JPH09304299A - 共振型誘電物性検出器および共振型誘電物性検出方法 - Google Patents

共振型誘電物性検出器および共振型誘電物性検出方法

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JPH09304299A
JPH09304299A JP12531696A JP12531696A JPH09304299A JP H09304299 A JPH09304299 A JP H09304299A JP 12531696 A JP12531696 A JP 12531696A JP 12531696 A JP12531696 A JP 12531696A JP H09304299 A JPH09304299 A JP H09304299A
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JP
Japan
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cavity resonator
state
resonance
opening
space
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Withdrawn
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JP12531696A
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English (en)
Inventor
Hiroaki Shimazutsu
博章 島筒
Koichi Kimura
公一 木村
Tateji Morishima
立二 森島
Toyoichi Uchida
豊一 内田
Yasufumi Norimatsu
康文 則松
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 空洞共振器法を用いた誘電物性の検出におい
て、オンラインでの連続測定や、複数対象物の能率的な
測定を実現する。 【解決手段】 空洞共振器9には、高周波電磁信号を入
力するための開口部2および共振状態信号を取り出すた
めの開口部3のみならず、空洞共振器9の密閉空間と外
部空間との間で電磁的結合を創出する第3の開口部4を
も設ける。高周波電磁信号発生器5からの高周波信号を
空洞共振器9に入力すると、電磁界の共振が発生し、こ
の共振状態は共振状態分析器8により検出される。空洞
共振器9は、測定対象物の中に挿入されたり、測定対象
物の外に取り出される。そして、挿入状態と非挿入状態
での共振状態の差をもとに、測定対象物の誘電物性値を
検出する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、物体の誘電物性値
(誘電率εr,損失角 tanδ,含水率,密度等)を測定す
る共振型誘電物性検出器および共振型誘電物性検出方法
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】物体(単一物あるいは混合物)の誘電物
性(εr, tanδ)の測定法として空洞共振器法が知られ
ている。この方法では、図4に示す測定システムが使わ
れる。即ち、円筒型の空洞共振器1は、銅,アルミニウ
ムなどの良導体で形成されている。空洞共振器1は、中
空となっておりこの中空空間が、電磁界の共振場として
利用される密閉空間となっている。この空洞共振器1に
は、共振器を励振するための高周波電磁信号を入力する
ための信号入力用の開口部2と、共振状態を測定するた
めの信号検出用の開口部3を備えている。高周波電磁信
号発生器5によって発生させた高周波電磁信号は、例え
ば信号線6を介して開口部2から空洞共振器1に入力さ
れる。これにより、空洞共振器1内に所定のモードの電
磁界の共振状態を生じさせる。この共振状態を示す共振
状態信号を、開口部3から信号線7を介して取り出し、
スペクトルアナライザ等の共振状態分析器8に送る。共
振状態分析器8は、検出した信号から共振状態を測定
し、この測定結果から測定対象物の誘電物性値を測定を
する。
【0003】即ち、測定対象物の誘電物性値を検出する
ためには、先ず、上述したように構成された測定システ
ムにおいて、空洞共振器1内に測定対象物を充填した時
と、充填しない時の共振状態の変化を検出する。そし
て、このようにして検出した共振状態の変化に対して、
次のような演算処理をすることにより、測定対象物の誘
電物性値を求めることができるのである。
【0004】つまり図5は、測定対象物を充填した時
と、充填しない時の共振状態の変化を模式的に示したも
