(57)【要約】物質(57)に関する情報を得る機器及び方法は、電磁エネルギーのパルス(91、92、93)を物質(57)に加えて、電磁エネルギーへの物質の応答を評価することにより提供される。パルスエネルギーが処理される物質(57)に向けて加えられ、物質(57)を通過するエネルギーパルス(91、92,93)が受信され(56)分析されて(66)、物質(57)の特性が決定される。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物質が電磁エネルギーに応答する範囲を超えて拡張する周波数スペクトラムを有するパルス信号を発生する手順と、
前記電磁エネルギーが物質と相互作用を起こすようにパルス信号が物質に伝送する手順と、
前記物質とエネルギーの相互作用を表す応答信号を獲得する手順と、
前記物質に関する情報を得るために応答信号を処理する手順から構成されることを特徴とする物質に関する情報を得るために電磁エネルギーを利用する方法。
【請求項２】
前記応答信号を処理する手順はさらに応答信号が周波数スペクトラムに分解する手順から構成されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記パルス信号が時間間隔により分離された複数の連続パルスから構成され、
前記応答信号を集める手順において、
前記応答信号の複数のパルスのうち各１つからサンプルを得る手順と、
前記得られたサンプルパルスの代表を作成するように前記得られたサンプルを一時的に集める手順から構成されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記パルス信号から構成される複数の連続パルスの各1つの期間は、それら連続する任意の2つのパルスの時間よりも大幅に短いことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項５】
1つまたはそれ以上の指定時間間隔だけにおいて前記応答信号のレシーバーに到着する応答信号にエネルギーを受入れるタイムゲート関数を適用する手順からさらに構成されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記パルス信号は複数の連続パルスから構成され、連続のパルス間の時間間隔は全て大幅に異なることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記パルス信号は搬送波周波数により変調されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記応答信号のパルスのエネルギーはパルス信号のエネルギーと比較されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記応答信号は物質から分散されたエネルギーから生じる反射エネルギーと、
前記物質を通じて発信されるエネルギーから生じる発信信号から構成されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１０】
前記物質から分散されたエネルギーから生じる応答信号におけるパルスが到着する時間と、前記物質を通じて発信されたエネルギーから生じる応答信号における異なるパルスが到着する時間とを比較する手順からさらに構成されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１１】
前記応答信号の増幅を測定する手順からさらに構成されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１２】
測定に応じて前記増幅の調整を提供する手順からさらに構成されることを特徴とする請求項11記載の方法。
【請求項１３】
物質が電磁エネルギーに応答する範囲を超える周波数スペクトラムを有するパルス信号を発生するパルス発生装置と、
前記電磁エネルギーを物質と相互作用を引き起こすことを可能とするパルス信号中のエネルギーと通信するための発信エレメントと、
前記物質とエネルギーの相互作用する代表的な応答信号を獲得するレシーバーと、
前記物質に関する情報を得るためにレシーバーにより獲得された応答信号を処理する信号処理電子装置とから構成されることを特徴とする物質を処理するための電磁エネルギー使用の機器。
【請求項１４】
前記応答信号から周波数スペクトラムへ変換する信号処理電子装置をさらに備えたことを特徴とする請求項１3記載の機器。
【請求項１５】
前記パルス信号は時間間隔により分離された複数の連続のパルスから構成され、前記レシーバーは応答信号の複数のパルスの各１つのパルスからサンプルを得る手順、及び前記得られたサンプルパルス表示を作成するよう一時的に前記得られたサンプルを集める手順を実施することから信号を獲得することを特徴とする請求項１3記載の機器。
【請求項１６】
前記パルス信号から構成される複数の連続パルスの各1つの期間は、いかなる2つの連続パルス間での時間間隔よりも大幅に短いことを特徴とする請求項１3記載の機器。
【請求項１７】
前記応答信号のエネルギーは、1つまたは1つ以上の指定された時間間隔でレシーバーにエネルギーが到着する場合のみ応答信号が処理されることを特徴とする請求項１3記載の機器。
【請求項１８】
前記物質から散乱したエネルギーから生じる応答信号におけるパルスが到着する時間と、前記物質を通じて発信されたエネルギーから生じる応答信号における異なるパルスが到着する時間とが比較されることを特徴とする請求項１3記載の機器。
【請求項１９】
前記応答信号による増幅器による増幅の測定により制御される調整可能なゲインを有する増幅器をさらに備えたことを特徴とする請求項１3記載の機器。
【請求項２０】
いかなる連続する2つのパルスの時間間隔よりも大幅に短い時間間隔を各々有する複数の連続パルスから構成され、物質が電磁エネルギーに応答する範囲を超えた周波数スペクトラムを有するそのパルス信号を発生する手順と、
前記電磁エネルギーが物質と相互作用することを可能とするようにパルス信号と物質が通信する手順と、
1つまたはそれ以上の指定時間間隔でのみ応答信号のレシーバーに到着する応答信号のエネルギーを受け入れるためにタイムゲート関数が応答信号に適用されるものである、物質のエネルギーの相互作用を代表とするその応答信号を獲得する手順と、
前記物質の分散効果を評価することにより物質に関する情報を獲得するために応答信号を処理する手順とから構成されることを特徴とする物質に関する情報を獲得するために電磁エネルギーを利用する方法。
【請求項２１】
前記応答信号を処理する手順は、前記物質を通じて発信されるエネルギーから生じる応答信号に異なるパルスが到着する時間と前記物質から分散したエネルギーから生じる応答信号のパルスの到着時間を比較する手順をさらに備えることを特徴とする請求項20記載の方法。
【請求項２２】
前記応答信号を処理する手順は、色々な変換の関数である結果として生じる信号を生成するために前記応答信号の変換を実施する手順をさらに備えることを特徴とする請求項20記載の方法。
【請求項２３】
前記応答信号を獲得する手順は、前記応答信号における複数のパルスの各々からのサンプルから応答信号におけるパルスの獲得サンプルの代表を作成する手順をさらに備えることを特徴とする請求項20記載の方法。
