JP5373534B2 - Phase difference measuring method and phase difference measuring apparatus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a device and a method for accurate measurement of a minute phase change. <P>SOLUTION: The method includes: a step of forming a reference signal of a predetermined frequency; a step of forming an input signal used for formation of an electromagnetic wave to be irradiated on a measurement object based on the reference signal; a first step of irradiating the measurement object with the electromagnetic wave based on the input signal; a second step of receiving a measurement signal whose phase has changed for the electromagnetic wave by the measurement object; a third step of forming the input signal using the measurement signal; and a fourth step of determining a phase difference using the reference signal and the measurement signal subsequent to predetermined times of repetitions of the first step, second step and third step. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、測定対象物に電磁波を照射し、測定対象物により位相が変化した測定信号と照射した電磁波との位相差を測定する位相差測定方法及び位相差測定装置に関する。   The present invention relates to a phase difference measuring method and a phase difference measuring apparatus for irradiating a measurement object with an electromagnetic wave and measuring a phase difference between a measurement signal whose phase is changed by the measurement object and the irradiated electromagnetic wave.

近年、コンクリート建築物、コンクリート橋梁の床版、高速道路の床版など、鉄筋等の鋼材を補強材とするコンクリート対象物において、コンクリートの劣化が問題となっている。
コンクリート対象物の劣化の原因として、コンクリート対象物中の塩分が挙げられる。塩分はコンクリート対象物の製造時に用いる砂などの中に含まれている。また、製造後にコンクリート対象物に塩分が浸入することもある。コンクリート対象物中の塩分は、鉄筋等の鋼材を腐食させ、これにより鉄筋等の鋼材が膨張し、コンクリートにひび割れや剥離が発生する。
コンクリート対象物の安全性を確保するためには、コンクリートの劣化が進行する前に、コンクリート対象物内の塩分濃度を測定することが必要である。
In recent years, concrete deterioration has become a problem in concrete objects such as concrete buildings, floor slabs of concrete bridges, highway slabs, and the like that use steel materials such as reinforcing bars.
As a cause of deterioration of the concrete object, salt content in the concrete object can be mentioned. Salinity is contained in sand used when manufacturing concrete objects. In addition, salt may enter the concrete object after production. The salt in the concrete object corrodes the steel material such as a reinforcing bar, which causes the steel material such as the reinforcing bar to expand, and cracks and peeling occur in the concrete.
In order to ensure the safety of the concrete object, it is necessary to measure the salt concentration in the concrete object before the deterioration of the concrete progresses.

コンクリート対象物の塩分濃度の情報を調べるため、周波数が0〜1MHzの領域でコンクリート対象物の電気伝導度を測定する4極法が知られている。この方法は、コンクリート対象物中の塩分濃度が高いほど、電気伝導度が高くなることを利用する。しかし、この方法は、電極をコンクリート対象物の中へ深く打ち込む必要がある。そのため、コンクリート対象物を破壊することなく塩分濃度を測定することはできない。   In order to examine information on the salinity concentration of a concrete object, a four-pole method is known in which the electrical conductivity of a concrete object is measured in a frequency range of 0 to 1 MHz. This method utilizes the fact that the higher the salt concentration in the concrete object, the higher the electrical conductivity. However, this method requires the electrode to be driven deeply into the concrete object. Therefore, the salinity concentration cannot be measured without destroying the concrete object.

また、検査対象コンクリートと同じ組成のコンクリート材料に所定濃度の塩分を混入した複数の塩分濃度別コンクリート試験片を作り、試験片毎に電磁波信号を入射して単位距離当たりの振幅減衰と伝搬速度と試験片の温度とを測定し、試験片毎の測定値から振幅減衰と伝搬速度と温度とを独立変数とし塩分濃度を従属変数とする関係式を求め、対象コンクリートに電磁波信号を入射して単位距離当たりの振幅減衰と伝搬速度と試験片の温度とを測定し、振幅減衰と伝搬速度と温度を関係式に代入して対象コンクリート中の塩分濃度を検出する方法が知られている(特許文献1)。   In addition, a plurality of concrete specimens with different salt concentrations are mixed in a concrete material with the same composition as the concrete to be inspected, and an electromagnetic wave signal is incident on each specimen to determine the amplitude attenuation and propagation speed per unit distance. Measure the temperature of the test piece, find the relational expression with the amplitude attenuation, propagation velocity and temperature as independent variables and the salinity concentration as the dependent variable from the measured values for each test piece, and input the electromagnetic wave signal to the target concrete and unit A method is known in which the amplitude attenuation, propagation velocity and temperature of a specimen are measured per distance, and the salt concentration in the target concrete is detected by substituting the amplitude attenuation, propagation velocity and temperature into the relational expression (Patent Literature). 1).

しかし、この方法では、検査対象のコンクリートと同じ組成のコンクリート材料に所定濃度の塩分を混入した複数の塩分濃度別コンクリート試験片を作る必要がある。そのため、数10年も前に製造されたコンクリートを検査対象とするとき、同じ組成のコンクリート材料を再現した試料を作製することは困難である。また、この方法では、伝搬速度を測定する必要があり、測定が煩雑になるという問題がある。   However, in this method, it is necessary to produce a plurality of concrete specimens classified by salt concentration in which a predetermined concentration of salt is mixed into a concrete material having the same composition as the concrete to be inspected. Therefore, when concrete manufactured several tens of years ago is used as an inspection target, it is difficult to produce a sample that reproduces a concrete material having the same composition. In addition, this method has a problem that it is necessary to measure the propagation speed, and the measurement becomes complicated.

また、コンクリート対象物の表面に電磁波を照射し、電磁波のエネルギー損失係数を計測することにより、コンクリート対象物の塩分濃度を求める方法が知られている(非特許文献1)。
この方法は、コンクリートの複素誘電率の虚数成分からコンクリート対象物の塩分濃度を求めるものである。
Moreover, the method of calculating | requiring the salt concentration of a concrete target object by irradiating the surface of a concrete target object with electromagnetic waves and measuring the energy loss coefficient of electromagnetic waves is known (nonpatent literature 1).
In this method, the salinity concentration of a concrete object is obtained from the imaginary component of the complex dielectric constant of the concrete.

特開2004−125570号公報JP 2004-125570 A

“Microwave reflection and Dielectric Properties of Mortar Subjected to Compression Force and Cyclically Exposed to Water and Sodium Chloride Solution” , Shanup Peer, IEEE Trans. Instrumentation and Measurement, Vol.52, No.1, Feb.2003, p111“Microwave reflection and Dielectric Properties of Mortar Subjected to Compression Force and Cyclically Exposed to Water and Sodium Chloride Solution”, Shanup Peer, IEEE Trans. Instrumentation and Measurement, Vol.52, No.1, Feb.2003, p111

コンクリート対象物の表面に電磁波を照射し、電磁波のエネルギー損失係数を計測する従来の方法では、十分な精度でコンクリート対象物の塩分濃度を求めることができなかった。コンクリート対象物の塩分濃度の大きさによって、コンクリート対象物で反射する反射波の位相が変化するが、この位相の変化は極めて小さく、反射波の位相変化を直接測定することが困難なためである。   In the conventional method of irradiating the surface of a concrete object with electromagnetic waves and measuring the energy loss coefficient of the electromagnetic waves, the salinity concentration of the concrete object cannot be obtained with sufficient accuracy. This is because the phase of the reflected wave reflected from the concrete object changes depending on the magnitude of the salinity of the concrete object, but this phase change is very small and it is difficult to directly measure the phase change of the reflected wave. .

そこで、本発明は、微小な位相変化を精度よく測定することができる位相差測定方法及び位相差測定装置を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a phase difference measuring method and a phase difference measuring apparatus that can accurately measure a minute phase change.

上記課題を解決するため、本発明の位相差測定方法は、測定対象物に電磁波を照射したとき、前記測定対象物により前記電磁波に対して位相が変化した測定信号と前記電磁波との位相差を測定する位相差測定方法であって、所定の周波数の基準信号を生成するステップと、前記測定対象物に照射する電磁波の生成に用いる入力信号を前記基準信号に基づいて生成するステップと、前記入力信号に基づき、前記測定対象物に電磁波を照射する第1ステップと、前記測定対象物により前記電磁波に対して位相が変化した測定信号を受信する第2ステップと、前記測定信号を用いて前記入力信号を生成する第3ステップと、第1ステップ、第2ステップ、及び第3ステップを所定回繰り返した後、前記基準信号と前記測定信号とを用いて、前記位相差を求める第4ステップと、を有することを特徴とする。   In order to solve the above-described problem, the phase difference measurement method of the present invention provides a phase difference between a measurement signal whose phase has changed with respect to the electromagnetic wave by the measurement object and the electromagnetic wave when the measurement object is irradiated with the electromagnetic wave. A phase difference measurement method for measuring, comprising: generating a reference signal having a predetermined frequency; generating an input signal used for generating an electromagnetic wave to be irradiated on the measurement object based on the reference signal; and A first step of irradiating the measurement object with an electromagnetic wave based on a signal; a second step of receiving a measurement signal whose phase is changed by the measurement object with respect to the electromagnetic wave; and the input using the measurement signal. A third step of generating a signal, a first step, a second step, and a third step are repeated a predetermined number of times, and then the phase signal is generated using the reference signal and the measurement signal. And having a fourth step of obtaining a.

また、第3ステップは、入力された信号が予め定めた閾値を上回るタイミングで、単一のパルス信号を生成するステップと、前記基準信号の周波数の信号を通過させることにより、前記入力信号を生成するステップと、を有することが好ましい。   The third step generates the input signal by generating a single pulse signal at a timing when the input signal exceeds a predetermined threshold and passing the signal having the frequency of the reference signal. Preferably comprising the steps of:

また、第2ステップでは、前記測定信号として、前記電磁波が前記測定対象物で反射されることにより前記電磁波に対して位相が変化した信号を受信し、前記位相差測定方法は、前記測定対象物において反射された前記電磁波の振幅減衰率に基づき、前記測定信号の振幅を調整するステップを有することが好ましい。   Further, in the second step, as the measurement signal, a signal whose phase is changed with respect to the electromagnetic wave by the reflection of the electromagnetic wave by the measurement object is received, and the phase difference measurement method includes the measurement object. It is preferable to have a step of adjusting the amplitude of the measurement signal based on the amplitude attenuation rate of the electromagnetic wave reflected in step.

また、複数の異なる設定周波数のそれぞれを、前記所定の周波数としたとき、第4ステップは、前記基準信号に対する前記測定信号の位相差を前記設定周波数毎に求めるステップと、前記基準信号と前記測定信号との経路長の差に起因する位相差を用いて、前記電磁波に対する前記測定信号の前記位相差を求めるステップと、を有することが好ましい。   Further, when each of a plurality of different set frequencies is set to the predetermined frequency, the fourth step includes a step of obtaining a phase difference of the measurement signal with respect to the reference signal for each set frequency, and the reference signal and the measurement Preferably, the step of obtaining the phase difference of the measurement signal with respect to the electromagnetic wave by using a phase difference resulting from a difference in path length with the signal.

また、第4ステップは、前記設定周波数の前記基準信号に対する前記測定信号の位相差の分散が最小となるようにして求めた位相差であって、前記基準信号と前記測定信号との経路長の差に起因する位相差を用いて、前記電磁波に対する前記測定信号の前記位相差を求めることが好ましい。   The fourth step is a phase difference obtained by minimizing the variance of the phase difference of the measurement signal with respect to the reference signal at the set frequency, and the path length of the reference signal and the measurement signal is It is preferable to obtain the phase difference of the measurement signal with respect to the electromagnetic wave using a phase difference caused by the difference.

