JPH05264474A - 水分量測定装置 - Google Patents
水分量測定装置Info
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- JPH05264474A JPH05264474A JP9178792A JP9178792A JPH05264474A JP H05264474 A JPH05264474 A JP H05264474A JP 9178792 A JP9178792 A JP 9178792A JP 9178792 A JP9178792 A JP 9178792A JP H05264474 A JPH05264474 A JP H05264474A
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- resonator
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 放射性同位元素を使用せず、被測定物の内部
の水分量も測定可能な、測定感度が高い水分量測定装置
を提供すること。 【構成】 この水分量測定装置は、金属製の中心円柱(1
2)とその外側円柱面にスリット(14)を設けた外側円柱(1
3)とを有する円柱状のマイクロ波同軸型空洞共振器(1)
からなり、その一方の端面には送信アンテナ(10)と受信
アンテナ(11)とが設けられている。外側円柱(13)の他方
の端面は、何も設けられていない平板からなる壁であ
る。スリット(14)は、一定限度までは大きい方が測定の
精度は向上するが、過度に大きくなると共振が発生しな
くなる。スリット(14)は、同軸型共振器(1)内で共振す
るマイクロ波の腹の位置に設けられる。生コンクリート
等の様にスリット(14)から同軸型共振器(1)内に侵入し
てしまう恐れのある被測定物の水分量を測定する場合に
は、同軸型共振器(1)をテフロン製の保護容器(15)に収
納してから被測定物内に埋め込む。保護容器(15)の送信
アンテナと受信アンテナが設けられていない方の端は、
その先端を尖らせてある。
の水分量も測定可能な、測定感度が高い水分量測定装置
を提供すること。 【構成】 この水分量測定装置は、金属製の中心円柱(1
2)とその外側円柱面にスリット(14)を設けた外側円柱(1
3)とを有する円柱状のマイクロ波同軸型空洞共振器(1)
からなり、その一方の端面には送信アンテナ(10)と受信
アンテナ(11)とが設けられている。外側円柱(13)の他方
の端面は、何も設けられていない平板からなる壁であ
る。スリット(14)は、一定限度までは大きい方が測定の
精度は向上するが、過度に大きくなると共振が発生しな
くなる。スリット(14)は、同軸型共振器(1)内で共振す
るマイクロ波の腹の位置に設けられる。生コンクリート
等の様にスリット(14)から同軸型共振器(1)内に侵入し
てしまう恐れのある被測定物の水分量を測定する場合に
は、同軸型共振器(1)をテフロン製の保護容器(15)に収
納してから被測定物内に埋め込む。保護容器(15)の送信
アンテナと受信アンテナが設けられていない方の端は、
その先端を尖らせてある。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、生コンクリート、砂、
穀物、メリケン粉等に含まれる水分量を瞬時にかつ簡便
に測定することを可能とした水分量測定装置に関する。
穀物、メリケン粉等に含まれる水分量を瞬時にかつ簡便
に測定することを可能とした水分量測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】コンクリートの強度を望ましいものとす
るためには、生コンクリートの状態の水分量を正確に保
持して置くことが重要である。従来、生コンクリートや
砂等の水分量を測定するには、放射性同位元素から放出
される中性子を生コンクリート等に照射し、水分中の水
素原子との衝突により失われる中性子のエネルギ量を測
定することによって、水分量を測定していた。
るためには、生コンクリートの状態の水分量を正確に保
持して置くことが重要である。従来、生コンクリートや
砂等の水分量を測定するには、放射性同位元素から放出
される中性子を生コンクリート等に照射し、水分中の水
素原子との衝突により失われる中性子のエネルギ量を測
