JPH06160306A - マイクロ波を用いた水分計測方法及びその装置 - Google Patents

マイクロ波を用いた水分計測方法及びその装置

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JPH06160306A
JPH06160306A JP33521592A JP33521592A JPH06160306A JP H06160306 A JPH06160306 A JP H06160306A JP 33521592 A JP33521592 A JP 33521592A JP 33521592 A JP33521592 A JP 33521592A JP H06160306 A JPH06160306 A JP H06160306A
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SAIKA GIJUTSU KENKYUSHO
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 米や麦などの各種物品の含水率を、マイクロ
波を用いて非破壊で、簡単かつ連続的に計測する。 【構成】 被検体の流下筒3の側面に、マイクロ波通過
口6があり、その外にドップラー形式の、マイクロ波の
送受波器1が位置する。送受波器1は駆動装置10によ
って、レール2上を移動する。送受波器1はマイクロ波
の発信器と受信器とが一体に組み込まれたドップラー形
式によるものである。送受波器1と、駆動装置10と
は、解析・表示装置15に信号連結されている。解析・
表示装置15は位置認識部16と、相対強度認識部17
と、演算処理部18と、表示部19とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は米や麦などの穀類、豆
類、タバコの葉などの各種物品に含まれている水分の
量、即ち含水率を非破壊で計測するための、マイクロ波
を用いた水分計測方法及びその装置に関する。
【0002】
【従来の技術】マイクロ波を用いた水分計は従来既に提
案されている。この水分計の計測方式は透過式であり、
水と、でんぷんなどの他の物質との比誘電率の差を利用
して計測するもので、被検体に向けてマイクロ波を発射
し、被検体を透過したマイクロ波を計測して、その透過
損失から含水量を割出す方式である。即ち、水は比誘電
率が高くて、マイクロ波の透過が悪いから、含水量の多
いものほど透過損失が多くなる原理を利用している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところが、前記従来の
マイクロ波の透過損失から含水率を求める方式には次の
ような問題がある。即ち、透過損失を求めるには透過し
たマイクロ波の絶対強度を計測することが必要である。
従って、計測精度を高めるには、先ず第1にマイクロ波
の発信器及び受信器が常に安定していることが必要であ
る。しかし、現在市販されているものはその安定性が悪
くて、温度ドリフトや経年劣化が大で、この結果、計測
誤差が大きくなり、充分な精度での含水率計測ができな
い。その上、被検体の個体誤差を無くし、平均的な計測
値を得る為には、計測容器に充分な量の被検体を入れて
計測しなければならず、計測装置が大掛かりとなる他、
連続計測が不可能で、例えば精米ラインなどへの組み込
みができない。
【0004】本発明はこのような点に鑑み、高精度の計
測が可能で、連続計測ができ、かつ、装置全体を小形化
できる水分計測方法と、その装置を提供せんとするもの
である。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の水分計測方法の
技術的手段は、被検体に向けて送受波器からマイクロ波
を発射し、被検体を透過したマイクロ波を、被検体の背
面に設けた反射面で反射させ、進入波と反射波との合成
により生じた定常波を送受波器で受信し、送受波器を走
査して定常波が最大となる位置を求め、その位置から被
検体の含水率を割出すことにある。
【0006】また、送受波器としては、マイクロ波の発
信器と受信器とが一体に組み込まれたドップラー形式の
ものを用いるのが好ましい。
