(57)【要約】      （修正有）【課題】被試験材料（ＭＵＴ）の物理的性質に関連のあるＭＵＴの連続的電磁インピーダンス分光特性を確保する。【解決手段】ＭＵＴの物理的性質を、車輌から、例えば複素電磁インピーダンスを利用して測定およびモニタするためのシステムと方法は、被試験材料（ＭＵＴ）へのセンサアレイの相対位置に関する変位データを取得し、変位データを参照変位データと比較してセンサアレイが前記ＭＵＴに対して参照距離にあるかどうかを判定し、センサアレイが参照距離にあるという判定に応答してセンサアレイに電磁インピーダンス信号セットをＭＵＴに送信するように命令し、ＭＵＴからのリターン電磁インピーダンス信号を取得し、送信された電磁インピーダンス信号セットとリターン電磁インピーダンス信号と変位データとに基づいて、ＭＵＴの少なくとも１つの物理的性質を計算することを備える方法が含まれる。【選択図】図２７
2020079796.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輌に取り付けるシステムであって、
センサアレイを、ＭＵＴに対する参照距離で前記車輌に結合するための取り付け台と、
表面および前記表面の下の表面下と通信するためのアレイ電極と、
前記アレイ電極に動作可能に接続された信号発生器と、
前記信号発生器と前記アレイ電極に動作可能に接続された少なくとも１つの計算処理デバイスであって、
前記アレイ電極から前記表面および前記表面下へ選択された周波数で電磁信号を送信するように前記信号発生器に命令し、
前記電磁信号を送信後に前記アレイ電極からのリターン信号を取得し、
信号を組合せて、少なくとも１つの表面または表面下の物理特性を判定する、
ように構成された前記少なくとも１つの計算処理デバイスと、
を備える、システム。
【請求項２】
前記車輌に結合するための少なくとも１つの取り付けアームと、
前記少なくとも１つの取り付けアームの一端に連結されたハウジングであって、
被試験材料（ＭＵＴ）をサンプリングするためのセンサアレイと、
前記ＭＵＴに対する前記ハウジングの位置を検出するための変位センサと、
前記センサアレイと前記変位センサに連結された、少なくとも１つの計算処理デバイスと、
を備えるハウジングと、
前記少なくとも１つの取り付けアームに連結されて前記少なくとも１つの計算処理デバイスに通信し、前記少なくとも１つの取り付けアームを介して前記ハウジングの位置を変更するためのアクチュエータと、
を更に備え、
前記少なくとも１つの計算処理デバイスは、前記ハウジングの検出位置が参照距離から偏位している場合に、前記ハウジングの位置調整のために前記アクチュエータの起動命令を提供するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複素電磁インピーダンスを用いて車輌から被試験材料の物理的性質を連続的にモニタするシステムおよび方法に関する。複素インピーダンスは、車輌に取り付けられて、ＭＵＴ表面から測定された高さに配置されたセンサアレイを用いて測定される。センサアレイは、センサアレイとＭＵＴ表面との参照距離を維持する制御可能構造を介して、車輌に取り付けることができる。複素インピーダンス測定と、センサアレイとＭＵＴ表面間の測定距離とを用いて、ＭＵＴの物理的性質が計算される。
【背景技術】
【０００２】
高温混合アスファルトＨＭＡは、道路舗装に使用される高度に設計された製品である。本明細書での議論の目的に関して、ＨＭＡは、１）瀝青混合物、２）石の骨材、３）空気、の３成分からなる。ＨＭＡは、工場において特定の石の骨材を最高で１７５℃（約３５０°Ｆ）の温度で特定の瀝青に混合して作られる。瀝青が骨材を被覆する。次に混合物が舗装現場に送られ、そこで舗装機械（舗装機またはスクリードとも呼ばれる）によって塗布される。ＨＭＡが舗装機で最初に塗布されるときは、その温度は約１３５℃（約２７５°Ｆ）であり、約１５％の空隙を含んでいる。ＨＭＡの設計基準を満たすために、空隙量は一般に約５％にまで低減される。この低減は、ＨＭＡが圧縮可能な温度域にある間に、ローラをかけて（転圧して）行う。いくつかの場合には、ＨＭＡは１つ以上の種類のローラを用いて圧縮する。第１のタイプのローラは破砕ローラまたは振動ローラである。図１は、従来技術による、高速道路グレードの、スチールドラム振動ローラを示す。いくつかの場合には、この振動ローラが塗布プロセスで使用される最初のローラであって、大部分のＨＭＡの圧縮を行う。振動ローラは、従来、回転荷重を有する１つまたは２つのスチールドラムを備え、ローラの自重に加えて回転荷重によるドラム振動で動的な力を生成し、（例えばＨＭＡに対する）圧縮力を増加させる。従来ＨＭＡ圧縮に使用される第２のタイプのローラは、ゴムタイヤローラ、すなわち圧空式ローラであって、分散された圧縮範囲を提供するために複数のゴムタイヤが互い違いに配置されている。ゴムタイヤローラは、ＨＭＡ表面をこねて、アスファルト最表面に形成された穴を閉じるように設計されている。ＨＭＡの圧縮に使用される第３のタイプのローラは、最終（または、仕上げ）ローラであり、これを最後（例えば、振動および／またはゴムタイヤローラの後）に使用して、前プロセスのローラの１つで形成された皺ラインを最小化または除去して平滑な表面とする。
【０００３】
舗装品質は通常、仕上げの平滑さ、並びに仕上がり製品の密度で測定される。圧縮不足のアスファルトマットは空気と水を透過可能であって、舗装寿命を短くする。その上、圧縮不足のアスファルトでは、望ましくない空隙の存在により粒子間の接触点の数が減って、凍結−解凍状態を受けやすくなる。そのためにアスファルト舗装の安定性が下がる。その一方で、不必要な過圧縮はアスファルト骨材を粉砕し、空隙を減少させる。そうなると舗装が永久変形し易くなる。舗装が圧縮不足または過圧縮であれば、舗装工事業者はペナルティを科せられることもある。したがって、所望のレベル／範囲の圧縮を達成することが有利である。密度測定は、転圧プロセスの最中またはその後に、対応するＡＳＴＭ国際標準に準拠する様々な携帯型機器によって行なうことができる。これは密度のポイント測
定を行う。通常、舗装完了後に、直径が１５．２５ｃｍ（６インチ）のコアまたはプラグを切り出して、様々なＡＳＴＭ国際標準に従った密度測定がなされる。
【０００４】
この転圧プロセスの間および後でスポットモニタする方法には、複数の問題がある。１つの問題点は、道路の非常に小さな領域が検査対象となることである。典型的な委託機関（例えば運輸省など）の要求仕様は、舗装された道路のレーンの１０００フィートごとの測定実施である。この非常に限定されたサンプルでは、舗装工事全体を代表するサンプルにはならない可能性がある。ローラ装置からアスファルト密度を連続測定することを試みた、初期の従来法の１つは、米国特許第５，９５２，５６１号明細書に記述されている（参照によりその全体を本明細書に援用する）。この方法は、１９９７年のアメリカ合衆国運輸省（ＵＳ  ＤＯＴ）調査委員会の探査分析に値する革新（Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎｓ  Ｄｅｓｅｒｖｉｎｇ  Ｅｘｐｌｏｒａｔｏｒｙ  Ａｎａｌｙｓｉｓ）（ＩＤＥＡ）プログラムによって支援された。米国特許第５，９５２，５６１号明細書に記載された方法は、ローラ装置の前方と後方にマイクロ波センサを取り付けてアスファルト密度を検出するものである（図２の従来技術参照）。米国特許第５，９５２，５６１号明細書でアスファルト密度を検出するために推奨された実際の波長は、１ｃｍ〜３．７５ｃｍ（３０ＧＨｚ〜８ＧＨｚ）であった。ただしこの方法にはいくつかの欠点がある。例えば、５００ＭＨｚ〜３０ＧＨｚで動作するマイクロ波センサで、アスファルトの正確な密度測定が可能なことが未だ示されていない。さらに、米国特許第５，９５２，５６１号明細書に記載の測定方法は２つの読み取りの差に基づいているが、各読み取りのエラー幅が、真の読み取りの値を超える場合がある。結果として、この従来法は現実的ではないことが判明した。
【０００５】
その次の従来法は、ローラが印加する入力振動荷重と、ローラの下の材料からの測定された応答との間の変化の連続測定に基づいている。この手法は、舗装の弾性率または剛性の測定と称されている。現在この方法は、この測定が、ローラによる圧縮作用力を閉ループで変化させるために利用される場合、および全地球測位衛星（ＧＰＳ）および地理情報システム（ＧＩＳ）マッピングプログラムに組み合わされる場合に、「インテリジェント圧縮」と呼称される。
【０００６】
このインテリジェント圧縮法は、米国特許第４，８７０，６０１号、第５，７２７，９００号、第６，１２２，６０１号、第６，５５１，０１９号、第７，６６９，４５８号、第８，１９０，３３８号明細書に提示されている（このそれぞれを参照により本明細書にその全体を援用する）。この新しい従来法の概念を、図３の従来技術に示す。この方法では、ローラのドラム（または複数のドラム）による振動衝撃が、アスファルト、アスファルトの下の路盤、および路盤の下の路床に付与される。この従来法は、ばねとダンパの組合せで表される様々な材料層に投入された力によって全体系をモデル化可能であると仮定する。図３では、アスファルト、路盤、および路床の３層がある。アスファルト（または舗装）層は典型的には２５〜３０ｃｍ（１０〜１２インチ）の厚さであり、路盤は同じような厚さであってよい。路盤は典型的には、工学的に特定されたグレードの砕石である。路床は典型的には分級および圧縮されたその地域の土壌であり、道路の基礎となる。アスファルトが単層となっている図３の簡略化された表示とは違い、実際にはアスファルトは複数層となっている。アスファルト内には典型的には、圧縮厚さが約１３ｃｍ（５．２５インチ）の基層と、圧縮厚さが９ｃｍ（３．５インチ）の中間層と、圧縮厚さが４．５ｃｍ（１．７５インチ）の表層または仕上げ層がある。図３は、単純に基層の舗装を図示するものである。アスファルト層の数が増えて薄くなると、個々の新しいアスファルト層の応答を、振動ローラの影響ゾーン、これは通常約１．０〜１．２ｍの深さと見積もられる、の中の全物質の応答に関係づけるモデル化がより難しくなる。これが、アスファルト舗装で振動ベースのインテリジェント圧縮が必ずしも成功しなかった理由の１つである。
【０００７】
アスファルトの振動ベースの測定が直面するその他のいくつかの問題としては、アスフ
ァルトの剛性が温度で変化することである。実際の圧縮量に拘わらず、冷たいアスファルトは暖かいアスファルトよりも剛性が高い。さらに、測定は約２２０ｃｍ（８７インチ）幅のローラドラムに基づいて行われる。このローラの幅では、圧縮されていないアスファルトをローラが「跨ぐ」こともあり得る。
【０００８】
振動インテリジェント圧縮が直面する問題は、測定されたアスファルト弾性率または剛性を密度に変換する、認定された方法が現状では存在しないことである。圧縮アスファルトの実際の密度は、工学的な仕様が依拠するパラメータである。
【０００９】
本明細書で述べるように、従来の方法では転圧時のアスファルト密度を連続的に定量判定することはできない。
【００１０】
電磁インピーダンス測定装置の使用は、米国特許第５，９００，７３６号、第６，４１４，４９７号、および第７，２１９，０２４号明細書（このそれぞれは参照により本明細書にその全体を援用する）に特定されており、アスファルト及び他の物質の密度の定量的読み取りが提供される。ただしこれらの特許に開示された方法は、センサがアスファルトに接触したままでなければならない。この制約を克服するために、当時市販されていたゲージをローラに取りつけたままでアスファルトに接触させて使用する（米国特許第７，２２６，２３９号および第７，５７５，３９５号明細書に記載の）新しい方法が開発された（これらは参照により本明細書に全体を援用する）。しかしながらこの方法は、測定を実行するために通常のローラ運転を中断する必要があり、したがって連続的ではないという制約があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の態様は、被試験材料（ＭＵＴ）、例えばアスファルト、土、などの物理的性質（例えば密度）に関する電磁インピーダンス特性を連続的に確保する方法、装置およびシステムを含む。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