のである。この図において、fa ,fd はそれぞれ測定
対象物非充填時の共振周波数および測定対象物充填時の
共振周波数を示し、Δfa ,Δfd はそれぞれ測定対象
物非充填時の共振曲線の半値幅および対象物充填時の共
振曲線の半値幅を示している。
【0005】上記fa,d ,Δfa,Δfd の値から、測
定対象物体の誘電物性値(誘電率εr , 損失角tan δ)
は次式(1)(2)で求められる。
【0006】
【数1】
【0007】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来法の
一つである空洞共振器法では、密閉空間(空洞共振器1
の内部の中空空間)での共振現象を利用した方法である
ため、高精度な測定が可能になるという利点はある。し
かし、測定対象物を空洞共振器1の中に密閉充填する必
要があり、測定手順が煩雑になるという欠点がある。特
に、オンラインでのモニタリングや複数対象物の能率的
な測定等に関しては有効な測定法とはいえない。
【0008】本発明は、上記従来技術に鑑み、誘電物性
値の測定を簡単かつ効率的にできる共振型誘電物性検出
器および共振型誘電物性検出方法を提供することを目的
とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の共振型誘電物性検出器は、電磁界の共振場として利
用される密閉空間となる中空空間を有するよう導体で形
成され、測定対象物に挿入された状態と挿入されてない
状態で使用される空洞共振器と、高周波電磁信号を前記
空洞共振器に入力して密閉空間内に電磁界の共振状態を
発生させるために前記空洞共振器に設けられた第1の開
口部と、電磁界の共振状態を示す共振状態信号を前記密
閉空間から外部に取り出すために前記空洞共振器に設け
られた第2の開口部と、前記空洞共振器の密閉空間と空
洞共振器の外部空間との間で電磁的結合を創出するため
前記空洞共振器に設けられた第3の開口部と、前記空洞
共振器が前記測定対象物に挿入された状態と挿入されて
ない状態において、第2の開口部を介してそれぞれ取り
出された共振状態信号の変化を基に、測定対象物の誘電
物性値を検出する検出手段とを備えたことを特徴とす
る。
【0010】また、上記課題を解決する本発明の共振型
誘電物性検出方法は、電磁界の共振場として利用される
密閉空間となる中空空間を有するよう導体で形成される
と共に、第1の開口部と第2の開口部と第3の開口部が
設けられた空洞共振器を、測定対象物に挿入された状態
と挿入されてない状態で使用し、第3の開口部を介して
前記空洞共振器の密閉空間と空洞共振器の外部空間との
間で電磁的結合状態を保持しつつ、高周波電磁信号を前
記第1の開口部を介して前記空洞共振器に入力して密閉
空間内に電磁界の共振状態を発生させ、第3の開口部を
介して前記空洞共振器の密閉空間と空洞共振器の外部空
間との間で電磁的結合状態を保持しつつ、電磁界の共振
状態を示す共振状態信号を前記第2の開口部を介して前
記密閉空間から外部に取り出し、前記空洞共振器が前記
測定対象物に挿入された状態と挿入されてない状態にお
いて、第2の開口部を介してそれぞれ取り出された共振
状態信号の変化を基に、測定対象物の誘電物性値を検出
することを特徴とする。
【0011】上記構成の本発明は、本発明者が実験によ
り確認した下記現象を基に開発したものである。即ち、
図4に示す空洞共振器1に、開口部2,3の他に、外部
空間との電磁的結合を創出する第3の開口部(第3開口
部)を設け、空洞共振器1 の外部で、第3開口部に接す
る部位に誘電体を置いた場合と除いた場合とで、空洞共
振器1の共振現象が図5と同様に変化することが判明し
た。つまり、開口部2から高周波電磁信号を入力させ、
開口部3を介して空洞共振器1内の電磁界の共振モード
を検出している場合、第3開口部に接する外部位置に誘
電体がある場合と無い場合とで、図5と同様な共振状態
の変化が生じる現象を確認した。共振状態の変化状態
は、第3開口部の大きさ,形状,位置あるいは外部に接
する誘電体(測定対象物)の物性値によって変化する。
【0012】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
に基づき詳細に説明する。なお従来技術と同一機能をは
たす部分には同一符号を付して説明する。
【0013】図1は本発明の第1の実施の形態にかかる
共振型誘電物性検出器を示す。この実施例では、空洞共
振器9は円筒型となっており、銅,アルミニウムなどの
良導体で形成されている。空洞共振器9の内寸法は、直
径が75mmで軸方向寸法( 図では上下方向寸法) が75
mmとなっており、この中空空間が、電磁界の共振場とし
て利用される密閉空間となっている。
