JPH02300671A - 光学繊維技術を用いて部分的に存在するマイクロ波電界と電力の強度測定方法と装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は一般的には、電磁波の電界と電力の強度を測定
するための方法と装置に関するものであり、さらに詳し
くいえばマイクロ波領域での測定に関する。

（発明の背景） 誘電体材料を急速に加熱するためにマイクロ波を用いる
ことはよく知られており、またその用途も増大している
。

米国の大多数の家庭では、現在マイクロ波オーブンを所
有している。その結果、多岐にわたる新しいマイクロ波
調理用の食料品が企画され、食料品が最も有効にマイク
ロ波オーブンの中で調理できるように企画化されパッケ
ージされたものが開発され、市場に導入されている。

同時に、マイクロ波や無線周波数の電磁波照射が産業に
おいて種々の誘電体材料の所持のために利用されている
。例えば、プラスチックとかゴムとか木製品とかセラミ
ックスである。

第一時的に希望される結果は、製品全体を万遍なく急速
に加熱することにより急速乾燥とか硬化とか焼却等々を
得ることである。使用者または操作者の影響下にある第
一時的な可変要素は、供給される電力の平均値を調整す
ることであり１それは取りも直さず、処理室内に存在す
る平均の電界の強度に直接関連するものである。

これらまたは似たような処理における入射電磁波は時間
的に変化するＥ（電気）とＨ（磁気）のフィールドを持
ち、それらはお互いに直角であり、かつ、進行方向に直
角である。

これらのＥのフィールド、またはＨのフィールドは、加
熱をもたらすことができるが、通常Ｅのフィールドが主
たる影響を与える。

Ｅのフィールドは、振動電流の流れを作り１　これによ
り、もし媒体が導電性を持っているならば抵抗加熱を行
なう。

Ｅのフィールドは、境界の電荷（分極）の振動を誘起し
、この永久的な振分子、　（例えば水）の再オリエンテ
ーションをもたらす。

そしてこれらの効果は、究極的には加熱効果を発生する
。

Ｅのフィールド計測の利益は磁気月利の処理とかに限定
されるか１時々処理室の壁の電磁波によって誘起される
電流の間接的な測定のために利用される。処理室の与え
られた一点における有効な電力は、有効な電界、または
磁界、ＥまたはＨのニ乗に比例する。

これらのフィールド、特にＥのフィールドを材料を電磁
エネルギーにより処理している処理に先立ち、または処
理中に測定するのにはいくつかの理由がある。まず第１
に処理室内におけるフィールドの変化を知ること、また
は、それに原因する電力の分の平均電力の分布を知るこ
とは、改良された加熱率の処方や、均一性の改善を許容
するのである。もし、異なる電力の分布が必要ならば。

処理室や製品を必要に応じて変える必要がある。

第２に処理の過程において処理されるべき材料がその材
料中のマイクロ波の電界とか電力の分布を変更する。そ
の理由は変更することがあり、その理由はその材料が自
由空間また。空気に対してより大きな誘電定数を持つこ
ととか、その材料によってマイクロ波が吸収されること
による。

これらの効果の式を得ることにより、理想的な形状であ
るとか組成であるとか製品の形または、処理の速度を適
正化するのに利用できる。

第３に処理される材料によるマイクロ波の吸収に原因し
てその部屋の中の他の点の電界とか電力が（典型的には
減少させられる形式で）修正されるだろう。

かくして、この材料の外の任意の点の電界とか電力を測
定することにより、その処理の制御をモニタすることが
可能になるであろう。

そのようなリモートセンサは、その処理室の中の他のど
こにあってもいいし、その部屋からダミーロードへの導
波管の中にあってもいい。

第４には、積極的なパッケージングを行なったマイクロ
波処理食料品のデザインを理想化するために、必要な特
殊な問題である。積極的な構想とは１食料品に入射した
マイクロ波エネルギの分布を好ましくは集中したり、均
一化させるものである。

影響を受けやすい金属のフィルムを使用する場合に、余
分なマイクロ波エネルギをフィルムの中に局部的に取り
入れて、好ましいそこに近接する食料品の部分の好まし
い加熱を行なう。（例えば。

ピザの外皮とかソーセージのロール）。

非常に小さいプローブが、そのパッケージとか食料の中
の部分的な電界を測定することにより、その特殊なパッ
ケージの設計によって、その製品の内部に起こされるマ
イクロ波電力の変化の程度を評価するのに役立つ。

そのような電界のレベルを測定する第５の理由は、コン
ピュータモデリングに役立てるためである。食料品のデ
ザインを最適化し１分析し、ついには最適にするために
、良いコンピュータモデルが開発されるにつれて、これ
らのモデルのために良い入力情報、すなわちマイクロ波
の電界の局所的な分布を含むデータが必要となるであろ
う。電界のプローブがこの製品の中の内部情報を提供す
るために必要となるであろう。

現在の電界測定技術は電気的であり、電気的な導体であ
るあらゆる形状のアンテナが用いられている。これらの
アンテナは、典型的には非常に弱い電界の測定のために
開発されたものであり、例えば１通常は閉じ込められた
オーブンの中から漏れてくるマイクロ波の漏洩を測定す
る時などに用いられている。

そのようなアンテナは、動作中のオーブンとか処理室の
中の強力な加熱電界の測定には用いられない。

そのような漏洩フィールドのモニタ用のアンテナは計ら
れるべきフィールドに対して最も効果的な結合を行なう
ように設計されている。そのような最大の結合効率のた
めにダイポールアンテナは。

測定されるべき放射の波長の１／２波長の長さに設計さ
れている。マイクロ波オーブンは２４５０Ｍ　Ｈｚで動
作している。自由空間または、空気中におけるこの周波
数に対応する波長はだいたい１２ｃｍである。したがっ
て、半波長グイポールは長さにおいてほぼ？インチ（＝
　５．０８　ｃｍ）を上回る大きさとなる。

３つの直角に配置されたダイポールが通常方向性から独
立した測定のために用いられる。これらの素子配列は典
型的には発泡ポリスチレンの球面を保護のために、また
は絶縁のために用いている。

その外表面は、約２５インチ（＝７．６２ｃｍ）また−
　Ｑ　ワ　− は、より大きい直径を持つことになり、そのような大き
さはオーブンの中における詳細なマツピングを許容する
には大き過ぎるし、典型的な食品の内部の測定のために
用いることはできない。

測定される領域の中に高い導電性を持つ金属を用いるこ
とは好ましいことではない。なぜならば。

そのような導体の存在は測定されるべき電界を変更する
からである。電気的なアンテナとそのリード線は測定さ
れるべき環境を乱す。その結果、電界の分布の正しくな
いデータを導き出すことになる。前帯るにそのような導
体の存在は電気的な放電とか接地の原因となり、測定の
障害となる。

これらの理由により、前記の代わりに熱的な技術を用い
た電界測定が提案されている。その熱的な技術とは小さ
くしかも回りを最小にしか乱さないセンサであって、振
動電界により加熱されることによって温度が上昇するも
のであり、それは受動的なファイバ光学繊維技術によっ
て計測されるものである。

例えば、この出願の譲受は人であるラクストロンコーポ
レイションによってリン桐材に基づく温度計測技術が完
成されており１その技術を用いることによって、遠隔観
察またはそのリンのセンサを光ファイバの先端に付着さ
せて用いることができるものである。そのようなリン物
質のフローレスセンスの減衰時間をモニタすることによ
って、その温度を知ることができる。

問題の波長に対応する大きさの通常の抵抗アンテナに関
連して高い周波数のフィールドと電力を測定する技術に
ついては、オプティカルエンジニアリング誌の１９８７
年２月第２６巻のＮｏ、２の１７０〜１７３ページに光
ファイバを用いたマイクロ被電カブローブとしてマーチ
ン等により提案されている。また、ラング等により１９
８８年５月１０日から１２日に開催された電磁の共存性
に関する国際会議のシンポジウムの記録として高周波電
界プローブの開発について発表されている。

