JPH11153554A - マイクロウエーブ漏れ電磁界センサ - Google Patents
マイクロウエーブ漏れ電磁界センサInfo
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- JPH11153554A JPH11153554A JP10261657A JP26165798A JPH11153554A JP H11153554 A JPH11153554 A JP H11153554A JP 10261657 A JP10261657 A JP 10261657A JP 26165798 A JP26165798 A JP 26165798A JP H11153554 A JPH11153554 A JP H11153554A
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- sensor
- sensor according
- dielectric
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N22/00—Investigating or analysing materials by the use of microwaves or radio waves, i.e. electromagnetic waves with a wavelength of one millimetre or more
- G01N22/04—Investigating moisture content
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- Electromagnetism (AREA)
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 誘電体中の水分と密度を測定するための漏れ
電磁界センサを提供する。 【解決手段】 センサは、回転対象構造を有し、軸方向
の少なくとも一方に電磁放射に透過性を有し、該センサ
中に定在波の回転対象の交番電磁界が発生し、その電磁
界の円周方向での空間周期が交番電磁界の周波数におい
て真空波長より小さくされている。
電磁界センサを提供する。 【解決手段】 センサは、回転対象構造を有し、軸方向
の少なくとも一方に電磁放射に透過性を有し、該センサ
中に定在波の回転対象の交番電磁界が発生し、その電磁
界の円周方向での空間周期が交番電磁界の周波数におい
て真空波長より小さくされている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、誘電体材料の水分
及び又は密度の測定のためのマイクロウエーブ漏れ電磁
界センサに関する。
及び又は密度の測定のためのマイクロウエーブ漏れ電磁
界センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】工業での荒い操業条件下での応用やまた
実験室的な厳密な測定などの両方で、マイクロウエーブ
を利用したセンサ技術は、調査すべき物の水分又は密度
を即座に且つ正確に記述できる可能性を有している。こ
れに基本的に妥当するものは、水分と密度の影響を分離
する特別の方法であり、この方法は、共振器の使用と共
に利用されている（ヨーロッパ特許ＥＰ０４６８０２
３）。
実験室的な厳密な測定などの両方で、マイクロウエーブ
を利用したセンサ技術は、調査すべき物の水分又は密度
を即座に且つ正確に記述できる可能性を有している。こ
れに基本的に妥当するものは、水分と密度の影響を分離
する特別の方法であり、この方法は、共振器の使用と共
に利用されている（ヨーロッパ特許ＥＰ０４６８０２
３）。
【０００３】共振器法においては、定常波マイクロウエ
ーブを適当な金属空洞内で発生させるが、この方法の基
本的な特徴は、材料水分とマイクロウエーブとの相互作
用の無損失効果がないことであり、即ち、誘電率の実数
部に支配される特性変化にある。この共振器法によれ
ば、測定結果に影響するマイクロウエーブ電力損失を物
質中の減衰の範囲に制限することができ（熱に変換され
る）、他の損失（表面又は内部での粗粒化した散乱中心
における漏れ損失、放射損失など）による壊乱を避ける
ことができる。
ーブを適当な金属空洞内で発生させるが、この方法の基
本的な特徴は、材料水分とマイクロウエーブとの相互作
用の無損失効果がないことであり、即ち、誘電率の実数
部に支配される特性変化にある。この共振器法によれ
ば、測定結果に影響するマイクロウエーブ電力損失を物
質中の減衰の範囲に制限することができ（熱に変換され
る）、他の損失（表面又は内部での粗粒化した散乱中心
における漏れ損失、放射損失など）による壊乱を避ける
ことができる。
【０００４】湿った誘電体材料は、共振器内に導入され
ると、共振周波数が変化し、共振曲線の幅が増加するの
で、密度と水分は、水分の文献で説明するように、これ
らの変化から測定できる。
ると、共振周波数が変化し、共振曲線の幅が増加するの
で、密度と水分は、水分の文献で説明するように、これ
らの変化から測定できる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この方
法では、マイクロウエーブのエネルギーが逃散しないで
ある程度閉じた共振器を使用することを前提としてい
る。特に、もし、場のエネルギーが放射によって失われ
るならば、これは、線の幅と共振周波数の壊乱の結果に
なり、もはや、密度と水分は測定できなくなる。
法では、マイクロウエーブのエネルギーが逃散しないで
ある程度閉じた共振器を使用することを前提としてい
る。特に、もし、場のエネルギーが放射によって失われ
るならば、これは、線の幅と共振周波数の壊乱の結果に
