(57)【要約】【課題】  電波伝搬空間の比誘電率を算定する比誘電率算定装置を得る。【解決手段】  被測定物に向けて設置されている円形導波管内の伝搬空間に、掃引時間において予め決められた周波数を掃引しながらＦＭＣＷレーダー方式で送信波を送信する送信部と、伝搬空間を伝搬する送信波が被測定物で反射される反射波を受信する受信部と、受信部が反射波を受信した時の送信波の送信周波数と反射波の受信周波数の差であるビート周波数を抽出する抽出部と、ビート周波数に基づいて送信波の伝搬空間における比誘電率を算定する算定部と、を有してなり、送信部は、異なる送信条件で送信波を送信し、抽出部は、異なる条件ごとの送信周波数と受信周波数とに基づいてビート周波数を抽出し、算定部は、異なる送信条件ごとに抽出されたビート周波数に基づいて比誘電率を算定する、比誘電率算定装置による。【選択図】図１
2014032059.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物に向けて設置されている円形導波管内の伝搬空間に、掃引時間において予め決められた周波数を掃引しながらＦＭＣＷレーダー方式で送信波を送信する送信部と、
上記伝搬空間を伝搬する上記送信波が被測定物で反射される反射波を受信する受信部と、
上記受信部が上記反射波を受信した時の上記送信波の送信周波数と上記反射波の受信周波数の差であるビート周波数を抽出する抽出部と、
上記ビート周波数に基づいて上記送信波の上記伝搬空間における比誘電率を算定する算定部と、を有してなり、
上記送信部は、異なる送信条件で上記送信波を送信し、
上記抽出部は、上記異なる条件ごとの上記送信周波数と上記受信周波数とに基づいて上記ビート周波数を抽出し、
上記算定部は、上記異なる送信条件ごとに抽出された上記ビート周波数に基づいて上記比誘電率を算定する、
ことを特徴とする比誘電率算定装置。
【請求項２】
上記条件は、上記送信電波の掃引周波数である、
請求項１記載の比誘電率算定装置。
【請求項３】
上記送信条件は、上記送信波の２つの異なる掃引周波数であって、
第１の掃引周波数の波長をλ０１、
第１の掃引周波数に係るビート周波数をＦＢ１
第２の掃引周波数の波長をλ０２、
第２の掃引周波数に係るビート周波数をＦＢ２、
上記被測定物までの上記伝搬空間の伝搬定数をＫｍｎ、
上記送信部から上記被測定物に上記送信波を伝搬すると共に、上記受信部に上記反射波を伝搬する導波管の内径をｄ、
としたとき、
上記算定部は、以下の式により比誘電率εｒを算定する、
請求項１記載の比誘電率算定装置。
2014032059.tif 000005
【請求項４】
上記送信条件は、上記送信波の伝送モードである、
請求項１記載の比誘電率算定装置。
【請求項５】
上記送信条件は、上記送信波の２つの異なる伝送モードであって、
上記送信波の波長をλ０、
第１の伝送モードに係るビート周波数をＦＢ０
第１の伝送モードにおける上記伝搬空間の伝搬定数をＫｍｎ０、
第２の伝送モードに係るビート周波数をＦＢ１、
第２の伝送モードにおける上記伝搬空間の伝搬定数をＫｍｎ１、
上記送信部から上記被測定物に上記送信波を伝搬すると共に、上記受信部に上記反射波を伝搬する導波管の内径をｄ、
としたとき、
上記算定部は、以下の式により比誘電率εｒを算定する、
請求項１記載の比誘電率算定装置。
2014032059.tif 000006
【請求項６】
ＦＭＣＷレーダー方式で送信波を被測定物に向けて送信する送信部と、上記送信波の上記被測定物からの反射波を受信する受信部と、を備えた装置を、
請求項１乃至５のいずれかに記載の比誘電率測定装置として機能させることを特徴とする比誘電率算定プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電波伝搬空間の比誘電率を算定する比誘電率算定装置および比誘電率算定プログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
被測定物に向けて電波を送信し、被測定物までの距離を測定する測定装置に用いられるレーダー方式としてＦＭＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ  Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｗａｖｅ）レーダー方式が知られている。ＦＭＣＷレーダー方式は、図９に示すように、予め決められた固定時間（この時間を掃引時間（Ｔ）という）において、予め決められた周波数を掃引しながら測定地点に向けて電波を送信する方式である。この送信される電波の周波数を掃引周波数（Ｆ）という。
【０００３】
