JPH0245741A - マイクロ波による水分測定装置 - 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】 〔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。

〔従来の技術〕

従来から、水分によるマイクロ波の吸収を利用した試料
の水分量、含水率の測定方法、装置は多数発案されてい
る。

本出願人は、最近、例えば特願昭６３−１１７０８７号
、特願昭６３−１３０２２９号、特願昭６３−１４１６
６５号として出願した技術にみられるように、マイクロ
波の伝播路°の途中に測定域となる部分をマイクロ波透
過率の高い素材で形成してなるトラフを配し、このトラ
フを振動して試料を搬送しつつ試料によるマイクロ波の
減衰量を測定し、もって試料の水分量または含水率を求
めるための装置を開発した。

その後、さらに研究を進めた結果、次のような改善箇所
を発見した。

〔発明が解決しようとする課題〕

マイクロ波の伝播路途中にトラフなり試料なりの誘電体
を挿入すると多かれ少なかれ定在波が生じることが知ら
れている。そして、この定在波の状態は、伝播路中の誘
電体の位置によって異なるため、トラフの振動によりト
ラフ自体や試料の位置が変化すると、それがマイクロ波
のエネルギーの検出値を大きくばらつかせる原因となる
。もちろん、一定時間の平均をとったり時定数をかけた
りして検出値を平滑に処理することもできるのであるが
、それにしても基になるデータのばらつきはできる限り
小さいほうがよい。

第７図は、発信アンテナａと受信アンテナｂを距離Ｌ（
１６１ｍ）だけ離して対向させてマイクロ波の伝播路を
形成し、この伝播路をほぼ横断するようにして板厚５ｎ
のアクリル板Ｃを配置した実験装置である。この装置で
９．４０）Ｉｚのマイクロ波を発振しつつ、受信ホーン
ｂとアクリル板Ｃの間隔βを２鶴ずつ移動すると受信ホ
ーンｂが受信したマイクロ波の検出電圧はアクリル板の
移動に伴って変化し、第８図にグラフ表示するようにな
る。なお、アクリル板Ｃを横断させない状態での検出電
圧は１．３５Ｖであり、受信マイクロ波エネルギーの電
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
大きいほど、検出電圧が高い値を示すようになっている
。第８図を見ると、検出電圧は距離ｌの増減に伴い約１
６ｍ（＃９゜４ＧＨｚのマイクロ波の半波長）周期でサ
インカーブをなしている。なお、本実験では、マイクロ
波エネルギーの検出値として電圧値を用いたが、これが
電流値や電力値であっても前記カーブの周期は同じ結果
となる。そして、このカーブの山と谷とでは電圧値に約
０．４７Ｖの差が認められる。

この結果は、前記のアクリル板Ｃを振動コンベヤのトラ
フの底面として利用し、この部分を測定域とした場合に
、仮にトラフの伝播路方向の振幅の範囲が丁度前記カー
ブの山から谷へ渡るようにトラフが配置された場合（第
８図中に振幅の範囲Ａとして例示する）には、トラフ上
の試料の状態が全く同じでも、受信電圧を取り入れる瞬
間に振動によりトラフ底面がどの位置にあるかによって
、検出値に約０．４７Ｖの幅でばらつきが生じることを
示している。

よって、本発明では、送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形成し、この伝播路途中
に測定域に当たる部分をマイクロ波透過率が高い素材で
形成してなるトラフを配し、このトラフを振動して試料
を搬送しつつ試料によるマイクロ波の減衰量を測定する
装置において、受信されるマイクロ波エネルギーがなる
べくトラフの振動による影響を受けないようにしたマイ
クロ波による水分測定装置を提供することを目的とする
。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明のマイクロ波による
水分測定装置は、送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形成し、この伝播路途中に測
定域に当たる部分をマイクロ波透過率が高い素材で形成
してなるトラフを配し、このトラフを振動して試料を搬
送しつつ試料によるマイクロ波の減衰量を測定する装置
において、トラフの伝播路方向の振幅を、伝播するマイ
クロ波の波長の１／４未満にしたことを特徴とする。

〔作用〕

本発明において、マイクロ波の減衰量の測定を行うには
、送信アンテナから受信アンテナへマイクロ波を伝播し
、一方、トラフを振動させて試料をマイクロ波の伝播路
中に搬送する。すると、マイクロ波は試料が含有する水
分量にほぼ比例して減衰を受ける。この際にトラフ及び
試料は、マイクロ波の伝播路を伝播方向に振動している
ため、受信マイクロ波のエネルギーの値はその振動の影
響を受けて揺れているが、その揺れ幅はわずかである。