なり、もはや、密度と水分は測定できなくなる。
【０００６】空洞共振器の実際の適用には、測定される
べき物質を、アプリケータの試料管に挿入されなければ
ならないという限界が生じる。多くの物質の場合は、こ
れは、実験者が手を使用して、その物質をサンプルアプ
リケータに挿入するものならば、実験室的測定において
のみ可能となる。
べき物質を、アプリケータの試料管に挿入されなければ
ならないという限界が生じる。多くの物質の場合は、こ
れは、実験者が手を使用して、その物質をサンプルアプ
リケータに挿入するものならば、実験室的測定において
のみ可能となる。
【０００７】プロセス測定では、良好な流動性ないしは
注入性を有する物質の場合には、本流から輸送手段の助
けで物質を移動させ、測定管に満たし、測定後にさらに
もとの主流に戻すことによって、測定をそのバイパス中
ですることができる。
注入性を有する物質の場合には、本流から輸送手段の助
けで物質を移動させ、測定管に満たし、測定後にさらに
もとの主流に戻すことによって、測定をそのバイパス中
ですることができる。
【０００８】それゆえ、プロセス測定技術は、拡張とし
て、前述のように、水分測定のため密度に依存しない共
振器測定法の特許の利点を全て有し、同時に、工程との
交錯なしに、製品の流れの主流中で組み込むことのでき
る測定装置を発達させるのが好ましい。
て、前述のように、水分測定のため密度に依存しない共
振器測定法の特許の利点を全て有し、同時に、工程との
交錯なしに、製品の流れの主流中で組み込むことのでき
る測定装置を発達させるのが好ましい。
【０００９】導波管又は空洞から自由空間にマイクロウ
エーブを導くのは困難ではなく、それで大面積の板や工
業的工程での材料の流れなどに突き当たるが、この場合
には、マイクロウエーブのエネルギーのアンテナ状の放
射が生じ、これが、すでに述べたように、共振周波数
と、共振曲線の幅に影響し、測定結果を無効にする。
エーブを導くのは困難ではなく、それで大面積の板や工
業的工程での材料の流れなどに突き当たるが、この場合
には、マイクロウエーブのエネルギーのアンテナ状の放
射が生じ、これが、すでに述べたように、共振周波数
と、共振曲線の幅に影響し、測定結果を無効にする。
【００１０】以前から知られていた開放型の漏れ電磁界
共振器の場合は、定常波が、一端を開放した同軸ライン
により発生させ、共振器周波数と共振器の性能指数(qua
lityfactor)が漏れ電界中の誘電体によって変更される
（Mesures Regulation Automatisme., Vol. 50, No 1,
January 1958, Paris FR, pages 67-70, XP002057631)
。この配置の基本的な欠点は、この漏れ電磁界の形
が、特に同軸導体の方向へ独特な放射挙動を有すること
である。その結果、水分と密度を分離する目的で損失の
測定と周波数変位の測定とを利用するための基本的な前
提条件が満たされない。また、試料の層厚、試料とセン
サの接触圧、試料の形状も測定信号への干渉効果を持っ
ている。
共振器の場合は、定常波が、一端を開放した同軸ライン
により発生させ、共振器周波数と共振器の性能指数(qua
lityfactor)が漏れ電界中の誘電体によって変更される
（Mesures Regulation Automatisme., Vol. 50, No 1,
January 1958, Paris FR, pages 67-70, XP002057631)
。この配置の基本的な欠点は、この漏れ電磁界の形
が、特に同軸導体の方向へ独特な放射挙動を有すること
である。その結果、水分と密度を分離する目的で損失の
測定と周波数変位の測定とを利用するための基本的な前
提条件が満たされない。また、試料の層厚、試料とセン
サの接触圧、試料の形状も測定信号への干渉効果を持っ
ている。
【００１１】同軸導体の開放端で漏れ電磁界を有する公
知のセンサは、水分の測定に使用するように意図されて
いる（Thompson F: "Moisture Measurement Using Micr
owave", Measurement and Control, Vol. 22, No. 7, S
eptember 1989, Pages 210-215,b XP000052731）。放射
の問題と、別種の（試料などからの）干渉の影響とをあ
る程度制御するために、漏れ電磁界が、「試料中数ミリ
メートルの浸透深さ」に制限される。これでは、比較的
大きい試料の水分及び又は密度を信頼できて正確に測定
することができない。
知のセンサは、水分の測定に使用するように意図されて
いる（Thompson F: "Moisture Measurement Using Micr
owave", Measurement and Control, Vol. 22, No. 7, S
eptember 1989, Pages 210-215,b XP000052731）。放射
の問題と、別種の（試料などからの）干渉の影響とをあ
る程度制御するために、漏れ電磁界が、「試料中数ミリ
メートルの浸透深さ」に制限される。これでは、比較的
大きい試料の水分及び又は密度を信頼できて正確に測定
することができない。
【００１２】本発明は、マイクロウエーブの電磁界があ
る領域の前面の空間で生じても、好ましくないアンテナ
状放射が起こらないようにした漏れ電磁界センサを提供
することを目的とする。
る領域の前面の空間で生じても、好ましくないアンテナ
状放射が起こらないようにした漏れ電磁界センサを提供
することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明においては、この
目的は、発明者の計算と実験から、マイクロウエーブ漏