送信された電波が被測定物で反射されて戻るまでの往復時間をｔとすると、図１０に示すように、往復時間ｔが経過する間に、送信周波数はＦ・ｔ／Ｔだけ掃引される。反射波を受信した時点の送信波と反射波を混合したビート信号の周波数（ビート周波数ＦＢ）は、送信周波数ＦＴと受信周波数ＦＲの差となる。
【０００４】
往復時間ｔは「ｔ＝（Ｔ／Ｆ）×ＦＢ」で定まるから、上記ビート周波数ＦＢを知ることができれば、送信地点から測定地点まで電波が往復するのに要した時間ｔを算定できる。自由空間における電波の伝搬速度は光速Ｃであるから、送信地点から測定地点までの距離Ｌは、以下の式（１）により算定できる。
Ｌ＝Ｃ×ｔ／２＝Ｃ×Ｔ×ＦＢ／２Ｆ・・・（１）
【０００５】
以上説明したＦＭＣＷレーダー方式を用いた従来例の測定装置について説明する。図８は従来のＦＭＣＷデータ方式の測定装置の機能ブロックの例を示している。図８において、ＦＭＣＷレーダー方式の測定装置は、ＤＳＰ（デジタル信号処理装置：Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｓｅｓｓｏｒ）１０１と、デジタル・アナログ変換器（ＤＡＣ）１０２と、ＶＣＯ（電圧制御発振器）１０３と、結合回路（ＨＹＢ）１０４と、トランスデューサ１０６と、混合器（Ｍｉｘｅｒ）１０７と、自動利得制御回路（ＡＧＣ）１０８と、アナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）１０９と、を有してなる。ＤＡＣ１０２とＶＣＯ１０３を含む部分は送信系を構成し、Ｍｉｘｅｒ１０７からＡＤＣ１０９に至る部分は受信系を構成する。
【０００６】
ＤＳＰ１０１にはメモリ１１１が内蔵されている。メモリ１１１には、掃引時間Ｔに対するＶＣＯ１０３の発振周波数を決定するデータであって、ＶＣＯ１０３への印加電圧と掃引時間Ｔとの関係を規定する電圧−時間カーブ（Ｖ−Ｔカーブ）が、電圧−時間テーブル（Ｖ−Ｔテーブル）として記憶されている。また、メモリ１１１には、上記にて説明したＦＭＣＷレーダー方式による、距離の測定処理を実行するためのプログラムが記憶されている。
【０００７】
ＤＳＰ１０１は、メモリ１１１に記憶されているプログラムに基づいて、Ｖ−Ｔテーブルを読み出す。読み出されたＶ−Ｔテーブルは、ＤＡＣ１０２によって、時間の経過に伴い連続的に変化する電圧値（アナログ信号）に変換される。このアナログ信号がＶＣＯ１０３の制御電圧となる。この制御電圧がＶＣＯ１０３に加えられると、発振される信号の周波数（発振周波数）は、連続的に変化する。この周波数が連続的に変化する発振信号が、ＨＹＢ１０４を経てアンテナであるトランスデューサ１０６において電波に変換される。この電波が測定地点（例えば、液面計であれば液体の液面）に向けて送信される。
【０００８】
上記トランスデューサ１０６から測定地点までの間には被測定系３１が介在している。測定地点で反射された電波は被測定系３１を介して上記トランスデューサ１０６でとらえられる。トランデューサ１０６でとらえられた反射波は受信信号に変換されて、ＨＹＢ１０４を経て受信系に導かれる。受信系では、Ｍｉｘｅｒ１０７において、受信信号と、この受信信号を受信した瞬間の発振信号が混合される。受信信号と送信信号の混合によって、受信周波数と送信周波数の差の周波数によるビート信号が生成される。このビート信号がＡＧＣ１０８に入力される。このビート信号の周波数をビート周波数ＦＢという。
【０００９】
ビート信号は、ＡＧＣ１０８で適宜の振幅値に制御されたのち、ＡＤＣ１０９でデジタル信号に変換されて、振幅値としてＤＳＰ１０１に入力される。ＤＳＰ１０１では、Ｖ−Ｔデータの読み出しからビート信号の振幅値を取込む処理を、掃引時間（Ｔ）の間実行する。この掃引時間（Ｔ）の間に取り込まれた時間軸データであるビート信号振幅値群に対して、フィルタリング処理を行ない不要なノイズ成分を除去した後に、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）処理が行なわれて、ビート周波数ＦＢが抽出される。
【００１０】
メモリ１１１に記憶されているプログラムは、抽出されたビート周波数ＦＢを用いて、前記式（１）による算定処理を実行して、測定地点までの距離Ｌを算定する。
【００１１】
以上説明したＦＭＣＷレーダー方式の測定装置を、タンクに備蓄されている液体の液位測定に用いる場合の例を図１１に示す。図１１において、測定装置１０ａはタンク４０ａの天板上に設置されている。タンク４０ａは液体４１ａを備蓄するものである。タンク４０ａの上部には、アンテナであるトランスデューサ１０６ａが、タンク４０ａの天板から液体４１ａの液面に向けて設置されている。トランスデューサ１０６ａから液体４１ａに向けて送信される電波は、タンク４０ａ内を光速Ｃで伝搬し、液体４１ａの液面で反射されて、トランスデューサ１０６ａで受信される。
