JPH1183757A - Microwave densitometer - Google Patents

Microwave densitometer

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Publication number
JPH1183757A
JPH1183757A JP24283397A JP24283397A JPH1183757A JP H1183757 A JPH1183757 A JP H1183757A JP 24283397 A JP24283397 A JP 24283397A JP 24283397 A JP24283397 A JP 24283397A JP H1183757 A JPH1183757 A JP H1183757A
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JP
Japan
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microwave
measured
measuring
tube
densitometer
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Application number
JP24283397A
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Japanese (ja)
Inventor
Masuo Suzuki
万寿夫 鈴木
Katsuyuki Shimokawa
勝千 下川
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Toshiba Corp
Toshiba FA Systems Engineering Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Toshiba FA Systems Engineering Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp, Toshiba FA Systems Engineering Corp filed Critical Toshiba Corp
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Publication of JPH1183757A publication Critical patent/JPH1183757A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To measure concentration with high accuracy by reducing effects due to changes in conductivity and temperature and the induction of radio waves in the case where the diameter of a tube is large. SOLUTION: This densitometer is provided with a microwave oscillator 3 to generate microwaves in a plurality of frequencies, microwave transmitting and receiving parts 12 and 13 to selectively transmit microwaves in a plurality of frequencies generated from the microwave oscillator 3 and receive them via an object to be measured in a tube, a phase difference measuring means 23 to measure the first and second phase differences on the basis of microwaves in a plurality of frequencies through the use of the received reception signals, and a means 26 to determine phase rotation on the basis of the first and second phase differences. A phase lag is detected from the phase differences and phase rotation to measure the concentration of the object to be measured.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、被測定物中に固形
物・懸濁物質の濃度を測定するマイクロ波濃度計に係わ
り、特に被測定物である流体の流れを妨げずに、下水管
内の汚濁物質の濃度、製紙用パルプその他種々の物質の
流体中の濃度を測定するマイクロ波濃度計に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a microwave densitometer for measuring the concentration of a solid substance or a suspended substance in an object to be measured. The present invention relates to a microwave densitometer for measuring the concentration of pollutants and the concentration of various substances in a fluid such as paper pulp.

【0002】[0002]

【従来の技術】被測定物である例えば液体中の固形物・
懸濁物質の濃度を測定する最も原始的な方法は、その液
体の一部をサンプリングし、液体を蒸発させた後の残滓
の重量を計ることにより、被測定物の濃度を測定するこ
とができる。
2. Description of the Related Art An object to be measured, such as a solid substance in a liquid,
The most primitive method of measuring the concentration of a suspended substance is to measure the concentration of an analyte by sampling a part of the liquid and weighing the residue after evaporating the liquid. .

【0003】しかし、この測定方法は、測定に時間がか
かり、自動化が困難である。そこで、測定時間の短縮化
および自動化を踏まえ、濃度計に関する多種のセンサが
実用化されてきている。
However, this measurement method requires a long time for measurement, and is difficult to automate. Therefore, various sensors related to densitometers have been put into practical use in view of shortening of measurement time and automation.

【0004】従来、そのセンサの中の1つとして超音波
を用いた濃度計が開発され利用されている。しかし、こ
の超音波濃度計は、液体中に気泡がある場合に測定がで
きないといった問題がある。
Conventionally, a densitometer using ultrasonic waves has been developed and used as one of the sensors. However, this ultrasonic densitometer has a problem that measurement cannot be performed when bubbles are present in the liquid.

【0005】そこで、この問題を解決するために、例え
ば特開平4−238246号公報のようなマイクロ波を
用いた濃度計が開発されてきている。以下、このマイク
ロ波濃度計の測定方法の概要について図6を参照して説
明する。
[0005] In order to solve this problem, for example, a concentration meter using microwaves has been developed as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 4-238246. Hereinafter, an outline of the measuring method of the microwave densitometer will be described with reference to FIG.

【0006】このマイクロ波濃度計は、マイクロ波の位
相が液体の濃度にほぼ比例して遅れるといった原理に基
づき、マイクロ波の位相遅れから液体の濃度を測定する
ものである。
This microwave densitometer measures the concentration of a liquid from the phase delay of the microwave based on the principle that the phase of the microwave is delayed almost in proportion to the concentration of the liquid.

【0007】具体的には、発振器60から発生する周波
数fのマイクロ波信号61が増幅器62により増幅さ
れ、分配器63により送信信号64と基準信号65とに
分岐出力され、そのうち送信信号64は送信用アンテナ
66を介して配管67中の被測定物に送信され、一方、
基準信号65はミキサ68に送られる。
More specifically, a microwave signal 61 having a frequency f generated by an oscillator 60 is amplified by an amplifier 62, and branched and output into a transmission signal 64 and a reference signal 65 by a distributor 63, of which the transmission signal 64 is transmitted. Transmitted to the device under test in the pipe 67 via the trust antenna 66,
The reference signal 65 is sent to a mixer 68.

【0008】前記配管67の反対側に設置される受信用
アンテナ69は、被測定物を通ってくるマイクロ波を受
信し、その受信された受信信号70は増幅器71を介し
て別のミキサ72に送出される。
A receiving antenna 69 installed on the opposite side of the pipe 67 receives a microwave passing through the device under test, and the received signal 70 is sent to another mixer 72 via an amplifier 71. Sent out.

【0009】このとき、参照用発振器73からは周波数
fのマイクロ波信号61とは少し異なる周波数f+△f
の参照信号74,75が発生され、それぞれミキサ6
8,72に導入している。その結果、ミキサ68は、基
準信号65と参照信号74とを混合し、その差の周波数
△fである基準側ヘテロダイン出力76を取り出し、位
相差測定手段77に送出する。
At this time, the reference oscillator 73 outputs a frequency f + Δf slightly different from the microwave signal 61 having the frequency f.
Reference signals 74 and 75 are generated, respectively.
8, 72. As a result, the mixer 68 mixes the reference signal 65 and the reference signal 74, extracts the reference side heterodyne output 76 having the difference frequency Δf, and sends it to the phase difference measuring means 77.

【0010】一方、別のミキサ72は、受信用アンテナ
69で受信した受信信号70と参照信号75とを混合
し、その差の周波数△fである測定側ヘテロダイン出力
78を取り出し、同様に位相差測定手段77に送出す
る。
On the other hand, another mixer 72 mixes the received signal 70 received by the receiving antenna 69 with the reference signal 75, takes out the measurement side heterodyne output 78 having the difference frequency Δf, and similarly extracts the phase difference. It is sent to the measuring means 77.

【0011】ここで、位相差測定手段77は、基準側ヘ
テロダイン出力76と測定側ヘテロダイン出力78とを
取り込み、これら両出力の位相差Φを求めた後、演算装
置79に送出する、よって、演算装置79では、予め基
準濃度における位相差を求めておけば、この基準位相差
を基に、位相差Φから被測定物の濃度を算出することが
できる。
Here, the phase difference measuring means 77 takes in the reference side heterodyne output 76 and the measurement side heterodyne output 78, finds the phase difference Φ between these two outputs, and sends it to the arithmetic unit 79. The device 79 can calculate the density of the DUT from the phase difference Φ based on the reference phase difference if the phase difference at the reference density is determined in advance.

【0012】因みに、濃度をDとすると、この濃度Dと
位相差Φとの関係は、 D=aΦ+b ……(1) となり、ほぼ1次式の関係になるので、濃度を変えて位
相差を測定し、回帰分析を行うことにより、aとbを決
定できる。
When the density is D, the relationship between the density D and the phase difference Φ is as follows: D = aΦ + b (1) Since the relationship is substantially linear, the phase difference is changed by changing the density. By measuring and performing regression analysis, a and b can be determined.

【0013】また、導電性のある媒質(例えば水)の中
では、マイクロ波の減衰・位相遅れと、媒質の導電率
σ、誘電率、温度tとの関係は、理論的には以下のよう
になる。
In a conductive medium (eg, water), the relationship between microwave attenuation / phase lag and the conductivity σ, dielectric constant, and temperature t of the medium is theoretically as follows. become.