定することによって、水分量を測定していた。
【０００３】又、穀物、メリケン粉等の含有水分量の測
定には、反射型二波長赤外線法とか、高周波水分計が使
用されている。
定には、反射型二波長赤外線法とか、高周波水分計が使
用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、中性子
を使用する従来の水分量測定方法は、放射性同位元素を
使用するので、鉛の厚い板で被測定物を囲む等の人体に
対する充分な危険防止手段を講じなければならず、測定
装置の重量・容積とも過大となり、その取扱が極めて面
倒であると言う問題を有していた。
を使用する従来の水分量測定方法は、放射性同位元素を
使用するので、鉛の厚い板で被測定物を囲む等の人体に
対する充分な危険防止手段を講じなければならず、測定
装置の重量・容積とも過大となり、その取扱が極めて面
倒であると言う問題を有していた。
【０００５】一方、反射型二波長赤外線法は、被測定物
の表面部分の水分量しか測定できないと言う問題を有
し、高周波水分計は、その測定感度が低くまた被測定物
の内部の水分量は測定不可能であると言う問題を有して
いる。
の表面部分の水分量しか測定できないと言う問題を有
し、高周波水分計は、その測定感度が低くまた被測定物
の内部の水分量は測定不可能であると言う問題を有して
いる。
【０００６】
【課題を解決するための手段及び作用】本発明の目的
は、これらの課題を解決するための新規な水分量測定装
置を提案する事にある。
は、これらの課題を解決するための新規な水分量測定装
置を提案する事にある。
【０００７】本発明は、マイクロ波発生手段と、マイク
ロ波検知手段と、前記マイクロ波発生手段に接続されて
いる送信アンテナと前記マイクロ波検知手段に接続され
ている受信アンテナとを備えかつ被測定物中に埋置させ
た同軸型空洞共振器とからなる水分量測定装置に於て、
前記共振器の中心軸に対し略々垂直なスリットが少なく
とも一個外側壁に設けられていて、当該スリットから漏
洩するマイクロ波が前記被測定物に作用しこれにより前
記共振器の共振状態が変化するように構成されている事
を特徴とする水分量測定装置を提供することにより前記
問題点を解決したものである。同軸型空洞共振器を被測
定物の内部に挿入し、その共振器の送信アンテナにマイ
クロ波を与えて共振器内でマイクロ波を共振させると、
その一部が同軸型共振器のスリットからその周囲の被測
定物に漏洩して、被測定物の物性量（主に水分量）の影
響を受けて、共振器内のマイクロ波の共振状態が変化す
る。この共振状態の変化から被測定物の水分量を測定す
ることが出来る。
ロ波検知手段と、前記マイクロ波発生手段に接続されて
いる送信アンテナと前記マイクロ波検知手段に接続され
ている受信アンテナとを備えかつ被測定物中に埋置させ
た同軸型空洞共振器とからなる水分量測定装置に於て、
前記共振器の中心軸に対し略々垂直なスリットが少なく
とも一個外側壁に設けられていて、当該スリットから漏
洩するマイクロ波が前記被測定物に作用しこれにより前
記共振器の共振状態が変化するように構成されている事
を特徴とする水分量測定装置を提供することにより前記
問題点を解決したものである。同軸型空洞共振器を被測
定物の内部に挿入し、その共振器の送信アンテナにマイ
クロ波を与えて共振器内でマイクロ波を共振させると、
その一部が同軸型共振器のスリットからその周囲の被測
定物に漏洩して、被測定物の物性量（主に水分量）の影
響を受けて、共振器内のマイクロ波の共振状態が変化す
る。この共振状態の変化から被測定物の水分量を測定す
ることが出来る。
【０００８】当該共振器の合成樹脂の容器の一方の端を
尖らせた事を特徴とする水分量測定装置の場合には、当
該共振器を被測定物内に埋め込ませるのが容易である。
尖らせた事を特徴とする水分量測定装置の場合には、当
該共振器を被測定物内に埋め込ませるのが容易である。
【０００９】前記送信アンテナと前記受信アンテナと
を、前記共振器の中心軸に対し垂直な面に設けた場合に
は、送信アンテナと受信アンテナとを他の位置に設けた
同軸型空洞共振器に比べその測定感度が大きい。
を、前記共振器の中心軸に対し垂直な面に設けた場合に
は、送信アンテナと受信アンテナとを他の位置に設けた
同軸型空洞共振器に比べその測定感度が大きい。