れ電磁界センサが、基本的に回転対象設計を有し、少な
くとも一端への軸方向に電磁放射に対して伝導するこ
と、及び、その中で定常波の回転対象的な交番電磁場を
発生させ、円周方向での電磁界の空間的周期をその交番
場の周波数での真空波長より小さくすることよって達成
できることがわかった。
目的は、発明者の計算と実験から、マイクロウエーブ漏
れ電磁界センサが、基本的に回転対象設計を有し、少な
くとも一端への軸方向に電磁放射に対して伝導するこ
と、及び、その中で定常波の回転対象的な交番電磁場を
発生させ、円周方向での電磁界の空間的周期をその交番
場の周波数での真空波長より小さくすることよって達成
できることがわかった。
【００１４】言いかえれば、定常波の形で基本的な回転
対象にある交番電磁場を形成し、この場合、発生位置に
おける波長を、自由空間におけるよりも実質的に小さく
する。マイクロウエーブが形成された位置と自由空間に
おける波長のこのような差の結果として、マイクロウエ
ーブは空間をある距離だけ浸透するがマイクロウエーブ
の電磁界強度が漏れ電磁界センサからの距離と共に非常
に大きく低減し、その結果、事実上はマイクロウエーブ
の電磁界の強度は放射されないという本発明の効果が得
られる。これは、基本的に、干渉による減衰が遠く離れ
た電磁場において生じるが、近い電磁場は残るという事
実に基づいている。
対象にある交番電磁場を形成し、この場合、発生位置に
おける波長を、自由空間におけるよりも実質的に小さく
する。マイクロウエーブが形成された位置と自由空間に
おける波長のこのような差の結果として、マイクロウエ
ーブは空間をある距離だけ浸透するがマイクロウエーブ
の電磁界強度が漏れ電磁界センサからの距離と共に非常
に大きく低減し、その結果、事実上はマイクロウエーブ
の電磁界の強度は放射されないという本発明の効果が得
られる。これは、基本的に、干渉による減衰が遠く離れ
た電磁場において生じるが、近い電磁場は残るという事
実に基づいている。
【００１５】本発明は、それゆえ、平面的設計であり、
他方では、マイクロウエーブ共振器として、設計され、
上記特許に基づくデジタル電子機器を利用可能にするセ
ンサを提供するものである。
他方では、マイクロウエーブ共振器として、設計され、
上記特許に基づくデジタル電子機器を利用可能にするセ
ンサを提供するものである。
【００１６】他方では、電磁場は、平面状センサ表面の
上で発生させ、その電磁場は、測定物質中に放出し、物
質の誘電率が臨界値以下である限り放射損失を伴わな
い。これは、工業的状況により生ずる生産物の実際に容
易に適応することができる。このような条件下で、平面
共振器技術により測定される損失は、空洞共振器の場合
と同様に、放射効果の結果としてではなくて、製造物中
の熱変換の効果として生じる。測定は、木質ボードや石
版などのような大面積の材料の一方側からすることも可
能になる。測定は、容器壁内、土中、生産設備中の移動
中の製品の流れなどとの組合わせによっても可能であ
る。
上で発生させ、その電磁場は、測定物質中に放出し、物
質の誘電率が臨界値以下である限り放射損失を伴わな
い。これは、工業的状況により生ずる生産物の実際に容
易に適応することができる。このような条件下で、平面
共振器技術により測定される損失は、空洞共振器の場合
と同様に、放射効果の結果としてではなくて、製造物中
の熱変換の効果として生じる。測定は、木質ボードや石
版などのような大面積の材料の一方側からすることも可
能になる。測定は、容器壁内、土中、生産設備中の移動
中の製品の流れなどとの組合わせによっても可能であ
る。
【００１７】有利な形態は、漏れ電磁界センサが誘電体
によって囲まれた導体閉ループの形で金属ワイヤを有す
ることを特徴とするものがある。この導体閉ループの場
合は、ラジオ周波数、特にマイクロウエーブに整合させ
るのが難しい。
によって囲まれた導体閉ループの形で金属ワイヤを有す
ることを特徴とするものがある。この導体閉ループの場
合は、ラジオ周波数、特にマイクロウエーブに整合させ
るのが難しい。
【００１８】別の形態は、このような問題は避けられる
が、漏れ電磁界センサが、Ｅm10モードで動作し、中央
開口部で中断された薄い金属端面を有し、誘電体が充填
された円筒共振器を有することを特徴としている。この
場合には、ｍ＝１，２，３，・・・は、方位角モード特
性数（azimuthal mode characteristic number)で、ｍ
＝１の時は、半径方向モード特性数であり、ｍ＝０（ゼ
ロ）の時は、軸方向モード特性数である。このようなモ
ードは、フィールドラインが、最短距離で、底部からカ
バープレートまで交互に走る２ｍの円形セグメントを有
している。半径方向には、電磁波は、共振器から離れる
に従ってゼロから次第に増加し、最大値に達し、共振器
の端部で再び増加する。モード特性数ｍの増加により、
電磁場最大値は、共振器の壁電磁場領域にさらに移動す
る。電場のフィールドラインは、共振器空間から端面の
開口部を通って存在し、隣接する円形のセグメント内の
フィールドラインと合流してその空間内で曲げられたフ
ィールドライン形状を作る。放射を防止するような手段
がない限り、主たる放射方向は、端面に平行な半径方向
である。
が、漏れ電磁界センサが、Ｅm10モードで動作し、中央
開口部で中断された薄い金属端面を有し、誘電体が充填
された円筒共振器を有することを特徴としている。この
場合には、ｍ＝１，２，３，・・・は、方位角モード特
性数（azimuthal mode characteristic number)で、ｍ
＝１の時は、半径方向モード特性数であり、ｍ＝０（ゼ
ロ）の時は、軸方向モード特性数である。このようなモ
ードは、フィールドラインが、最短距離で、底部からカ