【0014】この空洞共振器1では、共振器を励振する
ための高周波電磁信号を入力するための信号入力用の開
口部2と、共振状態を測定するための信号検出用の開口
部3を、円筒側面部(周面部)に備えている他、さらに
端面部(上端面)に第3の開口部4を備えている。上記
開口部2および上記開口部3の直径はそれぞれ10mmで
あり、上記開口部4の直径は20mmである。
【0015】高周波電磁信号発生器5によって発生させ
た高周波電磁信号は、信号線6を介して開口部2から空
洞共振器1に入力される。これにより、空洞共振器1内
に所定のモードの電磁界の共振状態を生じさせる。この
共振状態を示す共振状態信号を、開口部3から信号線7
を介して取り出し、スペクトルアナライザ等の共振状態
分析器8に送る。共振状態分析器8は、検出した信号か
ら共振状態を測定し、この測定結果から誘電物性値を測
定をする。
【0016】上述した構成となっている共振型誘電物性
検出器により誘電物性を検出する手法を説明する。検出
にあたっては先ず、空洞共振器9を大気中(つまりεr
≒1,tan δ≒1)に置いた場合における共振状態を検
出する。
【0017】次に、測定対象物(例えば水)の中に、空
洞共振器9を挿入する。この場合、開口部2,3,4を
介して測定対象物が空洞共振器9の内部に浸入しないよ
うに、開口部2,3,4をシールする汎用のシール対策
を施す。なお、シール対策は汎用の手段を用いるため、
ここでは詳細説明は割愛する。また、空洞共振器9を測
定対象物の中に挿入しているが、「挿入」していること
が重要で、単に空洞共振器9を測定対象物に「接触」さ
せているだけではない。
【0018】空洞共振器9を大気中に置いて開口部4の
外部物質が空気であるときと、空洞共振器9を測定対象
物(水)の中に挿入して開口部4の外部物質が測定対象
物(水)であるときとでは、共振状態が明瞭に変化する
ため、この共振状態の変化を共振状態分析器8により検
出する。そして共振状態分析器8で検出した共振状態変
化を基に、従来と同様にして、測定対象物の誘電物性値
を検出することができる。
【0019】本実施の形態によれば、空洞共振器9の中
に測定対象物を密閉充填する必要はなく、逆に、空洞共
振器9を測定対象物の中に挿入するようにしているた
め、オンラインのモニタリングが可能になるとともに、
複数対象物の誘電物性値の測定を能率的に行うことがで
きる。
【0020】図2は、図1に示す空洞共振器9を大気中
(εr ≒1 ,tan δ≒1)に置いた場合の共振状態
(実線で示す特性)と、空洞共振器9を水中(εr ≒7
5,tan δ≒0.1)に挿入した場合の共振状態(点線
で示す特性)を示している。図2から判るように、空洞
共振器9を大気中に置いたときと水中に挿入したときと
で共振状態が大きく変化しており、具体的には、共振周
波数の変化量は約5MHzであり、共振ピークの変化量
は約10dBであった。図2の特性を検出することによ
り、測定対象物である水の誘電物性値を検出することが
できる。
【0021】次に図3(a)〜(d)をもとに空洞共振
器9の各種実施例を説明する。図3(a)に示す円筒状
の空洞共振器9は、円筒の一つの端面(例えば下端面)
に開口部2,3を設け、他の端面(例えば上端面)に開
口部4を設けている。図3(b)に示す空洞共振器9で
は、円筒側面上(周面上)に開口部4を設けており、図
3(c)に示す空洞共振器9では、円筒側面上に軸方向
に延びるスリット状の開口部4を設け、図3(d)に示
す空洞共振器9では、円筒側面上に周方向に延びるスリ
ット状の開口部4を設けている。
【0022】図3に示すように、測定対象物の性状,サ
イズ等に応じて開口部2,3,4の位置を変更すること
も可能であり、また測定対象物の誘電物性値に応じて開
口部4の大きさ,形状,位置等を適当に定めることによ
って、高精度な測定を行うことが可能となる。
【0023】また図1では、内部直径が75mmで内部軸
方向長さが75mmの円筒型の空洞共振器9による実施例
を示したが、使用する高周波電磁信号の周波数,モード
等に応じて他の寸法の空洞共振器を用いることも可能で
あり、さらに、他の形状(例えば矩形)の空洞共振器を
用いることも勿論可能である。信号の周波数,モード等
に応じた空洞共振器の寸法,形状の決定法は、一般的な
公知技術であり、その説明はここでは割愛する。
【0024】
【発明の効果】以上実施の形態とともに具体的に説明し
たように、本発明の共振型誘電物性検出器および共振型
誘電物性検出方法によれば、下記の効果を奏する。
【0025】(1)空洞共振器に設けた外部との電磁的
結合を創出するための第3の開口部によって、空洞共振
器外部の測定対象物の誘電物性値を共振現象の変化を利
用して高精度に検出することができる。