実施形態には、様々な実施形態によって構築された１つ以上の装置を用いて遂行され得る方法が含まれる。いくつかの実施形態には、車輌（車輌にはローラが含まれる）に取り付けられた支持構造を有する装置が含まれる。ここで支持構造は、ＭＵＴの密度を連続的に測定／モニタするための、非接触通信を介するＭＵＴとの通信用のセンサアレイが含まれる。転圧（例えばアスファルトなどのＭＵＴの転圧）時における密度の連続測定に関する様々な実施形態には、ローラに取り付けられた支持構造アセンブリと、その支持構造に取り付けられたセンサアレイアセンブリが含まれる。これらの実施形態では支持構造アセンブリが、可変位置決めシステム、距離測定システム及び制御システムを含む。センサアレイアセンブリには、アレイ電極に動作可能に接続された信号発生器と、選択された周波数帯域で、アレイ電極を介して（ＭＵＴに向けて）振動電磁場信号を送信する信号発生器と、ＭＵＴと通信しているアレイ電極に動作可能に接続された信号検出器と、信号発生機と信号検出器に動作可能に接続された信号コンパレータと、信号コンパレータに動作可能に接続された、少なくとも１つの計算処理デバイスとを含むことができる。少なくとも１つの計算処理デバイスは、測定中のＭＵＴの物理的性質（例えば密度）に関連する電磁インピーダンス特性を判定するように構成されている。この少なくとも１つの計算処理デバイスは、例えば、距離測定システムまたは支持構造に関連する他のシステムから、ＭＵＴに対するセンサアレイの位置に関するデータを取得可能である。これはＭＵＴの密度計算における１つの因子として利用可能である。この少なくとも１つの計算処理デバイスにはユーザインタフェースとデータ記憶が含まれていて、ユーザがセンサアレイの様々な態様を制御し、データを様々なフォーマットで表示し、データファイルを格納し、様々な手段
によってデータファイルを他のコンピュータに転送することができるようになっていてもよい。このシステムからのデータは、通常の方法によって地理情報システム（ＧＩＳ）データベースおよびディスプレイに含まれてもよい。
【００１３】
代替する実施形態には、ローラ機以外の車輌に取り付けられるシステムを含むことができる。この代替システムでの支持構造は、ＭＵＴに対して、固定位置又は可変位置のいずれかを有してもよい。ただし本明細書に記載の様々な実施形態と同じように、支持構造アセンブリには距離測定システムが含まれる。
【００１４】
本開示で提示する電極センサアレイの方法および様々な実施形態は、とりわけ、ＭＵＴの物理的性質に関連のあるＭＵＴの連続的電磁インピーダンス分光特性を確保することによって、従来法の改善を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】アスファルト道路の舗装に使用される、従来型の２輪スチールドラムローラの写真である。
【図２】従来技術による密度測定システムの写真である。
【図３】従来技術によるアスファルトの弾性率または剛性を判定するための振動圧縮理論を表す概略図である。
【図４】可変機能を有する５電極線形アレイとＭＵＴの測定体積を示す、概略図である。
【図５】ＭＵＴの異なる体積測定のための４電極アレイ使用の概略図である。
【図６】図５の別の測定体積の概略図である。
【図７】図５〜図６での測定体積と計算体積との関係を示す概略図である。
【図８】図５〜図７での計算体積とその命名法との関係を示す概略図である。
【図９】図５〜図８に関する、測定体積と計算体積の間の一次レベルを関係式とともに示した概略図である。
【図１０】様々な実施形態による、測定ボクセルＣに使用される等価回路の概略図である。
【図１１】様々な実施形態による、測定体積と計算体積の間の二次レベルをボクセルＡに関する関係式とともに示した概略図である。
【図１２】様々な実施形態による、測定体積と計算体積の間の三次レベルをボクセルＢに関する関係式とともに示した概略図である。
【図１３】様々な実施形態による、測定体積と計算体積の間の三次レベルをボクセルＣに関する関係式とともに示した概略図である。
【図１４】様々な実施形態による、移動線形アレイの概略図である。
【図１５】様々な実施形態による、線形アレイの移動から求めた３次元ボクセルの概略図である。
【図１６】様々な実施形態による、時間区分δごとの送信電極変化を有する移動線形アレイの概略図である。
【図１７】様々な実施形態による、各線形電極アレイが異なる周波数で動作する、正方形平面電極の概略図である。
【図１８】様々な実施形態による、スタガ線形電極からなる平面アレイの概略図である。
【図１９】図１８の平面アレイの概略図であって、様々な実施形態によるアレイを使用したサブボクセル特性の決定方法をさらに示す。
【図２０】様々な実施形態による、大きい検査マトリックス上への個々の平面センサレイの配置の概略図である。
【図２１】様々な実施形態による電極形状例の概略図である。
【図２２】様々な実施形態による一プロセスを示すフローチャートである。
【図２３】様々な実施形態による一プロセスを示すフローチャートである。
【図２４】様々な実施形態による一プロセスを示すフローチャートである。
【図２５】本開示の様々な実施形態によるシステムの２次元概略図である。
【図２６】本開示の様々な実施形態によるサンプルセンサシステムの概略図である。
【図２７】様々な実施形態による一プロセスを示すフローチャートである。
【図２８】様々な実施形態による一プロセスを示すフローチャートである。
【図２９】本開示の様々な実施形態によるセンサアレイアセンブリの概略図である。
【図３０】本開示の様々な実施形態によるシステムの概略図である。
【図３１】本開示の様々な実施形態によるシステムの概略表示である。
【図３２】本開示の実施形態による、様々な電極アレイのセンサ形状の概略表示である。
【図３３Ａ】本開示の様々な実施形態による、センサアレイアセンブリ例の底面斜視写真である。
【図３３Ｂ】図３３Ａのセンサアレイ例の側面斜視写真である。
【図３４Ａ】本開示の様々な実施形態による、車輌に取り付けられたシステムを表す全体側面写真である。
【図３４Ｂ】図３４Ａのシステムの拡大写真である。
【図３５】本開示の様々な追加実施形態によるシステムを示す写真である。
【図３６】本開示の様々な実施形態によるシステムの概略表示である。
【図３７】本開示の様々な実施形態による、手押しカートに取り付けられたシステムの写真である。
【図３８】本開示の様々な実施形態によるモニタシステムを含む、自律高速道路検査車輌の写真である。
【図３９】本開示の様々な実施形態によるシステムを含む環境を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下の議論は、従来技術で開示された方法論を拡張、改善して、被試験材料（ＭＵＴ）の物理的性質の連続的定量測定を提供する。本明細書における様々な実施形態において、議論する物理的性質は密度であり、ＭＵＴはアスファルトである。ただし、様々な実施形態は、異なる物理的性質と異なるＭＵＴにも適用可能な方法を含むことが理解される。考慮される用途には、インプロセス品質制御（舗装プロセス中のアスファルトに対するような）が含まれる。いくつかの場合には、システムおよび方法を含む手法が転圧プロセス時に適用可能であり、別の場合には、転圧プロセス後に遂行されてもよい。いずれの場合にも、本明細書に記載の方法は材料（例えば道路のアスファルト）の向上した品質検査を提供可能である。
【００１７】
本明細書で述べるように、ＭＵＴ（例えば、アスファルト）の物理的性質（例えば、密度）の連続読み取りをするために、これらの読み取りをするセンサは、ＭＵＴ（例えば、アスファルト）に接触していない時に動作可能であるべきことを本発明者らは見出した。様々な実施形態において、本発明者らは、米国特許出願公開第２０１３／０３０７５６４号明細書、および米国特許出願第６１／７０３，４８８号明細書、第６１／９０６，６６４号明細書、第６１／９３２，４００号明細書（これらはそれぞれ引用によりその全体を本明細書に援用する）に記載され、示されたものと同様の１つ以上の線形電磁センサアレイを利用した。
【００１８】
本明細書で述べるように、様々な実施形態には、ＭＵＴ（例えば、アスファルト）の測定体積に関する電磁インピーダンスデータを連続的に確保し、その電磁インピーダンスデータに基づいてＭＵＴ（例えば、アスファルト）の物理的性質を決定することが含まれる。転圧されたＭＵＴ、例えば、アスファルトの場合、転圧プロセス時の品質制御の指標として、または転圧プロセス後の品質保証検査として、または修復の必要性を判定するための既存道路の特性評価として、連続測定／モニタを行ってもよい。
【００１９】
本明細書で使用されるように、被試験材料（ＭＵＴ）は、高温混合アスファルトの他に
任意の材料を含むことが可能であり、これは本明細書に示し、および／または記述する１つ以上の方法（例えば、電磁分光法）により特性評価することが可能である。様々な実施形態においてＭＵＴとしては、ＭＵＴ上方のセンサ高さを制御または固定する手段を用いて任意のタイプの車輌に取り付けられた非接触電磁センサによってモニタ可能な、任意の材料が含まれる。
【００２０】
本明細書に記載の様々な実施形態は、舗装プロセス時にＭＵＴ（例えば、アスファルト）の密度を測定するために、例えば舗装ローラ上に取り付けられた非接触電磁アレイの適用に焦点を置く。電磁センサが取り付けられた車輌は任意のタイプの、動力付きまたは動力なしの車輌であってよい。これがＭＵＴに対するセンサの相対的高さを制御または固定する手段を提供する。車輌には、アスファルト舗装に使用される車輌（例えば、ローラ、および舗装機）、動力付き車輌（例えば通常の自動車道を走行する車輌、自動車道でない所を走行する車輌）、および動力なしの車輌（例えば、手押しカート）を含むことができる。本明細書に記すように、ＭＵＴは、車輌に取り付けられた、非接触電磁センサにより測定できる任意の材料であってよく、例えば、１つ以上のアスファルト層、１つ以上の路盤層、および／または１つ以上の路床層である。測定される１つまたは複数の物理的性質には、電磁分光法を適用して決定可能なＭＵＴの任意の物理的性質が含まれてよい。これには密度および含水量がある。ただしこれに限らない。本明細書の様々な実施形態により記述される教示は、本明細書に記述するようなＭＵＴの物理的性質を測定するために車輌に取り付けられた非接触電磁センサの任意の組合せ、並びに様々な実施形態のその他の方法に適用可能である。
【００２１】
本開示においては、電磁センサアレイは、送信電極と受信電極を含むことができる。センサアレイは、ＭＵＴ中の様々な深さでサンプリングし、および／またはＭＵＴの所望の測定の確保に適切な感度を得られるように構成された、任意数の電極が含まれてよい。
【００２２】
以下の説明においては、本明細書の一部を構成し、本教示が実行され得る特定の例示的実施形態を例示として示す、添付の図面を参照する。これらの実施形態は、当業者が本教示を実行できるほど詳細に記述される。また、他の実施形態も利用可能であること、および本教示の範囲から逸脱することなしに変形可能であることを理解されたい。したがって、以下の説明は単なる例示である。
【００２３】