バープレートまで交互に走る２ｍの円形セグメントを有
している。半径方向には、電磁波は、共振器から離れる
に従ってゼロから次第に増加し、最大値に達し、共振器
の端部で再び増加する。モード特性数ｍの増加により、
電磁場最大値は、共振器の壁電磁場領域にさらに移動す
る。電場のフィールドラインは、共振器空間から端面の
開口部を通って存在し、隣接する円形のセグメント内の
フィールドラインと合流してその空間内で曲げられたフ
ィールドライン形状を作る。放射を防止するような手段
がない限り、主たる放射方向は、端面に平行な半径方向
である。
【００１９】誘電体の比誘電率は、その用途により変更
して選ばれる。ある有利な実施形態では、その比誘電率
は、少なくとも２以上であり、好ましい例では、少なく
とも５以上であり、さらに好ましくは、１０である。同
時に、もし導体ループの場合の誘電体が相対的に薄い
と、比較できる効果を得るためには、誘電率εは、誘電
体充填空洞の場合よりも大きくしなければならない。
して選ばれる。ある有利な実施形態では、その比誘電率
は、少なくとも２以上であり、好ましい例では、少なく
とも５以上であり、さらに好ましくは、１０である。同
時に、もし導体ループの場合の誘電体が相対的に薄い
と、比較できる効果を得るためには、誘電率εは、誘電
体充填空洞の場合よりも大きくしなければならない。
【００２０】これらの形態で、方位角モード特性数は、
少なくとも３であることが有利であり、他の有利な場合
には、おおよそ１０である。
少なくとも３であることが有利であり、他の有利な場合
には、おおよそ１０である。
【００２１】電場がその生成位置で自由空間に比較して
短い波長を有することの目的は、別の有利な実施形態
で、漏れ電磁界センサが、ローゼット状に成形された金
属導体を有し、振動を各曲線（第２の曲線、第３の曲線
など）上の外側か又は内側で最大に生じさせることによ
り、達成することができる。供給される信号の周波数
が、最大及び最小の電磁界強度がローゼットの外側円弧
で交互に形成され（選ばれた結合に依存性がある場
合）、且つその円形に沿って定在波が形成されるように
選ばれ、このとき、金属構造物上の波長の数が、円筒空
洞共振器のモード特性数と等価である。適当な距離で
は、電磁場の構造が、上記の円筒共振器の構造と等価に
成る。
短い波長を有することの目的は、別の有利な実施形態
で、漏れ電磁界センサが、ローゼット状に成形された金
属導体を有し、振動を各曲線（第２の曲線、第３の曲線
など）上の外側か又は内側で最大に生じさせることによ
り、達成することができる。供給される信号の周波数
が、最大及び最小の電磁界強度がローゼットの外側円弧
で交互に形成され（選ばれた結合に依存性がある場
合）、且つその円形に沿って定在波が形成されるように
選ばれ、このとき、金属構造物上の波長の数が、円筒空
洞共振器のモード特性数と等価である。適当な距離で
は、電磁場の構造が、上記の円筒共振器の構造と等価に
成る。
【００２２】この効果は、誘電体基板上に又はそのよう
な基板内に導体を配置することにより補強される。基板
では、その誘電体の波長短縮効果によって生成場所での
波長の短縮を示すような電流のロゼット状プロフィルの
効果が強化される。その金属導体の外周における空間周
期は、真空での波長より約１．５倍小さいことが好まし
く、より好ましくは、２．５倍小さいこと、他の好まし
い実施形態では、約３．５倍小さいことである。
な基板内に導体を配置することにより補強される。基板
では、その誘電体の波長短縮効果によって生成場所での
波長の短縮を示すような電流のロゼット状プロフィルの
効果が強化される。その金属導体の外周における空間周
期は、真空での波長より約１．５倍小さいことが好まし
く、より好ましくは、２．５倍小さいこと、他の好まし
い実施形態では、約３．５倍小さいことである。
【００２３】本発明による漏れ電磁界センサは、広範囲
の周波数で使用することができ、その寸法、適当なら
ば、誘電率を、その周波数に適合させなければならな
い。本発明の漏れ電磁界センサは、０．１ＧＨｚから２
０ＧＨｚ以上の周波数範囲で容易に使用することができ
る。
の周波数で使用することができ、その寸法、適当なら
ば、誘電率を、その周波数に適合させなければならな
い。本発明の漏れ電磁界センサは、０．１ＧＨｚから２
０ＧＨｚ以上の周波数範囲で容易に使用することができ
る。
【００２４】本発明は、添付図面を参照しながら、好ま
しい実施例を使用して、以下に説明する。図１は、電磁
波の定在波を発生させる金属ワイヤーループ１を示す。
ワイヤーループ１は、薄い誘電体２に囲まれ、この誘電
体２は、電流ループ１内で波長が自由空間より小さく、
この配置によりその結果のマイクロウエーブの電磁界強
度は、図２より明らかである。強度は、上方に採り、右
方向にz軸、前方に半径方向（ｘ又はｙ）上にプロット
されている。この図から判るように、電磁界強度は、ワ
イヤーからの距離ｚの増加に従って、１波長の範囲内
で、急速に低下し、それゆえ、はっきり感知できるほど
の放射は起こらない。
しい実施例を使用して、以下に説明する。図１は、電磁
波の定在波を発生させる金属ワイヤーループ１を示す。
ワイヤーループ１は、薄い誘電体２に囲まれ、この誘電
体２は、電流ループ１内で波長が自由空間より小さく、
この配置によりその結果のマイクロウエーブの電磁界強
度は、図２より明らかである。強度は、上方に採り、右
方向にz軸、前方に半径方向（ｘ又はｙ）上にプロット
されている。この図から判るように、電磁界強度は、ワ
イヤーからの距離ｚの増加に従って、１波長の範囲内
で、急速に低下し、それゆえ、はっきり感知できるほど
の放射は起こらない。
【００２５】計算の結果を表１に掲げるが、いろいろい
なモード特性数ｍについて、放射電力を金属円形導体の
