JPH04506404A - 材料の誘電特性の測定に使用するためのポータブル装置 - 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】 材料の誘電特性の測定に使用するためのポータプル装置あ 本発明は、材料の誘電特性の測定に使用するためのポータプル装置に係わり、特 に、材料の含水量の測定と、−匹まるごとの魚の含水量と脂肪含量の測定とに使 用するためのポータプル装置に係わる。含水量と脂肪含量が魚の様々な処１［７ Ｊ１工作業艮 （例えば魚の燻製）を左右するが故に、製品の含水量と脂肪含量の迅速な測定は 、水産物加工業における重要な問題である。

この点で、水産物加工業者は、最終製品の品質を評価するために魚の脂肪含量を 測定することを必要とする（中位の脂肪含量は、低い又は高い脂肪含量のどちら よりも良好な品質を表す）。

同じ理由から、養魚業者は、顧客に魚を販売する前に生魚の脂肪含量を評価する 必要がある〇 ニシンやその他の遠海魚のような魚の一匹まるごとの魚肉においては、水の割合 と脂肪の割合との間に直線関係があり（［Ｉｅｚ　ｓａｄ　Ｗｏｏｄ　ｓ　１１ １６５）　、従うて、この直線関係の範囲内で、水の割合と脂肪の割合のどちら か一方を測定することによって他方が決定されるいう点で、問題が幾分か容易化 される。そうした関係は、低密度である脂肪含量が正の浮力を生じさせる傾向が ある一方で、魚は債かな負の浮力の維持を生理学的に必要とするということに基 づいている。脂肪含量の変化は、魚が摂取する食物の入手可能性と繁殖サイクル といった季節的影響から生じる。

魚の含水量と脂肪含量の測定のための試験が存在するが、これらの試験の主要な 欠点は、脂肪が最初に魚から抽出されなければならず、その後で、この脂肪を溶 媒と混合してから、含水量と脂肪含量の測定のために化学的分析が使用されるが 故に、これらの試験が破壊的であるということである。こうした現行の方法は、 非常に時間が浪費されるという別の欠点も有し、更には、−匹まるごとの魚や生 きたままの魚に対しては使用できない。核磁気共鳴（１１１１）　も使用可能で あるが、そうした装置は高価であると共に、大きくて取り扱いにくい。

マイクロ波周波数領域においては、特に材料中の水の割合が大きい場合に、その 材料の誘電特性が水の誘電特性によって左右されるということが知られている（ １１＊ｄＨＮ他（１９７４）、　Ｊ　ＦｏｏｄＳｔｉ、　３９．６Ｂ−６３５） −従って、材料によるマイクロ波エネルギーの減衰によって、その材料の水分の 測定が可能になる。更に、食用肉の乳状液の脂肪含量と含水量とがマイクロ波範 囲の様々な誘電測定法によって測定可能であることが知られている［Ｏｈｌ■ｏ ａ他（１９７４）、Ｊ　Ｆｏｏｄ　Ｓｅｉ、３９．　１１５３−１１５６）。し かし、これらのデータの場合には、脂肪含量と含水量との間に相関関係が存在し ない。

更に、マイクロ波範囲内の全ての周波数において魚の含水量と複素誘電率の実数 部との間に良好な相関関係があるということが知られている（Ｅｅｌ　１９８９ ）。材料の融点特性を測定するための方法は数多くあるが、そうした方法の１つ が英国特許第Ｈ５４４７４号の主題である。この方法は、マイクロストリップセ ンサ又はストリップラインセンサのような公知の透過線の一形態の誘電検出特性 に基づいている。

しかし、材料の誘電特性のこうした公知の測定方法はどれも、大型で、取り扱い 難く、不便で、非ポータプルな装置を使用する。

従って、材料の誘電特性の測定に使用するための、特に、材料の含水量と、−匹 まるごとの魚又は生きたままの魚の含水量と脂肪含量との測定に使用するための 、便利で且つ使用が容易なポータプル装置が必要とされている。

