(57)【要約】    【課題】  安価で取扱いが容易な秤量測定方法と坪量計を提供する。    【解決手段】  サンプル１０の一面側のみに配置される誘電体共振器１と、誘電体共振器１をそのサンプル測定面を除いて実質的に覆うシールド容器４と、誘電体共振器１に電界ベクトルを発生させるマイクロ波用励振装置６，２ａと、誘電体共振器１による透過エネルギー又は反射エネルギーを検出する検出装置８，２ｂと、誘電率と密度が一定で坪量が既知の標準サンプルの坪量を変更させて、各々の坪量に対する誘電体共振器１によって一定の条件で測定した共振周波数シフト量に基づいて作成された坪量に対する共振周波数シフト量を示す検量線を記憶させた記憶装置１２と、誘電率と密度が標準サンプルと等しい測定対象サンプルの共振周波数シフト量の測定結果と検量線とからその測定対象サンプルの坪量を演算するデータ処理装置１４とを備えている。【選択図】      図１
2006349425.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
次のステップを備えて測定対象サンプルの坪量を求める坪量測定方法。
（ステップ１）シート状のサンプルの一面側のみに配置される誘電体共振器のサンプル測定面を、坪量が既知の標準サンプルに一定の条件で配置し、該標準サンプルの誘電率と密度を一定に保って坪量を変更させて、各々の坪量に対する該誘電体共振器の共振周波数シフト量を測定し、坪量に対する共振周波数シフト量を示す検量線を取得するステップ。
（ステップ２）誘電率と密度が標準サンプルと等しく坪量が未知の測定対象サンプルについて、前記一定の条件で前記誘電体共振器によって共振周波数シフト量を測定するステップ。
（ステップ３）その測定値と前記検量線から測定対象サンプルの坪量を求めるステップ。
ここで、共振周波数シフト量とはサンプル（標準サンプル又は測定対象サンプル）がない場合とある場合との共振周波数の差をいう。
【請求項２】
サンプルの一面側のみに配置された誘電体共振器のサンプル測定面を、坪量ｂが既知の標準サンプルに一定の条件で配置し、共振周波数シフト量Δｆを測定して下記の定数Ａを算出し、
誘電率と密度が標準サンプルと等しい測定対象サンプルについて前記一定の条件で前記誘電体共振器による共振周波数シフト量Δｆを測定し、その測定対象サンプルの坪量ｂを下記式（１）に従って算出する坪量測定方法。
Δｆ＝Ａ・ｂ      （１）
ここで、Δｆ＝ｆ0−ｆs
ｆ0：サンプル（標準サンプル又は測定対象サンプル）がない場合の共振周波数。
ｆs：サンプル（標準サンプル又は測定対象サンプル）がある場合の共振周波数。
【請求項３】
前記一定の条件は、前記誘電体共振器のサンプル測定面をサンプルに接触させて測定を行なうことである請求項１又は２記載の坪量測定方法。
【請求項４】
前記一定の条件は、前記誘電体共振器のサンプル測定面をサンプルから一定の距離だけ離して測定を行なうことである請求項１又は２記載の坪量測定方法。
【請求項５】
サンプルがない場合の共振ピークレベルとサンプルがある場合の共振ピークレベルとの差に基づいてサンプルの水分含有量又は水分含有率も求める請求項１から４のいずれかに記載の坪量測定方法。
【請求項６】
前記誘電体共振器が同一平面上に配置された複数個を含み、かつそれらの誘電体共振器は前記平面に平行なサンプル内平面において一方向成分をもつ電界ベクトルが各誘電体共振器において別方向になるように配置された測定装置を使用し、
前記複数の誘電体共振器からの出力をそれぞれ増幅した信号から共振ピークレベルをそれぞれ検出し、それぞれの共振ピークレベルを別途設定する目標共振ピークレベルに近づくように、前記複数の誘電体共振器のそれぞれへ出力するマイクロ波発信手段の出力もしくは前記複数の誘電体共振器それぞれからの出力を減衰又は増幅させ、
前記複数の誘電体共振器の出力の差からサンプルの誘電的異方性を求めるとともに、
前記複数の誘電体共振器の出力の平均値を用いて前記検量線又は定数Ａを求め、測定対象サンプルに対する前記複数の誘電体共振器の出力の平均値に基づく測定結果と前記検量線又は定数Ａから測定対象サンプルの坪量を演算する請求項１から４のいずれかに記載の坪量測定方法。
【請求項７】
前記共振ピークレベルとして前記複数の誘電体共振器の出力の平均値を用いてサンプルの水分含有量又は水分含有率を求める請求項６に記載の坪量測定方法。
【請求項８】
サンプルの一面側のみに配置される誘電体共振器と、
前記誘電体共振器をそのサンプル測定面を除いて実質的に覆うシールド容器と、
前記誘電体共振器に電界ベクトルを発生させるマイクロ波用励振装置と、
前記誘電体共振器による透過エネルギー又は反射エネルギーを検出する検出装置と、
誘電率と密度が一定で坪量が既知の標準サンプルの坪量を変更させて、各々の坪量に対する前記誘電体共振器によって一定の条件で測定した共振周波数シフト量に基づいて作成された坪量に対する共振周波数シフト量を示す検量線を記憶させた記憶装置と、
誘電率と密度が前記標準サンプルと等しい測定対象サンプルの共振周波数シフト量の測定結果と前記検量線とからその測定対象サンプルの坪量を演算するデータ処理装置とを備えた坪量測定装置。
ここで、共振周波数シフト量とはサンプル（標準サンプル又は測定対象サンプル）がない場合とある場合との共振周波数の差をいう。
【請求項９】
サンプルの一面側のみに配置される誘電体共振器と、
前記誘電体共振器をそのサンプル測定面を除いて実質的に覆うシールド容器と、
前記誘電体共振器に電界ベクトルを発生させるマイクロ波用励振装置と、
前記誘電体共振器による透過エネルギー又は反射エネルギーを検出する検出装置と、
誘電率と密度が一定で坪量ｂが既知の標準サンプルの坪量を変更させて、各々の坪量に対する前記誘電体共振器によって一定の条件で測定した共振周波数シフト量Δｆに基づいて求められた下記式（２）の定数Ａを記憶させた記憶装置と、
誘電率と密度が前記標準サンプルと等しい測定対象サンプルの共振周波数シフト量Δｆの測定結果と前記記憶装置に記憶された定数Ａとから、下記式（２）に基づいてその測定対象サンプルの坪量ｂを算出するデータ処理装置とを備えた坪量測定装置。
Δｆ＝Ａ・ｂ      （２）
ここで、Δｆ＝ｆ0−ｆs
ｆ0：サンプル（標準サンプル又は測定対象サンプル）がない場合の共振周波数。
ｆs：サンプル（標準サンプル又は測定対象サンプル）がある場合の共振周波数。
【請求項１０】
サンプルがない場合の共振ピークレベルとサンプルがある場合の共振ピークレベルとの差に基づいてサンプルの水分含有量又は水分含有率を求める機能を前記データ処理装置が更に有することによって、水分測定機能を有する請求項８又は９に記載の坪量測定装置。
【請求項１１】
前記誘電体共振器は同一平面上に配置された複数個を含み、かつそれらの誘電体共振器は前記平面に平行なサンプル内平面において一方向成分をもつ電界ベクトルが各誘電体共振器において別方向になるように配置され、
それらの誘電体共振器の出力の差からサンプルの誘電的異方性を求める機能を前記データ処理装置が更に有することによって、配向測定機能を有し、
前記複数の誘電体共振器の出力の平均値を用いて前記検量線又は定数Ａを求め、測定対象サンプルに対する前記複数の誘電体共振器の出力の平均値に基づく測定結果と前記検量線又は定数Ａから測定対象サンプルの坪量を演算する請求項８から１０のいずれかに記載の坪量測定装置。
【請求項１２】
前記複数の誘電体共振器に接続されてそれぞれの出力を増幅する増幅回路は時間遅れ要素を含んだものであり、
前記複数の誘電体共振器のそれぞれは、それぞれに接続されたマイクロ波発信器から、前記増幅回路に接続されてその出力から共振ピークレベルを検出する共振ピークレベル検出回路までの間に挿入される量可変電気信号減衰／増幅手段を備えた誘電体共振器検出系を構成しており、
それぞれの誘電体共振器検出系の共振ピークレベル検出回路からの出力を、別途設定する目標共振ピークレベルと比較し目標共振ピークレベルに近づくように前記量可変電気信号減衰／増幅手段に対する減衰度又は増幅度を変える信号を演算出力する演算手段、を備えている請求項１１に記載の秤量測定装置。