また、上記課題を解決するため、本発明の位相差測定装置は、測定対象物に電磁波を照射し、前記測定対象物により前記電磁波に対して位相が変化した測定信号と前記電磁波との位相差を測定する位相差測定装置であって、
所定の周波数の基準信号を生成する基準信号生成部と、
前記測定対象物に照射する電磁波の生成に用いる入力信号を生成する入力信号生成部と、
前記入力信号に基づき、前記測定対象物に電磁波を照射する電磁波照射部と、
前記測定対象物により前記電磁波に対して位相が変化した測定信号を受信する受信部と、
前記基準信号と前記測定信号とを用いて、前記位相差を求める演算部と、
定められたタイミングで、前記基準信号生成部が生成した前記基準信号を出力するスイッチ回路と、を備え、
前記位相差測定装置は、前記電磁波の照射によって前記受信部が受信する前記測定信号の受信回数が所定回数になるまで、前記入力信号の生成、前記電磁波の照射、及び前記測定信号の受信を繰り返すように構成され
前記受信回数が0回のとき、前記スイッチ回路から出力され前記入力信号生成部に供給された前記基準信号を用いて、前記入力信号生成部は前記入力信号を生成し、前記受信回数が1回以上のとき、前記入力信号生成部は、前記受信部が直近に受信した前記測定信号を用いて前記入力信号を生成するように構成されている、ことを特徴とする。
In order to solve the above-described problem, the phase difference measurement apparatus of the present invention irradiates a measurement object with an electromagnetic wave, and the phase difference between the measurement signal and the electromagnetic wave whose phase is changed with respect to the electromagnetic wave by the measurement object. A phase difference measuring apparatus for measuring
A reference signal generator for generating a reference signal of a predetermined frequency;
An input signal generation unit for generating an input signal used for generating an electromagnetic wave to irradiate the measurement object;
Based on the input signal, an electromagnetic wave irradiation unit that irradiates the measurement object with an electromagnetic wave;
A receiving unit for receiving a measurement signal whose phase is changed with respect to the electromagnetic wave by the measurement object;
An arithmetic unit for obtaining the phase difference using the reference signal and the measurement signal;
A switch circuit that outputs the reference signal generated by the reference signal generation unit at a predetermined timing, and
The phase difference measuring apparatus repeats generation of the input signal, irradiation of the electromagnetic wave, and reception of the measurement signal until the number of receptions of the measurement signal received by the receiving unit by irradiation of the electromagnetic wave reaches a predetermined number. Configured as
When the number of receptions is zero, the input signal generation unit generates the input signal using the reference signal output from the switch circuit and supplied to the input signal generation unit, and the number of receptions is one time. At the time described above, the input signal generation unit is configured to generate the input signal using the measurement signal most recently received by the reception unit .

また、前記入力信号生成部は、入力された信号が予め定めた閾値を上回るタイミングで、単一のパルス信号を生成する波形整形回路と、前記基準信号の周波数の信号を通過させることにより、前記入力信号を生成するバンドパスフィルタと、を備えることが好ましい。   Further, the input signal generation unit passes a signal having a frequency of the reference signal by passing a waveform shaping circuit that generates a single pulse signal at a timing when the input signal exceeds a predetermined threshold value, A band-pass filter for generating an input signal.

また、前記受信部は、前記測定信号として、前記電磁波が前記測定対象物で反射されることにより前記電磁波に対して位相が変化した信号を受信し、前記位相差測定装置は、前記測定対象物において反射された前記電磁波の振幅減衰率に基づき、前記測定信号の振幅を調整する振幅調整部を備えることが好ましい。   Further, the receiving unit receives, as the measurement signal, a signal whose phase has changed with respect to the electromagnetic wave as a result of the electromagnetic wave being reflected by the measurement object, and the phase difference measuring device is configured to receive the measurement object. It is preferable to provide an amplitude adjustment unit that adjusts the amplitude of the measurement signal based on the amplitude attenuation rate of the electromagnetic wave reflected in step (b).

また、前記基準信号生成部は、複数の異なる設定周波数のそれぞれを、前記所定の周波数として定めて前記基準信号を生成し、前記演算部は、前記設定周波数毎に求めた前記基準信号に対応する前記測定信号の位相差を用いて、前記基準信号と前記測定信号とが前記演算部に供給されるまでの経路長の差に起因する位相差を用いて、前記電磁波に対する前記測定信号の前記位相差を求めることが好ましい。   The reference signal generation unit generates the reference signal by setting each of a plurality of different set frequencies as the predetermined frequency, and the calculation unit corresponds to the reference signal obtained for each set frequency. Using the phase difference of the measurement signal, using the phase difference resulting from the difference in path length until the reference signal and the measurement signal are supplied to the arithmetic unit, the position of the measurement signal with respect to the electromagnetic wave It is preferable to obtain the phase difference.

また、前記演算部は、前記設定周波数の前記基準信号に対する前記測定信号の位相差の分散が最小となるようにして求めた位相差であって、前記基準信号と前記測定信号とが前記演算部に供給されるまでの経路長の差に起因する位相差を用いて、前記電磁波に対する前記測定信号の前記位相差を求めることが好ましい。   Further, the calculation unit is a phase difference obtained such that variance of the phase difference of the measurement signal with respect to the reference signal at the set frequency is minimized, and the reference signal and the measurement signal are the calculation unit. It is preferable to obtain the phase difference of the measurement signal with respect to the electromagnetic wave using a phase difference resulting from a difference in path length until the signal is supplied to the electromagnetic wave.

本発明の位相差測定方法及び位相差測定装置によれば、微小な位相変化を精度よく測定することができる。   According to the phase difference measuring method and the phase difference measuring apparatus of the present invention, a minute phase change can be accurately measured.

第1の実施形態の位相差測定装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the phase difference measuring apparatus of 1st Embodiment. (a)は、スイッチ回路に供給される信号の一例を示す図であり、(b)は、スイッチ回路が出力する信号の一例を示す図である。(A) is a figure which shows an example of the signal supplied to a switch circuit, (b) is a figure which shows an example of the signal which a switch circuit outputs. (a)は、波形整形回路に供給される信号の一例を示す図であり、(b)は、波形整形回路が出力する信号の一例を示す図であり、(c)は、バンドパスフィルタが出力する信号の一例を示す図である。(A) is a figure which shows an example of the signal supplied to a waveform shaping circuit, (b) is a figure which shows an example of the signal which a waveform shaping circuit outputs, (c) is a figure which shows a band pass filter. It is a figure which shows an example of the signal to output. 演算部の構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a structure of a calculating part. 第1の実施形態の位相差測定方法のフローチャートである。It is a flowchart of the phase difference measuring method of 1st Embodiment. (a)は、測定対象物に照射される電磁波の一例を示す図であり、(b)は、測定信号の一例を示す図である。(A) is a figure which shows an example of the electromagnetic wave irradiated to a measuring object, (b) is a figure which shows an example of a measurement signal. (a)は、基準信号の一例を示す図であり、(b)は、測定信号の一例を示す図であり、(c)は、参照信号の一例を示す図である。(A) is a figure which shows an example of a reference signal, (b) is a figure which shows an example of a measurement signal, (c) is a figure which shows an example of a reference signal. 第2の実施形態の位相差測定装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the phase difference measuring apparatus of 2nd Embodiment. 振幅調整部の構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a structure of an amplitude adjustment part. (a)は、測定対象物に照射される電磁波の一例を示す図であり、(b)は、振幅が大きい測定信号の一例を示す図であり、(c)は、振幅が小さい測定信号の一例を示す図である。(A) is a figure which shows an example of the electromagnetic wave irradiated to a measuring object, (b) is a figure which shows an example of a measurement signal with a large amplitude, (c) is a figure of a measurement signal with a small amplitude. It is a figure which shows an example. 第2の実施形態の位相差測定方法のフローチャートである。It is a flowchart of the phase difference measuring method of 2nd Embodiment. 第3の実施形態の位相差測定方法のフローチャートである。It is a flowchart of the phase difference measuring method of 3rd Embodiment. (a)は、異なる周波数に対して測定した位相差Zをプロットした図であり、(b)は、分散と遅延時間との関係を示す図である。(A) is a diagram plotting the phase difference Z i measured for the different frequencies, (b) are a diagram showing the relationship between the dispersion and the delay time.

以下、測定対象物に電磁波を照射し、照射した電磁波に対する測定信号の位相差を測定する装置及び方法について、実施形態に基づいて説明する。
<第1の実施形態>
本実施形態では、本発明の位相差測定装置を適用して、測定対象物であるコンクリート中の塩分濃度を測定する装置及び方法について説明する。
Hereinafter, an apparatus and a method for irradiating a measurement object with an electromagnetic wave and measuring a phase difference of a measurement signal with respect to the irradiated electromagnetic wave will be described based on embodiments.
<First Embodiment>
In the present embodiment, an apparatus and a method for measuring the salinity concentration in concrete as an object to be measured by applying the phase difference measuring apparatus of the present invention will be described.

(位相差測定装置の構成)
まず、図1を参照して、本実施形態の位相差測定装置の概略構成を説明する。図1は、本実施形態の位相差測定装置の概略構成の一例を示す。本実施形態の位相差測定装置は、測定対象物となるコンクリートに電磁波を照射し、測定対象物で反射した反射波を受信し、測定信号を得る。さらに、測定信号に基づいて、コンクリートに照射する電磁波の生成に用いる入力信号を生成することにより、コンクリートに入力信号に基づいて生成した電磁波を繰り返し照射する。コンクリートに照射した電磁波に対する反射波の位相差が極めて小さい場合であっても、電磁波の照射を繰り返すことにより、位相差を測定することが可能となる。
(Configuration of phase difference measuring device)
First, the schematic configuration of the phase difference measuring apparatus of the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 shows an example of a schematic configuration of a phase difference measuring apparatus according to the present embodiment. The phase difference measuring apparatus according to the present embodiment irradiates concrete as a measurement object with an electromagnetic wave, receives a reflected wave reflected by the measurement object, and obtains a measurement signal. Furthermore, the electromagnetic wave produced | generated based on the input signal is repeatedly irradiated to concrete by producing | generating the input signal used for the production | generation of the electromagnetic wave irradiated to concrete based on a measurement signal. Even when the phase difference of the reflected wave with respect to the electromagnetic wave irradiated on the concrete is extremely small, the phase difference can be measured by repeating the irradiation of the electromagnetic wave.

図1に示されるように、本実施形態の位相差測定装置は、制御部100と、基準信号生成部110と、パワースプリッタ112と、スイッチ回路114と、パワーコンバイナ116と、入力信号生成部120と、電磁波照射部130と、受信部132と、方向性結合器134と、演算部140と、出力部160と、を備える。   As shown in FIG. 1, the phase difference measurement apparatus according to the present embodiment includes a control unit 100, a reference signal generation unit 110, a power splitter 112, a switch circuit 114, a power combiner 116, and an input signal generation unit 120. An electromagnetic wave irradiation unit 130, a reception unit 132, a directional coupler 134, a calculation unit 140, and an output unit 160.