最近において、ルミネッセンスを用いた光学繊維技術は
、兵器のシステムで用いられる電気起爆装置（ＥＥＤＳ
）の着火回路における高周波電界により誘起された電流
の測定に利用されるに至っている。ＥＥＤのブリッジを
形成するワイヤは抵抗をもつ導体であって、その電流は
そこを流れる誘起される高い周波数により上昇させられ
る。予期できるように温度の上昇はその抵抗値とそこに
誘起される電流の二乗に仕例して上昇する。このＥＥＤ
はそこに接続されている着火回路のケイプルの中に誘起
される電流を検出するための電流センサとなる。このセ
ンサの構成は既知の電流を流して、その結果の温度上昇
を記録することによって行なわれる。このようなＥＥＤ
の技術はギブス等によりＥＭＣ技術１９８７年１１月と
１２月第６巻のＮｏ、　７の４５〜５０ページに高い無
線周波数に感受性測定のための光ファイバを用いた改良
された電流検出システムと題して記述されている。

本発明の基本的な目的は物理的に非常に小さくて、温度
的な特性とか電磁界の分布をほとんど乱さないものであ
って、正確で、再現性のある電界の測定と可能であり、
しかも経済的で設置が容易であるセンサを用いてマイク
ロ波とか他の領域における電磁波の電磁波レベルまたは
電力を測定するためのセンサと装置と技術を提供するこ
とにある。

（発明の要約） これらおよび付加的な目的は本発明の種々の局・面によ
って完成させられるものであり、一般的に好ましい形態
にしたがって説明すると、一つのセンサはある長さの光
ファイバの端末に設けられるものであって、２つの主要
な要素をもっているものである。

すなわち、第１の要素はセンサが配置されるマイクロ波
の放射環境の電界または磁界の要素のいずれか一方また
は両方によって加熱されるものである。そして、第２の
要素は前記第１の要素に熱的に結合しており、そして少
なくとも温度の関数によって変化する光学特性をもって
おり、そして装置によって設けられた光ファイバの他端
において検出されるものである。電界（Ｅ）測定用のセ
ンサとして第１の要素は短い電気的な抵抗線を含むもの
である。そしてそれは、一方向か、二方向かまたは、三
方向の配列をもち、一つの空間が前記抵抗導電材料によ
り、または分極月利により形成される。磁界（Ｈ）のセ
ンサのためには、適当な高い電気的導電度の材料から形
成された球によって提供されるような電気的な抵抗電流
ループか。

または磁化（例えば、フェリ磁石）材料によって提供さ
れる電気的に導電性をもたない一定の量により提供され
る。

そのようなセンサの特殊な形状とか材料は本発明の一部
であり、爾後特定のそのようなセンサの実施例にしたが
って説明される。それらのセンサは物理的にきわめて小
さい形状であって、詳細な電界とか磁界のマツピングを
可能にするものである。

これらのセンサは意図的に高い電力のマイクロ波の電界
に対して非常に乏しい結合をもつように設けられており
、その結果そのセンサはそのセンサの存在により電界を
不当に損なったり、乱したりすることがないようになっ
ている。

これらのセンサは材料の中にマイクロ波によって加熱さ
れる材料の中に埋め込まれることさえも可能である。ま
たは、マイクロ波のエネルギを閉じ込めている１例えば
マイクロ波のオーブンの室内で、前記材料の外側に置く
こともできる。

これらのセンサは高い出力のアンテナビームパターンの
マツピンクのような強い電力または電界の自由空間にお
ける測定にも利用できる。

その他の目的とか特徴や９本発明の種々の変形例は添付
図面に関連して記述されている本発明の好ましい実施例
の記述にしたがって明らかにされるであろう。

（実施例） まず、第１図を参照すると、囲い１１の中の空間１５に
は品物１３が含まれており、それは、高い周波数の電磁
波の放射１７によって加熱されているものである。

この放射は、この容器の外側の電力源２１によって発生
させられたものであって、電磁波を導波管により、室内
に導いている。第１図に示されているシステムは通常の
家庭用のマイクロ波オーブン＝２８− を示している。同様な形式のオーブンが商業的にまたは
工業的な処理室として用いられており、そこにおいては
工業的プロセスの一部としての大量の材料の乾燥とか燃
焼とか効果のためにマイクロ波のエネルギが使用される
。マイクロ波のオーブンの場合においては、熱処理され
るべき材料１３は通常は食料品であり、一方商業的な処
理過程において食品とかプラスチックとかゴムとか木製
品とかセラミック製品であり得る。

囲い内の空間の部屋１５内のあらゆる点におけるマイク
ロ波の電界または電力を測定するために。

センサ２３が室内に配置されている。センサ２３は光学
繊維２５の一方端に付着させられており。

光学繊維２５の他方端は室内の外側に配置している測定
器２７に接続されている。センサ２３は処理されるべき
材料１３の中に埋め込まれることも可能であるし、容器
１５内のいかなる場所にでも配置されることができるの
であるが、それはこれからしようとする測定の目的に依
存するものである。

本発明による種々のセンサ２３の形態が後に詳述される
のであるが、まず序論として一般的な第２図を参照して
一般的に説明しておく。

このセンサは、ある長さの光フアイバ２５端に設けられ
ており、２つの基本的な素子を含んでいる。

そのような最初の素子３３は強いマイクロ波電界１７に
よって加熱されることによって特徴づけられている。素
子３３は爾後記述されるマイクロ波吸収体の特殊な形態
のうちの種々のものの一つであり得る。そしてそれは、
電気的な抵抗をもつワイヤの配列か、また分極誘電体で
あるか、抵抗的に導電性をもつ球であるか、フェリ磁性
体材料の固まりであるか等々であるが、それらは電界ま
たは磁界、いずれかが検出されるかによって選択される
。

ここにおいて記述される特殊のフィールドを検出するプ
ローブにおいては検知素子３３が測定されるべき電界の
面積に比例し、かつ吸収された電力に比例する電圧の」
１昇によって動作させられるものである。

センサ２３の第２の基本要素３５は、光学的手段によっ
てこの温度上昇を測定する。温度検出素子３５は検知素
子３３と熱的に関連するように配置されており、熱波３
７として表示されているように、それらの間の熱的な伝
達が妨げられないように物理的に近接して配置されてい
る。特定のセンサの設計において素子３３．と３５は必
ずしも物理的に接触させられているものではなく、熱的
な媒体がそれらの間に配置されている。

光学温度検出素子３５は温度の関数として少なくとも光
学的な性質の変化を示すものであればよいのであり、そ
の特性は測定器２１により、光学繊維２５を介して検出
される。好ましい光学的温度検出素子３５は、ルミネッ
センス材料により形成されている。光学繊維による温度
検出装置のあるものは現在市販されている。素子３．５
のための好ましいルミネッセンス材料とその素子の温度
を測定するための測定装置２７についてはライツカ−シ
ャイム等の米国特許Ｎｏ、４，６５２，１４３　（１９
８７年）に示されており、これを参照文献とし一つり− て示しておく。その特許に記述されているように。

そのようなルミネッセンス素子３５は装置内２７に発生
させられた励起放射３９のパルスによって傾向、フロー
レッセンスへと励起されるものである。これに素子３５
からのフローレッセンス放則４１の減衰パルスが続く。

素子３５の温度の測定のために測定器２７によって、こ
の傾向のパルスの減衰の率が測定されるのである。

その他の光フアイバ温度測定技術を利用することができ
るが、必ずしも好ましいものではない。

他の大々的な方法は、米国特許Ｎｏ、４．　１．３６．
　５６ロークリステツセン（１，９７９年）に記述され
ている。

どのような特殊な技術が用いられようとも光学温度検出
要素３５は、それ自身がマイクロ波放射によって直接加
熱させられないものが選ばれる。

特に今度検出素子３５とその信号を伝達するリードは電
気的な導電材料または１強度な分極誘電材料または、磁
性材料を用いるものではない。

これの例外は要素３５と３６の機能が、たった−一　、
５　と　一 つの材料、または複合材料によって行なわれる場合であ
る。

ある状況下においては、センサ３５の一部として、また
はそれと分離された形態下において１分離された光学温
度センサ４３を用いることが望まれる。好ましくは、こ
の光学温度検出素子４３はルミネッセンス材料をもち、
このセンサ４３と測定器２７は第２の光学繊維２５によ
って光学的に結合させられている。光学的温度検出素子
４３はセンサに２３が配置されている環境の温度を測定
するために配置されたものである。

