(57)【要約】サンプルを設置しない第１の状態でのマイクロ波共振器における共振周波数ｆ１、共振ピークレベルＰ１と、サンプルを設置した第２の状態での前記マイクロ波共振器における共振周波数ｆ２、共振ピークレベルＰ２を測定し、共振周波数シフト量Δｆ（＝ｆ１−ｆ２）とピークレベル変化量ΔＰ（＝Ｐ１−Ｐ２）を求める。水分量ＷＴは、ΔＰと水分量ＷＴとの関係を示す検量線を用いて求める。絶乾坪量ＢＤは、Δｆ、ＷＴ及びＢＤの関係を示す      Δｆ＝Ａ・ＢＤ＋Ｂ・ＷＴ（ＡとＢは定数）を用いて、Δｆと検量線から求めたＷＴとから求める。
2015064370.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ステップＳ１）サンプルを設置しない第１の状態でのマイクロ波共振器における共振周波数ｆ１、共振ピークレベルＰ１と、サンプルを設置した第２の状態での前記マイクロ波共振器における共振周波数ｆ２、共振ピークレベルＰ２を測定し、共振周波数シフト量Δｆ（＝ｆ１−ｆ２）とピークレベル変化量ΔＰ（＝Ｐ１−Ｐ２）を求めるステップ、
（ステップＳ２）ΔＰと水分量ＷＴとの関係を示す検量線（１）
ＷＴ＝Ｆ（ΔＰ）      （１）
（Ｆ（ΔＰ）はΔＰの関数）
を用い、ステップＳ１で求めたΔＰから前記サンプルの水分量ＷＴを求めるステップ、及び
（ステップＳ３）Δｆ、ＷＴ及びＢＤの関係を示す以下の式（２）
Δｆ＝Ａ・ＢＤ＋Ｂ・ＷＴ      （２）
（ＡとＢは定数である。）
を用いて、ステップＳ１で求めたΔｆとステップＳ２で求めたＷＴとから前記サンプルの絶乾坪量ＢＤを求めるステップ、を含む坪量・水分量測定方法であって、
前記検量線（１）を決定するためのＷＴと、前記定数Ａ、Ｂを決定するためのＢＤとＷＴは、複数の標準サンプルについてマイクロ波共振器以外の装置を用いて、又はマイクロ波共振器もマイクロ波共振器以外の前記装置も用いない方法により別途取得し、
前記検量線（１）は、別途取得したＷＴと該当する標準サンプルについて前記マイクロ波共振器を用いて得られた測定値ΔＰとから求め、
前記定数Ａ、Ｂは、別途取得したＢＤとＷＴを前記（２）式に当てはめて得られたΔｆが、該当する標準サンプルについて前記マイクロ波共振器を用いて得られた測定値Δｆに最も近くなるような定数Ａ、Ｂの組み合わせとして求める坪量・水分量測定方法。
【請求項２】
前記検量線（１）は、以下の近似式
ＷＴ＝ａ・ΔＰ3＋ｂ・ΔＰ2＋ｃ・ΔＰ      （１Ａ）
に当てはめて定数ａ、ｂ、ｃを決定することにより求める請求項１に記載の坪量・水分量測定方法。
【請求項３】
さらに、以下の式を用いて、風乾坪量及び水分率まで求める請求項１又は２に記載の坪量・水分量測定方法。
風乾坪量＝絶乾坪量ＢＤ＋水分量ＷＴ
水分率＝水分量ＷＴ×１００/風乾坪量
【請求項４】
前記マイクロ波共振器としてサンプルの一面側のみに配置される複数個の矩形誘電体共振器を、それらの共振器の長辺方向がそれぞれ異なる方向（θ）を向くように同一平面上に配置し、
前記方向（θ）を角度θとしそれらの共振器の共振周波数シフト量Δｆ1〜Δｆnをｒとして、角度をθ、原点からの距離をｒとする極座標（ｒ，θ）上にプロットし、楕円近似処理により楕円を描き、その楕円の面積と同面積の円の半径Δｆｒを求めて、そのΔｆｒを請求項１中のΔｆとし、
それらの共振器のピークレベル変化量ΔＰ1〜ΔＰnを求め、次の（Ａ）から（Ｃ）のいずれかのΔＰｒを請求項１中のΔＰとする請求項１から３のいずれか一項に記載の坪量・水分量測定方法。
（Ａ）ΔＰ1〜ΔＰnのいずれかからなるΔＰｒ。
（Ｂ）ΔＰ1〜ΔＰnの平均値からなるΔＰｒ。
（Ｃ）前記方向（θ）を角度θとしΔＰ1〜ΔＰnをｒとして、角度をθ、原点からの距離をｒとする極座標（ｒ，θ）上にプロットし、楕円近似処理により楕円を描き、その楕円の面積と同面積の円の半径として求めたΔＰｒ。
【請求項５】
マイクロ波共振器（１００）と、
前記共振器（１００）に電界ベクトルを発生させるマイクロ波用励振装置（１０２）と、
前記共振器（１００）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（１０４）と、
前記検出装置（１０４）からサンプルを設置しない第１の状態での前記マイクロ波共振器（１００）の共振周波数ｆ１とその共振周波数ｆ１位置でのピークレベルＰ１と、サンプルを設置した第２の状態での前記マイクロ波共振器（１００）の共振周波数ｆ２とその共振周波数ｆ２位置でのピークレベルＰ２を取り込み、前記サンプルの絶乾坪量と水分量を算出するデータ処理装置（１０６）とを備えており、
前記データ処理装置（１０６）は、
前記検出装置（１０４）から取り込んだ前記共振周波数ｆ１，ｆ２と前記ピークレベルＰ１，Ｐ２から共振周波数シフト量Δｆ（＝ｆ１−ｆ２）とピークレベル変化量ΔＰ（＝Ｐ１−Ｐ２）を算出するΔｆ・ΔＰ算出部（１０８）と、
複数の標準サンプルについて別途取得した水分量ＷＴと該当する標準サンプルについて前記Δｆ・ΔＰ算出部（１０８）で算出されたΔＰとからΔＰと水分量ＷＴとの関係を示す検量線を求め、複数の標準サンプルについて別途取得した絶乾坪量ＢＤとＷＴをΔｆ、ＷＴ及びＢＤの関係を示す以下の式（２）
Δｆ＝Ａ・ＢＤ＋Ｂ・ＷＴ      （２）
に当てはめて得られたΔｆが、該当する標準サンプルについて前記Δｆ・ΔＰ算出部（１０８）で算出されたΔｆに最も近くなるような定数Ａ，Ｂの組み合わせを求める定数／検量線決定部（１１２）と、
前記定数／検量線決定部（１１２）で決定された定数Ａ，Ｂと検量線を保持する定数／検量線記憶部（１１４）と、
前記Δｆ・ΔＰ算出部（１０８）で算出されたΔＰを前記定数／検量線記憶部（１１４）に保持されている検量線に当てはめて前記サンプルの水分量ＷＴを求め、そのように求められたＷＴ、前記Δｆ・ΔＰ算出部（１０８）で算出されたΔｆ及び前記定数／検量線記憶部（１１４）に保持されている定数Ａ，Ｂを前記式（２）に当てはめて前記サンプルの絶乾坪量を求める絶乾坪量・水分量算出部（１２０）と、
を備えている坪量・水分量測定装置。
【請求項６】
前記定数／検量線決定部（１１２）は、前記検量線を以下の近似式
ＷＴ＝ａ・ΔＰ3＋ｂ・ΔＰ2＋ｃ・ΔＰ      （１Ａ）
