JP5260799B2 - 誘電体の誘電率の決定方法 - Google Patents

Description

本発明は、電気工学分野、より具体的には、誘電体の誘電率の遠隔測定に関する。

物質の誘電率を決定する公知の方法のひとつは、ダブルアームエミッタ（double-arm emitter）を用いてサンプルに電磁波を照射すること、
エミッタのアーム間の信号の位相差を変化させること、及び
ある角度で伝播させた電磁波の振幅の測定をすること
からなる。

エミッタのアームにおける信号位相間の差を変化させることで、アームの長さに対する、伝播波の振幅の依存性は排除される。誘電率は、下式によって決定される。
ここで、λ_ｏは自由空間波長、λ_ｂはダブルエミッタ内での波長、Δは伝播した電磁波の振幅が「ゼロ」になる周期（period）であり、角θは、下式の関係によって選択される。
ここで、ｄ_ｋはエミッタアームのサイズの最大値である（特許文献１）。

この方法の欠点は、エミッタと、誘電率を決定しようとしている物体との接触が要求されることである。さらに、このサンプルは、確実にエミッタと接触するように平面を有している必要がある。これらの必要条件のために、この方法は、物体の誘電率の遠隔測定に使用することはできなかった。

誘電体の誘電率を決定するための、別の公知の方法は、Ｎ種類の周波数におけるコヒーレント（可干渉的）マイクロ波の、誘電体への照射を採用している。照射は、バックグラウンドとなる反射体に向けて実行されるが、この場合、対象物体の層間の境界、又は試験対象誘電体と空気もしくは誘電体を載置している物体との境界が、反射体としての機能を果たす。誘電体及び反射体から反射された信号を記録し、この検出された信号の時間領域変換を行う。また、時間スペクトルにおいてピークを示す時間成分を決定し、決定した時間成分の時間を測定する。

これらのデータを用いて、誘電率及び層の厚さを決定する。探査及び受信は、角度領域で実行する。これによって、層の誘電率及び厚さが下式から求められる。
ここで、iは層の番号、ε_ｉ及びε_ｐは層i及び層ｐの誘電率、ε_１は探査及び信号の受信が行われる媒体の誘電率、Δｌ_ｉは層iの厚さ、
（h₁及びh₂は、第１層と第２層との境界から、探査を行った点及び信号を受信した点までのそれぞれの高さを示す）、
は、層iと層i＋１の間の境界から反射してきた受信信号の角度、ｃは光速、t_iは層iと層i＋１の間の境界から信号の反射に相当する時間軸スペクトルにおけるi成分ピークの周波数、ｄは探査点と信号の受信点の（間の）距離のプローブ（探触子）表面における射影（projection）を意味する（特許文献２）。

本発明のプロトタイプとなったこの方法の欠点は、誘電体の複数の層が平行に配置されていなければならないことである。その物体が一層のみからなる場合、その両面が平行であることが要求される。そのため、この方法は、要求された特性を有するようにあつらえた物体以外には使用できない。さらに、この方法では、誘電体に対するマイクロ波の入射角及び反射角が明確に定められていることも要求される。

上記のことから、この方法を用いて、平行な層や面を有さない、動いている隠された物体の誘電率を決定すること、特に人体に隠し持った誘電性爆発性化合物（の存在）を秘密裏に検出するためにそれを行うことは、実際上不可能である。このような化合物の大部分の誘電率は、２．９〜３．１の範囲にあることが知られている。

露国特許第１８００３３３（Ａ１）号明細書 露国特許第２０３９３５２（Ｃ１）号明細書

本発明の目的は、動いている不規則な形状の誘電体の誘電率を遠隔的に決定する方法を提供することである。

本発明は、反射体をバックグラウンドとして誘電体の誘電率を決定する方法であって、
Ｎ種類の周波数でコヒーレントマイクロ波を誘電体に照射すること、
誘電体及び反射体から反射される信号を検出すること、
検出された信号をコヒーレント処理して誘電体及び反射体の三次元マイクロ波イメージを受信すること；
さらに、マイクロ波照射源に同期された２以上のビデオカメラを用いて、誘電体及び反射体が位置する領域のビデオイメージを取得すること；
取得したビデオイメージをデジタル形式に変換して前記領域の三次元ビデオイメージを構築すること；
三次元ビデオイメージ及びマイクロ波イメージを一般化座標系に変換すること；
一般化座標系におけるマイクロ波イメージから、距離Ｚ_１（マイクロ波照射源と、反射体のマイクロ波イメージの、誘電体のない部分との距離）及び距離Ｚ_２（マイクロ波照射源と、反射体のマイクロ波イメージの、誘電体が位置する部分との距離）を決定すること；並びに
ビデオイメージに基づいて、一般化座標系における距離Ｚ_３（マイクロ波照射源と、誘電体のビデオイメージとの距離）を決定すること
を含み、
誘電体の誘電率εが
の関係から決定されることを特徴とする方法を提供する。

