けて出力する。マイクロ波信号源６の出力するマイクロ波の周波数は、マイクロ波炉２の（当初の）共振周波数f0に設定されており、マイクロ波がマイクロ波炉２の内部に効率よく入射されるようにされている（マイクロ波のマイクロ波炉２による反射は、ほとんどない）。ただし、マイクロ波による対象物４の処理により、対象物４の誘電率が変化し、マイクロ波炉２の共振周波数がf0からf1に変化してしまう。なお、マイクロ波信号源６の出力するマイクロ波のＱ値は、一般的には高いものである。

マイクロ波周波数設定装置は、付加信号源１２、加算器１４、方向性結合器１６、進行波測定部１８、反射波測定部（信号測定部）２０、インピーダンス測定部２２、極小周波数測定部２４、周波数設定部２６を備える。

付加信号源１２は、付加信号を出力する。付加信号の周波数は、時間に応じて変化する。例えば、付加信号は、周波数掃引信号である。付加信号の周波数帯域は、マイクロ波炉２の（変化後の）共振周波数f1を含む。ただし、付加信号の周波数帯域が、マイクロ波炉２の（当初の）共振周波数f0を含んでいてもよい。なお、付加信号として周波数掃引信号を用いた場合、付加信号の周波数帯域とは、周波数が変化する範囲を意味する。

加算器１４は、マイクロ波に付加信号を加えて出力する。マイクロ波に付加信号が加えられても、対象物４のマイクロ波による処理を妨げない程度に、付加信号のパワーは弱い。例えば、付加信号のパワーを、マイクロ波のパワーの1/1000程度にすることが考えられる。なお、付加信号のパワーは、周波数によらず、ほぼ一定とすることが考えられる。

方向性結合器１６は、加算器１４の出力を、マイクロ波炉２および進行波測定部１８に導く。方向性結合器１６は、さらに、加算器１４の出力がマイクロ波炉２に入射されて、反射された信号を、反射波測定部２０に導く。

進行波測定部１８は、方向性結合器１６を介して、加算器１４の出力（進行波に相当する）を受けて、進行波のパワーPf（ベクトル）を測定する。

反射波測定部２０は、方向性結合器１６を介して、加算器１４の出力がマイクロ波炉２に入射されて、反射された信号（反射波）のパワーPr（ベクトル）を測定する。

インピーダンス測定部２２は、進行波のパワーPf（ベクトル）および反射波のパワーPr（ベクトル）を受けて、両者の比を、マイクロ波炉２のインピーダンスとして出力する。マイクロ波炉２のインピーダンスを測定することで、対象物４の状態が推定できる。

極小周波数測定部２４は、反射波測定部２０の測定結果が極小値をとる周波数である極小周波数を測定する。極小周波数は、マイクロ波炉２の（変化後の）共振周波数f1に一致する。

周波数設定部２６は、マイクロ波信号源６の出力するマイクロ波の周波数を、極小周波数測定部２４により測定された極小周波数f1に設定する。

次に、本発明の第一の実施形態の動作を説明する。

マイクロ波炉２の共振周波数は、当初は、f0である。マイクロ波信号源６の出力するマイクロ波の周波数はf0に設定されており、マイクロ波がマイクロ波炉２の内部に効率よく入射され、反射はほとんどない。しかし、マイクロ波による対象物４の処理により、対象物４の誘電率が変化し、マイクロ波炉２の共振周波数がf0からf1に変化してしまう。

図２は、マイクロ波炉２の共振周波数が変化した後に、マイクロ波のみをマイクロ波炉２に与えたと仮定した場合の反射波のパワーPrを示すグラフ（図２（ａ）参照）、付加信号のみをマイクロ波炉２に与えたと仮定した場合の反射波のパワーPrを示すグラフ（図２（ｂ）参照）である。

図２（ａ）を参照して、マイクロ波炉２の共振周波数がf0からf1に変化してしまうと、マイクロ波のＱ値が高いため、ほとんどマイクロ波炉２内に進行しないで、反射されてしまう。このため、周波数f0において、反射波のパワーPrが高くなる。