に当てはめて定数ａ、ｂ、ｃを決定するものであり、
前記定数／検量線記憶部（１１４）は前記検量線に相当するものとして前記定数／検量線決定部（１１２）が決定した前記定数ａ、ｂ、ｃを記憶するものであり、
前記絶乾坪量・水分量算出部（１２０）は前記定数／検量線記憶部（１１４）に保持されている前記定数ａ、ｂ、ｃを前記（１Ａ）式に当てはめたものを検量線として用いて水分量ＷＴを求めるものである請求項５に記載の坪量・水分量測定装置。
【請求項７】
前記データ処理装置（１０６）は、以下の式を用いて、風乾坪量と水分率を求める風乾坪量・水分率算出部（１２２）をさらに備えている請求項５又は６に記載の坪量・水分量測定装置。
風乾坪量＝絶乾坪量ＢＤ＋水分量ＷＴ
水分率＝水分量ＷＴ×１００／風乾坪量
【請求項８】
前記マイクロ波共振器（１００）はサンプルの一面側のみに配置される複数個の矩形誘電体共振器であって、それらの共振器の長辺方向がそれぞれ異なる方向（θ）を向くように同一平面上に配置されたものであり、
前記Δｆ・ΔＰ算出部（１０８）は請求項４に記載されたΔｆｒとΔＰｒを算出するものであり、
前記絶乾坪量・水分量算出部（１２０）は前記Δｆ・ΔＰ算出部（１０８）により算出されたΔｆｒとΔＰｒを用いて演算を行うものである請求項５から７のいずれか一項に記載の坪量・水分量測定装置。
【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、特に紙シートの坪量（１平方メートル当たりの重量）と水分量をオンラインで測定する方法と装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
紙の製造工程において、坪量をオンラインで測定することは非常に重要であり、坪量は紙の品質上及び商取引上の重要な管理項目となっている。坪量だけでなく、水分率も重要な項目となっている。従来、ＢＭ計(Basis Weight & Moisture Measurement System)を用い、紙の坪量はβ線の透過減衰量から、紙の水分は近赤外線の吸収量から求めるのが一般的である。ＢＭ計による坪量測定値は最も信頼性が高いとされている。【０００３】
坪量を測るには、Ｋｒ８５（クリプトン）又はＰｍ１４７（プロメシューム）などの放射線源から得られるβ線を用いている。坪量が大きいとβ線の減衰量が大きく、坪量が小さいと減衰量が小さいため、β線の透過量と坪量とは反比例に近い関係にある。坪量を正確に求めるには、β線の透過量と坪量との関係を示す検量線が用いられる。【０００４】
水分を測る近赤外線としては、通常、基準光、測定光及び補正光の３種類が用いられている。基準光は波長が１.８μｍであり、この波長光は水分により減衰しない。測定光は波長が１.９μｍであり、この波長光は水分により減衰する。補正光は波長が２.１μｍであり、この波長光はセルロースによる影響を受けない。水分による測定光の減衰量と水分量との関係を予め検量線として調べておくことによって、正確な水分量が求められる。【０００５】
従来のＢＭ計の坪量測定においてはβ線を用いるため、線源としてクリプトン８５又はプロメシューム１４７などの放射線源を用いなければならない。放射線源は人体に悪影響を及ぼす可能性がある。そのため、測定時には線源に近づかないように立入り禁止区域を設け、また近辺で作業する機会の多い人にはフィルムバッチの携帯を義務付け、浴びた放射線量を定期的にチェックしなければならない。また、放射線を取り扱うことができる主任技術者を配置する必要があり、放射線の取扱いに十分な注意と専門知識が要求される。【０００６】
放射線源を用いることによるこのような課題を回避する方法として、本発明者らは放射線を使用しないで紙などのシート状物質の坪量及び水分を測定する方法を提案している（特許文献１参照。）。その提案の方法は、マイクロ波誘電体共振器を用いて坪量と水分を同時に測定するものであり、紙の繊維配向などのサンプルの誘電的異方性をオンラインで測る装置の応用として、繊維配向以外に坪量及び水分量も同時に測定できることを示したものである。その提案の方法によれば、坪量はサンプルがないときの共振周波数とサンプルを配置したときの共振周波数との差である共振周波数シフト量から求められ、水分量はサンプルがないときの共振周波数でのピークレベルとサンプルを配置したときの共振周波数でのピークレベルとの差である共振ピークレベル変化量から求められる。【０００７】
さらに、本発明者らは坪量と水分量又は水分率を求める具体的な方法も提案している（特許文献２参照。）。その提案の具体的な方法を概略的に示すと以下のようになる。【０００８】
マイクロ波共振器を用いると、サンプルの有無により図３のように共振周波数シフト量Δｆと共振ピークレベル変化量ΔＰが現れる。サンプルの厚みをＴとすると、共振周波数シフト量Δｆは（（誘電率-１）×Ｔ）に比例し、共振ピークレベル変化量ΔＰは（誘電損失率×Ｔ）に比例する。【０００９】
一方、図６のように紙を絶乾部分と水とに分離したモデルを考え、測定している絶乾部分の体積をＶ１、水の体積をＶ２とすると、以下の式が成立する。
Δｆ＝Ｋｆ（Ｖ１・ε’１＋Ｖ２・ε’２）      （３）
ΔＰ＝Ｋｐ（Ｖ１・ε”１＋Ｖ２・ε”２）      （４）
ここで、Ｋｆ、Ｋｐはディメンジョンを合わせるための比例定数、ε’１は絶乾の紙の誘電率−１、ε’２は水の誘電率、ε”１は絶乾の紙の誘電損失率、ε”２は水の誘電損失率（周波数、束縛の程度、温度によっても変わる）である。【００１０】
ΔｆとΔＰの実測データを用いて上の連立方程式（３），（４）を解くことによりＶ１とＶ２を求める。そして、Ｖ１，Ｖ２と絶乾坪量（ＢＤ）、水分量（ＷＴ）との間には、
絶乾坪量（ＢＤ）＝β・Ｖ１      （５）
水分量（ＷＴ）＝γ・Ｖ２        （６）
（βは絶乾状態の紙の比重、γは水の比重）の関係があることから、Ｖ１から絶乾坪量、Ｖ２から水分量をそれぞれ求める。これが特許文献２で提案の方法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００６−３４９４２５号公報（米国特許第７,４２３,４３５Ｂ２号公報）
【特許文献２】ＷＯ２０１１／０９２８８９（ＵＳ−２０１３−００２５３５０−Ａ１）