本発明によって、材料の誘電特性の測定に使用するためのポ−タプル装置が提供 され、この装置は、アイソレータを介して方向性結合器に接続されたマイクロ波 源を有するマイクロ波回路を含み、この方向性結合器の第１の出力は基準検出器 と第１の前置増幅器とに接続され、その第２の出力は減衰器を経由してセンサに 接続され、このセンサの出力は信号検出器と第２の前置増幅器とに接続され、更 に前記装置が、前記第１の前置増幅器の出力と前記第２の前置増幅器の出力とが 接続された２つの増幅器と、前記２つの増幅器の各出力の比率の対数に比例した 出力を与える対数／比率デバイスとを含み、前記対数／比率デバイスからの出力 が、校正されて、試験対象の材料の特定の構成成分の含量を与える。

このマイクロ波回路は携帯プローブの中に収容され、一方、その装置の残り部分 と電池とスイッチ類は、プローブに接続された別のユニットに収容される。従っ て、この装置は可搬式であり、使用が容昌である。しかし、実験室での使用の場 合には、この装置は、使用可能な主電源から給電されるように部分変更されても よい。

前記対数／比率デバイスの出力は、上記装置の携帯部分内のデジタル電圧計に直 接送られることが好ましい。この装置は、試験対象の材料の特定の構成成分の含 量の示度を示すように予備校正されることが好ましい。魚の場合には、この特定 の構成成分は水であることが好ましいが、脂肪であってもよく、又は、構成成分 がその材料自体の誘電特性に影響するいずれの材料中のいずれの構成成分であっ てもよい。

本発明の装置に使用されるセンサは様々な形状であってよい。

英国特許第Ｈ５４４７４号に開示されているように、マイクロストリップセンサ 又はストリップラインセンサが使用されることが好ましい。この代わりに、反射 計モードで開放形同軸線に信号を送る方向性結合器又はサーキエレータが使用可 能である。

マイクロ波源は、いずれの達切な低電流ドレインマイクロ波源であってもよいが 、ガンダイオードが好ましい。

マイクロ波回路は個別のコンポーネントで組み立てられてもよいし、この代わり に、全てのコンポーネントを１つの基板上に有するストリップラインから作られ てもよい。

本発明の装置は、例えば校正方程式を記憶することや、予め決められた数の示度 を平均するための方策を与えることというた幾つかの動作を行うためのマイクロ プロセッサを備えることが好ましい。この後者の機能は、例えばバッチ毎の魚の 平均脂肪含量を評価することを可能にするだろう。

本発明は、次のような添付図面を参照しながら、単なる非限定的な実施例として 以下で説明されるだろう。

図１は、本発明による装置のブロック回路図である。

図２は、ｆｆ１ｌの前置増幅器の回路図である。

図３は、ｌ！１１の対数／比率増幅器の回路図である。

［４は、本発明で使用されるストリップラインセンサの断面側面図である。

！！ｆｆ５は、−匹まるごとの魚の誘電特性を検査するために使用される本発明 による装置を示す。

図１に示されるように、材料の誘電特性の測定に使用するための装置は、アイソ レータ１２を経由して方向性結合器１４に接続されたマイクロ波１［１０（好ま しくはガンダイオード）を有する、電力の揮入損失又は減衰を測定するマイクロ 波回路を備える。

方向性結合器１４の一方の出力１６は基準検出器１８に接続され、その他方の出 力２Ｇは減衰器２２を経由してストリップラインセンサ２４に接続され、ストリ ップラインセンサ２４の出力が信号検出器２６に接続される。基準検出器１８の 出力が、低利得電圧フォロワータイプ前置増幅器（ｌｏｗ　１＊ｉｎ　ｔｏ目Ｂ ｓ　ｆｏｌｌｏｖｅｒ’１７ｐｅ　ｐｒ＊−ｓｍｐｌＨｉｅｒ）２ｇに接続され 、信号検出器２６の出力が、低利得電圧フォロワータイプ前置増幅器３０に接続 される（図２の回路図）。

これらの前置増幅器２８．３０は更に別々に増幅器３２．３４に接続される。そ の後で、増幅器３２．３４の出力が対数／比率増幅器３８（図３の回路図）に接 続される。対数／比率増幅器３８の出力はディジタル電圧計３６に直接送り込ま れる。図１の四角形の中の区域は、携帯用プローブの中に収容される装置部分で ある。その装置の残り部分と電池とスイッチＩＩ（図示されていない）は、多芯 ケーブルによってプローブに接続された分離ユニットに収容される。

