(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数掃引された電波を外部に送信し、外部の測定対象にて反射した反射波を送信波長に基づく一定距離だけ離隔した２点にて検出し、送信波及び受信波から合成される定在波を検知する定在波検知部と、
前記定在波検知部が検知した合成波の周波数の強度分布から、その直流成分を除去し、フーリエ変換して、距離スペクトルを求める距離スペクトル演算部と、
前記距離スペクトルから、基準時の距離スペクトルを減算して、距離スペクトルの差分を演算し、この差分距離スペクトルを経時的に求める差分検出部と、
前記差分距離スペクトルの距離成分により測定対象までの距離を求める距離演算部と、
前記差分距離スペクトルの振幅が、前記測定対象の誘電率の変化に基づいて変化する経緯を監視し、その振幅の変化に基づいて、前記測定対象における水分又は油劣化度の変化を判定する判定部と、
を有することを特徴とする定在波レーダーによる状態検知装置。
【請求項２】
周波数掃引された電波を外部に送信し、外部の測定対象にて反射した反射波を送信波長に基づく一定距離だけ離隔した２点にて検出し、送信波及び受信波から合成される定在波を検知する定在波検知部と、
前記定在波検知部が検知した合成波の周波数の強度分布から、その直流成分を除去し、フーリエ変換して、距離スペクトルを一定のサンプリング時間毎に求める距離スペクトル演算部と、
前記距離スペクトルから、前回又は所定回前のサンプリング時の距離スペクトルを減算して、距離スペクトルの差分を演算し、この差分距離スペクトルを経時的に求める差分検出部と、
前記差分距離スペクトルの距離成分により測定対象までの距離を求める距離演算部と、
前記差分距離スペクトルの振幅が、前記測定対象の誘電率の変化に基づいて変化する経緯を監視し、その振幅の変化に基づいて、前記測定対象における水分又は油劣化度の変化を判定する判定部と、
を有することを特徴とする定在波レーダーによる状態検知装置。
【請求項３】
前記距離演算部は、更に、前記距離スペクトルの位相の変化分から測定対象の微小変位を求めることを請求項１又は２に記載の定在波レーダーによる状態検知装置。
【請求項４】
前記差分検出部の前記差分距離スペクトルからその複数のピーク位置に対応する中心周波数をもつ複数の信号を抽出して、前記距離演算部に差分距離スペクトルとして出力する帯域通過フィルタを有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の定在波レーダーによる状態検知装置。
【請求項５】
少なくとも一部に透光性のカバーを備えたケースと、
このケース内に格納され、前記カバーを介して照明光を外部に照射する発光体としてのＬＥＤ光源と、
を有するＬＥＤ照明器具内に、
前記定在波検知部、前記距離スペクトル演算部、前記差分検出部、前記距離演算部及び前記判定部が、前記ケース内に格納されて、内蔵されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の定在波レーダーによる状態検知装置。
【請求項６】
前記判定部は、寝台上に仰臥した被介護者の排尿の有無を判定することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の定在波レーダーによる状態検知装置。
【請求項７】
前記判定部は、吊り下げられた洗濯物の乾燥状態を判定することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の定在波レーダーによる状態検知装置。
【請求項８】
前記判定部は、吊り下げられて乾燥処理を行われている魚の水分量を判定することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の定在波レーダーによる状態検知装置。
【請求項９】
排尿過程における水分量の変化の検知に使用することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の定在波レーダーによる状態検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象との間の距離を測定できると共に、測定対象の水分等の状態を検出することができる定在波レーダーによる状態検知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、介護施設等において、ベッド上に寝ている被介護者がおむつの中に排尿してしまったことを、その時点で検知する手段は存在しなかった。よって、介護者は、被介護者の不快感を解消し、清潔に保つには、定期的に被介護者のおむつを点検又は交換するしか、方法がなかった。また、従来、洗濯物の乾燥の度合いを測るには、洗濯後の乾燥中の衣類にさわってみて、触感で検知するしか方法がなかった。従って、連続的に水分の変化を測定し、対象物の水分に関する状態の変化を、遠隔場所にて、経時的に検知することはできなかった。
【０００３】
特許文献１には、電波センサから舗装路面に向けて電波を送信し、反射面からの反射波を前記電波センサで受信し、電波を送信してから受信するまでの時間を使用して、電波センサから反射面までの距離を算出すると共に、反射波の反射強度を算出し、前記反射面までの距離から、反射面の高さを求め、反射強度から、舗装路面の状態が湿潤、完遂、凍結のいずれであるかを判定するシステムが開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、定在波レーダーを使用して、人体の危険を検知する技術が開示されている。この特許文献２においては、送信波及び受信波の合成波である定在波を検知し、その周波数分布から、距離成分を抽出して測定対象者までの距離を求め、位相成分から、測定対象者の呼吸数及び脈拍を求める。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４０９９６５９号公報
【特許文献２】特許第５３７７６８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、この特許文献１の技術は、マイクロ波のパルス信号を使用しているので、電波を送信してから受信するまでの時間を基に、反射面までの距離を求めているので、上述のように、マイクロ波の速度を考慮すると、道路の上方の高い位置（例えば、１０ｍ）に電波センサを設置しないと、反射波を受信することができず、結局、屋外のように、そのような高い位置に電波センサを設置できる空間的余裕が必要になるという問題点がある。また、屋上又はベランダに多数の洗濯物が吊り下げられている場合に、それらの洗濯物について、個別に水分を検知することは困難であった。
【０００７】