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】ＪＩＳ  Ｐ８１２４（１９５６年制定、２０１１年改定）
【非特許文献２】ＪＩＳ  Ｐ８１２７（１９５８年制定、２０１０年改定）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、特許文献２に記載の方法とは異なる方法により、マイクロ波共振器を用いて紙の坪量と水分量を求める新しい方法と装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の坪量・水分量測定方法は、以下のステップＳ１からＳ３を含んでいる。
（ステップＳ１）サンプルを設置しない第１の状態でのマイクロ波共振器における共振周波数ｆ１、共振ピークレベルＰ１と、サンプルを設置した第２の状態での前記マイクロ波共振器における共振周波数ｆ２、共振ピークレベルＰ２を測定し、共振周波数シフト量Δｆ（＝ｆ１−ｆ２）とピークレベル変化量ΔＰ（＝Ｐ１−Ｐ２）を求めるステップ、
（ステップＳ２）ΔＰと水分量ＷＴとの関係を示す検量線（１）
ＷＴ＝Ｆ（ΔＰ）      （１）
（Ｆ（ΔＰ）はΔＰの関数）
を用い、ステップＳ１で求めたΔＰから前記サンプルの水分量ＷＴを求めるステップ、及び
（ステップＳ３）Δｆ、ＷＴ及びＢＤの関係を示す以下の式（２）
Δｆ＝Ａ・ＢＤ＋Ｂ・ＷＴ      （２）
（ＡとＢは定数である。）
を用いて、ステップＳ１で求めたΔｆとステップＳ２で求めたＷＴとから前記サンプルの絶乾坪量ＢＤを求めるステップ。【００１５】
検量線（１）を決定するためのＷＴと、定数Ａ、Ｂを決定するためのＢＤとＷＴは、複数の標準サンプルについてマイクロ波共振器以外の装置、例えばＢＭ計を用いて、又はマイクロ波共振器もマイクロ波共振器以外の前記装置も用いない方法により別途取得する。そして、検量線（１）は、別途取得したＷＴと該当する標準サンプルについて前記マイクロ波共振器を用いて得られた測定値ΔＰとから求め、定数Ａ、Ｂは、別途取得したＢＤとＷＴを（２）式に当てはめて得られたΔｆが、該当する標準サンプルについて前記マイクロ波共振器を用いて得られた測定値Δｆに最も近くなるような定数Ａ、Ｂの組み合わせとして求める。【００１６】
ＢＤとＷＴを別途求めるためのマイクロ波共振器以外の装置として、例えばＢＭ計を用いることができる。ＢＭ計は放射線源を用いるが、ＢＭ計を使用するとしても本発明ではＢＭ計を使用するのは検量線と定数Ａ、Ｂを決めるための標準サンプルを測定するときだけである。いったん検量線と定数Ａ、Ｂが決まれば、その後の実際のサンプルの測定時にはマイクロ波共振器を備えた測定装置を使用するだけであり、もはやＢＭ計は必要ではない。そのため、本発明では放射線源を用いることによる前述の問題はない。【００１７】
マイクロ波共振器もＢＭ計などのマイクロ波共振器以外の装置も用いない方法の一例として、絶乾坪量は「紙及び板紙?坪量の測定方法、ＪＩＳ  Ｐ８１２４（１９５６年制定、２０１１年改定）」（非特許文献１参照。）の付属書Ａに規定されている絶乾坪量の測定方法に記載の方法が挙げられ、水分は「紙及び板紙?ロットの水分試験方法?乾燥器による方法、ＪＩＳ  Ｐ８１２７（１９５８年制定、２０１０年改定）」（非特許文献２参照。）に規定されている方法が挙げられる。これらの日本工業規格の測定方法は、いずれもオフライン用の測定方法であって、ＢＭ計の検定を行う際に実施されるものである。【００１８】
日本工業規格の測定方法に基づく絶乾坪量の測定方法は、以下のように行う。
（１）採取したシート状試料の面積をあらかじめ測定する。
（２）試料を熱した乾燥機に入れて重量変化がなくなるまで含有水分を十分に除去し、すぐに試料重量を測定する。
（３）絶乾坪量を、乾燥後の試料重量を、加熱前に測定した試料面積で割ることにより得る。
日本工業規格の測定方法に基づく水分の測定方法は以下のように行う。
（１）採取したシート状試料の面積及び重量をあらかじめ測定する。
（２）絶乾坪量の測定方法と同様に試料を熱した乾燥機に入れて重量変化がなくなるまで含有水分を十分に除去し、すぐに試料重量を測定する。
（３）水分率を求める場合は下記（ａ）式、水分量を求める場合は下記（ｂ）式により計算する。
水分率＝［（加熱前の試料重量−加熱後の試料重量）／（加熱前の試料重量）］×１００（ａ）
水分量＝（加熱前の試料重量−加熱後の試料重量）／（加熱前の試料面積）    （ｂ）【００１９】
以上の二つの測定方法において、試料重量を測定する際には、試料に含まれる水分の変化が測定誤差に起因するため、重量測定時の水分変化を防ぐ目的で秤量瓶を用いるなど、十分に注意を払う必要がある。【００２０】
ここで、（２）式を導出する過程を説明する。（３）式について、Ｖ１とＶ２をそれぞれ（５），（６）に基づいてＢＤ（絶乾坪量）とＷＴ（水分量）として書き換えると、次の（３Ａ）式となる。
Δｆ＝Ｋｆ（（ＢＤ／β）・ε’１＋（ＷＴ／γ）・ε’２）      （３Ａ）
ここで（３Ａ）式の定数部分をまとめると（２）式となる。
Δｆ＝Ａ・ＢＤ＋Ｂ・ＷＴ      （２）【００２１】
（１）式は、ΔＰと水分量ＷＴとの関係を示す検量線をΔＰの関数とする一般式で表わしたものである。一実施形態では、検量線の具体的な一例として、以下の近似式
ＷＴ＝ａ・ΔＰ3＋ｂ・ΔＰ2＋ｃ・ΔＰ      （１Ａ）
で表わされるものを使用する。この場合、検量線の決定は、複数の標準サンプルについて別途取得したＷＴと該当する標準サンプルについてマイクロ波共振器を用いて得られた測定値ΔＰを（１Ａ）式に当てはめて、定数ａ、ｂ、ｃを決定することに相当する。【００２２】
他の実施形態では、さらに、以下の式を用いて、風乾坪量（ｇ/ｍ2）及び水分率（％）まで求める。絶乾坪量とは、水分率が０％のときにおける坪量を意味する。
風乾坪量＝絶乾坪量ＢＤ＋水分量ＷＴ      （７）
水分率＝水分量ＷＴ×１００／風乾坪量    （８）【００２３】
本明細書では、水分の量に関する用語として「水分率」と「水分量」を同等なものとしてともに使用している。「水分率」と「水分量」は、（７），（８）式から、次の関係がある。
水分率＝（水分量ＷＴ／（絶乾坪量ＢＴ＋水分量ＷＴ））×１００【００２４】