【００１２】
図１１に示すように、タンク４０ａ内の空間に向けて電波を送信すると、液体４１ａの誘電率が低いときは、液面での電波の反射レベルが低く、液面位の測定精度が低下する。これを解消するために、図７に示すように、測定装置１０をタンク４０の天板上に設置し、円筒形状の円形導波管３０を、タンク４０の天板から底に向けて設置する。この円形導波管３０内に向けてアンテナであるトランスデューサ１０６から電波を送信し、液体４０の液面で反射してくる反射波をトランスデューサ１０６で受信する。なお、円形導波管３０内には液体４１が進入することができ、タンク４０内の液体レベルと円形導波管３０内の液体レベルが一致するようになっている。
【００１３】
測定装置１０は、図８に示す各ブロックで構成されたＦＭＣＷレーダー方式の測定装置であって、この測定装置１０と円形導波管３０の上端との間にはトランスデューサ１０６が介在している。トランスデューサ１０６は、上記測定装置１０から出力される高周波信号を電波に変換して円形導波管３０内に放射する送信アンテナとして、また、液体４１の液面で反射した電波を受信する受信アンテナとして機能する。
【００１４】
測定装置１０は、例えば１０ＧＨｚ帯の電波を使用する。上記天板面から液体４１の面までの距離をＬとし、円形導波管３０の内径をｄとする。ＦＴは測定装置１０から液面に向かって円形導波管３０内に放射される電波の周波数を、ＦＲは上記電波が液面で反射され円形導波管３０内を測定装置１０に向かって戻る電波の周波数を示している。
【００１５】
測定装置１０によって距離Ｌを算定するには、送信される電波および反射波の速度が明らかでなければならない。図１１に示した例において、電波の伝搬速度は光速Ｃと同一であることが知られている。これに対して図７のように、円形導波管３０を用いたときは、送信波の波長をλ０とすると、円形導波管３０内における電波の波長λｇεは、「εr×(λ０／（εr−（λ０／（Ｋｍｎ×ｄ））2)1/2)」により求められることが知られている。ここで、円形導波管３０の内径をｄ、円形導波管３０内の伝搬係数をＫｍｎ、円形導波管３０内（伝搬路）の比誘電率εrとする。
【００１６】
一般に円形導波管３０内の電波伝搬係数Ｋｍｎは知られている。空気中の比誘電率は１であるから、円形導波管３０の内径ｄを決定することで、円形導波管３０内における管内の波長λｇεが算出される。これを用いることで、電波の速度ｖｇは「λ０／λｇ×Ｃ」により算出される。
【００１７】
しかし、タンク４０内の液体４１の液面からタンク４０の天井面までの空間には、液体４１の蒸発気体が充満していて、測定地点に至る伝搬空間中（液面上方）に滞留したガスの成分や、伝搬空間中の温度および圧力の影響を受けて比誘電率が変化する場合には、比誘電率を求めなければ、円形導波管３０内の波長λｇεを決定することができない。
【００１８】
タンク４０内のガスの成分や温度および圧力が予め判明しているならば、それに応じた誘電率を測定装置に予め設定し、正確な電波の速度を用いて距離Ｌを算定することができる。しかし、滞留ガスの成分や、測定時の温度、圧力などは状況によって変化するものであり、これらを正確に測定しなければ、正確な誘電率に基づく距離Ｌの算定をすることはできない。
【００１９】
上記課題に対し、円形導波管内の誘電率が所定の数値範囲に収まることを前提として、液面上方に滞留ガスがあっても、精度よく液位の測定をすることができる液面計測システムが知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２０】
【特許文献１】特許第４６９５３９４号明細書
【００２１】
特許文献１の液面計測システムは、液面上の正確なガス成分の状況や圧力に係る情報がなくても、前提にした比誘電率の変動範囲による測定結果が、測定誤差の許容範囲内であれば有効である。しかし、より高い測定精度で液面までの距離の計測はできない。