JP3963045B2 - Apparatus for measuring moisture content by microwave and tea process control method using the same - Google Patents

Apparatus for measuring moisture content by microwave and tea process control method using the same Download PDF

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はマイクロ波を用いた茶葉等の含水率測定の手法に関するものであり、特に測定毎のバラツキが少なく、更に従来のものに比べ周辺機器数を削減することのできる、マイクロ波による含水率測定方法及びその装置並びにこれらを用いた製茶工程制御方法に係るものである。
【0002】
【発明の背景】
製茶工場における茶葉の加工は、実質的に茶葉の乾燥を促す工程が多く占められており、具体的には含水率(水分ゼロの茶葉の重量を基準とする)約360%程度の蒸し葉から、最終的に含水率約5%の荒茶を得るまでの揉乾加工がされている。
【0003】
このための工程は、葉打ち工程、粗揉工程、揉捻工程、中揉み工程、中揉工程、精揉工程、乾燥工程等を具えるものであって、各工程において加工茶葉の含水率を把握することが、良質な製品を得るための製茶機器の運転上、重要な要素となっている。
【0004】
そこで近時、含水率を把握するための装置として、電気抵抗式の水分計、マイクロ波式の水分計、近赤外線式の水分計等が用いられているが、それぞれ以下に示すような点で改良の余地があった。
まず電気抵抗式の水分計は電極間に茶葉を位置させ、茶葉の電気抵抗を計測するというものであり、原理的に茶葉表面の水分の計測しかできないため、測定結果は表面抵抗に依存しがちで不正確で茶葉全体の水分を把握することが困難であり、製茶ラインの制御を行うためのデータとして用いるのには不充分である。
また茶葉の含水率によって一定以上の電圧がかかると、絶縁破壊を引き起こして測定不能な状態となってしまうため、例えば粗揉機では6V、中揉機では12Vの電圧で測定を行っており、測定及びデータ処理を複雑化させている。
【0005】
またマイクロ波式の水分計については、茶葉重量の測定装置であるロードセル等を必須とするため、測定系の構成の複雑化は否めない。
【0006】
また近赤外線の水分計は、前記電気抵抗式の水分計よりも若干茶葉内部までの水分測定が行えるものの、原理的にはやはり茶葉表面水分の計測しかできない。また近赤外線の照射範囲は非常に狭いため、試料のごく一部しか計測対象とならないという欠点があった。更にまた近赤外線水分計は高価であるため汎用性に乏しい。
【0007】
【解決を試みた技術課題】
本発明はこのような背景からなされたものであって、従来の装置のように重量計測手段を必須とせず、装置全体のコストダウンが実現でき、また測定精度を向上することのできる、新規なマイクロ波による含水率測定方法及びその装置並びにこれらを用いた製茶工程制御方法の開発を技術課題としたものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
すなわち請求項1記載のマイクロ波による含水率測定装置は、マイクロ波の送信機と受信機との間にマイクロストリップ線路から成る伝送路を形成し、この伝送路をサンプリング装置における茶葉収容部内に位置させて含水率の測定を行う装置において、前記茶葉収容部は、底板と、この底板の両側に立ち上がる一対の側板と、前記底板に対向して設けられる天板と、前記底板の前後に立ち上がるシャッター板及び背板とを要素とする板枠部材により構成され、前記一対の側板のいずれか一方または双方、あるいは前記天板もしくは底板のいずれか一方または双方に、前記マイクロストリップ線路を配設し、前記背板を、前記側板及び底板に沿って移動可能に構成することで排出作用板とし、且つ前記マイクロストリップ線路を配設した板枠部材あるいはこのマイクロストリップ線路を配設した板枠部材と対向する他の板枠部材のいずれか一方または双方を移動可能に構成することで押圧作用板としたことを特徴として成る。
この発明によれば、茶葉収容部に収容された茶葉を、茶葉の重量計測を不要として、精度の高い含水率測定を行うことができる。
また、製茶機器によって制限される含水率測定装置の取り付け位置等に応じて、マイクロストリップ線路の配設位置を選択できるため、汎用性を高めることができる。
また、同一サンプルの茶葉に対して、二カ所に取り付けたマイクロストリップ線路で測定を行うことで複数の測定データを得ることができ、測定精度が向上する。
また、茶葉収容部に取込んだ茶葉を、押圧作用板で押圧することで測定毎の茶葉の密度を均一にするためより精度の高い測定を行うことができ、更に測定後は排出作用板によって茶葉を排出することができるため、製茶ラインを構成する機器(粗揉機等)に対して取り付けることで、加工中の茶葉の含水率を測定することができる。
【0009】
また請求項記載のマイクロ波による含水率測定装置は、前記要件に加え、前記マイクロストリップ線路におけるストリップ導体を、適宜の厚さの保護板で被覆したことを特徴として成る。
この発明によれば、ストリップ導体に直接茶葉が触れないため、ストリップ導体と導体板との間に生じる電界を乱すことがなく、精度の高い含水率を測定することができる。またストリップ導体の腐食、磨耗、損傷を防ぐことができる。
【0010】
更にまた請求項記載のマイクロ波による含水率測定装置は、前記要件に加え、前記押圧作用板にはエアバッグを設けたことを特徴として成る。
この発明によれば、エアバッグによってマイクロストリップ線路に茶葉を押圧することで、測定毎の茶葉の密度をより均一にするため、より精度の高い測定を行うことができる。
【0011】
更にまた請求項記載のマイクロ波による含水率測定装置は、前記要件に加え、前記マイクロストリップ線路に付着した茶葉、水分等を除去するためのクリーニング機構を設けたことを特徴として成る。
この発明によれば、前回測定分の茶葉がマイクロストリップ線路上に残らないため、精度の高い測定を行うことができる。
【0012】
更にまた請求項記載のマイクロ波による含水率測定装置は、前記要件に加え、茶葉に対してマイクロストリップ線路が臨む位置を変更可能とする機構を具えたことを特徴として成る。
この発明によれば、同一サンプルに対して、測定個所を異ならせた測定を連続して行うことでデータの信頼性が高まり、より精度の高い測定を行うことができる。
【0013】
また請求項記載のマイクロ波による含水率測定装置を用いた製茶工程制御方法は、マイクロ波の送信機と受信機との間の伝送路をマイクロストリップ線路で形成し、製茶機器による加工前、加工後または加工中の茶葉を、このマイクロストリップ線路に臨ませて位置させ、この茶葉に含まれる水分によるマイクロ波の吸収によって生ずる受信レベルの差異から、前記茶葉の含水率を算出するとともに、この含水率に応じて茶葉の製茶機器からの取り出し時期を判定することを特徴として成る。
この発明によれば、茶葉の含水率測定を高精度で行い、この値に基づいて茶葉の製茶機器からの取り出し時期を判定するため、茶葉の加工状況を最適のものとすることができ、高品質の加工茶葉を得ることができる。
そしてこれら各請求項記載の発明の構成を手段として前記課題の解決が図られる。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下本発明のマイクロ波による含水率測定装置についてその構成を説明し、次いでこのものを用いたマイクロ波による含水率測定方法並びにこれらを用いた製茶工程制御方法について説明する。
本発明の含水率測定装置1は図1に示すように、一例として製茶工場における粗揉機20の側板部21に具えるサンプリング装置2と一体的に構成される。もちろん含水率測定装置1の配設箇所については、粗揉機20の前面等適宜の位置を選択し得るものである。
【0015】
まず前記サンプリング装置2について説明すると、このものには図2に示すように茶葉収容部3を形成するものであって、この茶葉収容部3は、底板4と、この底板4の両側に立ち上がる一対の側板5R、5Lと、前記底板4に対向して設けられる天板8と、前記底板4の前後に立ち上がるシャッター板6及び背板7とを要素とする板枠部材により区画された方形空間である。そして前記底板4と、背板7及び側板5との間には、若干のクリアランスを設けておく。
なお以下の説明において前方とは、サンプリング装置2の取り付け対象である粗揉機20側を意味し、また後方とはその逆方向を意味するものである。
【0016】
そして前記背板7を、前記側板5及び底板4に沿って前後に移動可能に構成することで排出作用板とし、且つ側板5の一方(本実施の形態では一例として側板5R)を底板4に沿って、他方の側板5(本実施の形態では一例として側板5L)に接近離反するように移動可能に構成することで押圧作用板とする。