【0014】角周波数ωのマイクロ波の減衰率α(Nepe
r/m )、位相変化率β(rad/m )は、下記する(2)式
および(3)式で表わすことができる。 α={Z0 /(2)1/2 } ・(σ+ωε0 ε″r )/〔1+[1+{(σ/ωε′r ε0 ) +(ε″r /ε′r )}21/21/2 ……(2) β={ω(μr ε′r1/2 /c0 (2)1/2 } ・〔1+[1+{(σ/ωε′r ε0 ) +(ε″r /ε′r )}21/21/2 ……(3) 但し、σは導電率、ε′r 、ε″r は媒質の複素比誘電
率εr の実部と虚部とである。水のように分子に極性が
ある場合は、電界を加えるとゆっくりと分極が起こるた
め、誘電率は周波数の関数となる。静的な比誘電率を
ε′rs、周波数∞での比誘電率をε′r とすると、 εr =ε′r −jε″r =ε′r +(ε′rs−ε′r )/(1+jωτ) ……(4) ε′r =ε′r +(ε′rs−ε′r )/(1+ω2 τ2 ) ……(5) ε″r ={(ε′rs−ε′r )ωτ}/(1+ω2 τ2 ) ……(6) の関係にある。但し、τは分極に要する時間である。
ε′rs、τは温度t(°C)の関数であり、純水の場合
には次のような近似式で表わせることが実験的に確かめ
られている。
An attenuation rate α (Nepe of a microwave having an angular frequency ω)
r / m) and the phase change rate β (rad / m) can be expressed by the following equations (2) and (3). α = {Z 0 / (2) 1/2 } · (σ + ωε 0 ε ″ r ) / [1+ [1 + {(σ / ωε ′ r ε 0 ) + (ε ″ r / ε ′ r )} 2 ] 1 / 2 ] 1/2 (2) β = {ω (μ r ε ′ r ) 1/2 / c 0 (2) 1/2 } · [1+ [1 + {(σ / ωε ′ r ε 0 ) + (Ε ″ r / ε ′ r )} 2 ] 1/2 ] 1/2 (3) where σ is the conductivity, ε ′ r and ε ″ r are the actual values of the complex relative permittivity ε r of the medium. Part and imaginary part. If the molecule is polar, such as water, the dielectric constant will be a function of frequency, as polarization will occur slowly when an electric field is applied. Assuming that a static relative permittivity is ε ′ rs and a relative permittivity at a frequency ′ is ε ′ r , ε r = ε ′ r −jε ″ r = ε ′ r + (ε ′ rs −ε ′ r ) / (1 + jωτ) (4) ε ′ r = ε ′ r + (ε ′ rs −ε ′ r ) / (1 + ω 2 τ 2 ) (5) ε ″ r = {(ε ′ rs −ε ′ r) ) Ωτ} / (1 + ω 2 τ 2 ) (6) Here, τ is the time required for polarization.
ε ′ rs and τ are functions of the temperature t (° C.), and it has been experimentally confirmed that pure water can be represented by the following approximate expression.

【0015】 ε′rs=88.195−0.40349 t+0.65924 ×10-32 ……(7) τ=19.39 −0.6802t+0.95865 ×1022 −0.65303 ×10-17 exp(t) ……(8) また、ε′r =4.9 である。その他の定数について次
に示す。
Ε ′ rs = 88.195−0.40349 t + 0.65924 × 10 −3 t 2 ... (7) τ = 19.39 −0.6802 t + 0.95865 × 10 2 t 2 −0.65303 × 10 −17 exp (t) 8) Also, ε ′ r = 4.9. Other constants are shown below.

【0016】 電波インピーダンス Z0 =(μ0 /ε01/2 =120 π Ω 真空の透磁率 μ0 =4 π×10-7 H/m 真空の誘電率 ε0 =8.854 ×10-12 F/m 真空中の光速 c0 =3.00×108 m/s 媒質(水)の比透磁率 μ =ほぼ1 そこで、以上のような定数などを用いて前記(2)式、
(3)式により減衰率αおよび位相変化率βを求めた
後、これら減衰率αおよび位相変化率βから、減衰量お
よび位相遅れを求める。
Radio wave impedance Z 0 = (μ 0 / ε 0 ) 1/2 = 120 π Ω Vacuum permeability μ 0 = 4 π × 10 -7 H / m Vacuum permittivity ε 0 = 8.854 × 10 -12 F / m Speed of light in vacuum c 0 = 3.00 × 10 8 m / s Relative magnetic permeability μ r of medium (water) = 1 Nearly, using the above constants and the like, the above equation (2)
After obtaining the attenuation rate α and the phase change rate β by the equation (3), the attenuation amount and the phase delay are obtained from the attenuation rate α and the phase change rate β.

【0017】よって、送信電力をP0 、z方向に進むマ
イクロ波電力をPとすると、 P=P0 exp(−2 αz) ……(9) であり、減衰量は(20αz/log10 )(db)になる。位相
遅れはβz(rad) である。以上のようにマイクロ波の減
衰・位相遅れは、媒質の誘電率の関数であると同時に、
周波数、媒質の導電率・透磁率・温度の関数でもある。
Therefore, assuming that the transmission power is P 0 and the microwave power traveling in the z direction is P, P = P 0 exp (−2αz) (9), and the attenuation is (20αz / log10) ( db). The phase delay is βz (rad). As described above, the microwave attenuation / phase lag is a function of the dielectric constant of the medium,
It is also a function of frequency, medium conductivity, magnetic permeability and temperature.

【0018】[0018]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
マイクロ波濃度計には、次のような問題点がある。 (1) 位相の変化から濃度を求めることから、被測定
物の濃度が高い流体や管径が大きい場合、受信信号70
の位相が1回転以上変化したとき、果たして何回回転し
ているか不明であり、濃度を求めることができない。常
に管内が被測定物で満たされ、位相が測定されていれ
ば、例えば特開平8−82606号公報に示すように前
後の関係から回転数を求めることができるが、一度管内
の被測定物が空になると測定できなくなる。 (2) 前記(3)式〜(8)式に示す通り、被測定物
の温度や導電率が変化したとき、マイクロ波の位相が変
化して誤差が生じる。そのため、温度・導電率を測定し
て補正する必要があり、例えば特開平9−43181号
公報のように導電率センサを設置し、導電率を測定する
ことが行われている。
However, the conventional microwave densitometer has the following problems. (1) Since the concentration is obtained from the change in the phase, when the fluid to be measured has a high concentration or the pipe diameter is large, the reception signal 70
When the phase changes by one or more rotations, it is unclear how many times it has rotated, and the density cannot be determined. If the inside of the tube is always filled with the object to be measured and the phase is measured, the rotation speed can be obtained from the front-back relationship as shown in, for example, JP-A-8-82606. It becomes impossible to measure when it becomes empty. (2) As shown in the above equations (3) to (8), when the temperature or the conductivity of the device to be measured changes, the phase of the microwave changes and an error occurs. Therefore, it is necessary to measure and correct the temperature and the conductivity. For example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-43181, a conductivity sensor is installed and the conductivity is measured.

【0019】しかし、導電率センサには汚れが付着しや
すく、測定精度の悪化や保守作業の面で問題があるの
で、実用化が困難である。 (3) また、マイクロ波を取り扱う場合、電波法の規
制があり、漏洩電波の電界強度が基準値以下にしなけれ
ばならず、マイクロ波送信出力を無制限に大きくするこ
とができない。しかし、管径が大きく、送・受信用アン
テナの距離が離れていると、減衰量が大きくなる。同様
に、導電率が大きい場合にも減衰が大きくなる。その結
果、受信マイクロ波電力が小さくなり、測定誤差が大き
くなるか、あるいは全く測定できなくなる。 (4) マイクロ波の電波の誘導作用により、マイクロ
波が液体中以外の場所を通って受信され、測定誤差が生
じる。 (5) また、受信用アンテナ69で受信された受信信
号70は増幅器71で増幅されるが、このときの受信信
号電力や増幅器71の設置する周囲温度の変化により、
出力信号の位相が変化し、誤差が生じる問題がある。
However, it is difficult to put the conductivity sensor into practical use because dirt easily adheres to the conductivity sensor, and there is a problem in terms of deterioration of measurement accuracy and maintenance work. (3) When handling microwaves, there is a regulation under the Radio Law, and the electric field strength of leaked radio waves must be equal to or lower than a reference value, and the microwave transmission output cannot be increased without limit. However, when the diameter of the tube is large and the distance between the transmitting and receiving antennas is large, the amount of attenuation increases. Similarly, when the conductivity is large, the attenuation is large. As a result, the received microwave power is reduced, the measurement error is increased, or the measurement cannot be performed at all. (4) Due to the action of inducing microwave radio waves, microwaves are received through places other than in liquid, causing measurement errors. (5) The received signal 70 received by the receiving antenna 69 is amplified by the amplifier 71, and the received signal power and the ambient temperature at which the amplifier 71 is installed change at this time.
There is a problem that the phase of the output signal changes and an error occurs.

【0020】本発明は上記実情に鑑みてなされたもの
で、導電率や温度の変化にも拘らず、液体中の固形物・
懸濁物質の濃度を高精度に測定するマイクロ波濃度計を
提供することにある。
The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and has been developed in consideration of changes in conductivity and temperature.
An object of the present invention is to provide a microwave densitometer for measuring the concentration of a suspended substance with high accuracy.

【0021】また、本発明の他の目的は、管径が大きい
場合や電波の誘導がある場合でも、液体中の固形物・懸
濁物質の濃度を高精度に測定するマイクロ波濃度計を提
供することにある。
Another object of the present invention is to provide a microwave densitometer for measuring the concentration of solids and suspended solids in a liquid with high accuracy even when the pipe diameter is large or radio waves are induced. Is to do.