ＦＭＣＷレーダー方式の測定装置において、被測定物までの距離を正確に計測するには、周波数変調連続波である電波に係る比誘電率を、測定時点において正確に推定し、正確に推定された誘電率を用いた測定を行う必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであって、電波伝搬空間の比誘電率を精度よく算定する比誘電率算定装置および比誘電率算定プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明は、比誘電率算定装置に関するものであって、被測定物に向けて設置されている円形導波管内の伝搬空間に、掃引時間において予め決められた周波数を掃引しながらＦＭＣＷレーダー方式で送信波を送信する送信部と、伝搬空間を伝搬する送信波が被測定物で反射される反射波を受信する受信部と、受信部が反射波を受信した時の送信波の送信周波数と反射波の受信周波数の差であるビート周波数を抽出する抽出部と、ビート周波数に基づいて送信波の伝搬空間における比誘電率を算定する算定部と、を有してなり、送信部は、異なる送信条件で送信波を送信し、抽出部は、異なる条件ごとの送信周波数と受信周波数とに基づいてビート周波数を抽出し、算定部は、異なる送信条件ごとに抽出されたビート周波数に基づいて比誘電率を算定する、ことを最も主な特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、ＦＭＣＷレーダー式測定装置を用いる被測定系の比誘電率を、高い精度で算定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係る比誘電率算定装置の実施の形態を示すブロック図である。
【図２】上記比誘電率算定装置が備える比誘電率算定プログラムの例を示す機能ブロック図である。
【図３】上記比誘電率算定プログラムの処理の流れの例を示すフローチャートである。
【図４】本発明に係る比誘電率算定装置の別の実施の形態を示すブロック図である。
【図５】上記比誘電率算定装置が備える比誘電率算定プログラムの別の例を示す機能ブロック図である
【図６】上記比誘電率算定プログラムの処理の流れの別の例を示すフローチャートである。
【図７】従来のＦＭＣＷレーダー方式の測定装置の設置例を示す図である。
【図８】従来のＦＭＣＷレーダー方式の測定装置の例を示すブロック図である。
【図９】ＦＭＣＷレーダー方式による周波数掃引の例を示すグラフである。
【図１０】ＦＭＣＷレーダー方式の周波数掃引による距離計測の原理を示す図である。
【図１１】従来のＦＭＣＷレーダー方式の測定装置の設置例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
●比誘電率算定装置１●
以下、本発明に係る比誘電率算定装置および比誘電率算定プログラムの実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施の形態に係る比誘電率算定装置の例を示すブロック図である。図１において比誘電率算定装置１は、ＤＳＰ１１と、ＤＡＣ１２と、ＶＣＯ１３と、結合回路であるＨＹＢ１４と、トランスデューサ１６と、Ｍｉｘｅｒ１７と、ＡＧＣ１８と、ＡＤＣ１９と、を有してなる。ＤＡＣ１２とＶＣＯ１３を含む部分は送信系を構成し、Ｍｉｘｅｒ１７からＡＤＣ１９に至る部分は受信系を構成している。
【００２７】
ＤＳＰ１１はメモリ２０を内蔵している。メモリ２０には、複数のＶ−Ｔテーブルが記憶されている。Ｖ−Ｔテーブルは、ＶＣＯ１３への印加電圧Ｖと掃引時間Ｔとの関係を規定する複数のＶ−Ｔカーブをデータ化したものであって、各Ｖ−Ｔテーブルは、それぞれが掃引時間Ｔに対するＶＣＯ１３の発振周波数を決定するためのデータ群である。また、メモリ２０には、後述する算定処理を実行するためのプログラムが記憶されている。
【００２８】
ＤＡＣ１２からＡＤＣ１９に至る構成は、図８に示すＦＭＣＷレーダー方式の距離測定装置の構成と同じである。したがって、ビート周波数ＦＢを抽出する処理も、従来のＦＭＣＷレーダー方式の測定装置における処理と同じである。すなわち、ＤＳＰ１１は、メモリ２０に記憶されているプログラムに基づいて、所定のＶ−Ｔテーブルを読み出し、読み出されたＶ−Ｔテーブルは、ＤＡＣ１２によって、時間の経過に伴い連続的に変化する電圧値（アナログ信号）に変換される。
【００２９】
このアナログ信号がＶＣＯ１３の制御電圧となる。この制御電圧がＶＣＯ１３に加えられると、発振される信号の周波数（発振周波数）が、連続的に変化する。この周波数が連続的に変化する発振信号が、ＨＹＢ１４を経てアンテナであるトランスデューサ１６において電波に変換される。この電波が被測定物（例えば、液体タンクに備蓄されている液体燃料の液面）に向けて送信される。
【００３０】
トランスデューサ１６から測定地点までの間に被測定系３１が介在している。測定地点で反射された電波は被測定系３１を介して上記トランスデューサ１６で捉えられる。トランスデューサ１６で捉えられた反射波は受信信号に変化されて、ＨＹＢ１４を経て受信系に導かれる。受信系では、Ｍｉｘｅｒ１７において、受信信号と、この受信信号を受信した瞬間の発振信号が混合される。受信信号と発振信号が混合されると、受信周波数と発振周波数との差によるビート信号が生成される。このビート信号がＡＧＣ１８に入力される。このビート信号の周波数をビート周波数ＦＢという。