このため適宜のブラケットを用いて筐体9に対してシリンダ7a、5aを固定し、これらのロッドをそれぞれ背板7の裏面、側板5Rの裏面に固定して成る。
【0017】
また前記背板7の一辺(側板5L側)には、クリーニング機構の一例としてナイロンブラシ17を長手方向全域に渡って具えるものとする。このクリーニング機構としては前記ナイロンブラシ17や、ゴムヘラ、布等、前記背板7の移動によって側板5Lの上面をワイプするものの他、適宜圧搾空気を噴出するノズル等を具えたエアパージ機構を採用することもできる。
【0018】
また前記シャッター板6は、対向した一対の側板5の前端面に沿って上下に移動することで茶葉収容部3の開閉を行うものであり、筐体9に対して固定したシリンダ6aのロッドを上端面に固定して成る。
【0019】
更に前記移動可能とした側板5Rに対向するもう一方の側板5Lの茶葉収容部3側の面には、マイクロストリップ線路10を配設するものであり、このマイクロストリップ線路10におけるストリップ導体12側の面を、絶縁材から成る適宜の保護板16で被覆する。本実施の形態では保護板16として、厚さ0.4mmのアクリル板を用いた。
【0020】
以下上述のマイクロストリップ線路10について詳細に説明する。
マイクロストリップ線路10は、構造的には対称形ストリップ線路の導体板の一つを取り除いたものであるが、電気的には平行二線を変形したものとして考えることのできるマイクロ波伝送路である。そしてその構造は、図3(a)に示すように導体板11の上方に帯状のストリップ導体12を位置させるものであって、このストリップ導体12を保持するために、導体板11と、ストリップ導体12との間に誘電体13をスペーサとして挿入して成るものである。
【0021】
前記導体板11及びストリップ導体12の素材としては、銅、鉄等導電率の高い金属を用いることが好ましいが、ステンレススチール等の耐蝕性に優れた金属を用いることもできる。また前記誘電体13としてはシリコーン、フッ素樹脂、エポキシ樹脂等を含んだグラスファイバー、セラミック等を用いる。
【0022】
また本実施の形態においては、電磁波の内、特に3〜5GHz帯(λ≒10〜6cm)の一例として4GHz(λ≒7.5cm)のマイクロ波を扱うため、この周波数に於けるマイクロストリップ線路10の特性インピーダンスが、送信機19a及び受信機19bとマッチングするように寸法等を適宜設計する。本実施の形態では、一例として誘電体13として比誘電率εr ≒4.7のガラス繊維入りエポキシを用い、ストリップ導体12の幅を2〜5mm、ストリップ導体12と導体板11との間隔を1〜1.5mmとした。もちろんこれらの数値は誘電体13の比誘電率εr の値、使用するマイクロ波の周波数等によって変化するものである。
また、使用する電磁波の周波数は、前記3〜5GHz帯のマイクロ波に限定されるものではなく、要は水分に吸収される周波数であれは適宜の高周波を選択することができる。
【0023】
本実施の形態におけるストリップ導体12の形状は、図4(a)に示すように側板5Rの対角線上に直線部を設け、この直線部をUターンさせ、側板5Rの一辺に入力端12aと出力端12bとを位置させることで、側板5Rの対角線よりも下方の部分をほぼ全域にわたって引き廻すようにした。
このようなストリップ導体12の引き廻しパターンについては、図4(b)に示すように側板5Rの各辺に沿ってほぼ全域にわたって引き廻すようにしたり、図4(c)に示すように数カ所で折り返すことで側板5Rの全面を通るようにする等、種々の実施の形態が採り得るものである。
【0024】
またマイクロストリップ線路10では、ストリップ導体12の非直線部分におけるインピーダンスは直線部分と異なるためマイクロ波が反射または輻射されてしまうものであり、これらを避けるためにストリップ導体12の非直線部分は、鋭角部分を切除して鈍角にしたHベントまたはカーブを付けたHコーナーとすることが好ましい。
【0025】
そして前記ストリップ導体12の入力端12a及び出力端12bにはそれぞれ、図4に示すようにSMA、BNC等の高周波用のコネクタ14a、コネクタ14bを取り付け、同軸ケーブルC等によって送信機19a、受信機19bに接続される。
【0026】
ここで上述した本発明の含水率測定装置1の測定原理について説明しておく。 ストリップ線路には、対称形ストリップ線路と、非対象形ストリップ線路とがある。対称形ストリップ線路は同軸線路を変形したものとして考えることができ、同軸線路を正方形導波管、方形導波管へと変形し、最後にその側壁を取り去ったものとして考えられる。そして伝送方向に垂直な面内の電磁界の様子は、図3(b)に示すようにストリップ導体12′の上面下面から導体板11′に向かって電界(図中の実線)が生じ、ストリップ導体12′を中心とした磁界(図中の破線)が生じている。
【0027】
一方、非対象形ストリップ線路は、構造的には前記対称形ストリップ線路の導体板の一つを取り除いたものであるが、電気的には平行二線を変形したものとして考えられる。つまり図3(a)に示すように、ストリップ導体12の下面から導体板11に向かって電界(図中の実線)が生じ、ストリップ導体12を中心とした磁界(図中の破線)が生じている。また縁端効果によってストリップ導体12の上面縁端から導体板11に向かって電界が生じているのであり、この縁端効果による電界によってストリップ導体12の幅は等価的に広くなっている。
本発明に用いるマイクロストリップ線路10は前記非対象形のものであり、伝送する周波数を一例として3〜5GHz帯として設計したものである。
【0028】
上述のようなマイクロストリップ線路10を伝播するマイクロ波の減衰は、導体損失、誘電体損失及び放射損失となる。つまり図4に示す測定系において、送信機19aからの出力値と、受信機19bへの入力値との差は、前記導体損失、誘電体損失及び放射損失を合わせたものとなり、マイクロストリップ線路10上に試料(茶葉A)が位置しない状態で、送信機19aから所定レベルのマイクロ波を送出すると、前記損失の分だけ減衰したレベルのマイクロ波が受信機19bに到来するものであり、この受信レベルを基準値とする。
【0029】
そして図3(a)に示すように保護板16を介在させて、前記マイクロストリップ線路10におけるストリップ導体12に臨んで茶葉Aが位置すると、この茶葉Aがストリップ導体12の上面縁端から導体板11に向かう電界を遮るのであって、H2 Oの電気双極子の固有振動数と、マイクロ波の周波数とが一致すると、この部分で分子の共振現象が起こりマイクロ波が吸収され、茶葉Aの含水率に応じてマイクロ波が減衰する。
この点で本発明のマイクロ波による含水率測定の原理は、発明の背景で述べた電気抵抗式の水分計の測定原理とは異なるものである。
【0030】
そして送信機19aから送出したマイクロ波のレベルと、受信機19bに到来したマイクロ波のレベルとの差異は、試料たる茶葉Aによるマイクロ波の吸収分と、前記損失分による減衰量分との合計になるものであり、このときの値から損失分による減衰量(基準値)を差し引いた値が茶葉Aによるマイクロ波の吸収分M(dB)となる。
そしてこの値M(dB)から、下式によって試料(茶葉A)の含水率G(%)を求めることができる。
G=aM+b (a、bは補正値)
なお補正値a、bについては、事前に実験によって求められる値であって、上記測定系を用いた測定によって得られたM値と、重量計を用いて乾燥前後の茶葉Aの重量値から得た水分値(実測値)との間に相関関係が見い出せることから、決定されるものである。
【0031】
上述の測定原理のように、ストリップ導体12上方近傍に堆積した状態で位置する茶葉A(電界が生じている空間内に位置する茶葉A)に含まれる水分がマイクロ波を吸収するものであって、ストリップ導体12から離れて位置する茶葉Aは電界を遮ることがなくマイクロ波を吸収しないため、測定対象とはならない。したがってマイクロストリップ線路10上に位置する茶葉Aの厚さが、ある程度確保されてさえいれば、茶葉Aの堆積量(サンプリング量)の違いによる測定値の変化は生じない。
この部分について本発明のマイクロ波による含水率測定と、発明の背景で述べた電気抵抗式の水分計の測定原理とは異なるものである。つまり、電気抵抗式にあっては電極間に位置する試料(茶葉A)を回路の一部とし、この試料(茶葉A)の抵抗値を測定することでこの抵抗値と相関関係にある含水率を測定している。しかし実際には茶葉Aの表面に付着した水滴の方が茶葉Aよりも抵抗値が低いため、この水滴に多くの電流が流れ、測定結果は表面に付着した水分に依存しがちで不正確となり、茶葉Aの内部に含まれる水分全体を把握することは困難となってしまっている。
【0032】
本発明の含水率測定装置1の基本的な実施の形態は上述した通りであって、以下、このものを用いたマイクロ波による含水率測定方法並びにこれらを用いた製茶工程制御方法を説明する。
【0033】
(1)基準値の測定
まず、シリンダ6aが伸長してシャッター板6が開口部21aを塞いだ状態、つまり茶葉収容部3内に茶葉Aが位置していない状態で、マイクロ波伝送路たるマイクロストリップ線路10に、送信機19aからマイクロ波を供給すると、マイクロストリップ線路10固有の損失の分だけ減衰したレベルのマイクロ波が受信機19bに到来するものであり、この受信レベルを基準値とする。