図２（ｂ）を参照して、付加信号の周波数帯域（周波数が変化する範囲）は広い。また、付加信号のパワーは、周波数によらず、ほぼ一定である。マイクロ波炉２の（変化後の）共振周波数f1においては、付加信号のほとんどがマイクロ波炉２内に進行するので、反射波のパワーPrが低くなり、極小値をとる。一方、マイクロ波炉２の（変化後の）共振周波数f1から離れた周波数においては、付加信号のほとんどがマイクロ波炉２から反射されてしまうので、反射波のパワーPrが高くなる。

実際には、マイクロ波信号源６の出力するマイクロ波と、付加信号源１２の出力する付加信号とが、加算器１４により加算され、方向性結合器１６を介して、マイクロ波炉２に入射される。

図３は、マイクロ波炉２の共振周波数が変化した後に、マイクロ波と付加信号とを加算してマイクロ波炉２に入射した場合の反射波のパワーPrを示すグラフである。

マイクロ波炉２の共振周波数が変化した後に、マイクロ波と付加信号とを加算してマイクロ波炉２に入射した場合の反射波のパワーPrは、図２（ａ）のグラフおよび図２（ｂ）のグラフを加算したものにおおむね一致し、周波数f1において、極小値Pminをとる。

ここで、反射波測定部２０は、方向性結合器１６を介して、マイクロ波と付加信号とを加算してマイクロ波炉２に入射した場合の反射波のパワーPrを測定する（図３参照）。反射波のパワーPrの測定結果は、極小周波数測定部２４に与えられる。

極小周波数測定部２４は、反射波のパワーPrの測定結果が極小値をとる周波数である極小周波数を測定する。極小周波数は、マイクロ波炉２の（変化後の）共振周波数f1に一致する。極小周波数f1は、周波数設定部２６に与えられる。

周波数設定部２６は、マイクロ波信号源６の出力するマイクロ波の周波数を、極小周波数測定部２４により測定された極小周波数f1（すなわち、マイクロ波炉２の（変化後の）共振周波数）に設定する。これにより、マイクロ波がマイクロ波炉２の内部に効率よく入射され、反射はほとんどない。

このとき、進行波測定部１８は、方向性結合器１６を介して、加算器１４の出力（進行波に相当する）を受けて、進行波のパワーPf（ベクトル）を測定する。また、反射波測定部（信号測定部）２０は、方向性結合器１６を介して、加算器１４の出力がマイクロ波炉２に入射されて、反射された信号（反射波）のパワーPr（ベクトル）を測定する。そして、インピーダンス測定部２２は、進行波のパワーPf（ベクトル）および反射波のパワーPr（ベクトル）を受けて、両者の比を、マイクロ波炉２のインピーダンスとして出力する。

本発明の第一の実施形態によれば、マイクロ波炉２の共振周波数の変化（f0からf1へ）に応じて、マイクロ波の周波数をf1に設定して、両者を一致させることができる。

しかも、付加信号のパワーは弱いため、対象物４のマイクロ波による処理を行いながら、マイクロ波の周波数の設定を行うことができる。

なお、付加信号を、掃引信号として説明してきたが、インパルス信号であってもよい。ただし、インパルス信号（時間幅が無限小かつ高さが無限大）を生成することは実際には困難なので、時間幅の短いパルス信号（ただし、共振周波数f1の成分を含む必要がある）を、付加信号として用いてもよい。

第二の実施形態
第二の実施形態にかかる温度制御装置は、第一の実施形態にかかるマイクロ波周波数設定装置におけるマイクロ波信号源６のパワーを制御して、対象物４の温度を制御するものである。

図４は、本発明の第二の実施形態にかかる温度制御装置の構成を示す機能ブロック図である。第二の実施形態にかかる温度制御装置は、第一の実施形態にかかるマイクロ波周波数設定装置に加えて、Ｑ値測定部３０、入力パワー測定部３２、目標パワー導出部３４およびパワー操作部３６を備える。

なお、加算器１４の出力を入射信号という。反射波測定部（信号測定部）２０は、マイクロ波炉２に入射信号が入射された結果として得られた取得信号のパワーを測定する。ただし、第二の実施形態においては、取得信号は、マイクロ波炉２に入射信号が入射されて、反射された反射信号である。