【００３１】
ビート信号は、ＡＧＣ１８で適宜の振幅値に制御されたのち、ＡＤＣ１９でデジタル信号に変換されて、振幅値としてＤＳＰ１１に入力される。ＤＳＰ１１では、Ｖ−Ｔデータの読み出し処理からビート信号の振幅値を取込む処理までを、掃引時間（Ｔ）の間実行する。この掃引時間（Ｔ）の間に取り込まれた時間軸データであるビート信号振幅値群に対して、フィルタリング処理を行なう。このフィルタリング処理によって不要なノイズ成分が除去されたビート信号振幅値群に、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）処理を行って、ビート周波数ＦＢが抽出される。
【００３２】
抽出されたビート周波数ＦＢは、その元となったＶ−Ｔテーブルと関連付けられてメモリ２０に記憶される。
【００３３】
ＤＳＰ１１のメモリ２０には、上記の処理を実行するプログラムの他に、異なる条件で複数の高周波信号をＶＣＯ１３から出力させるためのプログラムや、異なる条件ごとに抽出されたビート周波数に基づいて被測定系３１の比誘電率を算定するプログラムからなる比誘電率算定プログラムが記憶されている。図２は、メモリ２０に記憶される比誘電率算定プログラム２００の機能ブロック図である。
【００３４】
●比誘電率算定プログラム１
図２に示すように比誘電率算定プログラム２００は、Ｖ−Ｔテーブル選択指示部２０１と、ビート周波数記憶部２０２と、比誘電率算定部２０３と、送信周波数指示部２１１と、ＡＧＣ制御部２１２と、フィルタリング処理部２１３と、ビート周波数抽出部２１４と、を有してなる。
【００３５】
Ｖ−Ｔテーブル選択指示部２０１は、メモリ２０に記憶されている複数のＶ−Ｔテーブルの中から特定のＶ−Ｔテーブルを選択する処理を行う。このＶ−Ｔテーブルの選択処理によって、異なる送信条件で電波が送信されるようになる。
【００３６】
送信周波数指示部２１１は、Ｖ−Ｔテーブル選択指示部２０１によって選択されたＶ−Ｔテーブルに基づいて、時間の経過に伴って連続的に変化する電圧値の基になるデータをＤＡＣ１２に出力する処理を行う。
【００３７】
ＡＧＣ制御部２１２は、Ｍｉｘｅｒ１７からＡＧＣ１８に入力されたビート信号の振幅を適正値に調整するために、メモリ２０に記憶されている制御データに基づいて、ＡＧＣ１８のビート信号の振幅調整処理を制御する処理を行う。
【００３８】
フィルタリング処理部２１３は、ＡＤＣ１９により振幅値として取り込まれたビート信号の振幅データから不要なノイズ成分を除去するフィルタ処理を行う。
【００３９】
ビート周波数抽出部２１４は、フィルタ処理が行われたビート信号の振幅データにＦＦＴ（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）処理を行い、ビート信号振幅群を周波数軸のデータに変換して、変換されたデータからビート周波数ＦＢを抽出する処理を行う。
【００４０】
ビート周波数記憶部２０２は、ビート周波数抽出部２１４において抽出されたビート周波数ＦＢを、Ｖ−Ｔテーブル選択指示部２０１において選択されたＶ−Ｔテーブルに関連づけて、メモリ２０に記憶する処理を行う。
【００４１】
比誘電率算定部２０３は、ビート周波数記憶部２０２においてメモリ２０に記憶されたビート周波数ＦＢを用いて、以下の式（２）による比誘電率算定処理を行う。なお、比誘電率算定部２０３は、比誘電率算定処理に必要なビート周波数ＦＢが整うまで、Ｖ−Ｔテーブル選択指示部２０１によって異なるＶ−Ｔテーブルを選択させて、選択させたＶ−Ｔテーブルに基づくビート周波数ＦＢを抽出させる処理の全体制御も行う。
【００４２】
（式２）
2014032059.tif 000003
【００４３】
上記式２における各変数は以下の通りである。
λ０１：第１のＶ−Ｔテーブルにより送信される第１の掃引周波数に係る波長
ＦＢ１：第１の掃引周波数に係るＶ−Ｔテーブルに基づく第１ビート周波数
λ０２：第２のＶ−Ｔテーブルにより送信される第２の掃引周波数に係る波長
ＦＢ２：第２の掃引周波数に係るＶ−Ｔテーブルに基づく第２ビート周波数
Ｋｍｎ：円形導波管３０の伝搬定数
ｄ：円形導波管３０の内径
なお、λ０１と、λ０２と、ｄと、Ｋｍｎに係る数値は、メモリ２０に予め記憶されている。
【００４４】
●比誘電率算定処理フロー１
次に、本発明に係る比誘電率算定プログラムの処理の例について図３のフローチャートを用いて説明する。図３において、各処理ステップはＳ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、・・・のように表記する。
【００４５】