ストリップラインセンサ２４が図４に示され、このセンサ２４は、ベースプレー ト４０と基板４２とストリップ導体４３とを有するマイクロストリップ片から成 る。好ましくはポリテトラフルオロエチレン（ｐＨｅ）材料の保護層４４が、ス トリップ４４の表面上に直接固定される。基板４２は、誘電率が１０で且つ非常 に低損失であるｐＨｅとセラミックとの混合物で作られることが好ましい。スト リップラインから同・軸線４６への移行部分を有するセンサが示されており、こ の移行部分は、同軸線ジャック型コネクタ４６の中心導体４７を基板４２を通し て送り込み、ストリップ４４の表面に４８においてはんだ付けすることによって 作られる。このストリップラインセンサでは、平らな表面５０が検査対象の材料 に対して向けられる。

図５は動作中の装置を示している。使用時には、センサ２４が、検査対象の材料 の上部表面上に直接置かれ、ガンダイオード１Ｇのスイッチが入れられる。ガン ダイオード！Ｇからの電力がアイソレータ１２を経由して１ＯｄＢ方向性結合器 １４に送り込まれる。このアイソレータの目的は、何らかの反射電力がガンダイ オードの動作を妨害することを防止することである。方向性結合器は１Ｇｄｌｌ の出力を基準検出器１８に送り込む。電力の大部分は１０ｄＢ減衰器２２を遥し てストリップラインセンサ２４に送り込まれる。減衰器２２は、基準アーム内の レベルに匹敵するレベルに電力を低下させる。更には、このレベルは、数ミリワ ットの入力電力を与えられた検出器の自乗検波動作を確実なものにするのに十分 なだけ低い。これは、センサ内の様々な不整合から生じる反射出力がガンダイオ ード１Ｇと方向性結合器１４の両方に与える影響も低減させる。センサのインピ ーダンスの明らかな不整合とは別に、同輪線からストリップラインへの移行部分 から生じる反射もあり、この反射を完全に取り除くことは困難である。セン特表 平４−５０６４０４　（４） す２４を通過した後、残留電力が別の信号検出器２６によって検出される。

ガンダイオード１０は−７，５ｖの供給電圧を用いてｌ０ＧＨ！で発振させられ 、約１０ｍＷの電力を送り出す。このためにパワーサプライから引き出される電 流は約２００謳Ａであり、従って、電池エネルギと電池寿命を浪費しないために 、ガンダイオードｕは測定持続時間の間だけスイッチを入れられる。従って、ガ ンダイオードｌｆｌが熱平衡に達しないが故に、周波数と出方電力との両方が幾 分かは時間の変化に応じて変化することだろう。この経時変化の故に、信号検出 器内の電力と基準検出器内の電力との比率を常に測定することによって、基準検 出器１８の数値が表示される。従うで、この過渡動作の間の電力レベルは重要で はない。

生じる周波数シフトは十分に小さいため、周波数に応じて生じる可能性がある個 々の構成要素のいずれの変化も無視することが可能である。構成要素の全てが、 かなりの広帯域特性（８〜１２ＧＨりを有する。上記のシステムはこの特定の周 波数範囲（Ｘ帯）内で動作するが、このシステムはどんなマイクロ波周波数でも 働くように作られることが可能である。用途によっては実際、１〜２　ＧＨｓで の測定を行うことがより適切だろう。

基準検出器１８からの出力は約１００ｍＶであり、一方、信号検出器２６からの 出力は、センサ２４内での損失に応じて１００μＶ〜１００■Ｖの範囲内である 。これらの２つの直流信号は、各々に低利得電圧フォロワータイプ前置増幅器２ ８．３０に送り込まれる。

その後で、増幅された２つの信号が、更に別の増幅段３２．３４を経由して対数 ／比率デバイス３８に送り込まれ、この対数／比率デバイスが、これら２つの信 号の比率の対数に比例した出力を与える。この出力信号は、これらの信号のデシ ベル比に比例しており、測定されるべき材料構成成分の含量に対して校正される ・この場合には、測定されるべき構成成分は魚の脂肪含量又は含水量だろう。こ の出力信号は、プローブの携帯部分に収容されたディジタル電圧計３６に送り込 まれる。ディジタル電圧計３６は、測定されるべき構成成分の含量を表示するだ ろう。本発明の装置は、特定の構成成分を測定するために予備校正されることが 好ましい。例えば、ニシンの脂肪含量を測定するための校正の場合には、次の方 程式が、マイクロ波減衰＾と脂肪含量Ｆとの関係を表し、 ＩｏＭ、（Ｆ）雪５−ｂＡ 前式中で＊　＝５．０５ 本発明の装置は、校正方程式を記憶することと、予め決められた数の示度を平均 するための方策を与えることといった幾つかの動作を行うためのマイクロプロセ ッサ（図示されていない）を含む。この後者の機能によって、例えばバッチ毎の 魚の平均脂肪含量の推定が可能になる。

