JPH07325053A - 水分測定装置 - Google Patents
水分測定装置Info
- Publication number
- JPH07325053A JPH07325053A JP14232594A JP14232594A JPH07325053A JP H07325053 A JPH07325053 A JP H07325053A JP 14232594 A JP14232594 A JP 14232594A JP 14232594 A JP14232594 A JP 14232594A JP H07325053 A JPH07325053 A JP H07325053A
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- JP
- Japan
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- temperature
- signal
- thermistor
- absorbance
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- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 光熱分光法を利用し、恒温槽を用いず、しか
も、Ｓ／Ｎ比も悪化させないで測温素子の温度補償を行
ないながら測定対象物の水分を測定できるようにする。 【構成】 同期整流手段３０は水分量に依存した交流増
幅信号をチョッパのインタラプタ１２からの参照信号を
用いて同期整流し、平滑化手段３２はその同期整流され
た信号を平滑化して水分量に依存した未補償の信号を得
る。補償用温度算出手段３６では直流増幅信号からサー
ミスタ自身の温度が求められ、感度補償演算手段３８は
平滑化手段３２で得られた未補償の水分量に依存した信
号に対し、サーミスタの感度の温度補償をする。吸光度
補償値算出手段４２で測定対象物の温度での水の吸光度
が求められ、吸光度補償演算手段４４は水分量に対応し
た信号に対し、水の吸光度の温度特性による補償をす
る。
も、Ｓ／Ｎ比も悪化させないで測温素子の温度補償を行
ないながら測定対象物の水分を測定できるようにする。 【構成】 同期整流手段３０は水分量に依存した交流増
幅信号をチョッパのインタラプタ１２からの参照信号を
用いて同期整流し、平滑化手段３２はその同期整流され
た信号を平滑化して水分量に依存した未補償の信号を得
る。補償用温度算出手段３６では直流増幅信号からサー
ミスタ自身の温度が求められ、感度補償演算手段３８は
平滑化手段３２で得られた未補償の水分量に依存した信
号に対し、サーミスタの感度の温度補償をする。吸光度
補償値算出手段４２で測定対象物の温度での水の吸光度
が求められ、吸光度補償演算手段４４は水分量に対応し
た信号に対し、水の吸光度の温度特性による補償をす
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は化粧品業界における皮膚
の水分測定や、食品加工や化学工業における商品の水分
測定などを行なうための水分測定装置に関するものであ
る。
の水分測定や、食品加工や化学工業における商品の水分
測定などを行なうための水分測定装置に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】測定対象物の水分を測定する方法として
光熱分光法という測定方法がある。光熱分光法は、分光
された光を測定対象物に照射し、測定対象物における光
吸収の結果生じた温度変化量を測温素子で検出すること
により、測定対象物の水分量を求める方法である。しか
し、光熱分光法を利用した水分測定装置はまだ実現され
ていない。本発明はこの光熱分光法を利用して水分測定
装置を構成するものである。
光熱分光法という測定方法がある。光熱分光法は、分光
された光を測定対象物に照射し、測定対象物における光
吸収の結果生じた温度変化量を測温素子で検出すること
により、測定対象物の水分量を求める方法である。しか
し、光熱分光法を利用した水分測定装置はまだ実現され