【0034】
(2)サンプリング
次いで図5(a)に示すようにシリンダ6aを収縮してシャッター板6を退却させると、茶葉収容部3は前面が開口するため、揉手、葉ざらいによって掻き上げられた茶葉Aは、茶葉収容部3内に取り込まれる。
【0035】
(3)茶葉の押圧
次いで、図5(b)に示すようにシリンダ6aを伸長してシャッター板6を進行させて茶葉収容部3の前面を閉鎖し、茶葉収容部3内への茶葉Aの進入を規制する。そして図5(b)の補助投影図に示すようにシリンダ5aを伸長して側板5Rを側板5Lに向けてあらかじめ設定した茶葉Aの加工状態に応じた圧力(一例として2kg/cm2 )で進行させるものであって、側板5Rと側板5Lとによって挟まれた茶葉Aは、茶葉A間の空気が排除されて密度が均一になるとともに、側板5Lに配設したマイクロストリップ線路10に対して保護板16を介在させて密接して臨んだ状態になる。
【0036】
(4)測定及び含水率の算出
次いで適宜の時間が経過した後、この状態でマイクロストリップ線路10に送信機19aからマイクロ波を供給すると、茶葉Aに含まれた水分によるマイクロ波の吸収が行われる。
このためマイクロストリップ線路10へ向けて送信機19aから送出されたマイクロ波のレベルと、受信機19bによって受信されるマイクロ波のレベルとは一致しなくなるのであり、この時の値と前記基準値との差から茶葉Aの含水率を算出するのである。
【0037】
(5)茶葉の排出
次いで、図5(c)補助投影図に示すようにシリンダ5aを収縮して側板5Rを側板5Lから遠ざけ、更にシリンダ6aを収縮してシャッター板6を退却させて茶葉収容部3の前面を開口させ、次いでシリンダ7aを伸長して背板7を進行させて茶葉収容部3内に位置する茶葉Aを開口部21aから粗揉機20内に戻すのである。
このときクリーニング機構たるナイロンブラシ17が保護板16の表面をワイプするため、茶葉収容部3内に位置するすべての茶葉Aを粗揉機20内に戻すことができ、次回以降の測定を正確に行うことができる。
【0038】
(6)製茶工程の制御
次いで、上記のようにして求めた含水率の値を、粗揉機20に具えた制御盤または製茶ライン全体をコントロールするための制御盤等で処理し、含水率が粗揉機20での好適値となった時点で、粗揉機20による加工を停止するとともに茶葉Aを排出し、次工程へと搬送する。
【0039】
【他の実施の形態】
なお上述した基本となる実施の形態では、以下に示すような装置構成及び測定方法についての種々の改変が可能である。
【0040】
【マイクロストリップ線路の配設態様等の他の実施の形態】
まずマイクロストリップ線路10の配設態様については一カ所に限定されるものではなく、前記側板5Lに加え、この側板5Lに対向する側板5Rに対しても配設するようにしてもよい。この場合には茶葉収容部3に収容された茶葉Aを、側板5Lに設けたマイクロストリップ線路10と、側板5Rに設けたマイクロストリップ線路10との二カ所において測定することができ、測定精度を向上することができる。
またマイクロストリップ線路10の配設対象としては、図6に示すように底板4とする他、図示は省略するがシャッター板6、背板7もしくは天板8とすることもできる。
【0041】
また、板枠部材へのマイクロストリップ線路10の配設は、要はストリップ導体12から導体板13に向かう電界が茶葉収容部3を通過すればよいので、前記マイクロストリップ線路10を、受け部材たる側板5の裏面に配設することもできるのであって、この場合には側板5を比誘電率が1に近い素材で構成することで保護板16が不要となる。またマイクロストリップ線路10が茶葉収容部3の外側に位置するため、装置の製作及びメインテナンスが簡略化される。
【0042】
また前記ストリップ導体12の保護にあたっては、保護板16を設ける代わりに、ストリップ導体12に対してフッ素樹脂等の絶縁性の樹脂等をコーティングすることで、ストリップ導体12への茶葉A等の付着を防止することもできる。 なお以上の説明は含水率測定装置1を、製茶機器に具えるサンプリング装置2と一体的に構成した場合について説明したが、これに限られず構成が共通する部分については、後述する含水率測定装置1を、独立した機器として構成した場合についても適用可能である。
【0043】
【押圧作用を異ならせた他の実施の形態】
先の実施の形態では、茶葉Aへの押圧作用は側板5Rによって行ったが、要は茶葉Aの密度を一定に保つことができればよいものであって、以下に示すようにして行うこともできる。
まず天板8によって押圧作用を行うことができるものであって、具体的には図6に示すように、底板4の茶葉収容部3側の面にマイクロストリップ線路10を配設し、更に前記底板4と対向する天板8にシリンダ8aを接続して押圧作用板とするものである。
【0044】
また請求項に記載したように、前記押圧作用板たる天板8にはエアバッグ15を設けることで、このエアバッグ15によって押圧作用を行うこともできる。このエアバッグ15は、図6(a)に拡大して示すように、天板8の片面側に凹部を形成し、この凹部内にゴム板等の拡張部材15aを、その周辺部を密着固定することでチャンバーを形成したものであって、前記拡張部材15aは縮んだ状態で凹部から突出しない構成とする。
【0045】
ここでこのようにして構成した含水率測定装置1を用いた測定について簡単に説明すると、まず先の実施の形態と同様に(1)基準値の測定、(2)サンプリングを行った後、(3)茶葉の押圧を行う。つまり、図6(b)に示すようにシリンダ8aを伸長して天板8を底板4に向けてあらかじめ設定した位置まで進行させ、前記エアバッグ15に空気を供給して拡張部材15aを膨らませると、エアバッグ15と底板4とによって挟まれる茶葉Aは、茶葉A間の空気が排除されて密度が均一になるとともに、底板4に配設したマイクロストリップ線路10に対して保護板16を介在して密接した状態になる。次いで(4)測定及び含水率の算出、(5)茶葉の排出を行う。
なお以上の説明は含水率測定装置1を、製茶機器に具えるサンプリング装置2と一体的に構成した場合について説明したが、これに限られず構成が共通する部分については、後述する、含水率測定装置1を独立した機器として構成した場合についても適用可能である。
【0046】
【押圧作用に代わる精度向上のための参考形態】
先の実施の形態では、測定精度向上のために茶葉Aを押圧した状態で測定を行ったが、茶葉Aの性状によっては、前記押圧を要さずに測定を行うこともできる。具体的には精揉機によって加工された茶葉Aのように含水率が低い茶葉Aの場合には、押圧するまでもなくサンプリングした段階で茶葉A間の空気が排除されて密度が均一となるため、あえて押圧を必要としない。なおこの場合には振動機構18を設けることで茶葉Aに振動を与え、積極的に茶葉A間の密度の均一化を図るようにしてもよい。具体的には図5、6に仮想線で示したように、板枠部材の一例として底板4に振動機構18を設けるものであって、この振動機構18としては一例としてモータの回転軸に、重心を偏心させて分銅を具えたバイブレーションモータや、クランク機構とモータとを組み合わせたもの等、公知の構成が採り得る。このような振動機構18を用いることで、不用意に茶葉Aを粉砕してしまうことがない。
なお以上の説明は含水率測定装置1を、製茶機器に具えるサンプリング装置2と一体的に構成した場合について説明したが、これに限られず構成が共通する部分については、後述する、含水率測定装置1を独立した機器として構成した場合についても適用可能である。
【0047】
【マイクロ波送受信機の配設態様の他の実施の形態】
先の実施の形態では、送信機19a及び受信機19bをサンプリング装置2と離れた場所に設け、これらとマイクロストリップ線路12とをコネクタ14及び同軸ケーブルCを用いて接続したが、小型の送信機器及び受信機器またはこれらの代わりとなるボルトメータ等を、茶葉収容部3を構成する板枠部材の裏面等に直接搭載するようにすることもできる。この場合、同軸ケーブルCの屈曲等による測定環境の変化を排除することができ、より正確な測定を行うことができる。
なお以上の説明は含水率測定装置1を、製茶機器に具えるサンプリング装置2と一体的に構成した場合について説明したが、これに限られず構成が共通する部分については、後述する、含水率測定装置1を独立した機器として構成した場合についても適用可能である。
【0048】
【測定個所を異ならせる他の実施の形態】
先の実施の形態では、マイクロストリップ線路10は板枠部材に対して一線路を具え、一回のサンプルに対して、固定された測定部位について測定を行ったが、請求項に示すように茶葉Aに対してマイクロストリップ線路10が臨む位置を変更可能とする機構を具えるようにしてもよい。
具体的には一例として、マイクロストリップ線路10を具えた板枠部材を適宜の機構によって回転可能あるいはスライド可能に具えることで、マイクロストリップ線路10と、茶葉Aとの相対位置を変更可能にし、同一サンプルに対して測定個所を異ならせた測定を連続して行うことを可能とするものである。