【請求項２４】
前記応答信号の増幅の測定により制御された増幅の調整可能なゲインを応答信号の増幅に提供する手順をさらに備えることを特徴とする請求項20記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁エネルギー計測を使用した物質の組成解析分野に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ波組成解析機は、産業界を通じて広範囲な計測問題を解決するための有効な手段としてその用途が益々増加する傾向にある。そのような解析機は、処理効率の改善、製品品質の向上、食品、化学、石油、パルプ及び紙のプロセス・パラメーターの自動制御を可能とし、多数の他の材料処理及び監視用途を可能とすると実証されてきた。
【０００３】
工業用センサー及び組成解析機は、電磁エネルギーに対する物質の応答を解析することにより、処理される物質の組成に関する情報を得るために使用される。この応答は、物質を構成する個々の組成材料の構成上の電磁パラメーターに左右されるものである。これらのパラメーターは、誘電率、透磁率及び導電率から構成される。センサーは、通常、物質を構成する各組成材料の電気パラメーターの実測値を算出しないが、その代わりに、合成物質の電気的特性に直接左右される測定信号特性を基に組成読み取り値を得るよう校正されている。
【０００４】
材料の構成上の電気特性、すなわち複合電気誘電率及び透磁率は周波数依存性があることがよく知られている。このように、物質の組成に関する情報は、解析される物質を異なった周波数に曝し、各周波数における応答を解析することにより得ることができる。一般的に、材料の周波数依存特性の測定方法は、所定の周波数を順次発生させ、物質を各周波数で発生したエネルギーに曝し、それが曝されたエネルギーに対する物質の応答を各周波数で測定し、それぞれの周波数で必要とされるパラメーター値を決定するために材料の応答の状態を解析することによるものである。
【０００５】
例えば、ある材料の複合誘電率を決定するよく知られた方法は、試験の材料に直接接触する端部開放同軸伝送線路を使用することである。信号を伝送線路に加えて、反射測定を多数の周波数で実施する。伝送線路の既知の特性及びマクスウェル方程式により規定される材料の誘電率の関数としての反射特性を基に、各周波数での誘電率が計算される。
【０００６】
米国特許5,331,284において、Jean氏らは、周波数依存情報の獲得において別のアプローチを使用するガイド・マイクロ波・スペクトロメータ(GMS)として現在市販されている計測器や方法について言及している。GMSシステムにおいて、広帯域測定は、それらの周波数範囲で順次周波数を変更し、試験材料を含む導波管の伝導遮断特性を測定することにより実施する。導波管のスペクトル応答を解析することにより、周波数依存電気特性の効果は、様々な混合物の多成分解析を得るために用いられる。
【０００７】
多数のマイクロ波組成解析装置が現在市場に出ている。それらの中には、振幅、位相、飛行（移動）時間、遮断周波数特性、オシレーター・ロードプル、マルチプルパス干渉、同調回路共振の各測定、及び単独またはそれらを組み合わせて測定する装置がある。反射または伝送または両方を利用するセンサーがある。ある解析機は多重周波数または信号特性の他の多次元測定を採用し、特定タイプの混合物についての多成分解析を提供する。
【０００８】
マイクロ波組成測定技術の更なる背景、完全ではなくとも多数のそれらの技術応用リストについては、Jean氏らの米国特許5,331,284を参照のこと。本発明は、上記リストされた応用利用で有利に採用することができ、参考として含めることができる。上記リストにより表されている技術、参考として挙げられている技術について、ある共通の問題が存在する。それは計測器を構成するマイクロ波コンポーネントは高価であり、計測器が柔軟性に欠け、適切な性能を発揮しないことである。
【０００９】
測定の関連分野において、画期的な技術であるマイクロ波レーダータンク水平計測器が出現した。超広帯域（ＵＭＢ）パルス技術を採用したマイクロ波水平計測器のレーダーが現在利用可能である。超広帯域パルスは安価で発生させることができ、小電力で安価に正確な距離測定が可能な受信機が利用可能である。超広帯域パルス技術の応用は、レーダー距離測定に限定されるものではない。超広帯域パルス技術は、飛行（移動）時間計測による誘電率測定に利用可能として認められてきた。例えば、McEwan Technologies, LLC社（http://www.getrader.com/patents.stml）のwebサイトからMicrorador Sensors for the New Millennium (新世代のマイクロレーダー)を参照のこと。
【００１０】
超広帯域パルス使用の分野において本件と関連性が少ないが重要な分野で最近出現したものとしては無線通信の分野がある。超広帯域パルス使用の通信分野は、ここで記載の測定応用技術とは直接関係ないが、これらの測定応用技術は通信目的に開発された技術から直接恩恵を受けることができる。無線応用技術は、この技術を利用するために設立されて、超広帯域パルスを発生、処理する集積回路チップを開発している少なくとも１つの会社があるまでに成長している(“PulseONc Time Modulated Ultra-Wideband For Wireless Applications”, Time Domain, 7057 Old Madison Pike, Huntsville, AK 35806)。
【００１１】
超広帯域通信方法の利点は、限定周波数帯域資源が干渉なしに多数のユーザーに対し利用可能となることである。多数の通信チャネル間で干渉を避けるために使用される方法は、たとえ信号のスペクトル内容が個人の電話やコンピュータの間の通信のスペクトル内容と全く違うとはいっても、プロセス制御測定装置にも適用可能である。
【００１２】
組成解析機のプロセスエンジニア及びユーザーは、マイクロ波技術を困難な測定状況に利用することにより達せられる恩恵を今では疑うことはない。今日、マイクロ波感知計器の普及における第一の障害として、高コスト、柔軟性の欠如及び性能の限定が依然として残っている。従って、従来技術のこれらの制限事項を克服する発明の必要性がある。
【発明の概要】
【００１３】
本発明は、特に、マイクロ波周波数領域における、広範囲な工業用組成測定応用の低コスト解決策の認知された必要性を考慮して、高周波数回路技術における進歩の観点から、分散性伝送路または分散性媒体における超広帯域パルスの固有の特性、そのようなパルスの伝播を利用した組成解析の新しい重要な方法を教示するものである。
【００１４】
本発明は、超広帯域パルス技術を採用したシステムや方法を提供することにより従来技術の制限事項を克服するものである。本発明により提供された超広帯域パルス分散分光分析方法及び装置により電磁組成解析の高コスト障害を取り除き、改善した性能を獲得し、操作及び実施の優れた柔軟性及び容易性を提供するものである。
【００１５】