ていない。本発明はこの光熱分光法を利用して水分測定
装置を構成するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】光熱分光法を利用して
水分測定装置を構成することを考えた場合、光照射され
た測定対象物の温度変化量を検出する測温素子としては
サーミスタが考えられる。サーミスタには温度により感
度が異なる非直線性の温度特性があるので、サーミスタ
の感度の温度補償を行なう必要がある。
水分測定装置を構成することを考えた場合、光照射され
た測定対象物の温度変化量を検出する測温素子としては
サーミスタが考えられる。サーミスタには温度により感
度が異なる非直線性の温度特性があるので、サーミスタ
の感度の温度補償を行なう必要がある。
【０００４】サーミスタの感度の温度特性を補償する１
つの方法は、測定対象物を恒温槽に入れて一定温度の条
件下で測定対象物の温度変化を検出することである。し
かし、測定対象物を頻繁に変えて測定を行なわなければ
ならない水分測定装置で、恒温槽を用いていたのでは測
定対象物の温度が一定になるまでの時間が必要となり、
迅速な測定を行なうことができず、実用的な方法とはい
えない。他の方法としてはサーミスタに抵抗を並列に設
ける方法が考えられる。しかし、その方法ではＳ／Ｎ比
が半分程度に悪化する問題がある。本発明は光熱分光法
を利用し、恒温槽を用いず、しかも、Ｓ／Ｎ比も悪化さ
せないで測温素子の温度補償を行ないながら測定対象物
の水分を測定できるようにすることを目的とするもので
ある。
つの方法は、測定対象物を恒温槽に入れて一定温度の条
件下で測定対象物の温度変化を検出することである。し
かし、測定対象物を頻繁に変えて測定を行なわなければ
ならない水分測定装置で、恒温槽を用いていたのでは測
定対象物の温度が一定になるまでの時間が必要となり、
迅速な測定を行なうことができず、実用的な方法とはい
えない。他の方法としてはサーミスタに抵抗を並列に設
ける方法が考えられる。しかし、その方法ではＳ／Ｎ比
が半分程度に悪化する問題がある。本発明は光熱分光法
を利用し、恒温槽を用いず、しかも、Ｓ／Ｎ比も悪化さ
せないで測温素子の温度補償を行ないながら測定対象物
の水分を測定できるようにすることを目的とするもので
ある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の水分測定装置
は、特定波長の光を断続して測定対象物に照射する光学
系と、その光学系により照射された部分の測定対象物温
度を検出する測温素子と、その測温素子の検出信号を交
流増幅する交流増幅手段と、その測温素子の検出信号を
直流増幅する直流増幅手段と、交流増幅された信号に対
し、光学系の断続と同期して同期整流し、直流増幅され
た信号に基づいて測温素子の感度補償を行なって水分量
を算出する水分量演算部とを備えている。
は、特定波長の光を断続して測定対象物に照射する光学
系と、その光学系により照射された部分の測定対象物温
度を検出する測温素子と、その測温素子の検出信号を交
流増幅する交流増幅手段と、その測温素子の検出信号を
直流増幅する直流増幅手段と、交流増幅された信号に対
し、光学系の断続と同期して同期整流し、直流増幅され
た信号に基づいて測温素子の感度補償を行なって水分量
を算出する水分量演算部とを備えている。
【０００６】
【作用】測温素子の検出信号を交流増幅した信号は、測
定対象物に光が断続して照射され、その光が吸収される
ことによる測定対象物の温度変化に対応した信号であ
る。一方、測温素子の検出信号を直流増幅した信号は測
定対象物自体の温度であり、これはまた測温素子自体の
温度でもある。直流増幅信号には断続して照射される光
を測定対象物が吸収することに伴う温度変化分も含まれ
ているが、温度変化分は測定対象物自体及び測温素子自
体の温度に比べるとごく小さいものである。測温素子の
感度の温度特性は予め分かっており、水分量演算部には
データとして保持されている。水分量演算部は直流増幅
信号に基づいて測温素子の感度を補償し、交流増幅信号
に対して感度補償を行ない、その結果を水分量として出
力する。
