JPH0219750A

JPH0219750A - マイクロ波による水分測定装置

Info

Publication number: JPH0219750A
Application number: JP16778688A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Fujita; 浩史藤田; Toshiharu Matsushita; 松下　年治; Seichi Okamura; 静致岡村
Original assignee: Kawasaki Kiko Co Ltd
Current assignee: Kawasaki Kiko Co Ltd
Priority date: 1988-07-07
Filing date: 1988-07-07
Publication date: 1990-01-23
Anticipated expiration: 2009-04-20
Also published as: JPH0629866B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野この発明は、試料によるマイクロ波エネルギーの減衰量
を検出して試料の水分を測定する装置に関する。

従来技術試料によるマイクロ波エネルギーの減衰量を検出し、試
料の水分を測定する装置は多数存在する４、このうち発
信側アンテナと受信側アンテナ間のマイクロ波伝播路に
試料を配置し、マイクロ波が試料を透過する構造のもの
は、特開昭５５−４２０９６号公報、同５６−９２４３
５号公報、同５９−１９７８４２号公報、あるいは同６
０−１３５７５２号公報などに開示されている。

この構造の水分測定ｉ置において、より正確り測定結果
を１ｑるには、測定時におけるマイク【」波の反射の処
理が重要である。すなわら、発信アンテナから投射され
た進行マイクロ波（−次進行波）は大部分が試料を透過
して受信アンテナに到達するものの、一部は試料や試料
を配置するための部材（試料配置部）および受信側機器
により反射波とされ、この反射波がさらに前記の試料配
置部および発信側機器により反射されて二次進行波とな
って一次進行波に干渉し、受信アンテナによる受信マイ
クロ波エネルギーの検出値を撹乱する。

そして、この撹乱の程度は一次進行波に対する二次進行
波の干渉によるものであるから、マイクロ波伝播路にお
ける試料の位置と試料の厚さの変化（試ｒ１配置部の変
化）に影響される。

実際、第２図のように発信アンテナとしての発信ホーン
１と受信アンテナとしての受信ホーン２を距＃ｉＬ　（
＝１６１ｍｍ）だけ離して対向させて伝播路を形成し、
この伝播路の主要部をほぼ横断するようにしてアクリル
板３　（２００Ｘ２００Ｘ５ｍｍ）をマイクロ波の進行
方向と直交するように配置した実験装置を作り、９．４
ＧＨｚ（λ−３２ｍｍ）を投射しつつ、受信ホーン２と
アクリル板３間の距離ｌを２ｍｍ間隔で移動すると第３
図の表における■欄のデータ（数値は受信ホーン２にお
ける受信電圧値である）を得る。

なお、アクリル板３を挿入する前の受信電圧は図示して
いない減衰器により１．３５Ｖ　（基準電圧）とし、受
信電圧検出のための回路はマイクロ波エネルギーの減衰
量が大ぎい程、出力される受信電圧が大きくなるよう構
成している。

第３図の表中、数値が基準電圧を下回るところがあるが
、これは反射波の干渉が進行波をアクリル板による減衰
以上に増幅する方向に作用したものと考えられる。

また、発信ホーン１および受信ホーン２の反射係数、ア
クリル板の反射係数は第４図の表■と■に示ず値であっ
た。この表における数値は周知の定在波測定法によるも
ので電圧定在波比（ＶＳＷＲ）から締出している。

前記第３図のデータを縦軸に電圧、横軸に前記の距Ｉ！
Ｉ１１を取ってグラフにすると、第５図（イ）のように
受信電圧が距ｌ！ｔｌの変化にどもなって、約１６ｍｍ
周期のほぼサインカーブを示している。

したがって、この実験結果は、前記のアクリル板３を試
料配置部として想定すると、この試料配置部が設定した
基準の位置から上下に８ｍｍ幅で移動した場合に、試料
が同じ水分でありながら受信電圧に約０．４７Ｖの範囲
でのバラツキが出ることを意味している。また、これは
前記アクリル板を試料として想定し、該試料の厚さに平
均厚さを基準として上下に８ｍｍ幅の変化が生じる場合
にも受信電圧に大きなバラつきが生じることを意味する
。さらに、実際の測定では試料の位置変化と試料の厚さ
変化の双方が複合した結果となるのであるが、試料の位
置や試料厚さを一定に維持するのは困難なことが多い。