【請求項１３】
前記誘電体共振器は単一の誘電体共振器のみを含み、その誘電体共振器は一平面に平行なサンプル内平面において一方向成分の電界ベクトルをもち、
前記サンプル又は前記誘電体共振器を前記平面に平行な面内で回転させる回転機構を有し、
前記回転機構による回転にともなう前記誘電体共振器出力の変化からサンプルの誘電的異方性を求める機能を前記データ処理装置が更に有することによって、配向測定機能を有し、
前記回転機構による回転にともなう前記誘電体共振器出力の平均値を用いて前記検量線又は定数Ａを求め、測定対象サンプルに対する前記誘電体共振器出力の平均値に基づく測定結果と前記検量線又は定数Ａから測定対象サンプルの坪量を演算する請求項８から１０のいずれかに記載の坪量測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紙、不織布、フィルムをはじめとするシート状物質の厚さ又は坪量（１ｍ2あたりの質量）を、マイクロ波の共振を利用して測定する方法と装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
シート状物質、例えば紙やフィルムの厚さや坪量は製品品質上もっとも重要なものの一つであり、製造工程中に厚さや、紙の場合は特に坪量をオンライン計測することは必要不可欠である。
【０００３】
現在、紙の製造工程中に坪量をオンライン計測する方法としては、β線を用いるものが一般的であり、特にクリプトン８５が主に使用される。β線は放射線の一種であって、放射性同位元素のβ崩壊により発生した荷電粒子である。β線は、サンプルの一方の面に照射され、もう一方の面に透過してきた量が検出される。サンプルの一方の面に照射されたβ線は、サンプルを透過する途中でサンプルを構成する原子の状態を励起させたり電離させたりし、β線自身も運動エネルギーを失ったりすることでエネルギー損失を受けながら、もう一方の面を透過する。このエネルギー損失の量は、サンプルを構成する物質の特性（吸収係数）と量（厚さや坪量など）によって決定される。これの関係は（３）式によって表される。
【０００４】
I  ＝  I0  exp（−μρχ）          （３）
ここで、I0：照射される放射線強度
I  ：透過後の放射線強度
μ：放射線のエネルギーとサンプルによって決まる吸収計数
ρ：サンプルの密度
χ：透過物質の厚さ。
【０００５】
また坪量をｂで表わすと、ｂ＝ρ・χであるため、（３）式は（４）式となる。
I  ＝  I0  exp（−μｂ）            （４）
すなわち、あらかじめ、測定対象であるサンプルごとに坪量が既知の標準サンプルを用いて検量線を作っておけば、サンプルごとに決められる吸収係数μを計算によって求めることができる。よって操業時には、照射される放射線強度I0と透過後の放射線強度Iを測定することにより、（４）式によりサンプルの坪量が求められる。このように、この方法では対象とするサンプルの吸収係数をあらかじめ求めておくことが必要であるものの、操業時にオンライン状態で瞬時に坪量が計算できるため、抄紙マシンのオンライン制御も行われている。
【特許文献１】特開平１０−３２５８１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、坪量測定にβ線を用いる方法の場合、β線そのものが放射線であるため人体に影響を及ぼすものであり、よって取扱いが容易ではない。また、万が一不測の事態が生じた場合には操業者に危険を及ぼす可能性がある。
本発明は安価で取扱いが容易な秤量測定方法と坪量計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】
【０００７】
本発明の秤量測定方法の一局面は、次のステップを備えて測定対象サンプルの坪量を求める。
（ステップ１）シート状のサンプルの一面側のみに配置される誘電体共振器のサンプル測定面を、坪量が既知の標準サンプルに一定の条件で配置し、該標準サンプルの誘電率と密度を一定に保って坪量を変更させて、各々の坪量に対する該誘電体共振器の共振周波数シフト量を測定し、坪量に対する共振周波数シフト量を示す検量線を取得するステップ。
（ステップ２）誘電率と密度が標準サンプルと等しく坪量が未知の測定対象サンプルについて、前記一定の条件で前記誘電体共振器によって共振周波数シフト量を測定するステップ。
（ステップ３）その測定値と前記検量線から測定対象サンプルの坪量を求めるステップ。
ここで、共振周波数シフト量とはサンプル（標準サンプル又は測定対象サンプル）がない場合とある場合との共振周波数の差をいう。
【０００８】
本発明の秤量測定方法の他の局面は、サンプルの一面側のみに配置された誘電体共振器のサンプル測定面を、坪量ｂが既知の標準サンプルに一定の条件で配置し、共振周波数シフト量Δｆを測定して下記の定数Ａを算出し、誘電率と密度が標準サンプルと等しい測定対象サンプルについて前記一定の条件で前記誘電体共振器による共振周波数シフト量Δｆを測定し、その測定対象サンプルの坪量ｂを下記式（５）に従って算出する。
【０００９】
Δｆ＝Ａ・ｂ      （５）
ここで、Δｆ＝ｆ0−ｆs
ｆ0：サンプル（標準サンプル又は測定対象サンプル）がない場合の共振周波数。
ｆs：サンプル（標準サンプル又は測定対象サンプル）がある場合の共振周波数。
【００１０】
誘電体共振器で共振周波数シフト量Δｆを測定する一定の条件の一形態は誘電体共振器のサンプル測定面をサンプルに接触させて測定を行なうことであり、他の形態は誘電体共振器のサンプル測定面をサンプルから一定の距離だけ離して測定を行なうことである。
サンプルがない場合の共振ピークレベルとサンプルがある場合の共振ピークレベルとの差に基づいてサンプルの水分含有量又は水分含有率も求めるようにしてもよい。
【００１１】
本発明の坪量測定装置を図１に示す。
その一局面は、サンプル１０の一面側のみに配置される誘電体共振器１と、誘電体共振器１をそのサンプル測定面を除いて実質的に覆うシールド容器４と、誘電体共振器１に電界ベクトルを発生させるマイクロ波用励振装置６，２ａと、誘電体共振器１による透過エネルギー又は反射エネルギーを検出する検出装置８，２ｂと、誘電率と密度が一定で坪量が既知の標準サンプルの坪量を変更させて、各々の坪量に対する誘電体共振器１によって一定の条件で測定した共振周波数シフト量に基づいて作成された坪量に対する共振周波数シフト量を示す検量線を記憶させた記憶装置１２と、誘電率と密度が標準サンプルと等しい測定対象サンプルの共振周波数シフト量の測定結果と検量線とからその測定対象サンプルの坪量を演算するデータ処理装置１４とを備えている。マイクロ波用励振装置はマイクロ波発振器６とアンテナ２ａを備え、検出装置は検波器８とアンテナ２ｂを備えている。
【００１２】
本発明の坪量測定装置の他の局面は、誘電体共振器１、シールド容器４、マイクロ波用励振装置６，２ａ及び検出装置８，２ｂを備えている点は上記の一局面と同じであるが、記憶装置１２は誘電率と密度が一定で坪量ｂが既知の標準サンプルの坪量を変更させて、各々の坪量に対する誘電体共振器１によって一定の条件で測定した共振周波数シフト量Δｆに基づいて求められた下記式（６）の定数Ａを記憶しており、データ処理装置１４は誘電率と密度が標準サンプルと等しい測定対象サンプルの共振周波数シフト量Δｆの測定結果と記憶装置１２に記憶された定数Ａとから、下記式（６）に基づいてその測定対象サンプルの坪量ｂを算出するものとなる。
【００１３】
Δｆ＝Ａ・ｂ      （６）
ここで、Δｆ＝ｆ0−ｆs
ｆ0：サンプル（標準サンプル又は測定対象サンプル）がない場合の共振周波数。
ｆs：サンプル（標準サンプル又は測定対象サンプル）がある場合の共振周波数。
【００１４】