出願人は、請求する主題と同一であるいかなる技術的解決法も認識していない。したがって、本発明は新規性の要件を満たしていることが示唆される。

本発明の際立った特徴を実施することにより、請求する主題の新しい重要な特徴が導かれる。具体的には、本発明により、動いている不規則な形状の誘電体の誘電率を遠隔的に決定することが可能となる。出願人は、本発明の際立った特徴と、達成される技術的効果との関係性について何らかの知識を提供するいかなる情報源も認識していない。上記で概略した、本発明で請求する主題の新しい特徴は、出願人の意見では、本発明の主題が進歩性の要件を満たすことを明示するものである。

以下、本発明の説明を、実施例の詳細な記述によって、参照図なしで行う。

反射体をバックグラウンドとした誘電体の誘電率の決定方法を実例によって示すために、反射体として、人体を模したテストダミーを使用した。ダミーには、誘電体（蜜蝋）を付着させた。実験の目標は、蜜蝋の誘電率を決定することであった。

誘電体を付着させたテストダミーに、周波数８〜１２ＧＨｚの範囲内で、１４種の等間隔周波数のコヒーレントマイクロ波を照射した。照射は、放射素子を六角形状に配した、２５６個の主要エミッタからなる切替式平面アンテナアレイを使用して実施した。２つの直交位相成分の形をした反射信号は、２つの並列受信チャネルで受信され、１２ディジットのアナログデジタル変換器によって検出された。

検出された散乱電磁界の電気成分に相当する受信チャネルのアウトプットからのデータは、コンピュータへと送信され、焦点法（コヒーレント処理）によってマイクロ波イメージが形成された。マイクロ波イメージは、散乱体である誘電体及び反射体の形状を再構築したとき、その強度が最大値を示す点から形成される唯一の三次元表面に相当するものである。

マイクロ波放射による照射と同時に、誘電体及び反射体のビデオイメージを、間隔をおいて配置した２つのデジタルビデオカメラＳＤＵ−４１５（型番）によって取得した。このデータを用い、誘電体及び反射体の存在する領域の三次元ビデオイメージを構築した。得られたマイクロ波イメージ及び三次元ビデオイメージを一般化座標系へ変換した。この例では、一般化座標系を、アンテナアレイ面と、アンテナアレイ面に対して垂直でありアンテナアレイ面の中心でアンテナと交差する軸によって設定した。マイクロ波イメージ及び三次元ビデオイメージは、この一般化座標系の中で解析した。距離Ｚ_１（マイクロ波照射源と、反射体のマイクロ波イメージの、誘電体のない部分との距離）の値を決定し、距離Ｚ_２（マイクロ波照射源と、反射体のマイクロ波イメージの、誘電体が位置する部分との距離）を決定した。ビデオイメージを用いて、距離Ｚ_３（マイクロ波照射源と、誘電体のビデオイメージとの距離）を決定した。

反射体をバックグラウンドとした物質の誘電率は、下式
の関係により決定した。

本実施例において、
距離はＺ_１＝１２２ｃｍ，Ｚ_２＝１２８ｃｍ，Ｚ_３＝１１２ｃｍであり、
また、
ε＝２．５６であった。

この被験物体について決定された値εに基づき、この物体は、広く普及し現在使用されているＴＮＴ、ヘキソーゲン、テトリル、プラスチック爆弾等の爆発性化合物には属さないと結論付けることができる。

この方法はまた、電気産業において用いられる誘電体の物理的特性を決定すること等、他の目的にも使用することができる。

本発明の実施には、公知の材料及び公知の装置を使用する。そのため、出願人の意見では、本発明は産業利用性の要件を満たす。

Claims (1)

1. 反射体をバックグラウンドとして誘電体の誘電率を決定する方法であって、Ｎ種類の周波数でコヒーレントマイクロ波を誘電体に照射すること、並びに誘電体及び反射体から反射される信号を検出すること
   を含み、そのためさらに、
   検出された信号をコヒーレント処理して誘電体及び反射体の三次元マイクロ波イメージを受信すること；
   誘電体の三次元マイクロ波イメージは、誘電体および反射体のマイクロ波イメージの強度が最大値を示す点から形成される唯一の三次元表面に相当するものであり、
   さらに、マイクロ波イメージとビデオイメージが同期して取得されるように、誘電体及び反射体が位置する領域のビデオイメージを取得すること；
   取得したビデオイメージをデジタル形式に変換して前記領域の三次元ビデオイメージを構築すること；
   三次元ビデオイメージ及びマイクロ波イメージを一般化座標系に変換すること；
   一般化座標系におけるマイクロ波イメージから、距離Ｚ_１（マイクロ波照射源と、反射体のマイクロ波イメージの、誘電体のない部分との距離）及び距離Ｚ_２（マイクロ波照射源と、反射体のマイクロ波イメージの、誘電体部分との距離）を決定すること；並びに
   ビデオイメージに基づいて、一般化座標系における距離Ｚ_３（マイクロ波照射源と、誘電体のビデオイメージとの距離）を決定すること
   を含み、
   誘電体の誘電率εが
   の関係から決定されることを特徴とする方法。