この第２の温度測定はある基準を提供するものであり、
光学素子３５によって測定された上昇させられた温度が
それからの上昇量として直ちに測定できるのである。そ
の温度差が入射したマイクロ波の電界１７から吸収され
たエネルギに比例するものである。そして、それは局所
的な電力なのである。

そしてなぜならば、温度センサ４０は電界１７の影響を
受けないように選ばれているからである。

各センサ３５と４３の温度は前述したように測定装置２
７によって測定されるものである。局所的なマイクロ波
電力の密度とか強度は、前記２つの温度を決定するため
に用いられる測定器２７に結合された図示されていない
パーソナルコンピュータによって計算される。２つの温
度の差が一番最初に計算される。その差は、過去に経験
的に決定され、コンピュータのメモリに入力されている
データにしたがって、マイクロ波の量の計測に利用され
る。もしそのようなマイクロ波の測定をすることが望ま
れるならば、光学的な温度測定とコンピュータ機能を一
つの装置に組み込むこともできる。

本発明の種々の曲面は種々のマイクロ波の周波数に適用
できる。そしてマイクロ波の領域の外にあるラジオ周波
数にも適用できるものである。

家庭用および工業用のマイクロ波オーブンは通常約２４
５０ＭＨｚで動作させられている。

工業、化学または、医学に割り当てられている周波数は
米国の連邦通信委員会によって決められている。

その他の通常に使用される電波の割当はほぼ１３゜２７
および９１５ＭＨｚである。多くの工業、化学または医
学上のマイクロ波加熱システムは、これらの割り当てら
れた周波数領域で動作させられてあり、その理由は他の
周波数を使用する場合には、その強い放射を閉じ込める
ために強度な遮蔽室の使用が必要になるからである。

本発明によるマイクロ波検出の他の応用は、レーダとか
通信設備とか、医学上の発熱療法装置とか軍事的な電磁
照射の試験装置などに利用されるものである。また、他
の応用としては強い電磁放射内または、マイクロ波領域
内において利用されるものである。ここにおいて記述さ
れる小形で配置が容易なセンサはマイクロ波領域におけ
る電力の測定に適している。一つの例としてマイクロ波
アンテナのビームパターンのプロファイルの測定を挙げ
ることができる。このプロファイルは複数箇所を一つの
素子を用いて複数回の測定を行なっても良いし、複数個
のセンサをビーム内に配置して測定しても良い。マイク
ロ波周波数領域は、３００ＭＩ−ｉｚから３０００ＧＨ
ｚに亙ると考えられる。

ここにおいて記述されるセンサは特に高い電力のマイク
ロ波環境に適しており、それらはマイクロ波オーブンの
内部とか送信機からマイクロ波ビームが直接通過すると
ころであって、低レベルの照射の検出に設計されたもの
、つまりそのような装置から漏れ出してきたものを測定
するようなものに設計されたものではない。

低いレベル、例えば漏洩放射の測定などでは、現存する
通常の技術が他の技術がより適している。

第３図は、マイクロ波の放射の電界要素の強度の測定に
適したセンサを図示している。センサ素子を指示し、そ
れらを相互に固定するために円筒形上の容器４７が設け
られている。この容器４７は１円筒形の空間４９をその
一方端にもっている。

他の一方端には、光学繊維５１がその軸にそってシリン
ダハウジング４７の孔４９に導かれて位置５３までに止
められている。

第２図の素子３３に対応する放射検出素子は、電気的な
短い抵抗線５５である。この線５５は孔４９の内壁間に
貼られており、その端部５７と５９で固定されている。

ワイヤ５５の中間のあたりに。

ルミネッセンス材料のセンサ部分６１が細首させられて
おり、これは第２図の光学温度検出素子３５に対応する
ものである。

容器４７はプラスチック材料であって、それは電気的と
か熱的には導電性をもたないものである。

ワイヤセンサ５５は小さい直径をもつものであり。

例えば電球に用いられるタンクステンのような炭素が埋
め込まれたプラスチックのようなニクロムまたは他の抵
抗線が好ましい。このワイヤセンサ５５は電気的には回
りから隔絶されている。第３図のセンサのある部分、そ
れがマイクロ波の放射界に接するところにはワイヤ５５
の短い部分が配置されている。このセンサから光学繊維
５１に伝達されるであろう熱を極力少なくするためにフ
ァイバ端５３はルミネッセンス材料６１かられずかな距
離を保って配置されている。このファイバとルミネッセ
ンス材料６１間の空気間隙は熱的な絶縁層を形成するも
のである。

このルミネッセンス制別６１はもちろんワイヤ５５にそ
れらの間の熱的な導電率を極大にするような方法で取り
つけられている。

ワイヤ５５の機械的な支持を提供するのに加えて容器４
７はワイヤセンサをセンサが使用されるところに存在す
るであろう温度を変化させる空気流の効果からワイヤセ
ンサを保護する。

孔４９の開口は示されてはいないが、さらに塞ぐことに
より空気が満たされた孔を囲む形にし、それにより空気
の流れによって生ずる温度の変動に対して鈍感になるよ
うにしている。そのような遮蔽は、センサ要素に液体を
接触させないようにして、液体の中にセンサを入れ込む
ようにしても構成することができる。

ワイヤ５５の長さは計測されようとするマイクロ波の電
界の波長に対して比較的小さい値に選ばれている。マイ
クロ波の調理に用いられる最も一般的な２４５０ＭＨｚ
の周波数に対する波長は約１２叩であり、９１５ＭＨｚ
の場合は約３２ｃｍである。２４５０ＭＨ２の電界を測
定するために通常用いられる共振アンテナは１／２波長
分の長さであって、それは約６ｃｍである。第３図に示
すセンサの場合においては、しかしながらワイヤ５５の
長さは意図的に測定されるべきマイクロ波の電界に対し
て非共振性を持つように選ばれている。

２４５０ＭＨｚの周波数に対してワイヤ５５の長さは典
型的には２ｃｍよりも短く、好ましくは１　ａｍよりも
小さいものである。必要上その長さは、センサの円筒上
の容器４７の直径を決定するものである。ワイヤ５５の
与えられた長さに対して前記直径は前記ワイヤをシリン
ダスリーブ４７の軸に傾けて設けることによって減少さ
せることができる。そしてもちろんのことであるが、第
３図に示されている物理的配列とは異なるものであって
。

同じセンサとしての機能を提供することができる構造を
用いることも可能である。

第３図に示されているような細いワイヤを用いることの
利点は、第１３Ａ図に示されているよう−ｄ　ソ　− に、それが配置されたところのマイクロ波の放射の電界
要素によって、極めて急激に加熱されるであろうほどに
、その小さい熱出量をもつからである。

そしてそのセンサは、放射フィールドから取り除かれた
ときに急速に冷えることによって、放射レベルまたは均
一でないマイクロ波放射電界中の移動に迅速な応答性を
提供することができるのである。このセンサは測定され
ようとするマイクロ波に対してその共振をするというよ
うな大きさよりも十分に小さく１弱い結合状態にあるか
らその電界を乱すようなことはないのである。

第３図に示されているセンサは明確に方向性をもつもの
である。すなわち、測定されたワイヤセンサ５５の温度
上昇はマイクロ波放射の電界に対して、その長さ方向の
対応に依存する。電界の方向を決定したいという要請が
ある。そしてそのような場合に、このような高い方向性
をもつセンサが望まれている。しかしながら多くの用途
においては、センサが方向性をもたないことが望まれる
−４０＝ ことがある。そのような方向性をもたない（方向性）電
界センサは複数の短いワイヤを一本の代わりに用いるこ
とにより、そしてそれらの複数のワイヤを対称的な３次
元の配列パターンにすることにより、方向性をもたない
電界センサを実現することができる。第４図にそれらの
一例が示されている。ここにおいて、３本のある長さを
もつワイヤ６３．６５と６７が実質的に相互に直角にな
るように方向づけられ、そしてそれらの真ん中の点で結
合され、そこにルミネッセンス検出材料６１′が付着さ
せられている。３本のワイヤ６３．．６．５゜６７の端
部は円筒センサハウジング４７の中に結合されており、
この例は第３図に示すように若干の変更が加えられてい
る。