制御部100は、基準信号生成部110、スイッチ回路114、参照信号生成回路122、演算部140を制御する。具体的には、制御部100は、基準信号生成部110が生成する基準信号の周波数を制御する。また、制御部100は、スイッチ回路114が信号を出力するタイミングと、信号を出力する期間を制御する。また、制御部100は、波形整形回路124が出力する参照信号の大きさを制御するために、参照信号生成回路122を制御する。また、制御部100は、演算部140が測定対象物Tへ照射された電磁波に対する測定信号の位相差を算出するタイミングを示すトリガ信号を、演算部140に供給する。   The control unit 100 controls the reference signal generation unit 110, the switch circuit 114, the reference signal generation circuit 122, and the calculation unit 140. Specifically, the control unit 100 controls the frequency of the reference signal generated by the reference signal generation unit 110. In addition, the control unit 100 controls the timing at which the switch circuit 114 outputs a signal and the period during which the signal is output. In addition, the control unit 100 controls the reference signal generation circuit 122 in order to control the magnitude of the reference signal output from the waveform shaping circuit 124. In addition, the control unit 100 supplies the calculation unit 140 with a trigger signal indicating the timing at which the calculation unit 140 calculates the phase difference of the measurement signal with respect to the electromagnetic wave irradiated on the measurement target T.

基準信号生成部110は、測定対象物Tに照射する電磁波を生成するための基準となる基準信号を生成する。基準信号生成部110は、例えば、電圧制御発振器(VCO)である。基準信号生成部110が生成する基準信号の周波数は、制御部100により制御される。基準信号は、例えば、正弦波信号であり、基準信号の周波数は、例えば、1.5GHz〜10GHzである。基準信号生成部110により生成された基準信号は、パワースプリッタ112に供給される。   The reference signal generation unit 110 generates a reference signal that serves as a reference for generating an electromagnetic wave to be applied to the measurement target T. The reference signal generator 110 is, for example, a voltage controlled oscillator (VCO). The frequency of the reference signal generated by the reference signal generation unit 110 is controlled by the control unit 100. The reference signal is, for example, a sine wave signal, and the frequency of the reference signal is, for example, 1.5 GHz to 10 GHz. The reference signal generated by the reference signal generation unit 110 is supplied to the power splitter 112.

パワースプリッタ112は、基準信号生成部110から供給された基準信号を分配し、スイッチ回路114と演算部140に供給する。パワースプリッタ112が基準信号をスイッチ回路114と演算部140に供給するのは、後述するように、方向性結合器134から演算部140に供給される測定信号と基準信号との位相差を求めるための基準とするためである。   The power splitter 112 distributes the reference signal supplied from the reference signal generation unit 110 and supplies the reference signal to the switch circuit 114 and the calculation unit 140. The power splitter 112 supplies the reference signal to the switch circuit 114 and the calculation unit 140 in order to obtain the phase difference between the measurement signal supplied from the directional coupler 134 to the calculation unit 140 and the reference signal, as will be described later. This is because it is used as a standard.

スイッチ回路114は、パワースプリッタ112から供給された信号を、所定の期間だけ出力する。スイッチ回路114が信号を出力するタイミングと、信号を出力する期間は、制御部100により制御される。スイッチ回路114は、例えば、FETスイッチ回路である。スイッチ回路114から出力された信号は、パワーコンバイナ116に供給される。
ここで、図2を参照して、スイッチ回路114が出力する信号について説明する。図2(a)は、パワースプリッタ112からスイッチ回路114に供給される信号の一例を示す。図2(b)は、スイッチ回路114が出力する信号の一例を示す。図2(b)に示されるように、スイッチ回路114は、時刻t〜tの期間のみ、スイッチ回路114に供給された信号を出力する。そのため、スイッチ回路114は、所定の周波数の交流信号を一定期間出力する。時刻t〜tの期間は、例えば、50ns程度である。上述したように、基準信号の周波数は、例えば、1.5GHz〜10GHzであるため、時刻t〜tの期間に存在する波数は、例えば、75〜500となる。
The switch circuit 114 outputs the signal supplied from the power splitter 112 only for a predetermined period. The timing at which the switch circuit 114 outputs a signal and the period during which the signal is output are controlled by the control unit 100. The switch circuit 114 is, for example, an FET switch circuit. The signal output from the switch circuit 114 is supplied to the power combiner 116.
Here, a signal output from the switch circuit 114 will be described with reference to FIG. FIG. 2A shows an example of a signal supplied from the power splitter 112 to the switch circuit 114. FIG. 2B shows an example of a signal output from the switch circuit 114. As shown in FIG. 2B, the switch circuit 114 outputs the signal supplied to the switch circuit 114 only during the period of time t 0 to t 1 . Therefore, the switch circuit 114 outputs an AC signal having a predetermined frequency for a certain period. The period of time t 0 ~t 1 is, for example, is about 50ns. As described above, since the frequency of the reference signal is, for example, 1.5 GHz to 10 GHz, the wave number existing in the period from time t 0 to t 1 is, for example, 75 to 500.

図1に戻り、パワーコンバイナ116について説明する。パワーコンバイナ116は、スイッチ回路114から供給される信号と、方向性結合器134から供給される信号を合成する。パワーコンバイナ116により合成された信号は、入力信号生成部120に供給される。
なお、スイッチ回路114からパワーコンバイナ116に信号が供給される期間に、方向性結合器134からパワーコンバイナ116に信号が供給されることがないように、スイッチ回路114が信号を出力するタイミングと、信号を出力する期間は、制御部100により制御される。そのため、パワーコンバイナ116は、スイッチ回路114から信号が供給される期間には、スイッチ回路114から供給される信号を入力信号生成部120に供給し、方向性結合器134から信号が供給される期間には、方向性結合器134から供給される信号を入力信号生成部120に供給する。
Returning to FIG. 1, the power combiner 116 will be described. The power combiner 116 combines the signal supplied from the switch circuit 114 and the signal supplied from the directional coupler 134. The signal synthesized by the power combiner 116 is supplied to the input signal generator 120.
The timing at which the switch circuit 114 outputs a signal so that the signal is not supplied from the directional coupler 134 to the power combiner 116 during the period in which the signal is supplied from the switch circuit 114 to the power combiner 116, The period during which the signal is output is controlled by the control unit 100. Therefore, the power combiner 116 supplies the signal supplied from the switch circuit 114 to the input signal generation unit 120 and supplies the signal from the directional coupler 134 during a period in which the signal is supplied from the switch circuit 114. The signal supplied from the directional coupler 134 is supplied to the input signal generator 120.

入力信号生成部120は、パワーコンバイナ116から供給された信号に基づき、測定対象物Tに照射する電磁波を生成するための入力信号を生成する。図1に示されるように、入力信号生成部120は、参照信号生成回路122と、波形整形回路124と、バンドパスフィルタ126と、を備える。
参照信号生成回路122は、後述するように、パワーコンバイナ116から波形整形回路124に入力された信号の大小を比較する対象となる一定の大きさの参照信号を、波形整形回路124に供給する。波形整形回路124が出力する参照信号の大きさは、制御部100により制御される。
The input signal generation unit 120 generates an input signal for generating an electromagnetic wave to be applied to the measurement target T based on the signal supplied from the power combiner 116. As shown in FIG. 1, the input signal generation unit 120 includes a reference signal generation circuit 122, a waveform shaping circuit 124, and a bandpass filter 126.
As will be described later, the reference signal generation circuit 122 supplies the waveform shaping circuit 124 with a reference signal having a certain size to be compared with the magnitude of the signal input from the power combiner 116 to the waveform shaping circuit 124. The size of the reference signal output from the waveform shaping circuit 124 is controlled by the control unit 100.

波形整形回路124は、パワーコンバイナ116から供給された信号が、予め定めた閾値(参照信号)を横切って上回るタイミング毎に、単一のパルス信号を生成する。波形整形回路124で生成されたパルス信号は、バンドパスフィルタ126に供給される。
バンドパスフィルタ126は、波形整形回路124から供給されたパルス信号を入力とし、基準信号の周波数の信号を通過させ、測定対象物Tに照射する電磁波を生成するための入力信号を生成する。バンドパスフィルタ126で生成された入力信号は、電磁波照射部130に供給される。
The waveform shaping circuit 124 generates a single pulse signal every time the signal supplied from the power combiner 116 exceeds a predetermined threshold (reference signal). The pulse signal generated by the waveform shaping circuit 124 is supplied to the band pass filter 126.
The band-pass filter 126 receives the pulse signal supplied from the waveform shaping circuit 124, passes the signal having the frequency of the reference signal, and generates an input signal for generating an electromagnetic wave that irradiates the measurement target T. The input signal generated by the band pass filter 126 is supplied to the electromagnetic wave irradiation unit 130.

ここで、図3を参照して、入力信号生成部120が生成する入力信号について説明する。図3(a)は、波形整形回路124に供給される信号の一例を示す図である。図3(a)に示されるように、波形整形回路124には、参照信号生成回路122からの参照信号と、パワーコンバイナ116からの信号が供給される。なお、図3(a)においては、参照信号は、パワーコンバイナ116から供給される信号の振幅よりも小さい値に設定されている。図3(b)は、波形整形回路124が出力するパルス信号の一例を示す図である。図3(b)に示されるように、波形整形回路124は、パワーコンバイナ116から供給された信号が、参照信号を横切って上回るタイミング毎に、単一のパルス信号を生成する。そのため、パワーコンバイナ116から供給された信号が正弦波信号である場合、波形整形回路124は、正弦波信号の周期と同一の周期でパルス信号を生成する。図3(c)は、バンドパスフィルタ126が出力する信号(入力信号)の一例を示す図である。図3(c)に示されるように、入力信号は、理想的には波形整形回路124に供給される信号と同一の周波数の正弦波信号となる。しかし、パワーコンバイナ116からの信号が複数の周波数成分を有する場合には、入力信号は、複数の周波数の正弦波信号を重ね合わせた信号となる。   Here, the input signal generated by the input signal generation unit 120 will be described with reference to FIG. FIG. 3A is a diagram illustrating an example of a signal supplied to the waveform shaping circuit 124. As shown in FIG. 3A, the waveform shaping circuit 124 is supplied with the reference signal from the reference signal generation circuit 122 and the signal from the power combiner 116. In FIG. 3A, the reference signal is set to a value smaller than the amplitude of the signal supplied from the power combiner 116. FIG. 3B is a diagram illustrating an example of a pulse signal output from the waveform shaping circuit 124. As shown in FIG. 3B, the waveform shaping circuit 124 generates a single pulse signal every time the signal supplied from the power combiner 116 exceeds the reference signal. Therefore, when the signal supplied from the power combiner 116 is a sine wave signal, the waveform shaping circuit 124 generates a pulse signal with the same cycle as that of the sine wave signal. FIG. 3C is a diagram illustrating an example of a signal (input signal) output from the bandpass filter 126. As shown in FIG. 3C, the input signal is ideally a sine wave signal having the same frequency as the signal supplied to the waveform shaping circuit 124. However, when the signal from the power combiner 116 has a plurality of frequency components, the input signal is a signal obtained by superimposing sine wave signals having a plurality of frequencies.