【0022】[0022]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項1,請求項3,請求項4に対応する発明は、
管内の被測定物を通るマイクロ波の位相遅れを計測し、
前記被測定物の濃度を測定するマイクロ波濃度計におい
て、複数の周波数のマイクロ波を発生するマイクロ波発
生手段と、このマイクロ波発生手段から個別に発生され
る複数の周波数のマイクロ波を選択的に送信し前記管内
の被測定物を介して受信するマイクロ波送受信部と、こ
のマイクロ波送受信部により受信される受信信号を用い
て、前記複数の周波数のマイクロ波に基づく第1および
第2の位相差を測定する位相差測定手段と、この第1お
よび第2の位相差に基づいて位相の回転を判定する手段
とを設けたものである。
Means for Solving the Problems In order to solve the above problems, the inventions corresponding to Claims 1, 3 and 4 are:
Measure the phase lag of the microwave passing through the DUT inside the tube,
In a microwave densitometer for measuring the concentration of the object to be measured, a microwave generating means for generating microwaves of a plurality of frequencies, and a microwave of a plurality of frequencies individually generated from the microwave generating means are selectively used. And a microwave transmitting / receiving unit for receiving the signal via the device under test in the tube, and a first and a second signal based on the microwaves of the plurality of frequencies using a reception signal received by the microwave transmitting / receiving unit. A phase difference measuring means for measuring a phase difference, and means for determining a phase rotation based on the first and second phase differences are provided.

【0023】なお、複数の周波数のマイクロ波を発生す
る手段として、1つのマイクロ波発振器を設け、周波数
の設定変えを行って異なる複数の周波数のマイクロ波を
選択的発生する場合の他、2つのマイクロ波発振器を設
け、これら2つのマイクロ波発振器にそれぞれスイッチ
を介してマイクロ波送受信部を接続し、何れか1つのス
イッチをオンしつつ異なる周波数のマイクロ波を発生し
マイクロ波送受信部に導入する。2つのマイクロ波発振
器を設けた場合、これら発振器に対応して2つの位相差
測定手段を設け、それぞれ異なる周波数のマイクロ波に
基づいて異なる位相差を測定する。
As means for generating microwaves of a plurality of frequencies, one microwave oscillator is provided, and in addition to the case where microwaves of a plurality of different frequencies are selectively generated by changing the frequency setting, two A microwave oscillator is provided, and a microwave transmitting / receiving unit is connected to each of the two microwave oscillators via a switch. Microwaves having different frequencies are generated while turning on one of the switches, and are introduced into the microwave transmitting / receiving unit. . When two microwave oscillators are provided, two phase difference measuring means are provided corresponding to these oscillators, and different phase differences are measured based on microwaves having different frequencies.

【0024】このような手段を講じたことにより、異な
る2つの周波数のマイクロ波を選択的に送信し、それら
受信信号および前記異なる2つの周波数のマイクロ波の
基準信号と参照信号とから、測定側ヘテロダイン出力と
基準側ヘテロダイン出力を取り出し、これら両ヘテロダ
イン出力から、それぞれ異なる周波数のマイクロ波に基
づく第1および第2の位相差を測定するので、これら2
つの位相差と、予め知り得る各周波数の濃度零のときの
位相差とを用いて回転数を考慮した位相差の変化量を求
める一方、前記各周波数の位相変化率を求め、これら位
相差変化量と位相差変化率とを用いて、位相の回転数を
求めるので、濃度が高い場合、あるいは管径が大きい場
合であっても、正確に位相の回転数を求めて被測定物の
濃度を測定できる。
[0024] By adopting such means, microwaves of two different frequencies are selectively transmitted, and the receiving side and the reference signal and the reference signal of the microwaves of the two different frequencies are used for measurement. The heterodyne output and the reference side heterodyne output are taken out, and the first and second phase differences based on the microwaves having different frequencies are measured from these two heterodyne outputs.
Using the two phase differences and the previously known phase difference when the concentration of each frequency is zero, the amount of change in the phase difference taking into account the rotational speed is determined, and the phase change rate of each frequency is determined. Since the phase rotation speed is determined using the amount and the phase difference change rate, even when the concentration is high or the pipe diameter is large, the phase rotation speed is accurately determined to determine the concentration of the DUT. Can be measured.

【0025】請求項2,請求項3,請求項4に対応する
発明は、所定の周波数のマイクロ波を発生するマイクロ
波発生手段と、このマイクロ波発生手段から発生される
マイクロ波を前記管内の被測定物を介して受信するマイ
クロ波送受信部と、このマイクロ波送受信部により受信
される受信信号を用いて、位相差を測定する位相差測定
手段と、前記受信信号に関連する信号の電圧を測定する
電圧測定手段と、この電圧測定手段で測定された電圧か
ら受信したマイクロ波の減衰量を測定するとともに、こ
の減衰量を用いて前記被測定物の導電率を算出し、この
導電率により位相差を補正する補正手段とを設けたもの
である。なお、1つのマイクロ波発生手段または2つの
マイクロ波発生手段を設ける場合があることは前述と同
様である。
According to a second, third, and fourth aspect of the present invention, a microwave generating means for generating a microwave having a predetermined frequency, and a microwave generated from the microwave generating means, A microwave transmitting / receiving unit that receives through the device under test, a phase difference measuring unit that measures a phase difference using a received signal received by the microwave transmitting / receiving unit, and a voltage of a signal related to the received signal. Voltage measuring means to measure, and measure the amount of attenuation of the microwave received from the voltage measured by the voltage measuring means, calculate the conductivity of the object to be measured using the amount of attenuation, by this conductivity Correction means for correcting the phase difference. As described above, one microwave generating unit or two microwave generating units may be provided.

【0026】このような手段を講じたことにより、電圧
測定手段により測定された測定側ヘテロダイン出力を測
定し、受信したマイクロ波の減衰量を算出するととも
に、この減衰量から被測定物の導電率を算出し、位相差
を補正するので、被測定物の導電率が変化し、マイクロ
波の位相が変化しても、正確に導電率を算出し、マイク
ロ波の位相を補正するので、正確に濃度を測定でき、濃
度の測定精度の向上を図ることができる。
By taking such means, the measuring side heterodyne output measured by the voltage measuring means is measured, the attenuation of the received microwave is calculated, and the conductivity of the device under test is calculated from the attenuation. Is calculated and the phase difference is corrected, so that even if the conductivity of the DUT changes and the phase of the microwave changes, the conductivity is accurately calculated and the phase of the microwave is corrected, The concentration can be measured, and the measurement accuracy of the concentration can be improved.

【0027】請求項5に対応する発明は、請求項2に対
応する発明の構成に、さらに管内の被測定物の温度を測
定する温度測定手段を設け、この電圧測定手段により測
定される電圧から受信マイクロ波の減衰量を測定すると
ともに、この減衰量と測定温度とから前記被測定物の導
電率を算出し、この算出された導電率を用いて前記位相
差を補正するので、被測定物が温度が変化し、マイクロ
波の位相が変化しても、正確に導電率を算出し、マイク
ロ波の位相を補正するので、正確に濃度を測定でき、濃
度の測定精度の向上を図ることができる。
According to a fifth aspect of the present invention, in addition to the configuration of the second aspect of the present invention, a temperature measuring means for measuring the temperature of the object to be measured in the tube is further provided. While measuring the amount of attenuation of the received microwave, the conductivity of the device under test is calculated from the amount of attenuation and the measured temperature, and the phase difference is corrected using the calculated conductivity. However, even if the temperature changes and the phase of the microwave changes, the conductivity is accurately calculated and the phase of the microwave is corrected, so that the concentration can be measured accurately and the measurement accuracy of the concentration can be improved. it can.

【0028】請求項6に対応する発明は、マイクロ波送
受信部により受信される受信信号と予め定めた所定の周
波数と少し異なる周波数の参照信号とを加算した後に分
配し混合した信号を取り出す周波数変換手段を設けるこ
とにより、これら受信信号と参照信号とをともに同一の
受信出力ラインの構成要素例えば増幅器を通すことによ
り、温度変化等の位相変化を補償できる。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a frequency converter for adding a received signal received by a microwave transmitting / receiving unit and a reference signal having a frequency slightly different from a predetermined frequency, and then distributing and extracting a mixed signal. By providing the means, it is possible to compensate for a phase change such as a temperature change by passing both the reception signal and the reference signal through a component of the same reception output line, for example, an amplifier.

【0029】請求項7に対応する発明は、一端を接地し
てなる終端抵抗と、の終端抵抗の他端側出力ラインと前
記マイクロ波受信部の出力ラインとを選択する選択手段
と、この選択手段によって選択された終端抵抗の他端側
出力ラインの出力から前記マイクロ波の誘導成分を測定
し、前記選択された前記マイクロ波受信部の出力ライン
の出力から得られる位相差を補正する誘導補正手段とを
設けたことにより、マイクロ波が誘導により被測定物以
外の場所を通って受信された場合でも、誘導成分による
影響を補償できる。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a terminating resistor having one end grounded, a selecting means for selecting an output line on the other end side of the terminating resistor, and an output line of the microwave receiving section, Induction correction for measuring the inductive component of the microwave from the output of the output line on the other end of the terminating resistor selected by the means, and correcting the phase difference obtained from the output of the output line of the selected microwave receiver. The provision of the means makes it possible to compensate for the influence of the induced component even when the microwave is received through a place other than the measured object by induction.