本発明のある側面において、超広帯域パルス技術は、比較的短期間の電磁ネルルギーパルスのシーケンスを提供するために採用されている。これらのパルスを物質に通して分析する。物質のパルスに対する応答が測定され、解析され物質の特性が決定される。物資の特性の知識は工業用や物質に関する他のプロセスにおいて有効に採用することができる。
【００１６】
本発明により、電磁エネルギーの超広帯域パルスを発生させるソースが提供されている。そのソースで発生されたパルスは、非常に広帯域なエネルギーを発生させるのに十分に短い期間である。本パルスエネルギーは処理される物質に加えられる。物質を通過した、又は物質から散乱したエネルギーパルスが受信され解析され物質の特性が決定される。
【００１７】
本発明の別の側面によると、等化時間のサンプリング・パルスレシーバーを、物質と相互作用するパルスエネルギーを受信するために採用することができる。ソースにより提供されたパルスエネルギーと相互作用した物質がパルスの散乱を発生させる。この散乱は物質の特性の関数であり、サンプリングパルス・レシーバーと結合したエネルギーパルスの形状、期間、位相及びサンプリング・パルスレシーバーに到着する時間に影響する。パルス・レシーバーは、各受信パルスをサンプリングし、得られたサンプル表示から電子的処理で分析し該当パラメタを決定する。
【００１８】
本発明の別の側面によると、レシーバーにより採取された散乱エネルギーパルスは、入力パルスの振幅及びタイミングを比較することにより解析することができ、パルスのソースからレシーバーへと基準ラインを通して通信することにより、該当の材料パラメーターを決定する。
【００１９】
本発明の方法によると、超広帯域エネルギーパルスは、そのパルスを物質を含んだ測定セルの内と外で結合することにより物質に通すことができる。そのような測定セルは特別に構成することができ、または例えば、工業プロセスにおいて物質が流れるパイプの一部分を単に利用してもよい。
【００２０】
本発明の別の側面によると、超広帯域パルスはアンテナにより物質と通信される。物質を通して伝達されたエネルギーは、アンテナで受信されレシーバーと通信される。また、物質により散乱されたエネルギーはアンテナにより受信され、受信機と通信することが可能である。受信信号は分析され、信号の到着時間を比較することで物質に関する情報が決定される。
【００２１】
本発明の別の側面によると、パルス発生器から伝送されたパルス信号は、物質と相互作用を起こし、その結果、分析プロセス処理に必要な応答信号を発生させる。レシーバーは、物質から散乱したエネルギーから発生する応答信号においてパルスの到着時間と、物質を通じて発信したエネルギーから生成する応答信号において異なるパルスの到着時間を比較することにより、応答信号を処理する。
【００２２】
本発明の別の側面によると、物質がパルスエネルギーと相互作用し発生する応答信号が変換され、パルス信号のスペクトラムにおいて応答させる周波数範囲内で異なった周波数でエネルギーに対する物質の応答を示す信号に変換される。さらに一般的には、応答信号は、色々な変換の関数である結果として生じる信号を生成するために応答信号を変換することにより処理することができる。
【００２３】
本発明の別の側面によると、エネルギーパルスのシーケンスと物質が相互作用することから発生する信号は、物質により散乱されたパルスの獲得サンプル表示を生成するために採取される複数のパルスから構成される。
【００２４】
本発明のさらに別の側面によると、タイムゲート関数は、エネルギーのパルスに対して物質が相互作用することから発生する応答信号に適用され、応答信号の不必要な部分を区別するために、１つまたは１つ以上の特定間隔内だけでレシーバーに達する応答信号のエネルギーを受入れる。
【００２５】
本発明のさらに別の側面によると、レシーバーに受信されるパルスは適切なディスプレイに表示することができ、時間関数として受信パルスの振幅及び形状を示す。パルスが発信される時間とパルスが受信される時間とのタイムラグは、材料と相互作用する伝播時間間隔によって発生する。この時間遅延は視覚的に観察するとができ、物質の特性を推測することにより利用される。さらに、パルスと相互作用する物質は、視覚的にも観察可能なパルス振幅の減衰を引き起こす可能性がある。さらに、パルスと相互作用する物質はパルスの散乱を引き起こす可能性があり、それによってパルスの形状の視覚的に観察可能なひずみを引き起こす。
【００２６】
本発明のさらに別の側面によると、伝播遅延、減衰及び散乱のような観測値から物質について情報を得るためにデジタルまたはアナログ電子装置により、受信パルスは電子的に処理される。例えば、受信パルスが採取され、デジタル情報フォーマットに変換され、物質の組成の内容を得るための受信情報の解析を行うためのソフトウェアに従い、コンピュータ処理される。代わりに、得られたデジタル情報は周波数領域表示に変換され、周波数関数として表示、分析される。
【００２７】
前述の内容は、以下に続く詳細説明がよりよく理解するために本発明の側面、特徴、技術的優位性をかなり広範囲にまとめたものである。更なる本発明の側面、特徴及び優位性は以下に記載される。それは、本発明の同じ目的を実施するための他の構造を改良または設計するための基礎として、ここで提供された開示が容易に利用される技術分野において熟練技術者により評価されるべきである。本分野の熟練技術者であれば、そのような同等の構造がクレームで言及される本発明の精神や範囲から逸脱しておらず、本発明により達成される全ての目的が、クレームの範囲に含まれる各々の実施例で達成される必要がないことを理解するであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明の好ましい実施形態は図5に示される。図5には超広帯域パルス発生装置51が示され、それは出力50において一連の超広帯域エネルギーパルスを繰返して生成する超広帯域パルス生成回路を備えている。一連の超広帯域エネルギーパルスにおける各パルスは図１に示される単一パルスと類似している。これらのパルスはスイッチ41を通じて、試験される材料57を含む測定セル53の入力ポート52に伝達される。負荷測定セルは分散伝達パスを生成し、受信エネルギーを変換し55で一連の改良出力パルスから構成される応答信号を作る。応答信号は、スイッチ42を通じて、出力ポート54から等化時間サンプリングパルスレシーバー56に伝達される。パルスレシーバー56は応答信号を採取し、処理および制御電子装置66より解析される獲得したサンプルの代表を作り、所定の材料パラメーターを決定する。
【００２９】
測定セル53は、物質を含む工業プロセス内の単にパイプ部分でも、物質が通過する特別に製造された導波管または他の構造であってもよい。パルスエネルギーがそれを通じてセル53へ伝達される入力ポート52は、測定セル53にパルスエネルギーを結び付けるプローブ、ループ、アパーチャーまたは他の伝達エレメント（不図示）から概して構成されるかまたはそれらを内蔵するものである。マクスウェル方程式に基づき、分散測定セル53内の電磁界が伝搬し、内部に分配される。これらの電磁界が、出力ポート54で入力伝達エレメントと類似の受信エレメント（不図示）を励起する。受信エレメントは、出力ポート54を通じてセル53内の電磁エネルギー部分を結合し、出力パルス55のシーケンスを生成するよう機能する。
【００３０】