本発明の坪量・水分量測定装置は、マイクロ波共振器と、前記マイクロ波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、前記マイクロ波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、前記検出装置からサンプルを設置しない第１の状態での前記マイクロ波共振器の共振周波数ｆ１とその共振周波数ｆ１位置でのピークレベルＰ１と、サンプルを設置した第２の状態での前記マイクロ波共振器の共振周波数ｆ２とその共振周波数ｆ２位置でのピークレベルＰ２を取り込み、前記サンプルの絶乾坪量と水分量を算出するデータ処理装置とを備えている。データ処理装置の詳しい構成は後述する。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、マイクロ波共振器を用いて紙などのシート状物質の坪量及び水分量（水分率）を測定する際に、放射線を使用せず、安全に測定できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】坪量・水分量測定装置の好ましい一実施形態を示すブロック図である。
【図２Ａ】一実施例で使用する誘電体共振器を示す平面図である。
【図２Ｂ】同共振器の垂直断面図である。
【図３】サンプルの有無による誘電体共振器における共振カーブの変化を示す波形図である。
【図４】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５】図４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６】水分モデルを示す断面図である。
【図７】ΔＰと水分量の相関を表わす検量線の一例を示すグラフである。
【図８】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９】図８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１０】図８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１１】Δｆｒを求める手順を示すフローチャートである。
【図１２】ΔＰｒを求める手順を示すフローチャートである。
【図１３】定数を決定する手順を示すフローチャートである。
【図１４】サンプル測定動作の一例を示すフローチャートである。
【図１５】ＢＭ計による水分量測定値とマイクロ波共振器での測定結果との相関を示すグラフである。
【図１６】ＢＭ計による絶乾坪量測定値とマイクロ波共振器での測定結果との相関を示すグラフである。
【図１７】ＢＭ計による風乾坪量測定値とマイクロ波共振器での測定結果との相関を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
まず、坪量及び水分量（又は水分率）を測定する装置の概要について説明する。
【００２８】
マイクロ波共振器を用いて紙の繊維配向を測定するのではなく、紙の坪量と水分量を測定する場合には、誘電率の異方性をキャンセルする必要がある。キャンセルする方法としては、例えば１個のマイクロ波共振器を使用する方法がある。マイクロ波共振器は空洞共振器であっても誘電体共振器であってもよい。この場合、空洞共振器の場合は円筒空洞共振器や球形空洞共振器などを用いて、例えば電界ベクトルがループ状になるＴＥ011モードのように、電界ベクトルがある方向に偏らない共振モードを選択する。誘電体共振器の場合は、エバネセント波の電界ベクトルがある一定方向に偏って向くのではなく、円柱型誘電体共振器を用いて四方八方に向く電界分布、又はループ状となる電界分布などの電界分布となる共振モードを選択するのが望ましいのは当然である。この場合はサンプルがないときとあるときにおける共振器によって得られる共振周波数シフト量と共振ピークレベル変化量をそのまま用いて坪量と水分量を算出することができる。
【００２９】
オンラインで紙の繊維配向などのサンプルの誘電的異方性を測る装置の応用として坪量及び水分量も測定する場合には、逆にサンプルの誘電率異方性の影響を受けてしまう問題がある。誘電率はテンソルであるため方向によって値が異なるが、坪量や水分量はスカラー量であるため方向によって値が異なることはない。坪量又は水分量を測定するときにこの誘電率異方性をいかにキャンセルするかが課題である。
【００３０】
サンプルの誘電的異方性を測る装置でサンプルの誘電率異方性をキャンセルする方法を説明する。図２Ａと図２Ｂに矩形のマイクロ波誘電体共振器の概観図を示す。図２Ａは平面図、図２Ｂはそのアンテナ２ａ、２ｂを通る位置での垂直断面図である。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。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。
【００３１】
ほとんどの共振エネルギーは共振器１の内部に閉じ込められているが、一部はエバネセント波として表面に滲み出している。矩形の誘電体共振器の場合、共振モードを適切に選択することによって、共振器表面に沁み出した電界分布は長辺方向と平行になる。ここでは電界分布が長辺方向と平行になるそのような共振モードで使用する。エバネセント波６の電界ベクトルのほとんどすべてが平行になっていると、サンプル８の誘電率異方性、つまり配向性を測定することが可能になる。
【００３２】
誘電体共振器１の上面にサンプル８を近接又は接触させて配置すると、エバネセント波６の電界ベクトル方向の誘電率に対応して図３のように共振周波数が低周波数側にシフトする。その共振周波数シフト量をΔｆとする。共振周波数シフト量はサンプルがない場合のブランク時の共振周波数ｆ１からサンプルがあるときの共振周波数ｆ２を引いた値と定義される。
【００３３】
誘電体共振器１の上面にサンプル８を近接又は接触させて配置すると、共振周波数のシフトと同時に、サンプルの誘電損失率に対応して共振周波数位置でのピークレベルが下がる。そのピークレベル変化量をΔＰとする。ピークレベル変化量はサンプルがない場合のブランク時の共振周波数位置でのピークレベルＰ１からサンプルがあるときの共振周波数位置でのピークレベルＰ２を引いた値と定義される。サンプルの誘電率をε’、誘電損失率をε”、サンプルの厚みをＴとすると、周波数シフト量Δｆは（ε’−１）×Ｔに比例し、ピークレベル変化量ΔＰは、ε”×Ｔに比例する。