定対象物に光が断続して照射され、その光が吸収される
ことによる測定対象物の温度変化に対応した信号であ
る。一方、測温素子の検出信号を直流増幅した信号は測
定対象物自体の温度であり、これはまた測温素子自体の
温度でもある。直流増幅信号には断続して照射される光
を測定対象物が吸収することに伴う温度変化分も含まれ
ているが、温度変化分は測定対象物自体及び測温素子自
体の温度に比べるとごく小さいものである。測温素子の
感度の温度特性は予め分かっており、水分量演算部には
データとして保持されている。水分量演算部は直流増幅
信号に基づいて測温素子の感度を補償し、交流増幅信号
に対して感度補償を行ない、その結果を水分量として出
力する。
【０００７】
【実施例】図１は一実施例を表わす。測定対象物２に特
定波長の光を照射する光学系として、光源４からの光の
波長を選択する干渉フィルタ６と、光を集光して測定対
象物２に照射するためのレンズ８ａ，８ｂを備えてい
る。測定対象物２は例えば人体の皮膚であり、光源４と
しては例えばタングステンハロゲンランプを用い、干渉
フィルタ６としては水で強い吸収を受ける波長域の光、
例えば１９４０ｎｍ付近又は１４５０ｎｍ付近の光を透
過するものを用いる。測定対象物２に光を断続して照射
するために、光源４と測定対象物２の間にはチョッパ１
０が配置され、チョッパ１０の回転はフォトインタラプ
タ１２により検出され、フォトインタラプタ１２の信号
がノイズ除去のための同期整流の参照信号として利用さ
れるようになっている。１４はチョッパ１０を回転させ
るモータである。
定波長の光を照射する光学系として、光源４からの光の
波長を選択する干渉フィルタ６と、光を集光して測定対
象物２に照射するためのレンズ８ａ，８ｂを備えてい
る。測定対象物２は例えば人体の皮膚であり、光源４と
しては例えばタングステンハロゲンランプを用い、干渉
フィルタ６としては水で強い吸収を受ける波長域の光、
例えば１９４０ｎｍ付近又は１４５０ｎｍ付近の光を透
過するものを用いる。測定対象物２に光を断続して照射
するために、光源４と測定対象物２の間にはチョッパ１
０が配置され、チョッパ１０の回転はフォトインタラプ
タ１２により検出され、フォトインタラプタ１２の信号
がノイズ除去のための同期整流の参照信号として利用さ
れるようになっている。１４はチョッパ１０を回転させ
るモータである。
【０００８】測定対象物２の光照射にともなう温度変化
を検出するために、光照射された部分の測定対象物に接
触するようにサーミスタ１６が設けられている。サーミ
スタ１６の検出信号を直流増幅するためにプリアンプ１
８が設けられ、プリアンプ１８で増幅された信号を交流
増幅するためにコンデンサ２０とアンプ２２が設けられ
ている。アンプ２２で交流増幅された信号と、プリアン
プ１８で直流増幅された信号がともにＡ／Ｄコンバータ
２４によりデジタル信号に変換されてマイクロプロセッ
サ２６に取り込まれている。マイクロプロセッサ２６に
はフォトインタラプタ１２の信号が参照信号として取り
込まれ、マイクロプロセッサ２６で水分量が算出されて
表示器２８に表示される。
を検出するために、光照射された部分の測定対象物に接
触するようにサーミスタ１６が設けられている。サーミ
スタ１６の検出信号を直流増幅するためにプリアンプ１
８が設けられ、プリアンプ１８で増幅された信号を交流
増幅するためにコンデンサ２０とアンプ２２が設けられ
ている。アンプ２２で交流増幅された信号と、プリアン
プ１８で直流増幅された信号がともにＡ／Ｄコンバータ
２４によりデジタル信号に変換されてマイクロプロセッ
サ２６に取り込まれている。マイクロプロセッサ２６に
はフォトインタラプタ１２の信号が参照信号として取り
込まれ、マイクロプロセッサ２６で水分量が算出されて
表示器２８に表示される。
【０００９】測定対象物２に特定波長の光が照射される
と、水分量に応じて光が吸収され、測定対象物の表面温
度が上昇する。照射される光がチョッパ１０で断続され
ているので、水分量に応じた振幅の温度変化が測定対象
物表面に生じる。サーミスタ１６は測定対象物自体の温
度とこの光照射の断続による温度変化をともに検出し、