パルス発生装置51により生成されたパルスは短期間に発生するものである。図1に示される特定のパルスは、本発明に採用されるタイプのみならず、一般クラスの超広帯域パルスの代表であるガウス型振幅重みｓｉｎ(X)/Xパルスである。（図1及び4において、時間t = 0がパルスのピークと一致した状態で、表示のように水平軸に沿い負及び正の数値が出現することに注意しなければならない。他の座標方向を採用することは可能であるけれども、上記の方法は標準的な数学的分析方法と一致している。）
【００３１】
エネルギーのパルス期間とパルスのエネルギースペクトラムの周波数帯域との間に反比例の関係が存在する。パルスの期間が短くなるほど、パルスを構成するエネルギーの周波数帯域が広くなる。それゆえ、図1に示されるような狭い入力パルスの周波数帯域は、図2に示される広い周波数帯と類似するようになる。このように、十分狭い超広帯域パルスは、物質が相互作用エネルギーに応答するのに必要とされる周波数範囲以上で物質と相互作用する広周波数帯域のエネルギーを示す。
【００３２】
測定セル53に結合したエネルギーは、広帯域周波数スペクトラムを示すので、測定セル53のエネルギー分布は、また広帯域周波数スペクトラムを示す。セルの本超広帯域のエネルギー分布は、物質と相互作用を起こし、物質により分散される。この分散は、周波数、セルの形状及びサイズ、及び材料特性により決まる関数である。
【００３３】
分散は、サンプリングパルスレシーバーに結合されるエネルギーパルスの、形状、時間、到達期間に影響を及ぼす。このように、測定セル53及び物質は、広帯域スペクトラム以上の相当な振幅の周波数応答を有する分散チャネルを生成する。測定セル53及びその中に存在する物質により形成される分散チャネルにより表示可能な図示応答は、図3に示される。入力パルス上のそのような分散応答の結果は図4に示され、出力パルス55の典型的な一例を図示される。入力パルス波形50は、それより測定セル及び物質の分散特性により修正されるものである。その結果、出力波形55は物質57の特徴付けを可能にする情報を含む。
【００３４】
既に述べたように、出力パルス信号55はスイッチ42を通じて等化時間サンプリングパルスレシーバー56に結合される。レシーバー56は、7000シリーズメインフレーム付のTektronix S4 74S11 74T11、SD22サンプリングヘッド付のTektronix 11B01Bまたはヒューレットパッカード（登録商標）54120シリーズオシロスコープなどの典型的な広帯域サンプリングオシロスコープである等化時間サンプリング手法に基づき受信信号を採取することが望ましい。同じ等化時間サンプリング方法は、現在利用可能な低価格パルスレーダー水平器で採用されている。水平器の例と同じように、本発明の等化時間サンプリングの利用は、レシーバーの出力側の電子装置を低価格で実現することを可能とする。これは、電子装置が低価格のＤ／Ａ変換機を使用可能であるからである。
【００３５】
さらに具体的には、進んだ実施例において、サンプリングパルスレシーバー56により受信した出力パルス55は期間指定採取され、処理電子装置６６により使用することができるデジタルフォーマットへそれらをコンバートする。狭帯域パルスの正確なデジタル表示を生成するには、非常に高いサンプリングレートでパルスが採取されることが通常要求され、比較的高価な電子装置を必要とする。この高コストは同時間サンプリング手法を使用することにより避けることができる。非常に高いレートで各パルスを採取するよりむしろ、パルスの正確な表示の提供が必要とされる各パルス採取は、測定セル53から受信した一連のパルス55で異なるパルスから得られる。これは、パルス間の比較的長い時間間隔によりさらに遅いサンプリングレートの使用が可能となる。各パルスから獲得したサンプルはそれから一時的に集計され、分散パルスを正確に再生する獲得サンプル表示を形成する。この採取方法はパルスレシーバーのコストを十分に削減し、そうでなければ多くの用途において法外なコストになる可能性がある材料測定への超広帯域パルスの有利な使用を可能とする。
【００３６】
出力パルスシーケンスから十分な数量のサンプルを集めた後、図4に示される歪曲パルス信号40の基本形状を有する復元等化時間採取パルスが、レシーバー56から生成される。十分なサンプリング数量は、測定セルの分散数及び代表的信号を生成するのに必要とされる平均数量に左右される。これらの要因は用途毎により変わるもので、実績により決定するのが最善策である。
【００３７】
エネルギーは装置内を伝搬するので、測定セルの外側の障害物から伝搬するエネルギーの不要な反射が発生する可能性がある。しかしながら、測定セルから抜け出し、障害物からの反射及び測定セルへ戻ることにより伝搬エネルギーに時間遅延が発生するために、不要反射エネルギーは、測定セルより直接伝送される分散エネルギーパルスの到着より見るからに遅い時間で到着する。サンプリング・パルスレシーバーはそれゆえ遅い到着のエネルギーとセルを通じて直接伝搬されるパルスエネルギーとの違いを識別することができる。プロセスから遅く到着するエネルギーを排除することで、不要な反射から生じる測定エラーを避けることができる。
【００３８】
不要な遅延到着エネルギーからの分散パルスを識別するのと同様に、到着時間や材料により引き起こされた分散を正確に測定するために、超広帯域パルスは非常に短期間でなければなく、望ましくは非常に早い立ち上がり時間を示し、後続とのパルス間の時間はパルスの時間に比較して十分な間隔がなければならない。典型的な応用例では、パルスの時間は１ナノ秒よりも小さく、パルス繰返し周波数（ＰＲＦ）はおよそ数メガヘルツである。
【００３９】
繰返しシーケンスのパルスタイミングは、固定パルス繰返し周波数に基づく規定の間隔とすることができる。すなわち、後続のパルス間隔はほぼ全て同等になる。代わりに、擬似ランダムまたは他の不均一パルス間隔手法を使用することができる。そうでなければ、センサー電子装置からの浮遊放射により影響を受ける可能性がある。他の電子機器に低レベルノイズとして現れる広帯域周波数上のパルスシーケンスの多様な周波数コンポーネントを分布させる不均一間隔パルスが選ばれる。
【００４０】
分散パルスの獲得サンプルの代表が一度取得されれば、それは直接処理電子装置により解析することができる。さらに、レシーバーに採取された分散エネルギーパルスは入力パルスの振幅とタイミングを比較することにより分析することができ、それはパルス発生装置５１から、スイッチ41、基準ライン43及びスイッチ42を通じてレシーバー56に通信され、該当の材料パラメーターが決定される。
【００４１】
また、獲得サンプル表示はビデオモニターなどのような画像表示装置に表示することが可能で、物質の特性に関して得られる情報を得るために視覚的に観察される。例えば、画像表示は、時間の関数として受信パルスの振幅、形状を表示することができる。パルスが発信される時間とパルスが受信される時間とのタイムラグは、物質と相互作用を起こすパルスの伝搬時間間隔により生じる。この時間遅延は視覚的に観察することができ、物質の特性推察に適用することができる。さらに、パルスと相互作用する物質は、また視覚的に観察することができるパルス振幅の減衰を引き起こす可能性がある。さらに、パルスと相互作用を起こす物質はパルスの分散を引き起こし、それにより視覚的に観察可能なパルス形状の歪曲を引き起こす可能性がある。