〔実施例〕

以下、本発明装置を第１図乃至第３図に示す第１実施例
に基づいて説明する。

ｌはトラフであって、−例として全体を板厚５龍のアク
リル板で形成している。トラフ１は板バネ２によって中
空枠３に支架され、トラフ１の搬送面１′は水平面に平
行である。板バネ２と垂直方向が成す角αは３０度であ
る。中空枠３はマイクロ波の伝播路の主要部分に当たる
部分を切り欠き、マイクロ波の伝播を阻害しないように
なっている。トラフ１の一端には、トラフ１に振動を与
えるために、−例として、バイブレータ４が連結される
。バイブレータ４は駆動バネ５と、駆動バネを周期的に
往復させる偏心軸６と、偏心軸６を回転させる傘歯車７
．７′と、傘歯車７′を先端に取りつけた出力軸を持つ
モータ８とからなる。

駆動バネ５と水平方向が成す角α′はやはり３０度であ
る。偏心軸６は回転の中心から５Ｒ偏心しているため、
トラフ１は駆動バネの長さ方向に１０１１の範囲で振動
する。よって、トラフ１の振動の上下方向の振幅Ｂは１
０鶴Ｘ５ｉｎ３０°＝５籠となる。１５は試料の供給部
である。

トラフ１の上下には、マイクロ波の送信アンテナ９と受
信アンテナ１０が配設される。送信アンテナ９には、マ
イクロ波の発振器１１が接続され、電源回路１２からの
電力で９．４ＧＨｚのマイクロ波を発振する。受信アン
テナ１０には、受信器１３が接続され、受信されたマイ
クロ波エネルギーの検出値は、受信電圧として検出値処
理装置１４に伝達される。

ところで、前述したように、本実施例において、トラフ
を上下方向（マイクロ波の伝播方向）に移動させると、
受信マイクロ波エネルギーは、その半波長周期で増減を
繰り返すサインカーブを呈する０本実施例では、マイク
ロ波の周波数、送受信アンテナ間の距離、トラフの板厚
等が第７図に示した実験装置と同様なので、前記カーブ
は、やはり第８図に示すように１６ｕ周期をとる。よっ
て、トラフ１の伝播路方向の振幅が８鶴（マイクロ波の
１／４波長）以上であると、トラフ１の位置によっては
、前記振幅が前記カーブの山から谷に渡って、受信マイ
クロ波エネルギーの検出値が０．４７Ｖの幅でばらつい
てしまうことになる。

このような、最悪の事態を避けるためには、トラフ１の
伝播路方向の振幅を８鶴（マイクロ波の１／４）未満に
設定しておけばよい、前記振幅を８鶴未満にすれば、受
信マイクロ波エネルギーの検出値のばらつきは、少なく
とも０．４７Ｖ未満となる０本実施例においては、前述
のようにトラフ１の伝播路方向の振幅の範囲Ｂは５鶴だ
から、前記振幅が前記カーブの山から谷へ渡るような最
悪の事態は避けられる。さらに、第８図中に振幅の範囲
Ｂとして示すように、前記カーブの山又は谷が前記振幅
Ｂのほぼ中間に位置すれば、受信マイクロ波エネルギー
の受ける影響は半減する。なお、前記カーブの周期は、
トラフ上に試料が載置されている場合についても同様で
ある。

本実施例装置により試料の水分量を測定する際には次の
ように行う。

パイブレーク４を作動してトラフ１を振動させるととも
に、送信アンテナより９．４ＧＨｚのマイクロ波を発振
する。マイクロ波は、トラフ１により若干の減衰、反射
を受け、その後、受信アンテナ１０を介して受信器１３
に受信され、受信マイクロ波エネルギーは検出値ｍとし
て次々に検出値処理装置１４に送られる。検出値処理装
置１４では、この値を一定時間蓄積し、平均を算出して
、その平均値を基準値ＭＯとする。この時点では、まだ
試料はトラフ１上に供給されていない。

次に試料の供給口１５からトラフ１上に試料を供給する
。試料は、粉粒体、薄片体等、トラフ輸送に通したもの
なら、なんでもかまわないが、例えば、砂利、茶葉、煙
草、米等があげられる。

試料はトラフ１の振動を受けて、トラフ上に広がりつつ
搬送される。この場合に、試料が水分を多量に含むもの
であると、試料どおしが互いに付着し、その結果として
、検出値に影ツを与えることが考えられるが、トラフ１
の振動によりそのような不具合は少なく、試料はマイク
ロ波の伝播路を平均的に横切っていく。

試料の含有水分によって減衰を受けたマイクロ波は、受
信器１３に受信されて、そのエネルギーは検出値ｍとし
て、次々に検出値処理装置１４に送られる。検出値処理
装置１４では、この受信電圧を一定時間蓄積し、平均を
算出して、その値を測定値Ｍ１とする。そして、前記基
準値ＭＯと検出値Ｍ１の差、すなわち試料によるマイク
ロ波エネルギーの減衰量を算出し、既知の減衰量と水分
量の関係式から、試料の水分量を求めるのである。検出
値処理装置が求めた試料の水分値は、水分量表示や産業
機器の制御に利用される。