本発明の装置の使用は魚だけに限定されているのではない。

実際に、セメントやスラリのような液体を含むどんな材料も、その含水量に関し て検査されることが可能である。更に、前述のように、魚の脂肪含量と含水量と の間に直線関係があるが故に、魚の場合には、測定される構成成分は水だけに限 定されず、脂肪も測定されることが可能である。これに加えて、特定の構成成分 によって誘電特性が左右されるあらゆる材料に関して、その材料中の当該構成成 分の量が測定可能である。

上記のように、材料の誘電特性の測定のための、特に−匹まるごとの魚又は生き たままの魚をその脂肪含量に関して検査するための装置が説明されてきたが、こ の装置は主電源で駆動可能であり又は可搬式であることも可能であり、便利で使 用が容易である。

補正書の写しく翻訳文）提出書（特許法＊　１ｇ４条の８）平成３年１２月２６ 日圏

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. １．材料の誘電特性の測定に使用するためのポータブル装置であって、アイソレ ータを介して方向性結合器に接続されたマイクロ波源を有するマイクロ波回路を 含み、前記方向性結合器の第１の出力が基準検出器と第１の前置増幅器とに接続 され、その第２の出力が減衰器を経由してセンサに接続され、前記センサの出力 が信号検出器と第２の前置増幅器とに接続され、更に前記装置が、前記第１の前 置増幅器の出力と前記第２の前置増幅器の出力とが接続された２つの増幅器と、 前記２つの増幅器の各出力の比率の対数に比例した出力を与える対数／比率デバ イスとを含み、前記対数／比率デバイスの出力が、校正されて、検査対象の材料 の特定の構成成分の含量を与えるポータブル装置。
2. ２．前記マイクロ波回路が携帯プローブ内に収容される請求項１に記載のポータ ブル装置。
3. ３．前記装置を駆動する電池も更に含む請求項１又は２に記載のポータブル装置 。
4. ４．主電源によって駆動されるように作られた請求項１又は２に記載のポータブ ル装置。
5. ５．前記対数／比率デバイスの出力が、前記携帯プローブ内に収容されたディジ タル電圧計に直接送り込まれる請求項１〜４のいずれかに記載のポータブル装置 。
6. ６．前記センサがストリップラインセンサである請求項１〜５のいずれかに記載 のポータブル装置。
7. ７．前記センサが方向性結合器である請求項１〜５のいずれか一項に記載のポー タブル装置。
8. ８．前記センサがサーキュレータである請求項１〜５のいずれか一項に記載のポ ータブル装置。
9. ９．前記マイクロ波源がガンダイオードである請求項１〜８のいずれかに記載の ポータブル装置。
10. １０．前記マイクロ波回路は、全てのコンポーネントが１つの基板上に備えられ たストリップラインから作られる請求項１〜９のいずれかに記載のポータブル装 置。
11. １１．マイクロプロセッサも含む請求項１〜１０のいずれかに記載のポータブル 装置。
12. １２．前記マイクロプロセッサが、校正方程式を記憶する請求項１１に記載のポ ータブル装置。
13. １３．前記マイクロプロセッサが、予め決められた数の示度を平均する方策を備 える請求項１１に記載のポータブル装置。
14. １４．前記構成成分が、誘電特性を左右する構成成分を含むるあらゆる材料中の 構成成分のいずれかである請求項１〜１３のいずれかに記載のポータブル装置。
15. １５．前記構成成分が水である請求項１〜１４のいずれかに記載のポータブル装 置。
16. １６．魚の脂肪含量が測定される請求項１〜１５のいずれかに記載のポータブル 装置。
17. １７．添付図面を参照して本書で説明されるものと概ね同一のポータブル装置。