また、板枠部材に対して複数のマイクロストリップ線路10を設け、個々のマイクロストリップ線路10での測定を連続して順次行うようにしても、同一サンプルに対して測定個所を異ならせた測定を連続して行うことができる。
なお以上の説明は含水率測定装置1を、製茶機器に具えるサンプリング装置2と一体的に構成した場合について説明したが、これに限られず構成が共通する部分については、後述する、含水率測定装置1を独立した機器として構成した場合についても適用可能である。
【0049】
【測定方法の他の実施の形態】
次に測定方法についての他の実施の形態について説明する。
【0050】
【測定のタイミングの他の実施の形態】
前記測定のタイミングについては、要は茶葉Aの密度が一定に保たれた状態であればよいので、茶葉収容部3内の茶葉Aを側板5R等によって押圧し、茶葉A間の空気が排除されて密度を均一にした後にこの側板5R等による押圧を解除し、その時点で測定を行うようにしてもよい。
【0051】
【測定に用いるマイクロ波の他の実施の形態】
また先の実施の形態で用いたマイクロ波は一周波数(4GHz)であったが、一例として3〜5GHz帯内の異なる複数の周波数のマイクロ波を用いて複数回の測定を行い、これら測定値の平均を採るようにすることもでき、測定精度を向上することができる。
【0052】
【個別の測定装置として用いる実施の形態】
本発明の含水率測定装置1は、上述したように製茶機器に具えるサンプリング装置2と一体的に構成する他、サンプリング装置2とは別体の測定装置として構成して製茶工場に具えることもできる。
まず一例として図7(a)に示すように、シリンダ30の内部を茶葉収容部3とするものであり、このシリンダ30の底部に底板4を設け、このシリンダ30内を摺動するピストンとして天板8を用いる。そして前記底板4の上面にマイクロストリップ線路10を設け、このマイクロストリップ線路10に保護板16を被覆するものである。
【0053】
また図7(b)に示すように、底板4には振動機構18を具え、この底板4上にマイクロストリップ線路10を配設するとともに、このマイクロストリップ線路10上に受皿Dを載置するようにすることもできる。なおこの受皿Dの材質はPP、PE等、比誘電率が1に近いものが好ましい。
このような含水率測定装置1に対しては、適宜ベルトコンベヤ等でサンプリングした茶葉Aを、自動的にあるいは手動で供給するものであり、ストリップ導体12から導体板13へ向かう電界中に茶葉Aが位置することで含水率の測定が可能となる。
【0054】
【発明の効果】
本発明によれば、従来の装置の様に重量計測手段を必須とせず、装置全体のコストダウンが実現でき、また測定精度を向上することのできる、新規なマイクロ波による含水率測定方法及びその装置並びにこれらを用いた製茶工程制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の含水率測定装置を粗揉機に対して取り付けた状態を示す側面図である。
【図2】 本発明の含水率測定装置を示す縦断側面図並びに補助投影図である。
【図3】 マイクロストリップ線路及び対象型ストリップ線路における電界の様子を示す断面図である。
【図4】 マイクロストリップ線路の種々の形態を示す平面図である。
【図5】 マイクロ波による含水率測定方法を段階的に示す説明図である。
【図6】 マイクロ波による含水率測定方法の他の実施の形態を段階的に示す説明図である。
【図7】 個別の測定装置として構成した含水率測定装置を示す側面図である。
【符号の説明】
1 含水率測定装置
2 サンプリング装置
3 茶葉収容部
4 底板
5 側板
5a シリンダ
5R 側板
5L 側板
6 シャッター板
6a シリンダ
7 背板
7a シリンダ
8 天板
8a シリンダ
9 筐体
10 マイクロストリップ線路
11 導体板
12 ストリップ導体
12a 入力端
12b 出力端
13 誘電体
14 コネクタ
14a コネクタ
14b コネクタ
15 エアバッグ
15a 拡張部材
16 保護板
17 ナイロンブラシ
18 振動機構
19a 送信機
19b 受信機
20 粗揉機
21 側板部
21a 開口部
30 シリンダ
A 茶葉
C 同軸ケーブル
D 受皿
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for measuring the moisture content of tea leaves and the like using microwaves, and in particular, there is little variation for each measurement, and furthermore the moisture content by microwaves can be reduced compared to conventional devices. The present invention relates to a measurement method, an apparatus therefor, and a tea process control method using these.
[0002]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The processing of tea leaves in a tea factory has a substantial number of processes that substantially promote the drying of tea leaves. Specifically, from the steamed leaves of about 360% moisture content (based on the weight of tea leaves with zero moisture). Finally, it is subjected to cocoon drying until crude tea with a moisture content of about 5% is obtained.
[0003]
The process for this includes the leaf-making process, the rough-cooking process, the twisting process, the mid-stitching process, the mid-stitching process, the refinement process, and the drying process. This is an important factor in the operation of tea making equipment to obtain good quality products.
[0004]
Therefore, recently, as a device for grasping the moisture content, an electric resistance type moisture meter, a microwave type moisture meter, a near infrared type moisture meter, etc. are used. There was room for improvement.
First, the electric resistance type moisture meter measures the electrical resistance of the tea leaf by positioning the tea leaf between the electrodes. In principle, it can only measure the moisture on the tea leaf surface, so the measurement result tends to depend on the surface resistance. Therefore, it is inaccurate and it is difficult to grasp the water content of the entire tea leaf, and it is insufficient for use as data for controlling the tea production line.
In addition, if a voltage higher than a certain level is applied due to the moisture content of the tea leaves, dielectric breakdown will occur and measurement will be impossible. Data processing is complicated.