前記した特開昭５９−１９７８４２号公報が開示するマ
イクロ波水分計は、被測定物からの反射による測定誤差
に着目しているが、その解決手段は、第１送・受信ホー
ンの間隔を１１とし、第２送・受信ホーンの間隔を１２
とし、１１−１２　　≠ｎλ＋１／４λ が成立するように第１および第２の送・受信ホーンを配
置し、第１受信ホーンが検出する電圧振幅値と第２受信
ホーン・が検出する電圧振幅値の相加平均を検出値とし
て採用するものである。

このため、この水分計は送信ホーンと受信ホーンからな
る検出部を少なくとも２個所必要とし、水分計の占有ス
ペースが大きくなったり、構造が複雑になる欠点を有し
ている。また、発信マイクロ波の反射は試料だけに限ら
ない。

発明が解決しようとする課題この発明は、マイクロ波の発信アンテナと受信アンテナ
間のマイクロ波の伝播路に試料配置部を設けた構成を備
え、伝播路に発生する発信側機器、受信側機器、試料配
置部からの反射マイクロ波による検出値への影響を抑制
し、より正確な測定結果を得ることができるマイクロ波
による水分測定装置の提供を課題とする。

課題を解決するための手段マイクロ波の発信アンテナと受信アンテナ間のマイクロ
波伝播路に試料配置部を設け、受信アンテブと試料配置
部の間、あるいは発信アンテナと試料配置部の間にマイ
クロ波吸収体を配置する。

前記の吸収体はその試料側面がこの吸収体を配置しない
状態における受信アンテナ、発信アンテナ、その仙受信
側機器および発信側機器から試料側へのマイクロ波及１
＞１係数より低い反射係数を持つものとする。

作　　用吸収体は一次進行波の反）１波を吸収し、かつ、二次進
行波の発生を抑制する。

実施例第６図はマイクロ波の発信アンテナとしての発信ホーン
１と受信アンテナとしての受信ホーン２、これらの間に
位置した試料配置部となるアクリル板３を備えた、前記
第２図に示した水分ヨ１１定装置の受信側ホーン２とア
クリル板３との間にマイクロ波の吸収体４を配置して構
成した実施例４示している。

発信ホーン１と受信ホーン２は対向して配置され、その
間がマイクロ波の伝播路５に形成されている。発信ホー
ン１は電源部６に接続されたガンダイオードを主体とす
るマイクロ波発娠部７を備え、マイクロ波は減衰器８を
へてホーンから発信される。ガンダイオードの発振周波
数は９．４ＧＨ７、減衰器８は伝播路５に何も無い状態
で受信ホーン２における受信電圧を１．３５０Ｖに調整
する能力を持つものである。

受信ホーン２は検出ダイオードを主体とした受信部９を
備え、その受信電圧すなわち検出値は検出値処理部１０
に伝達される。

吸収体４は吸収体シート（ＥＣＣＯ８ＯＲＢ・・・商品
名、グレースジャバン（株））を切取ったもので、これ
は表裏で反射係数が異なり、反射係数の低い面を試料側
面として受信ホーン２の切口を覆って取りつけられてい
る。吸収体４の表裏に関する反射係数の値は第４図の表
■■に示す通りである。また、この吸収体４を取り付け
た状態での受信ホーン２の反射係数は同表■■に示す通
りである（測定方法は前記に同じ）。

アクリル板３に水分を測定すべき試料を載置して発信ホ
ーン１からマイクロ波を投射すると、マイクロ波は進行
波（−次進行波）となって試料およびアクリル板を透過
し、吸収体４を通過して受信ホーン２に到達する。この
間、進行波は試料、アクリル板３、吸収体４による吸収
およびこれらと受信ホーン２による反射による減衰、前
記の反射波がさらに反射することによって生じた二次的
な進行波（二次進行波）との干渉による影響を受ける。

受信されたマイクロ波のエネルギーは検出ダイオードに
より、受信電圧として検出され、検出値処理部１０はそ
の検出値をもとに、既知の「水分とマイクロ波エネルギ
ーの減衰量との相関関係」などから試料の水分値を算出
し、出力する。

この場合に、進行波に対する反射波の影響は、試料配置
部と受信ホーン２の間に吸収体４を低い反射係数の面を
試料側として配置したことにより大きく抑制される。

以下、第１図（イ）（ロ）を用いてこの点を説明する。

第１図（イ）は吸収体４を配置しない場合であり、第１
図（ロ）は吸収体４を配置した本発明の実施例による場
合である。

なお、試ｆ’ｌのマイク波反射係数　　　　　・・・・・・ａ
１吸収体４の透過率（透過機／投射吊）試料側面→受信ホーン側面　　・・・・・・ｂ１試料側
面←受信ホーン側面　　・・・・・・ｂ２受信ホーンの
反射係数　　　　　　・・・・・・ａ２とする。