図示した実施例に対して、１つ以上の実装、変更、および／または修正に関する表示を、添付の特許請求の範囲の精神と範囲から逸脱することなしに行うことが可能である。また、特定の特徴がいくつかの実装の１つに関してのみ開示されたとしても、そのような特徴は、任意の所与または特定の機能に関して望ましく有利であるような、他の実装の１つ以上の他の特徴と組合せることが可能である。さらに、「含んでいる」、「含む」、「有している」、「有する」、「持った」またはこれらの変形が、詳細な説明及び特許請求の範囲のいずれかで使用される限りは、そのような用語は、用語「備える」と同様に、包括的であることが意図されている。用語「少なくとも１つの」は、列挙された項目の１つ以上を選択可能であることを意味するために使用される。
【００２４】
広範囲の実施形態を表す数値範囲およびパラメータは近似値であるが、特定の実施例に示される数値は可能な限り正確に報告される。ただし、任意の数値は、各試験測定値にある標準偏差から必然的に発生する特定の誤差を本質的に含んでいる。さらに、本明細書に開示のすべての範囲は、その中に包まれる任意およびすべての部分範囲がその中に包含されることを理解されたい。例えば、「１０未満」の範囲は、最小値０と最大値１０の間（それらを含む）の任意および全ての部分範囲を含むことができる。すなわち、０に等しいかそれより大きい最小値と、１０に等しいかそれより小さい最大値を有する任意およびすべての部分範囲、例えば１〜５、である。特定の場合には、パラメータとして記述される
数値は、負の値を取ることができる。この場合には、「１０未満」として記述される範囲の値の例は、例えば、−１、−２、−３、−１０、−２０、−３０などの負の値を取り得る。
【００２５】
米国特許第５，９００，７３６号明細書、第６，４００，１６１号明細書、第６，４１４，４９７号明細書、および第６，６７７，７６３号明細書（これらのそれぞれを参照によりその全体を本明細書に援用する）は、アスファルトの電磁インピーダンス特性を利用してアスファルト密度を評価する手段として、同心２電極センサアレイを提示している。これらの方法は、スペクトル分光法や断層撮影法を利用するものではないが、電磁インピーダンス測定装置に使用するための２電極構成を示している。米国特許第７，２１９，０２１号明細書（参照によりその全体を本明細書に援用する）は、米国特許第５，９００，７３６号明細書および第６，４１４，４９７号明細書に示された装置のものと同様の電極構成を用いて、土壌の密度および含水量を評価するために電磁インピーダンス分光法の利用を提示している。これらの電極アレイはＭＵＴと（電気的または物理的接触ではない）非導通通信をしている。米国特許出願公開第２０１３／０３０７５６４号明細書および米国特許仮出願第６１／７０３，４８８号明細書（このそれぞれは参照によりその全体を本明細書に援用する）は、ＭＵＴと導通通信、または非導通通信して、線形電極アレイを用いて、インピーダンス分光法およびインピーダンス断層法の２つの異なる方法でのＭＵＴ評価方法を提示している。米国特許仮出願第６１／９０６，６６４号明細書（参照によりその全体を本明細書に援用する）は、ＭＵＴ表面からの電磁的断層法およびスペクトル分光法によるインピーダンス測定を行う代替的な構成、およびこれらの測定値を物理パラメータに変換するプロセスを提示している。ただしこれらの方法には、ＭＵＴのインプロセス制御、領域検査、または特性調査のいずれかを提供するための、車輌に取り付けられたアレイ応用については言及していない。
【００２６】
様々な実施形態に、ＭＵＴ上方のセンサアレイ高さを制御する、方法と電磁センサアレイ、並びに支持／制御システムが含まれる。様々な実施形態では、電磁センサアレイは車輌に取り付けられて、広い領域に亘るＭＵＴの選択された性質についての、インプロセスおよび／またはその後の検査または調査を提供する。本明細書で記載のように、そのような測定値は、１つ以上の通常の全地球測位衛星（ＧＰＳ）システムおよび／または１つ以上の地理情報システム（ＧＩＳ）からのデータと組合せてもよい。本開示では、ＭＵＴの選択された体積の（例えば連続的な）電磁インピーダンス分光特性を確保する、方法、システムおよびコンピュータプログラムが提示され、これらを利用してＭＵＴのその選択された体積の、密度などの物理的性質が決定される。
【００２７】
米国特許仮出願第６１／７０３，４８８号明細書に記述されているように、インピーダンス測定システムの概略図を図４に示す。この概略図では、５つの電極１０２を有するインピーダンスセンサシステム１００が示されており、その内の１つの１０２Ａが、信号発生器１０４、例えばＤＤＳ（ダイレクトデジタルシンセサイザ）によって供給される、ある周波数領域に亘る信号を入力する。この例では、他の４つの電極がＭＵＴ２５０を通過する信号回路を完成させることができる。信号発生器１０４（ＤＤＳ）からの原信号を、ＭＵＴ２５０を通過する信号と比較することができる。コンパレータ１０６の出力は、原信号とリターン信号の強度差と位相シフトである。この送信信号とリターン信号の強度および位相データは、マイクロプロセッサ１０８に送信することができ、そこでデータが処理されて、統計的プロセスコントロール（例えばマイクロプロセッサ１０８内の組込部品）へ送信される。マイクロプロセッサ１０８はまた、ＤＤＳ１０４を制御して、発生させる周波数を選択する。図示した実施形態では、送信電極と受信電極の順序は固定されている。
【００２８】
図４に示すこの例では、電極１０２はＭＵＴ２５０と通信するように構成されているが
、ＭＵＴ２５０に電気的に接触してはいない。すなわち、電極はＭＵＴ２５０からは（例えば絶縁材料または空隙によって）電気的に隔離されている。ある場合には、アレイの電極の最小数は、送信電極と受信電極の２である。ただし他の適用では、アレイは、例えば５以上の電極を有する複数電極の、一次元アレイまたは二次元アレイであってよく、電極は、１つの送信電極と１つ以上の受信電極のサブセットで動作する。
【００２９】
この例では、ＭＵＴ２５０の４つのボクセルのインピーダンス特性が測定可能である。本明細書で述べるように、ボクセルは３次元空間の一部分であって、三次元空間の規則的グリッド上の値を表す体積ピクセルまたは体積要素である。いくつかの場合には、ボクセルは、ピクセル（二次元要素）の三次元等価物として知られる。送信信号の電力とＭＵＴ２５０を通過する信号の電力の差は、強度ｍとして定義される。送信信号とＭＵＴ２５０を通過する信号との間の位相シフトは、位相角φである。これらは図４のコンパレータ１０６で測定される。これらはボクセルＡｌ、Ａ２、Ｂ１およびＢ２に対する測定量である。
【００３０】
複素インピーダンスの測定値および解釈の議論において、電磁測定装置の出力から計算される用語を定義しておくことが有益であろう。それは、送信信号とＭＵＴを通って伝わる信号との間の電力差の強度であるｍと、送信信号とＭＵＴを通って伝わる信号との間のシフトである位相角φである。インピーダンス（Ｚ）は、実部の抵抗と虚部のリアクタンスで構成される複素数の関係として数学的に表示される。
Ｚ＝Ｒ＋ｉＸ；
Ｚ＝インピーダンスの複素数値
Ｒ＝ｍ＊ｃｏｓφ；抵抗
Ｘ＝ｍ＊ｓｉｎφ；リアクタンス
抵抗Ｒは電流の流れに対する材料の抵抗である。リアクタンスＸは、静電容量（容量リアクタンスＸｃ）および／またはインダクタンス（誘導リアクタンスＸＬ）による、電流変化に対する材料の抵抗である。したがって、
X = XL + XC
これに関しては本明細書でさらに議論する。
アドミタンス（Ｙ）は、インピーダンスの逆数の複素量であり、これによりコンダクタンスとサセプタンスを定義する。
Y = 1 / Z = G + i B
サセプタンス（Ｂ）はアドミタンスで表した、リアクタンスの相補的表示であり、数学的には次のように定義される。
B = - X / (R2+ X2)
サセプタンスは測定された特性から次のように計算することができる。
B = サセプタンス = - sin φ / m
コンダクタンス（Ｇ）は、測定された特性から次のように計算することができる。
G = コンダクタンス = cos φ / m
【００３１】
様々な実施形態の記述において、インピーダンスＺの値は、ＭＵＴ（例えば、ＭＵＴ２５０）のボクセルに対する測定に係わる様々な式および関係、並びにサブボクセルの計算に使用される。ただし以下のいずれの例においても、抵抗、リアクタンス、アドミタンス、コンダクタンス、またはサセプタンスの値で、インピーダンスを置き換えることができる。
【００３２】
複素インピーダンスをＭＵＴの物理的性質に関係づけるための計算式開発に使用される上記の量に加えて、誘導損失を示さないＭＵＴに対しては静電容量もまた使用可能である。これは、アスファルト、土壌、生体物質などのような、対象となるＭＵＴの多くに関しては一般的であり得る。誘導損失ＸＬがない場合は、ＸＬは０となり、したがってＸ＝Ｘ
ｃである。上記の式を参照すると、
Ｃ＝（−Ｘ／（Ｒ２＋Ｘ２））／ω
となる。ここで、Ｃは静電容量、ωは電磁信号の周波数であり、ＸおよびＲは既に定義したとおりである。Ｃの値は、ＭＵＴの物理的性質に遡って関係する可能性がある。
【００３３】
断層法では、１つの周波数のデータしか必要としないことに留意されたい。しかしながら、ＭＵＴの性質を明らかにするためのスペクトル分光分析を使用するためには、ある周波数範囲に亘る計算が必要となることがある。すなわち、上記の式を各周波数からのデータに適用して、ある周波数範囲に亘るインピーダンスデータが取得される。これらのデータは、次に以下のＶｏｌｕｍｅ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｒｅｍｏｖａｌ法に適用される。
【００３４】
Ｖｏｌｕｍｅ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｒｅｍｏｖａｌ（ＶＤＲ）法への一般的アプローチは、本明細書に開示の方法および種々のアレイの、様々な利点を説明する。以下の議論においては、大文字は測定されたボクセルを表し、小文字はサブボクセル（ボクセルの一部であって、すべてのサブボクセルの集積が全体ボクセルを形成する）を表す。ボクセルまたはサブボクセルの後ろの数字は、ＭＵＴ（例えば、ＭＵＴ２５０）を通過する信号を生成／受信する、番号付きの電極を表す。図５を参照すると、４電極線形センサアレイ３００の例が示されている。ここで各電極Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４は、ＭＵＴ２５０（ＭＵＴ２５０の層Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３などを含む）を通して一組の断層法信号を送信または受信するための、送信電極または受信電極のいずれであってもよい。様々な実施形態によれば、任意の測定に関して、１つの送信電極と１つの受信電極を含む、２電極のペアがある（そしてこの例では、最大３つの受信電極がある）。例えば、送信された断層法信号の既知の強度と周波数、送信／受信電極構成、リターン断層法信号の強度／周波数、ならびにＭＵＴ２５０の種類（例えば、一般組成、既知の材料特性、および／または浸透深さ）に基づいて、様々な実施形態は、ＭＵＴ２５０の一部（例えば体積、部分体積）の特性（例えば、密度、組成／サブ組成など）を決定することを含む。また、ＭＵＴ２５０内の測定体積Ａ１２、Ａ２３、Ａ３４、Ｂ１３、Ｂ２４、Ｃ１４も図示されている。これらの測定体積はＭＵＴ２５０内の関心のある３つの層（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）に関係する。通信電極（例えば、Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４）の等間隔の中心間距離は、特性を決める対象の、ＭＵＴ２５０の層（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）の厚さまたは深さによって決定される。図６は、図５の体積Ａ、Ｂ１３、Ｃ１４のいくつかの拡大図である。図に示すように、電極によって検知可能な、ＭＵＴ２５０への深さは、通信する電極の中心間間隔Ｄの約半分に等しい。図６は、測定されるボクセルＡ、Ｂ、Ｃの大きさも示す。図７は、図５の測定されたボクセル（Ｃ１４、Ｂ１３、Ａ１２）と計算されたサブボクセル（それぞれａ１２、ｂ１３、ｃ１４）の相対的サイズを示す概略図である。測定されたボクセルＡは計算されたサブボクセルａと同一サイズである。ボクセルＢはサブボクセルｂの２倍のサイズであり、ボクセルＣはサブボクセルｃの３倍のサイズである。図８は、５電極アレイにおけるサブボクセルの配置を示す概略図であり、これを利用して、様々な実施形態によるＶＤＲ法のより詳細を説明する。より多くの層の特性を得るためには、より多くの電極をアレイに加えるべきであることが理解される。例えば図８において、測定されたボクセルＤは、信号を電極１と電極５の間に流すことによって取得可能である。