【００３４】
配向性を測定する場合は、誘電率の異方性を見ればよい。そこで、複数の矩形誘電体共振器を互いに方向が異なるように配置し、各共振器における共振周波数シフト量を検知すれば、誘電率異方性がわかる。
【００３５】
図４に、例えば５個の矩形誘電体共振器１ａ〜１ｅを基準方向から互いに異なる方向（θ）をもつように配置した場合のレイアウト例を示す。５個の共振器１ａ〜１ｅはなるべく近い場所を測定できるように互いに接近して配置することが好ましい。この例では、直径２００ｍｍの円内に５個の共振器１ａ〜１ｅを配置している。基準方向は任意に定めることができるが、ここでは一例としてサンプルの移動方向（ＭＤ方向）を基準方向とする。
【００３６】
これに対応した配向パターンを図５に示す。これは角度をθ、原点からの距離をｒとする極座標（ｒ，θ）上に、共振器１ａ〜１ｅの方向（θ）を角度θとし、それぞれの共振器が検出した共振周波数シフト量Δｆをｒとしてプロットし、楕円近似を行ったものである。楕円の長軸方向が周波数シフト量の最大方向を示すため、この方向でサンプルの誘電率が最大となる。したがって、この方向に繊維又は分子鎖が並んでいることになる。楕円の長軸方向が配向角度（φ）である。一方、配向度は近似した楕円の長軸ａと短軸ｂの差又は比で表すことができる。
【００３７】
特許文献１に記載の発明は、紙などのシート状物質の繊維配向又は分子配向を誘電率の異方性から求める方法と装置の副次的なものとして考え出されたものであり、配向測定と同時に坪量も測定できるというものである。そのために、スカラー量である坪量を測定する場合、誘電率の方向依存性が逆に障害となる。共振周波数シフト量を極座標上にプロットすると、サンプルが無配向でない場合、例えば図５のようにサンプルの誘電率方向依存性によって異なる値になる。しかし、坪量はスカラーであるため、方向依存性を有しない。
【００３８】
その誘電率の異方性に起因する共振周波数シフト量の方向依存性をキャンセルする第１の方法は、複数個の共振器の共振周波数シフト量を単純に平均化処理する方法である。
【００３９】
方向依存性をキャンセルする第２の方法として、図５のように共振周波数シフト量Δｆを極座標上にプロットし、楕円近似をしてできる楕円体の面積と同面積の円の半径をサンプルの誘電的異方性をキャンセルした換算シフト量Δｆｒとする方法である。例えば、シート状サンプルの一面側のみに配置された複数個（個数をｎとする。）の矩形誘電体共振器をその長辺方向がそれぞれ基準方向から異なる方向（θ）を向くように同一平面上に配置してそれぞれの共振器の共振周波数ｆ２1〜ｆ２nを測定し、あるサンプルについて各矩形誘電体共振器の共振周波数シフト量Δｆ1〜Δｆnを求める。シフト量Δｆ1〜Δｆnは、先に定義したように、サンプルがない場合の共振周波数ｆ１とサンプルがある場合の各矩形誘電体共振器の共振周波数ｆ２1〜ｆ２nとの差である。次に、角度をθ、原点からの距離をｒとする極座標（ｒ，θ）上に、前記方向（θ）を角度θとし、シフト量Δｆ1〜Δｆnをｒとしてプロットし、図５のように楕円近似処理により楕円を描き、その楕円の面積を求める。その楕円の面積と同面積の円の半径を求めると、この半径が異方性をキャンセルした共振周波数シフト量に相当する。
【００４０】
サンプルの誘電的異方性を測る装置で本発明の一実施形態の坪量・水分量測定方法を実施する場合は、マイクロ波共振器としてサンプルの一面側のみに配置された複数個（個数をｎとする。）の矩形誘電体共振器を、それらの共振器の長辺方向がそれぞれ異なる方向（θ）を向くように同一平面上に配置する。そして、方向（θ）を角度θとしそれらの共振器の共振周波数シフト量Δｆ1〜Δｆnをｒとして、角度をθ、原点からの距離をｒとする極座標（ｒ，θ）上にプロットし、楕円近似処理により楕円を描き、その楕円の面積と同面積の円の半径Δｆｒを求めて、そのΔｆｒを（２）式中のΔｆとする。また、それらの共振器のピークレベル変化量ΔＰ1〜ΔＰnを求め、次の（Ａ）から（Ｃ）のいずれかのΔＰｒを（１）式中のΔＰとする。
（Ａ）ΔＰ1〜ΔＰnのいずれかからなるΔＰｒ。
（Ｂ）ΔＰ1〜ΔＰnの平均値からなるΔＰｒ。
（Ｃ）前記方向（θ）を角度θとしΔＰ1〜ΔＰnをｒとして、角度をθ、原点からの距離をｒとする極座標（ｒ，θ）上にプロットし、楕円近似処理により楕円を描き、その楕円の面積と同面積の円の半径として求めたΔＰｒ。
【００４１】
以下の説明では、上記いずれかの方法で誘電的異方性をキャンセルした周波数シフト量Δｆが得られたという前提で記述する。
【００４２】
検量線を決定する作業と、Δｆ、ＷＴ及びＢＤの関係を示す（２）式中の定数Ａ，Ｂを決定する作業は、コンピュータ上で適当なプログラムを使用することにより実行することができる。
【００４３】
まず、複数の標準サンプルについて、一例としてＢＭ計により絶乾坪量ＢＤと水分量ＷＴを測定する。一方、それらの標準サンプルについてマイクロ波共振器を備えた測定装置によりΔｆとΔＰを測定する。
【００４４】
検量線を表わす関数ＷＴ＝Ｆ（ΔＰ）は、ΔＰの一次関数にならないことがわかった。２次関数又は３次関数で近似することができる。そこで、例えば（１Ａ）式のような３次関数で近似し、測定値ＷＴとΔＰを当てはめて最小二乗法により定数ａ、ｂ、ｃを決定する。
【００４５】
また、検量線を２次関数で近似してもよい。その場合は定数ａをゼロにして、最小二乗法により定数ｂ、ｃを決定する。このように、検量線を２次関数で近似して求めた検量線の一例を図７に示す。横軸のΔＰはマイクロ波共振器を備えた測定装置による測定値、縦軸はＢＭ計による水分量ＷＴの測定値である。図７の検量線は決定係数Ｒ2（Ｒは相関係数）が０.９８９７という高い値を示しており、検量線として信頼性の高いものであることを示している。
【００４６】
なお、水分量ＷＴは、ΔＰと、ΔＰ以外の説明変数による、重回帰式で近似することもできる。ΔＰ以外の説明変数としては、例えば、サンプルの絶乾部分の誘電損失が挙げられる。
【００４７】