【0007】更に、被検体を、筒内で一定状態で流下さ
せながら計測するようにしてもよい。
【0008】また、流下中の被検体の詰まり密度を同時
に計測して、この計測値によって含水率を補正すること
も可能である。
【0009】本発明の水分計測装置の技術的手段は、断
面が均一な金属製の流下筒と、流下筒の側面のマイクロ
波通過口の外側に設けられた送受波器と、送受送器の駆
動装置と、送受波器及び駆動装置に信号連結された解析
・表示装置とからなり、前記送受波器はマイクロ波の発
信器と受信器とが一体に組み込まれたドップラー形式に
よるものであり、送受波器はレール上に支持されていて
駆動装置によって往復移動させられるようになっている
ことにある。
【0010】
【作用】本発明では、送受波器から被検体に向けてマイ
クロ波を発射する。このマイクロ波は被検体を透過して
進むが、その際、マイクロ波は被検体の比誘電率に応じ
た影響を受け、波長が変る。即ち、含水率が高くて、比
誘電率の高い場合の方が波長が短くなる。
【0011】被検体を透過したマイクロ波は反射面に当
たって、反射する。そして、マイクロ波の進入波と反射
波とが合成し、定常波ができる。この定常波は送受波器
によって受信する。定常波の強度は受信位置によって異
なるので、送受波器を前後に走査して、定常波の強度が
最大となる位置を求める。定常波は進入波と反射波との
合成によって生じ、反射波の波長は被検体の含水率によ
って異なるから、当然に定常波も被検体の含水率によっ
て異なる。従って、定常波の最大となる位置を求めるこ
とにより、逆に被検体の含水率を知ることができるので
ある。
【0012】本発明では定常波の絶対強度を計測する必
要はなく、あくまでピークの位置をとらえればよいので
あり、相対強度を計測すれば足りる。絶対強度は温度な
どによる影響を受けるが、相対強度は他の要因の影響を
全く受けて変動してもピークの位置は変化しないので、
常に安定した計測ができ、計測精度の向上を図ることが
できる。
【0013】
【実施例】本発明の水分計測方法及びその装置を図面の
実施例について説明する。1はマイクロ波の送受波器
で、半導体マイクロ波発信器(ガンダイオード)と、半
導体マイクロ波受信器(ミキサー)とが一体に組み込ま
れたものである。この送受波器1はドップラー効果を利
用して計測するものであり、現在、自動車の速度計測に
多く用いられており、一般に市販されていて、入手は容
易である。使用するマイクロ波の波長(λ)は10〜1
00mm、好ましくは20〜40mm程度とするのがよ
い。
【0014】送受波器1はレール2上に支持され、駆動
装置10によって往復運動させられる。送受波器1は移
動しながら連続的にマイクロ波の発信と受信とを行い、
発射波と反射波との合成で生じた定常波がピークになる
位置(波の腹節の位置)を走査する。なお、送受波器1
の往復運動距離(走査距離)(L)はλ/2とする。即
ち入が30mmの場合は走査距離(L)は15mmとす
る。
【0015】3は被検体の流下筒で、断面が長方形のス
トレートの筒体であり、ほぼ垂直に設置され、内部が被
検体の流下路4となる。流下筒3の上部には、被検体を
一時貯留するホッパー5が取付けられている。被検体は
ホッパー5から自重によって流下筒3内を連続的に流下
する。
【0016】流下筒3の側面にマイクロ波通過口6が設
けられていて、この外側に送受波器1が位置する。通過
口6はマイクロ波が透過可能なプラスチック板などで遮
蔽されている。通過口6と対面する、流下筒3の内壁面
はマイクロ波の反射面7となる為、流下筒3の製造に際
しては、少なくともこの部分に金属板を用いるか、ある
いは金属板を貼り付ける必要がある。実施例では、流下
筒3の全体を金属製としている。
【0017】送受波器の駆動装置10において、11は
パルスモータ、12は回転板、13は連結ロッドであ
る。回転板12はパルスモータ11で回転させられ、こ
の回転板12には偏心位置にロッド13の一端が回転自
在に連結され、更にこのロッド13の他端は送受波器1
に回転自在に連結されている。従って、モータ11が回
転すると、送受波器1はレール2上で直線方向に往復運
動させられる。
【0018】流下路4の幅(W)、即ち、開口6から反