温度変化分は交流増幅信号としてマイクロプロセッサ２
６に取り込まれ、マイクロプロセッサ２６内ではチョッ
パ６のフォトインタラプタ１２からの信号を参照信号と
してその交流増幅信号が同期整流され、水分量に応じた
信号が得られる。
と、水分量に応じて光が吸収され、測定対象物の表面温
度が上昇する。照射される光がチョッパ１０で断続され
ているので、水分量に応じた振幅の温度変化が測定対象
物表面に生じる。サーミスタ１６は測定対象物自体の温
度とこの光照射の断続による温度変化をともに検出し、
温度変化分は交流増幅信号としてマイクロプロセッサ２
６に取り込まれ、マイクロプロセッサ２６内ではチョッ
パ６のフォトインタラプタ１２からの信号を参照信号と
してその交流増幅信号が同期整流され、水分量に応じた
信号が得られる。
【００１０】サーミスタ１６には温度による感度変化が
あり、水の吸光度にも温度による変化があるので、交流
増幅されただけの検出信号にはこの感度特性と吸光度の
温度特性が含まれていて、正しい水分量の表示にはなら
ない。プリアンプ１８による直流増幅信号はサーミスタ
１６の検出信号を直流増幅しただけであるので、サーミ
スタ自身の温度に依存する信号でもある。この直流増幅
信号では水分量に基づく光吸収の信号変化はごく小さい
ので無視することができる。この直流増幅信号をＡ／Ｄ
変換してマイクロプロセッサ２６に取り込むことによ
り、サーミスタ１６の感度補償と吸光度の温度による補
償が行なわれる。
あり、水の吸光度にも温度による変化があるので、交流
増幅されただけの検出信号にはこの感度特性と吸光度の
温度特性が含まれていて、正しい水分量の表示にはなら
ない。プリアンプ１８による直流増幅信号はサーミスタ
１６の検出信号を直流増幅しただけであるので、サーミ
スタ自身の温度に依存する信号でもある。この直流増幅
信号では水分量に基づく光吸収の信号変化はごく小さい
ので無視することができる。この直流増幅信号をＡ／Ｄ
変換してマイクロプロセッサ２６に取り込むことによ
り、サーミスタ１６の感度補償と吸光度の温度による補
償が行なわれる。
【００１１】マイクロプロセッサ２６における水分量算
出機能をブロックとして図２に示す。マイクロプロセッ
サ２６は水分量演算部としての機能を果たしている。同
期整流手段３０は交流増幅信号をチョッパのインタラプ
タ１２からの参照信号を用いて同期整流するものであ
り、平滑化手段３２はその同期整流された信号を平滑化
するものである。これにより、水分量に依存した未補償
の信号が得られる。
出機能をブロックとして図２に示す。マイクロプロセッ
サ２６は水分量演算部としての機能を果たしている。同
期整流手段３０は交流増幅信号をチョッパのインタラプ
タ１２からの参照信号を用いて同期整流するものであ
り、平滑化手段３２はその同期整流された信号を平滑化
するものである。これにより、水分量に依存した未補償
の信号が得られる。
【００１２】一方、補償用温度算出手段３６では次の式
を用いてサーミスタ自身の温度が求められる。 Ｒｔ＝Ｒｏ・expＢ(１／Ｔ−１／Ｔｏ） ここで、Ｒｔはサーミスタの抵抗値、Ｒｏは公称抵抗
値、ＢはＢ定数、Ｔは温度、Ｔｏは基準温度である。こ
の式で、Ｒｏ、Ｂ、Ｔｏはサーミスタの特性として予め
定まっており、サーミスタ特性記憶部３４に保持されて
いる。これらの定数と、直流増幅回路の設計上の定数
と、サーミスタ１６の検出信号の直流増幅信号とからＲ
ｔが求まり、その結果、温度Ｔが求まる。サーミスタの
感度を表わす温度係数αは α＝−Ｂ／Ｔ2 により求めることができる。感度補償演算手段３８はこ
の温度係数αで、平滑化手段３２で得られた未補償の水
分量に依存した信号を割ることによって、サーミスタの
感度の温度補償がなされる。
を用いてサーミスタ自身の温度が求められる。 Ｒｔ＝Ｒｏ・expＢ(１／Ｔ−１／Ｔｏ） ここで、Ｒｔはサーミスタの抵抗値、Ｒｏは公称抵抗
値、ＢはＢ定数、Ｔは温度、Ｔｏは基準温度である。こ
の式で、Ｒｏ、Ｂ、Ｔｏはサーミスタの特性として予め
定まっており、サーミスタ特性記憶部３４に保持されて
いる。これらの定数と、直流増幅回路の設計上の定数