【００３５】
様々な実施形態による１つの方法は、複数の２電極データを収集し、そのボクセルデータからサブボクセルの値を計算し、そのサブボクセルを結合してボクセルセグメントにして、ボクセルセグメントとボクセルデータを利用して他のサブボクセルを計算する。この方法は、図９の概略図に示されている。ここで、サブボクセル層がａ、ｂ、ｃであり、これは図８および図９を参照して図示、説明した、４電極アレイ（ここで電極はそれぞれ丸で囲んだ要素１、２、３、４で示す）に対応する。サブボクセルａｘｘのインピーダンス値は、ボクセルＡｘｘと同一である。体積Ｂ１３とＢ２４が同一の物理的性質を有し、し
たがってインピーダンス特性も等しいものと仮定すると、サブボクセルｂ１３とｂ２４は、ｂ１３とｂ２４がａ１３とａ２４に並列であると仮定して計算される。サブボクセルａ１３は、Ａ１２とＡ２３の直列結合である。サブボクセルａ２４は、Ａ２３とＡ３４の直列結合である。サブボクセルが直列結合されてボクセルセグメントｂを形成する。ボクセルセグメントａとｂはサブボクセルｃ１４と並列に結合されて、ボクセルＣ１４を表す。図１０は、図９のボクセルＣに対する等価回路モデル７００の概略図である。等価回路モデル７００はサブボクセルｃ１４（図９）の計算を可能とする。サブボクセル値ｃ１４を計算する数学的処理は、図１１、図１２、図１３の式と対応するボクセル／サブボクセル結合の概略説明に示されている。
【００３６】
様々な実施形態による、図１１〜図１３に示す式の一般形は、次のように表される。
【数１】
2020079796.tif 000003
様々な実施形態によれば、上記の式を電極配置の幾何形状に基づいて変更し、ＭＵＴ（例えばＭＵＴ２５０）の測定された体積と、その体積内のボクセルおよびサブボクセルの仮定された形状との間の差異を補うようにすることもできる。電極配置の幾何形状の相対的変化を補うために、幾何因子を決定してボクセルの測定されたインピーダンスに次のように適用することができる。
【数２】
2020079796.tif 000004
ここで、Ａ、Ｂ、Ｃは測定されたボクセル体積、ａ、ｂ、ｃは計算されたサブボクセルの性質、ｎは電極アレイの数、αはＺｂ（ｎ＋１，ｎ＋３）に対するＺｂ（ｎ＋１，ｎ＋３）の相対寄与、そしてγＸはｘ番目のボクセルに関する幾何因子である。幾何因子は、読み取り値と平行平板電極εとの相関を取るための平面電極に適用される補正である。平行平板式は、
【数３】
2020079796.tif 000005
ここで、Ｃは静電容量、εは誘電率、Ａ／ｄは幾何因子と等価である。
【００３７】
上記に開示したＶＤＲ法を適用するために使用するインピーダンス測定値を確保できるかどうかは、上で説明したようにセンサアレイの対応設計と操作に依存する可能性がある。いくつかのアレイ設計は、上に参照した、登録特許および特許出願に既に開示されている。以下の節においては、５つの直線的な平面電極アレイ構成が提示される。これは参照した従来の方法に対して様々な改良を提供する。上に述べたように、ＶＤＲを適用して、適用周波数範囲の各周波数で各サブボクセルに対するインピーダンスを計算し、各サブボクセルの各周波数におけるインピーダンス特性を確保する。これらのデータは、様々なスペクトル分光法を用いて、ＭＵＴの所望の一つ又は複数の特性評価に適用できる。
【００３８】
米国特許仮出願第６１／７０３，４８８号明細書では、センサアレイの運動が、ＭＵＴの特徴を検出するための方法として議論されている。図１４には、送信電極と受信電極が固定配置のままでの５つの電極アレイ１１００の運動が示されている。アレイ１１００は、電極の中心間距離がΔであり、速度ｖで移動中である。データは時間間隔δで取得される。この時間間隔の間に、アレイは距離λ＝νδだけ移動する。Ｂボクセルに関して、時刻ｔとｔ＋δでの２つの測定で、図１５のボクセルＢの概略表示に示すように３次元ボクセルが生じる。図１５に示すように、ボクセルＢは幅２Δ、深さΔ、長さλである。この実施形態では、この３次元ボクセルＢ−のインピーダンス特性は、ＢｔとＢｔ＋δボクセルの直列結合に、電極のサイズとλのサイズによって変わり得る幾何的補正因子よって与
えられる。この幾何スケーリングは、実験的に決定することが可能であって、次のように表される。
【数４】
2020079796.tif 000006
この３次元ボクセルのインピーダンス特性が決定されると、サブボクセル情報が、上記と同様にして決定可能である。
【００３９】
図１４〜図１５を参照して説明した方法は、送信電極と受信電極の間隔が変化する（一定でない）場合にはうまく機能しない。前に図８に関して議論したように、様々な実施形態によれば、アレイ内の各電極は、送信か受信のいずれかを行い得る。この２モードの概念は、図１６に、大きな平面アレイ１３００（各５ｘ１アレイ１２００が含まれる）内のいくつかの５ｘ１線形アレイ１２００の概略図に示されている。図に示すように、５つの電極の線形アレイ１２００は、平面アレイ１３００が速度ｖで移動する間、５つの選択可能な送信電極（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５）でスキャンされる。様々な実施形態によれば、送信電極（ＴＸ）はδ秒ごとに切り替わり、測定の５回の時間区間の間に各線形アレイ１２００内の５つの電極のそれぞれが送信する。様々な実施形態によればこの例では、送信電極の切り替え処理の間の移動距離はλ＝５ｖδである。出願人らは、ＭＵＴ内で物理的性質（例えば、密度、組成、粘度など）がλと同程度以下で発生するとすれば、λの大きさがＭＵＴ（例えば、ＭＵＴ２５０）を正確に特性評価する上記の方法の適用可否に影響し得ることを見出した。様々な実施形態によれば、このＭＵＴの変化はＭＵＴの特性、およびＭＵＴ検査の詳細決定に利用可能である。継続時間δは、平面アレイ１３００（複数の線形アレイ１２００を含む）が運動する速度、アレイ電子回路が送信電極を切り替えることができる速度、および測定データを処理してＭＵＴを特性評価するために要する時間（ここで処理は図２２を参照して説明されるように、少なくとも１つの計算処理デバイスを用いて遂行される）に依存する。アレイ内の電極数もまたλの決定に影響し得る。アレイ１４００の代替実施形態を図１７に概略的に示す。この実施形態では、アレイ１４００には、線形の５電極アレイ１５００の５列で構成される平面アレイが含まれる。これは速度ｖで移動するように表示されている。各線形アレイ１５００内の送信電極（ＴＸＸ）は固定され、各送信線形アレイ１５００はεＨｚだけ分離した異なる周波数で運転される。この周波数分離は、別々の線形アレイ１５００からの信号が電子的に分離可能であるような大きさであり、また、周波数の全体変化が、対象とするＭＵＴの物理パラメータの解釈の変化を起こさないようなものになっていてもよい。様々な実施形態において、平面アレイ１４００内の線形アレイ１５００の列数は、線形アレイ１５００のそれぞれにある電極数に等しい（例えば、それぞれが５つの電極を有する、５列の線形アレイ１５００）。
【００４０】
平面アレイ１６００の代替実施形態が図１８に示されている。これは４つの線形アレイ（アレイ１、アレイ２、アレイ３、アレイ４）を使用し、各アレイ（１、２、３、４）が、アレイ１、アレイ２、アレイ３、アレイ４のそれぞれの中の隣接する電極間の中心間距離だけ、隣接するアレイ（１、２、３、４）からずれて配向されている。ＭＵＴの性質の変化が、水平面内で平面アレイ１６００の大きさに比べて小さければ、この代替実施形態はＭＵＴ特性の決定に有益であり得る。さらに、もしＭＵＴの厚さ（例えば、特定の層の厚さまたは全体厚さ）が小さければ、この実施形態はＭＵＴの正確な測定を可能となしうる。例えば、機械の重要部分にいくつかの被覆が施されており、各被覆の厚さが５０ミクロンのオーダであるとする。この例では、電極間隔（各アレイ内の）は、少なくとも２つの被覆層を検出するためには約５０ミクロンのオーダであってよい。４つの７電極線形アレイ（アレイ１、アレイ２、アレイ３、アレイ４）を有する平面センサアレイ１６００の全体サイズは、約５００ミクロン（０．０２インチ）角程度であり得る。このタイプの平
面アレイ１６００では、各アレイ（アレイ１、アレイ２など）の電極数は奇数であり、送信電極（Ｔ）は各アレイ（アレイ３、アレイ４など）の中央電極として固定される。図１９は、図１８の平面アレイ１６００の概略図であり、さらに、本明細書に記載の様々な実施形態によるこのタイプのアレイ１６００からサブボクセル（例えば、ｂ４、ｂ３、ｂ２など）の特性をいかに決定できるかを示す。このタイプのアレイ１６００では、いくつかの実施形態によれば７電極線形アレイ（アレイ１、アレイ２など）のそれぞれは、同一周波数で、異なる時間に運転されてもよい。いくつかの実施形態では、７電極線形アレイ（アレイ１、アレイ２など）は、本明細書に記載の様々な実施形態を参照して記述されるように、僅かに異なる周波数で同時に運転することもできる。
【００４１】
ＭＵＴの比較的薄い領域を検出するために、潜在的に非常に小さいサイズの平面アレイ１６００が与えられるとすると、より大きな面積のＭＵＴをカバーする方法としては、図２０に概略的に示すように、大きな検査冶具１７００上に配置された多数の比較的小さい平面アレイ１６００の組み合わせが含まれ得る。この例示として、検査冶具１７００は１インチのグリッド上に、図１８〜図１９の平面アレイ１６００を１２１個含む。様々な実施形態によれば、平面アレイ１６００をスキャンしてＭＵＴ特性を決定するために、多くの方法が利用可能である。例えば、各平面アレイ１６００をピクセルとして取り扱い、当分野で周知の様々な利用可能な電子的走査方法の任意のものでスキャンすることが可能である。
【００４２】
図４〜図２０を参照して議論した様々なアレイにおける個々の電極の設計は、形状が円形であってもよい。ただし、いくつかの実施形態では円形形状の電極では、ＭＵＴの所望の検出領域にコーナやポイントが含まれる場合には、取得可能な電界集中の可能性が制限される場合がある。様々な実施形態では、少なくとも１つの電極は楕円形である。他の様々な実施形態では、少なくともと１つの電極は、角が丸められた四角形である。図２１に例示的な電極の形状を概略表示する。これらは様々な実施形態に従う、本明細書に表示及び記載の任意の電極アレイに使用可能である。出願人らは、電界集中により電磁場が歪められ、ＭＵＴから得られる原データに影響することも見出した。したがって、様々な実施形態において、電極はその信号生成能力を対応する受信能力に合わせるために一様な面積を有しても良い。いくつかの場合には、電極中心間の距離Δに対して電極直径が変化してもよい。出願人らはさらに、アレイの電界強度、アレイの幾何因子、およびアレイによって取得される測定の信号対ノイズ比の間にトレードオフがあり得ることも見出した。出願人らは、これらの因子が、電極の最適領域を確立する先験的な決定因子ではないことをさらに見出した。