Ｑ値測定部３０は、取得信号（反射信号）のパワーに基づき、取得信号（反射信号）のＱ値を測定する。

図５は、第二の実施形態にかかるＱ値の測定法を説明するための図である。図５には、マイクロ波炉２の共振周波数が変化した後に、マイクロ波と付加信号とを加算してマイクロ波炉２に入射した場合の反射波のパワーPrが図示されている。図５に図示された反射波のパワーPrは、図３と同様である。図３と同様に、周波数f1から充分離れた部分のパワーPrが一定値をとる。周波数f1から充分離れた部分で、パワーPrがとる一定値から3dB低い値に対応する周波数をf2、f3とする。ただし、f3＞f2とする。この場合、反射信号のＱ値は、以下の式（１）のように表される。

入力パワー測定部３２は、Ｑ値に基づき、マイクロ波炉２に入力された入力パワーP0を測定する。

図６は、第二の実施形態にかかる温度制御装置の等価回路図である。説明の簡略化のため、マイクロ波信号源６とマイクロ波炉２との間のインピーダンスはZ0(=50Ω)とする。マイクロ波炉２内部は、L（インダクタンス）、C（キャパシタンス）、R（抵抗）、Ca（マイクロ波炉２内に対象物４を入れた場合に追加されるキャパシタンス）およびRext（抵抗：マイクロ波炉２による加熱対象の抵抗成分）が並列に接続されているものとみなすことができる。また、マイクロ波炉２のSパラメータをS11とする。また、Esは、マイクロ波信号源６の電圧（実効値）である。

すると、マイクロ波炉２に入力される電圧E0は式（２）のように表される。

Q0、tanδ0、Qext、tanδextおよびQを式（３）、（４）、（５）のように定義する。すると、式（６）が成立する。Q0は、マイクロ波炉２に加熱対象を入れないときのQ値である。Qは、マイクロ波炉２に加熱対象を入れたときのQ値である（ただし、Ca<<C）。Q0およびQは、Ｑ値測定部３０により求めることができる。入力パワー測定部３２は、求められたQ0およびQを式（６）に代入して、Qextを求める。

なお、マイクロ波炉２の共振周波数と、対象物４を入れた場合の共振周波数とはほとんど同じ状態で、マイクロ波による加熱が行われる。すなわち、Cext<<Cの状態で、マイクロ波による加熱が行われる。

入力パワー測定部３２では、マイクロ波炉のＱ値、Ｓ１１パラメータから式（２）をもとに、マイクロ波炉内に発生する電位差Ｅ０を求めることができる。ここで、マイクロ波炉２がＴＭ０１かつ円筒形であり、その底面の半径がbで高さがdのときは、軸方向にそって電界強度は一様であるため、式（７）より反応炉内の電界強度はＥ_reactorと導出できる。なお、電界強度は中心軸からの径方向に対して分布を有しており、半径ｒの位置での電界強度は式（８）であらわすことができる（ただし、Ｅは、円筒形ＴＭ０１のマイクロ波炉における、中心軸からｒの位置における電界強度の実効値である）。なお、Ｊ０は０次ベッセル関数、χ01は０次ベッセル関数の１番目の根、ωは照射マイクロ波の角振動数であり、ω=2πｆ（ｆは周波数）である。また、ｒは加熱流路の位置（円筒形の加熱流路の中心軸と、マイクロ波炉２の中心軸との距離）である。対象物４中の電界強度E_extは対象物４の比誘電率をεsとすると式（９）で与えられる。

入力パワー測定部３２は、式（９）により求めた電界強度Eext[V/m]を式（１０）に代入することによって、対象物４に与えられる単位体積あたりの仕事量（入力パワー）P0[W/m³]を求めることができる。ε0は真空の誘電率[F/m]、tanδextは対象物４の誘電正接であり、かつ式（４）のとおりであり、先に求めたQextの逆数である。