本発明の坪量測定装置は、サンプルがない場合の共振ピークレベルとサンプルがある場合の共振ピークレベルとの差に基づいてサンプルの水分含有量又は水分含有率を求める機能をデータ処理装置１４が更に有することによって、水分測定機能を有するものとしてもよい。
【００１５】
本発明の坪量測定装置は、また、配向測定機能を備えたものとすることもできる。そのような坪量測定装置の一形態は、誘電体共振器は同一平面上に配置された複数個を含み、かつそれらの誘電体共振器は前記平面に平行なサンプル内平面において一方向成分をもつ電界ベクトルが各誘電体共振器において別方向になるように配置され、それらの誘電体共振器の出力の差からサンプルの誘電的異方性を求める機能をデータ処理装置１４が更に有することによって配向測定機能を有し、それらの複数の誘電体共振器の出力の平均値を用いて前記の検量線又は定数Ａを求め、測定対象サンプルに対するそれらの複数の誘電体共振器の出力の平均値に基づく測定結果と検量線又は定数Ａから測定対象サンプルの坪量を演算するものである。
【００１６】
複数の誘電体共振器に接続されてそれぞれの出力を増幅する増幅回路は時間遅れ要素を含んでいることがある。その場合の好ましい形態として、複数の誘電体共振器のそれぞれは、それぞれに接続されたマイクロ波発信器から、前記増幅回路に接続されてその出力から共振ピークレベルを検出する共振ピークレベル検出回路までの間に挿入される量可変電気信号減衰／増幅手段を備えた誘電体共振器検出系を構成したものとし、それぞれの誘電体共振器検出系の共振ピークレベル検出回路からの出力を、別途設定する目標共振ピークレベルと比較し目標共振ピークレベルに近づくように前記量可変電気信号減衰／増幅手段に対する減衰度又は増幅度を変える信号を演算出力する演算手段を備えているようにすることができる。
【００１７】
誘電体共振器検出系が更にアナログ／ディジタル変換回路部を有し、このアナログ／ディジタル変換回路部の入力範囲内で目標共振ピークレベル電圧が設定されるようにすることができる。
【００１８】
量可変電気信号減衰／増幅手段の一例はプログラマブルアッテネータである。プログラマブルアッテネータは誘電体共振器とマイクロ波発信器との間に接続することができる。
量可変電気信号減衰／増幅手段の他の例は増幅回路内に設けられたものである。
【００１９】
配向測定機能を備えた坪量測定装置の他の形態は、誘電体共振器が単一の誘電体共振器のみを含み、その誘電体共振器が一平面に平行なサンプル内平面において一方向成分の電界ベクトルをもち、サンプル又は誘電体共振器を前記平面に平行な面内で回転させる回転機構を有し、その回転機構による回転にともなう誘電体共振器出力の変化からサンプルの誘電的異方性を求める機能をデータ処理装置１４が更に有することによって、配向測定機能を有し、その回転機構による回転にともなう誘電体共振器出力の平均値を用いて検量線又は定数Ａを求め、測定対象サンプルに対する誘電体共振器出力の平均値に基づく測定結果と検量線又は定数Ａから測定対象サンプルの坪量を演算するものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明では誘電体共振器に測定対象サンプルの共振周波数シフト量を測定し、その測定値を予め求めておいて検量線に当てはめるか、予め定数Ａを求めておいて式を用いることによりそのサンプルの坪量を求めるようにしたので、放射線など人体に悪影響を及ぼすものを利用することなく安全で、取扱い容易に坪量を測定することが可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図２に一実施形態を概略的に示す。（Ａ）はブロック図、（Ｂ）は等価回路図である。
誘電体共振器１に対し、適当なマイクロ波用ロッドアンテナ２ａ、２ｂを誘電体共振器に対して適当な位置に方向で配置することにより、誘電体共振器１を共振させ、かつ誘電体共振器１から外部にしみだした電界ベクトル２０が存在するような共振モードを作ることができる。なお、本図では簡単のためにシールド容器の図示を省略している。その共振モードとしては、誘電体共振器１のサンプル対向面が円形の場合にはＨＥＭモード、方形の場合はＴＭモード、ＴＥモードなどがある。電界ベクトル２０の強度は誘電体共振器１から離れるにつれてほぼ指数関数的に減少していくが、誘電体共振器１から僅かな距離を離して、又は誘電体共振器１に接触させてサンプル１０を置くことにより、電磁的結合によりサンプル１の誘電率に応じて共振周波数がシフトする。
【００２２】
発振器６から出たマイクロ波はロッドアンテナ２ａにより誘電体共振器１と電磁的に結合し、誘電体共振器１は共振状態となることができる。誘電体共振器１の電界ベクトル２０はサンプル１０の面にほぼ平行な形で現われ、サンプル１０のもつ双極子モーメントとの相互作用が起こる。誘電体共振器１による透過マイクロ波がロッドアンテナ２ｂを介して検波器８により検出される。コントローラー１６は検波器８によるマイクロ波強度を取り込む。１８はその検出されたマイクロ波強度から坪量を求めるデータ処理装置としてのコンピュータである。
【００２３】
次に坪量（厚さ）の原理を説明する。誘電体共振器１において、透過マイクロ波強度と周波数との間には図３（Ａ）に示されるような関係がある。この共振カーブをＱカーブと呼ぶ。Ｑカーブは、サンプル１０が置かれることによって、以下の関係により変化する。
【００２４】
2006349425.tif 000003
【００２５】
ωs：複素角周波数（サンプルがある場合）
ω0：複素角周波数（サンプルがない場合）
Ｐ：電気分極
Ｊ：導電電流密度
Ｅa：電界
Ｍ：磁界
εs：誘電体共振器の誘電率
*：複素数であることを示す
【００２６】
サンプルがある場合とない場合（ブランク）との間での共振周波数の変化を示したのが図３（Ｂ）である。
なお、（７）式は本来、空洞共振器の場合に成立する式であるが、本発明では実質的にサンプルを誘電体共振器１の近傍に配置するか誘電体共振器に接触させるため、本発明においても（７）式が成立する。
【００２７】
上記（７）式において、Ｗは誘電体共振器内の蓄積エネルギーであり、誘電体共振器１の誘電率εと電界Ｅａによって決まるものである。よって測定するサンプルに影響されない装置固有の値となる。次に、μ0・Ｍ・Ｈa*の項はサンプルが非磁性の誘電体であるため０となる。以上をまとめて再度書き表すと（８）式となる。
2006349425.tif 000004
【００２８】
さらに、複素誘電率の実数部と虚数部を分離し、実数部すなわち誘電率ε’についてのみ記述すると（９）式を得る。
2006349425.tif 000005
【００２９】
右辺の積分項の積分を行うと（１０）式となる。
2006349425.tif 000006
【００３０】
ΔＶはサンプルの体積であり、ΔＶ＝Ｓ・ｄと表せる。ここで、Ｓはサンプルの測定面積、ｄはサンプルの厚さである。これを（１０）式に代入すると（１１）式となる。
2006349425.tif 000007
【００３１】
次に、ω＝２πｆであるため、（１１）に代入すると（１２）式を得る。
2006349425.tif 000008
【００３２】
左辺の２πを消して、両辺に−ｆａを掛けると（１３）式となる。
2006349425.tif 000009
【００３３】
坪量ｂはサンプルの密度ｅと厚さｄを用いてｂ＝ｅ・ｄと表わせることから、（１３）に代入すると（１４）式を得る。
2006349425.tif 000010
【００３４】
ｆ0、Ｅa、Ｗ、Ｓは装置固有の定数であり、ε0は定数、ε’はサンプルの誘電率でありサンプルによって決まる定数であることから、定数部分をＡとしてまとめると（１５）式を得る。
Δｆ＝Ａ・ｂ                    （１５）
【００３５】
ここで、Δｆ＝ｆ0−ｆs
ｆ0：サンプルがない場合の共振周波数
ｆs：サンプルがある場合の共振周波数
Ａ：定数
【００３６】
すなわち、図３（Ｂ）で示される共振周波数シフト量Δｆはサンプルの坪量ｂと比例関係にあり、予め定数Ａを求めておけば、Δｆを測定することでサンプルの厚さを得ることができるのである。