まず、Ｖ−Ｔテーブル選択指示部２０１によって、メモリ２０に記憶されているＶ−Ｔテーブルのうち、特定のＶ−Ｔテーブルが選択される。メモリ２０には複数のＶ−Ｔテーブルが記憶されているので、その中から、第１条件に合致するＶ−Ｔテーブルが選択される。
【００４６】
次に、送信周波数指示部２１１により、選択されたＶ−Ｔテーブル(第１テーブル)に格納されている制御電圧データが、ＤＡＣ１２に連続的に入力される。制御電圧データは、ＤＡＣ１２によって制御電圧信号に変換される。
【００４７】
ＶＣＯ１３からは、入力された制御電圧信号によって、第１の掃引周波数に係る高周波信号が出力される。ＶＣＯ１３から出力された第１の掃引周波数の高周波信号（マイクロ波信号）は、ＨＹＢ１４を経てトランスデューサ１６において電波に変換されて、被測定系３１に向けて送信される（Ｓ１１）。
【００４８】
被測定系３１には被測定物（例えば測定地点である液体４１の液面）があり、送信された電波は、被測定物で反射される。反射された電波は被測定系３１を介して上記トランスデューサ１６で捉えられる。トランスデューサ１６で捉えられた反射波は受信信号に変化されて、ＨＹＢ１４を経て受信系に導かれる。Ｍｉｘｅｒ１７からＡＤＣ１９を介して振幅値に変換されてＤＳＰ１１に入力される。ＤＳＰ１１に入力された第１の掃引周波数に係るビート信号の振幅値から、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）処理によって、第１ビート周波数ＦＢ１が抽出される（Ｓ１２）。
【００４９】
抽出された第１ビート周波数ＦＢ１はビート周波数記憶部２０２によって、第１テーブルに関連付けられてメモリ２０に記憶される。
【００５０】
次に、Ｖ−Ｔテーブル選択指示部２０１によって、メモリ２０に記憶されているＶ−Ｔテーブルのうち、第２条件に合致するＶ−Ｔテーブル（第２テーブル）が選択される。次に、送信周波数指示部２１１により、選択されたＶ−Ｔテーブル（第２テーブル）に格納されている制御電圧データが、ＤＡＣ１２に連続的に入力される。制御電圧データは、ＤＡＣ１２によって制御電圧信号に変化される。
【００５１】
ＶＣＯ１３からは、入力された制御電圧信号によって、第２の掃引周波数に係る制御電圧信号が出力される。ＶＣＯ１３から出力された第２の掃引周波数の高周波信号（マイクロ波信号）は、ＨＹＢ１４を経てトランスデューサ１６において電波に変換されて、被測定系３１に向けて送信される（Ｓ１３）。
【００５２】
送信された電波は、被測定系３１にある被測定物で反射される。反射された電波は被測定系３１を介してトランスデューサ１６で捉えられる。トランスデューサ１６で捉えられた反射波は受信信号に変化されて、ＨＹＢ１４を経て受信系に導かれて、Ｍｉｘｅｒ１７からＡＤＣ１９を介して振幅値に変換されてＤＳＰ１１に入力される。ＤＳＰ１１に入力された第２の掃引周波数に係るビート信号の振幅値から、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）処理によって、第２ビート周波数ＦＢ２が抽出される（Ｓ１４）。
【００５３】
抽出された第２ビート周波数ＦＢ２はビート周波数記憶部２０２によって、第２テーブルに関連付けられてメモリ２０に記憶される。
【００５４】
次に、比誘電率算定部２０３が、メモリ２０に記憶されている「第１の掃引周波数に係る発振周波数の波長λ０１」、「第１の掃引周波数に係る第１ビート周波数ＦＢ１」、「第２の掃引周波数に係る発振周波数の波長λ０２」、「円形導波管の伝搬定数Ｋｍｎ」、「円形導波管３０の内径ｄ」、「第２の掃引周波数に係る第２ビート周波数ＦＢ２」、を読み出す。読み出されたλ０１と、λ０２と、ｄと、Ｋｍｎと、ＦＢ１と、ＦＢ２と、を用いて、上記式（２）に基づく算定処理が行なわれる。この算定処理によって比誘電率εｒが算定される（Ｓ１５）。
【００５５】
以上説明した本実施の形態によれば、ＦＭＣＷレーダー方式の測定装置を用いる実際の測定環境下において、比誘電率を実測により算定することができる。算定された比誘電率をＦＭＣＷレーダー方式の測定装置に用いることで、より精度の高い測定をすることができる。
【００５６】
●比誘電率算定装置２●
次に、本発明に係る比誘電率算定装置および比誘電率算定プログラムの別の実施の形態について、図４を参照しながら説明する。図４は、本実施の形態に係る比誘電率算定装置の例を示すブロック図である。図４において比誘電率算定装置１ａは、ＤＳＰ１１ａと、ＤＡＣ１２と、ＶＣＯ１３と、ＨＹＢ１４と、ＳＷ１５と、トランスデューサ１６ａと、トランスデューサ１６ｂと、Ｍｉｘｅｒ１７と、ＡＧＣ１８と、ＡＤＣ１９と、を有してなる。ＤＡＣ１２とＶＣＯ１３を含む部分は送信系を構成し、Ｍｉｘｅｒ１７からＡＤＣ１９に至る部分は受信系を構成している。
【００５７】