各々のワイヤ６３，６５．６７は前記の実施例に関連し
て説明された一本のワイヤ５５と同じような長さ、同じ
ような特性をもつように製造されている。

第４図に示されている仮想的な立方体はワイヤ類が互い
に対称的であり、かつそれらに対して通信用の光学繊維
５１がどのように対応されているかを図示するためのも
のである。

各々のワイヤ６３，６５．６７は、その球の異なる面の
中心点に接続されている。

光学繊維５１′は、前記立体の一つのコーナーから、そ
の端５３．５３’をルミネッセンスと温度センサ６１か
られずか離れた距離のところまで挿入されている。ルミ
ネッセンスセンサ６１の加熱は、この第４図に示された
改良されたセンサの方向が、それが置かれているマイク
ロ波電界に対してどのような方向をもとうとも実質的に
変わらない。

第５図は第３図に示されたセンサのさらに他の一つの変
形例を示すものであって、ここにおいて４つのある長さ
をもった抵抗ワイヤは、それぞれの中間点において接続
され、そこにはルミネッセンスセンサ６１″が付着させ
られている。各々のワイヤは仮想的な六面体の対抗する
コーナー間に張り渡されており、光学繊維５１′′は六
面体の一つの面の真ん中から導入されて、その先端がル
ミネッセンス材料６１′かられずかな距離離れた位置ま
で導かれている。第４図に示された具体例のように個々
のワイヤ材料等々は第３図で説明したワイヤ５５と同じ
ようなものである。

第３図に示されているセンサにおいて、開口４９の中の
環境温度の測定がしばしば要求される。

ワイヤ５５の環境の温度からの温度上昇を測定するため
の基準レベルを測定するために、環境温度の測定が必要
になる。そして、センサを囲む環境温度の変化とは別に
マイクロ波電界に起因する温度の上昇をファイバ５１を
通して正確に決定する必要があるからである。かくして
、第２図の第２の温度センサ４３を設ける必要がある。

ある第２のルミネッセンスセンサ６９は第２の光学ファ
イバ７１．第３図に示す円筒容器４７に支持されている
第２の光ファイバ７１にルミネッセンスセン勺６５がつ
けられている。センサ６９は、それがおかれている、ま
たはつけられている環境の温度を測定するために設計さ
れた。標準的な市販型のセンサである。センサ６５はワ
イヤ５５から十分に離された位置に配置されており、そ
れが主として加熱されたワイヤと近接する空気の温度を
主として計るように設けられている。

第１’３　Ａ図の曲線は第、３図のセンサによる電界の
測定が第４図の３本の放射するワイヤを含む修正された
ものによる結果を示すものである。曲線１１５はマイク
ロ波の電力パルスの引火期間のセンサ６１′の温度変化
を示している。マイクロ波の一定の強度の電界が時間ｔ
１に起動され９時間ｔ２に消されている。直線１１７は
参照センサ６９の同じ時間間隔における温度変化を示し
ている。

参照センサ６９の温度は時間ｔ１から１２の間隔におい
て、ワイヤセンサによって加熱されたセンサの空間４９
内の空気の上昇を示している。第１３Ｂ図の曲線によっ
て示されるマイクロ波電力がオンされている期間に相当
する間、２つのセンサ６１′と６９によって測定された
温度の差は実質的に一定に保たれている。この温度差は
、センサが配置された環境におけるマイクロ波電力レベ
ルに比例するものである。

第３図の３から５のセンサの構造の代替え品としては、
容器４０を除去することができる。この場合において、
ワイヤはその材料と直径を選択することにより、自立的
に支持可能なものとされる。

炭化珪素の繊維が望ましいものである。

配線ワイヤ構造はアタッチメントによって、それの関連
するファイバ端にルミネッセンス材料の存在する場所で
支持される。−例として第４図の具体例の場合において
は、この変形はワイヤ６３゜６５．６７をそれらがお互
いに接続されてかつ。

ルミネッセンス材料６１′、を支持する点において。

光学繊維端５３′に数個けられることができる。

この変形構造は、以下の特徴をもっている。

すなわち、センサの特性として供給される等方性に対し
て容器４７が与える熱的または、誘電的ないかなる不利
益も除去できることである。

すでに議論された容器４７の利点は当然のことであるが
、このような配置においては存在しない。

第３図から第５図に示したセンサの例に対して第６図か
ら第８図に示されているセンサは、マイクロ波放射の電
界成分を計るために電気的な導電要素を用いない。電気
的な抵抗をもつ要素を加熱するというよりは、むしろこ
れらのセンサの要素中の振動電界は誘電体媒体の中で高
度に分極された分子の分子回転を誘起することによって
加熱する。第６図に示されている特殊な形態においては
ルミネッセンスとまたは他の光学的温度センサ７３が光
学繊維７５の一旦に付着させられている。

キャップ７６はある量の分極誘電材料７６を温度センサ
７３に直接近接させて配置している。その材料７７は、
それが配置される電界の二乗に比例する量だけ加熱され
る。水の分子はそれらが永久的な電気分極モーメントを
もっているゆえに、この目的のために有用である。水の
分子は電界によって回転させられ、そして発熱させられ
る。しかしながら１強力な電界内で使用されるためには
。

はんの少しの水しか要求されないので、いろんな多くの
場合において１分極していない誘電材料によって希釈さ
れる必要がある。それは、ゲルとかペーストの中に少量
の水を混ぜることによって希釈化される。そのようなセ
ンサ７７の半流体的な形態のためにキャップ７６のよう
な容器が必要になる。そして、それにより物理的な安定
性と蒸発による損失を防止することができる。

他の水に基づくセンサ７７のあまり感度のない形態のも
のとしては、安定な水和した結晶１例えは石膏のような
もの、またはシリカゲルの中に吸収された水などが含ま
れるであろう。双極子モーメントをもっていないが１分
極可能な材料を利用することができるのであるが、しか
しながら、熱される効果はより弱い。第６図のセンサは
、第３図から第５図に示したワイヤセンサの実施形態に
比べて利点がある。それは形状が小さいこと、および容
積による吸収によって動作するものであるから２本質的
に等方性をもっているということである。

第７図に示されているセンサは、第６図のそれを変形し
た形態にあたる。光学的な温度センサ７３と誘電体７３
を分離した形において用いるかわりに第７図の実施例に
おいては、光学センサの粒子Ｌ４ｒ− がばらまかれ、近接した状態が誘電体７０の中にばらま
かれて近接して設けられている。温度」１昇が計られよ
うとしている誘電体要素が実質的に光学的に透明であり
、そしてそれらの要素間においてのより良い、熱的な接
触が保たれるときに適しており、その光学材料がその温
度上昇を測定するのである。光学センサがリンである場
合には、その分子を誘電体物質の中に容易に拡散させる
ことができるので適している。

第８図に誘電体の電界測定プローブの他の形態が示され
ており、ここにおいて、光学ファイバ。

光学繊維８３の端部に直接的に極性をもつ固体材料のボ
リューム８１が形成されている。そのような材料の一例
としてナイロン６６を挙げることができる。もし、光学
温度センサとしてのルミネッセンス材料の分子が光学的
に実質的に透明であるならば、それらは第８図に示すよ
うに、それら内部に分散させることができる。もし、そ
の材料が十分に透明でない場合には、ルミネッセンス層
は光学繊維８３の端部に直接的に接触させられ、か４８
一 つ誘電体材料８１の熱的な接触状態におかれる。

第３図から第８図に関連して説明された。はとんどのセ
ンサは、電磁波の磁界のベクトルに対してはほとんど応
答しない。第９図に示されているセンサの形態は、磁界
のレベルの測定に利用することができる。電気的に抵抗
をもつ材料の層８５が光学繊維８７の一端に指示されて
いる。層８５の表面のかなりの量が必要となる。このセ
ンサに等方性をもたせるには、第９図に示されているよ
うにその表面形状が球面上の形状に保たれることが望ま
しい。

抵抗の高さとセンサの大きさが電界または、磁界の要素
に対する応答性を決定している。そのセンサの他の要素
として光学繊維８７の一端にルミネッセンス材料層８６
が設けられている。硬い透明なエポキシの球８９が光フ
ァイバの先端を囲み。

ルミネッセンス層８６と磁界を検出する電気的な抵抗コ
ーティング８５を支持している。エポキシの球８６の直
径は１例えば直径で１〜２ｍｍ程度であって、測定され
るべき電界により十分な温度上昇としかも十分な鮮度が
確保できるように必要な面積をもたされる必要がある。