と、サーミスタ１６の検出信号の直流増幅信号とからＲ
ｔが求まり、その結果、温度Ｔが求まる。サーミスタの
感度を表わす温度係数αは α＝−Ｂ／Ｔ2 により求めることができる。感度補償演算手段３８はこ
の温度係数αで、平滑化手段３２で得られた未補償の水
分量に依存した信号を割ることによって、サーミスタの
感度の温度補償がなされる。
【００１３】また、水の吸光度と温度との関係は、例え
ば図３に示されるように、使用する温度によって予め実
験的に求められており、吸光度特性記憶部４０に記憶さ
れている。測定対象物の温度が補償用温度算出部３６で
求められるので、吸光度補償値算出手段４２ではその求
められた測定対象物の温度での水の吸光度が求められ
る。吸光度補償演算手段４４は、吸光度補償値算出手段
４２で求められた吸光度で水分量に対応した信号を割る
ことにより、水の吸光度の温度特性に基づく補償がなさ
れる。このようにして算出された信号を表示器２８に表
示することにより、正しい水分量が表示される。実施例
ではサーミスタの感度補償と水の吸光度の温度による補
償をともに行なっている。しかし、サーミスタの感度補
償だけを行なうようにしても実用的な水分測定装置とす
ることができる。
ば図３に示されるように、使用する温度によって予め実
験的に求められており、吸光度特性記憶部４０に記憶さ
れている。測定対象物の温度が補償用温度算出部３６で
求められるので、吸光度補償値算出手段４２ではその求
められた測定対象物の温度での水の吸光度が求められ
る。吸光度補償演算手段４４は、吸光度補償値算出手段
４２で求められた吸光度で水分量に対応した信号を割る
ことにより、水の吸光度の温度特性に基づく補償がなさ
れる。このようにして算出された信号を表示器２８に表
示することにより、正しい水分量が表示される。実施例
ではサーミスタの感度補償と水の吸光度の温度による補
償をともに行なっている。しかし、サーミスタの感度補
償だけを行なうようにしても実用的な水分測定装置とす
ることができる。
【００１４】この発明は実施例のようにマイクロプロセ
ッサを用いてソフトウェアにより実現する場合に限ら
ず、マイクロプロセッサ２６内で行なっている処理をア
ナログ方式のハードウェアにより近似的に実現すること
もできる。その場合、特にサーミスタの感度補償までを
行ない、水の吸光度の補償を行なわないようにすれば、
より実現が容易である。図２における同期整流手段３
０、平滑化手段３２、温度算出手段３６などは既存の素
子により容易に置き換えることができ、感度補償演算手
段３８は割算器により実現することができる。測温素子
はサーミスタに限らず、他の測温素子であってもよく、
温度により感度が変化する場合にはこの発明を適用する
ことができる。
ッサを用いてソフトウェアにより実現する場合に限ら
ず、マイクロプロセッサ２６内で行なっている処理をア
ナログ方式のハードウェアにより近似的に実現すること
もできる。その場合、特にサーミスタの感度補償までを
行ない、水の吸光度の補償を行なわないようにすれば、
より実現が容易である。図２における同期整流手段３
０、平滑化手段３２、温度算出手段３６などは既存の素
子により容易に置き換えることができ、感度補償演算手
段３８は割算器により実現することができる。測温素子
はサーミスタに限らず、他の測温素子であってもよく、
温度により感度が変化する場合にはこの発明を適用する
ことができる。
【００１５】本発明では測定対象物の温度自体も測定し
ているので、皮膚水分計として用いる場合、皮膚の温度
自体を外部に表示して皮膚温度が読み取れるようにした
り、サーミスタの温度上昇を検出して皮膚にサーミスタ
が正しく接触し、正しく水分信号が得られていることを
装置側で判断し、読取り時期を操作者に知らせることに
よって読取り間違いを防ぐようにすることもできる。本
発明の他の態様は、水分量演算部は更に水の吸光度の温
度による変化も補償するものである。
ているので、皮膚水分計として用いる場合、皮膚の温度
自体を外部に表示して皮膚温度が読み取れるようにした
り、サーミスタの温度上昇を検出して皮膚にサーミスタ
が正しく接触し、正しく水分信号が得られていることを