目標パワー導出部３４は、対象物４の目標とする目標温度に基づき、対象物４が目標温度となるためにマイクロ波炉２に入力されるべき目標パワーP1を導出する。

まず、対象物４（例えば、水）の重量をw[kg]、比熱をC[J/(kg・K)]、目標温度をT2[℃]、加熱開始前の温度をT1[℃]、対象物４の温度を目標温度T2に加熱するまでの時間をt[s]、対象物４の体積をV[m³]とすると、対象物４に与えるべき単位体積あたりの仕事量P[W/m³]は、式（１１）のように表される。

パワー操作部３６は、目標パワーP1および入力パワーP0に基づき、マイクロ波信号源６が出力するマイクロ波のパワーを操作する。

マイクロ波信号源６が出力するマイクロ波のパワーを操作することで、入力パワーP0の値を変えることができるので、入力パワーP0が目標パワーP1に一致するように、パワー操作部３６がマイクロ波のパワーを操作する。

次に、本発明の第二の実施形態の動作を説明する。

まず、図４を参照して、マイクロ波信号源６の出力するマイクロ波と、付加信号源１２の出力する付加信号とが、加算器１４により加算され、方向性結合器１６を介して、マイクロ波炉２に入射される。

加算器１４の出力がマイクロ波炉２に入射され反射された信号（反射信号）が、方向性結合器１６を介して、反射波測定部２０に与えられる。反射波測定部２０によって測定されたパワーPrは、Ｑ値測定部３０に与えられる。

Ｑ値測定部３０によって、反射信号のＱ値が測定される（図５および式（１）を参照）。反射信号のＱ値は、入力パワー測定部３２に与えられ、マイクロ波炉２に入力された入力パワーP0が測定される（図６および式（２）〜式（８）を参照）。なお、マイクロ波炉２内に加熱対象が無い場合のQ値であるQ0を、Ｑ値測定部３０によって、予め求めておく。また、入力パワー測定部３２は、マイクロ波炉２に入力される電圧E0を、S11の測定結果から、求めておく（式（２）参照）。

また、対象物４の目標温度が、温度制御装置のユーザなどから、目標パワー導出部３４に与えられる。目標温度に基づき、目標パワー導出部３４により、対象物４が目標温度となるためにマイクロ波炉２に入力されるべき目標パワーP1が導出される（式（９）を参照）。

目標パワーP1および入力パワーP0は、パワー操作部３６に与えられ、入力パワーP0が目標パワーP1に一致するように、マイクロ波信号源６が出力するマイクロ波のパワーが操作される。

本発明の第二の実施形態によれば、Ｑ値に基づき測定された入力パワーP0を用いてマイクロ波信号源６の出力を操作するので、マイクロ波炉２による加熱対象（対象物４）の温度を所望の値とすることができる。

第三の実施形態
第三の実施形態にかかる温度制御装置は、透過波の測定結果からＱ値を得る点が、第二の実施形態と異なる。

図７は、本発明の第三の実施形態にかかる温度制御装置の構成を示す機能ブロック図である。第三の実施形態にかかる温度制御装置は、第一の実施形態にかかるマイクロ波周波数設定装置に加えて、透過波測定部（信号測定部）２８、Ｑ値測定部３１、入力パワー測定部３２、目標パワー導出部３４およびパワー操作部３６を備える。

入力パワー測定部３２、目標パワー導出部３４およびパワー操作部３６は第二の実施形態と同様であり説明を省略する。

なお、加算器１４の出力を、上述のように入射信号という。透過波測定部（信号測定部）２８は、マイクロ波炉２に入射信号が入射された結果として得られた取得信号のパワーを測定する。ただし、第三の実施形態においては、取得信号は、マイクロ波炉２に入射信号が入射されて、透過した透過信号である。

Ｑ値測定部３１は、取得信号（透過信号）のパワーに基づき、取得信号（透過信号）のＱ値を測定する。

図８は、第三の実施形態にかかるＱ値の測定法を説明するための図である。図８には、マイクロ波炉２の共振周波数が変化した後に、マイクロ波と付加信号とを加算してマイクロ波炉２に入射した場合の透過波のパワーが図示されている。

付加信号のパワーは、周波数f1で最大値をとる正規分布で表される。周波数f0のマイクロ波も、ある程度はマイクロ波炉２内に進入し透過するので、周波数f0近傍で透過波のパワーが高くなる。