まず、第１図（イ）において、発信ホーン１より発信さ
れ試料配置部を透過した一次進行波ＭＯの一部は受信ホ
ーン２により反射されて反射波Ｒ１となり、この反射波
Ｒ１はさらに反射されて二次進行波にとなる。そして、
この二次進行波Ｋが一次進行波ＭＯに干渉する。

このとき、−次進行波ＭＯのエネルギーをｎ。

とすると、反射Ｒ１エネルギー　　・・・・・・（ａ２　ｘｍＯ）
二次進行波にのエネルギー・・・・・・（ａ１ｘａ２　ｘｍＯ）となり、−次進行波ＭＯと二次進行波にのエネルギーの
比は：１　：　（ａｔ　ｘａ２　）　　　　・・・・・・（イ
）となる。

そして、前記干渉の度合は試料配置部の位置により異な
るため、検出値をバラつかせ、測定精度を落寸原囚とな
る。

これに対し、第１図（ロ）の場合では、発信ホーン１よ
り発信され試料配置部を透過した一次進行波ＭＯは、吸
収体４により一部反射、吸収されつつ透過して、透過−
次進行波Ｍ１となり、この進行波Ｍ１の一部は受信ホー
ン２により反射されて反射波Ｒ２となり、この反射波Ｒ
２は吸収体４により一部反射吸収されつつ透過反射波Ｒ
３となり、この反射波Ｒ３はさらに試料配置部により反
射されて、二次進行波Ｓとなり、二次進行波Ｓは吸収体
４により一部反射吸収されつつ透過して透過二次進行波
にとなる。そして、−次進行波Ｍ０を二次進行波Ｓが干
渉し、透過−次進行波Ｍ１を透過二次進行波Ｋが干渉す
る。

このとき、−次進行波ＭＯのエネルギーをｍＯとすると
、透過進行波Ｍ１のエネルギー・・・・・・（ｂｔ　ｘｍＯ）反射波Ｒ２のエネルギー・・・・・・　（ａ２　　ｘｂｌ　　ｘｍＯ）反射波Ｒ
３のエネルギー −−・−・・（ａ２　ｘ　ｂｌ　ｘ　ｂ２　ｘｒｙ＋ｏ
　）二次進行波Ｓのエネルギー・−・−（ａｌ　ｘ　ａ２　ｘ　ｂｌ　ｘ　ｂ２　ｘｍ
Ｏ）透過二次進行波にのエネルギー −−・−・・（ａｌ　ｘａ２　ｘｂｌ　ｘｂｌ　ｘｂ２
　ｘｍＯ）となる。

よって、−次進行波ＭＯと二次進行波Ｓのエネルギーの
比、透過進行波Ｍ１と透過二次進行波にのエネルギーの
比は共に、１　：　（ａｌ　ｘａ２　ｘｂｌ　ｘｂ２　）　　−−
・−・−（ロ）となり、前記の（イ〉と比較すると一次
進行波に干渉する二次進行波（Ｓ、Ｋ）のエネルギーが
（ｂｌ　ｘｂ２　）だけ低下しており１、それだけ干渉
による影響が低減している。

一次進行波に干渉する波は前記以外にも存在するが、こ
れらは測定精度に影響を及ぼさない。例えば、図中反射
波Ｒ２−が吸収体４に反射されてできる二次進行波Ｓ１
は透過進行波Ｍ１に干渉するが、吸収体４と受信ホーン
２との間隔は常に一定であるから、干渉度合も一定であ
り、測定結果をバラつかせる原因とはならない。また、
進行波ＭＯが吸収体４によって反射され、さらに試料配
置部によって反射されてできる二次進行波Ｓ２は一次進
行波ＭＯに干渉づるが、吸収体４の試料側への反射係数
は低いから、吸収体４が無い場合に比べれば干渉は少な
い。

第７図（イ）（ロ）は他の構成例として発信側ホーン１
と試料配置部の間に吸収体４を配置しない場合と配置し
た場合を比較し、説明するためのもので、この場合前記
の一次進行波ＭＯは試料配置部を透過していないマイク
ロ波であるが、前記と同様の過程および理由により、全
く同じ結果を得ることができる。