放射の０．０１％の値以下に低下させるときの誘電率ε
の臨界値が存在し、その誘電率の臨界値がこの表に入れ
てある。導体ループの半径は、関連のモードと誘電率の
臨界値を与える共振周波数２．５ＧＨｚの実現のために
選んであり、この表の最後の欄に示している。モード特
性数ｍは、この場合、図１に示す円形導体１上の半波の
数である。
なモード特性数ｍについて、放射電力を金属円形導体の
放射の０．０１％の値以下に低下させるときの誘電率ε
の臨界値が存在し、その誘電率の臨界値がこの表に入れ
てある。導体ループの半径は、関連のモードと誘電率の
臨界値を与える共振周波数２．５ＧＨｚの実現のために
選んであり、この表の最後の欄に示している。モード特
性数ｍは、この場合、図１に示す円形導体１上の半波の
数である。
【００２６】
【表１】
【００２７】図３は、本発明の漏れ電磁界センサの別の
実施例を示す。この場合は、入力整合器１０と出力整合
器１１とが、同軸ラインと容量性の実効整合ピン３とを
介して生じており、これらピンは、共振器の中心に対し
て距離Ｋで、一方では、カバー層の金属カバーの下に、
他方では、最大共振電界の近傍に、配置されている。実
際の共振器は、誘電率ε、直径Ｄ、層厚ｓ有する円形の
セラミック誘電体４により形成され、薄い（即ち、０．
１ｍｍ以下の層厚を有する）金属層５が、セラミック誘
電体に、共振器のカバー層の（直径Ｏ）中の金属層５に
同心状に形成した開口部を除いて接合されている。この
上に実際の測定帯が、漏れ電磁界領域６を備えて形成さ
れている。
実施例を示す。この場合は、入力整合器１０と出力整合
器１１とが、同軸ラインと容量性の実効整合ピン３とを
介して生じており、これらピンは、共振器の中心に対し
て距離Ｋで、一方では、カバー層の金属カバーの下に、
他方では、最大共振電界の近傍に、配置されている。実
際の共振器は、誘電率ε、直径Ｄ、層厚ｓ有する円形の
セラミック誘電体４により形成され、薄い（即ち、０．
１ｍｍ以下の層厚を有する）金属層５が、セラミック誘
電体に、共振器のカバー層の（直径Ｏ）中の金属層５に
同心状に形成した開口部を除いて接合されている。この
上に実際の測定帯が、漏れ電磁界領域６を備えて形成さ
れている。
【００２８】実際の機器の例は、４ＧＨｚまでの作動範
囲にあるセンサであり、単一の構造で、共振モードＥ
410、Ｅ510、Ｅ610、Ｅ710、Ｅ810及びＥ910で励起され
る。この場合、Ｄ＝１４５ｍｍ、Ｏ＝９０〜１２０ｍｍ
（好ましくは漏れ電磁界の寸法に依存する）、ｓ＝３．
２及びε＝９．２である。
囲にあるセンサであり、単一の構造で、共振モードＥ
410、Ｅ510、Ｅ610、Ｅ710、Ｅ810及びＥ910で励起され
る。この場合、Ｄ＝１４５ｍｍ、Ｏ＝９０〜１２０ｍｍ
（好ましくは漏れ電磁界の寸法に依存する）、ｓ＝３．
２及びε＝９．２である。
【００２９】技術的には、平面状センサをε＝１００ま
でのセラミック充填物に実現することは可能である。誘
電率のより高い数値では、電磁界の最大と最小が互いに
近づき合っているので、アンテナ結合により、共振空間
で大きな非均質性を形成する。
でのセラミック充填物に実現することは可能である。誘
電率のより高い数値では、電磁界の最大と最小が互いに
近づき合っているので、アンテナ結合により、共振空間
で大きな非均質性を形成する。
【００３０】図４は、閉じた円筒共振器のＥ310の共振
モードのフィールドラインのプロフィルを示す。上端面
の開口部を通じて、フィールドパターンの形成が、第１
の実施例の場合のｍ＝３の環状導体と同様に、可能であ
る。
モードのフィールドラインのプロフィルを示す。上端面
の開口部を通じて、フィールドパターンの形成が、第１
の実施例の場合のｍ＝３の環状導体と同様に、可能であ
る。
【００３１】第３の実施例は、図５に示されているが、
金属ワイヤ７が、基板１２（特に、誘電体基板）の上に
又は中にローゼット構造を形成する。この金属ワイヤ
は、この場合は、一面内に円形廻りに、メアンダー状に
巻かれている。電磁波は、整合ピン又は整合線の形の適
当な入力整合によって整合され、これらの整合ピン又は
整合線は、互いに十分な距離で、ロゼット構造に対して
横方向で、基板の下面上か上面側の何れかに配置されて
いる。
金属ワイヤ７が、基板１２（特に、誘電体基板）の上に
又は中にローゼット構造を形成する。この金属ワイヤ
は、この場合は、一面内に円形廻りに、メアンダー状に
巻かれている。電磁波は、整合ピン又は整合線の形の適
当な入力整合によって整合され、これらの整合ピン又は
整合線は、互いに十分な距離で、ロゼット構造に対して
横方向で、基板の下面上か上面側の何れかに配置されて
いる。
【００３２】この電磁波は、金属ワイヤに沿って案内さ
れる。共振は、各曲線（各第２の、第３の曲線の如く）
の外側又は対応する内側の何れかで、発振の最大強度が
形成されるように形成される。信号周波数は、最大又は
最小の電磁界強度がローゼットの外側円弧又は内側円弧
上にそれぞれ交互に形成され（選ばれた整合に依存する
が）、しかも円形状に定在波が生じるように選ばれ、こ
の場合は、金属構造上の波長数は、モード特性数ｍに等
しくなる。適当な距離で、その電磁場の構造は円形共振
器の構造と同等になる。
れる。共振は、各曲線（各第２の、第３の曲線の如く）
の外側又は対応する内側の何れかで、発振の最大強度が
形成されるように形成される。信号周波数は、最大又は
最小の電磁界強度がローゼットの外側円弧又は内側円弧
上にそれぞれ交互に形成され（選ばれた整合に依存する
が）、しかも円形状に定在波が生じるように選ばれ、こ
の場合は、金属構造上の波長数は、モード特性数ｍに等
しくなる。適当な距離で、その電磁場の構造は円形共振
器の構造と同等になる。
【００３３】円形配置における波長の短縮は、放射を避