[0005]
In addition, since the microwave moisture meter requires a load cell, which is a tea leaf weight measuring device, the configuration of the measurement system cannot be denied.
[0006]
The near-infrared moisture meter can measure the moisture up to the inside of the tea leaf slightly than the electric resistance-type moisture meter, but in principle can only measure the moisture on the tea leaf surface. In addition, since the near-infrared irradiation range is very narrow, there is a drawback that only a small part of the sample can be measured. Furthermore, since the near-infrared moisture meter is expensive, its versatility is poor.
[0007]
[Technical problem to be solved]
The present invention has been made from such a background, and does not require weight measurement means as in the case of conventional devices, can reduce the cost of the entire device, and can improve the measurement accuracy. The technical problem is to develop a method for measuring moisture content using microwaves, a device therefor, and a tea process control method using them.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In other words, the microwave moisture content measuring apparatus according to claim 1 forms a transmission path composed of a microstrip line between a microwave transmitter and a receiver, and this transmission path is located in a tea leaf housing portion of the sampling apparatus. Let In a device for measuring moisture content, The tea leaf accommodating portion includes a bottom plate, a pair of side plates rising on both sides of the bottom plate, a top plate provided to face the bottom plate, and a shutter frame and a back plate rising before and after the bottom plate. The microstrip line is disposed on one or both of the pair of side plates, or one or both of the top plate or the bottom plate, and the back plate extends along the side plate and the bottom plate. Or a plate frame member provided with the microstrip line, or another plate frame member facing the plate frame member provided with the microstrip line, or It is characterized in that a pressing plate is formed by making both movable.
According to this invention, it is possible to measure the moisture content of the tea leaves accommodated in the tea leaf accommodating portion with high accuracy without requiring the weight measurement of the tea leaves.
Also, Since the arrangement position of the microstrip line can be selected in accordance with the installation position of the moisture content measuring device limited by the tea making device, versatility can be enhanced.
In addition, a plurality of measurement data can be obtained by measuring the tea leaves of the same sample with two microstrip lines attached at two locations, and the measurement accuracy is improved.
Also, By pressing the tea leaves taken into the tea leaf container with the pressing action plate, the tea leaf density can be made more uniform for each measurement, so that more accurate measurement can be performed. Since it can discharge | emit, it can measure the moisture content of the tea leaf in process by attaching with respect to the apparatuses (rough grinder etc.) which comprise a tea production line.
[0009]
And claims 2 The microwave moisture content measuring device described above is characterized in that, in addition to the above requirements, the strip conductor in the microstrip line is covered with a protective plate having an appropriate thickness.
According to this invention, since the tea leaf does not directly touch the strip conductor, the electric field generated between the strip conductor and the conductor plate is not disturbed, and the moisture content can be measured with high accuracy. Further, corrosion, wear and damage of the strip conductor can be prevented.
[0010]
Further claims 3 The microwave moisture content measuring apparatus described above is characterized in that, in addition to the above requirements, an air bag is provided on the pressing action plate.
According to the present invention, the tea leaves are pressed against the microstrip line by the airbag, so that the density of the tea leaves for each measurement is made more uniform, so that more accurate measurement can be performed.
[0011]
Further claims 4 In addition to the above requirements, the microwave moisture content measuring apparatus described is provided with a cleaning mechanism for removing tea leaves, moisture, etc. adhering to the microstrip line.
According to this invention, since the tea leaves for the previous measurement do not remain on the microstrip line, highly accurate measurement can be performed.
[0012]
Further claims 5 In addition to the above-described requirements, the microwave moisture content measuring apparatus described above includes a mechanism that can change the position where the microstrip line faces the tea leaves.
According to the present invention, the reliability of data is increased by continuously performing measurement with different measurement locations on the same sample, and more accurate measurement can be performed.
[0013]
And claims 6 The tea making process control method using the described microwave moisture content measuring device is formed by forming a transmission path between a microwave transmitter and a receiver with a microstrip line, before processing by a tea manufacturing apparatus, after processing, or processing The tea leaf inside is positioned facing this microstrip line, and the moisture content of the tea leaf is calculated from the difference in the reception level caused by the absorption of microwaves by the moisture contained in the tea leaf, and according to this moisture content And determining when to take out tea leaves from tea making equipment.
According to this invention, the moisture content of the tea leaf is measured with high accuracy, and the tea leaf processing status is determined based on this value, so that the processing status of the tea leaf can be optimized, Quality processed tea leaves can be obtained.
The above problems can be solved by using the configuration of the invention described in each of the claims as a means.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the structure of the moisture content measuring apparatus using microwaves according to the present invention will be described, and then the moisture content measuring method using microwaves and the tea process control method using these will be described.
As shown in FIG. 1, the moisture content measuring device 1 of the present invention is configured integrally with a sampling device 2 provided in a side plate portion 21 of a roughing machine 20 in a tea factory as an example. Of course, as for the location where the moisture content measuring device 1 is disposed, an appropriate position such as the front surface of the roughing machine 20 can be selected.
[0015]
First, the sampling device 2 will be described. In this device, a tea leaf accommodating portion 3 is formed as shown in FIG. 2, and the tea leaf accommodating portion 3 is a pair of plates that rise on both sides of the bottom plate 4 and the bottom plate 4. In a rectangular space defined by plate frame members including the side plates 5R and 5L, the top plate 8 provided opposite to the bottom plate 4, and the shutter plate 6 and the back plate 7 rising before and after the bottom plate 4. is there. A slight clearance is provided between the bottom plate 4, the back plate 7 and the side plate 5.
In the following description, “front” means the roughing machine 20 side to which the sampling device 2 is attached, and “rear” means the opposite direction.
[0016]
The back plate 7 is configured to be movable back and forth along the side plate 5 and the bottom plate 4 to form a discharge action plate, and one side plate 5 (the side plate 5R as an example in the present embodiment) is used as the bottom plate 4. Along with the other side plate 5 (in this embodiment, as an example, the side plate 5L), the pressing plate is configured to be movable so as to approach and separate.
For this reason, the cylinders 7a and 5a are fixed to the housing 9 using appropriate brackets, and these rods are fixed to the back surface of the back plate 7 and the back surface of the side plate 5R, respectively.
[0017]
Further, a nylon brush 17 as an example of a cleaning mechanism is provided on one side (side plate 5L side) of the back plate 7 over the entire longitudinal direction. As the cleaning mechanism, an air purge mechanism including a nozzle for blowing compressed air as appropriate, in addition to the nylon brush 17, rubber spatula, cloth, etc., which wipes the upper surface of the side plate 5L by the movement of the back plate 7 is adopted. You can also.
[0018]
The shutter plate 6 opens and closes the tea leaf housing part 3 by moving up and down along the front end surfaces of a pair of opposed side plates 5. A rod of a cylinder 6 a fixed to the housing 9 is attached to the shutter plate 6. It is fixed to the upper end surface.
[0019]
Further, a microstrip line 10 is disposed on the surface of the other side plate 5L facing the movable side plate 5R on the side of the tea leaf accommodating portion 3, and the microstrip line 10 has a strip conductor 12 side. The surface is covered with an appropriate protective plate 16 made of an insulating material. In the present embodiment, an acrylic plate having a thickness of 0.4 mm is used as the protective plate 16.
[0020]
Hereinafter, the above-described microstrip line 10 will be described in detail.
The microstrip line 10 is a microwave transmission line that is structurally formed by removing one of the conductor plates of a symmetrical strip line, but that can be considered as a modification of two parallel wires electrically. . 3A, the strip-shaped strip conductor 12 is positioned above the conductor plate 11 as shown in FIG. 3A. In order to hold the strip conductor 12, the conductor plate 11 and the strip conductor are arranged. 12 is formed by inserting a dielectric 13 as a spacer.
[0021]
As a material for the conductor plate 11 and the strip conductor 12, it is preferable to use a metal having high conductivity such as copper or iron, but a metal having excellent corrosion resistance such as stainless steel can also be used. The dielectric 13 is made of glass fiber, ceramic, or the like containing silicone, fluororesin, epoxy resin or the like.