Δｆ、ＷＴ及びＢＤの関係を示す（２）式中の定数Ａ，Ｂを決定する作業は、次のように行う。ある一つの定数Ａ，Ｂの組（Ａ，Ｂ）について、例えばＢＭ計から得られた量ＢＤとＷＴを当てはめてΔｆを計算する。その計算値Δｆとマイクロ波共振器を用いて測定された測定値Δｆとの差を複数の標準サンプルについて計算し、Δｆの差の分散又は標準偏差を求める。別のＡ，Ｂの組（Ａ，Ｂ）についても同様に分散又は標準偏差を計算する。種々のＡ，Ｂの組（Ａ，Ｂ）のうち、分散又は標準偏差が最も小さくなったＡ，Ｂの組（Ａ，Ｂ）を（２）式中の定数Ａ，Ｂとして決定する。このような計算のプログラムの一例として、「ソルバー」（マイクロソフト社製表計算ソフト「エクセル」の機能の１つ）と称されるプログラムを使用することができる。
【００４８】
本発明の坪量・水分量測定装置の一実施形態を、図１を参照して説明する。同坪量・水分量測定装置は、マイクロ波共振器１００と、共振器１００に電界ベクトルを発生させるマイクロ波用励振装置１０２と、共振器１００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１０４と、検出装置１０４からサンプルを設置しない第１の状態でのマイクロ波共振器１００の共振周波数ｆ１とその共振周波数ｆ１位置でのピークレベルＰ１と、サンプルを設置した第２の状態でのマイクロ波共振器１００の共振周波数ｆ２とその共振周波数ｆ２位置でのピークレベルＰ２を取り込み、サンプルの絶乾坪量と水分量を算出するデータ処理装置１０６とを備えている。
【００４９】
データ処理装置１０６はこの測定装置の専用のコンピュータにより、又は外部に接続されたパーソナルコンピュータなどのコンピュータにより実現されるものである。データ処理装置１０６は、Δｆ・ΔＰ算出部１０８、定数／検量線決定部１１２、定数／検量線記憶部１１４及び絶乾坪量・水分量算出部１２０を備えている。
【００５０】
Δｆ・ΔＰ算出部１０８は、検出装置１０４から取り込んだ共振周波数ｆ１，ｆ２とピークレベルＰ１，Ｐ２から共振周波数シフト量Δｆ（＝ｆ１−ｆ２）とピークレベル変化量ΔＰ（＝Ｐ１−Ｐ２）を算出する。
【００５１】
定数／検量線決定部１１２は、複数の標準サンプルについて別途取得した水分量ＷＴと該当する標準サンプルについてΔｆ・ΔＰ算出部１０８で算出されたΔＰとからΔＰと水分量ＷＴとの関係を示す検量線を求め、複数の標準サンプルについて別途取得した絶乾坪量ＢＤとＷＴをΔｆ、ＷＴ及びＢＤの関係を示す以下の式（２）
Δｆ＝Ａ・ＢＤ＋Ｂ・ＷＴ      （２）
に当てはめて得られたΔｆが、該当する標準サンプルについてΔｆ・ΔＰ算出部１０８で算出されたΔｆに最も近くなるような定数Ａ，Ｂの組み合わせを求める。
【００５２】
定数／検量線記憶部１１４は、定数／検量線決定部１１２で決定された定数Ａ，Ｂと検量線を保持する。
【００５３】
絶乾坪量・水分量算出部１２０は、Δｆ・ΔＰ算出部１０８で算出されたΔＰを定数／検量線記憶部１１４に保持されている検量線に当てはめてサンプルの水分量ＷＴを求め、そのように求められたＷＴ、Δｆ・ΔＰ算出部１０８で算出されたΔｆ及び定数／検量線記憶部１１４に保持されている定数Ａ，Ｂを式（２）に当てはめてサンプルの絶乾坪量を求める。
【００５４】
定数／検量線決定部１１２は、ＢＤとＷＴを、複数の標準サンプルについてマイクロ波共振器以外の絶乾坪量・水分測定装置１１０を用いて、又はマイクロ波共振器もマイクロ波共振器以外の絶乾坪量・水分測定装置１１０も用いない方法により取得する。そのような絶乾坪量・水分測定装置１１０は特に限定されるものではないが、その一例はＢＭ計である。
【００５５】
好ましい実施形態では、定数／検量線決定部１１２は、検量線を以下の近似式
ＷＴ＝ａ・ΔＰ3＋ｂ・ΔＰ2＋ｃ・ΔＰ      （１Ａ）
に当てはめて定数ａ、ｂ、ｃを決定するものである。その場合、定数／検量線記憶部１１４は検量線に相当するものとして定数／検量線決定部１１２が決定した定数ａ、ｂ、ｃを記憶するものとなり、絶乾坪量・水分量算出部１２０は定数／検量線記憶部１１４に保持されている定数ａ、ｂ、ｃを（１Ａ）式に当てはめたものを検量線として用いて水分量ＷＴを求めるものとなる。
【００５６】
他の好ましい実施形態では、データ処理装置１０６は風乾坪量と水分率を求める風乾坪量・水分率算出部１２２をさらに備えている。
【００５７】
さらに他の好ましい実施形態では、マイクロ波共振器１００はサンプルの一面側のみに配置される複数個の矩形誘電体共振器であって、それらの共振器の長辺方向がそれぞれ異なる方向（θ）を向くように同一平面上に配置されたものである。その場合、Δｆ・ΔＰ算出部１０８は異方性がキャンセルされた前述のΔｆｒとΔＰｒを算出するものとなり、絶乾坪量・水分量算出部１２０はΔｆ・ΔＰ算出部１０８により算出されたΔｆｒとΔＰｒを用いて演算を行うものとなる。
【００５８】
本発明の測定装置の一実施例を図８から図１０により具体的に示す。これはサンプルの誘電的異方性を測る装置で本発明を実現する実施例である。５個の誘電体共振器１ａ〜１ｅを配置し、図８のブロック図で示す信号処理回路を用いて、図９に示すタイムチャートに基づいて信号を処理して共振周波数と共振ピークレベルを測定する。
【００５９】
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。各共振器１ａ〜１ｅからの出力はそれぞれの検波ダイオード２３ａ〜２３ｅで電圧に変換され、それぞれの増幅及びＡ／Ｄ変換回路部２４ａ〜２４ｅを通ってそれぞれのピーク検出及び平均化処理回路部２５ａ〜２５ｅに入る。
【００６０】
共振周波数の測定は次のように行われる。図９に示したようにマイクロ波スイーパ発振器２１が周波数を掃引する。例えば周波数を、４ギガヘルツを中心に１０ｍｓｅｃで２５０ＭＨｚ掃引することによって連続的に周波数が上げられる。その周波数掃引により、ピーク検出及び平均化処理回路部２５ａ〜２５ｅではマイクロ波透過強度から共振カーブが得られる。共振カーブは１０００００個／１０ｍｓｅｃのデータとして得られ、そのデータからＶＨＤＬ（VHSIC Hardware Description Language）によるハードウエアでピーク位置が短時間で求められる。ピーク検出及び平均化処理回路部２５ａ〜２５ｅはそのスイープ信号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。