【0030】請求項8,請求項9に対応する発明は、マ
イクロ波を発生するマイクロ波送信部およびこの発生さ
れたマイクロ波を管内の被測定物を介して受信するマイ
クロ波受信部と、前記管と接する部分または当該管を貫
通し前記被測定物と接する部分との間にそれぞれ当該被
測定物と同等の誘電率をもつ誘電体を配置するか、ある
いは管内に、当該管の内径よりも距離的に小さくなるよ
うにマイクロ波を発生するマイクロ波送信部と、この発
生されたマイクロ波を管内の被測定物を介して受信する
マイクロ波受信部とを配置することにより、管径が大き
い場合でも減衰量を小さくして濃度を測定でき、また電
界強度を基準値以下に容易に下げて、濃度を測定でき
る。請求項10に対応する発明は、マイクロ波として、
ISMの周波数を用いることにより、緩やかな規制のマ
イクロ波を用いて被測定物の濃度を測定できる。
The invention according to claim 8 and claim 9 is characterized in that a microwave transmitting section for generating a microwave, a microwave receiving section for receiving the generated microwave through an object to be measured in a tube, and A dielectric having a dielectric constant equivalent to that of the device under test is disposed between the portion in contact with the tube or the portion penetrating the tube and contacting the device under test, or the inside of the tube is smaller than the inner diameter of the tube. By arranging a microwave transmitting unit that generates microwaves so as to be small in distance and a microwave receiving unit that receives the generated microwaves through an object to be measured in the tube, the tube diameter is large. Even in such a case, the concentration can be measured by reducing the amount of attenuation, and the concentration can be measured by easily lowering the electric field strength below the reference value. The invention corresponding to claim 10 is the following, as a microwave:
By using the frequency of the ISM, the concentration of the measured object can be measured using a microwave with a strict regulation.

【0031】[0031]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

(第1の実施の形態)図1は請求項1ないし請求項4の
発明に係わるマイクロ波濃度計の一実施の形態を示す構
成図である。
(First Embodiment) FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a microwave densitometer according to the first to fourth aspects of the present invention.

【0032】このマイクロ波濃度計は、内部的に同様の
構成要素をもつ2つの回路ブロック1、2が設けられ、
これら回路ブロック1、2から異なる周波数f1 、f2
のマイクロ波を発生させて濃度を測定する。なお、1つ
の回路ブロックは、配管、アンテナ等を除けば、ほぼ従
来のマイクロ波濃度計と同様な構成となっている。
This microwave densitometer is internally provided with two circuit blocks 1 and 2 having similar components.
Different frequencies f 1 and f 2 from these circuit blocks 1 and 2
A microwave is generated to measure the concentration. One circuit block has substantially the same configuration as a conventional microwave densitometer except for piping, an antenna, and the like.

【0033】この回路ブロック1は、周波数f1 のマイ
クロ波を発生する発振器3、増幅器4および分配手段5
が設けられ、この分配手段5にて基準信号6と送信信号
7に分岐出力され、そのうち基準信号f1 はミキサ8に
送られ、送信信号7はスイッチ9を介して結合手段10
に送られる。スイッチ9は、回路ブロック1,2の何れ
か一方のみをオンするようになっている。
The circuit block 1 comprises an oscillator 3 for generating a microwave having a frequency f 1 , an amplifier 4 and a distribution means 5.
Is provided to the reference signal 6 and the transmission signal 7 by the distribution means 5. The reference signal f 1 is sent to the mixer 8, and the transmission signal 7 is transmitted through the switch 9 to the coupling means 10.
Sent to The switch 9 turns on only one of the circuit blocks 1 and 2.

【0034】従って、回路ブロック1または回路ブロッ
ク2のスイッチ9のオン時、周波数f1 の送信信号7ま
たは周波数f2 の送信信号11は、結合手段10を経て
送信用アンテナ12から配管13中の被測定物に送信さ
れ、受信用アンテナ14で受信する。
Therefore, when the switch 9 of the circuit block 1 or the circuit block 2 is turned on, the transmission signal 7 of the frequency f 1 or the transmission signal 11 of the frequency f 2 passes through the coupling means 10 from the transmission antenna 12 to the pipe 13. The signal is transmitted to the device under test and received by the receiving antenna 14.

【0035】この受信信号は分配手段15により受信信
号16,17に分配され、各回路ブロック1,2のミキ
サ18に導入される。このとき、回路ブロック1の参照
用発振器19からは周波数f1 とは少し異なる周波数f
1 +△f1 が発生され、それぞれミキサ8,18に参照
信号20,21として導入されている。
The received signal is distributed to the received signals 16 and 17 by the distribution means 15 and introduced to the mixers 18 of the circuit blocks 1 and 2. At this time, the frequency f 1 slightly different from the frequency f 1 is output from the reference oscillator 19 of the circuit block 1.
1 + △ f 1 is generated and introduced as reference signals 20 and 21 to mixers 8 and 18, respectively.

【0036】よって、ミキサ18では、基準信号f1
参照信号20とを混合し、その差の周波数△f1 である
基準側ヘテロダイン出力22を取り出し、位相差測定手
段23に送出する。一方、ミキサ18では、受信信号1
6と参照信号21とを混合し、その差の周波数△f1
ある測定側ヘテロダイン出力24を取り出し、位相差測
定手段23および電圧測定手段25に送出する。
Accordingly, the mixer 18 mixes the reference signal f 1 and the reference signal 20, takes out the reference side heterodyne output 22 having the difference frequency Δf 1 , and sends it to the phase difference measuring means 23. On the other hand, the mixer 18
6 and the reference signal 21, and a measurement side heterodyne output 24 having a difference frequency Δf 1 is taken out and sent to the phase difference measuring means 23 and the voltage measuring means 25.

【0037】この位相差測定手段23は、基準側ヘテロ
ダイン出力22と測定側ヘテロダイン出力24とから位
相差Φ1 を求めた後、演算装置26に送出する。また、
電圧測定手段25は、測定側ヘテロダイン出力24の電
圧V1 を測定し、演算装置26に送出する。
The phase difference measuring means 23 obtains the phase difference Φ 1 from the reference side heterodyne output 22 and the measurement side heterodyne output 24, and sends it to the arithmetic unit 26. Also,
The voltage measuring means 25 measures the voltage V 1 of the measurement side heterodyne output 24 and sends it to the arithmetic unit 26.

【0038】回路ブロック2についても、同様の処理手
段により、周波数f2 のマイクロ波を用いて、位相差Φ
2 、電圧V2 を求め、演算装置26に送出する。そこ
で、演算装置26は、以上のようにして求めた位相差Φ
1 ,Φ2 と電圧V1 ,V2 とを用いて、被測定物の濃度
を測定する。但し、位相差Φ1 ,Φ2 については、位相
が回転している可能性があるので、回転数を求める必要
がある。
The circuit block 2 also uses the same processing means to generate a phase difference Φ using a microwave having a frequency f 2.
2, the determined voltage V 2, and sends it to the arithmetic unit 26. Therefore, the arithmetic unit 26 calculates the phase difference Φ obtained as described above.
The density of the device under test is measured using 1 , Φ 2 and the voltages V 1 , V 2 . However, as for the phase differences Φ 1 and Φ 2, there is a possibility that the phases are rotating.

【0039】今、濃度0のときの位相差は、周波数f
1 ,f2 について各々Φ10,Φ20とし、濃度の変化によ
って次のように変化したものとする。 f1 :Φ10 → Φ1 +2πm (−1≦m、mは整
数) f2 :Φ20 → Φ2 +2πn (−1≦n、nは整
数) ここで、m,nは回転数である。よって、位相差の変化
量△Φ1 、△Φ2 は、 △Φ1 =Φ1 +2πm−Φ10 ……(10) △Φ2 =Φ2 +2πn−Φ20 ……(11) となる。
Now, when the density is 0, the phase difference is the frequency f
It is assumed that Φ 10 and Φ 20 are set for 1 and f 2 , respectively, and that the following changes are caused by the change in the concentration. f 1 : Φ 10 → Φ 1 + 2πm (−1 ≦ m, m is an integer) f 2 : Φ 20 → Φ 2 + 2πn (−1 ≦ n, n is an integer) Here, m and n are rotation speeds. Therefore, the change amounts of the phase difference △ Φ 1 and △ Φ 2 are as follows: ΔΦ 1 = Φ 1 + 2πm−Φ 10 (10) ΔΦ 2 = Φ 2 + 2πn−Φ 20 (11)

【0040】次に、f1 ,f2 における位相変化率β
1 ,β2 とすると、この位相変化率β1 ,β2 と位相差
の変化量△Φ1 、△Φ2 とは次のような関係で表わせ
る。 △Φ2 =(β2 /β1 )△Φ1 ……(12) そこで、前記(12)式の左辺から右辺を引いて右辺を
0とした後、(10)式および(11)式を代入する
と、 Φ2 +2πn−Φ20−(β2 /β1 ) ・(Φ1 +2πm−Φ10)=0 ……(13) が得られる。
Next, the phase change rate β at f 1 and f 2
Assuming that 1 , β 2 , the phase change rates β 1 , β 2 and the phase difference change amounts △ Φ 1 , △ Φ 2 can be expressed by the following relationship. ΔΦ 2 = (β 2 / β 1 ) △ Φ 1 (12) Then, after subtracting the right side from the left side of the equation (12) and setting the right side to 0, the equations (10) and (11) are changed to By substitution, Φ 2 + 2πn−Φ 20 − (β 2 / β 1 ) · (Φ 1 + 2πm−Φ 10 ) = 0 (13) is obtained.