層８５に適した材料として炭素または２ｍがイ」加され
たエポキシが含まれる。

第９図のセンサは、一つの小さな電流ループとして動作
する。球面８５が磁界の回転を吸収するのに十分な導電
性をもっているときには、振動磁界Ｈは球面の抵抗表面
に侵入し、そこでその抵抗層の中に磁界のベクトルに直
角な平面に電流を発生させる。この電流が抵抗表面層の
中にジュール熱を発生させて光学的温度センサはその加
熱を検出する。

第１０図には他の等方性のセンサの具体例が示されてい
る。ここにおいて９球９１は第９図の具体例の層８５の
ような電気的な抵抗材料により被覆されている。しかし
ながらこのレーンにおいては、球９１は第一時的な支持
部材９５によって支持されている熱的に絶縁されている
支持要素９４と９５によって光ファイバ、光学繊維９３
の先端かられずかな距離離されて、支持されている。こ
の具体例において光学的温度センサはルミネッセンス層
９７の形態をとっている。そしてそれは。

電磁界の中において、加熱される電気抵抗層の頂部に配
置され、それと熱的接触状態にある。

この実施例は第９図に示すものよ゛りも、若干複雑であ
るが、光学繊維との間に空気間隙を提供する点において
優れており、これにより計測される領域から離れたとこ
ろからの光学繊維による熱の伝達を減少させている。球
を指示する構造からの熱の伝達を少なくするために、９
４と９６の部分は好ましくは細いガラスまたはプラスチ
ックファイバ繊維であることが望まれる。

第１１図は、磁界センサの他の形態を示している。光学
繊維１０１は、その先端に硬い半球状であって、光学的
に透明であるエポキシによる半球状の球１０３を支持し
ている。この半球を囲むようにして温度検出用のルミネ
ッセンス材料の層１０５が設けられている。さらに、温
度検出層１０５と半球１０３を囲むようにして、他の大
きな表面１０７が設けられている。この１０７の表面は
図示されているように、電気的な導電性の材料を含んで
いる。球１．０７の中に含まれるのに適した材料は、ジ
ンまたは炭素である。

第９図および第１０図に示した実施例センサの各々とし
て利用される磁界センサにおける抵抗電流ループを用い
るものの代替品として導電性をもたない磁性材料９例え
ばフェリ磁性体を利用することができる。第１２図を参
照すると、一つの光学繊維１０９は、その端部にルミネ
ッセンス温度検出層１１１が付着されている。ルミネッ
センス層１１１を取り囲んで、フェリ磁性体材料の固め
られた部分１１３が設けられている。そのような材料の
例として、マイクロ波用のフェライトまたはイットリュ
ーム鉄ガーネットを挙げることができる。これらの材料
は電気的には非導通であるが。

磁化されるという特性を備えている。これは変化するマ
イクロ波放射の中で磁界の要素を測定するための先に電
界測定のための目的で記述されたセンサに対して等価Ω
ものである。

さらにフェリ磁性体材料のセンサの具体例として第１０
図に関連した形態のものを用いることができる。しかし
この場合において１球９１はフェリ磁性体を固めたもの
から作られ、ルミネッセンス層９７はその表面に塗り付
けられ固定されたものである。

第１４Ａ図から第１４Ｃ図を参照すると、そこには球形
の電気的な導電殻状に形成された他のセンサを作る技術
がほぼその球状の要素の中心に沿って切断して示されて
いる。第１４Ｃ図は、光学繊維１２１の一端に形成され
た完全なセンサを示している。光学温度センサ１２３は
光学繊維の保護外皮が除去された部分１２５の一端に設
けられている。電界の要素または磁界の要素、またはそ
れらの両方によって加熱される薄い球殻状の要素は光学
繊維１２１により機械的に保持されており。

その光学センサは温度センサ１２３をもっており。

その温度センサ１２３は前記球殻の内側の表面に物理的
に接触させられている。この具体例のセンサの物理的な
配列は第９図に示したそれとは、光学的温度センサのセ
ンサ材料の配置が異なっている。さらにまた、第１．４
Ｃ図の具体例では、内部の領域１２９は第９図の具体例
が支持球８９のように満たされているというよりは、む
しろ空であるからである。第１．４　Ｃ図に示した第１
の工程は発泡ポリスチレンの球状のビード１３１に光学
繊維末端１２１を挿入することであり、前記泡状ポリス
チレン材料は良く知られている熱的に絶縁性をもつコー
ヒーカップに用いられるものである。

ビードの外形はほぼ２ｍｍというように小さいものであ
り、それは典型的にはほぼ０゜４ｍｍである光学繊維の
端部１２５の侵入を許容する。光学繊維１２１はビード
１３１に一方側からその温度センサ１２３がぢようど他
側から現れ始めるところまで押し込まれる。

第１４図に示されている組立は、１２７を形成するため
に、第１４８図に示されている球殻１２７を形成するた
めに、流体混合物の１４月こ浸積される。一実施例にお
いて、この液体は電磁的なセンシンク材料としての賜の
酸化物と珪酸カリウムのような水性のバインダの混合ス
ラーリである。第１４８図の被覆されたリード１３１は
、それから最大２００℃の温度で加熱されることにより
、第１４Ｃ図に示すような構造にさせられる。この加熱
段階において、ビード３１状のコーティングは乾かされ
て、硬いセル１２７を形成する。殻の厚さは約０．２　
ｍｍであることが望ましい。それと同時にポリスチレン
ビード１３１は、この加熱段階によって溶かされ、引き
続く冷却により１通常は光学繊維部分１２５上の前記殻
の１２３の内部に付着したより小さなビード１３３とし
て残存させられる。

ポリスチレンの球体１３１はほとんど空気であるから、
それが溶けたときの形状の現象は劇的である。その結果
、得られた第１４Ｃ図の空洞センサ１３４は、非常に低
い熱的完成をもつものであるから、そのセンサが配置さ
れる電磁界の強さの測定に対して急速な応答を提供する
ことができる。

球状の形をしたセンサの主たる利点（第８図〜第１２図
と第１４図に示されている実施例のいずれかのもの）は
そのセンサがその測定されるべき電気的な要素、または
磁気的な要素に対してより多く応答するかということに
ついては、無関係に促成されるべき電磁界の中において
、その方向に対しては全く無関係である。すなわち、そ
れらに対して等方性をもっていることである。一般的に
等方性が要求されているが、特殊な用途において方向性
が要求される場合には、他の形状のセンサを形成するこ
ともできる。

第１４Ａ図〜第１４Ｃ図に示した方法は、ポリスチレン
ビード１３１を別の形状にすることによって、殻２４に
よって形成される包みを別の形にすることができる。

センサ１３４がマイクロ波の電気的または磁気的な要素
に応答する程度は一義的にその殻の導電率（または逆に
いえば抵抗率）の程度と測定されるべき電界の電磁波の
波長に対するその直径によって決定される。与えられた
一定の大きさの殻に対してその導電率が増幅すれば、そ
の殻１２７によって吸収される磁界の要素のパーセンテ
ージは増大するが、−力吸収される電界の要素は減少す
る。

錫の酸化物を殻１２７に用いた特定の実施例にふいては
、電界センサとして主要な働きをもつ。

第１４Δ図から第１４Ｃ図を参照して記述したさらに他
の使用方法として、第９図に示した形のセンサをその中
心部がエポキシの球８９ではなく。

自主的に空洞にするために用いられる。この場合におい
てポリスチレンのビード１３１はまずはじめに第９図に
おいて１層８６となるべき温度検出ルミネッセンス材料
層が被覆される。そしてそれから、第９図において層８
５となるべき既に記述された電磁界加熱層が被覆される
。二つの層によって被覆されたポリスチレンビードの加
熱により。

低い熱完成をもち、光学信号がルミネッセンス材料層８
９と光学繊維８７間で空腔を通して伝達される第９図を
変形したセンサが得られる。

第１４Ｃ図のセンサ１３４は単独で用いることができる
が、先に議論したように、差動的な温度測定をするため
に参照温度センサを組み込んで、用いることが好ましい
。そのような複合センサは第１５図に横断面図に示され
ている。簿い円筒状の覆い１３５はその一端１３６で閉
じており、そし２て他端でプラグ１３７を受けている。