【００６１】
この方法では、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。
【００６２】
図1０に図８に示した回路中の一つの誘電体共振器についての検出系の回路をさらに詳細に示した。他の誘電体共振器についての検出系の回路も同じである。先に説明した増幅及び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。増幅及びＡ／Ｄ変換回路部２４ａからのデジタル出力はピーク検出及び平均値化処理回路部２５ａに入る。ピーク検出及び平均化処理回路部２５ａ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ももっている。このＬＳＩにおいて共振ピーク検出として共振周波数と共振ピークレベルの両方を検出し、平均化処理ＬＳＩではスイープ毎に得られる共振周波数と共振ピークレベルの平均化処理を行っている。
【００６３】
ピーク検出及び平均化処理回路部２５ａ〜２５ｅの後段にはマイクロコンピュータ２６が接続され、各誘電体共振器検出系からの信号がマイクロコンピュータ２６に入力される。マイクロコンピュータ２６はピーク検出及び平均化処理回路部２５ａ〜２５ｅからの共振周波数と共振ピークレベルをまとめて後段のパーソナルコンピュータ２７に送信する。マイクロコンピュータ２６はまた、各増幅及びＡ／Ｄ変換回路部２４ａ〜２４ｅ、ピーク検出及び平均化処理回路部２５ａ〜２５ｅを誘電体共振器系毎に制御して動作させるための制御機能ももっている。
【００６４】
パーソナルコンピュータ２７はマイクロコンピュータ２６からの出力を演算して坪量と水分量を求めてデータとして表示したり記憶したりするデータ処理装置１０６の機能を果たす。
【００６５】
ここで、図1０において、増幅及び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。
【００６６】
パーソナルコンピュータ２７により実現されるデータ処理装置の機能は図１に示されたものである。
【００６７】
矩形誘電体共振器を５個用いた場合についてさらに具体的に説明する。
【００６８】
図1１にΔｆｒを計算する手順を示す。
【００６９】
ブランクの共振周波数を各誘電体共振器について求め、それぞれ、ｆ01、ｆ02、ｆ03、ｆ04、ｆ05とする。
【００７０】
サンプルの共振周波数を各誘電体共振器についてもとめ、それぞれ、ｆs1、ｆs2、ｆs3、ｆs4、ｆs5とする。
【００７１】
各誘電体共振器について、共振周波数シフト量Δｆを計算し、それぞれ、Δｆ1、Δｆ2、Δｆ3、Δｆ4、Δｆ5とする。ただし、
Δｆ1＝ｆ01−ｆs1
Δｆ2＝ｆ02−ｆs2
Δｆ3＝ｆ03−ｆs3
Δｆ4＝ｆ04−ｆs4
Δｆ5＝ｆ05−ｆs5
【００７２】
５点のΔｆを極座標に表示し、楕円近似をし、楕円の面積Ｓを計算する。楕円の面積を同じ面積の円の半径ｒを求め、それを換算シフト量Δｆｒとする。
Δｆｒ＝（Ｓ／π）1/2
【００７３】
このΔｆｒが誘電率異方性をキャンセルした共振周波数シフト量である。
【００７４】
ピークレベルについては誘電率ほどの異方性はないので、サンプルの有無における１つの誘電体共振器についてのピークレベル変化量をΔＰとして採用してもよく、５つの誘電体共振器についてのピークレベル変化量の平均値をΔＰとして採用してもよい。そのようなΔＰを採用してもそれほどの誤差は生じない。しかし、さらに異方性をキャンセルしようとすれば、誘電率の異方性をキャンセルしたのと同じように行うことができる。その場合の手順を図1２に示す。
【００７５】
各誘電体共振器についてブランクの共振周波数位置でのピークレベルＰ01〜Ｐ05を測定する。各共振器についてサンプルがあるときの共振周波数位置でのピークレベルＰS1〜ＰS5を測定する。各共振器についてピークレベル変化量ΔＰ1〜ΔＰ5を求める。ΔＰ1〜ΔＰ5を極座標上に表示し、楕円近似処理により楕円の面積を求める。その楕円の面積と同面積の円の半径を求め、その円の半径をそのサンプルの誘電的異方性をキャンセルした換算ピークレベル変化量ΔＰｒとする。
【００７６】
検量線と定数Ａ，Ｂを決定する方法はすでに述べたが、その手順を図1３に改めて示す。
【００７７】
坪量又は水分量の異なる複数の標準サンプルについて、マイクロ波共振器を用いた測定装置により共振周波数シフト量Δｆとピークレベル変化量ΔＰを測定し、例えばＢＭ計により絶乾坪量（ＢＤ）と水分量（ＷＴ）を測定する。
【００７８】
検量線は、例えばＢＭ計により測定した水分量（ＷＴ）と該当する標準サンプルについてマイクロ波共振器を用いて得られたピークレベル変化量ΔＰとから求める。検量線を例えば（１Ａ）式のような３次関数で近似したとして定数ａ、ｂ、ｃを決定する。
【００７９】
絶乾坪量を求めるための関係式（２）の定数Ａ、Ｂは、例えばＢＭ計により測定した絶乾坪量（ＢＤ）と水分量（ＷＴ）を（２）式に当てはめて算出したΔｆが、該当する標準サンプルについてマイクロ波共振器を用いて得られた測定値Δｆに最も近くなるような定数Ａ、Ｂの組み合わせとして求める。
【００８０】
この実施例において、絶乾坪量及び水分量、さらに風乾坪量及び水分率まで求める動作を図１４に示す。
【００８１】
定数Ａ，Ｂ，ａ，ｂ，ｃを決定するための標準サンプルを測定したマイクロ波共振器を用い、サンプルがないときのマイクロ波共振器における共振周波数と共振ピークレベルを測定しておく。その同じマイクロ波共振器によりサンプルを配置して共振周波数と共振ピークレベルを測定する（ステップＳ１）。
【００８２】
サンプル有無に関する共振周波数シフト量Δｆｒと共振ピークレベル変化量ΔＰｒを求める（ステップＳ２）。
【００８３】
メモリの定数記憶部１１４から定数Ａ，Ｂ，ａ，ｂ，ｃを取り込み、上記（１Ａ）式と（２）式に代入する。（ステップＳ３）。
【００８４】
（１Ａ）式に、ΔＰとしてのΔＰｒを代入して水分量ＷＴを算出する（ステップＳ４）。
【００８５】
（２）式に、ΔｆとしてのΔｆｒと、ステップＳ４で算出したＷＴを代入して絶乾坪量ＢＤを算出する（ステップＳ５）。