けるのに重要で、これは、電磁波が金属導体に沿った回
転（turn)の効果で償わなければならない付加的な距離
から生じるのである。ローゼットの回転(turn)の数と、
内側と外側の円の直径とを適当に選択すれば、波長の短
縮係数は、広い範囲で変化し、短縮係数について放射が
生じないための臨界値を超えることができることは好都
合である。
けるのに重要で、これは、電磁波が金属導体に沿った回
転（turn)の効果で償わなければならない付加的な距離
から生じるのである。ローゼットの回転(turn)の数と、
内側と外側の円の直径とを適当に選択すれば、波長の短
縮係数は、広い範囲で変化し、短縮係数について放射が
生じないための臨界値を超えることができることは好都
合である。
【００３４】さらに可能な形状が、高い誘電率を有する
適当な基板を選ぶことによっても得られる。約２．５Ｇ
Ｈｚの共振周波数の放射のない典型例は、表２に掲げた
数値の外径Ａ、内径Ｂ、ローゼットの回転の数Ｎ、層厚
ｄの基板を利用し、その誘電体の誘電率εで与えること
ができる。これらの数値は、放射が生じないための臨界
値を満たす。例えば、モード特性数ｍ＝１６の場合の波
長短縮係数１２は、表２中の最初の例から来るものであ
る。
適当な基板を選ぶことによっても得られる。約２．５Ｇ
Ｈｚの共振周波数の放射のない典型例は、表２に掲げた
数値の外径Ａ、内径Ｂ、ローゼットの回転の数Ｎ、層厚
ｄの基板を利用し、その誘電体の誘電率εで与えること
ができる。これらの数値は、放射が生じないための臨界
値を満たす。例えば、モード特性数ｍ＝１６の場合の波
長短縮係数１２は、表２中の最初の例から来るものであ
る。
【００３５】
【表２】
【図１】 ワイヤーの形で導体ループを示す概要図であ
る。
る。
【図２】 図１の漏れ電磁界センサ内での位置の関数と
して漏れ電磁界の強度分布を示す。
して漏れ電磁界の強度分布を示す。
【図３】 本発明の漏れ電磁界センサの第２の実施例の
断面図を示す。
断面図を示す。
【図４】 図３の漏れ電磁界センサのマイクロウエーブ
フィールドラインのプロフィルを示す。
フィールドラインのプロフィルを示す。
【図５】 本発明の第３の実施例の漏れ電磁界センサを
示す。
示す。
１ 金属ワイヤ ２ 誘電体 ４ 誘電体 ５ 金属端面 ７ 金属導体
Claims (14)
- 【請求項１】 誘電体材料の水分及び又は密度を測定す
るためのマイクロウエーブ漏れ電磁界センサであって、 センサが回転対象構造であって、軸方向の少なくとも一
方に電磁放射に透過性を有し、 該センサ中に定在波の回転対象の交番電磁界が発生し、
その電磁界の円周方向での空間周期が交番電磁界の周波
数において真空波長より小さいことを特徴とするマイク
ロウエーブ漏れ電磁界センサ。 - 【請求項２】 センサが誘電体（２）によって取り囲ま
れた閉じた導体ループの形の金属ワイヤ（１）を有する
請求項１のセンサ。 - 【請求項３】 センサが、Ｅm10モードで作動する円筒
共振器を有し、中心開口部で遮断され且つ誘電体（４）
で満たされた薄い金属端面（５）を有する請求項１に記
載のセンサ。 - 【請求項４】 誘電体（２、４）の比誘電率εが２以上
である請求項２または３に記載のセンサ。 - 【請求項５】 誘電体（２、４）の比誘電率εが５以上
である請求項２または３に記載のセンサ。 - 【請求項６】 誘電体（２、４）の比誘電率εが１０以
上である請求項２または３に記載のセンサ。 - 【請求項７】 方位角モード特性数ｍが、約３以上であ
る請求項２ないし６いずれかに記載のセンサ。 - 【請求項８】 方位角モード特性数ｍが、約１０以上で
ある請求項２ないし６いずれかに記載のセンサ。 - 【請求項９】 センサが、ローゼット形状の金属導体
（７）を有する請求項１に記載のセンサ。 - 【請求項１０】 金属導体（７）が誘電体基板の上に配
置されている請求項９に記載のセンサ。 - 【請求項１１】 金属導体（７）が誘電体基板の中に配
置されている請求項９に記載のセンサ。 - 【請求項１２】 外周方向での空間周期が、真空波長よ
り少なくとも１．５倍小さい請求項１ないし１１何れか
に記載のセンサ。 - 【請求項１３】 外周方向での空間周期が、真空波長よ
り少なくとも２．５倍小さい請求項１ないし１１何れか
に記載のセンサ。 - 【請求項１４】 外周方向での空間周期が、真空波長よ
り少なくとも３．５倍小さい請求項１ないし１１何れか
に記載のセンサ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE29716639U DE29716639U1 (de) | 1997-09-16 | 1997-09-16 | Mikrowellen-Streufeldsensor zur Feuchte- und/oder Dichtemessung |
| DE29716639-5 | 1997-09-16 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11153554A true JPH11153554A (ja) | 1999-06-08 |
Family
ID=8046075
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10261657A Pending JPH11153554A (ja) | 1997-09-16 | 1998-09-16 | マイクロウエーブ漏れ電磁界センサ |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6316946B2 (ja) |
| EP (1) | EP0908718B1 (ja) |
| JP (1) | JPH11153554A (ja) |