【００３７】
具体的にＡを求める手順を説明する。
まず実際の紙の製造では、同一の品種であるものは、坪量が異なってはいるものの原料の配合比率や密度は一定に制御されている。サンプルの誘電率は、抄紙の材料の配合比率や、紙の密度、水分量によって決められる値である。この材料にはパルプ、顔料、その他目的に応じて添加する薬品が含まれる。各品種ごとに各材料、例えばパルプであるならその種類が決められており、前述のように各材料の配合比率も決められている。すなわち、坪量が異なる同一品種においても、配合比率が一定であって、さらに密度が一定になるようにカレンダー条件などが決められているので、すなわち誘電率は一定の値となるのである。坪量は、抄紙時の原料の量の増減を調節することで制御されている。具体的には、より坪量の大きい紙を製造するときは原料の量を増やし、逆に坪量を小さくするためには原料の量を減らせばよい。このように、定数Ａは同一品種によって決まった値を取るのである。
【００３８】
そこで、原料の量を数段階に調節しながら坪量を変化させ、各段階に応じたΔｆの値を記録する。抄きあがった各段階の紙の坪量をオフライン状態で測定し、それぞれの坪量に対応したΔｆをプロットする。その一例を図４に示す。図４から明らかなように、坪量とΔｆは１次の相関を示し、その傾きはすなわち（１５）式の定数Ａを表わすのである。
【００３９】
本発明は、この相関関係を検量線として保持しておく形態と、この相関関係から求められる定数Ａを保持しておく形態の２形態をとることができる。検量線を用いる形態では未知サンプルについて測定したΔｆを検量線に当てはめて秤量を求める。定数Ａを用いる形態では未知サンプルについて測定したΔｆを（１５）式に適用して計算により坪量を求める。このようにして、未知の紙をオンライン測定すると、測定して得られるΔｆと、予め求めておいた検量線又は定数Ａを用いてその未知サンプルの坪量を直ちに得ることができる。
【００４０】
上記のように、本発明では、Δｆ、すなわち共振カーブのピーク周波数シフト量から坪量を求めるのであって、ピーク周波数を正確に測定することが極めて重要である。そのためには、まず共振の鋭さ（Ｑ値）をより大きくして、共振曲線を鋭くすることが有効である。そこで、本発明者らは誘電体共振器の形状、シールド容器の形状、それらの関係等について種々の試行を重ねた。
【００４１】
まず誘電体共振器の周囲はサンプル測定面を除いて導電性材料からなるシールド材で被われているのが好ましい。これにより、共振カーブのＱ値を高めることができる。その際、誘電体共振器のサンプル測定面側にも導電性材料からなるシールド材が配置され、サンプルが誘電体共振器のサンプル測定面とサンプル測定面側のそのシールド材との間に配置されるようになっていることがより好ましい。
【００４２】
誘電体共振器の形状については、坪量測定には角柱状（方形状）より円柱状（円筒形状）の方が好ましいことがわかった。円柱状の誘電体共振器を用いると、その共振モードがＴＭ01δモードの場合、電界ベクトルが円を描くように分布するので、誘電率の異方性があるサンプルであっても、サンプルの向きに関わらず一定の測定値が得られるのである。
【００４３】
一方、角柱状の誘電体共振器は、角柱の底面をサンプル測定平面とした場合、その形状から電界ベクトルが平行になり、例えばＴＭ101やＴＭ201など、ほとんどのＴＭモードが、誘電率が異方性をもつサンプルを測定する場合、サンプルの向きにより測定値が変化してしまう。そのことは後述するようなサンプルの誘電率異方性を測定する目的には適するものの、本発明の主目的である秤量測定には欠点となる。そこで、角柱状の誘電体共振器を用いて、誘電率異方性のあるサンプルの測定を行うためには、１つの方法としては、複数個の角柱状誘電体共振器を複数個設置し、複数個の誘電体共振器からのデータを同時に取得してその平均値から坪量を求めることができる。他の方法としては、１個の角柱状誘電体共振器を用い、サンプルの面内方向で回転させて誘電体共振器からのデータを回転方向の複数個所で取得してその平均値から坪量を求めることもできる。
【００４４】
本発明は、サンプルがない場合の共振ピークレベルとサンプルがある場合の共振ピークレベルとの差に基づいてサンプルの水分含有量又は水分含有率を求める機能をデータ処理装置が更に有することによって水分測定機能を有するものも含む。
【００４５】
マイクロ波共振器で共振をさせると図５のような共振カーブが得られる。右側の共振カーブはサンプルがない状態（ブランク）での共振カーブである。共振器の内部又は近傍にサンプルが存在すると、サンプルの有する誘電率によって左側の共振カーブのように共振周波数が低周波数側にシフトすると同時に、誘電損失率によってピークレベルが減少し、Ｑ値も減少する。この誘電損失率によって共振カーブのピークレベルが変化することに着目して、水分含有量又は水分含有率を測定する。
【００４６】
厚さｔが既知で一定であるサンプルの測定について、図６に示されるフローチャートを用いて説明する。
ステップ１でサンプルのない状態（ブランク）について共振ピークレベルＰ０を測定しておく。
次に、ステップ２でサンプルの共振ピークレベルＰｓを測定する。
【００４７】
ステップ３では両者の差ΔＰ（＝Ｐ０−Ｐｓ）を計算する。このΔＰは、サンプルの誘電損失率ε’’と、サンプルの厚さｔを掛け合わせた値ε’’・ｔに比例するものである。そこで、予め同じ厚さｔのサンプルについて、水分率とΔＰの関係を検量線として求めておけば、ステップ３で求められるΔＰの値から、水分率が得られることになる。そこで、例えば、サンプルを絶対湿度が異なる３条件以上の環境で調湿し、それぞれの条件下での水分率（重量％）及びΔＰの値を測定することで、両者の関係を表わす検量線を作っておく。
ステップ４では、ステップ３で求めたΔＰの値を前述の検量線に当てはめて水分率を求めるものである。オンライン測定の場合、一定時間ごとにステップ２〜４を繰り返せば良い。
【００４８】
厚さが一定でないサンプルの測定方法について、図７のフローチャートを用いて説明する。
ステップ１でサンプルのない状態（ブランク）について共振ピークレベルＰ０及び共振周波数Ｆ０を測定しておく。
次に、ステップ２として、サンプルの共振ピークレベルＰｓ及び共振周波数Ｆｓを測定する。
ステップ３で、ブランクとサンプルのピークレベルの差ΔＰ（＝Ｐ０−Ｐｓ）を計算する。
【００４９】
ステップ４で、ブランクとサンプルの共振周波数の差ΔＦを計算する。
空洞共振器においては、誘電率ε’が以下の（１６）式で表わせる。
ε’−１＝Ｋ１×ΔＦ／ｔ                              （１６）
一方、前述の通り、ΔＰはε’’・ｔに比例することから、（１７）式で表わせる。
ε’’＝Ｋ２×ΔＰ／ｔ                                  （１７）
ここで、Ｋ１及びＫ２はそれぞれ装置定数である。
【００５０】
（１６）、（１７）式からｔを消去すると、以下の（１８）式が得られる。
ε’’＝Ｋ２／Ｋ１・（ε’−１）×（ΔＰ／ΔＦ）        （１８）
誘電率ε’が一定であれば、（１８）式は（１９）式で表わせる。
ε’’＝Ｋ３×（ΔＰ／ΔＦ）                            （１９）
ここで、Ｋ３は定数である。
【００５１】
すなわちε’’は、サンプルのフィルムに対して水分が微量であるような場合、すなわちε’が一定であるならば、サンプルの厚さｔに関わらずΔＰ／ΔＦに比例する。
よって、ステップ５で求めるΔＰ／ΔＦは水分含有率に相関した値となる。ここで、厚さが一定の場合の実施例と同様に予め検量線を作っておけば、これによりΔＰ／ΔＦから水分含有率が求められる（ステップ６）。
【００５２】
塗工フィルムなどのように、フィルムを基材として、フィルム上の一方の面又は両面に、１層もしくは多層の塗布層を設けたサンプルについて各層の水分含有率を求める方法について以下に述べる。
【００５３】