【００４３】
記載した様々な方法により、ＭＵＴの１つのサブボクセルまたは多数のサブボクセルの物理的性質の決定が可能となる。様々な実施形態において、対象とする物理的性質の多数の測定値が従来の手段で測定され、本明細書に記載の、アレイ／システム／方法を用いて測定された（そして計算された）（ボクセルおよびサブボクセルの）複素インピーダンスの測定された変動に関係づけられる。様々な実施形態において、得られる相関が統計的に有意であるように、測定値の数を十分大きくすることができる。インピーダンス測定は、未知のＭＵＴ検査に使用される、同一タイプのアレイで行うことができる。あるいは他の実施形態では、平行平板電極構成も使用可能である。アレイ形状に拘わらず、測定はある周波数帯域で行われてよい。更なる実施形態には物理的性質を（選択された周波数帯域でのボクセルまたはサブボクセルの）測定インピーダンスに関連付けるアルゴリズムを開発する方法が含まれる。これには、分散分析（ＡＮＯＶＡ）、ニューラルネットワークおよび重回帰、などの任意数の周知の相関法が使用されてよい。どのプロセス、インピーダンス特性および周波数帯域がベストフィットを確実にするかについての決定は、統計的に最も有意な結果が得られるものを選択することで行われてよい。
【００４４】
図２２は、ＭＵＴ（例えば図４のＭＵＴ２５０）のサブボクセルの少なくとも１つの特性（例えば、物理的性質）を決定するプロセスを示すフロー図を表している。第１のプロセス（１８０１）には、ＭＵＴに使用するためのアレイの適切な種類の選択と、測定対象の層の全体厚さと共に、測定される各層の数と厚さを選択することが含まれる。個々の層の数と厚さが、全体厚さと共に、アレイ内の電極数、およびＭＵＴの特性検出に有効な、対応する隣接電極の中心間距離とを決定することができる。次のプロセス（１８０２）は、センサアレイをインピーダンス測定システム（例えば少なくとも一つの計算処理デバイス）に連結して、ＭＵＴ内の対象のボクセルに関する複素インピーダンス値を取得することを含み得る。測定は、物理的性質アルゴリズムへの必要入力に対応する、周波数帯域に亘って行うことができる。次のプロセス（１８０３）には、本明細書の様々な実施形態に従って記述された回路方程式を利用して、物理的性質アルゴリズムへの所要入力に対応する周波数帯域に亘る、サブボクセルの所望インピーダンス特性を計算することが含まれる。この方法の最終プロセス（１８０４）には、サブボクセルのインピーダンス値（並びに様々な実施形態に従って記述された物理的性質アルゴリズムと）を用いて、ＭＵＴのサブボクセルの対応する特性（例えば物理的性質）を決定することが含まれる。任意選択の追加プロセス（１８０５）には、ステップ１８０４で適用される物理的性質アルゴリズムをその適用前に開発することが含まれ得る。
【００４５】
本明細書で記述したように、本発明の様々な態様には、一連の機能を遂行するためのコンピュータ実装された方法、システム、及びコンピュータプログラム製品を含むことができる。図２３は、断層法を適用する開示の様々な実施形態による方法を表すフロー図を示す。この方法は、アレイ電極を用いて、ＭＵＴの選択された体積を特性評価するために使用可能である。図に示すように、フロー図には以下のようなプロセスを含むことができる。
【００４６】
プロセスＰ１０１：（図２５のセンサアレイ２１２０内の）信号発生器に、第１の組の断層法信号をアレイ電極のサブセットからＭＵＴ２５０内へ送信し、アレイ電極のそのサブセットに対するその周波数でのリターン信号を取得するように命令する。
【００４７】
プロセスＰ１０２：第１の組の断層法信号を送信した後、アレイ電極から第１のリターン信号を取得する。
【００４８】
プロセスＰ１０３：（図２５のセンサアレイ２１２０内の）信号発生器に、第１のリターン信号に基づいて、第２の組の断層法信号をアレイ電極の第２のサブセットからＭＵＴ２５０内へ送信するように命令する。ここで、アレイ電極の第２のサブセットは、アレイ電極の第１のサブセットに含まれていない少なくとも１つの電極を含む。図１８〜図１９において、アレイ電極の異なるサブセットを示すシナリオ例としては、電極の第１のサブセット、例えばアレイ４と、電極の第２のサブセット、例えばアレイ２、アレイ３またはアレイ１、を含むことができる。ある場合には、これらの個別のアレイ（アレイ１、アレイ２など）は、（図１８に示すように）全体の平面アレイの「サブアレイ」とみなされる。いくつかの実施形態によれば、第１のサブアレイには、第２のサブアレイに存在しない少なくとも１つの電極が存在するようにして、サブアレイは重複する電極を含むことができる。
【００４９】
プロセスＰ１０４：第２の組の断層法信号を送信した後、アレイ電極から第２のリターン信号を取得する。
【００５０】
プロセスＰ１０５：第１のリターン信号と第２のリターン信号を結合して、ＭＵＴ２５０の特性を決定する。様々な実施形態によれば、第１のリターン信号と第２のリターン信号のそれぞれは、ＭＵＴ２５０のある体積、またはボクセルの少なくとも１つに関する複
素インピーダンスデータを含んでいる。いくつかの実施形態によれば、第１のリターン信号と第２のリターン信号を結合してＭＵＴ２５０の特性を決定することは、電極アレイ内の第１のアレイ電極サブセットと第２のアレイ電極サブセットの位置に基づいて、直列回路理論または並列回路理論の少なくとも１つを複素インピーダンスデータに適用することを含む。直列回路法または並列回路法は、本明細書の様々な実施形態に関して記述されている。様々な実施形態によれば、少なくとも１つの体積またはボクセルに関する複素インピーダンスデータは、ＭＵＴ２５０の物理的性質との相関を有する。
【００５１】
様々な実施形態において、プロセスＰ１０１の前に、予備プロセスＰ１００が、ＭＵＴ２５０の層数に基づいて、アレイ電極の第１のサブセットの電極数とアレイ電極の第２のサブセットの電極数とを選択するように命令を出すことが含まれてもよい。様々な実施形態においてこの予備プロセスＰ１００が、プロセスＰ１００Ａ：電極アレイの隣接する電極同士の中心間距離に基づいて、第１のサブセットの電極数と第２のサブセットの電極数とを選択すること、を含んでもよい。
【００５２】
本明細書で述べたように、様々な実施形態によればアレイ電極（電極アレイ）は、単一周波数で動作するように構成された等間隔電極から成る線形アレイを含む。さらに、いくつかの実施形態では、（図２５のセンサアレイ２１２０内の）信号発生器に断層信号の第１の組の送信を命令すること、第１のリターン信号を取得すること、（図２５のセンサアレイ２１２０内の）信号発生器に断層信号の第２の組の送信を命令すること、および第２のリターン信号を取得することは、電極アレイがアレイ電極面と同一な平面に平行に運動中に遂行され、第１のリターン信号と第２のリターン信号は時間間隔δだけ離れている。
【００５３】
図２４は、断層法と分光法の両方を適用する様々な実施形態による方法を表すフロー図である。この方法には、以下のプロセスを含むことができる。
【００５４】
プロセスＰ２００：Ａ）ＭＵＴ２５０の層数、Ｂ）ＭＵＴ２５０の厚さに基づく電極同士の中心間距離、Ｃ）所望のＭＵＴ２５０の一つ又は複数の性質の分光的インピーダンス特性に基づく、データ収集の周波数帯域、および／またはＤ）ＭＵＴ２５０の各ボクセルおよび／またはサブボクセルに対する複素インピーダンスを計算するための直列回路法および／または並列回路法の適用仕様に基づく、アレイ電極のサブセット構成、の少なくとも１つに基づいて電極サブセットを含むアレイ電極の電極構成を選択する命令を提供すること。
【００５５】
Ｐ２０１：（図２５のセンサアレイ２１２０内の）信号発生器に、周波数帯域内の選択された周波数で断層法信号セットをアレイ電極のサブセットに送信させ、リターン信号を取得するように命令すること。
【００５６】
Ｄ２０２：アレイ電極２００の全てのサブセットのサンプリングが終わったか？
【００５７】
Ｐ２０２Ａ：Ｄ２０１Ａに対してＮｏであれば、アレイ電極の次のサブセットへ移動；Ｐ２０１へループして戻る；
【００５８】
Ｄ２０３：Ｄ２０１Ａに対してＹｅｓであれば、選択した周波数帯域の全ての周波数がサンプリングされたか？
【００５９】
Ｐ２０３Ａ：Ｄ２０３に対してＮｏであれば、選択した周波数帯域の次の周波数へ移動、Ｐ２０１にループして戻る；
【００６０】
Ｐ２０４：アレイ電極の各直列サブセットに対する各サンプリング周波数からのリター
ン信号を組合せて、本明細書で記述した直列および／または並列等価回路法を用いて、ＭＵＴ２５０の各ボクセルおよび／またはサブボクセルに対する複素インピーダンスを計算する。
【００６１】
Ｐ２０５：電極の全サブセットからの周波数帯域に亘るリターン信号を組合せて、ＭＵＴ２５０の少なくとも１つの物理特性をスペクトル分光的に決定する。
【００６２】
図２５は本開示の様々な実施形態による、物理システム２１００の一実施形態の概略側面図である。図２６は、本開示の様々な実施形態による、システム２１００（図２５）内のデータフローを示す概略データフロー図である。図２５と図２６を参照すると、システム２１００はハウジング２１１０を含むことができ、そこにセンサアレイ２１２０（例えば、２電極センサアレイのような本明細書で説明した任意のセンサアレイ構成を含む）と変位センサ２１３０（例えば、任意の従来型の光学、熱的、または当分野で周知の他のセンサ）が含まれる。ハウジング２１１０はさらに、少なくともと１つの温度センサ２１４０（例えば通常の温度センサ）、位置追跡器２１６０（位置情報を取得するＧＰＳ装置および／またはＧＩＳ装置など）、および少なくとも１つの計算処理デバイス２１５０（通常のプロセッサ、メモリ、入／出力インタフェース、データ記憶、など）を収納することができ、そのそれぞれは、通常の有線接続、及び／又は無線通信を介して変位センサ２１３０とセンサアレイ２１２０に連結されている。位置追跡器２１６０は、例えばＧＰＳ装置および／またはＧＩＳ装置などの通常の位置追跡装置を含むことができ、計算処理デバイス２１５０は、当技術分野で周知の、時間に関連付けられた位置追跡器２１６０からの地理データを用いてハウジング２１１０の移動の速度（速度）を検出するように構成可能である。ハウジング２１１０は、例えばヒンジ機構２１７０を介して、少なくとも１つの支持アーム２１６５に連結可能である。少なくとも１つの支持アーム２１６５は、例えば、追加のヒンジ機構２１７０を介して、取り付け台２１８０に連結されてもよい。取り付け台２１８０は、例えば、ボルト、ねじ、クランプなどを介して、車輌３００１に結合するように構成可能である。システム２１００はさらに、変位センサ２１３０からの変位測定に基づいてＭＵＴ２５０に対するハウジング２１１０（その結果としてセンサアレイ２１２０）の位置を修正する、少なくとも１つの支持アーム２１６５に連結された、例えば油圧または圧電アクチュエータなどのアクチュエータ２１９０を含むことができる。アクチュエータ２１９０は（支持アーム２１６０を経由する有線接続手段または無線手段を介して）少なくとも１つの計算処理デバイス２１５０と通信可能であり、計算処理デバイス２１５０からハウジング２１１０の位置を修正する命令を受信してもよい。計算処理デバイス２１５０はセンサアレイ２１２０とＭＵＴ２５０（例えば、アスファルト）の距離（例えばスタンドオフ３０３）に関する変位センサ２１３０からのデータを収集し、その距離３０３に関する情報をＭＵＴ２５０の少なくとも１つの物理的性質を計算するための入力として利用可能である。さらに、様々な実施形態において、少なくとも１つの計算処理デバイス２１５０は、センサアレイ２１２０とＭＵＴ２５０の間の距離３０３に関するデータを連続的に取得可能であり、ＭＵＴ２５０の物理的性質に関する計算が、距離３０３を正確に説明することを検証できる。様々な実施形態において、ＭＵＴ２５０の地形、車輌３００１の運動、一つ以上の支持アーム２１６５の意図しない動き、などがセンサアレイ２１２０をＭＵＴ２５０から異なる距離にシフトさせ、ＭＵＴ２５０の物理特性に関する計算に影響を及ぼすことがある。様々な実施形態において、所望の距離（オフセット）３０３が既知であって、ＭＵＴ２５０の物理特性（例えば、密度）の計算のベースとして使用される。変位センサ２１３０が、ハウジング２１１０（そしてその結果センサアレイ２１２０）がＭＵＴ２５０に対して相対移動して所望のオフセット３０３が最早達成されていないことを示すデータを（計算処理デバイス２１５０に対して）提供すると、計算処理デバイス２１５０はアクチュエータ２１９０にハウジング２１１０の位置を修正させる命令を提供し、ハウジング２１１０を所望のオフセット３０３に再整列させることができる。