| DE (2) | DE29716639U1 (ja) |
| ES (1) | ES2192292T3 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1197746B1 (de) * | 2001-01-02 | 2002-05-02 | TEWS ELEKTRONIK Dipl.-Ing. Manfred Tews | Verfahren und Vorrichtung zur Messung des Triacetingehalts in Filtersträngen |
| DE10102578C2 (de) | 2001-01-20 | 2003-01-09 | Univ Braunschweig Tech | Resonanter Mikrowellensensor |
| US7027148B2 (en) | 2002-05-01 | 2006-04-11 | Tews Elektronik | Method and apparatus for determining the triacetin content in filter plugs |
| ITBO20020432A1 (it) * | 2002-07-04 | 2004-01-05 | Ima Spa | Metodo per il rilevamento ed il controllo di caratteristiche di articoli farmaceutici |
| DE50301081D1 (de) * | 2003-01-10 | 2005-10-06 | Ams Advanced Microwave Systems | Mikrowellen-Streufeldsensor |
| WO2005068987A1 (en) * | 2004-01-16 | 2005-07-28 | Idelab As | Sensor for measuring electromagnetic properties |
| US8299808B2 (en) | 2005-03-18 | 2012-10-30 | Troxler Electronic Laboratories Inc. | Apparatuses and systems for density gauge calibration and reference emulation |
| EP1859287A4 (en) * | 2005-03-18 | 2012-04-25 | Troxler Electronic Lab Inc | DEVICES AND SYSTEMS FOR THE EMULATION OF THE DENSITY PRINT REFERENCE |
| FI121556B (fi) * | 2006-06-22 | 2010-12-31 | Metso Paper Inc | Vesipitoisuuden mittaus |
| DE102006036188B4 (de) * | 2006-08-01 | 2011-06-16 | Franz Ludwig Gesellschaft für Mess- und Regeltechnik mbH | Resonanter Mikrowellensensor |
| CZ302651B6 (cs) * | 2008-05-06 | 2011-08-17 | Jihoceská univerzita v Ceských Budejovicích, Zemedelská fakulta | Zpusob merení vlhkosti materiálu a zarízení k provádení tohoto zpusobu |
| DE102008049015B4 (de) | 2008-09-25 | 2013-10-31 | Fette Compacting Gmbh | Verfahren zur Qualitätsüberwachung von pulverförmigem Pressmaterial und eine Rundläuferpresse zur Durchführung des Verfahrens |
| CA2779950A1 (en) * | 2009-11-13 | 2011-05-19 | Capsugel Belgium Nv | Method of inspection of sealed capsules with a process of determination of the quality of the seal and related equipment for in-line inspection |
| US11135026B2 (en) | 2012-05-11 | 2021-10-05 | Peter L. Bono | Robotic surgical system |
| US9410904B2 (en) * | 2013-12-23 | 2016-08-09 | Rosmount Tank Radar Ab | System and method for determining density of a medium in a tank |
| DE102014007643A1 (de) * | 2014-05-23 | 2015-11-26 | Astyx Gmbh | Abstandmessvorrichtung, insbesondere für metallische und dielektrische Zielobjekte |