[0022]
In the present embodiment, since a microwave of 4 GHz (λ≈7.5 cm) is handled as an example of the 3 to 5 GHz band (λ≈10 to 6 cm) in the electromagnetic wave, the microstrip line at this frequency is used. The dimensions and the like are appropriately designed so that the characteristic impedance of 10 matches the transmitter 19a and the receiver 19b. In the present embodiment, as an example, the dielectric 13 is a relative dielectric constant ε. r An epoxy containing glass fiber of about 4.7 was used, the width of the strip conductor 12 was 2 to 5 mm, and the distance between the strip conductor 12 and the conductor plate 11 was 1 to 1.5 mm. Of course, these values are the relative dielectric constant ε of the dielectric 13. r Depending on the value of, the frequency of the microwave used, and the like.
Further, the frequency of the electromagnetic wave to be used is not limited to the above-mentioned 3-5 GHz band microwave, and an appropriate high frequency can be selected as long as the frequency is absorbed by moisture.
[0023]
As shown in FIG. 4A, the shape of the strip conductor 12 in the present embodiment is such that a straight line portion is provided on a diagonal line of the side plate 5R, this straight portion is U-turned, and the input end 12a and the output are formed on one side of the side plate 5R. By positioning the end 12b, the portion below the diagonal line of the side plate 5R is drawn almost over the entire area.
With respect to the routing pattern of the strip conductor 12, it can be routed over almost the entire area along each side of the side plate 5R as shown in FIG. 4B, or at several places as shown in FIG. 4C. Various embodiments can be adopted, such as passing the entire surface of the side plate 5R by folding it back.
[0024]
Further, in the microstrip line 10, the impedance in the non-linear portion of the strip conductor 12 is different from that in the linear portion, so that microwaves are reflected or radiated. In order to avoid these, the non-linear portion of the strip conductor 12 has an acute angle. It is preferable to use an H bent with a blunt angle by cutting away the portion or an H corner with a curve.
[0025]
As shown in FIG. 4, high frequency connectors 14a and 14b such as SMA and BNC are attached to the input end 12a and the output end 12b of the strip conductor 12, respectively, and a transmitter 19a and a receiver are connected by a coaxial cable C or the like. 19b.
[0026]
Here, the measurement principle of the moisture content measuring apparatus 1 of the present invention described above will be described. The strip line includes a symmetric strip line and an asymmetric strip line. The symmetrical strip line can be considered as a modification of the coaxial line, and it can be considered that the coaxial line is transformed into a square waveguide or a rectangular waveguide, and finally its side wall is removed. As shown in FIG. 3B, an electric field (solid line in the figure) is generated from the lower surface of the upper surface of the strip conductor 12 'toward the conductor plate 11' as shown in FIG. A magnetic field (broken line in the figure) around the conductor 12 'is generated.
[0027]
On the other hand, the non-target strip line is structurally formed by removing one of the conductive plates of the symmetric strip line, but is considered to be an electrically deformed parallel two line. That is, as shown in FIG. 3A, an electric field (solid line in the figure) is generated from the lower surface of the strip conductor 12 toward the conductor plate 11, and a magnetic field (broken line in the figure) centered on the strip conductor 12 is generated. Yes. Further, an electric field is generated from the upper edge of the strip conductor 12 toward the conductor plate 11 by the edge effect, and the width of the strip conductor 12 is equivalently increased by the electric field by the edge effect.
The microstrip line 10 used in the present invention is of the non-target type, and is designed as a 3 to 5 GHz band as an example of the transmission frequency.
[0028]
The attenuation of the microwave propagating through the microstrip line 10 as described above becomes a conductor loss, a dielectric loss, and a radiation loss. That is, in the measurement system shown in FIG. 4, the difference between the output value from the transmitter 19a and the input value to the receiver 19b is the sum of the conductor loss, dielectric loss and radiation loss, and the microstrip line 10 When a predetermined level of microwave is transmitted from the transmitter 19a in a state where the sample (tea leaf A) is not positioned above, the microwave attenuated by the amount of the loss arrives at the receiver 19b. The level is the reference value.
[0029]
Then, as shown in FIG. 3A, when the tea leaf A is located facing the strip conductor 12 in the microstrip line 10 with the protective plate 16 interposed, the tea leaf A is exposed from the upper surface edge of the strip conductor 12 to the conductor plate. 11 to block the electric field toward H 2 When the natural frequency of the electric dipole of O coincides with the frequency of the microwave, a resonance phenomenon of molecules occurs in this portion, the microwave is absorbed, and the microwave is attenuated according to the moisture content of the tea leaf A.
In this respect, the principle of moisture content measurement by microwaves of the present invention is different from the measurement principle of the electric resistance type moisture meter described in the background of the invention.
[0030]
The difference between the level of the microwave transmitted from the transmitter 19a and the level of the microwave arriving at the receiver 19b is the sum of the amount of absorption of the microwave by the tea leaf A as the sample and the amount of attenuation due to the loss. The value obtained by subtracting the attenuation (reference value) due to the loss from the value at this time is the absorption M (dB) of the microwave by the tea leaves A.
And from this value M (dB), the moisture content G (%) of the sample (tea leaf A) can be obtained by the following equation.
G = aM + b (a and b are correction values)
The correction values a and b are values obtained by experiments in advance, and are obtained from the M value obtained by measurement using the measurement system and the weight value of the tea leaves A before and after drying using a weigh scale. It is determined because a correlation can be found between the measured moisture value (measured value).
[0031]
As in the measurement principle described above, the moisture contained in the tea leaf A (tea leaf A located in the space where the electric field is generated) located in the state of being deposited near the upper portion of the strip conductor 12 absorbs microwaves. The tea leaves A located away from the strip conductor 12 do not block the electric field and do not absorb microwaves, so that they are not measured. Therefore, as long as the thickness of the tea leaf A located on the microstrip line 10 is ensured to some extent, the measured value does not change due to the difference in the amount of tea leaf A deposited (sampling amount).
In this part, the moisture content measurement by the microwave of the present invention is different from the measurement principle of the electric resistance type moisture meter described in the background of the invention. That is, in the electrical resistance type, the sample (tea leaf A) located between the electrodes is a part of the circuit, and the moisture content correlated with the resistance value is measured by measuring the resistance value of the sample (tea leaf A). Is measuring. However, since the water drop attached to the surface of tea leaf A actually has a lower resistance value than tea leaf A, a large amount of current flows through the water drop, and the measurement results tend to depend on the water attached to the surface and become inaccurate. It has become difficult to grasp the entire moisture contained in the tea leaves A.
[0032]
The basic embodiment of the moisture content measuring device 1 of the present invention is as described above, and hereinafter, a moisture content measuring method using microwaves using this device and a tea process control method using these will be described.
[0033]
(1) Measurement of reference value
First, in a state where the cylinder 6a is extended and the shutter plate 6 closes the opening 21a, that is, in a state where the tea leaf A is not located in the tea leaf accommodating portion 3, the transmitter is connected to the microstrip line 10 serving as the microwave transmission path. When a microwave is supplied from 19a, a microwave having a level attenuated by the loss inherent in the microstrip line 10 arrives at the receiver 19b, and this reception level is used as a reference value.
[0034]
(2) Sampling
Next, as shown in FIG. 5 (a), when the cylinder 6a is contracted and the shutter plate 6 is retracted, the front surface of the tea leaf housing 3 opens, so It is taken into the accommodating part 3.
[0035]
(3) Pressing of tea leaves
Next, as shown in FIG. 5 (b), the cylinder 6 a is extended and the shutter plate 6 is advanced to close the front surface of the tea leaf housing portion 3, thereby restricting the entry of the tea leaf A into the tea leaf housing portion 3. Then, as shown in the auxiliary projection view of FIG. 5B, the cylinder 5a is extended so that the side plate 5R faces the side plate 5L, and the pressure corresponding to the preset processing state of the tea leaf A (2 kg / cm as an example) 2 ), And the tea leaves A sandwiched between the side plates 5R and 5L have a uniform density by eliminating the air between the tea leaves A, and the microstrip line 10 disposed on the side plates 5L. On the other hand, the protective plate 16 is interposed to face closely.