包み込まれた空間１３０の中には第１４Ｃ図に示すセン
サ１３４と、光学繊維１４１の一端に設けられた参照温
度センサ１３９が設けられている。

参照センサ１３９は温度センサ（第１４Ａ図から第１４
Ｃ図に示すもの）と同じ形態に作られており、好ましく
は両方が先に述べられたルミネッセンス型であり１両方
が同じ温度依存光学特性をもつラクストロンコーポレイ
ションから市販されているものが好ましい。光学繊維１
２１と１４１の両方は端末プラグ１３７から異なった経
路で侵入させられている。参照温度センサ１２３を使用
することは好ましいことではあるが、センサ１２３が内
部空間１３８内に設けられていないときにおいても、第
１５図はマイクロ波センサ１３４を覆うために用いられ
る。この包囲構造は、検出素子を機械的に保護すると同
時に部分的な温度変化をもたらすであろう空気流から分
離するために用いられている。そのような変化はマイク
ロ波フィールドによるものであると誤判断される可能性
があるからである。

プラグ１３７を貫通して設けられている空気通路１４３
は包み込まれている内部空間１３８を外気に連通させる
ためである。その中にセンサをもっている包み込まれた
空気の内部空間１３８は。

それが配置されるマイクロ波電界からの熱によってセン
サ１３４が加熱されたときに、すばやく熱的な平衡状態
に到達するという点が望まれる。

かくして１通気孔１４３は非常に小さく作られており、
そして内部空間１３８に含まれる空気が膨張することに
よって、覆い１３５を変形することを妨げるために用い
られている。

前述したように放射を吸収する殻１２７の外形が球状で
あるということは、センサ１３４がそれがおかれている
マイクロ波フィールドに対して実質的に等方性であると
いう結果をもたらしている。

第１５図に示されている構造で、センサ１３４をどこに
おくかということは、全体の構造で熱的な等方性を最大
にするように選ばれる。センサ１３−　Ｄ　Ｊ　＝ ４は光学繊維１２１だけによって１円筒形のスリーブ１
３５の中心軸にそって、側壁から等距離を保つように支
持されている。

そしてまたそれは１壁の端１３日からも等距離に保たれ
ている。しかしながら、プラグ１３７からはかなりの距
離を保って支持されている。その理由はプラグ１３７の
熱感性が大きいからである。

殻１３５とプラグ１３７のための好ましい素材としてテ
フロンやその他のマイクロ波エネルギに対して不活性で
あって、かつ、感度をもたないプラスチックが好ましい
。

強度を増やしかつ、蒸気に対しての対抗性をもつために
、用いられる包み１３５のためのテフロンのチューブの
長さは、センサから数インチ引き延ばされた位置で、光
学繊維１２１とプラク１３４から突出してきている光学
繊維１２１と１４１に熱的に収縮されて固着される。か
くして、チューブ部分］、　４０が形成される。さらに
図示されてはいないが、退縮性を有するチューブ部分が
光学繊維１２１と１４１の間にセンサの包み１３０か＝
６０− らある一定の距離だけ、これも図示されていないが、光
学繊維の他の自由端のところまで設けられている。いず
れの場合においても、空気孔１４３は包みと内部空間１
３８をセンサから離れた大気空間に放出し、これにより
内部１３８に外気からの汚染物の侵入を防いでいる。こ
の空気流通構成はセンサを溶液中に浸種させて使用する
ことを許容している。

第１５図に示されているセンサ構造は殻１２７の直径よ
りも、かなり大きいマイクロ波の広い連続領域において
、広範な応答を提供するという有意義な利点をもってい
る。

第１４図と第１５図に示したセンサの構造はマイクロ波
のフィールドの測定応用のために好ましい第１４Ｃ図に
用いたセンサを用いたものであるが、先に説明した他の
センサを利用することもできる。特に、マイクロ波フィ
ールドに対して等方性を持っている測定に適しているの
であるが、方向性をもつセンサ、例えば、第３図に示し
たようなものでも、異方性をもっているものの場合には
利用することができる。

ここにおいて説明された電磁界のセンサの各々は２つの
基本的な要素をもっている。

第１要素は、電界、または磁界の要素の吸収体であって
、加熱されるものである。前述したようにこの要素はい
ろいろな異なった形式、数多くの異なった形式として実
現できる。

第２の要素は、第１の要素が配置されているところの温
度上昇を測定するために電磁界を乱さないようなトラン
スデユーサとして配置されたものであり、かくして電界
、または磁界の強さに比例した量を得ることができる。

このトランスデユーサはそれ自身として電磁界を吸収し
たり、または測定されるべき温度を乱してはいけないも
のである。

前述した電気的導電性をもたない光学的な温度測定技術
を用いることは、現存する技術において。

この要求をもっとも満足させるものである。

好ましい実施態様と本発明の種々の側面について記述を
行なったが９本発明は添伺した請求の範囲において、保
護が与えられるべきであると理解されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図は８本発明の種々のセンサと技術の利用例を示す
略図である。 第２図は９本発明の種々の状態を示す実施例システムの
略図である。 第３図は１本発明によるセンサによる一実施例を示す斜
視図である。 第４図および第５図は、第５図に示す実施例の変形例を
図示したものである。 第６図と第７図は１本発明の第２の実施例にしたがうセ
ンサの種々の実施例を示す図である。 第８図は１本発明の第３の実施例のセンサを略図示した
ものである。 第９図は１本発明の第４の実施形態にしたがうセンサを
示す図である。 第１０図は２本発明の第５の実施形態にしたがうセンサ
を示す図である。 第１１図は１本発明の第６の実施形態、具体例にしたが
うセンサを示す図である。 −６Ａ　− 第１２図は１本発明の第６の具体例にしたがうセンサを
図示したものである。 第１３Ａ図と、第１３Ｂ図は、第３図から第５図に示し
た形のセンサの動作特性をそれぞれ示す曲線図である。 第１４Ａ図と、第１４８図は、それぞれ本発明の第６の
具体例にしたがうセンサの製造方法を図示したものであ
り、第１４Ｃ１図は、前記製造方法で製造したセンサの
断面図である。 第１５図は、第１４Ａ図と第１４８図の技術にしたがっ
て、製造されたセンサを利用した組立を示す図である。 １１・・・容器　　　　　　　　１３・・・材料１５・
・・空間　　　　　　　　１７・・・放射２１・・・出
力源　　　　　　　２３・・センサ２５・・・光学繊維
　　　　　　２７・・・測定器３１・・・末端　　　　
　　　　３３・・・素子３５・・・第２の主要素　　　
　３７・・・熱の波３９・・・励起放射のパルス ４３・・・センサ素子（温度センサ素子）４５・・・第
２の光学繊維 ４７・・・円筒形容器 ４９・・・円筒形空所 ５１．５１’、５１”・・・光学繊維 ５３・・・５１の終端末 ５３′・・・５１′の端末 ５３″・・・５１″の端末 ５５・・ワイヤセンサ、ワイヤ ６１”、６２’・・・センサ ６３．６’５．６７・・・ワイヤ ６９・・・第２のセンサ ７１・・・第２の光学繊維 ７３・・・光学温度センサ ７５・・・光学繊維端末 ７Ｇ・・・キャップ ７７・・・分極誘電材料、誘電体 ８１・・・誘電体材料　　　　８３・・・光学繊維′８
５・・・層　　　　　　　　８７・・・光学繊維８９・
・・支持球（エポキシ球） ９１・・・球 ９．１．９６・・・フィラメント ９７・・・ルミネッセンス層 １０１・・・光学繊維 １０３・・・硬い半球 １０５・・・温度検出ルミネッセンス層１０７・・・よ
り大きな球 １０９・・・光学繊維 １１１・・・ルミネッセンス温度検出層１１３・・・固
体材料　　　　　１２１・・・光学繊維１２３・・・光
学温度センサ １２５・・・光学繊維端　　　　１２７・・・球面球殻
１２９・・・内部領域 １３１・・・球面ビード（発泡ポリスチレン）１３５・
・・円筒状の包み １３６・・・円筒状の端部　　　　１３７・・プラク１
３８・・・内包空間　　　１３９・・・参照温度センサ
１４１・・・光学繊維　　　１４３・・・空気流通孔特
許出願人　ラフストロン　コーポレイション代理人　弁
理士　　井　ノ　ロ　　　亨−６７〜 才斗図 オ６図 才■図 才５図 ′ＡＰｇ図 オフ図 才１１図 才１４−Ａ図