【００４２】
技術の熟練者は、出力信号が視覚的に表示され、時間または周波数領域いずれかにおいて解析することができることを知っている。時間関数として変化する信号は、周波数の関数として変化する固有の信号により表示することが可能である。いずれかの表示には同等の情報が含まれている。それらは、フーリエ変換積分により数学的に関連付けされている。この積分は、連続時間信号を連続周波数スペクトラムに分解する。このように、時間領域解析に代えて、出力等化時間採取パルス信号を周波数領域に変換することが便利である可能性がある。得られたサンプルの代表は、さらなる解析の前に高速フーリエ変換アルゴリズムを使用し、周波数領域表示に変換可能である。高速フーリエ変換は、得られたサンプルの代表を別々の周波数スペクトラムに分解する。
【００４３】
図5の実施例において、物質の特性と同様にセルの物理的寸法及び形状に応じて、ある周波数以下のエネルギーは伝搬することができず、減衰を示すだけで、遮断周波数以上のエネルギーは波状的な状態で伝搬する。このように、超広帯域パルスが測定セル53に印加された場合、伝搬エネルギーは、存在する可能性があるいかなる非伝搬エネルギーモードと同時にセル内で励起される。獲得サンプル表示を周波数領域表示に変換することにより、遮断周波数を観察することができ、追加のまたは別のモードの物質特性をみることができる。
【００４４】
図2は図1に示されるパルス10のフーリエ変換または周波数領域表示20である。周波数領域表示20は信号の広帯域特性を示す。インパルスへのチャネルの出力応答である、分散的チャネルの変換関数は図3に示される。出力パルス40は図4に示される。周波数領域において、一般的に測定セル伝搬特性により引きここされる分散の効果を観察することが可能である。例えば、図3のスペクトラム30により、入力パルス10と違い、出力パルス40は直流成分を実質的に有しないことが誰でも観察できる。直流成分の除去は、図3に図示されるように測定セル53の高パスフィルターにより引き起こされる。
【００４５】
セル53は典型的な遮断周波数特性を有し、ある数値以下の周波数は減衰の大きな増加を示す。測定セル53の寸法及び誘電率の実数部により遮断周波数の数値が決定される。出力パルスをフーリエ変換されることにより、チャネルの高周波数減衰特性が明らかになり、試験材料の高周波数損失特性が提供される。
【００４６】
それは入力パルスのスペクトラムにより出力パルスのスペクトラムを正規化するために有益である。正規化プロセスには、発信パルスの振幅及び、レシーバー電子装置56のゲイン及び周波数応答特性両方においてユニット間のばらつきを除去するメリットがある。正規化を達成するために、発信パルスの減衰サンプルは、基準ライン43を通じてレシーバー56の入力へ直接印加することができる。レシーバー電子装置56は、発信パルスの等化時間採取パルスを生成するために使用される。高速フーリエ変換作業は、パルスのスペクトラム表示を生成するためになされる。フーリエ変換減衰発信パルス及びフーリエ変換出力信号がデシベル(dB)に変換される場合、正規化は簡易な減算作業に関係するだけである。一方、時間領域の正規化は逆重畳積分に関係し、かなりのコンピュータ計算を必要とする。
【００４７】
測定セル53のサイズにより、いくつかの導波管モードは入力パルス10により励起されることが可能である。信号の周波数領域表示は励起される多数のより高い次元モードの遮断周波数の位置を示す。これらのモードの位置は試験57の材料の誘電率の周波数依存についての追加情報である。十分に狭い超広帯域パルスは、測定セルが物質の組成に関する情報を提供するために使用する遮断特性を提示する場合の用途において、伝搬モード、非伝搬モード両方において励起するエネルギーの広帯域周波数スペクトラムを提示する。
【００４８】
それにより、もしレシーバーにより集められる分散超広帯域パルスが周波数領域で解析されるならば、パルスのスペクトラムは、入力パルスのスペクトラムに正規化された後、システムのスペクトル応答を測定する周波数範囲をスイープするセンサーにより生成された形跡と類似しているパイプを満たす材料の形跡を発生する。このように、本発明では、簡易な超広帯域パルストランシーバーが、従来技術のガイド・マイクロ波・スペクトロメータ(GMS)に必要とされる複雑で遅く高価なスカラーネットワーク解析システムに取って代わる。
【００４９】
さらに、出力信号にフーリエ変換を適用することは、周波数領域で表示及び解析を可能とするが、他の変換は、信号の他の振幅を表示し分析するために、レシーバー56により獲得された信号が適用される可能性がある。例えば、ある周波数成分は、物質の所要の周波数応答に関する推測的知識によりもっとも重要な重み付けがされる可能性がある。同様に、獲得信号は時間加重され、信号のある特定の特徴を強調する可能性がある。他のサンプルのように、獲得信号は、周波数領域に変換された後、さらなる解析の前にデジタルフィルターに通すことができる。また、さらに他の変換以前または後に、簡易に信号はまとめられ、差別化することができる。このように、さらに一般的には、応答信号は、様々な変換の作用の結果としての信号を生成するために応答信号の変換を実行することによって加工され得る。
【００５０】
レシーバー56で獲得された獲得サンプル表示の前述の信号処理は電子装置６６の処理及び制御により実施される。このようにレシーバーで獲得された信号は、さらなる処理が実施される電子装置６６の処理及び制御に転送される。電子装置６６内では、設計アルゴリズムが、例えば含水量など該当のパラメーター変数の数値を予測する。以下で理解されるように、電子装置６６は、必要とするアルゴリズム及び他の機能を実施するソフトウェア指令のもとで動作するマイクロプロセッサーから構成することができる。
【００５１】
電子装置６６により実施される作用は、システムタイミング動作を含み、同期化及びインタラクティブシステム及び画像表示制御と同様に、パルス発生装置51によるパルス発生制御用のパルス始動49、スイッチ41及び42の制御用のスイッチ制御信号44の発生、レシーバー56のサンプリングタイミング制御用のレシーバーサンプリング制御46等を含む。
【００５２】
図5を参照して記載のように実施例に基づき測定を開始するには、超広帯域パルスがパイプまたは試験材料を含む導波管構造へ発信される。パルスエネルギーは材料を通り既知の距離を通過し、それに続いて受信プローブまたはアパーチャーにより受信される。トランジットパスはセンサーが伝搬または反射それぞれを測定するような構造になっているかどうかにより、1方向または2方向どちらでの構造でも可能である。パイプまたは導波管内の発信パスの分散の性質は、パイプまたは導波管の寸法及び試験材料の電気的特性により、超広帯域パルスの形状及び位相を変化させる。
【００５３】
結果として生じる出力信号は多次元情報を有している。受信パルスの振幅は導電率に関する損失要因情報を含む。スペクトラムの低周波部分は複合電気誘電率の実数部に関する情報を含む。スペクトラムの高周波数部分は主にモル旋光度効果による高周波数損失成分に関する情報を提供する。
【００５４】