付加信号のパワーが最大値をとる周波数がf1であり、周波数f1のときの付加信号のパワーから3dB低い値に対応する周波数をf2、f3とする。ただし、f3＞f2とする。この場合、反射信号のＱ値は、上述の式（１）（Q=f1/(f3-f2)）のように表される。

次に、本発明の第三の実施形態の動作を説明する。

まず、図７を参照して、加算器１４の出力がマイクロ波炉２に入射され透過した信号（透過信号）が、透過波測定部２８に与えられる。透過波測定部２８によって測定されたパワーは、Ｑ値測定部３１に与えられる。

Ｑ値測定部３１によって、透過信号のＱ値が測定される（図８および式（１）を参照）。それ以降の動作は、第二の実施形態と同様である。

本発明の第三の実施形態によれば、第二の実施形態と同様の効果を奏する。

第四の実施形態
第四の実施形態にかかる温度制御装置は、式（１１）で導出された目標パワー導出部３４の導出値の誤差を補正する点が、第一、第二および第三の実施形態と異なる。目標パワーの導出に誤差が発生する要因としては、対象物４から周囲へ対流伝熱や伝導伝熱、放射伝熱などにより熱が失われる場合が想定される。さらに、化学反応による発熱あるいは吸熱による温度変化、または、沸騰など状態変化にともなう、気化熱、凝縮熱、融解熱、凝固熱等による温度変化も想定される。

図９は、本発明の第四の実施形態にかかる温度制御装置の構成を示す機能ブロック図である。以下、第二の実施形態と同様な部分は、図４と同様な番号を付して説明を省略する。

第四の実施形態にかかる温度制御装置は、温度計測部４０、過不足パワー導出部４２、加算器４４を備える。

温度計測部４０は対象物４の温度を測定する。温度計測部４０は、たとえば放射温度計や光ファイバ温度計などマイクロ波炉２内の電界分布を乱さない温度計測器である。

過不足パワー導出部４２は、式（１２）により、パワー操作部３６によるパワーの操作量の過不足分を導出する。例えば、時間tに温度計測部４０で測定された温度Ｔ３[℃]が、目標温度Ｔ２に到達しない場合は、対象物４の熱が伝熱により周囲に失われている可能性があり、パワー操作部３６によるパワーの操作量が不足することになる。

加算器４４は、過不足パワー導出部４２により導出された過不足分のパワーを、パワー操作部３６の信号に加算する。

次に、本発明の第四の実施形態の動作を説明する。

まず、図９を参照して、温度計測部４０は時間tにおける対象物４の温度Ｔ３を測定する。この温度Ｔ３が、目標温度Ｔ２に到達しない場合は、対象物の熱が伝熱により周囲に失われている可能性がある。そこで、過不足パワー導出部４２が、式（１２）により過不足分のパワーを導出し、パワー操作部３６の信号に加算器４４により加算することで、対象物４の温度を制御できる。

本発明の第四の実施形態によれば、第二の実施形態における目標パワー導出部３４の導出値の誤差を補正できる。

なお、第三の実施形態（図７参照）に、温度計測部４０、過不足パワー導出部４２、加算器４４を加えても、同様の効果を奏する。

また、上記の実施形態は、以下のようにして実現できる。ＣＰＵ、ハードディスク、メディア（フロッピー（登録商標）ディスク、ＣＤ−ＲＯＭなど）読み取り装置を備えたコンピュータに、上記の各部分、例えばＱ値測定部３０、３１、入力パワー測定部３２、目標パワー導出部３４およびパワー操作部３６を実現するプログラムを記録したメディアを読み取らせて、ハードディスクにインストールする。このような方法でも、上記の機能を実現できる。

２マイクロ波炉
４対象物
６マイクロ波信号源
f0 （当初の）共振周波数
f1 （変化後の）共振周波数
１２付加信号源
１４加算器
１６方向性結合器
１８進行波測定部
２０反射波測定部（信号測定部）
２２インピーダンス測定部
２４極小周波数測定部
２６周波数設定部
２８透過波測定部（信号測定部）
３０、３１Ｑ値測定部
３２入力パワー測定部
３４目標パワー導出部
３６パワー操作部
４０温度計測部
４２過不足パワー導出部
４４加算器