また、特許文献２の技術は、人体の呼吸数及び脈拍は検知することができるものの、測定対象物の水分変化については、検知することができなかった。
【０００８】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、屋内のように狭い空間においても、測定対象の距離を測定できると共に、この測定対象の水分等の経時的変化を測定することができ、更に、測定対象が近接して複数存在する場合も、距離及び水分等を測定することができる定在波レーダーによる状態検知装置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】
【０００９】
本願第１発明に係る定在波レーダーによる状態検知装置は、
周波数掃引された電波を外部に送信し、外部の測定対象にて反射した反射波を送信波長に基づく一定距離だけ離隔した２点にて検出し、送信波及び受信波から合成される定在波を検知する定在波検知部と、
前記定在波検知部が検知した合成波の周波数の強度分布から、その直流成分を除去し、フーリエ変換して、距離スペクトルを求める距離スペクトル演算部と、
前記距離スペクトルから、基準時の距離スペクトルを減算して、距離スペクトルの差分を演算し、この差分距離スペクトルを経時的に求める差分検出部と、
前記差分距離スペクトルの距離成分により測定対象までの距離を求める距離演算部と、
前記差分距離スペクトルの振幅が、前記測定対象の誘電率の変化に基づいて変化する経緯を監視し、その振幅の変化に基づいて、前記測定対象における水分又は油劣化度の変化を判定する判定部と、
を有することを特徴とする。
【００１０】
また、本願第２発明に係る定在波レーダーによる状態検知装置は、
周波数掃引された電波を外部に送信し、外部の測定対象にて反射した反射波を送信波長に基づく一定距離だけ離隔した２点にて検出し、送信波及び受信波から合成される定在波を検知する定在波検知部と、
前記定在波検知部が検知した合成波の周波数の強度分布から、その直流成分を除去し、フーリエ変換して、距離スペクトルを一定のサンプリング時間毎に求める距離スペクトル演算部と、
前記距離スペクトルから、前回又は所定回前のサンプリング時の距離スペクトルを減算して、距離スペクトルの差分を演算し、この差分距離スペクトルを経時的に求める差分検出部と、
前記差分距離スペクトルの距離成分により測定対象までの距離を求める距離演算部と、
前記差分距離スペクトルの振幅が、前記測定対象の誘電率の変化に基づいて変化する経緯を監視し、その振幅の変化に基づいて、前記測定対象における水分又は油劣化度の変化を判定する判定部と、
を有することを特徴とする。
【００１１】
これらの定在波レーダーによる状態検知装置において、
前記距離演算部は、更に、前記距離スペクトルの位相の変化分から測定対象の微小変位を求めることができる。
【００１２】
また、
前記差分検出部の前記差分距離スペクトルからその複数のピーク位置に対応する中心周波数をもつ複数の信号を抽出して、前記距離演算部に差分距離スペクトルとして出力する帯域通過フィルタを設けることもできる。
【００１３】
そして、
少なくとも一部に透光性のカバーを備えたケースと、
このケース内に格納され、前記カバーを介して照明光を外部に照射する発光体としてのＬＥＤ光源と、
を有するＬＥＤ照明器具内に、
前記定在波検知部、前記距離スペクトル演算部、前記差分検出部、前記距離演算部及び前記判定部が、前記ケース内に格納されて、内蔵されるように構成することもできる。
【００１４】
本発明の用途としては、寝台上に仰臥した被介護者の排尿の有無を判定すること、吊り下げられた洗濯物の乾燥状態を判定すること、吊り下げられて乾燥処理を行われている魚の水分量を判定すること、排尿過程における水分量の変化の検知に使用すること等がある。また、本発明の装置を使用し、前記判定部が、測定対象の誘電率の変化に基づいて、油の劣化度を判定するように構成することもできる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、測定対象との間の距離と共に、測定対象の水分量又は油劣化度等の状態を検出することができる。このため、介護施設における被介護者の排尿状態の検知等のように、水分変化等の状態検知を迅速に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態の定在波レーダーによる状態検知装置を示す図である。
【図２】本発明の第２実施形態の定在波レーダーによる状態検知装置を示す図である。
【図３】定在波レーダーの基本構成を示す図である。
【図４】送信波の波長を示す図である。
【図５】合成波のパワーを示す図である。
【図６】フーリエ変換後の図である。
【図７】合成波のパワーを示す図である。
【図８】複数個のターゲットに対する定在波レーダーの基本構成を示す図である。
【図９】目的の成分ｐａ（ｆｄ、０）を示すスペクトル図である。
【図１０】差分検知部の構成を示す波形図である。
【図１１】ターゲットが２個の場合の距離スペクトルを示す図である。
【図１２】合成波のスペクトルの真数部分と虚数部分を示す図である。
【図１３】本発明の実施形態に係るＬＥＤ照明器具の外観図及び構造を示す縦断面図である。
【図１４】本発明の実施形態の利用例（排尿管理）を示す図である。
【図１５】本発明の実施形態の利用例（洗濯物乾燥）を示す図である。
【図１６】本発明の実施形態の利用例（干物乾燥）を示す図である。
【図１７】本発明の実施形態の利用例（過冷却凍結管理）を示す図である。
【図１８】本発明の実施形態の利用例（結露管理）を示す図である。
【図１９】本発明の実施形態の利用例（前立腺肥大症診断）を示す図である。
【図２０】本発明の実施形態の利用例（油の劣化度測定）を示す図である。
【図２１】本発明の実施形態の利用例（土壌の水分測定）を示す図である。
【図２２】本発明の実施形態の利用例（雪崩予知）を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。図１は、本実施形態の定在波レーダーによる水分検出装置のブロック図である。定在波検知部２は、定在波レーダーモジュールとして構成され、この定在波レーダーモジュールには、２４ＧＨｚ高周波送受信部４が設けられている。この２４ＧＨｚ高周波送受信部４は、２４ＧＨｚ帯ＶＣＯ（電圧制御発振器）と平面アンテナ３とが一体化されたモジュールである。そして、この送受信部４は、ＶＣＯにより平面アンテナ３から電波１を発信し、測定対象としての被反射体からの反射波がアンテナ３に検出される。送受信部４には２個の検波器５ａ、５ｂが内蔵されており、検波器５ａ、５ｂは送信波及び受信波を検波する。
【００１８】