本発明の主な利点は、超広帯域パルスの受信及び処理に採用されているタイムドメイン・ゲーティングにより提供されている。タイムゲーティング処理は、指定時間前後で発生する受信信号のエネルギーを排除する処理である。本ゲーティングは、測定セルの外部の障害物からエネルギーのアップストリーム及びダウンストリーム反射より生じる多くの工業用途でよく起こる受信信号のエネルギーを排除する。
【００５５】
パルスが物質を伝搬する時、直接物質を通過するパルスからのエネルギーは、出力ポート54を通じて結合される測定セルに戻るより前に測定セルを出たパルスや障害物から反射するパルスからのエネルギーの到着の前に、レシーバーに到着する。その結果、直接伝搬されたパルスエネルギーがレシーバーに到着している間にエネルギーを受入れ、遅延到着パルスエネルギーが到着している間にエネルギーを排除することにより、遅延到着エネルギーは測定から排除される。
【００５６】
このように、タイムゲートは、特定時間間隔にレシーバーに到着しない信号のエネルギーを排除するよう機能する。パルス発生装置がパルスの繰返しシーケンスを発生する時、タイムゲートは、各パルスから生じる必要とするエネルギーを受入れながら、信号の各パルスから生じる不要なエネルギーを排除するよう繰返し印加される。
【００５７】
前述の不要な反射を避けるために、従来技術のGMS方法は、円形の処理パイプ断面を導波路の矩形断面に変換する円形・矩形変換部分を有する高価な矩形導波管部分を採用した。励起信号は、導波管の外部の処理パイプ内での電磁波伝搬を大部分防止するために導波管を通じて物質のフローに対し直角に伝搬される。
【００５８】
タイムゲーティングにより、この高価で時々非実用的な構造を実施する必要がなくなる。タイムゲーティグは、測定プロセスとの干渉なしに信号がパイプの長さの間を上下に移動するのを可能にしながら、導波管構造として円形プロセスパイプ部分の採用を可能にする。タイムゲーティングは、また非常に広い範囲のパイプサイズを収容可能であるので、組成解析への用途範囲を大幅に拡大するものである。本発明は処理業界の重要な必要性を満足させるものである。
【００５９】
また別に、記載の超広帯域パルス分散分光方法の範囲や新規性から離れることなく、GMS方法に関連し上述の矩形部分を利用することが可能で、導波管を横切り超広帯域パルスを伝搬することができる。基本測定セルの多くのばらつきが考慮され、それら全てが、試験材料57の特性に影響を受ける分散信号パスを生成する。
【００６０】
超広帯域パルスエネルギーの新規用途及び分散伝送チャネルを構成する本発明の別の実施例は、図6に示されるコンベヤーベルト用途に相応しい計器のものである。パルス発信回路60は超広帯域パルスまたは50で一連の超広帯域パルスを発生する。これらのパルスは概して、既知の周波数セットから選択された搬送波信号上で変調される。搬送波周波数によるパルス変調は、適切な寸法のアンテナによるエネルギーパルスの放射を可能とする。それから、これらのパルスはスイッチ41及び方向性結合器72からアンテナ61へ伝送される。アンテナ61は、試験材料67に向けてパルスエネルギー放射し、例えば工業プロセスではコンベアベルトなどのような支持構造体63により支持される。パルス発生装置60により発生されるパルスは狭いので、アンテナ61より放射される搬送波変調信号の平均電力は比較的低くなる。
【００６１】
この支持構造体はアンテナ61により放射されるエネルギーに限定しないので、いくらかの放射エネルギーは材料を通じて伝搬され、いくらかのエネルギーは材料により（から離れて）散乱される。このように、アンテナ61は、また材料により散乱されるパルスエネルギーを受信するよう位置取りされている。構造的には、アンテナ61は発信エレメントでもあり、受信エレメントでもある。これらの受信エネルギーパルスは、方向性結合器72を通じて、搬送波復調器を構成するサンプリングパルスレシーバー76に結合される。レシーバー76は、上述のように獲得サンプル表示を生成する。本データは処理電子装置８６により処理され、材料の形状及び厚さに関する情報を獲得する。
【００６２】
アンテナ64は、試験材料を通じて伝搬され、及び分散されるパルスエネルギーを受信するように位置づけされる。これらの受信パルスは、サンプリング・パルスレシーバー76に結合され、獲得サンプル表示を生成し、電子装置８６で処理され、該当の材料特性を決定する。
【００６３】
このようにアンテナ61は、試験される物質を運ぶコンベアベルト上に配置することができ、アンテナ64はコンベアベルトの下に配置することができる。試験材料は、周波数依存電気特性から、超広帯域パルスエネルギーについての分散伝搬パスを構成する。ベルト上の材料の不規則な表面及び非均質な分布もまた分散を引き起こす一因になる可能性がある。
【００６４】
第一信号はベルトを覆っている材料の表面から反射及び散乱し、第一アンテナ61により集められる。第一受信パルスの到着時間は、ベルト上の材料厚さにより左右される。受信パルスの幅は、材料の表面の形状の関数となる。
【００６５】
第二信号は、ベルト上の材料を通じて発信され、第二アンテナ64により受信される。この第二受信パルスは、試験材料62を通じて移動されることにより歪曲され、遅延され減衰される。時間遅延時間及び減衰量は、第二アンテナに到達するためにそれが通過しなければならない材料の電気的特性の関数である。
【００６６】
それから、レシーバーにより獲得された信号は処理及び制御電子装置８６に移動される。電子装置８６内で、決定アルゴリズムは、例えば含水量などのように該当のパラメーター変数に対する数値を決定アルゴリズムが予測する。電子装置８６は、図5の実施例を参考に上記で考察したように、必要とするアルゴリズム及び他の信号処理、制御及びタイミング機能を実施するソフトウェア指令のもとで動作するマイクロプロセッサーから構成することができる。
【００６７】
第一信号として上で示されたアンテナ61で受信された信号は、第二信号として表示のアンテナ64で受信の信号の前後で受信されることができることに注目しなければならない。第一及び第二信号の相対的タイミングは、それぞれのレシーバーポートへ第一及び第二アンテナを結合するのに使用されるケーブル配線により、また、取調べ中の材料に関連するこれらのアンテナの位置決めにより制御することが可能である。
【００６８】
アンテナ61により受信された反射信号は、他の水平器レーダーと同様に材料表面のレベルを測定することが可能であったが、本発明ではアンテナから物質表面の距離をコンピュータ計算する必要はないことに注目しなければならない。その代わりに、アンテナ61により受信された信号の受信時間は、アンテナ64により受信された信号の到着時間と比較される基準時間として機能する。これは、図7を参考にして下記に詳細に考察される。
【００６９】
測定アルゴリズムの精度及び柔軟性は、しばしば多次元搬送波周波数の使用により強調される。多次元搬送波周波数の使用により計器のコストが上昇するけれども、信号の追加の次元測定はいくつかの用途において必要であり有益であることを証明されている。
【００７０】