（塗布層のΔε’’の測定）
ＰＥＴフィルムに第１塗布層を設けたサンプル、及び未塗布のＰＥＴフィルムについて、常温常湿下で調湿し、水分が平衡状態に達した状態での誘電損失率ε’’wetを分子配向計で求める。第１塗布層を設けたサンプルと、未塗布フィルムの誘電損失率の関係から、第１塗布層のみの常温常湿状態での誘電損失率ε’’第1塗布層wetが求められる。次に、十分に水分を除去した状態での誘電損失率ε’’dryを分子配向計で求め、同様に、水分を除去した状態での誘電損失率ε’’第1塗布層dryが求められる。ここで、この両者の差Δε’’第1塗布層は、第１塗布層の単位体積当たりの水分含有量（すなわち水分含有率）に相当する。
同様にすると、第２、３、…塗布層の誘電損失率Δε’’第2塗布層、Δε’’第3塗布層、…が求められる。これらの値は、測定した常温常湿の条件での固有の物性値である。
【００５４】
（厚さの測定）
基材フィルムの厚さｔbaseと各塗布層の厚さｔ第1塗布層、ｔ第2塗布層、ｔ第3塗布層、…、及び総厚さｔtotalを、厚さ計、塗工量などから求めておく。
【００５５】
（各塗布層の水分率の計算）
測定の手順について、図８のフローチャートを用いて説明する。
ステップ１で、サンプルのない状態（ブランク）について共振ピークレベルＰ０を測定しておく。
ステップ２で、１層又は複数の層を塗布した塗工フィルムからなるサンプルの共振ピークレベルＰｓを測定する。
【００５６】
ステップ３では両者の差ΔＰtotal（＝Ｐ０−Ｐｓ）を計算する。
ここで、塗工フィルム全体に含まれる総水分量に対する、基材フィルム及び各塗布層に含まれる水分量の分配率を考える。各塗布層間で水分が平衡状態に達したときの総水分量をＷで表わすと、各層のΔε’’と厚さｔを用いて（２０）式のように表わせる。
Ｗ＝Δε’’base・ｔbase＋Δε’’第1塗布層・ｔ第1塗布層＋Δε’’第2塗布層・ｔ第2塗布層＋Δε’’第3塗布層・ｔ第3塗布層＋…      （２０）
よって、各層のへの分配率ＲXは（２１）式で表わせる。
ＲX＝Δε’’X・ｔX／Ｗ                    （２１）
ここで、Ｘは基材フィルム又は各塗布層のいずれかを表す。
【００５７】
以上のような手順で、ステップ４では、各層のΔε’’と厚さｔから各層の水分分配率を求める。
さらに、ΔＰtotalは塗工フィルムの総水分含有量に比例しているため、各層の水分含有量は以下の（２２）式より求められるΔＰXに比例した値となる（ステップ５）。
ΔＰX＝ΔＰtotal×ＲX                          （２２）
よって、ΔＰX／ｔXは各層の水分含有率に相関した値となる（ステップ６）。
オンライン測定の場合、一定時間ごとにステップ２〜６を繰り返せばよい。
【００５８】
本発明の秤量測定は、また、誘電体共振器を用いて、その共振周波数の変化から繊維配向又は分子配向を測定する紙の繊維配向もしくはフィルムなどの高分子シートの分子配向をオンラインで測定する配向計においても実施することができる。その場合、秤量測定には配向測定に使用する各配向方向での誘電体共振器出力の平均値を使用する。
【００５９】
特許文献１に誘電体共振器を用いた配向計の例が示されている。誘電体共振器を複数個並べ、各誘電体共振器における共振周波数シフト量から紙の繊維配向やフィルムの分子配向をオンラインで測定する方法が記載されている。
この方法は、例えば図９に示すような誘電体共振器を用いる。図９は誘電体共振器の構造を示す平面図である。矩形誘電体共振器１が一方のアンテナ２ａにより励振され、もう一方のアンテナ２ｂから出力を出す。矩形誘電体共振器１やアンテナ２ａ，２ｂはシールドケース４内に収容されている。この誘電体共振器１の近傍にサンプルをおくと図１０に示すように共振周波数がサンプル無しのブランクの状態から低周波数側にシフトする。図１０は誘電体共振器においてこのサンプル有無に因る誘電率変化に伴う共振周波数のシフトを示す図である。図中ＭＤとはサンプルが紙サンプルの場合に抄紙機の紙の流れ方向（マシンディレクション）を意味し、ＣＤは抄紙機の紙の流れ方向の直角方向（クロスディレクション）を意味する。Δｆ＝ｆ0−ｆ1（ｆ2）で表されるシフト量がサンプルの誘電率と厚みの積に比例するため、図１１のように予め方向を例えば７２°ずつ異ならせて５個の矩形誘電体共振器１ａ〜１ｅを配備し、各シフト量を極座標上にプロットすれば、図１２のような誘電率の異方性に対応した配向パターンが得られる。図１１は５個の誘電体共振器を配置した配向計測定部３の一例を示す平面図である。図１２は図１１に示した５個の誘電体共振器から得られた配向パターンの一例を示す図である。この図１２に示した配向パターンの長軸方向から繊維あるいは分子鎖の配向方向が、また長軸と短軸の差または比から配向の程度がわかる。
【００６０】
上記のような測定原理に基き、実際にオンラインで走行している紙の繊維配向を測定すると、種々の問題が発生した。その一つが、共振周波数シフト量が適切に測定できていないという問題である。そのために、本来の配向パターンが得られなかった。本発明者等は接触方式によって紙の配向について種々の測定を繰り返した。紙の走行中のバタツキなどによって接触状態も変動し、それによって紙と誘電体共振器の測定面とのギャップが変動し、これによって測定する共振周波数が変動するという基本的な問題が考えられた。しかし、それ以上に共振周波数が適切に測定されていないことが実際にオンライン測定の結果わかった。
【００６１】
そのような変動の原因について考察した結果次のようなことがわかった。元来、誘電体共振器の共振周波数は共振ピークレベルには無関係である。つまり、誘電体共振器に入るマイクロ波のパワーが変化し、それによって共振ピークレベルが変化しても共振周波数は一定のはずである。ところが、実際には共振ピークレベルが変わると共振周波数が変化していることがわかった。例えば図１３に示すように、共振ピークレベルが上がると共振周波数も上がる傾向にあった。図１３は共振ピークレベルとそのときの共振周波数との関係をそれぞれの誘電体共振器Ｎｏ．１からＮｏ．５について示した一例の図である。
【００６２】
この原因について本発明者等が追求したところ、増幅回路に起因することがわかった。共振周波数をリアルタイムに近い高速で測定するために、図１４に示したような信号処理系を用いて図１５に示したタイムチャートで共振周波数を測定する。図１４は５個の誘電体共振器からの信号を処理する回路のブロック図である。また図１５は図１４に示したブロック図における信号の処理を示すタイムチャートである。マイクロ波発振手段の一つであるマイクロ波スイーパ発振器２１から出た信号を、アイソレータ２２ａ〜２２ｅを介して誘電体共振器１ａ〜１ｅに分配している。マイクロ波スイーパ発振器を図中スイーパと表示している。誘電体共振器からの出力は検波ダイオード２３ａ〜２３ｅで電圧に変換されその後増幅＋Ａ／Ｄ変換回路部２４ａ〜２４ｅを通ってピーク検出＋平均化処理回路部２５ａ〜２５ｅに入る。つまり、図１５に示したようにマイクロ波スイーパ発振器により周波数を掃引し、そのスイープ信号２１ｓからスタートパルス部分を検知して共振レベルがピークに達するまでの時間を測定し、その時間から比例計算によって共振周波数を求める。例えば周波数を４ギガヘルツを中心に２５０ＭＨｚ掃引によって連続的に周波数を上げるとすると、マイクロ波透過強度から共振カーブが得られる。このピーク周波数が求める共振周波数となる。これは、掃引開始タイミングをスイープ信号の立ち上がりであるスタートパルス部分によって検知できるため、そこからピークレベルに達するまでの時間を計測し、１０ｍｓｅｃで２５０ＭＨｚの掃引速度から計算して共振周波数が測定される。これを、例えば５０ｍｓｅｃの周期で繰り返し、２０回平均で１つの共振周波数としている。このように１回の掃引時間は１０ｍｓｅｃと非常に短く、高速で信号を増幅し、デジタル処理を行っているわけである。
【００６３】