本実施形態の入力信号生成部120は、波形整形回路124を用いてパルス信号を生成し、このパルス信号を用いて入力信号を生成するが、入力信号生成部120は、パルス信号を用いることなく、方向性結合器134からパワーコンバイナ116に供給された信号(測定信号)に基づいて、入力信号を生成することも可能である。しかし、測定信号に基づく入力信号の生成を繰り返す回数が多くなるにつれて、測定信号の波形に歪みが生じることを効果的に抑制するためには、入力信号生成部120が方向性結合器134からパワーコンバイナ116に供給された信号(測定信号)に基づいて、パルス信号を生成することが好ましい。
本実施形態では、波形整形回路124が、パワーコンバイナ116から供給された信号に基づいてパルス信号を生成し、バンドパスフィルタ126がパルス信号に基づいて入力信号を生成する。そのため、波形に歪みが生じた測定信号に基づいて入力信号が生成されるのを抑制することができる。
The input signal generation unit 120 of the present embodiment generates a pulse signal using the waveform shaping circuit 124 and generates an input signal using this pulse signal. However, the input signal generation unit 120 does not use a pulse signal. It is also possible to generate an input signal based on a signal (measurement signal) supplied from the directional coupler 134 to the power combiner 116. However, in order to effectively suppress the distortion of the waveform of the measurement signal as the number of times the generation of the input signal based on the measurement signal is repeated, the input signal generation unit 120 is powered from the directional coupler 134. It is preferable to generate a pulse signal based on a signal (measurement signal) supplied to the combiner 116.
In the present embodiment, the waveform shaping circuit 124 generates a pulse signal based on the signal supplied from the power combiner 116, and the bandpass filter 126 generates an input signal based on the pulse signal. Therefore, it is possible to suppress the generation of the input signal based on the measurement signal in which the waveform is distorted.

図1に戻り、電磁波照射部130について説明する。電磁波照射部130は、入力信号生成部120で生成された入力信号に基づき、測定対象物Tに電磁波を照射する。電磁波照射部130は、例えば、電磁波を照射するアンテナである。
受信部132は、測定対象物Tにより、電磁波に対して位相が変化した測定信号を受信する。より具体的には、受信部132は、電磁波照射部130から照射された電磁波が測定対象物Tで反射されることにより位相が変化した測定信号を受信する。受信部132は、例えば、電磁波を受信するアンテナである。受信部132で受信された測定信号は、方向性結合器134に供給される。
電磁波照射部130と受信部132は、いずれも指向性の高いアンテナであることが好ましい。
Returning to FIG. 1, the electromagnetic wave irradiation unit 130 will be described. The electromagnetic wave irradiation unit 130 irradiates the measurement target T with electromagnetic waves based on the input signal generated by the input signal generation unit 120. The electromagnetic wave irradiation unit 130 is, for example, an antenna that radiates electromagnetic waves.
The receiving unit 132 receives the measurement signal whose phase is changed with respect to the electromagnetic wave by the measurement target T. More specifically, the receiving unit 132 receives a measurement signal whose phase has been changed by the electromagnetic wave irradiated from the electromagnetic wave irradiation unit 130 being reflected by the measurement target T. The receiving unit 132 is, for example, an antenna that receives electromagnetic waves. The measurement signal received by the receiving unit 132 is supplied to the directional coupler 134.
Both the electromagnetic wave irradiation unit 130 and the reception unit 132 are preferably highly directional antennas.

方向性結合器134は、受信部132から供給された測定信号を分離し、パワーコンバイナ116と演算部140に供給する。受信部132から供給された測定信号をパワーコンバイナ116に供給するのは、後述するように、入力信号生成部120が測定信号を用いて入力信号を生成し、測定対象物Tへの電磁波の照射を繰り返すためである。また、受信部132から供給された測定信号を演算部140に供給するのは、後述するように、演算部140が測定対象物Tへ照射された電磁波に対する測定信号の位相差を算出するためである。   The directional coupler 134 separates the measurement signal supplied from the reception unit 132 and supplies the measurement signal to the power combiner 116 and the calculation unit 140. The measurement signal supplied from the receiving unit 132 is supplied to the power combiner 116 because, as will be described later, the input signal generation unit 120 generates an input signal using the measurement signal and irradiates the measurement target T with electromagnetic waves. Is to repeat. The reason why the measurement signal supplied from the reception unit 132 is supplied to the calculation unit 140 is that the calculation unit 140 calculates the phase difference of the measurement signal with respect to the electromagnetic wave irradiated to the measurement target T, as will be described later. is there.

演算部140は、パワースプリッタ112から供給される基準信号と方向性結合器134から供給される測定信号を用いて、測定対象物Tへ照射された電磁波に対する測定信号の位相差を求める。演算部140で求められた位相差の情報は、出力部160に供給される。
出力部160は、演算部140から供給された位相差の情報を出力する。出力部160は、例えば、表示装置である。
なお、経路長の差に起因して生じる基準信号と測定信号の位相差については、適宜、演算部140で補正される。
The calculation unit 140 obtains the phase difference of the measurement signal with respect to the electromagnetic wave irradiated on the measurement target T using the reference signal supplied from the power splitter 112 and the measurement signal supplied from the directional coupler 134. Information on the phase difference obtained by the calculation unit 140 is supplied to the output unit 160.
The output unit 160 outputs the phase difference information supplied from the calculation unit 140. The output unit 160 is, for example, a display device.
Note that the phase difference between the reference signal and the measurement signal caused by the difference in path length is appropriately corrected by the calculation unit 140.

ここで、図4を参照して、演算部140の構成について説明する。図4に示されるように、演算部140は、パワースプリッタ142と、90°ハイブリッド144と、ミキサ146,148と、IFフィルタ/アンプ150,152と、A/D変換器154と、信号処理部156と、を備える。   Here, the configuration of the calculation unit 140 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 4, the arithmetic unit 140 includes a power splitter 142, a 90 ° hybrid 144, mixers 146 and 148, IF filters / amplifiers 150 and 152, an A / D converter 154, and a signal processing unit. 156.

パワースプリッタ142は、方向性結合器134から供給される測定信号を分配し、ミキサ146とミキサ148に供給する。
90°ハイブリッド144は、パワースプリッタ112から供給される基準信号を2つの信号に分割し、分割された2つの信号のうち1つの信号の位相を90°ずらす。図4に示される例では、90°ハイブリッド144で分割された信号の一方は、位相をずらさない信号であり、この信号はミキサ146に供給される。また、90°ハイブリッド144で分割された信号の他方は、位相を90°進めた信号であり、この信号はミキサ148に供給される。
The power splitter 142 distributes the measurement signal supplied from the directional coupler 134 and supplies it to the mixer 146 and the mixer 148.
The 90 ° hybrid 144 divides the reference signal supplied from the power splitter 112 into two signals, and shifts the phase of one of the two divided signals by 90 °. In the example shown in FIG. 4, one of the signals divided by the 90 ° hybrid 144 is a signal whose phase is not shifted, and this signal is supplied to the mixer 146. The other of the signals divided by the 90 ° hybrid 144 is a signal whose phase is advanced by 90 °, and this signal is supplied to the mixer 148.

ミキサ146,148は、90°ハイブリッド144から供給される信号と、パワースプリッタ142から供給される測定信号とを乗算する。ミキサ146で乗算された信号は、IFフィルタ/アンプ150に供給される。また、ミキサ148で乗算された信号は、IFフィルタ/アンプ152に供給される。
IFフィルタ/アンプ150,152は、ミキサ146,148から供給された信号をフィルタリングし、増幅する。具体的には、IFフィルタ/アンプ150,152は、ミキサ146,148から供給された信号の高周波成分を取り除き、高周波成分を取り除かれた信号を増幅する。IFフィルタ/アンプ150,152でフィルタリングされ、増幅された信号は、A/D変換器154に供給される。
The mixers 146 and 148 multiply the signal supplied from the 90 ° hybrid 144 and the measurement signal supplied from the power splitter 142. The signal multiplied by the mixer 146 is supplied to the IF filter / amplifier 150. The signal multiplied by the mixer 148 is supplied to the IF filter / amplifier 152.
The IF filters / amplifiers 150 and 152 filter and amplify the signals supplied from the mixers 146 and 148. Specifically, the IF filters / amplifiers 150 and 152 remove high frequency components from the signals supplied from the mixers 146 and 148, and amplify the signals from which the high frequency components have been removed. The signals filtered and amplified by the IF filters / amplifiers 150 and 152 are supplied to the A / D converter 154.

A/D変換器154は、IFフィルタ/アンプ150,152から供給された信号を、デジタル信号に変換する。なお、A/D変換器154には、測定対象物Tへ照射された電磁波に対する測定信号の位相差を算出するタイミングを示すトリガ信号が制御部100から供給される。A/D変換器154で生成されたデジタル信号は、信号処理部156に供給される。
信号処理部156は、A/D変換器154から供給された信号を用いて、測定対象物Tに照射された電磁波に対する測定信号の位相差を求める。また、信号処理部156は、位相差を用いて測定対象物Tであるコンクリート中の塩分濃度を算出する。信号処理部156は、主に、CPUやメモリで構成される。信号処理部156で求められた位相差の情報は、出力部160に供給される。
The A / D converter 154 converts the signals supplied from the IF filters / amplifiers 150 and 152 into digital signals. The A / D converter 154 is supplied with a trigger signal indicating the timing for calculating the phase difference of the measurement signal with respect to the electromagnetic wave irradiated to the measurement target T from the control unit 100. The digital signal generated by the A / D converter 154 is supplied to the signal processing unit 156.
The signal processing unit 156 uses the signal supplied from the A / D converter 154 to obtain the phase difference of the measurement signal with respect to the electromagnetic wave irradiated on the measurement target T. Further, the signal processing unit 156 calculates the salinity concentration in the concrete that is the measurement target T using the phase difference. The signal processing unit 156 is mainly composed of a CPU and a memory. Information on the phase difference obtained by the signal processing unit 156 is supplied to the output unit 160.

(位相差測定方法)
次に、図5を参照して、第1の実施形態の位相差測定装置を用いた位相差測定方法について説明する。図5は、本実施形態の位相差測定方法のフローチャートである。
まず、基準信号生成部110が、所定の周波数の基準信号を生成する(ステップS101)。基準信号生成部110により生成された基準信号は、パワースプリッタ112に供給される。パワースプリッタ112は、基準信号生成部110から供給された基準信号を分配し、スイッチ回路114と演算部140に供給する。
スイッチ回路114は、パワースプリッタ112から供給された信号を、所定の期間だけ出力する。そのため、上述したように、スイッチ回路114は、例えば、図2(b)に示される信号をパワーコンバイナ116に出力する。パワーコンバイナ116は、スイッチ回路114から供給された信号を入力信号生成部120に供給する。
(Phase difference measurement method)
Next, a phase difference measuring method using the phase difference measuring apparatus according to the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a flowchart of the phase difference measurement method of the present embodiment.
First, the reference signal generation unit 110 generates a reference signal having a predetermined frequency (step S101). The reference signal generated by the reference signal generation unit 110 is supplied to the power splitter 112. The power splitter 112 distributes the reference signal supplied from the reference signal generation unit 110 and supplies the reference signal to the switch circuit 114 and the calculation unit 140.
The switch circuit 114 outputs the signal supplied from the power splitter 112 only for a predetermined period. Therefore, as described above, the switch circuit 114 outputs the signal shown in FIG. 2B to the power combiner 116, for example. The power combiner 116 supplies the signal supplied from the switch circuit 114 to the input signal generation unit 120.