【００６３】
様々な実施形態において、温度センサ２１４０はＭＵＴ２５０（例えばアスファルト）の温度を検出して、少なくとも１つの計算処理デバイス２１５０、例えば、ストレージ、ディスプレイなどと通信するように構成されている。様々な実施形態によれば、計算処理デバイス２１５０は、少なくとも１つのインタフェース２２００（図２６）を含むことができ、そこには従来のヒューマンマシンインタフェース（ＨＭＩ）、またはその他の従来型インタフェースを含むことができる。
【００６４】
図２７は、本開示の実施形態による方法における様々なプロセスを示すフロー図である。図１７〜図１８を参照すると、図に示すようにプロセスには以下のものを含むことができる。
【００６５】
プロセスＰ１：ＭＵＴ２５０に対するセンサアレイ２１２０の位置に関する（例えば変位センサ２１３０からの）（変位３０３に関する）変位データを取得する。
【００６６】
判定Ｄ２：（移動３０３に関する）移動データを、参照変位データと比較し、センサアレイ２１２０がＭＵＴ２５０に対する参照距離にあるかどうかを判定する。
【００６７】
プロセスＰ２：センサアレイ２１２０が参照距離にあるという判定に応答して、プロセスＰ２は、電磁インピーダンス信号セットをＭＵＴ２５０に送信するように（信号発生器を介して）センサアレイ２１２０に命令することを含む。
【００６８】
プロセスＰ３：ＭＵＴ２５０からのリターン電磁インピーダンス信号を取得する。
【００６９】
プロセスＰ４：送信された電磁インピーダンス信号セットとリターン電磁インピーダンス信号に基づいて、ＭＵＴ２５０の少なくとも１つの物理的性質（例えば、密度）を計算する。プロセスＰ４は本明細書でさらに説明する。
【００７０】
プロセスＰ５：位置追跡器２１６０からハウジング２１１０に関する位置情報（例えばＧＰＳおよび／またはＧＩＳのデータ）を取得し、その位置情報に少なくとも１つの物理的性質（例えば密度）を関連付ける。
【００７１】
プロセスＰ６（任意選択）：少なくとも１つの物理的性質（および、場合によっては位置情報）に関するデータをインタフェース２２００に表示および／または記録する。
【００７２】
プロセスＰ７（決定Ｄ２へ戻って）：センサアレイ２１２０がＭＵＴ２５０から参照距離とは異なる距離に位置しているとの判定に応答して、プロセスＰ３が、センサアレイ２１２０の位置が参照距離に一致するように、アーム２１６５を介してハウジング２１１０の位置を修正するようにアクチュエータ２１９０に命令することを含む。そうしてプロセスＰ７が、本明細書に記載したプロセスＰ２へ進んでよい。
【００７３】
プロセスＰ１、判定Ｄ１、プロセスＰ２、およびプロセスＰ７で構成される判定ループは反復可能であって、車輌３００１がＭＵＴ２５０（例えばアスファルト）を横断する間、連続して（または所定の間隔で）遂行可能であることが理解される。すなわち、変位センサ２１３０は、センサアレイ２１２０に関する変位データ３０３を連続して（または所定の間隔に従って）取得して、変位データ（移動３０３に関する）を参照変位データと比較して、ＭＵＴ２５０の物理的性質を計算するための所望の移動位置にセンサアレイ２１２０（およびハウジング２１１０）があることを判定できる。様々な実施形態によれば、少なくとも１つの計算処理デバイス２１５０は、センサアレイ２１２０とＭＵＴ２５０の間の所定の距離（スタンドオフ３０３）に基づいて、ＭＵＴ２５０の一つまたは複数の特
性を判定するように較正されることがわかる。
【００７４】
図２８は、様々な実施形態による別の方法のプロセスを示す、追加のフロー図である。図に示すようにこのプロセスには以下のものが含まれる。
【００７５】
プロセスＰ１１：ＭＵＴ２５０に対するセンサアレイ２１２０の位置に関する（例えば変位センサ２１３０からの）（変位３０３に関する）変位データを取得する。
【００７６】
プロセスＰ１２：ＭＵＴ２５０の中へ電磁インピーダンス信号セットを送信するようにセンサアレイ２１２０に命令する。
【００７７】
プロセスＰ１３：ＭＵＴ２５０からのリターン電磁インピーダンス信号を取得する。
【００７８】
プロセスＰ１４：送信された電磁インピーダンス信号セットとリターン電磁インピーダンス信号に基づいて、ＭＵＴ２５０の少なくとも１つの物理的性質（例えば、密度）を計算する。プロセスＰ１４は本明細書でさらに説明する。
【００７９】
プロセスＰ１５：ハウジング２１１０に関する位置情報を取得し、その位置情報に少なくとも１つの物理的性質（例えば密度）を関連付ける。
【００８０】
プロセスＰ１６（任意選択）：少なくとも１つの物理的性質に関するデータをインタフェース２２００に表示および／または記録する
【００８１】
本開示の様々な実施形態の適用は、転圧時におけるアスファルト密度の連続測定に関わるが、アスファルト密度の連続測定または連続モニタには他の有益なプロセスもあり得る。例えば、新アスファルト道路を責任ある委託機関により独立して検査することが望まれることがある。また、既存の道路の状態を検査することも望まれることがある。車輌にレーザを取り付けて、道路の面粗さを検査することのできる現行方法がある。
【００８２】
米国特許仮出願第６１／７０３，４８８号明細書に記述されているように、電磁センサシステム２６００の概略図を図２９に示す。この概略図は３つの電極を有するインピーダンスセンサシステムを示す。２つは受信電極１０２であり、１つの１０１は、信号発生器とコンパレータ１０３により供給されるある周波数帯域の信号の入力を与える。これは、ダイレクトデジタルシンセサイザ（ＤＤＳ）１０７で生成され、送信電極１０１を介して投入される。この例では、他の２つの電極１０２がＭＵＴ３０２（例えば、アスファルト）を通過する信号回路を完結させる。本明細書に記載の方法によれば、信号発生器１０７（ＤＤＳ）からの原信号が、ＭＵＴ２５０を通過する信号と比較される。コンパレータ１０６の出力は、原信号とリターン信号の強度差と位相シフトである。この送信信号とリターン信号の強度および位相データは、データを処理しかつユーザインタフェースとして作用するかまたはユーザインタフェースまたは他のコンピュータシステムへデータを送信する、インタフェースアセンブリ１０４を介してコンピュータシステム１０５に通信することができる。コンピュータシステム１０５はまた、ＤＤＳ１０７を制御して、本明細書で説明したように発生させる周波数を選択する。
【００８３】
この実施例では、電極１０２はＭＵＴ２５０と通信するように構成されているが、ＭＵＴとは物理的に接触していない。すなわち、電極は、スタンドオフ３０３と称する空隙によって、ＭＵＴ２５０から物理的に隔離されている。アレイの電極の最小数は、送信電極と受信電極の２である。ただし、他の適用においては、アレイが複数電極から成る１次元または２次元のアレイであって、電極が本明細書で説明するように対になって動作してもよい。
【００８４】
この例示システム２６００においては、ＭＵＴ２５０表面からの電磁インピーダンスの断層法と分光法の組合せを利用して異なる体積を特性評価することが目的である。本開示の様々な実施形態は、ＭＵＴ２５０とは電気的（物理的）に非接触で、ＭＵＴ２５０表面の上方に位置する電極を用いた電磁インピーダンス分光法に特化するが、本開示で議論する様々な実施形態は、断層法ベースの方法を用いて適用することもまた可能である。図５に示す電極対の選択は、評価を行うＭＵＴ２５０への深さと、スタンドオフ３０３に基づく。スタンドオフを含む測定深さは、送信電極および受信電極の中心間距離のほぼ半分に等しい。
【００８５】
図３０は、図２９の電磁センサアレイシステム２６００の更なる詳細の説明も含む、データフロー図である。１つの構成には、２つの電極、すなわち送信電極１０１と受信電極１０２が含まれる。第２の受信電極１０２は、図２９に示す電極アレイの一部であって、ＭＵＴ２５０の中への深さの異なる測定を与える。送信電極１０１および受信電極１０２は、信号発生器とコンパレータ１０３にそれぞれ接続される。そのより詳細を図２６に示す。信号発生器およびコンパレータ１０３は、受信電極１０２から受信した電磁信号を、インタフェースアセンブリ１０４と通信する。インタフェースアセンブリ１０４はまた、支持構造（アセンブリ）２００および車輌３０１からの情報も受信する。支持構造（アセンブリ）２００は、変位センサ２０１（図３１）からの位置データと温度センサ２０４からの温度データを通信してもよい。ローラまたは車輌３０１は、ローラまたは車輌の速度、方向、およびＧＰＳ位置と時刻に関するデータ、並びにセンサアレイシステムに対する電力を供給してもよい。インタフェースアセンブリもまた、信号発生器及びコンパレータと、コンピュータシステムユーザインタフェース１０５との間の通信用の経路を提供する。インタフェースアセンブリは、コンピュータシステム１０５と通信して、信号発生器、支持構造、およびローラまたは車輌３０１からのデータを送信する。インタフェースアセンブリはまた、他のコンピュータシステム及びデータストレージシステム１０９と通信してもよい。コンピュータシステムユーザインタフェース１０５は構築ＧＩＳ管理システム３０４と通信してもよい。コンピュータシステムはＧＩＳから位置と時刻データを受信し、密度関連のデータをＧＩＳに提供してもよい。コンピュータシステムはまた、他のコンピュータシステムおよびデータストレージシステムと通信してもよい。電磁線形センサアレイアセンブリの様々な要素は物理的に結合されていてもよい。
【００８６】
図３１は支持構造アセンブリ２００の動作を示す。変位センサシステム２０１がスタンドオフ３０３を検知する。これはコンピュータシステム２０３へ通信される。コンピュータ手段は、スタンドオフ測定値を所望のスタンドオフと比較し、かつアクチュエータ２０２への信号を検知して、所望のスタンドオフを達成するための適切な調節を行う。複数の変位センサがあってもよく、そのうちの１つを制御用の主要測定値として設定してもよいし、あるいはすべての読み取りの平均を使用してもよい。センサアレイの周りの４つの直交位置に４つの変位センサが配置されている場合には、測定値を用いてセンサアレイの任意のピッチングとローリングが判定され得る。ＭＵＴに対するセンサアレイの平行配向からの任意のピッチングとローリングの補正は、制御用の複数のアクチュエータを使用してもよい。支持構造アセンブリ２００は、ＭＵＴ２５０（例えば、アスファルト）の温度を検知するための温度センサ２０４を含んでよい。支持構造コンピュータシステム２０３は、センサインタフェースアセンブリ１０４と通信する。
【００８７】
図３２はセンサアレイ２１２０（図２５）内の電極の様々な形状例を示す。様々な実施形態において、電極は丸みのある輪郭をしていて、各電極が点や角を持たないようになっている。様々な形状例としては、円形、端部が丸められた長方形、および楕円形が含まれる。電極の幾何形状の選択は２つの基準、すなわち１）各電極の全表面積、ｂ）隣接する電極間の中心間間隔、で支配され得る。様々な実施形態において、電極の全表面積はＭＵ