装置側で判断し、読取り時期を操作者に知らせることに
よって読取り間違いを防ぐようにすることもできる。本
発明の他の態様は、水分量演算部は更に水の吸光度の温
度による変化も補償するものである。
【００１６】
【発明の効果】本発明では１つの測温素子のみで、その
測温素子の温度による感度補償を行ないながら、Ｓ／Ｎ
比の低下を伴うことなく、測定対象物の水分量を正しく
測定することができる。
測温素子の温度による感度補償を行ないながら、Ｓ／Ｎ
比の低下を伴うことなく、測定対象物の水分量を正しく
測定することができる。
【図１】一実施例を示す構成図である。
【図２】同実施例におけるマイクロプロセッサを機能的
に示すブロック図である。
に示すブロック図である。
【図３】水の吸光度の温度変化を示す図である。
２ 測定対象物 ４ 光源 ６ 干渉フィルタ ８ａ，８ｂ 集光レンズ １０ チョッパ １２ フォトインタラプタ １６ サーミスタ １８ プリアンプ ２０ コンデンサ ２２ アンプ ２６ マイクロプロセッサ ３０ 同期整流手段 ３２ 平滑化手段 ３６ 補償用温度算出手段 ３８ 感度補償演算手段
Claims (1)
- 【請求項１】 特定波長の光を断続して測定対象物に照
射する光学系と、 前記光学系により照射された部分の測定対象物温度を検
出する測温素子と、 前記測温素子の検出信号を交流増幅する交流増幅手段
と、 前記測温素子の検出信号を直流増幅する直流増幅手段
と、 前記交流増幅された信号に対し、前記光学系の断続と同
期して同期整流し、さらに前記直流増幅された信号に基
づいて前記測温素子の感度補償を行なって水分量を算出
する水分量算出部と、を備えたことを特徴とする水分測
定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14232594A JPH07325053A (ja) | 1994-05-31 | 1994-05-31 | 水分測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14232594A JPH07325053A (ja) | 1994-05-31 | 1994-05-31 | 水分測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07325053A true JPH07325053A (ja) | 1995-12-12 |
Family
ID=15312726
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14232594A Pending JPH07325053A (ja) | 1994-05-31 | 1994-05-31 | 水分測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07325053A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013053864A (ja) * | 2011-09-01 | 2013-03-21 | Seiko Epson Corp | 水分量測定方法及び水分量測定装置 |
| JP2016080431A (ja) * | 2014-10-14 | 2016-05-16 | 住友電気工業株式会社 | 光プローブ、測定装置及び測定方法 |
-
1994
- 1994-05-31 JP JP14232594A patent/JPH07325053A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013053864A (ja) * | 2011-09-01 | 2013-03-21 | Seiko Epson Corp | 水分量測定方法及び水分量測定装置 |
| JP2016080431A (ja) * | 2014-10-14 | 2016-05-16 | 住友電気工業株式会社 | 光プローブ、測定装置及び測定方法 |
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