アンテナ３から電波１を送信すると、反射物体がある場合は、アンテナ３に反射波が戻ってきて、周波数が同じで進行方向が異なる波が重なり、合成波である定在波が発生する。ＶＣＯとアンテナ３とを接続する線路上及びアンテナ給電部には、送信信号（進行波）と受信信号（反射波）が混在し、それらの合成で定在波が発生する。この場合に、ＶＣＯに供給するスイープ電圧を、少なくとも発信電波が被反射体に反射して戻ってくるまでの時間は一定に保持する必要があるため、前記スイープ電圧は、ステップ状に変化させる必要がある。そして、ＶＣＯを制御して周波数を順次切り替えることにより、複数の周波数に対する混合波の信号レベルが検波器５ａ、５ｂにより検出される。検波器５ａ、５ｂでは、送信波の電力と、反射波の電力と、定在波によって生じた成分とが検出される。得られた検波信号は、オペアンプ６ａ、６ｂで４００ｋＨｚ以下の必要な帯域が増幅されて、信号処理部８に入力される。
【００１９】
レーダー制御モジュール基板として構成された信号処理部８は、変調信号生成部１０にてＦＭ変調された周波数制御電圧を生成する。この周波数制御電圧はＤＡ変換部９にてアナログ信号に変換され、更に、この周波数制御信号がオペアンプ７を介して増幅された後、２４ＧＨｚ高周波モジュール４のＶＣＯの制御入力に入力される。この周波数制御信号により、ＶＣＯは発信電波の周波数をスイープさせる。
【００２０】
信号処理部８においては、オペアンプ６ａ、６ｂで増幅された検波信号がＡＤ変換部１１に入力された後、距離スペクトル演算部１２に入力される。この距離スペクトル演算部１２は、定在波検知部２が検知した合成波の周波数の強度分布から、その直流成分を除去し、フーリエ変換して、距離スペクトルを求める。この距離スペクトルは、差分検出部１３に入力される。差分検出部１３は、前記距離スペクトルから、基準時の距離スペクトルを減算して、距離スペクトルの差分を演算し、この差分距離スペクトルを経時的に求める。この差分距離スペクトルは、距離演算部１４に入力される。そして、距離演算部１４は、前記差分距離スペクトルの距離成分により測定対象までの距離を求める。そして、判定部１５は、差分距離スペクトルの振幅が、測定対象の誘電率の変化に基づいて変化する経緯を監視し、その振幅の変化に基づいて、測定対象における水分の変化を判定する。
【００２１】
信号処理部８においては、検波信号が、ＡＤ変換部１１によりデジタル信号に変換された後、距離スペクトル演算部１２に入力される。距離スペクトル演算部１２においては、入力される信号は周期関数で、その周期は被反射体からの距離に逆比例しているので、これをフーリエ変換することにより、周期の逆数である周波数を求めることによって、この周波数から被反射体までの距離を求めることができる。また、得られた波形の位相を基に、被反射体の微小変位情報を検出することができる。例えば、２４ＧＨｚの場合は、微小変位は光速を４πｆで除算した値となり、約±３．１２５ｍｍの範囲の変位を検出することができる。このように、検波器５ａ、５ｂから検出された信号を信号処理することにより、被反射体からの距離、被反射体の速度及び変位を演算し、その経時変化を計測することにより、被反射体の状態を検出することができる。
【００２２】
判定部１５では、測定対象の水分の変化を検知し、その判定結果は、有線又は無線で、外部の警報装置に出力して警報信号を発し、又は外部の表示装置に出力して、この表示装置に表示させる。
【００２３】
次に、信号処理部８の構成について更に詳細に説明する。定在波は、図３に示すように，信号源であるＶＣＯから生成した送信波ＶＴと、各ターゲットからの反射波ＶＲ１，ＶＲ２，ＶＲ３、・・・ＶＲｎとの干渉によって生じる。定在波レーダーは、この定在波を利用することによって、測定対象の水分の量を検知すると共に、各測定対象までの距離ｄ１，ｄ２，ｄ３・・・ｄｎを測定する。
【００２４】
送信波（進行波）は、信号源の振幅をＡ、周波数をｆ（ｔ）、光速をｃ（３×１０８ｍ／ｓ）とすると、下記数式１で表される。但し、周波数ｆ（ｔ）は、図４に示すように、ｆ０とｆｄで表される。
【００２５】
【数１】
0005861179.tif 000002
【００２６】
ｋ番目のターゲットの距離をｄｋ、ｘ軸上の任意の点における送信波に対する反射波の大きさの比をγｋ（反射係数の大きさ）、位相差をφｋ（反射係数の位相）とすれば、そのターゲットからの反射波は下記数式２にて表すことができる。
【００２７】
【数２】
0005861179.tif 000003
【００２８】
アンテナから検出される検波出力は、合成波になるので、振幅Ｖｃは下記数式３で表され、パワーは振幅の２乗であるので、合成波のパワーは、下記数式４で表される。
【００２９】
【数３】
0005861179.tif 000004
【００３０】
【数４】
0005861179.tif 000005
【００３１】
送信波の大きさは、反射波の大きさより桁違いに大きいので、γｋは１より極めて小さい。そこで、数式４に数式１及び数式２を代入して近似値をとると、下記数式５が得られる。
【００３２】
【数５】
0005861179.tif 000006
【００３３】
この数式５において、｛｝内の第１項は、送信波のパワーを示し、第２項は、反射波のパワーを示し、第３項は、定在波によるパワーの変化分を示す。従来のレーダーは、第２項の反射波を受信して、信号処理を行うが、本発明においては、第３項の信号を信号処理する。このため、第１項目と第２項目を削除するため、合成波パワーｐ（ｆｄ、ｘｓ）をｆｄで微分して、この第１項目及び第２項目を除去する。
【００３４】
ここで、ターゲット（被反射体）の数が１であるとすると、ｎ＝１を数式５に代入して、下記数式６が得られる。この数式６をグラフ化すると、図５のようになる。即ち、合成波のパワーは、固定値１＋γ２と、周期関数との和となる。この図５において、周期関数の周波数（周期の逆数）はｃ／２ｄとなり、距離ｄの成分が入る。このため、周期から周波数を求めれば、距離ｄが求まることになる。数式６から、直流成分１＋γ２を除去して、フーリエ変換すると、図６に示すように、距離スペクトルＰ（ｘ）が求まる。
【００３５】
【数６】
0005861179.tif 000007
【００３６】
先ず、下記数式７に示すフーリエ変換公式に対し、変数の置き換えをし、更に、観測位置を原点として、フーリエ変換すると、下記数式８に示す距離スペクトルが得られる。但し、Ｓａ（ｚ）＝sin（ｚ）／ｚとする。なお、数式８では、直流分がカットされていない。周期のある関数をフーリエ展開すると、その関数に含まれる直流成分と、振動成分（sin、cos）に分解されてしまう。距離スペクトルは、その公式上、下記数式８のように表示される。
【００３７】
【数７】
0005861179.tif 000008
【００３８】
【数８】
0005861179.tif 000009
【００３９】
なお、数式８のA2ｆｗ（１＋Σγｋ２）Sa（２πｆｗ／ｃ）ｘ）は、直流成分であるが、この直流成分は、実際の回路において、コンデンサにより除去される。