次に、入力信号生成部120は、測定対象物Tに照射する電磁波を生成するための入力信号を基準信号に基づいて生成する(ステップS102)。具体的には、パワーコンバイナ116から供給された信号は、波形整形回路124に入力される。図3を参照して説明したように、波形整形回路124は、パワーコンバイナ116から供給された信号が、参照信号を横切って上回るタイミング毎に、単一のパルス信号を生成する。波形整形回路124で生成されたパルス信号は、バンドパスフィルタ126に供給される。
なお、図3を参照して説明したように、制御部100は、参照信号がパワーコンバイナ116から供給される信号の振幅よりも小さくなるように、参照信号生成回路122を制御している。
Next, the input signal generation unit 120 generates an input signal for generating an electromagnetic wave irradiated to the measurement target T based on the reference signal (step S102). Specifically, the signal supplied from the power combiner 116 is input to the waveform shaping circuit 124. As described with reference to FIG. 3, the waveform shaping circuit 124 generates a single pulse signal every time the signal supplied from the power combiner 116 exceeds the reference signal. The pulse signal generated by the waveform shaping circuit 124 is supplied to the band pass filter 126.
As described with reference to FIG. 3, the control unit 100 controls the reference signal generation circuit 122 so that the reference signal is smaller than the amplitude of the signal supplied from the power combiner 116.

バンドパスフィルタ126は、波形整形回路124から供給されたパルス信号を入力とし、基準信号の周波数の信号を通過させ、測定対象物Tに照射する電磁波を生成するための入力信号を生成する。バンドパスフィルタ126で生成された入力信号は、電磁波照射部130に供給される。   The band-pass filter 126 receives the pulse signal supplied from the waveform shaping circuit 124, passes the signal having the frequency of the reference signal, and generates an input signal for generating an electromagnetic wave that irradiates the measurement target T. The input signal generated by the band pass filter 126 is supplied to the electromagnetic wave irradiation unit 130.

次に、電磁波照射部130は、入力信号に基づき、測定対象物Tに電磁波を照射する(ステップS103)。
次に、受信部132は、測定対象物Tにより、照射した電磁波に対して位相が変化した測定信号を受信する(ステップS104)。受信部132で受信された測定信号は、方向性結合器134に供給される。
Next, the electromagnetic wave irradiation unit 130 irradiates the measurement target T with an electromagnetic wave based on the input signal (step S103).
Next, the receiving unit 132 receives a measurement signal whose phase is changed with respect to the irradiated electromagnetic wave by the measurement target T (step S104). The measurement signal received by the receiving unit 132 is supplied to the directional coupler 134.

ここで、図6を参照して、電磁波照射部130が照射する電磁波と受信部132が受信する測定信号との関係について説明する。図6(a)は、電磁波照射部130が測定対象物Tに照射する電磁波の一例を示し、図6(b)は、受信部132が受信する測定信号の一例を示す。
本実施形態では、測定対象物Tであるコンクリートに照射された電磁波は、測定対象物Tで反射する。反射した電磁波(測定信号)の位相は、測定対象物Tに照射された電磁波の位相に対して、わずかに変化している。図6に示す例では、測定信号は、測定対象物Tに照射された電磁波に対し、Δθだけ位相が遅れている。なお、図6では説明の便宜上、位相差Δθを明確に示しているが、実際に測定される位相差Δθは極めて小さいため、測定信号から位相差Δθを直接測定することは困難である。
Here, with reference to FIG. 6, the relationship between the electromagnetic wave irradiated by the electromagnetic wave irradiation unit 130 and the measurement signal received by the reception unit 132 will be described. 6A shows an example of an electromagnetic wave that the electromagnetic wave irradiation unit 130 irradiates the measurement object T, and FIG. 6B shows an example of a measurement signal that the reception unit 132 receives.
In the present embodiment, the electromagnetic wave applied to the concrete that is the measurement target T is reflected by the measurement target T. The phase of the reflected electromagnetic wave (measurement signal) slightly changes with respect to the phase of the electromagnetic wave irradiated to the measuring object T. In the example shown in FIG. 6, the phase of the measurement signal is delayed by Δθ with respect to the electromagnetic wave irradiated to the measurement target T. Although the phase difference Δθ is clearly shown in FIG. 6 for convenience of explanation, since the actually measured phase difference Δθ is extremely small, it is difficult to directly measure the phase difference Δθ from the measurement signal.

次に、方向性結合器134は、受信部132から供給された測定信号をパワーコンバイナ116と演算部140に供給する。方向性結合器134からパワーコンバイナ116に供給された信号は入力信号生成部120に供給され、入力信号生成部120は、測定信号を用いて入力信号を生成する。以後、上述したステップS102〜104を所定回数繰り返す。以下の説明では、説明の便宜上、繰り返しの回数を5回とする例を用いて説明するが、実際には、例えば、100回〜1000回程度繰り返すことができる。ステップS102〜104を所定回数繰り返した後にトリガ信号が演算部140に供給されるように、制御部100はトリガ信号を出力するタイミングを制御する。
なお、繰り返しの回数は、例えば、ビットカウンタ(不図示)により計数してもよい。
Next, the directional coupler 134 supplies the measurement signal supplied from the reception unit 132 to the power combiner 116 and the calculation unit 140. The signal supplied from the directional coupler 134 to the power combiner 116 is supplied to the input signal generation unit 120, and the input signal generation unit 120 generates an input signal using the measurement signal. Thereafter, steps S102 to S104 described above are repeated a predetermined number of times. In the following description, for the sake of convenience of explanation, an example in which the number of repetitions is set to 5 will be described. The control unit 100 controls the timing of outputting the trigger signal so that the trigger signal is supplied to the calculation unit 140 after repeating steps S102 to S104 a predetermined number of times.
Note that the number of repetitions may be counted by, for example, a bit counter (not shown).

上述したステップS102〜104を所定回数繰り返すと、制御部100は、参照信号の大きさがパワーコンバイナ116から供給される信号の振幅よりも高くなるように、参照信号生成回路122を制御する。これにより、上述したステップS102〜104の繰り返しは終了する。   When steps S102 to S104 described above are repeated a predetermined number of times, the control unit 100 controls the reference signal generation circuit 122 so that the magnitude of the reference signal is higher than the amplitude of the signal supplied from the power combiner 116. Thereby, the repetition of steps S102 to S104 described above ends.

ここで、図7を参照して、上述したステップS102〜104を繰り返すことにより、位相差が蓄積されることを説明する。図7(a)は、基準信号の一例を示す図であり、図7(b)は、測定信号の一例を示す図であり、図7(c)は、参照信号の一例を示す図である。図7に示されるように、上述したステップS102〜104を繰り返す毎に、基準信号と測定信号の位相差がΔθずつ増加する。すなわち、上述したステップS102〜104をn回繰り返すと、基準信号と測定信号の位相差がnΔθとなる。そのため、Δθが極めて小さく、測定対象物Tに照射された電磁波に対する測定信号の位相差Δθを直接測定することは困難である場合であっても、上述したステップS102〜104を繰り返すことにより、基準信号と測定信号の位相差nΔθを測定することが可能となる。   Here, with reference to FIG. 7, it will be described that the phase difference is accumulated by repeating steps S102 to S104 described above. 7A is a diagram illustrating an example of a reference signal, FIG. 7B is a diagram illustrating an example of a measurement signal, and FIG. 7C is a diagram illustrating an example of a reference signal. . As shown in FIG. 7, every time the above steps S102 to S104 are repeated, the phase difference between the reference signal and the measurement signal increases by Δθ. That is, when steps S102 to S104 described above are repeated n times, the phase difference between the reference signal and the measurement signal becomes nΔθ. Therefore, even when Δθ is extremely small and it is difficult to directly measure the phase difference Δθ of the measurement signal with respect to the electromagnetic wave irradiated to the measurement target T, the above-described steps S102 to 104 are repeated to perform the reference. The phase difference nΔθ between the signal and the measurement signal can be measured.

次に、演算部140は、基準信号と測定信号とを用いて、電磁波に対する測定信号の位相差Δθを求める(ステップS105)。以下、演算部140が位相差Δθを求める方法について、具体的に説明する。
基準信号生成部110が生成する基準信号をcos(ωt)とする。ωは、基準信号の角周波数である。上述したステップS102〜104をn回繰り返し、方向性結合器134から演算部140に供給される信号は、cos(ωt+nΔθ)となる。そのため、ミキサ146の出力、ミキサ148の出力は、それぞれ式(1)、式(2)のように表される。

なお、信号の伝送遅延や、電磁波の伝搬遅延は別途調整されているものとし、ここでは考慮しない。
Next, the calculation unit 140 obtains the phase difference Δθ of the measurement signal with respect to the electromagnetic wave using the reference signal and the measurement signal (step S105). Hereinafter, a method for calculating the phase difference Δθ by the calculation unit 140 will be specifically described.
The reference signal generated by the reference signal generation unit 110 is assumed to be cos (ωt). ω is the angular frequency of the reference signal. Steps S102 to S104 described above are repeated n times, and the signal supplied from the directional coupler 134 to the calculation unit 140 is cos (ωt + nΔθ). For this reason, the output of the mixer 146 and the output of the mixer 148 are expressed as Expression (1) and Expression (2), respectively.

Note that the signal transmission delay and the electromagnetic wave propagation delay are separately adjusted and are not considered here.

次に、IFフィルタ/アンプ150,152により、式(1)、式(2)の高周波成分が取り除かれる。IFフィルタ/アンプ150の出力をx、IFフィルタ/アンプ150の出力をyとすると、x,yは以下のように表される。
Next, the high frequency components of the expressions (1) and (2) are removed by the IF filters / amplifiers 150 and 152. If the output of the IF filter / amplifier 150 is x and the output of the IF filter / amplifier 150 is y, x and y are expressed as follows.

IFフィルタ/アンプ150,152の出力x,yは、A/D変換器154でデジタル信号に変換され、信号処理部156に供給される。信号処理部156は、A/D変換器154から供給された信号x,yを用いて、以下の式に基づき、位相差Δθを求める。

次に、信号処理部156は、求めた位相差Δθを用いて測定対象物Tであるコンクリート中の塩分濃度を算出する。コンクリート中の塩分濃度の大きさによって、位相差Δθの大きさも変化するため、位相差Δθを求めることにより、コンクリート中の塩分濃度の大きさを求めることができる。
The outputs x and y of the IF filters / amplifiers 150 and 152 are converted into digital signals by the A / D converter 154 and supplied to the signal processing unit 156. The signal processing unit 156 uses the signals x and y supplied from the A / D converter 154 to obtain the phase difference Δθ based on the following equation.

Next, the signal processing unit 156 calculates the salinity concentration in the concrete that is the measurement target T using the obtained phase difference Δθ. Since the magnitude of the phase difference Δθ also changes depending on the magnitude of the salinity concentration in the concrete, the magnitude of the salinity concentration in the concrete can be obtained by obtaining the phase difference Δθ.

以上説明したように、本実施形態によれば、微小な位相変化を精度よく測定することができる。そのため、簡易な方法で、コンクリート対象物の塩分濃度を求めることができる。   As described above, according to this embodiment, a minute phase change can be accurately measured. Therefore, the salinity concentration of the concrete object can be obtained by a simple method.

なお、本実施形態では、測定対象物で反射した測定信号の位相が変化する場合に、入力信号に対する位相差を測定する例について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、測定対象物を透過した測定信号の位相が変化する場合にも、本発明を適用することができる。測定対象物を透過した測定信号の位相が変化する場合として、例えば、ガスなどの極めて低い誘電率の測定や、採取したコンクリート試験片を用いて、塩分濃度をより高精度に測定する場合などがある。   In the present embodiment, the example in which the phase difference with respect to the input signal is measured when the phase of the measurement signal reflected by the measurement object changes has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, the present invention can also be applied when the phase of a measurement signal that has passed through a measurement object changes. Examples of cases where the phase of the measurement signal that has passed through the measurement object changes include the measurement of extremely low dielectric constants such as gases, and the case where the salinity concentration is measured with higher accuracy using a sampled concrete specimen. is there.