【００１０】前記同軸型空洞共振器を合成樹脂の容器に
収納した水分量測定装置は、流動体が共振器のスリット
から共振器内部に侵入する事を防止する事が出来ること
から生コンクリート等の流動体の水分量の測定に適して
いる。
収納した水分量測定装置は、流動体が共振器のスリット
から共振器内部に侵入する事を防止する事が出来ること
から生コンクリート等の流動体の水分量の測定に適して
いる。
【００１１】本発明の水分量測定装置は、従来、安全
で、簡便で且つ正確な測定方法が皆無であった生コンク
リートの水分量の測定に特に適している。
で、簡便で且つ正確な測定方法が皆無であった生コンク
リートの水分量の測定に特に適している。
【００１２】
【実施例】図1は、本発明の同軸型共振器1を示す。これ
は金属製の中心円柱12と外側円柱13とを有し、その外側
円柱面にスリット14を設け、その一方の端面に送信アン
テナ10と受信アンテナ11とを設けた円柱状のマイクロ波
同軸型共振器である。外側円柱13の他方の端面は、何も
設けられていない平板からなる壁である。中心円柱12の
直径は10mmで、外側円柱の内径は20mmで、長さは50mmで
ある。スリット14の大きさは、円周方向の幅が20mmで円
筒軸方向の長さが10mmである。スリット14は、一定限度
までは大きい方が測定の精度は向上するが、過度に大き
くなると共振が発生しなくなる。図1の同軸型共振器1の
場合、スリット14は一個しか設けられていないが、これ
は複数個設けても良い。スリット14は、同軸型共振器1
内で共振するマイクロ波の腹の位置に設けるのが望まし
い。生コンクリート等の様にスリット14から同軸型共振
器1内に侵入してしまう恐れのある被測定物の水分量を
測定する場合には、同軸型共振器1をテフロン製の保護
容器15に収納してから被測定物内に埋め込む。保護容器
15の送信アンテナと受信アンテナが設けられていない方
の端は、その先端を尖らせてある。これにより、測定時
にこの同軸型空洞共振器を被測定物に埋め込む事が容易
となる。送信アンテナ10と受信アンテナ11は外側円柱13
の外周に設けても良いが、この場合は、それらを図1に
示す場所に設けた状態よりも測定精度が低くなる。更
に、それらのアンテナが外側円柱から突起しているため
にこの同軸型共振器1を被測定物に埋め込む事が困難に
なる成ると言う問題もある。
は金属製の中心円柱12と外側円柱13とを有し、その外側
円柱面にスリット14を設け、その一方の端面に送信アン
テナ10と受信アンテナ11とを設けた円柱状のマイクロ波
同軸型共振器である。外側円柱13の他方の端面は、何も
設けられていない平板からなる壁である。中心円柱12の
直径は10mmで、外側円柱の内径は20mmで、長さは50mmで
ある。スリット14の大きさは、円周方向の幅が20mmで円
筒軸方向の長さが10mmである。スリット14は、一定限度
までは大きい方が測定の精度は向上するが、過度に大き
くなると共振が発生しなくなる。図1の同軸型共振器1の
場合、スリット14は一個しか設けられていないが、これ
は複数個設けても良い。スリット14は、同軸型共振器1
内で共振するマイクロ波の腹の位置に設けるのが望まし
い。生コンクリート等の様にスリット14から同軸型共振
器1内に侵入してしまう恐れのある被測定物の水分量を
測定する場合には、同軸型共振器1をテフロン製の保護
容器15に収納してから被測定物内に埋め込む。保護容器
15の送信アンテナと受信アンテナが設けられていない方
の端は、その先端を尖らせてある。これにより、測定時
にこの同軸型空洞共振器を被測定物に埋め込む事が容易
となる。送信アンテナ10と受信アンテナ11は外側円柱13
の外周に設けても良いが、この場合は、それらを図1に
示す場所に設けた状態よりも測定精度が低くなる。更
に、それらのアンテナが外側円柱から突起しているため
にこの同軸型共振器1を被測定物に埋め込む事が困難に
なる成ると言う問題もある。
【００１３】図2は、図1の同軸型共振器1を動作させる
ための回路図を示している。コンピュータ8のコントロ
ール信号は、D/Aコンバータ5によってアナログ信号に変
換され、電圧同調発振器(VCO)4の制御端子に加えられ
る。この制御端子に加える制御電圧を変化させることに
より電圧同調発振器(VCO)4のチューニング変化してが所
定範囲のマイクロ波が掃引される。電圧同調発振器4か