図１６に図１４に示した回路中の一つの誘電体共振器についての回路をさらに詳細に示した。すなわち一つの誘電体共振器検出系の回路である。先に説明した増幅＋Ａ／Ｄ変換回路部２４ａは、一例としては増幅回路３１とＡ／Ｄコンバータ部ＬＳＩ３２からなる。増幅＋Ａ／Ｄ変換回路部２４ａからのディジタル出力はピーク検出＋平均値化処理回路部２５ａに入る。ピーク検出＋平均化処理回路部は、一例としてはピーク検出ＬＳＩと平均化処理ＬＳＩからなる。ピーク検出ＬＳＩは正確に言えば共振ピークレベル検出回路を持ち、このＬＳＩにおいて共振ピーク検出を行い、平均化処理ＬＳＩでは各スイープ毎に得られる共振ピーク周波数の平均化処理を行っている。
【００６４】
これらの各誘電体共振器検出系からの信号を後段のパソコン２７にまとめて送信したり、各増幅＋Ａ／Ｄ変換回路部２４ａ〜２４ｅ、ピーク検出＋平均化処理回路部２５ａ〜２５ｅを各誘電体共振器系毎に制御し、動作させるために制御機能をもつマイクロコンピュータ部２６がピーク検出＋平均化処理回路部の後段に接続されている。このマイクロコンピュータ部２６からの出力を演算して配向の向きや量を測定して、各データとして表示したり記憶したりするパソコン２７がマイクロコンピュータ部に接続されている。
【００６５】
ここで、図１６において増幅＋Ａ／Ｄ変換回路部２４ａにおいて増幅後の出力にはノイズによるリップルが含まれているため、増幅回路３１ではコンデンサＣ１と抵抗Ｒ２から構成されるＲＣ回路をフィードバックラインに挿入し、リップル電圧を吸収軽減し、変動の少ない直流電圧を得ている。このためコンデンサＣ１は本増幅回路では必須となっている。
【００６６】
このようなＣ１やＲ２が所謂時間遅れ要素となり、そのために、増幅回路には図１７に示すような遅れ（時定数）が生じる。図１７は増幅回路に入力されるステップ入力波形と増幅回路から出力される波形を示す波形図である。すなわち、立ち上がり時間の非常に短い、理想的なステップ状パルスＰｓを入力しても、増幅器の出力波形は理想的なステップ状にはならず、図のようにゆるやかに立ち上がる応答波形となる。一般的に最終出力電圧の６３．２％に達するまでの時間を時定数τと呼び、コンデンサの容量Ｃ１と抵抗値Ｒ２の積で表される。すなわち時定数（τ）＝Ｒ２・Ｃ１、また本回路において増幅率（｜Ｇ｜）＝Ｖｏ／Ｖｉ＝Ｒ２／Ｒ１で求められる。ここでＶｏ：出力電圧、Ｖｉ：入力電圧である。
【００６７】
このような増幅回路を使用した回路に掃引時間１０ｍｓｅｃという高速で掃引した場合の共振器出力を入力すると、増幅後の共振カーブ波形は図１８に示すように共振ピークレベル電圧について変化する。図１８は共振カーブの共振ピークレベル電圧が上昇していくにつれて共振カーブ自体がどのように変化するかを示した図である。共振カーブは理想的には共振ピークレベル電圧が上昇しても図中左右対称になるべきである。しかし、実際には、図中右側では対称形から少しずれてピーク周波数が高い側に倒れこむような共振カーブになる。図から分かるように、共振ピークレベル電圧が高ければ高いほど共振ピーク周波数が高い側にシフトすることを示している。すなわち、回路を含む共振器系が同じでも共振ピークレベル電圧が変わるだけで、本来ならば同じであるはずの共振ピーク周波数が変わってしまうという現象が発生し、これが真の共振周波数を測定することができない原因となっていたことが分かった。図中では最も大きな本来の理想的な共振カーブＣ１が増幅系の遅れによる実際の共振カーブＣ２となるわけである。
【００６８】
本発明を実施する配向測定装置の好ましい形態では、以上のような検討の結果わかった共振ピークレベル電圧のシフトの影響を受けないような配向測定装置を構成するものである。
その配向測定装置は、マイクロ波発信手段に接続される複数の誘電体共振器、該誘電体共振器に接続されてその出力を増幅する時間遅れ要素を含む増幅回路、該増幅回路に接続されてその出力から共振ピークレベルを検出する共振ピークレベル検出回路、及びマイクロ波発信手段から共振ピークレベル検出回路までの間に挿入される量可変電気信号減衰／増幅手段を備えてなる複数の誘電体共振器を含むそれぞれの誘電体共振器検出系を備える。そして、それぞれの誘電体共振器検出系の共振ピークレベル検出回路からの出力を、別途設定する目標共振ピークレベルと比較し目標共振ピークレベルに近づくように前記量可変電気信号減衰／増幅手段に対する減衰度又は増幅度を変える信号を演算出力する演算手段を備える。
【００６９】
共振ピークレベル検出回路からの出力を、別途設定する目標共振ピークレベルと比較し目標共振ピークレベルに近づくように量可変電気信号減衰／増幅手段であるプログラマブルアッテネータに対して演算手段制御であるコンピュータがその減衰度または増幅度を変える信号を送って制御するので、常に共振ピークレベルが一定に制御されるので共振ピークレベルのシフトによる共振ピーク周波数についての真の値とのずれの影響をあまり受けずに配向を測定できる。
【００７０】
前記誘電体共振器検出系が更にアナログ／ディジタル変換回路部を有し、該アナログ／ディジタル変換回路部の入力範囲内で目標共振ピークレベル電圧を設定することが更に好ましい。これは更に好ましくはアナログ／ディジタル変換回路部（Ａ／Ｄ変換回路）の入力範囲のできるだけ大きい値をとることによってダイナミックレンジがとれるので精度が良くさせるということであり、若干最大値より下げておくことでオーバーシュート時のマージンを残すという主旨である。
【００７１】
量可変電気信号減衰／増幅手段がプログラマブルアッテネータであって、誘電体共振器と前記マイクロ波発信機との接続の間に接続することが構成上好ましい。
量可変電気信号減衰／増幅手段が前記増幅回路と兼用であっても良い。この場合はこの増幅回路の増幅率をアナログ又はディジタル的に可変な増幅回路にすることが好ましい。
【００７２】
このような配向測定装置における配向測定方法は、マイクロ波発信手段に接続される複数の誘電体共振器からの出力をそれぞれ増幅し、増幅したそれぞれの出力から共振ピークレベルをそれぞれ検出し、それぞれの誘電体共振器に対応する共振ピークレベルを、別途設定する目標共振ピークレベルと比較、演算し、該目標共振ピークレベルに近づくように、前記マイクロ波発信手段から誘電体共振器への出力または誘電体共振器からの出力を減衰または増幅することを含む配向測定方法となる。
【００７３】
このような配向測定方法及び装置は、誘電体共振器の共振ピークから求める共振周波数の測定の誤差がより少なくなる。またサンプルのあるときと無い時の共振周波数の差から配向の程度をもとめる配向測定においてより正確な配向測定が可能となる。
そこでこのような図１８に示した共振ピークレベルＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４の変動、とそれに対応した共振ピーク周波数Ｔ１、Ｔ２，Ｔ３、Ｔ４の変化について、これらの各共振ピーク周波数の変動を本来の位置、図中共振ピーク周波数の正常位置Ｔｎに修正することを考えたがこれは相当の波形シミュレーション演算等を行う必要があり実際上は実現困難であると考えた。
【００７４】
本発明者等は簡易的な方法として、ある一定の共振ピークレベル、例えば図中Ａ３で表される一つの共振ピ−クレベルと同じレベルになるように補正をすれば、その共振ピークレベルに応じたあるずれを持った共振周波数として評価されるが、各誘電体共振器によって得られるデータ毎の共振ピークレベルの相違による誤差はかなり押さえられると考えた。これはさらに結局、最終的に求める配向の強さがサンプル測定時の共振周波数とブランク時の共振周波数の差に基づいて算出されるため、さきに説明したあるずれがあってもそれ自体も差演算時にとり除かれる方向になると考えられるので実際のずれの影響は更に小さなものになると予想された。
【００７５】