【００４０】
この数式８の最後の式で表される距離スペクトルＰ（ｘ）をグラフ図でみると、図７に示すようになる。そして、数式８の｛｝内の第１項目の直流分を除去し、第３項目をcos成分を複素正弦波（解析信号）に変換して除去し、定在波成分である第２項目の成分を抽出することができる。しかし、図７に破線にて示すように、数式８の｛｝内の第２項目の成分には、虚数側の信号が漏れ込んでしまう。つまり、この部分の定在波成分には、虚数側の信号が漏れ込んだ値になってしまう。
【００４１】
このような問題点を解消するためには、例えば、図８に示すように、送信波とその反射波を合成した信号を検出する際に、送信波の波長をλとして、λ／８だけ離隔した２点にて、信号レベルを検出するように構成することができる。つまり、レーダーの進行方向をｘ軸にとった場合に、被反射体であるｎ個（ｎは自然数、図示は２個のみ）のターゲットからの反射波をアンテナが受信し、これを送信波と共に、ｘ軸方向にλ／８だけ離隔した２個のパワーディテクタで検出し、これを信号処理する。このとき、この２個のディテクタが検出したパワーレベルをｐ（ｆｄ，ｘ１）、ｐ（ｆｄ，ｘ２）とすると、ｘ１＝０の位置に置かれたディテクタの出力は、検出パワーを示す数式５に、ｘ１＝ｘｓ＝０を代入して、下記数式９に示すｐ（ｆｄ、０）として求まり、ｘ１＝−λ／８の位置に置かれたディテクタの出力は、検出パワーを示す数式５に、ｘ２＝ｘｓ＝−λ／８を代入して、下記数式９に示すｐ（ｆｄ、−λ／８）として求まる。この数式９に示すように、λ／８だけ離隔した2点で定在波を検出することにより、各位置（０，−λ／８）に置かれたディテクタの出力の定在波成分に、cosとsinの直交成分が得られ、これにより、虚像信号を消去することができ、虚像側から漏れ込む信号の影響を解消することができる。即ち、cosとsinの直交成分（Ｘ軸成分とＹ軸成分）から合成されるベクトルが求める解析信号である。通常、虚軸側の信号は測定できないのであるが、−λ／８の位置に、虚軸側の信号が計測できることになり、ベクトル合成信号を形成できる。このベクトルの回転速度が周波数になるので、本実施形態では、この周波数と位相を解析することになる。なお、
【００４２】
【数９】
0005861179.tif 000010
【００４３】
この数式９におけるｘｓ＝０の位置のディテクタの出力のうちの定在波成分をａ、ｘｓ＝−λ／８の位置のディテクタの出力のうちの定在波成分をｂとすると、ａ、ｂは下記数式１０にて表される。そして、数式８の３項からなる最後の式を下記数式１１に基づいて置き換えをすると、下記数式１２及び数式１３が得られる。即ち、数式１０が求めるＸ軸、Ｙ軸（実信号、虚軸信号）を実信号に変換された形に置き換えることが可能になる。数式１３は、まさに、時間方向の信号と、回転軸での信号を表現しているが、結局、この数式１３により、回転する解析信号を計算できることがわかる。
【００４４】
【数１０】
0005861179.tif 000011
【００４５】
【数１１】
0005861179.tif 000012
【００４６】
【数１２】
0005861179.tif 000013
【００４７】
【数１３】
0005861179.tif 000014
【００４８】
数式１２の右辺のＰＤＣは直流成分であり、ｍ（ｆｄ）cos（θ（ｆｄ）−４π（ｆ０＋ｆｄ）／ｃ・ｘｓ）は周期的に変化する定在波成分である。この定在波成分は、前述のごとく、ｘｓ＝０の位置の成分ａと、ｘｓ＝−λ／８の位置の成分ｂとの合成成分ａ＋ｊｂは、sinとcosとの直交成分となり、ａとｂとから解析信号を合成することにより、不要の信号（図７に示す虚数側から漏れ込んだ信号）による影響が除去される。よって、この値（数式１３の信号）を解析することにより、図９に示す目的の成分ｐａ（ｆｄ，０）が得られる。
【００４９】
而して、数式１３の解析信号において、反射係数γｋの大きさに依存して、検出される信号強度が変化する。換言すれば、解析信号の信号強度の時間的推移を測定すれば、強度の変化が生じた場合に、その要因の一つとして、反射係数γｋの変化があったことを挙げることができる。即ち、周波数分布の各周波数のγｋ（反射係数の大きさ）が変化することで生じる信号強度の変化が、測定対象の状態の変化を示している。
【００５０】
誘電率が異なる２物質の境界面での反射係数γは、その誘電率を、ε１、ε２とすると、下記数式１４にて表される。
【００５１】
【数１４】
0005861179.tif 000015
【００５２】
このように、境界面での反射強度は、境界面を形成している各媒体が有する固有の比誘電率の差によって決定され、反射波形の極性も比誘電率の大小関係により決まる。よって、電波の反射強度は、反射係数γの大きさにより異なり、反射係数γは、誘電率により異なるため、反射面の物質の変化により、反射強度が変化する。例えば、水は誘電率が高く、電波の反射強度が大であるため、皮膚からの反射との識別が可能であり、また反射強度の変化により水膜の形成状況が分かるため、薄く濡れた状態と厚い水膜が形成された状態の区別が可能である。
【００５３】
誘電率（比誘電率）は、例えば、水が４．２、絹が１．３〜２、空気が１．００、塩が３．０〜１５．０、水が８０、木綿が３〜７．５、雪が３．３、ガラスが３．７〜１０．０である。水は誘電率が高く、電波の反射強度が大であるため、水分を含むアスファルト又はコンクリートと、乾燥状態のアスファルト又はコンクリートとの判別が可能であり、また反射強度の変化により水膜の形成状況が判別できるため、薄く濡れた状態と厚い水膜が形成された状態の区別が可能である。従って、道路上の雨の観測の場合には、その反射強度の変化を監視することにより、路面状態について、「乾燥」、「湿潤」、「冠水」のいずれであるかを判定することが可能である。そして、計測箇所が濡れ始めた状態（浸水前、雨の降り始め）で、リセットして、その後監視記録することが可能であり、しかも濡れはじめの状態で零点調整（オフセット調整）を自動的に行えば、定期的な調整の必要がなくなる。
【００５４】
なお、電波センサは微弱電波を使用しているため、無線局の申請は不要である。また、定在波レーダーの場合は、衣服及び布団を通して、衣服に包まれた人体にて直接反射するので、人体の表面の湿潤の状況を、布団がかけられていても、人体の湿潤の状況を検知することができる。
【００５５】