<第2の実施形態>
(位相差測定装置の構成)
次に、図8を参照して、第2の実施形態の位相差測定装置の概略構成を説明する。本実施形態の位相差測定装置の基本的な構成は、上述した第1の実施形態と同様であるため、重複する部分の説明は省略する。
図8に示されるように、本実施形態の位相差測定装置は、第1の実施形態で説明した構成に加えて、振幅調整部170を備える。受信部132で受信された測定信号は、振幅調整部170に供給される。振幅調整部170は、受信部132から供給された測定信号の振幅を調整する。具体的には、振幅調整部170は、波形整形回路124に入力される信号の振幅が一定となるように、受信部132から供給された測定信号の振幅を調整する。
<Second Embodiment>
(Configuration of phase difference measuring device)
Next, a schematic configuration of the phase difference measuring apparatus according to the second embodiment will be described with reference to FIG. Since the basic configuration of the phase difference measuring apparatus of the present embodiment is the same as that of the first embodiment described above, description of overlapping parts is omitted.
As shown in FIG. 8, the phase difference measurement apparatus according to the present embodiment includes an amplitude adjustment unit 170 in addition to the configuration described in the first embodiment. The measurement signal received by the receiving unit 132 is supplied to the amplitude adjusting unit 170. The amplitude adjustment unit 170 adjusts the amplitude of the measurement signal supplied from the reception unit 132. Specifically, the amplitude adjustment unit 170 adjusts the amplitude of the measurement signal supplied from the reception unit 132 so that the amplitude of the signal input to the waveform shaping circuit 124 is constant.

次に、図9を参照して、振幅調整部170の詳細な構成について説明する。図9に示されるように、振幅調整部170は、制御電圧発生器172と、可変ゲインアンプ174と、を備える。制御電圧発生器172は、制御部100から供給される信号に基づき、可変ゲインアンプ174のゲインを調整するための制御電圧を、可変ゲインアンプ174に供給する。可変ゲインアンプ174は、制御電圧発生器172から供給された制御電圧に基づき、受信部132から供給された測定信号のゲインを調整する。可変ゲインアンプ174は、例えば、PINダイオードアッテネータとRFアンプにより構成することができる。   Next, a detailed configuration of the amplitude adjustment unit 170 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 9, the amplitude adjustment unit 170 includes a control voltage generator 172 and a variable gain amplifier 174. The control voltage generator 172 supplies a control voltage for adjusting the gain of the variable gain amplifier 174 to the variable gain amplifier 174 based on the signal supplied from the control unit 100. The variable gain amplifier 174 adjusts the gain of the measurement signal supplied from the receiving unit 132 based on the control voltage supplied from the control voltage generator 172. The variable gain amplifier 174 can be constituted by, for example, a PIN diode attenuator and an RF amplifier.

ここで、図10を参照して、測定信号の振幅の違いにより生ずる位相差の誤差について説明する。図10(a)は、測定対象物Tに照射される電磁波の一例を示す図であり、図10(b)は、振幅が大きい測定信号の一例を示す図であり、図10(c)は、振幅が小さい測定信号の一例を示す図である。   Here, with reference to FIG. 10, the error of the phase difference caused by the difference in the amplitude of the measurement signal will be described. FIG. 10A is a diagram illustrating an example of an electromagnetic wave irradiated to the measurement target T, FIG. 10B is a diagram illustrating an example of a measurement signal having a large amplitude, and FIG. It is a figure which shows an example of the measurement signal with small amplitude.

一般に、測定対象物Tに電磁波を照射した場合、測定対象物Tの表面形状、反射率、電磁波照射部130から測定対象物Tまでの距離などによって、受信部132で受信される測定信号の振幅は変化する。図10(b),(c)に示されるように、振幅の大きい測定信号が波形整形回路124に入力された場合に、振幅の大きい測定信号が参照信号を上回るタイミングと、振幅の小さい測定信号が波形整形回路124に入力された場合に、振幅の小さい測定信号が参照信号を上回るタイミングは異なる。このように、波形整形回路124に入力される測定信号の振幅が異なると、位相差を正確に測定することが難しくなる。   In general, when the measurement target T is irradiated with electromagnetic waves, the amplitude of the measurement signal received by the reception unit 132 depending on the surface shape of the measurement target T, the reflectance, the distance from the electromagnetic wave irradiation unit 130 to the measurement target T, and the like. Will change. As shown in FIGS. 10B and 10C, when a measurement signal having a large amplitude is input to the waveform shaping circuit 124, a timing at which the measurement signal having a large amplitude exceeds the reference signal, and a measurement signal having a small amplitude. Is input to the waveform shaping circuit 124, the timing at which the measurement signal having a small amplitude exceeds the reference signal is different. Thus, if the amplitudes of the measurement signals input to the waveform shaping circuit 124 are different, it is difficult to accurately measure the phase difference.

本実施形態では、後述するように、測定対象物Tの表面形状、反射率、電磁波照射部130から測定対象物Tまでの距離などに起因する測定信号の振幅の減衰率(以下、「振幅減衰率」と呼ぶ。)が予め測定される。また、振幅調整部170は、振幅減衰率に基づき、測定信号の振幅を調整する。
本実施形態によれば、波形整形回路124に入力される信号の振幅を一定に保つことができる。そのため、電磁波照射部130から測定対象物Tまでの距離を一定にすることが困難な場合であっても、測定対象物Tの異なる複数の位置において、位相差をより正確に測定することができる。
In the present embodiment, as will be described later, the amplitude attenuation rate of the measurement signal (hereinafter referred to as “amplitude attenuation”) caused by the surface shape, reflectance, the distance from the electromagnetic wave irradiation unit 130 to the measurement object T, and the like. Called "rate") in advance. In addition, the amplitude adjustment unit 170 adjusts the amplitude of the measurement signal based on the amplitude attenuation rate.
According to this embodiment, the amplitude of the signal input to the waveform shaping circuit 124 can be kept constant. Therefore, even when it is difficult to make the distance from the electromagnetic wave irradiation unit 130 to the measurement target T constant, the phase difference can be measured more accurately at a plurality of different positions of the measurement target T. .

(位相差測定方法)
次に、図11を参照して、第2の実施形態の位相差測定装置を用いた位相差測定方法について説明する。図11は、本実施形態の位相差測定方法のフローチャートである。
まず、位相差測定装置は、振幅減衰率を測定する(ステップS201)。具体的には、電磁波照射部130が測定対象物Tに電磁波を照射する。次に、受信部132が測定信号を受信し、振幅調整部170で振幅を調整せずに、方向性結合器134を介して演算部140に測定信号を供給する。
(Phase difference measurement method)
Next, a phase difference measuring method using the phase difference measuring apparatus of the second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 11 is a flowchart of the phase difference measurement method of the present embodiment.
First, the phase difference measuring device measures an amplitude attenuation rate (step S201). Specifically, the electromagnetic wave irradiation unit 130 irradiates the measurement target T with electromagnetic waves. Next, the reception unit 132 receives the measurement signal, and supplies the measurement signal to the arithmetic unit 140 via the directional coupler 134 without adjusting the amplitude by the amplitude adjustment unit 170.

次に、演算部140は、方向性結合器134を介して供給された測定信号と基準信号を用いて、振幅減衰率を求める。ここで、振幅減衰率をr(r<1)とすると、IFフィルタ/アンプ150,152の出力x,yは、それぞれ以下のように表される。

これより、演算部140は、以下の式に基づき、振幅減衰率rを求める。

以上がステップS201に示す振幅減衰率rの測定方法である。測定された振幅減衰率rは、図4を参照して説明した演算部140の信号処理部156が備えるメモリに記録される。
Next, the calculation unit 140 obtains the amplitude attenuation rate using the measurement signal and the reference signal supplied via the directional coupler 134. Here, assuming that the amplitude attenuation rate is r (r <1), the outputs x and y of the IF filters / amplifiers 150 and 152 are respectively expressed as follows.

Accordingly, the calculation unit 140 obtains the amplitude attenuation rate r based on the following equation.

The above is the measuring method of the amplitude attenuation rate r shown in step S201. The measured amplitude attenuation rate r is recorded in a memory included in the signal processing unit 156 of the calculation unit 140 described with reference to FIG.

次に、基準信号生成部110が、所定の周波数の基準信号を生成する(ステップS202)。次に、入力信号生成部120は、測定対象物Tに照射する電磁波の生成に用いる入力信号を基準信号に基づいて生成する(ステップS203)。次に、電磁波照射部130は、入力信号に基づき、測定対象物Tに電磁波を照射する(ステップS204)。次に、受信部132は、測定対象物Tにより、電磁波に対して位相が変化した測定信号を受信する(ステップS205)。
ステップS202〜S205は、第1の実施形態で説明したステップS101〜S104と同じであるため、詳細な説明は省略する。
Next, the reference signal generation unit 110 generates a reference signal having a predetermined frequency (step S202). Next, the input signal generation unit 120 generates an input signal used for generating an electromagnetic wave irradiated to the measurement target T based on the reference signal (step S203). Next, the electromagnetic wave irradiation unit 130 irradiates the measurement target T with an electromagnetic wave based on the input signal (step S204). Next, the receiving unit 132 receives a measurement signal whose phase is changed with respect to the electromagnetic wave by the measurement target T (step S205).
Since steps S202 to S205 are the same as steps S101 to S104 described in the first embodiment, detailed description thereof is omitted.

次に、振幅調整部170は、ステップS201において測定した振幅減衰率rに基づき、受信部132から供給された測定信号の振幅を調整する(ステップS206)。具体的には、まず、制御部100が、演算部140に記録された振幅減衰率rの値を読み出す。次に、制御部100は、振幅調整部170が、受信部132から供給された測定信号の振幅を1/r倍するように、振幅調整部170を制御する。より具体的には、制御部100は、制御電圧発生器172が生成する制御電圧の大きさを制御する。これにより、波形整形回路124に入力される信号の振幅を一定に保つことができる。   Next, the amplitude adjustment unit 170 adjusts the amplitude of the measurement signal supplied from the reception unit 132 based on the amplitude attenuation rate r measured in step S201 (step S206). Specifically, first, the control unit 100 reads the value of the amplitude attenuation rate r recorded in the calculation unit 140. Next, the control unit 100 controls the amplitude adjustment unit 170 so that the amplitude adjustment unit 170 multiplies the amplitude of the measurement signal supplied from the reception unit 132 by 1 / r. More specifically, the control unit 100 controls the control voltage generated by the control voltage generator 172. Thereby, the amplitude of the signal input to the waveform shaping circuit 124 can be kept constant.