【0041】実際には位相差測定値に誤差があるので、
(13)の左辺に整数m,nを代入し、位相差測定値が
誤差の許容値以内になるm,nの組み合わせを決定すれ
ばよい。よって、m,nから(10)式、(11)式に
より、位相変化量△Φ1 、△Φ2 を求めることができ
る。
Actually, there is an error in the measured value of the phase difference.
It is sufficient to substitute integers m and n into the left side of (13) and determine a combination of m and n that makes the measured phase difference fall within the allowable error value. Therefore, the phase change amounts △ Φ 1 and △ Φ 2 can be obtained from m and n by the equations (10) and (11).

【0042】また、マイクロ波の位相変化は、被測定部
の導電率の影響を受けるので、電圧V1 、V2 から減衰
を求めた後、この減衰量により導電率を算出し、位相差
を補正する。
Since the change in the phase of the microwave is affected by the conductivity of the part to be measured, the attenuation is obtained from the voltages V 1 and V 2 , the conductivity is calculated from the amount of attenuation, and the phase difference is calculated. to correct.

【0043】なお、この実施の形態は、各回路ブロック
1,2のスイッチ9を選択的に切り替えて別々に異なる
周波数を発生するようにしたが、回路ブロック1側と回
路ブロック2側とでマイクロ波のアイソレーションが良
好であって、同時に送受信しても差し支えない場合に
は、同時に測定することが可能である。
In this embodiment, the switches 9 of the circuit blocks 1 and 2 are selectively switched to generate different frequencies separately. If the wave isolation is good and it is acceptable to transmit and receive at the same time, it is possible to measure simultaneously.

【0044】また、本実施の形態では、異なる周波数を
発生するために2つの発振器を用いたが、広い周波数範
囲をもち、かつ、周波数安定度がよければ、1つの発振
器を用いて周波数設定を変えることにより実現できる。
この場合には、周波数の設定変えを行うことを除けば、
従来の回路と同じになり、大幅に単純化することができ
る。 (第2の実施の形態)図2は請求項4ないし請求項10
の発明に係わるマイクロ波濃度計の一実施の形態を示す
構成図である。
In this embodiment, two oscillators are used to generate different frequencies. However, if a wide frequency range is used and the frequency stability is good, the frequency can be set using one oscillator. It can be realized by changing.
In this case, except to change the frequency setting,
It is the same as a conventional circuit, and can be greatly simplified. (Second Embodiment) FIG.
1 is a configuration diagram showing an embodiment of a microwave densitometer according to the invention of FIG.

【0045】このマイクロ波濃度計は、ISM(Indust
rial,Scientific,and Medical )の周波数fISM のマイ
クロ波信号を発生する発振器27と、このマイクロ波信
号を所定の増幅率で増幅する増幅器28と、この増幅さ
れたマイクロ波信号を送信信号と基準信号30とに分岐
出力する分配器29とが設けられ、この分岐出力された
送信信号は送信用アンテナ31を介して配管32中の被
測定物に送信し、配管32の反対側の受信用アンテナ3
3で受信する。
This microwave densitometer is an ISM (Industrial
rial, Scientific, and Medical), an oscillator 27 for generating a microwave signal of a frequency f ISM , an amplifier 28 for amplifying the microwave signal at a predetermined amplification factor, and transmitting the amplified microwave signal to a transmission signal and a reference signal. A splitter 29 for splitting and outputting the signal 30 is provided. The split and output transmission signal is transmitted to an object to be measured in a pipe 32 via a transmission antenna 31, and a reception antenna on the opposite side of the pipe 32 is provided. 3
3 to receive.

【0046】なお、ISMの周波数fISM のマイクロ波
を用いる理由は次の通りである。ISMとは、工業、科
学、医療の分野に用いられる特定の周波数帯であり、国
際的に、出力電力や電界強度についての規制が緩和され
ている。日本においては、無線設備規則第65条によ
り、特例として電界強度の規制を定めないとされてい
る。因みに、ISMの周波数帯について述べると、 13.560MHz±7KHz 27.120MHz±163KHz 40.680MHz±20KHz 433.92MHz±870KHz(ヨーロッパの数カ
国) 915MHz±13MHz(北米・南米) 2450MHz±50MHz 5.8GHz±75MHz 24.125GHz±125MHz 34は周波数fISM と少し異なる周波数fISM +△fの
参照信号35,36を出力する参照用発振器であって、
この参照信号36と基準信号30とはミキサ37にて混
合され、差の周波数△fである基準側ヘテロダイン出力
38として位相差測定手段39に送出される。
The reason for using the microwave of the frequency f ISM of the ISM is as follows. ISM is a specific frequency band used in the fields of industry, science, and medicine, and regulations on output power and electric field strength are relaxed internationally. In Japan, Article 65 of the Radio Equipment Regulations stipulates that no special regulations on electric field strength are stipulated. Incidentally, the frequency band of ISM is described as follows: 13.560 MHz ± 7 kHz 27.120 MHz ± 163 kHz 40.680 MHz ± 20 kHz 433.92 MHz ± 870 kHz (several European countries) 915 MHz ± 13 MHz (North America / South America) 2450 MHz ± 50 MHz 5.8 GHz ± 75MHz 24.125GHz ± 125MHz 34 is a reference oscillator for outputting a reference signal 35, 36 of slightly different frequencies f ISM + △ f and the frequency f ISM,
The reference signal 36 and the reference signal 30 are mixed by a mixer 37 and sent to a phase difference measuring means 39 as a reference side heterodyne output 38 having a difference frequency Δf.

【0047】一方、受信用アンテナ33で受信された受
信信号40と参照信号35とが結合手段41にて結合さ
れ、増幅器42にて増幅され、分配手段43にて受信信
号40と参照信号35とに分配され、ミキサ44により
混合することにより、差の周波数△fである測定側ヘテ
ロダイン出力45を取り出し、位相差測定手段39に送
出する。なお、結合手段41によって受信信号40と参
照信号35とを結合することにより、増幅器42の温度
変化等による位相変化が補償される。
On the other hand, the received signal 40 and the reference signal 35 received by the receiving antenna 33 are combined by the combining means 41, amplified by the amplifier 42, and divided by the distribution means 43 into the received signal 40 and the reference signal 35. , And mixed by the mixer 44, thereby taking out the measurement side heterodyne output 45 having the difference frequency Δf and sending it to the phase difference measuring means 39. By combining the received signal 40 and the reference signal 35 by the combining means 41, a phase change due to a temperature change or the like of the amplifier 42 is compensated.

【0048】そして、位相差測定手段39により、2つ
のヘテロダイン出力の位相差を求めた後、演算装置46
に送出する。この演算装置46では、予め基準濃度にお
ける位相差を求めておけば、この基準濃度の位相差デー
タを基に、測定位相差から被測定物の濃度を求めること
ができる。
After calculating the phase difference between the two heterodyne outputs by the phase difference measuring means 39, the arithmetic unit 46
To send to. If the phase difference at the reference density is obtained in advance, the arithmetic unit 46 can obtain the density of the DUT from the measured phase difference based on the phase difference data of the reference density.

【0049】また、マイクロ波濃度計は、ミキサ44の
出力側に電圧測定手段47が設けられ、測定側ヘテロダ
イン出力45の電圧Vを測定し、演算装置46に送出す
る。この演算装置46は、測定側ヘテロダイン出力45
の電圧Vを用いて受信したマイクロ波の減衰量を算出
し、この減数量から被測定物の導電率を算出し、導電率
変化による濃度の誤差を補正する。
In the microwave densitometer, a voltage measuring means 47 is provided on the output side of the mixer 44, and measures the voltage V of the heterodyne output 45 on the measuring side and sends it to the arithmetic unit 46. The arithmetic unit 46 has a measurement side heterodyne output 45.
Then, the attenuation of the received microwave is calculated using the voltage V, the conductivity of the measured object is calculated from the reduced quantity, and the concentration error due to the change in conductivity is corrected.