射面7までの距離は、使用するマイクロ波の波長、被検
体の含水量、形状、大きさなどに応じて適宜設定する。
流下路4の幅が広すぎると、マイクロ波の減衰が大きく
て、計測が困難となり、逆に幅が狭すぎると、被検体の
流下に支障が出る。被検体が米の場合は、幅(W)は1
0〜30mm程度とするのが適当である。
【0019】15は解析・表示装置で、パルスモータ1
1に連結された位置認識部16と、送受波器1に連結さ
れた相対強度認識部17と、これら認識部16,17と
連結された演算処理部18と、含水率の値を視覚表示す
る表示部とからなる。
【0020】次に本発明の計測原理について説明する。
先ず、送受波器1の発信器からマイクロ波が発射される
と、そのマイクロ波は被検体を透過して進み、反射面7
で反射する。そして、マイクロ波は被検体を透過する際
に、被検体の比誘電率に応じた影響を受け、その波長が
変わる。水の比誘電率は、でんぷんなどの他の物質の比
誘電率に比べて非常に高い。この為、被検体はその含水
率の違いに応じて比誘電率が大きく変わり、含水率の高
いものほど比誘電率が高くなる。そして、マイクロ波に
与える影響は比誘電率の高いものほど大きいので、透過
マイクロ波の波長は、含水率の高い方が低いものより
も、短くなる。
【0021】他方、マイクロ波が金属面に当たって反射
すると、進入波と反射波との合成で、境界面を節とした
定常波ができる。そして、この定常波の強弱に応じ、送
受波器1の受信電圧が変わる。即ち、定常波の腹部で受
信電圧が最大となり、節部で最小となる。ドップラー式
の送受波器1は、このマイクロ波の定常波の腹節(位
相)を計測するのに適する。
【0022】マイクロ波の透過損失から含水率を求める
方式では、マイクロ波の絶対強度を計測する必要がある
が、本発明ではマイクロ波の位相、即ち空間的変位をと
らえればよく、絶対強度は不要で、ピークをとらえるた
めの相対強度が分かれば充分である。元来、ドップラー
式の送受波器は自動車の速度計測の為に開発されたもの
であるが、空間的変位をとらえる点では同じであるの
で、本発明の水分計測への利用が可能で、かつ、利用価
値が大なのである。
【0023】以上の如く、本発明ではマイクロ波を発射
しながら、送受波器1を移動させ、受信電圧が最大とな
る位置を求めて走査する。被検体の含水量の如何によっ
て定常波の腹節(ピーク)の位置が異なるので、その位
置を求めることによって、逆に被検体の含水率を知るこ
とができるのである。また、本発明では、マイクロ波の
絶対強度を計測するのではなく、相対強度を計測するだ
けでよい。この為、送受波器1の発信強度や受信感度が
周囲温度などで変化した時でも、マイクロ波のピーク位
置の変化はないので、温度変化などの外的要因による影
響を全く受けずに、常に安定した計測が可能で、高精度
での水分計測が行えるのである。
【0024】計測値の処理は次のように行う。先ず、前
記の如く送受波器1を走査し、定常波の相対強度が最大
となる時点を強度認識部17で検出し、その時の送受波
器1の位置を位置認識部16で求め、それを演算処理部
18に送る。演算処理部18では、予め作っておいた水
分値と位置数値との検量線に、前記計測値を当てはめ、
含水率を算出する。なお、計測精度を高める為、送受波
器1は連続的に往復移動させ、1往復に2回の計測を行
い、含水率の平均値を求めるようにする。このようにし
て算出した含水率は表示部19に送り、視覚表示する。
【0025】本実施例の水分計測装置を用いて行った計
測試験結果を表1に示す。なお、この計測試験は以下の
態様で行った。 送受波器:「GUNNダイオード発信器」(X帯ドップ
ラー・モジュール) 新日本無線商事(株)製造,波長10.525GHz 流下筒の幅: 15mm 走査距離 : 15mm 被検体 : 10種類(A〜J)の米 また、本試験では比較の為に同時に基準計測方法と従来
の計測方法とによる水分計測を行っている。 基準計測方法: 食糧庁の定める、水分の標準計測方法 常圧加熱乾燥方式であり、米を粉砕し、105℃で5時
間乾燥し、前後の重量差から水分を求める。 従来計測方法: 電気伝動度式水分計 (株)ケット製 「ライスタ3B」
【0026】
【表1】
【0027】表1の試験結果から、本件実施例のものが