上述のごとく、距離スペクトル演算部１２が求めた距離スペクトルの振幅の強度の変化により、測定対象の湿潤の状況の変化を検知することができるが、この距離スペクトルには、水分変化がない物体からの反射波に起因する定在波の距離スペクトルが含まれている。そこで、差分検出部１３は、測定された距離スペクトルから、基準時の距離スペクトルを削除して、差分距離スペクトルを演算する。図１０（ａ）は、距離スペクトル演算部１２が求めた距離スペクトルＰ（ｘ）を示す。この測定結果には、水分を含む測定対象は存在せず、環境からの反射波に起因するものが求められている。そこで、特定の基準時に得られた距離スペクトルをＰ０（ｘ）として、以後の各サンプリング時点に得られた距離スペクトルＰ（ｘ）から、基準時の距離スペクトルＰ０（ｘ）を減算する。即ち、各サンプリング時点で得られた距離スペクトルＰ（ｘ）に対し、図１０（ｂ）に示す−Ｐ０（ｘ）を加算する。このため、差分検出部１３からは、水分を含む測定対象がない場合は、図１０（ｃ）に示すように、０信号が得られる。そこで、あるサンプリング時点で、測定対象に水分が含まれた場合には、図１０（ｄ）に示すように、その水分の距離スペクトルの振幅が現れる。このサンプリング時点の距離スペクトルに対しても、図１０（ｂ）の基準スペクトル−Ｐ０（ｘ）を加算すると、図１０（ｅ）に示すように、Ｐ（ｘ）−Ｐ０（ｘ）の距離スペクトルが得られ、この距離スペクトルには、水分に起因するピーク強度の振幅のみが現れる。このようにして、差分検出部１３にて、距離スペクトルの差分をとることにより、測定対象の環境からの反射の影響を低減して、水分の変化に起因する距離スペクトルの振幅の強度を求めることができる。
【００５６】
なお、測定対象が２個の場合の距離スペクトルは、図１１に示すように、ｘｓ＝０のパワーｐ（ｆｄ、０）とｘｓ＝−λ／８のパワーｐ（ｆｄ，−λ／８）との合成波から直流分を除去して、フーリエ変換することにより、距離に対応する周波数が得られ、距離ｄ１，ｄ２が求まる。
【００５７】
図１２は合成波の真数のスペクトルと、虚数のスペクトルを示す図である。電波の速度ｃは、約３０万ｋｍ／秒である。発信波の周波数のスイープを、７５ＭＨｚ幅（ｆｗ）で行った場合、この７５ＭＨｚの波長は、ｃ／ｆｗ＝４ｍである。しかし、波形を標本化するためのスイープは、往復で４ｍのため、行きはその半分の２ｍとなる。この２ｍを１周期と呼ぶ。そこで、スイープ幅７５ＭＨｚで２０ｍを計測した場合、１０周期を計測することになる。スイープ時間が２５６μｓであるとすると、観測する波形の周波数は、１０／２５６μｓ＝３９ｋＨｚとなる。同様に、２００ｍを計測した場合、１００周期であるので、１００／２５６μｓ＝３９０ｋＨｚとなる。そして、図１２に示す検出されたスペクトルの周波数のレベルは反射の強さを示し、周波数は距離に置き換えられる。よって、図１１に示すように、フーリエ変換して３９ｋＨｚのところにピークが現れると、それは、距離ｄ１＝１０ｍの位置からの反射波であることがわかり、３９０ｋＨｚのところにピークが現れると、それは、距離ｄ２＝１００ｍの位置からの反射波であることがわかる。このようにして、ディテクタの合成波の検出パワーｐａ（ｆｄ）を微分して直流成分を除去し、フーリエ変換すると、測定対象までの距離を求めることができる。
【００５８】
スイープ幅が２００ＭＨｚの場合、１周期が０．７５ｍになるので、１０ｍの計測は１０／０．７５＝１３．３周期を観測することになり、スイープ時間が２５６μｓである場合は、１３．３／２５６＝５１．９ｋＨｚとなる。つまり、スイープ幅が２００ＭＨｚの場合は、５１．９ｋＨｚにピークが現れた場合に、被反射体までの距離が１０ｍと観測される。従って、スイープ幅を調整し、スイープ時間を調整することにより、検波出力の周波数を調整することができ、電波法の規制により帯域幅が制限されているので、一般的には、スイープ時間を可変とすることにより、被反射体までの距離を測定する。
【００５９】
次に、微小変位計測について説明する。数式８において、位相に着目すると、ｋ番目のターゲットに対する位相Ψｋは、下記数式１５の第１式のsinの角度として求まり、φｋは初期位相であるから変化分では消えるので、距離ｄｋの変化分をΔｄｋ、位相の変化分をΔΨｋとすると、数式１４の第２式が得られ、これを変形して、下記数式１６が得られる。
【００６０】
【数１５】
0005861179.tif 000016
【００６１】
【数１６】
0005861179.tif 000017
【００６２】
この数式１６から、距離ｄの微小変位が求まる。周波数が２４ＧＨｚの場合は、±３．１２５ｍｍの変位を検知することが可能となる。
【００６３】
以上のように、被反射体からの反射波を送信波に合成した定在波の分析により、被反射体の距離及び微小変位を計測することができる。この計測結果を経時的に把握すれば、被反射体の距離、速度及び変位を計測することができ、結局、被反射体の動きを計測できる。従来のレーダーであると、１〜２ｍ以下は距離の測定が困難であったのに対し、本発明により、０ｍに近い至近距離から、２００ｍの遠距離迄、距離の測定が可能である。また、本発明の場合は、微小変位の検知が可能であり、相対変位分解能は０．０１ｍｍにも及ぶ。しかも、定在波レーダーの場合は、衣服及びカーテン等を通して、測定対象の水分を検知することができ、測定対象との間の距離の微小な変動を検知することができる。
【００６４】
なお、前述の如く、本発明は、数式１３で示す距離スペクトルのピーク強度が、反射係数γｋの大きさに依存して変化し、測定対象にて水分が増大すると、水分の誘電率εが高いため、数式１４で示す反射係数γｋが上昇し、距離スペクトルのピーク強度が上昇することにより、水分を検知することを測定原理とする。このように、ピーク強度を見ているので、測定対象が複数ある場合でも、水分の検知は容易である。しかし、この測定対象が多数となり、しかも、各測定対象の相互間の間隔が短いと、例えば，図１１に示す複数個（図示例は２個）の距離スペクトルが相互に重なりあい、各距離スペクトルを分離できなくなる可能性がある。この場合、各測定対象について、上述の微小変位の測定に必要な位相差を求めることができなくなる。このような場合は、２個の距離スペクトルに対し、帯域通過フィルタをかけて、分離することができる。
【００６５】
図２は、この場合の実施形態を示すブロック図である。差分検出部１３から出力された差分距離スペクトルは、この帯域通過フィルタ１６に入力される。この帯域通過フィルタ１６は、差分検出部１３の差分距離スペクトルからその複数のピーク位置に対応する中心周波数の中間の周波数にて最小ゲインとなる信号を出力するノッチ型の帯域通過フィルタである。この帯域通過フィルタ１６から出力された差分距離スペクトルは、ピーク位置間で分離された複数個の差分距離スペクトルとなる。これら各差分距離スペクトルは、距離演算部１４に入力され、位相差から、微小変位を求めることが可能となる。
【００６６】