らのマイクロ波は、アイソレータ3を介して同軸共振器1
の送信アンテナ10に与えられ、同軸共振器1内にはマイ
クロ波の共振状態が発生する。掃引されるマイクロ波の
周波数帯域は、2.4〜3.5GHzである。受信アンテナ11か
らディテクタ6によって検出された同軸型共振器1のマイ
クロ波共振特性は、A/Dコンバータ7によってディジタル
信号に変換されてコンピュータ8に与えられる。同軸型
共振器1に与えられるマイクロ波が方向性結合器9から検
出器17によって検出され、A/Dコンバータ15に与えられ
る。コンピュータ8に接続されているプリンタ9によっ
て、マイクロ波共振特性が画かれる。
ための回路図を示している。コンピュータ8のコントロ
ール信号は、D/Aコンバータ5によってアナログ信号に変
換され、電圧同調発振器(VCO)4の制御端子に加えられ
る。この制御端子に加える制御電圧を変化させることに
より電圧同調発振器(VCO)4のチューニング変化してが所
定範囲のマイクロ波が掃引される。電圧同調発振器4か
らのマイクロ波は、アイソレータ3を介して同軸共振器1
の送信アンテナ10に与えられ、同軸共振器1内にはマイ
クロ波の共振状態が発生する。掃引されるマイクロ波の
周波数帯域は、2.4〜3.5GHzである。受信アンテナ11か
らディテクタ6によって検出された同軸型共振器1のマイ
クロ波共振特性は、A/Dコンバータ7によってディジタル
信号に変換されてコンピュータ8に与えられる。同軸型
共振器1に与えられるマイクロ波が方向性結合器9から検
出器17によって検出され、A/Dコンバータ15に与えられ
る。コンピュータ8に接続されているプリンタ9によっ
て、マイクロ波共振特性が画かれる。
【００１４】図3により、本発明の水分量測定装置によ
る水分量の測定原理を説明する。先ず、同軸型共振器の
スリット14に何も存在しない場合の共振特性を測定す
る。この時の共振特性曲線Iの周波数はf1で、共振ピー
ク電圧はV1であるとする。次に、同軸型共振器のスリッ
ト14を被測定材料の測定しようとする部位に当てて共振
特性を測定する。この場合、スリット14からリークした
マイクロ波は被測定材料により吸収されるので、その吸
収特性は図3の曲線IIの様になる。この曲線IIの共振周
波数をf2、共振ピーク電圧をV2とする。被測定材料の水
分量と単位体積当りの重量を、各々、xおよびyとする
と、共振周波数のシフト量Vt=f2-f1および共振ピーク電
圧のシフト量V0=V1-V2とx,yとの関係は次式のようにな
る。 Vt = ax + by (1) V0 = cx + dy (2) 水分量と単位体積当りの重量が既知の被測定材料につい
て、VtおよびV0を測定する事によって、定数a, b, c, d
を決める事が出来る。この様にして定数の決まった方程
式(1), (2)によって、重量および水分量が未知の被測定
材料について測定した共振周波数のシフト量Vtおよび共
振ピーク電圧のシフト量V0から、当該被測定材料の水分
量xと重量yを得ることが出来る。
る水分量の測定原理を説明する。先ず、同軸型共振器の
スリット14に何も存在しない場合の共振特性を測定す
る。この時の共振特性曲線Iの周波数はf1で、共振ピー
ク電圧はV1であるとする。次に、同軸型共振器のスリッ
ト14を被測定材料の測定しようとする部位に当てて共振
特性を測定する。この場合、スリット14からリークした
マイクロ波は被測定材料により吸収されるので、その吸
収特性は図3の曲線IIの様になる。この曲線IIの共振周
波数をf2、共振ピーク電圧をV2とする。被測定材料の水
分量と単位体積当りの重量を、各々、xおよびyとする
と、共振周波数のシフト量Vt=f2-f1および共振ピーク電
圧のシフト量V0=V1-V2とx,yとの関係は次式のようにな
る。 Vt = ax + by (1) V0 = cx + dy (2) 水分量と単位体積当りの重量が既知の被測定材料につい
て、VtおよびV0を測定する事によって、定数a, b, c, d
を決める事が出来る。この様にして定数の決まった方程
式(1), (2)によって、重量および水分量が未知の被測定
材料について測定した共振周波数のシフト量Vtおよび共
振ピーク電圧のシフト量V0から、当該被測定材料の水分
量xと重量yを得ることが出来る。
【００１５】本発明の水分量測定装置を用いて実際に得