この共振ピークレベルは、例えば先に説明したように５つの誘電体共振器を使用した場合５個異なるものが得られるのが普通である。この５個の共振ピークレベルを常に一定にそろえるために、プログラマブルアッテネータを導入した。これは、電気信号によって任意の減衰量（アッテネーションレベル）が得られるものである。従って量可変電気信号減衰手段と呼べる。例えば、図１９に示したような一例としての７ビットモデルのプログラマブルアッテネータの場合、各ビットに加わる電気信号（ＴＴＬレベル）の組合せにより、最小分解能０．１２５ｄＢで最大１５．８７５ｄＢまで任意の減衰量が段階的に得られるものである。図１９はプログラマブルアッテネータの働きを示す図である。図中に入力される７ビット信号に対応するプログラマブルアッテネータの減衰量を表にして示している。すなわち、この７ビット信号の組合せによりマイクロ波入力Ｐinの減衰量を制御し、Ｐoutとして誘電体共振器の手前のアッテネータに出力できる。減衰量は、減衰量（ｄＢ）＝−Ｌｏｇ10（Ｐｏｕｔ／Ｐｉｎ）で表される。
【００７６】
このような測定においては信号の形状等にできるだけ変化を与えず、また単純な回路構成を保つ上でアッテネータ（減衰器）が使用されるのが普通である。しかし、これらの利点を無視すれば増幅器も同様に共振ピークレベルをそろえるという目的で使用することは可能である。したって、原理的には量可変電気信号減衰／増幅手段が使用可能ではある。
尚、実際に５つの誘電体共振器の５個の共振ピークレベルを調べるとすべて同じレベルになく、少しずつ異なっていることがわかった。この原因は、誘電体共振器の個体差など種々の原因が考えられる。
【００７７】
上述のプログラマブルアッテネータを図２０に示したブロック図のように入れてパソコンを利用した制御ループにより、フィードバック制御を行なった。図２０は先の図１４に示した誘電体共振器からの信号を処理する回路にプログラマブルアッテネータを入れた状態を示す配向計の誘電体共振器の回路のブロック図である。図中図１４に示した各構成部分と同じ番号を付した部分は同様の部分で同様の機能を奏するものである。なお、パソコン２７はこのようなプログラマブルアッテネータを制御する機能をソフト的に加わったものになるので図１４のそれとは機能的には異なるものとなる。図１４のように５つの誘電体共振器を使用する場合はその５つの誘電体共振器の回路のそれぞれに図２０に示したようにプログラマブルアッテネータ３３ａ〜３３ｅを入れる。
【００７８】
すなわち、マイクロ波スイーパ発振器、図中省略してスイーパと記載している、から出たマイクロ波は分配され５個のプログラマブルアッテネータ３３ａ〜３３ｅに入り、ここでそれぞれのプログラマブルアッテネータにパソコン２７から送られる電気信号３４ｓによって決められた量だけ減衰される。減衰されたマイクロ波はアイソレータ２２ａ〜２２ｅを通り、５個の誘電体共振器１ａ〜１ｅにそれぞれ入力される。共振レベルは反対側のアンテナで検出され、透過強度を検波ダイオード２３ａ〜２３ｅで電圧に変換する。その後増幅＋Ａ／Ｄ変換回路部２４ａ〜２４ｅを通り、ピーク検出＋平均化処理回路部２５ａ〜２５ｅに送られる。ピーク検出ＬＳＩにおいて共振周波数が測定される。図中、各誘電体共振器検出系の部材の部番は適宜省略してある。周波数はアナログランプ掃引されているため、マイクロ波スイーパ発振器から出るスイープ信号の立ち上がりパルスＲＰ（図１５参照）を検出し、その時点から検波電圧がピークに達するまでの時間を測定する。予め掃引速度（単位時間あたりの周波数の掃引幅）（例えば２５０ＭＨｚ／１０ｍｓｅｃ）とスタート時の周波数（例えば４０００．０００ＭＨｚ）が分かっているので、電圧がピークに達するまでの時間から比例計算によって共振周波数が計算される。つまりマイクロ波スイーパ発振器から発振されるマイクロ波の周波数の掃引が一定の周期で繰り返され、かつ掃引中のみハイレベルとなるスイープ信号が同時にマイクロ波スイーパ発振器から出ているため、このスイープ信号が立ちあがる瞬間から透過強度が最大値をとるまでの時間を測定すれば、共振周波数が求められるということである。
【００７９】
また、この共振ピークレベル電圧はマイクロコンピュータ２６を介してパソコン２７に送られ、目標の共振ピークレベル電圧と比較され、その偏差（目標の共振ピークレベル電圧−現在のピークレベル電圧）に応じてプログラマブルアッテネータの減衰量を決定し、パソコンからデジタル信号を出すことによってプログラマブルアッテネータの減衰量を変え、目標の共振ピークレベル電圧に調整する。すなわちパソコンが目標共振ピークレベル電圧と比較し差演算に基づき演算を行う演算手段となるわけである。この処理が各誘電体検出器系、図２０の例では５系統にそれぞれ行われるわけである。
【００８０】
尚、目標の共振ピークレベル電圧は増幅＋Ａ／Ｄ変換回路部２４ａ〜２４ｅのＡ／Ｄ変換の入力電圧範囲の中で、入力オーバーがないように少し余裕を見てできるだけ高い値に設定する。例えば最大入力電圧の９０％等の値とする。尚、このＡ／Ｄ変換への入力電圧は前段の増幅の大きさも関与する。
【００８１】
以上に説明したように、マイクロコンピュータ２６を介して、測定された共振周波数と共振ピークレベル電圧がパソコンに送られる。パソコンが予め設定した目標共振ピークレベル電圧と実際に測定した共振ピークレベル電圧を比較し、その偏差に応じてプログラマブルアッテネータの減衰量を制御する。簡単にいえばピーク電圧が目標電圧より大きければ減衰量を増やし、逆に小さければ減衰量を減らしてマイクロ波パワーを上げる。
【００８２】
これを自動的に、かつ短周期に、かつ継続的に繰り返せば、常に一定した共振ピークレベル電圧が得られることになる。
【００８３】
このような制御の具体例を以下に示す。測定された共振ピークレベル電圧をＰ１、設定された目標共振ピークレベル電圧をＰ２とし、次の式でＰを計算する。Ｐ＝１０×ｌｏｇ（Ｐ１／Ｐ２）…このＰの絶対値がどの範囲にあれば、プログラマブルアッテネータの減衰量をどの程度にするかについては、図２１に示すようなフローチャートに従ってパソコンによって演算する。図２１は目標共振ピークレベル電圧と実際に測定した共振ピークレベル電圧を比較し、その偏差に応じてプログラマブルアッテネータの減衰量を制御するためのフローチャートの一例である。このようなフローチャートに沿って制御することによって新しい共振ピークレベル電圧の測定データがパソコンに入ってくるとすぐに減衰量の設定の変更が行われ、常に共振ピークレベル電圧はほぼ一定値に保たれる。
【００８４】
フローチャートを簡単に説明する。ステップ３１から本測定スタートし次のステップ３２において予めパソコンの設定ファイルに初期値として設定してあった減衰量を各プログラマブルアッテネータに出力している。次にステップ３３において各誘電体共振器、この例では５つの誘電体共振器から得られた５つの共振ピーク電圧をあらかじめ設定した回数分平均した値をパソコンに表示する。次のステップ３４では目標値（目標共振ピークレベル電圧）と実測値の偏差を演算している。実測値をＰ１、目標値Ｐ２（Ｐ２はあらかじめ設定ファイルに設定済み）として偏差Ｐ＝１０×Ｌｏｇ（Ｐ１／Ｐ２）を各誘電体共振器について求めている。次にステップ３５において全ての誘電体共振器についての偏差がある一定値ＰＳ以下か否か判定している。ＰＳとは実際の測定が可能なほど十分目標値に近づいたかのボーダラインの設定値である。まだ十分でない場合はＮとしてステップ３６に抜けＮを０にセットする。その後ステップ３７において各誘電体共振器についてそれぞれの偏差に応じて各プログラマブルアッテネータに対する信号を定めている。次のステップ３８においてそれぞれのプログラマブルアッテネータに対する信号を出力し、それを保持している。その後ステップ３３に戻り、ステップ３５にて偏差ＰがＰＳより小さくなり測定に可能と判断されると、ステップ３９，４０に入り偏差ＰがＰＳより小さくなり測定に可能な状態になったかをＮＳ（偏差ＰがＰＳ未満になったと判断される回数が何回以上になり測定可能な状態が安定しているかを判定するための予め定めた数値）と比較して判断している。ステップ４０でこの測定可能な状態が十分安定していると判断されると
【００８５】