| DE102015105353A1 (de) | 2015-04-09 | 2016-10-13 | Hauni Maschinenbau Gmbh | Saugbandförderer und Strangmaschine der Tabak verarbeitenden Industrie, Verwendung und Verfahren zum Messen von Materialeigenschaften eines Materialstrangs der Tabak verarbeitenden Industrie |
| DE102015206650A1 (de) * | 2015-04-14 | 2016-10-20 | Bhs Corrugated Maschinen- Und Anlagenbau Gmbh | Anlage zur Herstellung einer Wellpappe-Bahn |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2848993A1 (de) * | 1978-11-11 | 1980-05-22 | Bayer Ag | Mikrowellenfeuchtemessgeraet mit umschaltbaren messbereichen |
| US4297874A (en) * | 1979-10-26 | 1981-11-03 | Shinichi Sasaki | Apparatus for measuring a percentage of moisture and weighing of a sheet-like object |
| FI844061L (fi) * | 1984-10-16 | 1986-04-17 | Kemira Oy | Foerfarande och anordning foer maetning av fukthalten eller torrsubstanshalten av aemnen. |
| JPS63145951A (ja) * | 1986-12-09 | 1988-06-18 | Daipoole:Kk | 糸状材料の物性量測定装置 |
| GB2202947B (en) * | 1987-03-09 | 1990-12-05 | Atomic Energy Authority Uk | Microwave probe |
| WO1991002261A1 (en) * | 1989-08-11 | 1991-02-21 | British Technology Group Plc | Resonant cavities for nmr |
| DE4004119A1 (de) * | 1990-02-10 | 1991-08-14 | Tews Elektronik Dipl Ing Manfr | Verfahren zur messung der feuchte eines messgutes mit hilfe von mikrowellen und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens |
| GB2294326A (en) * | 1994-10-06 | 1996-04-24 | Scapa Group Plc | Moisture detection meter |
| JP2897117B2 (ja) * | 1995-09-19 | 1999-05-31 | 株式会社村田製作所 | 周波数可変型誘電体共振器 |
-
1997
- 1997-09-16 DE DE29716639U patent/DE29716639U1/de not_active Expired - Lifetime
-
1998
- 1998-08-31 ES ES98116440T patent/ES2192292T3/es not_active Expired - Lifetime
- 1998-08-31 DE DE59807170T patent/DE59807170D1/de not_active Expired - Fee Related
- 1998-08-31 EP EP98116440A patent/EP0908718B1/de not_active Revoked
- 1998-09-16 US US09/154,563 patent/US6316946B2/en not_active Expired - Lifetime
- 1998-09-16 JP JP10261657A patent/JPH11153554A/ja active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20010015649A1 (en) | 2001-08-23 |
| DE29716639U1 (de) | 1999-01-21 |
| EP0908718A1 (de) | 1999-04-14 |
| DE59807170D1 (de) | 2003-03-20 |
| EP0908718B1 (de) | 2003-02-12 |
| ES2192292T3 (es) | 2003-10-01 |
| US6316946B2 (en) | 2001-11-13 |
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| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040615 |
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| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070529 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20071106 |