【0050】また、配管32には被測定物の温度tを測
定する温度測定手段48が設けられている。この温度測
定手段48は、被測定物の温度tを測定し、温度変化に
よる濃度の誤差を補正する。
The pipe 32 is provided with a temperature measuring means 48 for measuring the temperature t of the object to be measured. The temperature measuring means 48 measures the temperature t of the object to be measured and corrects a concentration error caused by a temperature change.

【0051】以下、電圧Vと温度tとから、導電率σと
補正された濃度Dを求める例について説明する。今、配
管32の内径をz、減衰がない場合の電圧をV0 、減衰
率をαとすると、 V=V0 exp(−αz) ∴ α=(1/z)ln(V0 /V) ……(14) の関係が成立する。また、導電率σと減衰率αと温度t
とについて、 σ=a0 +a1 α+a2 t+a3 αt+a4 α2 +a52 ……(15) とおき、校正時に温度計と導電率計で温度tと導電率σ
とを測定しながら変えたときの減衰率αの測定を多数回
繰り返し、回帰分析により係数ai を求めておく。
Hereinafter, an example of obtaining the conductivity σ and the corrected density D from the voltage V and the temperature t will be described. Now, assuming that the inner diameter of the pipe 32 is z, the voltage when there is no attenuation is V 0 , and the attenuation rate is α, V = V 0 exp (−αz) ∴α = (1 / z) ln (V 0 / V) ... (14) Also, the conductivity σ, the attenuation rate α, and the temperature t
And σ = a 0 + a 1 α + a 2 t + a 3 αt + a 4 α 2 + a 5 t 2 (15), and the temperature t and the conductivity σ are obtained by the thermometer and the conductivity meter during calibration.
The measurement of the attenuation rate α when changing while measuring is repeated many times, and the coefficient a i is obtained by regression analysis.

【0052】そして、測定時、前記(15)式により減
衰率αと温度tとから導電率σを求める。一方、導電率
σと温度tと位相変化量△Φとについては、 △Φ=a0 +a1 D+a2 σ+a3 t+a4 Dσ+a5 Dt +a6 σt+a72 +a8 σ2 +a92 ……(16) とおき、校正時に濃度と導電率と温度とを変えたときの
位相変化量を多数回測定し、回帰分析により係数ai
求め、前記(16)式のDについての解を求める。
Then, at the time of measurement, the conductivity σ is obtained from the attenuation rate α and the temperature t according to the equation (15). On the other hand, the conductivity sigma and temperature t and the phase change amount △ for and [Phi is, △ Φ = a 0 + a 1 D + a 2 σ + a 3 t + a 4 Dσ + a 5 Dt + a 6 σt + a 7 D 2 + a 8 σ 2 + a 9 t 2 ...... (16) After that, the amount of phase change when the concentration, conductivity, and temperature are changed at the time of calibration is measured many times, a coefficient a i is obtained by regression analysis, and a solution for D in the above equation (16) is obtained. .

【0053】測定時には、△Φと前記(15)式により
求めた導電率σと温度tとを、Dの解に代入し、補正さ
れた濃度を求める。次に、別の濃度測定例としては、位
相変化量△Φと前記(14)式で求めた減衰率αとにつ
いて次のような連立方程式を立てる。
At the time of measurement, the corrected density is obtained by substituting ΔΦ, the conductivity σ and the temperature t obtained by the above equation (15) into the solution of D. Next, as another density measurement example, the following simultaneous equations are established for the phase change amount △ Φ and the attenuation rate α obtained by the above equation (14).

【0054】 △Φ=a0 +a1 D+a2 σ+a3 t+a4 Dσ+a5 Dt +a6 σt+a72 +a8 σ2 +a92 …(17a) α=b0 +b1 D+b2 σ+b3 t+b4 Dσ+b5 Dt +b6 σt+b72 +b8 σ2 +b92 …(17b) そして、校正時には、濃度と導電率と温度とを変えたと
きの位相変化量と減衰量と多数回測定し、各々回帰分析
を行い、係数ai ,bi を求める。この求めた係数を
(17b)式に代入し、導電率σの解を求める。前記
(17a)式のDについての解を求める。
[0054] △ Φ = a 0 + a 1 D + a 2 σ + a 3 t + a 4 Dσ + a 5 Dt + a 6 σt + a 7 D 2 + a 8 σ 2 + a 9 t 2 ... (17a) α = b 0 + b 1 D + b 2 σ + b 3 t + b 4 Dσ + b 5 Dt + b 6 σt + b 7 D 2 + b 8 σ 2 + b 9 t 2 ... (17b) and, at the time of calibration is to measure a number of times and the phase shift amount and the attenuation when varying the concentration and electric conductivity and temperature, respectively Regression analysis is performed to find coefficients a i and b i . The obtained coefficient is substituted into the equation (17b) to obtain a solution of the conductivity σ. A solution for D in the above equation (17a) is obtained.

【0055】測定時には、減衰率αと温度tとを導電率
σの解に代入して求め、このσの値と位相差変化量△Φ
と温度tとをDの解に代入し、補正された濃度を求め
る。さらに、別の濃度測定例としては、位相変化量△Φ
と前記(14)式で求めた減衰率αとについて次のよう
な連立方程式を立てる。
At the time of measurement, the attenuation rate α and the temperature t are obtained by substituting into the solution of the conductivity σ.
And the temperature t are substituted into the solution of D to obtain a corrected density. Further, as another example of concentration measurement, the phase change amount △ Φ
The following simultaneous equations are established with respect to the damping rate α obtained by the above equation (14).

【0056】 △Φ=a0 +a1 D+a2 σ+a3 Dσ+a42 +a5 σ2 …(18a) α=b0 +b1 D+b2 σ+b3 Dσ+b42 +b5 σ2 …(18b) この場合、校正時には温度を十分に細かい刻みで変えて
係数ai 、bi を求め、各温度ごとのテーブルを作成す
る。測定時には、温度tにより係数ai 、biのテーブ
ルを選択し、連立方程式の解により導電率σと補正され
た濃度Dを算出する。
[0056] △ Φ = a 0 + a 1 D + a 2 σ + a 3 Dσ + a 4 D 2 + a 5 σ 2 ... (18a) α = b 0 + b 1 D + b 2 σ + b 3 Dσ + b 4 D 2 + b 5 σ 2 ... (18b) in this case During calibration, the coefficients a i and b i are determined by changing the temperature in sufficiently fine steps, and a table is created for each temperature. At the time of measurement, a table of coefficients a i and b i is selected according to the temperature t, and the conductivity σ and the corrected concentration D are calculated by solving the simultaneous equations.

【0057】以上のような濃度測定例で述べたように、
導電率を予め求めておいた位相変化量の式に代入すれ
ば、補正された濃度を求めることができる。これらは、
第1の実施の形態のように、複数の周波数を用いて行う
場合にも同様に適用できる。
As described in the above density measurement example,
A corrected density can be obtained by substituting the conductivity into a previously calculated phase change amount equation. They are,
As in the case of the first embodiment, the present invention can be similarly applied to a case where a plurality of frequencies are used.

【0058】また、実施の形態におけるマイクロ波濃度
計においては、受信用アンテナ33と結合手段41との
間、終端抵抗49と結合手段41との間に、それぞれス
イッチ50,51を介挿し、何れか一方のスイッチ50
または51のみをオンする構成となっている。スイッチ
51側は終端抵抗49により配管32の近くに設置され
ている。
In the microwave densitometer according to the embodiment, switches 50 and 51 are inserted between the receiving antenna 33 and the coupling means 41 and between the terminating resistor 49 and the coupling means 41, respectively. One of the switches 50
Alternatively, only 51 is turned on. The switch 51 side is installed near the pipe 32 by the terminating resistor 49.

【0059】これらスイッチ50,51のうち、スイッ
チ51のオンにすればマイクロ波の誘導による成分を測
定し、スイッチ50オン時のマイクロ波の強度、位相か
ら差し引くことにより、位相を補正できる。
When the switch 51 of the switches 50 and 51 is turned on, the component due to the induction of the microwave is measured, and the phase can be corrected by subtracting from the intensity and phase of the microwave when the switch 50 is turned on.

【0060】因みに、図3で説明するように、受信信号
52の強度をVt 、位相をΦt 、誘導による信号53の
強度Vi 、位相をΦi とすると、真の受信信号54の強
度Vr 、位相Φr は次式から求めることができる。
Incidentally, as described with reference to FIG. 3, assuming that the intensity of the received signal 52 is V t , the phase is Φ t , the intensity V i of the induced signal 53 is Φ i, and the phase is Φ i , the intensity of the true received signal 54 is V r and phase Φ r can be obtained from the following equations.

【0061】 Vr =(Vt 2 +Vi 2 −2Vti (cos Φt cos Φi +sin Φt sin Φi1/2 …(19) Φr =arc tan {(Vt sin Φt −Vi sin Φi ) /(Vt cos Φt −Vi sin Φi )}…(20) 次に、図4は配管32と拡大した送受信部分との断面を
示す図である。
V r = (V t 2 + V i 2 -2 V t V i (cos Φ t cos Φ i + sin Φ t sin Φ i ) 1/2 (19) Φ r = arc tan {(V t sin Φ t -V i sin Φ i) / (V t cos Φ t -V i sin Φ i)} ... (20) Next, a diagram FIG. 4 shows a cross-section of the receiving portion to enlarge the pipe 32.

