JPH02272349A - マイクロ波による坪量水分測定装置 - Google Patents

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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、例えばマイクロ波によって、紙類等の水分
や坪ｆｆ１（重量）を測定することが可能なマイクロ波
による坪量水分測定装置に関する。

（従来の技術） この種の坪量水分測定装置としては、空胴共振器を使用
した装置が知られている。この装置は、矩形空胴共振器
を２つに分割して一方を送信器、他方を受信器としたも
のであり、これら送信器、受信器の相互間に紙類等の試
料を挿入し、マイクロ波の減衰量から試料に含まれる水
分量を測定し、共振周波数の変化から、試料の坪量をδ
ｐｊ定するものである。

（発明が解決しようとする課題） しかし、上記従来の装置は、電界の方向が共振器の切断
面と平行する面内において、一定方向に固定されている
。このため、試料に含まれる繊維の配向によってｆｌ１
１定結果が変化するものであった。

そこで、電界、磁界が回転する円偏波マイクロ波を使用
した装置が開発されている。しかし、円偏波を使用する
場合は、装置構成が複雑化するものであった。

この発明は、上記課題を解決するものであり、その目的
とするところは、比較的簡単な構成によって、測定試料
の繊維の配向方向に影響を受けることなく、試料の坪量
および水分を測定することが可能なマイクロ波による坪
量水分ＤＩ定装置を提共しようとするものである。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） この発明は、開口型半開軸形空胴共振器と、この開口型
半開軸形空胴共振器に設けられたマイクロ波の入力手段
および出力手段と、前記開口型半開軸形空胴共振器の電
界集中部に設けられ、外部の試料に電界を放射する開口
部とから構成されている。

（作用） この発明は、開口型半開軸形空胴共振器の電界が集中す
る部分に開口部を設け、この開口部から空胴共振器外部
の測定試料にマイクロ波の電界を放射することにより、
簡単な構成によって測定試料の配向方向に影響を受ける
ことなく、確実に測定試料の坪量および水分を７１１１
定可能としている。

（実施例） 以下、この発明の一実施例について図面を参照して説明
する。

第１図、第２図において、開口型半開軸形空胴共振器（
以下、リエントラント形空胴共振器と称す）１０は、金
属体１１、円柱１２、金属円筒１３、金属板１４によっ
て構成されている。即ち、前記円形の金属体１１の中央
部には、同心円構造に円柱１２が形成されている。前記
金属体１１には、前記円柱１２と同心円構造に金属円筒
１３が取着され、この金属円筒１３には、円形の金属板
１４が取芒されている。この金属板１４の中央部には円
形の開口部１５が設けられている。前記金属円筒１３の
一側面には入力結合器１６が設けられた入力コネクタ１
７が取着され、この入力コネクタ１７と対向する金属円
筒１３には出力結合器１８が設けられた出力コネクタ１
９が取着されている。

上記のように構成された構造体の中には、金属体１１、
金属円柱１２、金属円筒１３、金属板１４によって、断
面逆回字状の空胴２０が形成され、この空胴２０がリエ
ントラント形空胴共振器となっている。

上記入力コネクタ１７には、マイクロ波の信号源２１が
接続され、出力コネクタ１９には検波器２２が接続され
る。この状態において、信号源２１から出力されるマイ
クロ波の周波数を変え、リエントラント形空胴共振器１
０の共振周波数に達すると、検波器２２の検波出力電圧
が最大となる。

第３図（ａ）は、開口部１５がない場合のりエンドラン
ト形空胴共振器の共振状態を示している。

このように、リエントラント形空胴共振器が共振状態の
場合、空胴２０の上部に電界が集中することがわかる。

同図（ｂ）は、本願発明の実施例に示すように、リエン
トラント形空胴共振器１０の空胴２０と連通する開口部
１５を設けた場合を示すものである。

このように開口部１５を設けると、空胴２０の上部に集
中した電界が、開口部１５を介して空胴２０の外部に放
射される。したがって、開口部１５の近傍に紙類等の試
料Ｐを接近すると、試料Ｐに含まれている水分がマイク
ロ波を吸収して検波電圧が低下し、試料Ｐに含まれるセ
ルロース等の誘電体が作用して、共振周波数が低下する
。しかも、リエントラント形空胴共振器１０から外部に
放射される電界は、同図（ｃ）に示す如く、四方大刀に
向くため、紙類の繊維に配向があっても、この配向の影
響を受けることなく、平均的に感知することができる。

第４図は、検波電圧と共振周波数の関係を示すものであ
り、横軸が共振周波数を示し、縦軸が検波電圧を示して
いる。曲線Ａは開口部１５の近傍に試料がない場合の共
振曲線を示しており、共振周波数がｆ。、検波電圧がＶ
。となっている。曲線Ｂは開口部１５の近傍に試料を近
接した状態を示すものであり、共振周波数がｆｌ、検波
電圧Ｖ１となっている。