上述の如く構成されたセンサは、ＬＥＤ照明器具内に内蔵することができる。図１３は、定在波レーダー内蔵型のＬＥＤ照明器具の外観図及び内部分解図である。ＬＥＤ照明器具のケースは、既存のソケットに装着可能な口金２１と、ＡＢＳ等の樹脂素材又はアルミニウム材等で形成され、放熱機能をもつケース本体２２と、透明若しくは半透明のＡＢＳ若しくはポリカーボネート等の透光性樹脂素材又はガラス等からなる透光性カバー２３とから構成されている。透光性カバー２３は、光を拡散させ、又は光ビームを絞り込むレンズ形状を有する。ＬＥＤ照明器具としては、多数のものが存在するが、本発明は、いずれのＬＥＤ照明器具にも適用することができる。ＬＥＤ照明器具は、口金２１と、ケース本体２２と、カバー２３とから構成されたケースの内部に、表面実装型ＬＥＤ２６と、定在波レーダーモジュール２８（定在波検知部２）と、ＬＥＤ制御ユニット３０とが格納されている。口金２１の下半部はソケットにねじ込まれる部分であり、導電性の材料で形成されており、この口金２１の上半部は、絶縁性の支持体となっている。そして、口金２１の絶縁性支持体の上端部には、その内周縁部に周方向に沿って延びるねじ部２１ａが設けられており、ケース本体２２の下端部にも、その外周縁部に周方向に沿って延びるねじ部２２ａが設けられていて、ねじ部２１ａをねじ部２２ａに螺合させることにより、口金２１とケース本体２２とが連結されるようになっている。また、ケース本体２２の上端部にねじ部２２ｂが形成され、カバー２３の下端部にねじ部２３ａが形成されていて、ねじ部２３ａをねじ部２２ｂに螺合させることにより、カバー２３とケース本体２２とが連結されるようになっている。
【００６７】
ケース本体２２内には、絶縁性の基板固定用ガイドフレーム３２が設置されており、このガイドフレーム３２に、ＬＥＤ制御ユニット３０の基板３１が固定されている。この基板３１はその面を上下方向にして、即ち、その面を照明器具の中心軸に平行にして、ガイドフレーム３２に固定されている。ＬＥＤ制御ユニット３０は、この基板３１上に搭載されており、ケース本体２２及び口金２１に囲まれた空間内に配置されている。この基板３１には、口金２１内で、外部から給電された１００Ｖの交流電源が供給され、この電源は、基板２１上に搭載された変換器でＡＣ−ＤＣ変換された後、ＬＥＤ制御ユニット３０に供給される。
【００６８】
ケース本体２２の上端部には、放熱性が優れたアルミニウム基板２５がその面を水平にして配置されている。このアルミニウム基板２５はケース本体２２の上端部の縁部に支持されているが、基板３１はこのアルミニウム基板２５を挿通して、カバー２３内に進出している。そして、この基板３１の上端部に、レーダー制御モジュール基板２７がその面を水平にして支持されており、このレーダー制御モジュール基板２７の上に定在波レーダーモジュール２８が搭載されている。アルミニウム基板２５には、複数個（図示例は７個）のＬＥＤ２６が、照明器具の中心軸の周りに等配の位置に、即ち、円周上の等間隔の位置に、配置されている。アルミニウム基板２５の電源線には、基板３１の配線が接続されていて、基板３１上の配線を介して、ＬＥＤ制御ユニット３０からアルミニウム基板２５上に搭載されたＬＥＤ２６に給電され、ＬＥＤ２６が発光するようになっている。また、レーダー制御モジュール基板２７上に搭載された定在波レーダーモジュール２８には、基板３１上の配線を介して、給電され、定在波レーダーモジュール２８はマイクロ波等の電波を送受信し、レーダー制御モジュール基板２７は、検出信号を、無線で外部の中継機器に送信する。この定在波レーダーモジュール２８の上面には、アンテナ３が設置されており、電波はこのアンテナ８ａを介して送受信される。なお、この定在波レーダーモジュール２８はレーダー制御モジュール基板２７に対して、傾斜可能になっており、この定在波レーダーモジュール２８を傾斜させることにより、アンテナ３の指向方向を調節できるようになっている。
【００６９】
次に、本発明の実施形態に係る定在波レーダーによる状態検知装置の動作について、利用例と共に説明する。先ず、図１４（ａ）は、介護施設等において、ベッド上に寝ている被介護者１００の上方に、本実施形態のセンサ１０１を設置した状態を示す。つまり、ベッド１０２が設置された部屋の天井に、センサ１０１がその検出方向を下方のベッド１０２上の被介護者１００に向けて設置されている。そうすると、定在波検知部２により、送信波と受信波との合成波である定在波が検知される。この定在波の検出信号は、ＡＤ変換部１１を介して、距離スペクトル演算部１２に入力され、距離スペクトルが演算される。そして、この距離スペクトルから、差分検出部１３にて、差分距離スペクトルが求められる。距離演算部１４は、この差分距離スペクトルから、前述の如くして、センサ１０１と被介護者１００との間の距離を演算する。その結果、この差分距離スペクトルのピーク位置は、図１４（ｂ）に示すように、センサ１０１と、被介護者１００との間の距離（例えば、２．５ｍ）であることがわかる。そして、判定部１５は、この２．５ｍの位置にピーク位置をもつ差分距離スペクトルについて、図１４（ｃ）に示すように、そのピーク強度の経時変化を監視する。そうすると、判定部１５は、このピーク強度が上昇した場合は、測定対象の水分量変化により、誘電率が変化し、反射強度が増大したことに起因するものであることを検知することができ、このピーク強度が増大した時点を、被介護者１００が、おむつ内に排尿した時点であると判定することができる。なお、図１４（ｃ）の上図は、差分検出部１３の出力信号の経時変化を示す。この図１４（ｃ）の上図において、横軸は時間、縦軸は距離を示す。距離が一定の状態で、排尿時点で、出力信号の強度が強くなっている（暗い状態から明るい状態へ遷移している）。この差分検出部１３の強度の変化から、排尿を検出することができる。本実施形態においては、おむつを装着した被介護者が排尿したことをその排尿の時に検出することができるので、直ちにおむつを交換する等の対応をとることができ、被介護者の不快感を解消することができる。また、所謂おむつセンサのようにおむつ内にセンサを入れてその色の変化で排尿を検査する場合と異なり、本実施形態の場合は、布団をかけた状態で排尿を検出することができるという利点がある。
【００７０】
図１５（ａ）は、洗濯物の乾燥に本実施形態のセンサ１０１を使用した例である。洗濯物１０３，１０４が、ハンガーにかけられており、これらの洗濯物１０３，１０４に対し、センサ１０１から横方向にレーダー波が照射され、センサ１０１にて、洗濯物１０３，１０４からの反射波が検出される。図１５（ｂ）は、距離ｄ１の位置にある洗濯物１０３による定在波から求めた距離スペクトルの強度の時間変化であり、図１５（ｃ）は、距離ｄ２の位置にある洗濯物１０４による定在波から求めた距離スペクトルの強度の時間変化である。そして、差分検出部１３は、距離ｄ１の距離スペクトルに対し、ある特定の時点の距離スペクトルを基準時の距離スペクトルとし、一定のサンプリング時点毎に、得られた距離スペクトル（図１０（ａ））から、基準時の距離スペクトル（図１０（ｂ））を減算し、差分距離スペクトル（図１０（ｃ））を演算する。その結果、基準時の距離スペクトルＰ０（ｘ）からの変化がなければ、各サンプリング時点毎に得られた差分距離スペクトルは、図１０（ｃ）に示すように、０となる。そして、図１０（ｄ）に示すように、測定対象に水分が存在する場合は、その水分に起因するスペクトルを含む距離スペクトルＰ（ｘ）が得られる。その結果、図１０（ｅ）に示すように、差分距離スペクトルＰ（ｘ）−Ｐ０（ｘ）には、水分に起因する距離スペクトルのみが出現する。従って、判定部１５は、この差分距離スペクトルを監視し、差分距離スペクトルが０になった時点を乾燥完了時点と判断する。図１５（ｂ）、（ｃ）に示すように、図１５（ａ）に示すセンサ１０１寄りの洗濯物１０３の方が、洗濯物１０４よりも早く乾燥が完了したことが判別できる。このようにして、洗濯物１０３，１０４の乾燥の状態を、個別に検知することができる。