[0036]
(4) Measurement and calculation of moisture content
Then, after an appropriate time has passed, when microwaves are supplied to the microstrip line 10 from the transmitter 19a in this state, the microwaves are absorbed by the moisture contained in the tea leaves A.
For this reason, the level of the microwave transmitted from the transmitter 19a toward the microwave strip line 10 and the level of the microwave received by the receiver 19b do not coincide with each other. The water content of tea leaf A is calculated from the difference between the two.
[0037]
(5) Discharge of tea leaves
Next, as shown in FIG. 5 (c), the cylinder 5a is contracted to move the side plate 5R away from the side plate 5L, and the cylinder 6a is further contracted to retract the shutter plate 6 to open the front surface of the tea leaf storage unit 3. Then, the cylinder 7a is extended and the back plate 7 is advanced to return the tea leaf A located in the tea leaf accommodating portion 3 into the roughing machine 20 from the opening portion 21a.
At this time, since the nylon brush 17 serving as a cleaning mechanism wipes the surface of the protective plate 16, all the tea leaves A located in the tea leaf storage unit 3 can be returned to the roughing machine 20, and the next and subsequent measurements are accurately performed. be able to.
[0038]
(6) Control of tea making process
Next, the moisture content value obtained as described above is processed by a control panel provided in the roughing machine 20 or a control panel for controlling the entire tea production line, and the moisture content is determined as a suitable value in the roughing machine 20. At that point, the processing by the roughing machine 20 is stopped and the tea leaves A are discharged and conveyed to the next process.
[0039]
[Other embodiments]
In the basic embodiment described above, various modifications can be made to the apparatus configuration and measurement method as described below.
[0040]
[Other Embodiments of Microstrip Line Arrangement, etc.]
First, the arrangement of the microstrip line 10 is not limited to one place, but may be arranged on the side plate 5R facing the side plate 5L in addition to the side plate 5L. In this case, the tea leaves A accommodated in the tea leaf accommodating portion 3 can be measured at two locations, that is, the microstrip line 10 provided on the side plate 5L and the microstrip line 10 provided on the side plate 5R. Can be improved.
In addition to the bottom plate 4 as shown in FIG. 6, the microstrip line 10 may be the shutter plate 6, the back plate 7, or the top plate 8 although not shown.
[0041]
In addition, the microstrip line 10 is disposed on the plate frame member because the electric field from the strip conductor 12 toward the conductor plate 13 only needs to pass through the tea leaf housing portion 3. It can also be arranged on the back surface of the side plate 5. In this case, the side plate 5 is made of a material having a relative dielectric constant close to 1, so that the protective plate 16 becomes unnecessary. Further, since the microstrip line 10 is located outside the tea leaf housing part 3, the manufacture and maintenance of the apparatus are simplified.
[0042]
When the strip conductor 12 is protected, instead of providing the protective plate 16, the strip conductor 12 is coated with an insulating resin such as a fluororesin so that the tea leaves A and the like adhere to the strip conductor 12. It can also be prevented. In addition, although the above description demonstrated the case where the moisture content measuring apparatus 1 was comprised integrally with the sampling apparatus 2 which is provided in a tea-making apparatus, it is not restricted to this, About the part which has a common structure, the moisture content measuring apparatus mentioned later The present invention can also be applied to a case where 1 is configured as an independent device.
[0043]
[Other Embodiments with Different Pressing Actions]
In the previous embodiment, the pressing action on the tea leaf A was performed by the side plate 5R, but the point is that the density of the tea leaf A can be kept constant, and can be performed as follows. .
First, a pressing action can be performed by the top plate 8. Specifically, as shown in FIG. 6, a microstrip line 10 is disposed on the surface of the bottom plate 4 on the tea leaf housing part 3 side, and further, A cylinder 8a is connected to a top plate 8 facing the bottom plate 4 to form a pressing action plate.
[0044]
And claims 3 As described above, by providing the airbag 15 on the top plate 8 serving as the pressing action plate, the pressing action can be performed by the airbag 15. 6A, the airbag 15 is formed with a recess on one side of the top plate 8, and an expansion member 15a such as a rubber plate is fixed inside the recess and its peripheral portion is closely fixed. In this way, a chamber is formed, and the expansion member 15a is configured not to protrude from the recess in a contracted state.
[0045]
Here, the measurement using the moisture content measuring apparatus 1 configured as described above will be briefly described. First, similarly to the previous embodiment, after (1) measurement of a reference value and (2) sampling, ( 3) Press the tea leaves. That is, as shown in FIG. 6B, the cylinder 8a is extended to advance the top plate 8 toward the bottom plate 4 to a preset position, and air is supplied to the airbag 15 to inflate the expansion member 15a. The tea leaves A sandwiched between the airbag 15 and the bottom plate 4 eliminate the air between the tea leaves A to make the density uniform, and interpose a protective plate 16 with respect to the microstrip line 10 disposed on the bottom plate 4. And become close. Next, (4) measurement and calculation of water content, (5) discharge of tea leaves.
In addition, although the above description demonstrated the case where the moisture content measuring apparatus 1 was comprised integrally with the sampling apparatus 2 which is provided in a tea-making apparatus, it is not restricted to this, About the part which has a common structure, the moisture content measurement mentioned later is mentioned. The present invention can also be applied to a case where the device 1 is configured as an independent device.
[0046]
[For accuracy improvement instead of pressing action reference Form]
In the previous embodiment, the measurement was performed in a state where the tea leaf A was pressed in order to improve the measurement accuracy. However, depending on the properties of the tea leaf A, the measurement can be performed without requiring the pressing. Specifically, in the case of tea leaves A having a low water content, such as tea leaves A processed by a milling machine, the air between the tea leaves A is eliminated and the density becomes uniform at the stage of sampling without being pressed. , Do not need to press. In this case, the vibration mechanism 18 may be provided to vibrate the tea leaves A so as to positively equalize the density between the tea leaves A. Specifically, as shown in phantom lines in FIGS. 5 and 6, a vibration mechanism 18 is provided on the bottom plate 4 as an example of a plate frame member. As the vibration mechanism 18, as an example, on the rotation shaft of the motor, A known configuration such as a vibration motor having a weight with an eccentric center of gravity or a combination of a crank mechanism and a motor can be employed. By using such a vibration mechanism 18, the tea leaves A are not inadvertently crushed.
In addition, although the above description demonstrated the case where the moisture content measuring apparatus 1 was comprised integrally with the sampling apparatus 2 which is provided in a tea-making apparatus, it is not restricted to this, About the part which has a common structure, the moisture content measurement mentioned later is mentioned. The present invention can also be applied to a case where the device 1 is configured as an independent device.
[0047]
[Other Embodiments of Microwave Transceiver Arrangement]
In the previous embodiment, the transmitter 19a and the receiver 19b are provided at a location distant from the sampling device 2, and these are connected to the microstrip line 12 using the connector 14 and the coaxial cable C. In addition, a receiving device or a voltmeter or the like instead of the receiving device may be directly mounted on the back surface of the plate frame member constituting the tea leaf housing unit 3. In this case, changes in the measurement environment due to the bending of the coaxial cable C can be eliminated, and more accurate measurement can be performed.
In addition, although the above description demonstrated the case where the moisture content measuring apparatus 1 was comprised integrally with the sampling apparatus 2 which is provided in a tea-making apparatus, it is not restricted to this, About the part which has a common structure, the moisture content measurement mentioned later is mentioned. The present invention can also be applied to a case where the device 1 is configured as an independent device.
[0048]
[Other embodiments for different measurement locations]
In the previous embodiment, the microstrip line 10 has one line with respect to the plate frame member, and the measurement was performed on a fixed measurement site for one sample. 5 As shown in FIG. 4, a mechanism that allows the position of the microstrip line 10 to face the tea leaf A can be changed.
Specifically, as an example, by providing a plate frame member including the microstrip line 10 to be rotatable or slidable by an appropriate mechanism, the relative position between the microstrip line 10 and the tea leaves A can be changed, It is possible to continuously perform the measurement with different measurement locations on the same sample.