Ｔ２５０の測定された体積の全インピーダンスまたは静電容量を画定する。多くの場合、システムのインピーダンスまたは静電容量の範囲が高いほど読み取りの精度が良くなる。他方、本明細書に記したように、従来技術ではサンプリング可能なＭＵＴ２５０の中への深さは電極の中心間間隔に依存する。円形の電極形状は、所定の電極面積に対しては楕円形や角の丸い四角形の形状に比べて、電極間間隔が制限される。後者は所定の電極間間隔に対してより大きな電極面積を提供可能である。
【００８８】
図３３Ａと図３３Ｂは、本開示の様々な実施形態による、車輌３０１上で使用するための線形アレイのプロトタイプを表す写真である。図３３Ａはセンサアセンブリの底面図であり、３つの円形電極が見える。図３３Ｂは図３３Ａのセンサアセンブリの斜視図であり、センサアレイにシールドを提供する導電性シュラウドが含まれている。
【００８９】
図３４Ａ〜図３４Ｂは、様々な実施形態による、ローラに取り付けられた制御可能支持構造のプロトタイプの写真である。ここで取り付けられている電磁センサは、現在市販されている装置であって、ＭＵＴ（例えば、アスファルト）の物理的性質（例えば、密度）を連続モニタするために非接触センサとしての使用のために設計されたものではない。図３４Ａは、ローラに取り付けられた制御可能支持構造のプロトタイプの側面写真である。図３４Ｂは、制御可能支持構造の拡大側面図であり、アクチュエータおよび電磁センサがより明瞭に見える。
【００９０】
図３５は、従来技術の高速道路検査車輌の写真である。ワゴン車が、その後方に片持ちで張り出した地中浸透レーダ（ＧＰＲ）を備えている。舗装からのＧＰＲユニットの高さは制御も測定もできない。通常の高速道路車輌型の移動では、舗装とＧＰＲユニットの間の距離は顕著な変化をする。幸運にも、ＧＰＲはこの変化に対してはそれほど敏感ではない。ただし、ＧＰＲには様々な欠点がある。例えば、本明細書で述べたように、密度などの物理的性質の測定値の信頼性が低いことである。
【００９１】
図３６は、本開示の別の実施形態によるシステム３６００を表す。この実施形態のシステム３６００では、支持構造２００は、例えば車輪／ローラに取り付けられているために、舗装上の一定高さに位置している。これにより、ＭＵＴ２５０とセンサアレイ１００の間のスタンドオフ３０３は公称的に固定される。ただし、センサアレイが舗装プロセス中のローラに取り付けられている場合と違って、舗装面が平坦であると仮定することはできない。本明細書で記載の他の実施形態では、変位センサとアクチュエータを用いてＭＵＴ２５０上のセンサ位置を制御する。ただしシステム３６００には変位センサ２０１もあって、舗装面からの公称の一定スタンドオフからの偏差を判定する。システム３６００は、ＭＵＴ２５０に対するセンサアレイ１００の変位を判定するのに十分な数の変位センサ２０１を含むことができる。ただし、本明細書に記載の様々なシステムに適用可能な、１つの特定の実施形態では、１つの正面センサ、１つの背面センサ、１つの左センサ、そして１つの右センサの４つの個別の変位センサ２０１が含まれている。様々な実施形態では、変位センサ２０１が４つあると、システム３６００はセンサアレイ１００の４つの側のそれぞれの位置を判定可能となる。そうするとセンサアレイ１００がＭＵＴ２５０表面に対して実質的に平行であるか、またはセンサアレイ１００がＭＵＴ２５０表面に対してある角度にある（傾斜している）かどうかを示すことができる。
【００９２】
変位センサ２０１からの測定値は、ＭＵＴ２５０の物理的性質（例えば、密度）の決定のためにアルゴリズムで検討できる。センサ２０１によるインピーダンスまたは静電容量の測定は、エアギャップコンデンサとＭＵＴコンデンサからなる２つの直列コンデンサの合計としてモデル化できる。これらの直列コンデンサの結合静電容量は次式で与えられる。
【数５】
2020079796.tif 000007
平行平板コンデンサの静電容量は以下のように与えられる。
【数６】
2020079796.tif 000008
ここに提示された平面センサアレイの幾何形状は正確には平行平板ではないが、平行平板コンデンサモデルで近似可能である。スタンドオフ距離の小さい変化に対する一次修正のために、静電容量変化をスタンドオフ変化に直接関係づけることができる。スタンドオフ偏差に対する静電容量の値の調整方法の一例として、次のような表式が可能である。
【数７】
2020079796.tif 000009
ここで、
Ｃは、静電容量の空気による成分とＭＵＴによる成分との総合測定値である。
εは、誘電率の空気による成分とＭＵＴによる成分との総合測定値である。
Δは電極の中心間間隔である。
ｈはスタンドオフ距離である。
δｈは表面からのアレイのスタンドオフ距離の設計係数である。
ｄＡＩＲは設計スタンドオフ（３０３）である。
ｄＭＵＴはＭＵＴの中への測定の設計深さである。
補正係数は、設計条件からの変化を説明するために定義可能であり、次のように適用される。
【数８】
2020079796.tif 000010
スタンドオフ変化の影響をモデル化する他の方法を当業者が開発して、アスファルト密度の計算のアルゴリズムに組み込むことは可能である。
【００９３】
図３７、図３８は、本明細書に記載のシステムが、例えば図３６の実施形態の取り付け構成と同じようにして取り付けられた、様々な舗装検査車輌の写真である。
【００９４】
本開示の様々な実施形態の適用は、転圧時におけるアスファルト密度の連続測定に関わるが、アスファルト密度の連続測定または連続モニタには他の有益なプロセスもあり得る。例えば、新アスファルト道路を責任ある委託機関により独立して検査することが望まれることがある。また、既存の道路の状態を検査することも望まれることがある。車輌にレーザを取り付けて、道路の面粗さを検査することのできる現行方法がある。
【００９５】
本明細書で記述したように、様々な態様には、一連の機能を遂行するための、コンピュータ実装された方法、システム、及びコンピュータプログラム製品を含むことができる。いくつかの場合には、図３９に示すように、システム４０００に、（ＭＵＴ２５０表面の下の）ＭＵＴ２５０と（導電的または非導電的に）通信するアレイ電極４００３（例えば、電極対２０３、３０３、Ｅ１／Ｅ３、Ｅ２／Ｅ４、またはセンサアレイ２１２０、センサアレイ１００など）が含まれる。本明細書で記述したように、アレイ電極４００３は、複数の異なる方法で構成して、ＭＵＴ２５０の選択された体積の特性を検出および潜在的に決定することができる。システム４０００はさらに、アレイ電極４００３に動作可能に（例えば有線接続で）接続された１つの信号発生器（場合によっては解析器を含む）４００５を含むことができる。システム４０００はさらに、信号発生器４０５に（例えば、無線および／または有線接続で）動作可能に接続された、少なくとも１つの計算処理デバイス４００７を含むことができる。この少なくとも１つの計算処理デバイス４００７は、本明細書に記載するような様々なプロセスを遂行するように構成されている。
【００９６】
図３９に戻ると、様々な実施形態に関して、本明細書に記載のプロセスを遂行することにより被試験材料（ＭＵＴ）２５０の選択体積を特性評価するためのシステム４０００が詳細に示されている。これまでに、システム４０００は、センサアレイシステム（例えば、図２５のセンサアレイ２１２０、または図３６のセンサアレイ１００を含むことができる電極アレイ４００３）、信号発生／解析機４００５、および／またはディスプレイ４００９、の動作を制御するために本明細書で記載の１つ以上のプロセスを遂行可能なコンピュータシステム４００２を含んでいる。具体的には、コンピュータシステム４００２はＭＵＴ特性評価システム４０１８を含むように示されており、これは本明細書に記載の任意／すべてのプロセスを遂行し、また本明細書に記載の任意／すべての実施形態を実装することよって、コンピュータシステム４００２のＭＵＴ特性評価を可能としている。
【００９７】
コンピュータシステム４００２は計算処理デバイス４００７を含むように示されており、これには処理コンポーネント４００４（例えば、１つ以上のプロセッサ）、ストレージコンポーネント４００６（例えば、ストレージ階層構造）、入／出力（Ｉ／Ｏ）コンポーネント４００８（例えば、１つ以上のＩ／Ｏインタフェースおよび／またはデバイス）、および通信経路４０１０を含むことができる。一般に、処理コンポーネント４０４は、ＭＵＴ特性評価システム４０１８のような、少なくとも部分的にストレージコンポーネント４００６に固定されているプログラムコードを実行する。プログラムコードの実行中に、処理コンポーネント４００４はデータを処理可能であり、その結果ストレージコンポーネント４００６および／またはＩ／Ｏコンポーネント４００８との間で更なる処理のために変換されたデータの読み取りおよび／または書き込みを可能とする。経路４０１０は、コンピュータシステム４００２内のコンポーネントのそれぞれの間の通信リンクを提供する
。Ｉ／Ｏコンポーネント４００８は１つ以上のヒューマンＩ／Ｏデバイスを含むことができる。これがユーザ（例えば、ヒトおよび／またはコンピュータ化されたユーザ）４０１２にコンピュータシステム４００２および／または１つ以上の通信デバイスとの相互作用を可能とさせ、システムユーザ４０１２が任意のタイプの通信リンクを使用してコンピュータシステム４００２と通信できるようにする。ここまでで、ＭＵＴ特性評価システム４０１８は、ヒトおよび／またはシステムユーザ４０１２がＭＵＴ特性評価システム４０１８と相互作用することを可能とする一連のインタフェース（例えば、グラフィカルユーザインタフェース、アプリケーションプログラムインタフェース、など）を管理できる。さらに、ＭＵＴ特性評価システム４０１８は、任意のソリューションを利用して、測定されたセンサデータ４０６０、および／または計算された特性評価データ４０６２のようなデータの（例えば、記憶、検索、作成、操作、構成、提示など）管理をすることができる。センサデータ４０６０は、電極アレイ（例えばペア）４００３により取得された、ＭＵＴ２５０に関するデータを含むことができる。計算された特性評価データ４０６２は、ＭＵＴ２５０の１つ以上の物理的特性を含むことができる。ＭＵＴ特性評価システム４０１８はさらに、例えば無線および／または有線接続手段を介して、信号発生器／解析器４００３、ユーザ４０１２および／またはディスプレイ４００９と通信可能である。
【００９８】
いずれにせよ、コンピュータシステム４００２は、そこにインストールされた、ＭＵＴ特性評価システム４０１８のようなプログラムコードを実行可能な、一つ又は複数の汎用計算処理製品（例えば、計算処理デバイス）を備えることができる。本明細書で使用されているように、「プログラムコード」は、任意の言語、コードまたは表記の命令の任意の集合を意味し、これにより、情報処理機能を有する計算処理デバイスに、直接、または（ａ）別の言語、コードまたは表記への変換、（ｂ）異なる素材形式での再生、および／または（ｃ）解凍、の任意の組合せの後、のいずれかで、特定の機能を遂行させることが理解される。このように、ＭＵＴ特性評価システム４０１８は、システムソフトウェアおよび／またはアプリケーションソフトウェアの任意の組合せとして具体化可能である。さらに、ＭＵＴ特性評価システム４０１８はクラウドベースの計算処理環境に実装可能であることは理解されよう。そこでは、一つ又は複数のプロセスが異なる計算処理デバイス（例えば、複数の計算処理デバイス４００７）で遂行され、一つ又は複数のそれらの異なる計算処理デバイスは図３９の計算処理デバイス４００７に関して示され、記述されたコンポーネントの一部のみしか含まないこともあり得る。