【0026】(2)これによって、従来技術では空洞共
振器内に測定対象物を密閉充填する必要があったのに対
して、本発明では、空洞共振器を測定対象物に挿入する
タイプの検出器となり、オンラインでの連続測定、複数
対象物の能率的な測定等への適用が可能になる。
【0027】さらに、一般に物体の誘電物性は、その含
水率,密度,混合率,温度等によって変化するため、あ
らかじめ何らかの方法でこれらの諸量と誘電物性との関
係が把握できていれば、本発明を利用して誘電物性値を
測定することにより、対象物の含水率,密度,混合率,
温度等も把握できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態にかかる共振型誘電物性検
出器を示す構成図。
【図2】本発明の共振型誘電物性検出器により検出した
測定データを示す特性図。
【図3】空洞共振器の各種変形例を示す断面図。
【図4】従来の共振型誘電物性検出器を示す構成図。
【図5】従来の共振型誘電物性検出器により検出した測
定データを示す特性図。
【符号の説明】
1 空洞共振器 2,3,4 開口部 5 高周波電磁信号発生部 6,7 信号線 8 共振状態検出器 9 空洞共振器
フロントページの続き (72)発明者 内田 豊一 愛知県名古屋市中村区岩塚町字高道1番地 三菱重工業株式会社名古屋研究所内 (72)発明者 則松 康文 広島県広島市西区観音新町四丁目6番22号 三菱重工業株式会社広島研究所内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電磁界の共振場として利用される密閉空
    間となる中空空間を有するよう導体で形成され、測定対
    象物に挿入された状態と挿入されてない状態で使用され
    る空洞共振器と、 高周波電磁信号を前記空洞共振器に入力して密閉空間内
    に電磁界の共振状態を発生させるために前記空洞共振器
    に設けられた第1の開口部と、 電磁界の共振状態を示す共振状態信号を前記密閉空間か
    ら外部に取り出すために前記空洞共振器に設けられた第
    2の開口部と、 前記空洞共振器の密閉空間と空洞共振器の外部空間との
    間で電磁的結合を創出するため前記空洞共振器に設けら
    れた第3の開口部と、 前記空洞共振器が前記測定対象物に挿入された状態と挿
    入されてない状態において、第2の開口部を介してそれ
    ぞれ取り出された共振状態信号の変化を基に、測定対象
    物の誘電物性値を検出する検出手段とを備えたことを特
    徴とする共振型誘電物性検出器。
  2. 【請求項2】 電磁界の共振場として利用される密閉空
    間となる中空空間を有するよう導体で形成されると共
    に、第1の開口部と第2の開口部と第3の開口部が設け
    られた空洞共振器を、測定対象物に挿入された状態と挿
    入されてない状態で使用し、 第3の開口部を介して前記空洞共振器の密閉空間と空洞
    共振器の外部空間との間で電磁的結合状態を保持しつ
    つ、高周波電磁信号を前記第1の開口部を介して前記空
    洞共振器に入力して密閉空間内に電磁界の共振状態を発
    生させ、 第3の開口部を介して前記空洞共振器の密閉空間と空洞
    共振器の外部空間との間で電磁的結合状態を保持しつ
    つ、電磁界の共振状態を示す共振状態信号を前記第2の
    開口部を介して前記密閉空間から外部に取り出し、 前記空洞共振器が前記測定対象物に挿入された状態と挿
    入されてない状態において、第2の開口部を介してそれ
    ぞれ取り出された共振状態信号の変化を基に、測定対象
    物の誘電物性値を検出することを特徴とする共振型誘電
    物性検出方法。
JP12531696A 1996-05-21 1996-05-21 共振型誘電物性検出器および共振型誘電物性検出方法 Withdrawn JPH09304299A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012523563A (ja) * 2009-04-08 2012-10-04 ローズマウント インコーポレイテッド Rf空洞型プロセス流体センサ
CN104931514A (zh) * 2015-06-17 2015-09-23 成都兴三为科技有限公司 微波谐振腔水分传感系统
CN108195852A (zh) * 2017-12-23 2018-06-22 内蒙古自治区产品质量检验研究院 基于可调微波谐振腔技术的纸张含水量检测方法

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Effective date: 20030805