ステップ４０でこの測定可能な状態が十分安定していると判断されると、つまり図中、左半分のループＸを回っている間に共振ピークレベル電圧がほぼ一定値に十分安定して保たれたことが判断されたことになり、図中右の方のステップ４１へ抜けて本来の共振周波数の測定、すなわち配向測定に入ることになる。このような安定の程度に関する情報をそのループの中で緑、橙、赤点灯等の表示を適宜パソコンのディスプレー上に行うことが示されている。
【００８６】
尚、プログラマブルアッテネータの減衰量を１回に変化させる減衰量として大きくすると、ピーク電圧の変動と重なった場合、より一層変動が大きくなり、いわゆるオーバーシュートが起こる場合があるので、偏差がある一定範囲内であれば、最小分解能の単位で操作する方がより安定して制御ができる場合が多い。Ｐの絶対値が小さい場合、例えば０．１２５以下の場合は、何も変更しない方がよい場合が多い。Ｐの絶対値がどの程度の時に、どの程度の減衰量にするかは、実際の測定系に合わせるのが良いが基本的には、目標値からずれた分だけ減衰量を変えるというのが基本的な考え方である。
【００８７】
実際の測定を図２０に示したような配向計の誘電体共振器の回路を使用した装置で行った。各構成機器の、設定は以下のようであった。マイクロ波スイーパ発振器はアンリツ社製ＳＭ５９４７、掃引幅は３９４０〜４１９０ＭＨｚ、掃引速度は１０ｍｓｅｃ、パソコンにより目標共振ピーク電圧をＡ／Ｄ変換の最大入力電圧の９０％となる１．１Ｖとした。図２２に各誘電体共振器の出力電圧をパソコンのディスプレー上に表示した状態を示した。図２２（Ａ）は測定スタート直後の状態を示す図である。図２２（Ｂ）は測定スタート後数秒程度経過した後の状態を示す図である。本図から分かるように５つの誘電体共振器の共振ピーク電圧がばらばらであっても２〜３秒以内に図２２（Ｂ）に示すようにすべて目標とする共振ピーク電圧に揃った。
【００８８】
図２３は実際に紙を抄紙中の各誘電体共振器系の共振ピーク電圧の状態を時間経過とともに示した図である。また、測定中も図２４に示すように、５つの誘電体共振器がすべて１．１Ｖで一定となっている。図中グレードチェンジと記載した矢印の時点において紙の組成等を変更し、測定中に紙の種類が変わり、厚みや米坪（単位面積あたりの重さ）を変えているが、このように共振ピーク電圧を一定にする制御が行われている場合は図に示すように共振ピーク電圧が一定となっていることが分かる。逆に本制御を行っていない場合の例を図２３に示した。図２３はこのような共振ピーク電圧を一定にする制御を行わないで実際に紙を抄紙中の各誘電体共振器系の共振ピーク電圧の状態を時間経過とともに示した図である。この制御が行われていない場合は本データのように共振ピーク電圧が変化し、これによって共振周波数が変化し、したがって正しい配向パターンが得られなかった。
【００８９】
このように、共振ピーク電圧の一定化により最終的な測定項目である共振周波数の測定精度が向上したのはもちろんであるが、共振周波数のバラツキ自体も小さくなり、安定性も向上した。比較のためにこのような共振ピーク電圧を一定にする制御を行った場合と行わなかった場合に同じグレードの紙を抄紙した状態における各誘電体共振器の共振周波数の標準偏差を表１に示した。このような制御を行わなかった場合は、共振周波数約４０００ＭＨｚに対して標準偏差は４３．４５ＫＨｚであったが、ピーク電圧一定制御を行った場合の標準偏差は３０．２７ＫＨｚと大幅に小さくなり、非常に安定した測定が可能となったことが分かる。
【００９０】
なお、以上の実施例では回路を途中からディジタル系で処理するような形を示したが、全てアナログ系で構成したり、アナログ系とディジタル系を適宜使い分けて回路を構成したりすることが可能であることはいうまでもない。
【００９１】
このような共振ピーク電圧を一定にする制御を行っている場合は、前述のサンプルがある場合の共振ピークレベルとサンプルがない場合の共振ピークレベルの差に基づいてサンプルの水分含有量等を求めることは単純にはできない。すなわちこのような場合の一例では、サンプルがない場合とある場合の共振ピークレベルを同一で一定にするような制御を行っている。その場合はその共振ピークレベルを一定にする際に基になった各誘電体共振器のプログラムアッテネータの減衰量の値の各誘電体共振器の平均値について、サンプルがある場合とない場合の差を共振ピークレベルの差と考えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
本発明は、紙、不織布、フィルムをはじめとするシート状物質の坪量を測定するのに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本発明を概略的に示すブロック図である。
【図２】（Ａ）本発明における誘電体共振器を概略的に示すブロック図、（Ｂ）はその等価回路図である。
【図３】（Ａ）誘電体共振器における共振ピークを示す波形図、（Ｂ）はサンプルの有無による共振カーブの変化を示す波形図である。
【図４】秤量（米坪と表示）と共振周波数シフト量の関係の一例を示すグラフである。
【図５】水分を含んだサンプルの有無による共振カーブの変化を示す波形図である。
【図６】厚さが一定のサンプルの水分率測定方法を示すフローチャート図である。
【図７】厚さが一定でないサンプルの水分率測定方法を示すフローチャート図である。
【図８】サンプルの塗布層の水分率測定方法を示すフローチャート図である。
【図９】サンプルの配向測定に用いる矩形誘電体共振器を示す平面図である。
【図１０】配向測定におけるサンプル有無による共振周波数のシフトを示す波形図である。
【図１１】５個の誘電体共振器を配置した配向計測定部の一例を示す平面図である。
【図１２】図１１に示した５個の誘電体共振器から得られた配向パターンの一例を示す図である。
【図１３】共振ピークレベル（電圧で示す。）とそのときの共振周波数との関係をそれぞれの誘電体共振器について示した一例のグラフである。
【図１４】５個の誘電体共振器からの信号を処理する回路を示すブロック図である。
【図１５】図１４のブロック図における信号処理を示すタイムチャートである。
【図１６】図１４の回路中の一つの誘電体共振器についての信号処理回路を詳細に示すブロック図である。
【図１７】増幅回路に入力されるステップ入力波形と増幅回路から出力される波形を示す波形図である。
【図１８】共振カーブと共振ピークレベル電圧との関係を示す波形図である。
【図１９】プログラマブルアッテネータの働きを示すブロック図である。
【図２０】図１４の信号処理回路にプログラマブルアッテネータを入れた状態を示すブロック図である。
【図２１】プログラマブルアッテネータの減衰量を決定する動作を示すフローチャート図である。
【図２２】各誘電体共振器の出力電圧をパソコンのディスプレー上に表示した図であり、（Ａ）は測定スタート直後の状態、（Ｂ）はプログラマブルアッテネータが作動した後の状態である。
【図２３】紙を抄紙中の各誘電体共振器系の共振ピーク電圧をそのままの状態で示した図である。
【図２４】図２３の共振ピーク電圧を一定にする制御を行なった後の状態を示した図である。
【符号の説明】
【００９４】
１，１ａ〜１ｅ      誘電体共振器
４      シールド容器
６      マイクロ波発振器
２ａ，２ｂ      アンテナ
８      検波器
１０      サンプル
１２      記憶装置
１４      データ処理装置
２１      マイクロ波スイーパ発振器
２２ａ〜２２ｅ      アイソレータ
２３ａ〜２３ｅ      検波ダイオード
２４ａ〜２４ｅ      増幅＋Ａ／Ｄ変換回路部
２５ａ〜２５ｅ      ピーク検出＋平均化処理回路部
３３ａ〜３３ｅ      プログラマブルアッテネータ
【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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