【００７１】
誘電率は、衣類の繊維を構成するポリエチレンが２．３、木綿が３．０、水が８０と、衣類は水との誘電率差が大きいので、距離スペクトルのピーク強度が各衣類の湿潤状態で異なるため、測定対象の状態を検知することができる。そして、本実施形態においては、定在波により距離計測が可能であるため、距離が異なる複数の洗濯物の乾燥度を夫々個別に計測することが可能である。このため、乾燥が完了した洗濯物だけを取り込み、未だ、乾ききっていない洗濯物を残して継続して乾燥処理するという選択も可能になる。また、布団の乾燥の場合には、その芯の部分の乾燥が十分でない場合も、容易に検出することができる。更に、乾燥した布を屋外に吊しておき、その水分量を検知するようにすると、雨が降ってきたときに、距離スペクトルのピーク強度が上昇することにより、その降雨を検知することもできる。
【００７２】
なお、多数の洗濯物が重ねて物干し棒に吊り下げられている場合、多数の距離スペクトルが相互に一部で重なって検出されるが、その複数のピーク強度の平均値の経時変化から、多数の洗濯物の平均的な乾燥の進行を検出することができる。又は、複数のピーク強度の平均値を算出しなくても、差分距離スペクトルのピーク強度の経時変化から、それが０になった場合に、全ての洗濯物の乾燥が完了したと判定することができる。
【００７３】
また、部屋内に設置されたじゅうたんなどの敷物にセンサ１０１を向け、その水分量を経時的に検出することにより、敷物中の水分の量が特定の量を超えるか否かを判定し、検出された水分量が特定の水分量を超えた場合に、警報を発することによって、梅雨時のカビの発生なども未然に防止することができる。
【００７４】
なお、多孔質のセラミックス又は吸湿性の高分子膜に対してセンサ１０１を設置し、その距離スペクトルのピーク強度の変化として、水分量の変化を検知することにより、セラミックス又は高分子膜を乾湿体として、湿度を計測することができる。
【００７５】
一方、図１６は、本発明の実施形態のセンサ１０１を、魚の干物の製作に適用した場合を示す。図１６（ａ）は、干物を直線上に並べて干した場合、図１６（ｂ）は、干物を円周上に並べて干した場合を示す。これらのいずれの場合も、図１５（ａ）と同様に、複数のピークが検出されるが、魚の間隔が短くて、各スペクトルは、いずれも個別に分離することができない。しかし、測定対象の水分量の検知には、距離スペクトルのピーク強度を使用するので、各スペクトルが個別に分離されていなくても、複数のピーク強度を検知することができれば、測定対象の水分量を検知することができる。そこで、魚の天日干しの場合には、この距離スペクトルの複数のピークについて、そのピーク強度を経時的に監視し、魚の水分量に関連するピーク強度の殆どが、予め定めた一定の範囲に入ったときに、魚の天日干しを終了する。干物としては，水分量が０になるまで乾燥を進行させてはならず、所定量の水分は干物に残した状態で、乾燥を終了する必要がある。そこで、本実施形態により、干物の水分量の低下を監視しつつ、各ピーク強度から得られる水分量の殆どが、所定の範囲内に入ったときに、乾燥処理を終了する。このように、干物として、必要な水分量を予め設定しておくことにより、この水分量に達したときに、警報を発することとすれば、この警報が発生したときに作業者が干物を収受することにより、適度の水分量をもつ干物を製作することができる。即ち、美味さの最適な水分状態で干物の乾燥を止めることができるため、うまみ及び熟成が最適な状態で干物を出荷することも可能になる。
そして、この最適な状態を警報で通知すれば、作業者が、常時干物の乾燥状態を点検する必要がなくなる。
【００７６】
図１７（ａ）に示すように、氷にレーダー波を照射した場合、氷の比誘電率は前述の如く４．２と低く、レーダー波は氷で反射しにくい（氷を透過しやすい）。これに対し、図１７（ｂ）に示すように、水にレーダー波を照射した場合、水の比誘電率は前述の如く８０と高いので、レーダー波は水で反射し易い（水を透過しにくい）。よって、レーダー波を照射して、定在波の距離スペクトルを求めることにより、測定対象が氷の状態なのか、水の状態なのかを判別することができる。このように、化学式は同じでも、誘電率が異なるのは、図１７（ｃ）に示すように、氷が固体、水が液体、水蒸気が気体であり、水がそのときの温度により、変態するからである。このため、例えば，野菜又は魚等の測定対象の温度を徐々に低下させ、０℃を下回っても、凍結しないように低冷却速度で冷却する。そして、図１７（ｄ）に示すように、所定の過冷度が得られるまで過冷却し、測定対象に衝撃を印加すると、野菜又は魚等の内部の水が過冷却の破壊により一挙に凍結して氷に変態する。そうすると、野菜又は魚を徐々に凍らせると、この凍結の過程で野菜又は魚の細胞が破壊されてしまい、解凍すると、品質が劣化してしまう。これに対し、上述の如くして、過冷却の後、一挙に凍結すると、細胞の破壊が生じないので、鮮度を保持したまま、保存することができ、解凍しても、品質が劣化することがない。
【００７７】
図１８は、本発明の実施形態のセンサ１０１を結露の検出に利用した場合の図である。図１８（ｂ）は室内が乾燥している状態、図１８（ｃ）は窓に結露が生じ始めて、水滴が窓に付着した状態、図１８（ｄ）は窓の全面に水滴が付着した状態を示す。そして、図１８（ｂ）に示すように、窓に向けてセンサ１０１を設置し、差分距離スペクトルを求め、そのピーク強度の経時変化を監視する。そうすると、ガラスの誘電率が３．７〜１０．０であり、水の誘電率が８０であるので、図１８（ａ）に示すように、窓ガラスに結露が発生すると、距離スペクトルのピーク強度が上昇する。これにより、窓ガラスの結露を検出することができる。
【００７８】
一方、図１８（ｃ）に示すように、窓の表面から反射した反射波との合成波である定在波と、水滴の表面から反射した反射波との合成波である定在波とには、位相差が存在する。そこで、数式１５及び数式１６に示すように、定在波の距離スペクトルの位相差から、微小変位を求めることができ、微小変位として水滴の大きさを検出することができる。この場合に、距離スペクトルの多数のピークが検出された場合には、図２に示す信号処理部８の帯域通過フィルタ１６により、ピーク間の部分が削除されて各スペクトルが個別的に分離された距離スペクトルを得る。そして、分離された各距離スペクトルの位相差から、微小変位を求める。