ＤＳＰ１１ａはメモリ２０ａを内蔵している。メモリ２０ａには、Ｖ−Ｔテーブルが記憶されている。Ｖ−Ｔテーブルは、ＶＣＯ１３への印加電圧Ｖと掃引時間Ｔとの関係を規定する複数のＶ−Ｔカーブをデータ化したものであって、掃引時間Ｔに対するＶＣＯ１３の発振周波数を決定するためのデータ群である。また、メモリ２０ａには、後述する算定処理を実行するためのプログラムが記憶されている。
【００５８】
ＤＡＣ１２からＡＤＣ１９に至る構成は、すでに説明をした実施の形態の構成と同じであるから、異なる構成について説明する。異なる構成は、ＤＳＰ１１ａ、ＳＷ１５、トランスデューサ１６ａおよび１６ｂ、である。トランスデューサ１６ａとトランスデューサ１６ｂは、伝送モードが異なるアンテナであって、例えばトランスデューサ１６ａがＴＥ０１モードのアンテナであり、トランスデューサ１６ｂがＴＥ１１モードのアンテナである。
【００５９】
ＳＷ１５は、ＤＳＰ１１ａからの制御信号によって、トランスデューサ１６ａとトランスデューサ１６ｂのうち、どちらを用いて送信・受信をするかを切り替える回路である。ＳＷ１５によって、比誘電率算定装置１ａは異なる伝送モードによる電波を、切り替えて送信することができる。
【００６０】
ＤＳＰ１１ａのメモリ２０ａには、既に説明をしたプログラムの他に、伝送モードを選択的に切り換えるためのプログラムや、異なる伝送モードごとに抽出されたビート周波数に基づいて被測定系３１の比誘電率を算定するプログラムからなる比誘電率算定プログラムが記憶されている。図５は、メモリ２０ａに記憶される比誘電率算定プログラム２００ａの機能ブロック図である。
【００６１】
●比誘電率算定プログラム２
図５に示すように比誘電率算定プログラム２００ａは、伝送モード指示部２０４と、送信周波数指示部２１１と、ＡＧＣ制御部２１２と、フィルタリング処理部２１３と、ビート周波数抽出部２１４と、ビート周波数記憶部２０２と、比誘電率算定部２０３ａと、を有してなる。
【００６２】
伝送モード指示部２０４は、ＳＷ１５の動作を制御するプログラムである。ビート周波数記憶部２０２にビート周波数ＦＢが記憶されていなければ、トランスデューサ１６ａまたはトランスデューサ１６ｂから電波を送信するように、ＳＷ１５を切り替える。この伝送モードの指示処理によって、異なる送信条件で電波が送信されるようになる。
【００６３】
送信周波数指示部２１１は、メモリ２０ａに記憶されているＶ−Ｔテーブルに基づいて、時間の経過に伴って連続的に変化する電圧値の基になるデータをＤＡＣ１２に出力する処理を行う。
【００６４】
ＡＧＣ制御部２１２は、Ｍｉｘｅｒ１７からＡＧＣ１８に入力されたビート信号の振幅を適正値に調整するために、メモリ２０ａに記憶されている制御データに基づいて、ＡＧＣ１８のビート信号の振幅調整処理を制御する処理を行う。
【００６５】
フィルタリング処理部２１３は、ＡＤＣ１９により振幅値として取り込まれたビート信号の振幅データから不要なノイズ成分を除去するフィルタ処理を行う。
【００６６】
ビート周波数抽出部２１４は、フィルタ処理が行われたビート信号の振幅データにＦＦＴ（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）処理を行って、ビート信号振幅群を周波数軸のデータに変換し、変換されたデータからビート周波数ＦＢを抽出する処理を行う。
【００６７】
ビート周波数記憶部２０２は、ビート周波数抽出部２１４において抽出されたビート周波数ＦＢを、伝送モード指示部２０４において切り替えられている伝送モード毎にメモリ２０ａに記憶する処理を行う。
【００６８】
比誘電率算定部２０３ａは、ビート周波数記憶部２０２においてメモリ２０ａに記憶されたビート周波数ＦＢを用いて、以下の式（３）による比誘電率算定処理を行う。なお、比誘電率算定部２０３ａは、比誘電率算定処理に必要なビート周波数ＦＢが整うまで、伝送モード指示部２０４によってＳＷ１５を切り替えて、異なる伝送モードに基づくビート周波数ＦＢを抽出させる。
【００６９】
（式３）
2014032059.tif 000004
【００７０】
なお、上記式３における各変数は以下の通りである。
λ０：電波の波長
ＦＢ０：第１の伝送モードに係るビート周波数
Ｋｍｎ０：第１の伝送モードに係る円形導波管３０の伝搬定数
ＦＢ１：第２の伝送モードに係るビート周波数
Ｋｍｎ１：第２の伝送モードに係る円形導波管３０の伝搬定数
ｄ：円形導波管３０の内径
なお、λ０と、Ｋｍｎ０と、Ｋｍｎ１と、ｄに係る数値は、メモリ２０ａに予め記憶されている。
【００７１】
●比誘電率算定処理フロー２
次に、本発明に係る比誘電率算定プログラムの処理の流れの別の例について図６のフローチャートを用いて説明する。図６において、各処理ステップはＳ１１ａ、Ｓ１２ａ、Ｓ１３ａ、・・・のように表記する。