In addition, even if a plurality of microstrip lines 10 are provided for the plate frame member and the measurements on the individual microstrip lines 10 are sequentially performed sequentially, the measurement can be performed with different measurement locations for the same sample. Can be done continuously.
In addition, although the above description demonstrated the case where the moisture content measuring apparatus 1 was comprised integrally with the sampling apparatus 2 which is provided in a tea-making apparatus, it is not restricted to this, About the part which has a common structure, the moisture content measurement mentioned later is mentioned. The present invention can also be applied to a case where the device 1 is configured as an independent device.
[0049]
[Other Embodiments of Measurement Method]
Next, another embodiment of the measurement method will be described.
[0050]
[Other embodiments of measurement timing]
As for the timing of the measurement, it suffices if the density of the tea leaves A is kept constant. Therefore, the tea leaves A in the tea leaf accommodating portion 3 are pressed by the side plate 5R and the air between the tea leaves A is excluded. After the density is made uniform, the pressing by the side plate 5R or the like may be released, and measurement may be performed at that time.
[0051]
[Other Embodiments of Microwave Used for Measurement]
Moreover, although the microwave used in the previous embodiment was one frequency (4 GHz), as an example, a plurality of measurements were performed using microwaves having a plurality of different frequencies in the 3 to 5 GHz band, and these measured values were measured. It is also possible to take the average of the above, and the measurement accuracy can be improved.
[0052]
[Embodiments used as individual measuring devices]
As described above, the moisture content measuring device 1 of the present invention is configured integrally with the sampling device 2 included in the tea making apparatus, and is configured as a measuring device separate from the sampling device 2 and provided in the tea factory. You can also.
As an example, as shown in FIG. 7 (a), the inside of a cylinder 30 is used as a tea leaf accommodating portion 3, and a bottom plate 4 is provided at the bottom of the cylinder 30, and a piston is slid as the piston sliding inside the cylinder 30. A plate 8 is used. A microstrip line 10 is provided on the upper surface of the bottom plate 4, and a protective plate 16 is covered on the microstrip line 10.
[0053]
Further, as shown in FIG. 7B, the bottom plate 4 is provided with a vibration mechanism 18, the microstrip line 10 is disposed on the bottom plate 4, and the tray D is placed on the microstrip line 10. It can also be. The material of the tray D is preferably a material having a relative dielectric constant close to 1, such as PP or PE.
For such a moisture content measuring device 1, tea leaves A sampled by a belt conveyor or the like are supplied automatically or manually, and tea leaves A are generated during the electric field from the strip conductor 12 to the conductor plate 13. It is possible to measure the moisture content by positioning.
[0054]
【The invention's effect】
According to the present invention, the weight measuring means is not essential as in the conventional apparatus, the cost of the entire apparatus can be reduced, and the measurement accuracy can be improved. An apparatus and a tea process control method using these devices can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view showing a state in which a moisture content measuring device of the present invention is attached to a roughing machine.
FIG. 2 is a longitudinal side view and an auxiliary projection view showing a moisture content measuring device of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a state of an electric field in a microstrip line and a target strip line.
FIG. 4 is a plan view showing various forms of a microstrip line.
FIG. 5 is an explanatory view showing stepwise a moisture content measurement method using microwaves.
FIG. 6 is an explanatory view showing stepwise another embodiment of a method for measuring moisture content by microwaves.
FIG. 7 is a side view showing a moisture content measuring device configured as an individual measuring device.
[Explanation of symbols]
1 Moisture content measuring device
2 Sampling equipment
3 Tea leaf storage
4 Bottom plate
5 side plate
5a cylinder
5R side plate
5L side plate
6 Shutter plate
6a cylinder
7 Backboard
7a cylinder
8 Top plate
8a cylinder
9 Case
10 Microstrip line
11 Conductor plate
12 Strip conductor
12a input terminal
12b output terminal
13 Dielectric
14 Connector
14a connector
14b connector
15 airbag
15a expansion member
16 Protection plate
17 Nylon brush
18 Vibration mechanism
19a transmitter
19b receiver
20 roughing machine
21 Side plate
21a opening
30 cylinders
A tea leaves
C Coaxial cable
D saucer

Claims (6)

マイクロ波の送信機と受信機との間にマイクロストリップ線路から成る伝送路を形成し、この伝送路をサンプリング装置における茶葉収容部内に位置させて含水率の測定を行う装置において、前記茶葉収容部は、底板と、この底板の両側に立ち上がる一対の側板と、前記底板に対向して設けられる天板と、前記底板の前後に立ち上がるシャッター板及び背板とを要素とする板枠部材により構成され、前記一対の側板のいずれか一方または双方、あるいは前記天板もしくは底板のいずれか一方または双方に、前記マイクロストリップ線路を配設し、前記背板を、前記側板及び底板に沿って移動可能に構成することで排出作用板とし、且つ前記マイクロストリップ線路を配設した板枠部材あるいはこのマイクロストリップ線路を配設した板枠部材と対向する他の板枠部材のいずれか一方または双方を移動可能に構成することで押圧作用板としたことを特徴とするマイクロ波による含水率測定装置。In the apparatus for measuring the moisture content by forming a transmission path composed of a microstrip line between a microwave transmitter and a receiver and positioning the transmission path in a tea leaf accommodating section in a sampling device, the tea leaf accommodating section Is composed of a plate frame member including a bottom plate, a pair of side plates rising on both sides of the bottom plate, a top plate provided to face the bottom plate, and a shutter plate and a back plate rising before and after the bottom plate. The microstrip line is disposed on one or both of the pair of side plates, or one or both of the top plate or the bottom plate, and the back plate can be moved along the side plate and the bottom plate. A plate frame member provided with the microstrip line, or a plate frame member provided with this microstrip line Moisture content measuring device according microwaves, characterized in that the pressing action plate by one or both of the other plate frame member opposed configured to be movable. 前記マイクロストリップ線路におけるストリップ導体を、適宜の厚さの保護板で被覆したことを特徴とする請求項記載のマイクロ波による含水率測定装置。The micro strip conductor in the strip line, a microwave moisture content measuring apparatus according to the appropriate thickness of the coated claim 1, wherein in the protective plate. 前記押圧作用板にはエアバッグを設けたことを特徴とする請求項1または2記載のマイクロ波による含水率測定装置。The moisture content measuring apparatus using microwaves according to claim 1 or 2, wherein an air bag is provided on the pressing plate. 前記マイクロストリップ線路に付着した茶葉、水分等を除去するためのクリーニング機構を設けたことを特徴とする請求項1、2または3記載のマイクロ波による含水率測定装置。The moisture content measuring apparatus using microwaves according to claim 1, 2 or 3 , further comprising a cleaning mechanism for removing tea leaves, moisture adhering to the microstrip line. 茶葉に対してマイクロストリップ線路が臨む位置を変更可能とする機構を具えたことを特徴とする請求項1、2、3または4記載のマイクロ波による含水率測定装置。5. The moisture content measuring apparatus using microwaves according to claim 1, 2, 3 or 4 , further comprising a mechanism capable of changing a position where the microstrip line faces the tea leaves. マイクロ波の送信機と受信機との間の伝送路をマイクロストリップ線路で形成し、製茶機器による加工前、加工後または加工中の茶葉を、このマイクロストリップ線路に臨ませて位置させ、この茶葉に含まれる水分によるマイクロ波の吸収によって生ずる受信レベルの差異から、前記茶葉の含水率を算出するとともに、この含水率に応じて茶葉の製茶機器からの取り出し時期を判定することを特徴とする、請求項1、2、3、4または5記載のマイクロ波による含水率測定装置を用いた製茶工程制御方法。The transmission path between the microwave transmitter and receiver is formed by a microstrip line, and the tea leaves before, after or during processing by the tea making equipment are positioned facing this microstrip line. From the difference in reception level caused by the absorption of microwaves due to moisture contained in the water content, the water content of the tea leaf is calculated, and the extraction time of the tea leaf from the tea making device is determined according to the water content, A tea process control method using the microwave moisture content measuring device according to claim 1, 2, 3, 4 or 5 .
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