また、さらに他の構成例として、受信ホーン２と試料の
間および発信ホーン１と試料の間の双方に吸収体４を挿
入すれば、前記それぞれの場合の相乗効果を得ることが
できる。

干渉による影響の低減を数値として把握するために前記
第２図に関すると同様の実験を第１図（ロ）、第７図（
ロ）における試料配置部を移動することにより行なった
。この場合の前記基準電圧１．３５０Ｖは吸収体４を配
置し、試料配置部を除去した状態で定められた。その結
果を表にすると第３図■■となる。これをグラフ化した
ものが第５図（ロ）　（ハ）である。

これによると、試料配置部と受信ホーン２の間あるいは
試料配置部と発信ホーン１の間に吸収体４が配置されて
も、試料配置部の位置変化（試料厚さの変化を含む）に
よって受信電圧が変化する周期はいずれも該吸収体４を
配置しない場合と同じであるが、その振幅は試料と受信
ホーン２の問に吸収体４を配置した場合に約０．２１Ｖ
で吸収体４を配置しない場合の１／２以下であり、また
試料と発信ホーン１の間に吸収体４を配置した場合には
約０．３２Ｖで吸収体４を配置しない場合の約２／３に
低減していることが明らかである。

この結果、−次進行波に対する反射波の影響が抑制され
る。

なお、前記発信・受信ホーン１．２は一般的には発信・
受信アンテナであり、また、反射波は、図においては省
略されているこれらの固定部など、マイクロ波の伝播路
において試料側に面した発信側機器、受信側機器の部分
で生じるので、一般に吸収体は試料配置部と前記の搬器
間に配置される。

さらに、この水分測定装置は茶製造装置の中揉機に設置
する可能性を持つもので、第４図表の■には中揉機にお
ける茶菓の反ｑ］率を呈示している。

茶菓の中揉は蒸熱後の茶菓を粗揉した次に、ドラムに投
入した茶菓を回転させつつ揉みながら熱風にさらし、一
定の水分値となるまで乾燥させる工程であり、処理中の
茶菓の水分状態を常時監視し、熱風の温度、風ｍを制御
する必要がある。

そして、水分測定時にドラムから茶菓のサンプルが取り
だされ、振動コンベアなどで連続的に水分測定装置の試
料配置部に供給されるのであるが、茶菓特有の偏平な形
状やいまだ多聞に含有する水分のために団塊状となり、
供給時の厚さを均一にするのが困難な面を持っている。

発明の効果受信アンテナにおける受信電圧、すなわち、検出値のバ
ラつきが小さく、試料における水分をより正確に測定す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（イ）（ロ）は説明のために示す正面図、第２図
は実験装置を示す正面図、第３図は実験結果を示す表、
第４図は各部材の反射係数を示す表、第５図（イ）（ロ
）（ハ）は第３図の表をグラフ化したもの、第６図は本
発明による水分測定装置の正面図、第７図（イ）（ロ）
は他の構成例を説明するための正面図。１・・・発信ホーン、２・・・受信ホーン、３・・・ア
クリル板、４・・・吸収体、５・・・伝播路、６・・・
電源部、７・・・マイクロ波発振部、８・・・減衰器、
９・・・受信部、１０・・・検出値処理部。ＭＯ・・・−次進行波、Ｍｌ・・・透過進行波、Ｒ２・
・・反射波、Ｒ３・・・透過反射波、Ｓ・・・二次進行
波、Ｋ・・・透過二次進行波。第　２　口第第

Claims

【特許請求の範囲】

（１）マイクロ波の発信アンテナと受信アンテナを対向
させてマイクロ波の伝播路を構成し、該伝播路に試料配
置部を設けると共に、受信アンテナと試料配置部の間に
マイクロ波吸収体を配置し、該吸収体をその試料側面が
この吸収体を配置しない状態における受信アンテナその
他受信側機器の試料側へのマイクロ波反射係数より低い
反射係数を持つものとしてあることを特徴としたマイク
ロ波による水分測定装置。
（２）マイクロ波の発信アンテナと受信アンテナを対向
させてマイクロ波の伝播路を構成し、該伝播路に試料配
置部を設けると共に、発信アンテナと試料配置部の間に
マイクロ波吸収体を配置し、該吸収体をその試料側面が
この吸収体を配置しない状態における発信アンテナその
他発信側機器の試料側へのマイクロ波反射係数より低い
反射係数を持つものとしてあることを特徴としたマイク
ロ波による水分測定装置。