従来のものに比べて非常に精度のよいことが分かる。
【0028】本発明は、送受波器1による計測値を、詰
まり密度によって補正することにより、計測精度を一層
高めるようにすることができる。即ち、図1に於いて鎖
線で示されているように、流下筒3に詰まり密度計測器
20を取付け、筒3内を被検体がどの程度の詰まり密度
で流下しているかを計測し、その計測値を演算処理部1
8に送って、含水率を補正するのである。なぜなら、被
検体自身の含水率は同じでも、流下時の詰まり密度に差
があると、全体としての比誘電率が変わり、マイクロ波
の位相の変化に影響を与えるからである。なお、詰まり
密度とは一定の容積に占める被検体の容積占有率であ
る。米の場合には、詰まり密度は通常、55〜65%で
ある。
【0029】なお、本発明は前記の実施例に限定される
ものではなく、特許請求の範囲の記載の範囲で自由に変
形実施可能である。
【0030】
【発明の効果】本発明の水分計測方法では、送受波器を
走査し、定常波が最大となる位置を求めて、この位置か
ら被検体の含水率を割り出す方式であるから、送受波器
の温度ドリフトや経年変化による影響を受けずに、常に
安定した水分計測が可能で、計測精度を高めることがで
き、かつ、瞬時の計測が可能である。
【0031】請求項2の方法では、ドップラー形式の送
受波器を用いているので、定常波の最大位置の検出を極
めて簡単に行うことができる。
【0032】請求項3の方法では、被検体を流下させな
がら計測するので、連続計測が可能で、生産・加工ライ
ンなどへ組み込むことが可能となり、例えば、精米ライ
ンへ組み込んで、含水率による精米作業の自動調節を行
うのに利用できる。
【0033】請求項4の方法では、詰まり密度による補
正を加えるので、含水率の計測を一層高精度で行うこと
ができる。
【0034】本発明の水分計測装置は、簡単な構造で、
高精度の水分計測ができ、その上、連続計測可能であ
り、他の装置への組み込みを容易に行えるなどの実用上
の利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の水分計測装置の概要を示す図。
【符号の説明】
1 送受波器 2 レール 3 流下筒 4 流下路 6 マイクロ波通過口 7 反射面 10 駆動装置 11 パルスモータ 15 解析・表示装置

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被検体に向けて送受波器からマイクロ波
    を発射し、被検体を透過したマイクロ波を、被検体の背
    面に設けた反射面で反射させ、進入波と反射波との合成
    により生じた定常波を送受波器で受信し、送受波器を走
    査して定常波が最大となる位置を求め、その位置から被
    検体の含水率を割出すことを特徴とするマイクロ波を用
    いた水分計測方法。
  2. 【請求項2】 送受波器として、マイクロ波の発信器と
    受信機とが一体に組込まれたドップラー形式のものを用
    いる前記請求項1記載のマイクロ波を用いた水分計測方
    法。
  3. 【請求項3】 被検体を、筒内で一定状態で流下させな
    がら計測を行う前記請求項1記載のマイクロ波を用いた
    水分計測方法。
  4. 【請求項4】 流下中の被検体の詰まり密度を同時に計
    測して、この計測値によって含水率を補正する前記請求
    項3記載のマイクロ波を用いた水分計測方法。
  5. 【請求項5】 断面が均一な金属製の流下筒と、流下筒
    の側面のマイクロ波通過口の外側に設けられた送受波器
    と、送受波器の駆動装置と、送受波器及び駆動装置に信
    号連結された解析・表示装置とからなり、前記送受波器
    はマイクロ波の発信器と受信器とが一体に組み込まれた
    ドップラー形式によるものであり、送受波器はレール上
    に支持されていて駆動装置によって往復移動させられる
    ようになっているマイクロ波を用いた水分計測装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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