以後、上述したステップS203〜206を所定回数繰り返す。上述したステップS203〜206を所定回数繰り返すと、制御部100は、参照信号がパワーコンバイナ116から供給される信号の振幅よりも高くなるように、参照信号生成回路122を制御する。これにより、上述したステップS203〜206の繰り返しは終了する。次に、演算部140は、基準信号と前記測定信号とを用いて、前記電磁波に対する前記測定信号の位相差Δθを求める(ステップS207)。ステップS207は、第1の実施形態で説明したステップS105と同じであるため、詳細な説明は省略する。   Thereafter, steps S203 to S206 described above are repeated a predetermined number of times. When steps S203 to S206 described above are repeated a predetermined number of times, the control unit 100 controls the reference signal generation circuit 122 so that the reference signal becomes higher than the amplitude of the signal supplied from the power combiner 116. Thereby, the repetition of steps S203 to S206 described above ends. Next, the calculation unit 140 obtains the phase difference Δθ of the measurement signal with respect to the electromagnetic wave using the reference signal and the measurement signal (step S207). Since step S207 is the same as step S105 described in the first embodiment, detailed description thereof is omitted.

以上説明したように、本実施形態によれば、波形整形回路124に入力される信号の振幅を一定に保つことができる。そのため、電磁波照射部130から測定対象物Tまでの距離を一定にすることが困難な場合であっても、測定対象物Tの異なる複数の位置において、位相差をより正確に測定することができる。   As described above, according to the present embodiment, the amplitude of the signal input to the waveform shaping circuit 124 can be kept constant. Therefore, even when it is difficult to make the distance from the electromagnetic wave irradiation unit 130 to the measurement target T constant, the phase difference can be measured more accurately at a plurality of different positions of the measurement target T. .

<第3の実施形態>
次に、第3の実施形態の位相差測定装置及び位相差測定方法について説明する。本実施形態の位相差測定装置の基本的な構成は、上述した第1又は第2の実施形態と同様である。
<Third Embodiment>
Next, a phase difference measuring apparatus and a phase difference measuring method according to the third embodiment will be described. The basic configuration of the phase difference measuring apparatus of this embodiment is the same as that of the first or second embodiment described above.

本実施形態の演算部140は、複数の異なる周波数(設定周波数)毎に、基準信号に対応する測定信号の位相差を求める。また、演算部140は、基準信号と測定信号とが演算部140に供給されるまでの経路長の差に起因する位相差を用いて、測定対象物Tに照射された電磁波に対する測定信号の位相差を求める。ここで、経路長とは、電磁波照射部130から測定対象物Tを経由した受信部132までの距離や、回路中のケーブルの長さなどを含む。また、演算部140は、複数の異なる周波数(設定周波数)の基準信号に対応する測定信号の位相差の分散が最小となるようにして求めた、基準信号と測定信号とが演算部140に供給されるまでの経路長の差に起因する位相差を求める。   The calculation unit 140 according to the present embodiment obtains the phase difference of the measurement signal corresponding to the reference signal for each of a plurality of different frequencies (set frequencies). In addition, the calculation unit 140 uses the phase difference caused by the difference in path length until the reference signal and the measurement signal are supplied to the calculation unit 140, and the level of the measurement signal with respect to the electromagnetic wave irradiated on the measurement target T. Find the phase difference. Here, the path length includes the distance from the electromagnetic wave irradiation unit 130 to the reception unit 132 via the measurement target T, the length of the cable in the circuit, and the like. Further, the calculation unit 140 supplies the calculation unit 140 with the reference signal and the measurement signal obtained so that the variance of the phase difference of the measurement signal corresponding to the reference signals of a plurality of different frequencies (set frequencies) is minimized. The phase difference resulting from the difference in the path length until it is determined is obtained.

図12を参照して、本実施形態の位相差測定方法について説明する。図12は、本実施形態の位相差測定方法のフローチャートである。
まず、位相差測定装置は、複数の周波数(設定周波数)に対して、第1の実施形態や第2の実施形態で説明した方法により、位相差を測定する(ステップS301)。具体的には、まず制御部100は、基準信号生成部110が生成する基準信号の周波数をfに制御する。その後、位相差測定装置は、周波数fに対応する位相差を測定する。この位相差を複素数で表したものをZとする。次に、制御部100は、基準信号生成部110が生成する基準信号の周波数をfに制御する。その後、位相差測定装置は、周波数fに対応する位相差を測定する。この位相差を複素数で表したものをZとする。以後、同様にして、位相差測定装置は、周波数fに対応する位相差まで測定する。この位相差を複素数で表したものをZとする。Nは、10以上20以下であることが好ましい。なお、Zは、|Z|=1(1≦i≦N)と規格化されている。
With reference to FIG. 12, the phase difference measuring method of the present embodiment will be described. FIG. 12 is a flowchart of the phase difference measurement method of the present embodiment.
First, the phase difference measuring apparatus measures a phase difference with respect to a plurality of frequencies (set frequencies) by the method described in the first embodiment or the second embodiment (step S301). Specifically, first, the control unit 100 controls the frequency of the reference signal by the reference signal generator 110 generates the f 1. Then, the phase difference measuring device measures the phase difference corresponding to a frequency f 1. Let Z 1 represent this phase difference in a complex number. Next, the control unit 100 controls the frequency of the reference signal by the reference signal generator 110 generates the f 2. Then, the phase difference measuring device measures the phase difference corresponding to a frequency f 2. Those representing the phase difference by a complex number and Z 2. Thereafter, similarly, the phase difference measuring device measures to a phase difference corresponding to a frequency f N. Those representing the phase difference by a complex number and Z N. N is preferably 10 or more and 20 or less. Z i is standardized as | Z i | = 1 (1 ≦ i ≦ N).

次に、演算部140は、測定した位相差を複素数で表示したZの分散を最小とする遅延時間を算出する(ステップS302)。次に、測定した位相差を複素数で表示したZの分散を最小とする遅延時間を用いて、測定対象物Tに照射された電磁波に対する測定信号の位相差Δθを求める(ステップS303)。 Next, the calculation unit 140 calculates a delay time that minimizes the variance of Z i in which the measured phase difference is displayed as a complex number (step S302). Next, the phase difference Δθ of the measurement signal with respect to the electromagnetic wave irradiated on the measuring object T is obtained using the delay time that minimizes the dispersion of Z i that displays the measured phase difference as a complex number (step S303).

以下、まず、上述したステップS302について、具体的に説明する。
演算部140に入力される基準信号と測定信号の経路長の差に起因する位相差が予め分かっている場合、基準信号の周波数をfとしたときに測定される位相差と、予め分かっている基準信号と測定信号の経路長の差に起因する位相差とから、測定対象物Tに照射された電磁波に対する測定信号の位相差Δθを求めることができる。
しかし、電磁波照射部130から測定対象物Tまでの距離が未知である場合、演算部140に入力される基準信号と測定信号の経路長の差に起因する位相差が分からないため、基準信号の周波数をfとしたときに測定される位相差から、測定対象物Tに照射された電磁波に対する測定信号の位相差Δθを求めることができない。
Hereinafter, first, step S302 described above will be specifically described.
When the phase difference caused by the difference in path length of the reference signal and the measurement signal which is input to the arithmetic unit 140 is known in advance, the phase difference measured when the frequency of the reference signal is a f i, previously known The phase difference Δθ of the measurement signal with respect to the electromagnetic wave irradiated on the measuring object T can be obtained from the phase difference caused by the difference in the path length of the reference signal and the measurement signal.
However, when the distance from the electromagnetic wave irradiation unit 130 to the measurement target T is unknown, the phase difference due to the difference in the path length between the reference signal input to the calculation unit 140 and the measurement signal is not known, and thus the reference signal from the phase difference measured when the frequency is f i, it is impossible to determine the phase difference Δθ of the measurement signal for the irradiated electromagnetic wave measurement target T.

ここで、周波数をfとしたときに、演算部140に入力される基準信号と測定信号の経路長の差に起因する位相差をθとする。また、演算部140に入力される基準信号と測定信号の経路長の差に起因する遅延時間をτとする。このとき、以下の関係式が成り立つ。

遅延時間τは、周波数fに依存しない定数である。
Here, when the frequency is f i, the phase difference due to the difference in path length of the reference signal and the measurement signal input to the arithmetic unit 140 and theta i. Also, let τ be the delay time resulting from the difference in path length between the reference signal input to the calculation unit 140 and the measurement signal. At this time, the following relational expression holds.

The delay time tau, is a constant that does not depend on the frequency f i.

遅延時間τを考慮して、複素数で表示した位相差Zを補正した場合、補正後の位相差の平均値、分散σは、それぞれ以下の式(10)、式(11)のように表される。

式(11)で表される分散σを最小とする条件から、遅延時間τを求めることができる。
When the phase difference Z i displayed as a complex number is corrected in consideration of the delay time τ, the average value of the phase difference after correction and the variance σ are expressed by the following equations (10) and (11), respectively. Is done.

The delay time τ can be obtained from the condition that minimizes the variance σ expressed by the equation (11).

以下、複数の周波数fに対して位相差Zを測定した結果から、遅延時間τを求める方法を具体的に説明する。
まず、周波数fを1.6GHz〜2.0GHzまで0.1GHzずつ変化させ、各周波数fに対して、位相差Zを測定する。下記の表1に、測定結果の一例を示す。
Hereinafter, the results of the measurement of the phase difference Z i for a plurality of frequencies f i, concretely explaining the method of obtaining the delay time tau.
First, varying by 0.1GHz frequency f i to 1.6GHz~2.0GHz, for each frequency f i, measuring the phase difference Z i. Table 1 below shows an example of measurement results.

表1に示される測定結果を複素数平面上にプロットすると、図13(a)のようになる。図13(a)に示されるように、表1に示される測定結果には、演算部140に入力される基準信号と測定信号の経路長の差に起因する遅延時間τが含まれているため、この測定結果から直接、電磁波に対する測定信号の位相差Δθを求めることはできない。   When the measurement results shown in Table 1 are plotted on the complex plane, the result is as shown in FIG. As shown in FIG. 13A, the measurement result shown in Table 1 includes the delay time τ caused by the difference in the path length between the reference signal input to the calculation unit 140 and the measurement signal. The phase difference Δθ of the measurement signal with respect to the electromagnetic wave cannot be obtained directly from the measurement result.

本実施形態では、表1に示される測定結果と式(11)を用いて、分散σを最小とする遅延時間τを求める。図13(b)は、表1に示される測定結果を式(11)に代入して得られる、分散σと遅延時間τの関係を示す図である。本実施形態では、τ=2.62nsにおいて、分散σが最小となる。分散σを最小とする遅延時間τを用いることにより、式(10)から電磁波に対する測定信号の位相差Δθを求めることができる。   In the present embodiment, the delay time τ that minimizes the dispersion σ is obtained using the measurement result shown in Table 1 and the equation (11). FIG. 13B is a diagram showing the relationship between the dispersion σ and the delay time τ obtained by substituting the measurement result shown in Table 1 into the equation (11). In the present embodiment, the dispersion σ is minimized at τ = 2.62 ns. By using the delay time τ that minimizes the dispersion σ, the phase difference Δθ of the measurement signal with respect to the electromagnetic wave can be obtained from the equation (10).

以上説明したように、本実施形態では、複数の異なる周波数毎に基準信号に対応する測定信号の位相差を求め、基準信号と測定信号とが演算部140に供給されるまでの経路長の差に起因する位相差を用いて、測定対象物Tに照射された電磁波に対する測定信号の位相差Δθを求める。そのため、電磁波照射部130から測定対象物Tまでの距離が未知である場合であっても、演算部140に入力される基準信号と測定信号の経路長の差に起因する遅延時間τを求めることができ、遅延時間τに起因する位相差を補正することが可能となる。   As described above, in the present embodiment, the phase difference of the measurement signal corresponding to the reference signal is obtained for each of a plurality of different frequencies, and the difference in path length until the reference signal and the measurement signal are supplied to the calculation unit 140. Is used to obtain the phase difference Δθ of the measurement signal with respect to the electromagnetic wave irradiated to the measurement target T. Therefore, even when the distance from the electromagnetic wave irradiation unit 130 to the measurement target T is unknown, the delay time τ caused by the difference between the path length of the reference signal input to the calculation unit 140 and the measurement signal is obtained. Thus, the phase difference caused by the delay time τ can be corrected.