られた生コンクリートの水分量についての測定結果を図
4に基づいて説明する。曲線aは、生コンクリートが存在
しない場合（つまり空気中）の、曲線b,c,d及びeは、各
々、0.2%, 3.2%, 6.7%及び10.0%の水分量を含む生コン
クリート内に同軸型共振器1を埋置させた場合のマイク
ロ波の共振特性を示す。曲線aは、同軸型共振器1のスリ
ット14の外側には空気しか存在しない状態で測定した共
振特性であるが、この曲線の共振周波数は、2.9GHzであ
る。図4によると、生コンクリートに含まれる水分量が
増大するに連れて、曲線aから曲線eへと共振ピーク値が
減少しかつ共振周波数が低周波数側にシフトして行くこ
とが判る。この事から、予め被測定材料の含有水分量と
マイクロ波の共振特性との関係を測定しておけば、水分
量が未知の被測定材料のマイクロ波の共振特性を測定す
ることにより、その含有水分量を瞬時に得ることが可能
であることが判る。しかも、本発明の水分量測定装置に
よると0.2%もの精度で生コンクリートの含有水分量を測
定することが出来る。
られた生コンクリートの水分量についての測定結果を図
4に基づいて説明する。曲線aは、生コンクリートが存在
しない場合（つまり空気中）の、曲線b,c,d及びeは、各
々、0.2%, 3.2%, 6.7%及び10.0%の水分量を含む生コン
クリート内に同軸型共振器1を埋置させた場合のマイク
ロ波の共振特性を示す。曲線aは、同軸型共振器1のスリ
ット14の外側には空気しか存在しない状態で測定した共
振特性であるが、この曲線の共振周波数は、2.9GHzであ
る。図4によると、生コンクリートに含まれる水分量が
増大するに連れて、曲線aから曲線eへと共振ピーク値が
減少しかつ共振周波数が低周波数側にシフトして行くこ
とが判る。この事から、予め被測定材料の含有水分量と
マイクロ波の共振特性との関係を測定しておけば、水分
量が未知の被測定材料のマイクロ波の共振特性を測定す
ることにより、その含有水分量を瞬時に得ることが可能
であることが判る。しかも、本発明の水分量測定装置に
よると0.2%もの精度で生コンクリートの含有水分量を測
定することが出来る。
【００１６】
【本発明の効果】本発明の水分量測定装置によると、従
来の様に危険な放射性同位元素を用いずに、安全に、簡
便に且つ正確に生コンクリート等の被測定物の水分量を
測定することが出来る。又、従来の二波長赤外線反射法
による水分量測定法が被測定物の内部の水分量が測定不
可能であったのとは異なり、被測定物の内部の水分量を
正確に測定することが出来る。
来の様に危険な放射性同位元素を用いずに、安全に、簡
便に且つ正確に生コンクリート等の被測定物の水分量を
測定することが出来る。又、従来の二波長赤外線反射法
による水分量測定法が被測定物の内部の水分量が測定不
可能であったのとは異なり、被測定物の内部の水分量を
正確に測定することが出来る。
【図１】 本発明の水分量測定装置に使用される同軸型
共振器を示す。
共振器を示す。
【図２】 本発明の水分量測定装置の回路構成図を示
す。
す。
【図３】 本発明の水分量測定装置の測定原理を示す。
【図４】 本発明の水分量測定装置による生コンクリー
トの水分量の測定結果を示す。
トの水分量の測定結果を示す。
1 同軸型空洞共振器 2 被測定物 3 アイソレータ 4 電圧制御発振器 5 D/Aコンバータ 6 ディテクタ 7 A/Dコンバータ 8 コンピュータ 9 プリンタ 10 送信アンテナ 11 受信アンテナ 12 中心柱 13 外側面 14 スリット 15 保護容器
Claims (5)
- 【請求項１】マイクロ波発生手段と、マイクロ波検知手
段と、前記マイクロ波発生手段に接続されている送信ア
ンテナと前記マイクロ波検知手段に接続されている受信
アンテナとを備えかつ被測定物中に埋置させた同軸型空
洞共振器とからなる水分量測定装置に於て、前記共振器
の中心軸に対し略々垂直なスリットが少なくとも一個外
側壁に設けられていて、当該スリットから漏洩するマイ
クロ波が前記被測定物に作用しこれにより前記共振器の
共振状態が変化するように構成されている事を特徴とす
る水分量測定装置。 - 【請求項２】前記送信アンテナと前記受信アンテナと
を、前記共振器の中心軸に対し垂直な面に設けた事を特