Claims (58)

【特許請求の範囲】
1. （１）マイクロ波の電力またはフィールドの強さを測定
   するセンサであって、 マイクロ波のフィールドによって加熱される特徴をもっ
   ている三次元に対称的な形状のマイクロ波吸収要素と、 前記要素の中に設けられて前記要素が要素の温度に比例
   する信号を発生するのに適したマイクロ波を吸収しない
   性質をもっている温度トランスデューサと、 前記トランスデューサからの前記温度信号を前記要素の
   外側の位置に伝達することによりマイクロ波の電力また
   はフィールドの強さを測定するための信号伝送経路とか
   らなるセンサ。
2. （２）請求項１記載のセンサであって、前記マイクロ波
   吸収要素は実質的に球形をしているセンサ。
3. （３）前記請求項１または２記載のセンサであって前記
   マイクロ波吸収要素は温度トランスデューサを囲む薄い
   空洞の殻から構成されているセンサ。
4. （４）請求項１記載のセンサであってマイクロ波吸収要
   素は温度トランスデューサが埋め込まれている固体の三
   次元形態をもつものであるセンサ。
5. （５）請求項１記載のセンサであって実質的にマイクロ
   波を吸収しない包みが空気を包み込みその中にマイクロ
   波吸収要素が支持されているセンサ。
6. （６）請求項１記載のセンサであってそれはさらにマイ
   クロ波を吸収しない包みをもっており、その包みはその
   中に空気を包み込みそしてその中にマイクロ波吸収要素
   が支持されており、そして参照温度センサがその包みの
   中に前記マイクロ波吸収要素から離れて支持されている
   センサ。
7. （７）少なくとも一本の光学繊維の端部によって支持さ
   れる電磁界センサであり、それは、 電気的な抵抗材料から形成され、光学繊維が延びている
   空間を実質的に包囲している殻と、 前記空間内に前記殻と熱的な接触状態にあり、そして前
   記ファイバ端と光学的に連結しており、前記殻の温度変
   化に対応して少なくとも一つの光学的特性が変化し、光
   学繊維の他端で検出可能である温度検出手段とを持ち、
   これによって電磁界の強さを測定することができるセン
   サ。
8. （８）請求項７記載のセンサであって前記電気的に抵抗
   をもつ殻は三次元の形状において対称であるセンサ。
9. （９）請求項８記載のセンサであって前記三次元の形態
   は実質的に球であるセンサ。
10. （１０）前記請求項７〜９記載のいずれかのセンサであ
    って、前記温度検出手段は励起パルスにしたがってその
    材料の温度に比例した減衰特性をもつルミネッセンス放
    射を発生するルミネッセンス材料を含むセンサ。
11. （１１）前記請求項７〜９記載のいずれかのセンサであ
    って、前記殻により包み込まれる空間は実質的に空洞で
    あるセンサ。
12. （１２）前記請求項７〜９記載のセンサであって前記殻
    によって囲まれるほとんどの部分は光学的に透明な材料
    が充填されているセンサ。
13. （１３）前記請求項７〜９記載のいずれかのセンサであ
    って前記温度検出手段は前記殻の内側表面に接触させら
    れているセンサ。
14. （１４）前記請求項７〜９記載のいずれかのセンサであ
    って前記温度検出手段は光学繊維の一端に付着させられ
    ているセンサ。
15. （１５）電磁界センサであって、 第１および第２の端部をもち、前記第１の端部は温度の
    変化に応答して一つの光学的特性が少なくとも変化する
    という特徴をもっている温度検出材料を保持しているあ
    る一定の長さの光学繊維と、電気的に抵抗をもつ材料で
    形成された一つの空洞殻であって前記光学繊維の第１の
    端部によって支持されており、 前記第１の光学繊維の一端は前記殻内を延びており前記
    温度検出材料は前記殻の内表面に接触しており、 前記温度検出材料の少なくとも一つの光学特性の変化を
    モニタすることによって電磁界の強さを測定することが
    できるセンサ。
16. （１６）請求項１５記載のセンサであって、前記電気的
    抵抗をもつ殻は三次元形態において対称的であるセンサ
    。
17. （１７）請求項１６記載のセンサであって、前記三次元
    形状は実質的に球であるセンサ。
18. （１８）請求項１５記載のセンサであって、前記温度検
    出手段は励起パルスに応答して、その材料の温度に比例
    する減衰特性をもつルミネッセンス放射をする性質をも
    つルミネッセンス材料を含む温度センシング手段を含む
    センサ。
19. （１９）電磁界センサであって、 第１および第２の端部をもつある長さの光学繊維と、 前記光学繊維の第１の端末によって支持される電気的抵
    抗性材料の包み込まれた殻であって前記光学繊維の一端
    は前記殻の中にその殻の内部と光学的に連携をもつよう
    に挿入されている殻と、前記殻の内部の表面に温度検出
    材料が付着させられており、これによって前記光学繊維
    の第１の端末と光学的に通信可能であって前記温度検出
    材料は温度の変化に応答して光学的性質が変化するとい
    うことよって特徴づけられる温度検出材料と、これによ
    り電磁界の強さは光学繊維の第２の端末で前記検出材料
    の光学的性質の変化をモニタすることによって測定され
    るセンサ。
20. （２０）請求項１９記載のセンサであって、前記電気的
    抵抗をもつ殻は三次元に対して対称な形状に形成されて
    いるセンサ。
21. （２１）請求項２０記載のセンサであって前記三次元形
    状は実質的に球であるセンサ。
22. （２２）請求項１９記載のセンサであって前記温度検出
    手段は励起パルスに応答してその材料がおかれている温
    度に比例して減衰する特性をもつルミネッセンス放射を
    行なうルミネッセンス材料を含むセンサ。
23. （２３）請求項１９〜２２記載のいずれかのセンサであ
    って前記殻の内部は実質的に空洞であるセンサ。
24. （２４）請求項１９〜２２記載のいずれかのセンサであ
    って、前記殻の内部にはその殻の大部分が光学的に透明
    な固体材料によって充填されているセンサ。
25. （２５）ある長さの光学繊維の一端に近接して永久的に
    支持されている光学的電界検出センサであって、電気的
    に絶縁されているある長さの電気的な抵抗ワイヤと、 前記ワイヤに固定されており前記光学繊維の一端におい
    て光学的に連携し前記光学繊維の他端において検出可能
    な温度変換に対応して変化する光学的な変化をするため
    の手段からなるセンサ。
26. （２６）ある一定の長さの光学繊維の一端に設けられた
    光学的電界測定センサであって、 電気的に抵抗をもつワイヤであって三次元パターンで空
    間的に対称に配列されており、その複数本のワイヤは物
    理的かつ電気的に相互に少なくとも１ヵ所において接続
    されており他の電気的導体には接続されていない複数本
    の電気抵抗ワイヤと、前記ワイヤの少なくとも接続のあ
    る一点において接続されており前記光学手段の一点と光
    学的に接続されており、それにより温度変化に応答して
    その少なくとも一つの光学的特性を変える手段で、その
    変化は前記光学繊維の他端において検出されるセンサ。
27. （２７）請求項２６記載のセンサであって、前記接続点
    は前記各ワイヤのほぼ中心の位置であって前記光学的温
    度センサはルミネッセンス材料を含むセンサ。
28. （２８）請求項２６記載のセンサであって、前記ワイヤ
    の１ヵ所の接続点はそれらの中心点であって各ワイヤは
    その点に対して実質的に対称であるセンサ。
29. （２９）請求項２６記載のセンサであって、それはさら
    に電気的に非導通な支持構造をもっており、その空洞の
    中に電気的な導通性を有するワイヤが支持されているセ
    ンサ。
30. （３０）電気的に非導通による電界センサであって少な
    くとも光学繊維の一端に設けられているものであって、 高周波の電磁界の放射に曝されたときに内部的に熱を発
    生する誘電体材料の一定量と、 前記誘電体材料に熱的に結合しており前記光学繊維端と
    光学的に通信可能であり温度変化に対応して変化する光
    学的特性でその変化が検出できる手段からなるセンサ。
31. （３１）請求項３０記載のセンサであって前記誘電体材