以上、本発明の位相差測定装置及び方法について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。   Although the phase difference measuring apparatus and method of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various improvements and modifications may be made without departing from the spirit of the present invention. Of course.

100 制御部
110 基準信号生成部
112 パワースプリッタ
114 スイッチ回路
116 パワーコンバイナ
120 入力信号生成部
122 参照信号生成回路
124 波形整形回路
126 バンドパスフィルタ
130 電磁波照射部
132 受信部
134 方向性結合器
140 演算部
142 パワースプリッタ
144 90°ハイブリッド
146,148 ミキサ
150,152 IFフィルタ/アンプ
154 A/D変換器
156 信号処理部
160 出力部
170 振幅調整部
172 制御電圧発生器
174 可変ゲインアンプ
T 測定対象物
100 control unit 110 reference signal generation unit 112 power splitter 114 switch circuit 116 power combiner 120 input signal generation unit 122 reference signal generation circuit 124 waveform shaping circuit 126 band pass filter 130 electromagnetic wave irradiation unit 132 reception unit 134 directional coupler 140 calculation unit 142 Power splitter 144 90 ° hybrid 146, 148 Mixer 150, 152 IF filter / amplifier 154 A / D converter 156 Signal processing unit 160 Output unit 170 Amplitude adjustment unit 172 Control voltage generator 174 Variable gain amplifier T Measurement object

Claims (10)

測定対象物に電磁波を照射したとき、前記測定対象物により前記電磁波に対して位相が変化した測定信号と前記電磁波との位相差を測定する位相差測定方法であって、
所定の周波数の基準信号を生成するステップと、
前記測定対象物に照射する電磁波の生成に用いる入力信号を前記基準信号に基づいて生成するステップと、
前記入力信号に基づき、前記測定対象物に電磁波を照射する第1ステップと、
前記測定対象物により前記電磁波に対して位相が変化した測定信号を受信する第2ステップと、
前記測定信号を用いて前記入力信号を生成する第3ステップと、
第1ステップ、第2ステップ、及び第3ステップを所定回繰り返した後、前記基準信号と前記測定信号とを用いて、前記位相差を求める第4ステップと、を有することを特徴とする位相差測定方法。
A phase difference measurement method for measuring a phase difference between a measurement signal having a phase changed with respect to the electromagnetic wave by the measurement object and the electromagnetic wave when the measurement object is irradiated with an electromagnetic wave,
Generating a reference signal of a predetermined frequency;
Generating an input signal used for generating an electromagnetic wave to irradiate the measurement object based on the reference signal;
A first step of irradiating the object to be measured with electromagnetic waves based on the input signal;
A second step of receiving a measurement signal having a phase changed with respect to the electromagnetic wave by the measurement object;
A third step of generating the input signal using the measurement signal;
And a fourth step of obtaining the phase difference using the reference signal and the measurement signal after repeating the first step, the second step, and the third step a predetermined number of times. Measuring method.
第3ステップは、
入力された信号が予め定めた閾値を上回るタイミングで、単一のパルス信号を生成するステップと、
前記基準信号の周波数の信号を通過させることにより、前記入力信号を生成するステップと、
を有する、請求項1に記載の位相差測定方法。
The third step is
Generating a single pulse signal at a timing when the input signal exceeds a predetermined threshold;
Generating the input signal by passing a signal having a frequency of the reference signal; and
The phase difference measuring method according to claim 1, comprising:
第2ステップでは、前記測定信号として、前記電磁波が前記測定対象物で反射されることにより前記電磁波に対して位相が変化した信号を受信し、
前記位相差測定方法は、前記測定対象物において反射された前記電磁波の振幅減衰率に基づき、前記測定信号の振幅を調整するステップを有する、請求項1又は2に記載の位相差測定方法。
In the second step, as the measurement signal, a signal whose phase is changed with respect to the electromagnetic wave as a result of reflection of the electromagnetic wave by the measurement object is received,
The phase difference measurement method according to claim 1, wherein the phase difference measurement method includes a step of adjusting an amplitude of the measurement signal based on an amplitude attenuation rate of the electromagnetic wave reflected from the measurement object.
複数の異なる設定周波数のそれぞれを、前記所定の周波数としたとき、
第4ステップは、
前記基準信号に対する前記測定信号の位相差を前記設定周波数毎に求めるステップと、
前記基準信号と前記測定信号との経路長の差に起因する位相差を用いて、前記電磁波に対する前記測定信号の前記位相差を求めるステップと、
を有する、請求項1乃至3のいずれかに記載の位相差測定方法。
When each of a plurality of different set frequencies is the predetermined frequency,
The fourth step is
Obtaining a phase difference of the measurement signal with respect to the reference signal for each set frequency;
Determining the phase difference of the measurement signal relative to the electromagnetic wave using a phase difference resulting from a path length difference between the reference signal and the measurement signal;
The phase difference measuring method according to claim 1, comprising:
第4ステップは、前記設定周波数の前記基準信号に対する前記測定信号の位相差の分散が最小となるようにして求めた位相差であって、前記基準信号と前記測定信号との経路長の差に起因する位相差を用いて、前記電磁波に対する前記測定信号の前記位相差を求める、請求項4に記載の位相差測定方法。   The fourth step is a phase difference obtained by minimizing the dispersion of the phase difference of the measurement signal with respect to the reference signal at the set frequency, and the difference in path length between the reference signal and the measurement signal. The phase difference measurement method according to claim 4, wherein the phase difference of the measurement signal with respect to the electromagnetic wave is obtained using the resulting phase difference. 測定対象物に電磁波を照射し、前記測定対象物により前記電磁波に対して位相が変化した測定信号と前記電磁波との位相差を測定する位相差測定装置であって、
所定の周波数の基準信号を生成する基準信号生成部と、
前記測定対象物に照射する電磁波の生成に用いる入力信号を生成する入力信号生成部と、
前記入力信号に基づき、前記測定対象物に電磁波を照射する電磁波照射部と、
前記測定対象物により前記電磁波に対して位相が変化した測定信号を受信する受信部と、
前記基準信号と前記測定信号とを用いて、前記位相差を求める演算部と、
定められたタイミングで、前記基準信号生成部が生成した前記基準信号を出力するスイッチ回路と、を備え、
前記位相差測定装置は、前記電磁波の照射によって前記受信部が受信する前記測定信号の受信回数が所定回数になるまで、前記入力信号の生成、前記電磁波の照射、及び前記測定信号の受信を繰り返すように構成され
前記受信回数が0回のとき、前記スイッチ回路から出力され前記入力信号生成部に供給された前記基準信号を用いて、前記入力信号生成部は前記入力信号を生成し、前記受信回数が1回以上のとき、前記入力信号生成部は、前記受信部が直近に受信した前記測定信号を用いて前記入力信号を生成するように構成されている、ことを特徴とする位相差測定装置。
A phase difference measuring device that irradiates a measurement object with an electromagnetic wave, and measures a phase difference between the measurement signal and the electromagnetic wave whose phase has changed with respect to the electromagnetic wave by the measurement object,
A reference signal generator for generating a reference signal of a predetermined frequency;
An input signal generation unit for generating an input signal used for generating an electromagnetic wave to irradiate the measurement object;
Based on the input signal, an electromagnetic wave irradiation unit that irradiates the measurement object with an electromagnetic wave;
A receiving unit for receiving a measurement signal whose phase is changed with respect to the electromagnetic wave by the measurement object;
An arithmetic unit for obtaining the phase difference using the reference signal and the measurement signal;
A switch circuit that outputs the reference signal generated by the reference signal generation unit at a predetermined timing, and
The phase difference measuring apparatus repeats generation of the input signal, irradiation of the electromagnetic wave, and reception of the measurement signal until the number of receptions of the measurement signal received by the receiving unit by irradiation of the electromagnetic wave reaches a predetermined number. Configured as
When the number of receptions is zero, the input signal generation unit generates the input signal using the reference signal output from the switch circuit and supplied to the input signal generation unit, and the number of receptions is one time. At this time, the input signal generation unit is configured to generate the input signal using the measurement signal most recently received by the reception unit.
前記入力信号生成部は、
入力された信号が予め定めた閾値を上回るタイミングで、単一のパルス信号を生成する波形整形回路と、
前記基準信号の周波数の信号を通過させることにより、前記入力信号を生成するバンドパスフィルタと、
を備える、請求項6に記載の位相差測定装置。
The input signal generator is
A waveform shaping circuit that generates a single pulse signal at a timing when the input signal exceeds a predetermined threshold; and
A band-pass filter that generates the input signal by passing a signal having a frequency of the reference signal;
The phase difference measuring apparatus according to claim 6, comprising:
前記受信部は、前記測定信号として、前記電磁波が前記測定対象物で反射されることにより前記電磁波に対して位相が変化した信号を受信し、
前記位相差測定装置は、
前記測定対象物において反射された前記電磁波の振幅減衰率に基づき、前記測定信号の振幅を調整する振幅調整部を備える、請求項6又は7に記載の位相差測定装置。
The receiving unit receives, as the measurement signal, a signal whose phase has changed with respect to the electromagnetic wave due to the electromagnetic wave being reflected by the measurement object,
The phase difference measuring device includes:
The phase difference measuring apparatus according to claim 6, further comprising an amplitude adjusting unit that adjusts an amplitude of the measurement signal based on an amplitude attenuation rate of the electromagnetic wave reflected from the measurement object.
前記基準信号生成部は、複数の異なる設定周波数のそれぞれを、前記所定の周波数として定めて前記基準信号を生成し、
前記演算部は、前記設定周波数毎に求めた前記基準信号に対応する前記測定信号の位相差を用いて、前記基準信号と前記測定信号とが前記演算部に供給されるまでの経路長の差に起因する位相差を用いて、前記電磁波に対する前記測定信号の前記位相差を求める、請求項6乃至8のいずれかに記載の位相差測定装置。
The reference signal generation unit generates the reference signal by setting each of a plurality of different set frequencies as the predetermined frequency;
The calculation unit uses a phase difference of the measurement signal corresponding to the reference signal obtained for each set frequency, and a difference in path length until the reference signal and the measurement signal are supplied to the calculation unit. The phase difference measuring apparatus according to claim 6, wherein the phase difference of the measurement signal with respect to the electromagnetic wave is obtained using a phase difference caused by the electromagnetic wave.
前記演算部は、前記設定周波数の前記基準信号に対する前記測定信号の位相差の分散が最小となるようにして求めた位相差であって、前記基準信号と前記測定信号とが前記演算部に供給されるまでの経路長の差に起因する位相差を用いて、前記電磁波に対する前記測定信号の前記位相差を求める、請求項9に記載の位相差測定装置。   The calculation unit is a phase difference obtained by minimizing a variance of the phase difference of the measurement signal with respect to the reference signal at the set frequency, and the reference signal and the measurement signal are supplied to the calculation unit The phase difference measurement device according to claim 9, wherein the phase difference of the measurement signal with respect to the electromagnetic wave is obtained using a phase difference caused by a difference in path length until the phase difference.
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