徴とする請求項１又は２に記載の水分量測定装置。 - 【請求項３】前記共振器を合成樹脂の容器に収納した事
を特徴とする前記請求項の何れかに記載の水分量測定装
置。 - 【請求項４】前記合成樹脂の容器の一方の端を尖らせた
事を特徴とする請求項３に記載の水分量測定装置。 - 【請求項５】前記被測定物が生コンクリートである事を
特徴とする前記請求項の何れかに記載の水分量測定装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9178792A JPH05264474A (ja) | 1992-03-17 | 1992-03-17 | 水分量測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9178792A JPH05264474A (ja) | 1992-03-17 | 1992-03-17 | 水分量測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05264474A true JPH05264474A (ja) | 1993-10-12 |
Family
ID=14036318
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9178792A Pending JPH05264474A (ja) | 1992-03-17 | 1992-03-17 | 水分量測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05264474A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004003500A1 (en) * | 2002-07-01 | 2004-01-08 | University Of Manitoba | Measuring strain in a structure (bridge) with a (temperature compensated) electromagnetic resonator (microwave cavity) |
| US7441463B2 (en) | 2005-09-23 | 2008-10-28 | University Of Manitoba | Sensing system based on multiple resonant electromagnetic cavities |
| JP2017044520A (ja) * | 2015-08-25 | 2017-03-02 | 王子ホールディングス株式会社 | 粉体中の水分率測定装置および方法 |
-
1992
- 1992-03-17 JP JP9178792A patent/JPH05264474A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004003500A1 (en) * | 2002-07-01 | 2004-01-08 | University Of Manitoba | Measuring strain in a structure (bridge) with a (temperature compensated) electromagnetic resonator (microwave cavity) |
| US7347101B2 (en) | 2002-07-01 | 2008-03-25 | University Of Manitoba | Measuring strain in a structure using a sensor having an electromagnetic resonator |
| US7441463B2 (en) | 2005-09-23 | 2008-10-28 | University Of Manitoba | Sensing system based on multiple resonant electromagnetic cavities |
| JP2017044520A (ja) * | 2015-08-25 | 2017-03-02 | 王子ホールディングス株式会社 | 粉体中の水分率測定装置および方法 |
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