【００９９】
さらに、ＭＵＴ特性評価システム４０１８は一組のモジュール４０３２を用いて実装可能である。この場合には、１つのモジュール４０３２は、ＭＵＴ特性評価システム４０１８により使用される一組のタスクをコンピュータシステム４００２に遂行させることが可能であり、また、ＭＵＴ特性評価システム４０１８の他の部分から分離して、別々に開発および／または実装することができる。本明細書で使用するように、用語「コンポーネント」は、任意のソリューションの使用と関連して記述される機能を実装する、ソフトウェアの有無にかかわらない、ハードウェアの任意の構成を意味する。他方、用語「モジュール」は、コンピュータシステム４００２に、任意のソリューションの使用に関連して記述される機能を実装させるプログラムコードを意味する。モジュールが処理コンポーネント４００４を含むコンピュータシステム４００２のストレージコンポーネント４００６に固定されると、モジュールは機能を実装するコンポーネントの実質的な部分となる。然るに、２つ以上のコンポーネント、モジュール、および／またはシステムは、それぞれのハードウェアおよび／またはソフトウェアの一部／全部を共有してもよいことが理解される。さらに、本明細書で議論した機能のあるものは実装されない場合がある、または追加の機能がコンピュータシステム４００２の一部として含まれることがある、ということも理解される。
【０１００】
コンピュータシステム４００２が複数の計算処理デバイスで構成される場合、各計算処
理デバイスにはＭＵＴ特性評価システム４０１８の一部（例えば、１つ以上のモジュール４０３２）しか固定されていないことがある。ただし、コンピュータシステム４００２とＭＵＴ特性評価システム４０１８は、本明細書に記載のプロセスを遂行するための様々な等価のコンピュータシステムの代表にすぎないことが理解される。この点で、他の実施形態においては、コンピュータシステム４００２およびＭＵＴ特性評価システム４０１８に与えられた機能性は、プログラムコードの有無を問わず、汎用および／または特定用途用のハードウェアの任意の組合せを含む計算処理デバイスの１つ以上によって、少なくとも部分的に実装可能である。各実施形態において、ハードウェアとプログラムコードはもしも含まれる場合には、それぞれ標準的な工学技術とプログラミング技術を用いて生成可能である。
【０１０１】
それに拘わらず、コンピュータシステム４００２が複数の計算処理デバイスを含む場合には、計算処理デバイスは任意のタイプの通信リンク上で通信可能である。さらに、本明細書に記載のプロセスを遂行中に、コンピュータシステム４００２は任意のタイプの通信リンクを利用して１つ以上の他のコンピュータシステムと通信可能である。いずれにしても、通信リンクは様々なタイプの有線リンク及び／又は無線リンクの任意の組合せから構成され、１つ以上のタイプのネットワークの任意の組合せから構成され、および／または様々なタイプの通信技術と通信プロトコルの任意の組合せを利用することが可能である。
【０１０２】
コンピュータシステム４００２は、任意のソリューションを用いて、センサデータ４０６０、および／または計算された物理的特性評価データ４０６２のようなデータを取得または提供することができる。コンピュータシステム４００２は、１つ以上のデータ記憶からセンサデータ４０６０および／または計算された特性評価データ４０６２を生成し、電極アレイ４００３、信号発生／解析器４００５、ユーザ４０１２および／またはディスプレイ４００９などの別のシステムからセンサデータ４０６０および／または計算された特性評価データ４０６２を受信し、別のシステム等へセンサデータ４０６０および／または計算された特性評価データ４０６２を送信することができる。
【０１０３】
本明細書においてはＭＵＴの特性評価をする方法及びシステムとして示して記述したが、本発明の態様はさらに様々な代替実施形態を提供することが理解される。例えば、一実施形態において本発明は少なくとも１つのコンピュータ可読媒体に固定されたコンピュータプログラムを提供し、これは実行されると、コンピュータシステムに、ＭＵＴの少なくとも一部を検出及び特性評価させることを可能とする。この点で、コンピュータ可読媒体は、ＭＵＴ特性評価システム４０１８（図３９）のようなプログラムコードを含む。これは本明細書に記載のプロセスおよび／または実施形態の一部またはすべてを実装する。「コンピュータ可読媒体」という用語は、現在知られているかこれから開発される、１つ以上の任意の表現の有形媒体を含み、そこからプログラムコードのコピーを計算処理デバイスによって認識、再生、あるいは他の方法で通信することが可能である。例えば、コンピュータ可読媒体は、１つ以上の携帯ストレージ製品、計算処理デバイスの１つ以上のメモリ／ストレージコンポーネント、紙、などを含むことができる。
【０１０４】
別の実施形態では、本発明は、本明細書に記載のプロセスの一部またはすべてを実装する、ＭＵＴ特性評価システム４０１８（図３９）のようなプログラムコードのコピーの提供方法を提供する。この場合には、コンピュータシステムは、本明細書に記載のプロセスの一部またはすべてを実装するプログラムコードのコピーを処理して、第２の別の場所で受信するために、データ信号セットを生成及び送信することができる。このデータ信号セットは、その一つ又は複数の特性が、そのデータ信号セット内にプログラムコードのコピーを符号化できるように設定及び／又は変更されている。同様に、本発明の一実施形態は、本明細書に記載のプロセスの一部またはすべてを実装するプログラムコードのコピーの取得方法を提供する。これには、本明細書に記載のデータ信号セットを受信し、そのデー
タ信号セットを少なくとも１つのコンピュータ可読媒体に固定したコンピュータプログラムのコピーに翻訳する、コンピュータシステムが含まれる。いずれの場合にも、データ信号セットは、任意のタイプの通信リンクを使用した送信／受信が可能である。
【０１０５】
さらに別の実施形態では、本発明はＭＵＴの特性評価のためのシステムの生成方法を提供する。この場合、コンピュータシステム４００２（図３９）のようなコンピュータシステムが取得可能（例えば、生成され、維持され、使用可能とされる、など）であり、本明細書に記載のプロセスを遂行するための１つ以上のコンポーネントの取得（例えば、生成、購入、使用、変更など）、およびコンピュータシステムへの展開が可能である。この点で、展開ということは、（１）計算処理デバイス上にプログラムコードをインストールする、（２）１つ以上の計算処理デバイスおよび／またはＩ／Ｏデバイスをコンピュータシステムに追加する、（３）コンピュータシステムが本明細書に記載のプロセスを遂行可能となるように、コンピュータシステムを組み込み、および／または変更する、の１つ以上を含むことができる。
【０１０６】
いずれにせよ、例えばＭＵＴ特性評価システム４０１８を含む本発明の技術的効果は、電極アレイ４００３、信号発生／解析器４００５、ユーザ４０１２、および／またはディスプレイ４００９の動作を制御し、本明細書に記載、例示した様々な態様の１つでＭＵＴ２５０の少なくとも一部を特性評価することを含む。
【０１０７】
様々な実施形態において、相互に「連結された」と記述されるコンポーネントは、１つ以上のインタフェースに沿って結合可能である。いくつかの実施形態では、これらのインタフェースは異なるコンポーネント間の接続部を含むことができる。別の場合には、これらのインタフェースは一体形成及び／又は統合形成された相互接続部を含むことができる。すなわちある場合には、相互に「連結された」コンポーネントは、単一の連続部材を画定するように同時形成することができる。ただし別の実施形態では、これらの連結コンポーネントは、別々の部材として形成され、その後で既知のプロセス（例えば、締結、超音波溶接、接着）により結合されてもよい。
【０１０８】
本明細書で使用する用語は、特定の実施形態を記述するためだけのものであり、限定することを意図するものではない。本明細書で使用されるように、単数形を示す語は、明確にそうでないことが示されない限り複数形もまた含むことが意図され得る。用語「備える」、「備えている」、「含む」、および「有する」は包括的であり、記述された特徴、整数、ステップ、操作、要素、および／または構成要素が存在することを特定する。ただし、一つ以上の他の特徴、整数、ステップ、操作、要素、構成要素、および／またはそれらの群の存在、および追加を排除しない。本明細書に記載の方法のステップ、プロセス、及び操作は、性能の順序として具体的に特定されない限り、それらの性能を、議論または図示された特定の順序で必然的に必要とするとは考えるべきではない。追加または代替のステップを用い得ることも理解されるべきである。
【０１０９】
ある要素又は層が、別の要素又は層の「上にある」、「係合されている」、「接続されている」、または「連結されている」と称される場合には、他の要素の上に直接あるか、直接的に係合、接続、または連結されていてもよいし、あるいは介在する要素または層が存在してもよい。これに対し、ある要素が別の要素または層に対して、「直接その上にある」、「直接係合している」、「直接結合している」、または「直結している」として称される場合には、介在する要素または層は存在しない。要素間の関係の記述に使用される他の単語は、同様に解釈されるべきである（例えば、「間に」と「直接間に」、「隣接する」と「直接隣接する」など）。本明細書で使用するように、用語「および／または」は、関連してリストされる項目の１つ以上の任意のものおよびそれらのすべての組合せを含む。
【０１１０】
「内側」、「外側」、「下」、「下方」、「下側」、「上方」、「上側」などの空間的な相対用語は、本明細書においては、図に示されたような１つの要素または特徴の、別の要素または特徴に対する関係を記述するのに説明しやすくするために使用されてよい。空間的な相対用語は、図に示された向きに加えて、使用中または操作中のデバイスの異なる向きも包含することが意図され得る。例えば、図中のデバイスが反転されると、他の要素または特徴の「下方」または「下」として記述された要素は、その場合には他の要素または特徴の「上」に向くことになる。このように、用語例の「下」は、上と下の両方の向きを含み得る。デバイスがその他を向く（９０℃回転、または他の方向に向く）場合があり、本明細書で使用される空間的な相対表現はそれに応じて解釈することができる。
【０１１１】
この書面の記述は、最良の形態を含む本発明を開示するための、また当業者に、任意のデバイスまたはシステムの作製と使用、および組み込まれた任意の方法の遂行を含む、本発明の実行を可能とさせるための、例を使用する。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が思いつく他の例も含み得る。そのような他の例は、もしそれらが請求項の文字通りの言葉に違わない構造要素を有する場合、または請求項の文字通りの言葉からあまり差異のない、等価な構造要素を含む場合には、特許請求の範囲内にあることが意図されている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３Ａ】
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【図３３Ｂ】
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【図３４Ａ】
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【図３４Ｂ】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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