【0062】このマイクロ波濃度計は、送信用アンテナ
31と配管32内の被測定物との間には被測定物と同等
の誘電率をもつ誘電体55を介在させることにより、距
離が短くなるように設置し、管壁近くをマイクロ波がス
ムーズに通るようにする。同様に、受信用アンテナ33
と配管32内の被測定物との間には被測定物と同等の誘
電率をもつ誘電体56を介在させることにより、反射を
低減して被測定物を通ってくるマイクロ波を適切に受信
する構成である。
In this microwave densitometer, the distance is shortened by interposing a dielectric 55 having the same dielectric constant as the measured object between the transmitting antenna 31 and the measured object in the pipe 32. So that microwaves pass smoothly near the tube wall. Similarly, the receiving antenna 33
By interposing a dielectric 56 having a dielectric constant equivalent to that of the device under test between the device and the device under test in the pipe 32, reflection is reduced and microwaves passing through the device under test are properly received. It is a configuration to do.

【0063】このような構成とすることにより、配管3
2の壁による影響を除去し、被測定物のみに依存した濃
度を測定できる。また、マイクロ波送受信部としては、
図5に示すように配管32内に、当該配管32の内径よ
りも小さい距離となるように送信用アンテナ57および
受信用アンテナ58よりなる送受信部59を設置した構
成である。このような構成とすることにより、マイクロ
波の減衰量を小さくでき、高精度に被測定物の濃度を測
定できる。
With this configuration, the piping 3
The effect of the second wall can be removed, and a concentration dependent only on the measured object can be measured. In addition, as a microwave transmitting and receiving unit,
As shown in FIG. 5, a transmission / reception unit 59 including a transmission antenna 57 and a reception antenna 58 is installed in the pipe 32 so as to have a distance smaller than the inner diameter of the pipe 32. With such a configuration, the amount of microwave attenuation can be reduced, and the concentration of the DUT can be measured with high accuracy.

【0064】[0064]

【発明の効果】請求項1,3,4の発明によれば、複数
の周波数のマイクロ波を発生し、位相の回転を測定する
ことにより、濃度が高い場合や管径が大きい場合におい
て位相が回転する場合にも、その回転を把握して濃度を
正確に求めることができる。
According to the first, third and fourth aspects of the present invention, by generating microwaves of a plurality of frequencies and measuring the rotation of the phase, the phase can be changed when the concentration is high or when the tube diameter is large. Also in the case of rotation, the rotation can be grasped and the density can be accurately obtained.

【0065】請求項2〜5の発明によれば、受信したマ
イクロ波の減衰量を測定し、この減衰量から導電率を算
出し、導電率により濃度を補正することにより、導電率
の影響を受けずに濃度を高精度に測定できる。
According to the second to fifth aspects of the present invention, the influence of the conductivity is measured by measuring the attenuation of the received microwave, calculating the conductivity from the attenuation, and correcting the concentration by the conductivity. The concentration can be measured with high accuracy without receiving it.

【0066】また、受信したマイクロ波の減衰量を測定
し、被測定物の温度を算出し、温度により濃度を補正す
ることにより、温度の変化に影響されずに濃度を高精度
に測定できる。
Further, by measuring the amount of attenuation of the received microwave, calculating the temperature of the object to be measured, and correcting the concentration based on the temperature, the concentration can be measured with high accuracy without being affected by a change in temperature.

【0067】請求項6の発明によれば、受信信号と参照
信号とを加算後、分配し混合することにより、測定側ヘ
テロダイン出力を得ることにより、例えば増幅器の温度
変化等による位相変化の影響を受けずに高精度に濃度を
測定できる。
According to the sixth aspect of the present invention, the received signal and the reference signal are added, then distributed and mixed to obtain a measurement-side heterodyne output. The concentration can be measured with high accuracy without receiving it.

【0068】請求項7の発明によれば、受信信号出力ラ
インを切り替えて終端抵抗側を選択し、誘導量を測定す
るので、不要な受信信号による影響を除去できる。請求
項8,9の発明によれば、電波の受信量を増加させるた
め、管に接する部分に管内の被測定物と同等の誘電率を
有する誘電体を配置することにより、マイクロ波の反射
を低減でき、管の内径より小さい距離と同等の機能を発
揮させることができる。また、管の内径より小さい距離
で送受信部を設置することにより、マイクロ波の減衰量
を小さくでき、高精度に濃度を測定できる。請求項10
の発明によれば、ISMの周波数を使用し大出力のマイ
クロ波を送信することにより、十分な受信信号が得ら
れ、高精度に濃度を測定できる。
According to the seventh aspect of the present invention, the reception signal output line is switched to select the terminating resistor side and the amount of induction is measured, so that the influence of unnecessary reception signals can be eliminated. According to the eighth and ninth aspects of the invention, in order to increase the amount of received radio waves, a dielectric having a dielectric constant equivalent to that of an object to be measured in the tube is disposed at a portion in contact with the tube, thereby reducing microwave reflection. It is possible to achieve the same function as a distance smaller than the inner diameter of the pipe. In addition, by installing the transmitting / receiving unit at a distance smaller than the inner diameter of the tube, the amount of microwave attenuation can be reduced, and the concentration can be measured with high accuracy. Claim 10
According to the invention, by transmitting a high-output microwave using the frequency of the ISM, a sufficient reception signal can be obtained, and the concentration can be measured with high accuracy.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明に係わるマイクロ波濃度計の一実施の
形態を示す構成図。
FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of a microwave densitometer according to the present invention.

【図2】 本発明に係わるマイクロ波濃度計の他の実施
の形態を示す構成図。
FIG. 2 is a configuration diagram showing another embodiment of the microwave densitometer according to the present invention.

【図3】 受信信号と誘導による信号とから真の受信信
号を求める説明図。
FIG. 3 is an explanatory diagram for obtaining a true reception signal from a reception signal and a signal by induction.

【図4】 配管に対する送受信用アンテナの設置例を示
す拡大図。
FIG. 4 is an enlarged view showing an example of installation of a transmitting / receiving antenna on a pipe.

【図5】 配管内に送受信部を配置した構成図。FIG. 5 is a configuration diagram in which a transmission / reception unit is arranged in a pipe.

【図6】 従来のマイクロ波濃度計の構成図。FIG. 6 is a configuration diagram of a conventional microwave densitometer.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,2…回路ブロック 3,27…発振器 5,29…分配手段 9,50,51…スイッチ 8,18,37,44…ミキサ 10…結合手段 19,34…参照用発振器 23,39…位相差測定手段 25,47…電圧測定手段 26,46…演算装置 48…温度測定手段 49…終端抵抗 55,56…誘電体 1, 2, circuit block 3, 27, oscillator 5, 29, distribution means 9, 50, 51, switch 8, 18, 37, 44, mixer 10, coupling means 19, 34, reference oscillator 23, 39, phase difference Measuring means 25, 47 Voltage measuring means 26, 46 Computing device 48 Temperature measuring means 49 Terminating resistor 55, 56 Dielectric

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 下川 勝千 東京都府中市東芝町1番地 株式会社東芝 府中工場内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Katsusen Shimokawa 1 Toshiba-cho, Fuchu-shi, Tokyo Toshiba Corporation Fuchu Plant