次に第４図乃至第６図に示す第２実施例を説明する。

送信アンテナ１６と受信アンテナ１７は、適宜の間隔を
持って対向させる。送信アンテナ１６には、マイクロ波
の発振器１８、電源回路１９が接続され、２４ＧＨｚの
マイクロ波を発振する。受信アンテナ１７には受信器２
０、検出値処理装置２１が接続される。

２２はトラフであって全体が板厚１鶴のポリプロピレン
で形成され、中空枠２３に板バネ２４によって支持され
ている。トラフ２２の底面は、試料搬送方向に傾斜する
とともに、試料搬送方向中央を最深部とすべく両側が中
心に向けて傾斜しており、また、測定域に当たる部分に
は切欠孔２５が設けられ、この切欠孔２５には、発砲ス
チロールの板２６が試料の搬送を阻害しないように嵌め
こまれている。

発砲スチロールはマイクロ波透過率が非常に高い材料で
ある。なお、アクリル板もマイクロ波透過率が高いもの
であり、第１実施例では、特別に測定域を異なった材質
で構成しなかった。

板バネ２４が垂直方向と成す角θは２５度であり、駆動
バネ２７が水平方向と成す角θ′も２５度である。駆動
バネ２７は、図中矢印の方向へ往復運動し、その振幅は
６１１である。よって、トラフ２２０マイクロ波伝播路
方向への振幅は、５ｍｍｘｓｉｎ２５°　＃２．５璽１
である。

第２実施例においては、マイクロ波は、周波数２４ＧＨ
ｚ、波長約１２．５ｍであるから、トラフ２２の伝播路
方向の振幅２．５ｕは、前記波長の１／４未満の値とな
っている。よって、トラフ２２の振動がマイクロ波に与
える影響は、それほど強くない。

中空枠２３はロードセル２８にて支架されており、ロー
ドセル２８は、中空枠２３とともにトラフ１その他の部
材の全体重量を測定し、その結果を検出値処理装置１４
に送る。２９は試料の供給部である。

第２実施例では、試料によるマイクロ波の減衰量ととも
に試料の重量も測定しているため、試料が含有する水分
の量だけでなく、試料の含水率をも測定することが可能
であり、水分量を測定する場合には試料重量は測定精度
を高めるための補正因子とすることも可能である。ここ
では、第２実施例装置によって試料の含水率を測定する
方法について説明する。

トラフ２２を振動させるとともに、送信アンテナより２
４ＧＨｚのマイクロ波を発振し、供給部２９より試料を
供給する。マイクロ波は、トラフ２２上を流れる試料に
よって減衰され、受信アンテナ１７を介して受信器２０
に受信され、受信マイクロ波エネルギーは検出値ｍとし
て次々に検出値処理装置１４に送られる。ロードセル２
８は検出した重量を検出値Ｗとして次々に検出値処理装
置２１に送る。検出値処理装置１４では、これらの検出
値ｍ、ｗをそれぞれ一定時間蓄積し、それぞれの平均を
算出して測定値Ｍｌ、Ｗｌとする。一方、試料がトラフ
２２上に載っていない時の受信マイクロ波エネルギーの
検出値の平均値、及び、ロードセル２８の検出値の平均
値は、第１実施例と同様の手順によって、それぞれ基準
値ＭＯ，ＷＯとして、検出値処理装置２１に記憶されて
いる。そして、検出値処理装置２１内では、これら値（
ＭＯ，Ｍｌ、ＷＯ，Ｗｌ）と含水率の関係式から、試料
の含水率を算出する。

この関係式の一例として下式があげられる。

含水率＝ａ＊　（ＭＯ−Ｍｌ）／　（Ｗｌ　−ＷＯ）＋
ｂ ただし、ａ、ｂは実験によって求まる定数である。

〔発明の効果〕

本発明のマイクロ波による水分測定装置によれば、トラ
フ及び試料が振動することによりマイクロ波が受ける影
響を極力さけることができるため、精度の高い試料の水
分測定が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は、本発明の第１実施例を示し、第１
図は一部破断側面、第２図は正面図、第３図はトラフの
振幅を説明するための簡略正面図である。第４図乃至第
６図は、本発明の第２実施例を示し、第４図は正面図、
第５図は一部断面図、第６図はトラフの平面図である。 第７図は実験装置、第８図は実験結果を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）送信アンテナと受信アンテナを対向させてマイク
   ロ波の伝播路を形成し、この伝播路途中に測定域に当た
   る部分をマイクロ波透過率が高い素材で形成してなるト
   ラフを配し、このトラフを振動して試料を搬送しつつ試
   料によるマイクロ波の減衰量を測定する装置において、
   トラフの伝播路方向の振幅を、伝播するマイクロ波の波
   長の１／４未満にしたことを特徴とする、マイクロ波に
   よる水分測定装置。