図7はそれぞれF１、F２及びF3の3つの別個の周波数での搬送波信号上で変調された、超広帯域パルス91、92及び93を採用する一つの測定セットを図示している。周波数が伝送される順序は、考慮される測定セットとの関連性は特にない。周波数F3は周波数F2よりも高く、順にF2はF1よりも高いと仮定する。セットの各エレメントにおいて、波形は、搬送波周波数が除去された後の同時間採取信号を示す。それぞれの反射パルス波形101、102及び103は、物質から反射された後レシーバーの入り口に到着した信号により生成される。それぞれの発信パルス波形201、202及び203は試験材料を通して送信された後の信号を示している。
【００７１】
試験材料を通じてパルスエネルギーが伝搬する速度は、測定中の材料の電気特性の周波数依存性質により各搬送波周波数により異なる。その結果、反射パルス時間に対して、送信パルスの飛行（移動）時間は、各搬送波周波数により異なる。このように、ここに記載の状況において、周波数F1に対応する飛行（移動）時間T1は、周波数F2に対応する飛行（移動）時間T2の時間よりも長く、順に周波数F3に対応する飛行（移動）時間T3よりも長くなる。
【００７２】
明らかに、図7の波形は理想的な信号表示であり、異なる搬送波周波数における物質と反射及び発信パルスの相互作用により生じる実信号の異なる特徴全てを図示するものではない。このように、コンベアベルト測定に影響を及ぼす多数の変数の複合効果により、図7で示されるように理想的な信号が生成されるものではない。しかしながら、試験材料を通じての飛行（移動）時間について予測されるような一般的な挙動は、実信号にも示されるものである。また、発信パルス及び反射パルスの相対的時間位置において、反射パルスは送信パルスよりも時間的に早く到着する必要はない。これらのパルスの相対的タイミングは、アンテナ位置やアンテナをセンサー電子装置に結合しているケーブルの長さに左右される。
【００７３】
図7の理想的な信号が表示する内容は、試験材料の分散特性が、材料を通過する時に各周波数の移動時間にどのように影響を与えるかを示す。搬送波周波数の関数としての飛行（移動）時間の差は、信号から複合組成解析情報を抽出する能力を高める。従来技術の組成解析に対する飛行（移動）時間方法は伝搬遅延だけを考慮し、非分散パスにだけ依存するものである。本発明では、分散パスがパルスの歪曲特性へ組成情報をエンコードするようになっている。
【００７４】
このように、図6に関連して上述のように、本発明の第二実施例は、コンベアベルト上の材料のようにパイプまたは導波管構造体に含まれない材料特性を解析するのに有益である。例えば、ベルト上で運搬中の粒状の材料の含水量を測定することが、しばしば要求される。マイクロウェーブセンサーのいくつかの構造体が過去に提案されたが、提案システムの全てが一般実用使用の目的に叶わないものであった。
【００７５】
例えば、EG&G Berholdは、コンベアベルト上の材料を通過するいくつかの周波数で連続マイクロ波信号の特性を測定するシステムを提供してきている。材料の厚さ及び密度は幅広くばらつく可能性があるので、簡易減衰及び相シフト測定は多次元周波数であっても、信頼できる含水量測定を提供するのに十分でない。Bertholdシステムは、ガンマ線センサーに未知の変数を考慮するように働く独立した測定を提供することを追加しているが、そのようなシステムの費用は（追加機能や汎用性のために改造すると）すぐに法外なコストになる。
【００７６】
飛行（移動）時間測定に加えて、反射信号のパルス時間はまた飛行（移動）時間測定を補強するために解析される。これらの信号特性は、図5に関係して記載された実施例に関連する信号の特性のように、ユーザーが把握するために要求する材料特性の校正された評価を得るために処理電子装置67の決定及び解析ソフトウェアが処理する入力パラメータとして働く。様々な信号特性が時間または周波数領域において一番よく表示されるかどうかが実験により予測される。この分野において熟練者であれば、簡易及びローバスト信号測定スペースを提供する信号パラメーターの抽出のために表示される様々なトレードオフを把握できるであろう。
【００７７】
このように、図6の実施例によると、本発明は超広帯域レーダー技術及び物質により導入する分散速度特性の新規利用により、この困難な問題に対して簡易で低コストな解決策を提供するものである。超広帯域パルスは、既知の周波数から周波数が選択可能な１つ以上の搬送波信号へ変調される。各選択周波数は、材料中を移動する信号に対して製品の高さ及び時間遅延の独立した測定を提供するものである。
【００７８】
都合のよいことに、いわゆるISM帯用に指定された搬送波周波数は、干渉問題を緩和するため、また適用されるいかなるFCC規定にもっと簡易に適合するように選択することが可能である。
【００７９】
物質を通じての飛行（移動）時間は電気誘電率の周波数依存特性に基づき各搬送波周波数で異なるようになるが、含水量の測定では特に水の電気特性に強く影響を受ける。オプションで多次元周波数で、減衰及び遅延時間測定を解析することにより、ベルト上で物質の含水量は追加のセンサーなしで簡単に測定することができる。
【００８０】
ベルト上の材料表面から反射したタイミング信号がセンサーに厚さの違いを補正するのを可能にし、測定セットの各周波数での減衰の多次元性測定や時間遅延測定により、合水量測定のようにセンサーが材料の密度と独立した測定を可能とする。
【００８１】
図5の密閉型及び図6のオープンスペース型両方の実施例において、物質の分散特性に影響を受けた後パルスエネルギーにエンコードされた情報の抽出を補助するよう受信パルス信号について様々な数学的演算が施されている。
【００８２】
例えば、該当の変数に対してそのようなセンサーの校正に有効だとしてその分野の専門家に非常によく知られている様々な回帰方法や基本組成解析方法がある。例えば、Harald Martens及びTormod Naes著John Wiley及びSons出版のMultivariate Calibration (多変量校正)を参照。
【００８３】
このように、本発明のシステムは、既知の操作条件の範囲を越えて物質に関係するプロセスを観察することにより、これらの条件に関係するデータを集めることにより校正することができる。そのような条件は、組成材料の温度、圧力、流量、含水量及び相対濃度から構成され得る。収集データは解析され、既知の動作条件でのシステム応答に関する校正情報を作成することができる。この校正情報は数学的演算、等式または既知の条件の観察から得られる簡易な蓄積データから構成され得る。その後、校正情報は操作条件が未知の場合に存在する条件を予測または推定するのに使用することができる。このように、物質に関係するプロセスの観察中に得た情報を校正情報と比較し、本観察中に存在する操作条件を確認することができる。
【００８４】
本発明の他の実施例が図8に示される。ここで、パルス発生装置200はパルス信号を分配器210に送る。分配器210はパルス信号を第一減衰器220、第二減衰器230及び分散チャネル240に送る。分散チャネル240は解析される物質を含む。パルス信号はチャネル240を通じて伝播し、加算ネットワーク250に結合される。
【００８５】
減衰器230に結合されたパルス信号は、減衰器230により減衰され、遅延器235に送られる。遅延器235は減衰器230からの減衰パルス信号を遅延する。遅延器235からの遅延減衰パルス信号は、加算ネットワーク250に結合される。そこで、遅延減衰パルス信号は、分散チャネル240から受信した応答信号とともに加算される。加算ネットワーク250の出力は、増幅器250に入力される。増幅器250は、入力信号を増幅し、増幅信号を第二加算ネットワーク260に結合させる。