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 管内の被測定物を通るマイクロ波の位
相遅れを計測し、前記被測定物の濃度を測定するマイク
ロ波濃度計において、 複数の周波数のマイクロ波を発生するマイクロ波発生手
段と、 このマイクロ波発生手段から個別に発生される複数の周
波数のマイクロ波を選択的に送信し前記管内の被測定物
を介して受信するマイクロ波送受信部と、 このマイクロ波送受信部により受信される受信信号を用
いて、前記複数の周波数のマイクロ波に基づく第1およ
び第2の位相差を測定する位相差測定手段と、 この第1および第2の位相差に基づいて位相の回転を判
定する手段と、 を備えたことを特徴とするマイクロ波濃度計。
1. A microwave densitometer for measuring a phase delay of a microwave passing through an object to be measured in a tube and measuring the concentration of the object to be measured. A microwave transmitting / receiving unit for selectively transmitting microwaves of a plurality of frequencies individually generated from the microwave generating means and receiving the microwaves via the object to be measured in the tube; and receiving the microwaves by the microwave transmitting / receiving unit. Phase difference measuring means for measuring first and second phase differences based on microwaves of the plurality of frequencies using a received signal; and determining phase rotation based on the first and second phase differences. Means, and a microwave densitometer comprising:
【請求項2】 管内の被測定物を通るマイクロ波の位
相遅れを計測し、前記被測定物の濃度を測定するマイク
ロ波濃度計において、 所定の周波数のマイクロ波を発生するマイクロ波発生手
段と、 このマイクロ波発生手段から発生されるマイクロ波を前
記管内の被測定物を介して受信するマイクロ波送受信部
と、 このマイクロ波送受信部により受信される受信信号を用
いて、位相差を測定する位相差測定手段と、 前記受信信号に係わる信号の電圧を測定する電圧測定手
段と、 この電圧測定手段で測定された電圧から受信したマイク
ロ波の減衰量を測定するとともに、この減衰量を用いて
前記被測定物の導電率を算出し、この算出された導電率
を用いて前記位相差を補正する補正手段と、 を備えたことを特徴とするマイクロ波濃度計。
2. A microwave densitometer for measuring a phase delay of a microwave passing through an object to be measured in a tube and measuring the concentration of the object to be measured, wherein: a microwave generating means for generating a microwave having a predetermined frequency; A microwave transmission / reception unit that receives a microwave generated from the microwave generation unit via the device under test in the tube; and a phase difference is measured using a reception signal received by the microwave transmission / reception unit. Phase difference measuring means, voltage measuring means for measuring the voltage of the signal related to the received signal, and measuring the attenuation of the microwave received from the voltage measured by the voltage measuring means, using this attenuation Correction means for calculating the conductivity of the object to be measured and correcting the phase difference using the calculated conductivity.
【請求項3】 1つのマイクロ波発生手段を設けた場
合、周波数の設定変えを行って異なる複数の周波数のマ
イクロ波を選択的に発生する請求項1または請求項2に
記載のマイクロ波濃度計。
3. The microwave densitometer according to claim 1, wherein when one microwave generating means is provided, the frequency is changed to selectively generate microwaves having a plurality of different frequencies. .
【請求項4】 異なる周波数のマイクロ波を発生する
2つのマイクロ波発生手段を設けた場合、各マイクロ波
発生手段にそれぞれスイッチを介してマイクロ波送受信
部を接続し、これらスイッチを選択的にオンし、異なる
周波数のマイクロ波を送信信号としてマイクロ波送受信
部に送出する請求項1または請求項21に記載のマイク
ロ波濃度計。
4. When two microwave generating means for generating microwaves of different frequencies are provided, a microwave transmitting / receiving unit is connected to each microwave generating means via a switch, and these switches are selectively turned on. 22. The microwave densitometer according to claim 1, wherein microwaves having different frequencies are transmitted as transmission signals to a microwave transmission / reception unit.
【請求項5】 管内の被測定物を通るマイクロ波の位
相遅れを計測し、前記被測定物の濃度を測定するマイク
ロ波濃度計において、 所定の周波数のマイクロ波を発生するマイクロ波発生手
段と、 このマイクロ波発生手段から発生されるマイクロ波を前
記管内の被測定物を介して受信するマイクロ波送受信部
と、 このマイクロ波送受信部により受信される受信信号を用
いて、位相差を測定する位相差測定手段と、 前記受信信号に係わる信号の電圧を測定する電圧測定手
段と、 前記管内の被測定物の温度を測定する温度測定手段と、 前記電圧測定手段により測定される電圧から受信マイク
ロ波の減衰量を測定するとともに、この減衰量と測定温
度とから前記被測定物の導電率を算出し、この算出され
た導電率を用いて前記位相差を補正する補正手段と、 を備えたことを特徴とするマイクロ波濃度計。
5. A microwave densitometer for measuring a phase delay of a microwave passing through an object to be measured in a tube and measuring the concentration of the object to be measured, wherein: a microwave generating means for generating a microwave having a predetermined frequency; A microwave transmission / reception unit that receives a microwave generated from the microwave generation unit via the device under test in the tube; and a phase difference is measured using a reception signal received by the microwave transmission / reception unit. Phase difference measuring means, voltage measuring means for measuring a voltage of a signal related to the received signal, temperature measuring means for measuring the temperature of the device under test in the tube, and a receiving micro from a voltage measured by the voltage measuring means. While measuring the amount of attenuation of the wave, calculating the conductivity of the device under test from the amount of attenuation and the measured temperature, and correcting the phase difference using the calculated conductivity. Means, and a microwave densitometer comprising:
【請求項6】 管内の被測定物を通るマイクロ波の位
相遅れを計測し、前記被測定物の濃度を測定するマイク
ロ波濃度計において、 所定の周波数のマイクロ波を発生するマイクロ波発生手
段と、 このマイクロ波発生手段から発生されるマイクロ波を前
記管内の被測定物を介して受信するマイクロ波送受信部
と、 このマイクロ波送受信部により受信される受信信号と予
め定めた前記所定の周波数と異なる周波数の参照信号と
を加算した後に分配し混合した信号を取り出す周波数変
換手段と、 この分配し混合した信号を用いて位相差を測定する位相
差測定手段と、 を備えたことを特徴とするマイクロ波濃度計。
6. A microwave densitometer for measuring a phase delay of a microwave passing through an object to be measured in a tube and measuring a concentration of the object to be measured, wherein: a microwave generating means for generating a microwave having a predetermined frequency; A microwave transmission / reception unit that receives a microwave generated from the microwave generation means via an object to be measured in the tube; and a reception signal received by the microwave transmission / reception unit and the predetermined frequency. Frequency conversion means for adding a reference signal of a different frequency and then extracting a distributed and mixed signal; and phase difference measuring means for measuring a phase difference using the distributed and mixed signal. Microwave densitometer.
【請求項7】 管内の被測定物を通るマイクロ波の位
相遅れを計測し、前記被測定物の濃度を測定するマイク
ロ波濃度計において、 所定の周波数のマイクロ波を発生するマイクロ波発生手
段と、 このマイクロ波発生手段から発生されるマイクロ波を前
記管内の被測定物を介して受信するマイクロ波送受信部
と、 一端を接地してなる終端抵抗と、 この終端抵抗の他端側出力ラインと前記マイクロ波受信
部の出力ラインとを選択する選択手段と、 この選択手段によって選択された終端抵抗の他端側出力
ラインの出力から前記マイクロ波の誘導成分を測定し、
前記選択された前記マイクロ波受信部の出力ラインの出
力から得られる位相差を補正する誘導補正手段と、を備
えたことを特徴とするマイクロ波濃度計。
7. A microwave densitometer for measuring a phase delay of a microwave passing through an object to be measured in a tube and measuring a concentration of the object to be measured, wherein: a microwave generating means for generating a microwave having a predetermined frequency; A microwave transmitting / receiving unit that receives a microwave generated from the microwave generating means via the device under test in the tube, a terminating resistor having one end grounded, and an output line on the other end side of the terminating resistor. Selecting means for selecting an output line of the microwave receiving unit, and measuring an inductive component of the microwave from an output of the other end side output line of the terminating resistor selected by the selecting means,
A microwave densitometer comprising: an induction correction unit configured to correct a phase difference obtained from an output of the selected output line of the microwave reception unit.
【請求項8】 管内の被測定物を通るマイクロ波の位
相遅れを計測し、前記被測定物の濃度を測定するマイク
ロ波濃度計において、 マイクロ波を発生するマイクロ波送信部およびこの発生
されたマイクロ波を管内の被測定物を介して受信するマ
イクロ波受信部と、前記管と接する部分または当該管を
貫通し前記被測定物と接する部分との間にそれぞれ当該
被測定物と同等の誘電率をもつ誘電体を配置したことを
特徴とするマイクロ波濃度計。
8. A microwave densitometer for measuring a phase delay of a microwave passing through an object to be measured in a tube to measure the concentration of the object to be measured. A microwave receiving unit that receives microwaves through the DUT in the tube, and a dielectric equivalent to the DUT between a portion that contacts the tube or a portion that penetrates the tube and contacts the DUT. A microwave densitometer characterized in that a dielectric material having a ratio is arranged.
【請求項9】 管内の被測定物を通るマイクロ波の位
相遅れを計測し、前記被測定物の濃度を測定するマイク
ロ波濃度計において、 前記管内に、当該管の内径よりも距離的に小さくなるよ
うにマイクロ波を発生するマイクロ波送信部と、この発
生されたマイクロ波を管内の被測定物を介して受信する
マイクロ波受信部とを配置したことを特徴とするマイク
ロ波濃度計。
9. A microwave densitometer for measuring a phase delay of a microwave passing through an object to be measured in a tube and measuring the concentration of the object to be measured, wherein the distance is smaller than the inner diameter of the tube in the tube. A microwave densitometer comprising: a microwave transmitting unit for generating microwaves; and a microwave receiving unit for receiving the generated microwaves via an object to be measured in a tube.
【請求項10】 所定の周波数のマイクロ波として、
ISMの周波数を用いることを特徴とする請求項2およ
び請求項5ないし請求項9の何れか1つに記載のマイク
ロ波濃度計。
10. As a microwave having a predetermined frequency,
10. The microwave densitometer according to claim 2, wherein an ISM frequency is used.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016032008A1 (en) * 2014-08-29 2016-03-03 京セラ株式会社 Sensor device and sensing method

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