【００７９】
図１９は、前立腺肥大症の検査に本発明の実施形態のセンサ１０１を使用した例である。図１９（ａ）に示すように、トイレにセンサ１０１を設置し、患者に実際に排尿してもらう。そうすると、図１９（ｂ）に示すように、排尿の過程で、センサ１０１により検出された水分量として、排尿の尿流量の経時変化を検出することができる。底で、正常の場合の排尿パターンと、前立腺肥大症の場合の排尿パターンとで、その排尿のパターンが異なるので、前立腺の異常を医師が診断することができる。このように、他人にみられないプライバシーは確保しつつ、実際の排尿の過程を医師に知らせることができる。また、自宅での排尿を計測により、自宅で健康管理に利用することができる。
【００８０】
また、水の誘電率は約８０であるが、誘電率が３．０〜１５．０の塩を含む溶液では、誘電率が更に高くなる。このことを利用して、例えば、排尿時の尿計測により、健康診断をすることもできる。即ち、尿には水分の他に、蛋白、血液、電解質が含まれているが、これらを含むことにより、尿の誘電率が異なる。よって、日々の尿の誘電率の変化を検出して記録することにより、結果を健康管理に活用することもできる。
【００８１】
図２０は、自動車のエンジンオイル及び潤滑油にレーダー波を照射し、反射波との合成波を検出して、定在波を検知し、距離スペクトル及び差分距離スペクトルを求めて、差分距離スペクトルのピーク強度を、経時的に求めたものである。図２０の横軸は時間（任意単位）であり、縦軸は差分距離スペクトルのピーク強度（任意単位）である。このピーク強度は、測定対象である油（オイル）の誘電率に対応する。油が、潤滑油等として使用されていく過程で、油中に金属粉等の不純物が増加していき、油の純度が劣化すると、油の誘電率が変化する（上昇する）。そこで、誘電率に対応するピーク強度の経時変化を監視することにより、油の劣化度を判定することができ、油の交換時期を判断することができる。なお、ピーク強度については、油が新鮮な未使用の状態で、そのときのピーク強度が０になるように、測定されたピーク強度を０点校正することが必要である。具体的な油の定在波検知方法としては、例えば、使用中の油又は検査対象の油を、透明なプラスチック製の筒の中に通流させ、この透明筒の外部からレーダー波を筒内の流体に向けて発信し、流体からの反射波を検知して、その合成波としての定在波を検知すればよい。
【００８２】
図２１（ａ），（ｂ）は、土の飽和度と比誘電率との関係を示すグラフ図である。これらのグラフ図は、横軸に土中の含水量をとり、縦軸に比誘電率をとって、その関係を示すものである。このように、土中の水分量と比誘電率との間には相対関係があるので、本実施形態のセンサ１０１により、土からの反射波を検出し、発信波との合成波である定在波を検知すると、差分距離スペクトルのピーク強度から比誘電率の変化を測定し、土中の水分量を測定することができる。
【００８３】
図２２は、本実施形態を表層雪崩の検知に使用したものである。図２２（ａ）に示すように、斜面に積雪すると、雪層には雪粒同士の結合力が作用していて、雪層は積雪状態で斜面に止まっているが、この雪層には、雪層の重力により落下しようとする力と、山の斜面との間の摩擦力により斜面に積雪状態でとどまろうとする力も作用する。これらの力が釣り合って、雪層は斜面に積雪している。この場合に、大雪により、雪層が重くなり、重力が増大して雪崩が発生する場合と、人又は動物が斜面を横切って雪粒同士の結合力が弱まり、雪層が分断されて雪崩が発生する場合とがある。更に、日射及び気温の上昇又は降雨により、雪が融けたときにも、雪層の内部に水路が生じたり、雪層と山の斜面との間に水路が生じたりして、雪崩が発生する場合がある。そして、図２２（ｂ）に示すように、雪層の内部に水路が生じ、水面が生じると、表層雪崩が発生する。また、図２２（ｃ）に示すように、雪層と山面との間に水路が生じ、水面が生じると、全層雪崩が発生する。これらのいずれの場合も、本実施形態のセンサ１０１により、雪面に向けてレーダー波を照射し、反射波との合成波をとって、定在波を検知し、差分距離スペクトルを求めると、雪の誘電率は４．２、水の誘電率は８０であるので、水面の発生により、差分距離スペクトルのピーク強度が上昇する。これにより、雪層の水路の形成を検知できるので、本実施形態により、雪崩の発生を予知することができる。
【００８４】
図１０に示す上記実施形態においては、差分検出部１３は、ある特定の時点でサンプリングした距離スペクトルを基準距離スペクトルとして、以後の各サンプリング時点で得られた距離スペクトルから、この基準距離スペクトルを減算して、差分距離スペクトルを求めている。しかし、差分距離スペクトルは、各サンプリング毎に異なる距離スペクトルを減算することとしてもよい。例えば、一定のサンプリングタイムで、距離スペクトルを求め、特定の時点の差分距離スペクトルを、その特定の時点の距離スペクトルから、その前回又は複数回前のサンプリング時点で得られた距離スペクトルを減算することにより、求めても良い。この場合は、環境の変動による測定値のノイズをより確実に削除することができる。
【符号の説明】
【００８５】
７：定在波レーダーモジュール基板
８：定在波レーダーモジュール
１０：ＬＥＤ制御ユニット
１１：基板
１２：フレーム
３１：演算部
３５：２４ＧＨｚ高周波モジュール
４２：信号処理部
１０１：センサ
【要約】
【課題】屋内のように狭い空間においても、測定対象の距離を測定できると共に、この測定対象の水分の経時的変化を測定することができ、距離及び水分等の状態を検知できるようにする。
【解決手段】距離スペクトル演算部１２は、定在波検知部２が検知した合成波の周波数の強度分布から、その直流成分を除去し、フーリエ変換して、距離スペクトルを求める。差分検出部１３は、前記距離スペクトルから、基準時の距離スペクトルを減算して、距離スペクトルの差分を演算し、この差分距離スペクトルを経時的に求める。距離演算部１４は、前記差分距離スペクトルの距離成分により測定対象までの距離を求める。更に、判定部１５は、前記差分距離スペクトルのピーク強度が、前記測定対象の誘電率の変化に基づいて変化する経緯を監視し、そのピーク強度の変化に基づいて、前記測定対象における水分の変化等の状態を判定する。
【選択図】図１【図１】
0005861179.tif 000018
【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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