【００８６】
減衰器220に結合されたパルス信号は、減衰器220で減衰され、加算ネットワーク260に送られる。減衰器220から受信の信号及び増幅器255から受信した信号は、加算ネットワーク260において加算される。加算ネットワーク260から出力された加算信号は、等化時間サンプリング・レシーバー270の入力に結び付けられる。
【００８７】
レシーバー270は、処理電子装置280に獲得サンプル表示を提供するレシーバー56に関して上述のように動作し、処理電子装置280は、処理電子装置６６に関して、サンプリング制御信号をレシーバー270に提供することを含む上述のような機能を果たす。しかしながら、図5の実施例における処理電子装置66により提供されたスイッチ制御信号44は、図8の実施例では必ずしも提供される必要はない。
【００８８】
記載のように、パルス発生装置200により発生されるパルス信号のパルスが分配器210に送信されると、それは減衰器220、減衰器230及びチャネル240に送られる。減衰器220を通過するパルスを、パルスAと表示する。減衰器230を通過するパルスを、パルスBと表示する。分散チャネル240を通過するパルスを、パルスCと表示する。さらに、図8のシステムは以下のように構成されることが望ましい。増幅器255からアナログ加算器260にパルスB及びパルスCの組み合わせが到着する前に、パルスAがアナログ加算器260到着する。そして、パルスCよりも前にパルスBが加算器２５０に到着する。その結果、パルスBよりも前にパルスAがレシーバー270に到着し、パルスCよりも前にパルスBがレシーバー270に到着する。
【００８９】
パルスA、B及びCは順々にレシーバー270に到着するので、到着時の電力は別々に評価し、比較することができる。ここで説明されるように、これにより自動ゲイン制御が可能となる。減衰器220より提供される少量の減衰量から、レシーバー270でのパルスAの電力をPAdBと仮定する。減衰器230より提供される比較的多量のの減衰量から、Gが増幅器255のゲインである場合、レシーバー270でのパルスBの電力がGプラスPBの合計dBと仮定する。さらに、分散チャネル240により提供される減衰から、再びGが増幅器255のゲインである場合、レシーバー270でのパルスCの電力はGプラスPC の合計dBと仮定する。
【００９０】
明らかに、PA、G + PB及びG + PCのレシーバー270での測定により、増幅器255でのゲインG及び分散チェンネル240による減衰を決定することが可能となる。さらに、フィードバック信号を増幅器255に印加することにより、ゲインGは自動的に制御することが可能である。このように、応答信号の増幅は、応答信号の増幅のゲイン測定により測定及び制御することが可能である。この結果、本発明は物質に関する情報を取得するプロセスにおいて自動ゲイン制御を提供するものである。
【００９１】
本発明は、試験材料の電気特性がパスの分散特性を生成または修正し、超広帯域パルス信号の時間または周波数領域表示を歪めるパスの中を伝送させられる電磁エネルギーの超広帯域特性パルスを利用して多様な材料の混合物の多成分合成組成解析を提供する方法や機器を提供するものである。
【００９２】
解析は、混合組成の相対濃度が変化するように（例、含水量）、混合物の電気毒性の変化に関する情報を提供する。材料によっては、磁性誘電率も要因になるかもしれないが、主な該当の電気特性は周波数依存、複素電気誘電率である。該当の周波数範囲は、通常マイクロ波組成解析装置に関係する周波数を含む。
【００９３】
本発明の重要な実用面は、非常に低コストな組成測定センサー及び方法を提供するために、超広帯域パルス発生及び受信方法に関連して、非常によく知られた拡大時間サンプリング方法を有効に採用している。しかしながら、本発明に記載のパルス分散解析方法は、拡大時間サンプリング方法なしでもなお、独自の新規性を主張するものである。
【００９４】
この分野の技術に携わる人であれば、コストを高くできるなら、本発明は、超広帯域信号のフルバンド帯域を直接処理することができるレシーバーを実現できることに気づかれるであろう。すなわち、ナイキスト率またはそれ以上で分散パルスをサンプリングするレシーバーが採用され得る。本発明は、拡大時間サンプリング方法及び実施例と同様に、ここに記載され発明の好ましい実施例と考えられるこれらの方法と実施例を含む。
【００９５】
本発明は、ここで説明した実施例に限定されない。通常の技術者であれば、本開示により明らかにされた要因に依存するということを理解されるでしょう。例えば、超広帯域パルスの形状及びタイミング、搬送波周波数の有無、測定セルの特性、プロセスパイプのサイズ、プロセス物質の周波数応答は、本発明を実施する特定の方法を選択する際必要とみなされるいくつかの要素となり得る。
【００９６】
このように、本発明及びその優位点を詳細に説明してきたが、クレームで定義されているように本発明の精神及び範囲を逸脱することなしに、各種の変化、代替及び変更がなされ得ることを理解すべきである。本発明が多次元な目的を達成するもので、本発明は異なる目的の異なる用途に使用することもできるので、添付のクレームの範囲の各実施例が全ての目的を達成するものではない。
【００９７】
さらに、本発明の範囲は、本仕様書に説明のプロセス、機械、製造、材料構成、手段、方法及び手順を特定の実施例に限定されるものではない。本分野の通常の技術者であれば、本発明の開示から容易に、本発明に基づき利用される可能性のあるここに記載の該当の実施例と同等の機能を有し、または同等の結果を達成できる既存のまたは後に開発されるプロセス、機械、製造、材料構成、手段、方法または手順をすぐに理解するであろう。従って、添付のクレームは、プロセス、機械、製造、物質の組成、手段、方法または手順の範囲に含まれることを意図するものである。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】典型的な超広帯域パルス信号のグラフ表示。
【図２】上記図１のパルスの周波数領域表示。
【図３】上記図1の信号が移動する分散伝送チャネルの移動関数の周波数領域表示。
【図４】本発明の分散チャネルを通過することにより歪曲された後の図１の信号の時間領域表示。
【図５】本発明の一実施形態のブロック・ダイアグラム。
【図６】コンベアベルトなどの用途その他に相応しい本発明の別の実施例のブロック・ダイアグラム。
【図７】異なる変調周波数で発信されるパルスの相対的タイミングを示す図。
【図８】本発明の一実施形態のブロック・ダイアグラム。
【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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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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