Claims

マイクロ波による処理の対象物を収容するマイクロ波炉に入射信号が入射された結果として得られた取得信号のパワーを測定する信号測定部と、
前記取得信号のパワーに基づき、該取得信号のＱ値を測定するＱ値測定部と、
前記Ｑ値に基づき、前記マイクロ波炉に入力された入力パワーを測定する入力パワー測定部と、
前記対象物の目標とする目標温度に基づき、前記対象物が前記目標温度となるために前記マイクロ波炉に入力されるべき目標パワーを導出する目標パワー導出部と、
前記目標パワーおよび前記入力パワーに基づき、前記マイクロ波のパワーを操作するパワー操作部と、
を備えた温度制御装置。
請求項１に記載の温度制御装置であって、
前記取得信号が、前記マイクロ波炉に前記入射信号が入射されて、反射された反射信号である、
温度制御装置。
請求項１に記載の温度制御装置であって、
前記取得信号が、前記マイクロ波炉に前記入射信号が入射されて、透過した透過信号である、
温度制御装置。
請求項１ないし３のいずれか一項に記載の温度制御装置であって、
付加信号を出力する付加信号源と、
マイクロ波に前記付加信号を加えて出力する加算器と、
を備え、
前記加算器の出力が、前記入射信号である、
温度制御装置。
請求項４に記載の温度制御装置であって、
前記付加信号のパワーが、前記対象物の前記マイクロ波による処理を妨げない程度に、弱い、
温度制御装置。
請求項４または５に記載の温度制御装置であって、
前記付加信号の周波数が、時間に応じて変化する、
温度制御装置。
請求項４または５に記載の温度制御装置であって、
前記付加信号が、パルス信号である、
温度制御装置。
マイクロ波による処理の対象物を収容するマイクロ波炉に入射信号が入射された結果として得られた取得信号のパワーを測定する信号測定工程と、
前記取得信号のパワーに基づき、該取得信号のＱ値を測定するＱ値測定工程と、
前記Ｑ値に基づき、前記マイクロ波炉に入力された入力パワーを測定する入力パワー測定工程と、
前記対象物の目標とする目標温度に基づき、前記対象物が前記目標温度となるために前記マイクロ波炉に入力されるべき目標パワーを導出する目標パワー導出工程と、
前記目標パワーおよび前記入力パワーに基づき、前記マイクロ波のパワーを操作するパワー操作工程と、
を備えた温度制御方法。
マイクロ波による処理の対象物を収容するマイクロ波炉に入射信号が入射された結果として得られた取得信号のパワーを測定する信号測定部を有する温度制御装置における温度制御処理をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
前記温度制御処理は、
前記取得信号のパワーに基づき、該取得信号のＱ値を測定するＱ値測定工程と、
前記Ｑ値に基づき、前記マイクロ波炉に入力された入力パワーを測定する入力パワー測定工程と、
前記対象物の目標とする目標温度に基づき、前記対象物が前記目標温度となるために前記マイクロ波炉に入力されるべき目標パワーを導出する目標パワー導出工程と、
前記目標パワーおよび前記入力パワーに基づき、前記マイクロ波のパワーを操作するパワー操作工程と、
を備えたプログラム。
マイクロ波による処理の対象物を収容するマイクロ波炉に入射信号が入射された結果として得られた取得信号のパワーを測定する信号測定部を有する温度制御装置における温度制御処理をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータによって読み取り可能な記録媒体であって、
前記温度制御処理は、
前記取得信号のパワーに基づき、該取得信号のＱ値を測定するＱ値測定工程と、
前記Ｑ値に基づき、前記マイクロ波炉に入力された入力パワーを測定する入力パワー測定工程と、
前記対象物の目標とする目標温度に基づき、前記対象物が前記目標温度となるために前記マイクロ波炉に入力されるべき目標パワーを導出する目標パワー導出工程と、
前記目標パワーおよび前記入力パワーに基づき、前記マイクロ波のパワーを操作するパワー操作工程と、
を備えた記録媒体。