【００７２】
まず、伝送モード指示部２０４によって、ＳＷ１５に対し制御信号が送出される。ＳＷ１５は、第１条件に対応する伝送モード（第１の伝送モード）を選択する。ここでは、第１条件を、トランスデューサ１６ａによる電波の送信が行われる状態とする。
【００７３】
次に、送信周波数指示部２１１により、メモリ２０ａに記憶されているＶ−Ｔテーブルから制御電圧データが、ＤＡＣ１２に連続的に入力される。制御電圧データは、ＤＡＣ１２によって制御電圧信号に変換される。
【００７４】
ＶＣＯ１３からは、入力された制御電圧信号によって、高周波信号が出力される。ＶＣＯ１３から出力された高周波信号（マイクロ波信号）は、ＨＹＢ１４を経てトランスデューサ１６ａにおいて電波に変換されて、被測定系３１に向けて送信される（Ｓ１１ａ）。
【００７５】
送信された第１の伝送モードの電波は、被測定物で反射されて、被測定系３１を介してトランスデューサ１６ａとＨＹＢ１４を経て受信系に導かれて、Ｍｉｘｅｒ１７からＡＤＣ１９を介して振幅値としてＤＳＰ１１ａに入力される。ＤＳＰ１１ａに入力された第１の伝送モードに係るビート信号の振幅値から、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）処理によって、第１伝送モードに係るビート周波数ＦＢ０が抽出される（Ｓ１２ａ）。
【００７６】
抽出されたビート周波数ＦＢ０はビート周波数記憶部２０２によって、第１の伝送モードに係るビート周波数ＦＢ０として、メモリ２０ａに記憶される。
【００７７】
次に、伝送モード指示部２０４によって、ＳＷ１５に対して制御信号が送出されて、ＳＷ１５により、第２条件に対応する伝送モード（第２の伝送モード）が選択された状態になる。
【００７８】
続いて、送信周波数指示部２１１により、メモリ２０ａに記憶されているＶ−Ｔテーブルから制御電圧データが、ＤＡＣ１２に連続的に入力される。制御電圧データは、ＤＡＣ１２によって制御電圧信号に変換される。
【００７９】
ＶＣＯ１３からは、入力された制御電圧信号によって、高周波信号が出力される。ＶＣＯ１３から出力された高周波信号（マイクロ波信号）は、ＨＹＢ１４を経てトランスデューサ１６ｂにおいて電波に変換されて、被測定系３１に向けて送信される（Ｓ１３ａ）。
【００８０】
送信された電波は、被測定物で反射されて、被測定系３１を介してトランスデューサ１６ｂとＨＹＢ１４を経て受信系に導かれて、Ｍｉｘｅｒ１７からＡＤＣ１９を介して振幅値としてＤＳＰ１１ａに入力される。ＤＳＰ１１ａに入力された第２の伝送モードに係るビート信号の振幅値から、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）処理によって、第２伝送モードに係るビート周波数ＦＢ１が抽出される（Ｓ１４ａ）。
【００８１】
次に、比誘電率算定部２０３ａが、メモリ２０に記憶されている「電波の波長λ０」、「第１の伝送モードに係るビート周波数ＦＢ０」、「第１の伝送モードに係る円形導波管３０の伝搬定数Ｋｍｎ０」、「第２の伝送モードに係る円形導波管３０の伝搬定数Ｋｍｎ１」、「円形導波管３０の内径ｄ」、「第２の伝送モードに係るビート周波数ＦＢ１」、を読み出す。読み出されたλ０と、ＦＢ０と、Ｋｍｎ０と、Ｋｍｎ１と、ｄと、ＦＢ１と、を用いて、上記式３に基づく算定処理が行なわれる。この算定処理によって誘電率εｒが算定される（Ｓ１５ａ）。
【００８２】
以上説明した本実施の形態によれば、ＦＭＣＷレーダー方式の測定装置を用いる実際の測定環境下において、比誘電率を実測により算定することができる。このように算定された比誘電率をＦＭＣＷレーダー方式の測定装置における計測処理に用いることで、より精度の高い測定をすることができる。
【符号の説明】
【００８３】
１１  ＤＳＰ
１２  ＤＡＣ
１３  ＶＣＯ
１４  ＨＹＢ
１７  Ｍｉｘｅｒ
１８  ＡＧＣ
１９  ＡＤＣ
２０  メモリ
３０  円形導波管
【図１】
2014032059.tif 000007
【図２】
2014032059.tif 000008
【図３】
2014032059.tif 000009
【図４】
2014032059.tif 000010
【図５】
2014032059.tif 000011
【図６】
2014032059.tif 000012
【図７】
2014032059.tif 000013
【図８】
2014032059.tif 000014
【図９】
2014032059.tif 000015
【図１０】
2014032059.tif 000016
【図１１】
2014032059.tif 000017