    料は永久的な電気双極子モーメントをもち、これによっ
    てその分子は熱を発生するものであるセンサ。
32. （３２）請求項３１記載のセンサであって、前記分子は
    永久的な電気双極子モーメントをもつ水分子であるセン
    サ。
33. （３３）少なくともある長さの光学繊維の一端に設けら
    れた電気的な導電性をもたない磁界センサであって、 振動磁界に配置されたときに熱を発生する特性をもって
    いるフェリ磁性体材料の一定の材料と、前記一定の材料
    と熱的に関連させられており、前記温度の変化に応答し
    て変化する光学的特性が少なくとも検出されるように前
    記光ファイバの一端に光学的に関係づけられている手段
    からなるセンサ。
34. （３４）マイクロ波電力またはフィールドの強さを測定
    するセンサであって、 電気的に非導通でありマイクロ波放射を吸収しない材料
    から形成され以下のものを室内に包含する一つの包みと
    、 前記室内に位置させられたマイクロ波電力吸収要素と、 前記室内に配置され前記マイクロ波電界吸収要素と熱的
    に連携状態下にあり、かつ前記要素の温度に比例する信
    号を発生する温度測定トランスデューサと、 前記温度トランスデューサから延びており電気的に非導
    通でありマイクロ波の放射を吸収せず前記室外に延びて
    いる信号伝送線経路とからなるセンサ。
35. （３５）請求項３４記載のセンサであって、前記マイク
    ロ波吸収要素は電気的抵抗材料を含むものであるセンサ
    。
36. （３６）請求項３５記載のセンサであって、前記抵抗材
    料は少なくとも一本のワイヤの形状であるセンサ。
37. （３７）請求項３５記載のセンサであって前記抵抗材料
    は複数本のワイヤであって少なくともその中間点におい
    て接続されており、さらに前記接続点に温度トランスデ
    ューサが熱結合状態で設けられているセンサ。
38. （３８）請求項３５記載のセンサであって前記抵抗材料
    は表面層の形式であるセンサ。
39. （３９）請求項３５記載のセンサであって、前記抵抗材
    料は三次元形状において対称であるセンサ。
40. （４０）請求項３９記載のセンサであって、前記対称的
    な三次元の形状は球であるセンサ。
41. （４１）請求項３９記載のセンサであって、前記抵抗材
    料は実質的に前記温度トランスデューサを囲んでいるセ
    ンサ。
42. （４２）請求項３４記載のセンサであって、前記マイク
    ロ波吸収材料は極をもつ誘電体材料であるセンサ。
43. （４３）請求項３４記載のセンサであって、前記マイク
    ロ波吸収要素はフェリ磁性体材料を含むセンサ。
44. （４４）請求項３４〜４３記載のいずれかのセンサであ
    って、前記包み内の部屋は実質的に密封されているセン
    サ。
45. （４５）請求項３４〜４３記載のセンサであって、前記
    容器内に前記マイクロ波吸収要素からある距離離れて配
    置されている参照温度検出トランスデューサをもち、そ
    のトランスデューサはその容器内の温度に比例する信号
    を発生し、そして電気的に導電性をもたずマイクロ波放
    射を吸収しない温度信号伝達経路により、前記温度トラ
    ンスデューサと容器外部に引き出されているセンサ。
46. （４６）マイクロ波放射フィールドのレベルを測定する
    方法であって、 請求項１または３４記載のセンサを前記放射フィールド
    内に配置する工程と、 前記センサから信号伝送路線中に前記温度信号を離れた
    位置に伝達することによってマイクロ波フィールドのレ
    ベルを決定する工程とからなる方法。
47. （４７）加熱されようとする物体が使用されている容器
    内にあるマイクロ波電界のマイクロ波放射フィールドの
    一点の局所的な電力を測定することにより物体によって
    吸収されたマイクロ波の変化をモニタする方法であって
    、 前記請求項１または３４に基づくセンサを前記容器内の
    前記物体の外側の位置に配置する工程と、前記センサか
    らある距離離れた信号伝送線の中に温度信号を導くこと
    によりマイクロ波の電力レベルを決定する工程とからな
    る方法。
48. （４８）ある量の材料が加熱される領域の中に閉じ込め
    られているマイクロ波放射の部分的な領域を測定する方
    法であって、 前記材料の中に請求項１から３４のいずれかに基づくセ
    ンサを位置させる工程と、 前記センサから離れたところへ前記伝送経路にしたがっ
    て温度信号を導きそれからマイクロ波電力のレベルを決
    定する工程からなる方法。
49. （４９）マイクロ波放射フィールドを横切って電力また
    はフィールドの強さの分布を測定する方法であ前記フィ
    ールドの第１の点に請求項１または３４のいずれかに基
    づくセンサを配置する工程と、前記センサから離れたと
    ころへ信号伝送線を介して温度信号を導き第１の点のマ
    イクロ波電力のレベルを決定するステップと前記フィー
    ルドを横切って他の複数の点において前記ステップを繰
    り返す工程とからなる方法。
50. （５０）マイクロ波放射フィールドのレベルを測定する
    方法であって、 請求項７、１５、１９、２５、２６、３０または３３に
    基づく放射界フィールドセンサを配置する工程と、 少なくとも変化する光学的特性の大きさをモニタするス
    テップと、 前記少なくとも変化する光学的特性の大きさから前記マ
    イクロ波フィールドのレベルを決定する工程からなる方
    法。
51. （５１）マイクロ波センサを製造するための方法であっ
    て、 溶解されて再び固体化されたときにおいて体積が著しく
    減少することを特徴とする溶融可能な材料の形態を提供
    する工程と、 前記形状の上にマイクロ波吸収材料をコーティングする
    工程と、 前記コーティングされた形状を十分に溶けるまで加熱す
    ることによりマイクロ波吸収材料の内部が空間である殻
    を形成する工程からなる方法。
52. （５２）請求項５１記載の方法であって前記形態の外部
    の表面は実質的に球である方法。
53. （５３）請求項５１記載の方法であって、 前記コーティングのステップは前記形態をマイクロ波吸
    収材料のスラーリの中に浸積する工程と、前記コーティ
    ングされた形態をマイクロ波吸収材料が十分に固体化す
    るまで加熱する工程を含む方法。
54. （５４）請求項５１記載の方法であって、 温度トランスデューサが前記殻に接触された状態にする
    工程と、 前記殻から離れたところにある計測器に温度信号を伝達
    する送路を形成する工程を含む方法。
55. （５５）請求項５１記載の方法であって、 前記形態を形成するためにポリスチレン材料を利用する
    工程を含む方法。
56. （５６）マイクロ波センサを製造する方法であって、そ
    の一方端に光学的な温度センサを支持するある長さの光
    学繊維を準備する工程と、 前記光学繊維端に一定量の溶融可能な材料を配置し前記
    光学繊維がその中を貫通し、その温度センサがその表面
    と一致する位置になるように配置する工程と、 前記溶融可能な材料は一旦溶かされて引き続く冷却によ
    って再度固体化されたときには著しくその体積が減少す
    るという特性をもつ工程と、 溶液中に挿入することによってマイクロ波吸収材料を前
    記体積の表面にコーティングする工程と、前記マイクロ
    波吸収材料が硬くなり、中の材料が溶けてしまうまで加
    熱することにより、実質的に空洞のマイクロ波吸収材料
    の実質的な空洞の殻を形成し、そして光学繊維の一端が
    前記温度センサが内部において前記殻に接するように加
    熱する工程とを含む方法。
57. （５７）請求項５６記載の方法であって、 前記光学繊維の一端にある量の材料を位置させる工程は
    前記一定の量を球体の形状にし、これにより結果として
    球体の空洞殻が形成される工程を含む方法。
58. （５８）マイクロ波電力またはフィールドの強さをモニ
    タするシステムであって、 請求項１または３４記載のセンサと、 前記センサからの信号を伝達する信号伝達手段と、マイ
    クロ波エネルギフィールドの強さまたは電力を決定する
    ために前記検出された温度情報に応答する手段とを含む
    モニタシステム。