共振周波数のシフト量（ｆＯ−ｆ、）は、主として、試
料の坪量Ｗ。（ｇ　／　ｒｒｒ　）に依存し、若干、試
料に含まれる水分ＲＷ　ｍ　（ｇ　／　ｒｄ　）にも依
存する。検波電圧の減衰量（Ｖ、−Ｖ、）は、主として
試料の水分ｍ　Ｗ　ｍに依存し、若干、坪量Ｗ。にも依
存する。相互の関係は、下記に示す如く表ゎされる。

絶乾坪量 ｆ、−ｆ、ｘＶｓ−ａＷ、＋ｂＷｍ Ｖ、−Ｖ、ｍＶａ−ｃＷｍ＋ｄＷ。

・・・（１） ここで、ａ、ｂ％ｃＳｄは比例定数であり、ｂＷｍはａ
Ｗｏに対して比較的小さく、ｄＷｏはｃ　Ｗ　ｍに対し
て比較的小さい。

リエントラント空胴共振器１０の近傍に何もない状態を
測定し、しかる後、水分パーセントが既知の試料を一つ
ずつ近付けて、共振周波数のシフトｆｆｉ　（ｆ　ｏ　
　ｒ　＋　）　、検波電圧の減衰ｍ　（Ｖ　。

Ｖ＋）を求める。この実験データをもとにして、最小自
乗法によりａ　ｓ　ｂ　ｓ　Ｃｓ　ｄを求めることによ
り、検員線を得ることができる。

気乾状態の試料に対しての坪量を Ｗ−Ｗｏ＋Ｗｍ　（ｇ／ｒｙｆ） とし、湿基準（ｗｅｔ　ｂａｓｅ）水分パーセントをｍ
６−ｔｏｏ　Ｗｍ／　（ＷＯ＋Ｗｍ）　（％）とすると
、式（１）より、解析的に次の式を得ることができる。

水分量 水分パーセント ｍｏ　−１００Ｗｍ／　（Ｗｏ　＋Ｗｍ）　　（％）つ
まり、共振周波数のシフト量 ｆ　ｏ　　　ｆ　１　”　Ｖ　ｓ と、検波電圧の減衰量 Ｖｏ−Ｖ、＝Ｖａ を測定すれば、予め実ｉｌｌ　Ｌでおいた定数ａ、ｂ。

ｃ、ｄから一義的に試料の絶乾坪量と水分量、水分パー
セントを得ることができる。

上記実施例によれば、リエントラント形空胴共振器１０
の電界が集中する部分に開口部１５を設け、この開口部
１５からマイクロ波の電界を空胴共振器の外部に放射し
ている。したがって、この開口部１５から放射されるマ
イクロ波の電界は四方バカに向いているため、試料に含
まれる繊維の配向に影響を受けることなく、試料の水分
および坪量を測定することが可能である。

また、空胴共振器の外部にマイクロ波を放射し、試料の
一方面から試料の水分等を測定可能としているため、試
料を空胴共振器の内部に挿入する必要がない。したがっ
て、この装置を例えば製紙工程内に容易に設置すること
が可能であり、オンラインで紙類の水分等をａｔ＋定す
ることが可能である。

尚、この発明は上記実施例に限定されるものではない。

例えば開口部１５の大きさは、金属円筒１３の内径まで
拡大することが可能であり、坪量の軽い試料、あるいは
重い試料に応じて、開口部１５の大きさを使い分けるこ
とができる。

また、上記実施例においては、入力結合器１６、出力結
合器１７をそれぞれ別々に設は透過型の測定装置とした
が、これに限定されるものではなく、例えば入力結合器
と出力結合器を一体とした入出力結合器を使用し、この
入出力結合器にサーキュレータを介してマイクロ波の信
号源および検波器を接続する反射型の１１ＦＩ定装置と
することも可能である。

その他、この発明の要旨を変えない範囲において、種々
変形実施可能なことは勿論である。

［発明の効果］ 以上、詳述したようにこの発明によれば、開口型半開軸
形空胴共振器の電界が集中する部分に開口部を設け、こ
の開口部がら空胴共振器外部のｉｐｊ定試料にマイクロ
波の電界を放射することにより、簡単な構成によって測
定試料の配向方向に影響を受けることなく、確実にａＰ
１定試料の水分等を測定することが可能なマイクロ波に
よる坪量水分ａＰｊ定装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す上面図、第２図は第
１図に示す■−■線に沿った断面図、第３図はりエンド
ラント形空胴共振器の共振状態を説明するために示す図
、第４図は試料の測定動作を説明するために示す図であ
る。 ０・・・リエントラ ン ト形空胴共振器、 ５・・・開 口部、 ６・・・入力結合器、 ８・・・出力結合器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 開口型半同軸形空胴共振器と、この開口型半同軸形空胴
   共振器に設けられたマイクロ波の入力手段および出力手
   段と、前記開口型半同軸形空胴共振器の電界集中部に設
   けられ、外部の試料に電界を放射する開口部とを具備し
   たことを特徴とするマイクロ波による坪量水分測定装置
   。