【００８６】
さらに上記（７）、（８）式を用いて風乾坪量及び水分率を算出する（ステップＳ６）。
【００８７】
（測定例１）
複数のサンプルについて、実際の抄紙機において本発明の実施例の装置により水分量を求めた結果を図１５の縦軸に示し、同サンプルについてＢＭ計により水分量を測定した結果を図１５の横軸に示した。両水分量を一次関数で近似すると決定係数Ｒ2が０．９８９７という高い値をもつ。このことから、本発明により水分量を高精度に測定できることがわかる。
【００８８】
（測定例２）
複数のサンプルについて、実際の抄紙機において本発明の実施例の装置により絶乾坪量を求めた結果を図１６の縦軸に示し、同サンプルについてＢＭ計により絶乾坪量を測定した結果を図１６の横軸に示した。両絶乾坪量を一次関数で近似すると決定係数Ｒ2が０．９８２９という高い値をもつ。このことから、本発明により絶乾坪量を高精度に測定できることがわかる。
【００８９】
（測定例３）
複数のサンプルについて、実際の抄紙機において本発明の実施例の装置により風乾坪量を求めた結果を図１７の縦軸に示し、同サンプルについてＢＭ計により風乾坪量を測定した結果を図１７の横軸に示した。両風乾坪量を一次関数で近似すると決定係数Ｒ2が０．９８５３という高い値をもつ。このことから、本発明により風乾坪量を高精度に測定できることがわかる。
【符号の説明】
【００９０】
１，１ａ〜１ｅ      誘電体共振器
２ａ，２ｂ      アンテナ
６      エバネセント波
８      サンプル
２７      パーソナルコンピュータ
１００      マイクロ波共振器
１０２      マイクロ波用励振装置
１０４      検出装置
１０６      データ処理装置
１０８      Δｆ・ΔＰ算出部
１１０      絶乾坪量・水分測定装置
１１２      定数／検量線決定部
１１４      定数／検量線記憶部
１２０      絶乾坪量・水分量算出部
１２２      風乾坪量・水分率算出部
【図１】
2015064370.tif 000003
【図２Ａ】
2015064370.tif 000004
【図２Ｂ】
2015064370.tif 000005
【図３】
2015064370.tif 000006
【図４】
2015064370.tif 000007
【図５】
2015064370.tif 000008
【図６】
2015064370.tif 000009
【図８】
2015064370.tif 000010
【図９】
2015064370.tif 000011
【図１０】
2015064370.tif 000012
【図１１】
2015064370.tif 000013
【図１２】
2015064370.tif 000014
【図１３】
2015064370.tif 000015
【図１４】
2015064370.tif 000016
【図７】
2015064370.tif 000017
【図１５】
2015064370.tif 000018
【図１６】
2015064370.tif 000019
【図１７】
2015064370.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】平成29年1月10日(2017.1.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ステップＳ１）サンプルを設置しない第１の状態でのマイクロ波共振器における共振周波数ｆ１、共振ピークレベルＰ１と、サンプルを設置した第２の状態での前記マイクロ波共振器における共振周波数ｆ２、共振ピークレベルＰ２を測定し、共振周波数シフト量Δｆ（＝ｆ１−ｆ２）とピークレベル変化量ΔＰ（＝Ｐ１−Ｐ２）を求めるステップ、
（ステップＳ２）ΔＰと水分量ＷＴとの関係を示す検量線（１）
ＷＴ＝Ｆ（ΔＰ）      （１）
（Ｆ（ΔＰ）はΔＰの２次以上の関数）
を用い、ステップＳ１で求めたΔＰから前記サンプルの水分量ＷＴを求めるステップ、及び
（ステップＳ３）Δｆ、ＷＴ及びＢＤの関係を示す以下の式（２）
Δｆ＝Ａ・ＢＤ＋Ｂ・ＷＴ      （２）
（ＡとＢは定数である。）
を用いて、ステップＳ１で求めたΔｆとステップＳ２で求めたＷＴとから前記サンプルの絶乾坪量ＢＤを求めるステップ、を含む坪量・水分量測定方法であって、
前記検量線（１）を決定するためのＷＴと、前記定数Ａ、Ｂを決定するためのＢＤとＷＴは、複数の標準サンプルについてマイクロ波共振器以外の装置を用いて、又はマイクロ波共振器もマイクロ波共振器以外の前記装置も用いない方法により別途取得し、
前記検量線（１）は、別途取得したＷＴと該当する標準サンプルについて前記マイクロ波共振器を用いて得られた測定値ΔＰとから求め、
前記定数Ａ、Ｂは、別途取得したＢＤとＷＴを前記（２）式に当てはめて得られたΔｆが、該当する標準サンプルについて前記マイクロ波共振器を用いて得られた測定値Δｆに最も近くなるような定数Ａ、Ｂの組み合わせとして求める坪量・水分量測定方法。
【請求項２】
前記検量線（１）は、以下の近似式
ＷＴ＝ａ・ΔＰ3＋ｂ・ΔＰ2＋ｃ・ΔＰ      （１Ａ）
に当てはめて定数ａ、ｂ、ｃを決定することにより求める請求項１に記載の坪量・水分量測定方法。
【請求項３】
さらに、以下の式を用いて、風乾坪量及び水分率まで求める請求項１又は２に記載の坪量・水分量測定方法。
風乾坪量＝絶乾坪量ＢＤ＋水分量ＷＴ
水分率＝水分量ＷＴ×１００/風乾坪量
【請求項４】
前記マイクロ波共振器としてサンプルの一面側のみに配置される複数個の矩形誘電体共振器を、それらの共振器の長辺方向がそれぞれ異なる方向（θ）を向くように同一平面上に配置し、
前記方向（θ）を角度θとしそれらの共振器の共振周波数シフト量Δｆ1〜Δｆnをｒとして、角度をθ、原点からの距離をｒとする極座標（ｒ，θ）上にプロットし、楕円近似処理により楕円を描き、その楕円の面積と同面積の円の半径Δｆｒを求めて、そのΔｆｒを請求項１中のΔｆとし、
それらの共振器のピークレベル変化量ΔＰ1〜ΔＰnを求め、次の（Ａ）から（Ｃ）のいずれかのΔＰｒを請求項１中のΔＰとする請求項１から３のいずれか一項に記載の坪量・水分量測定方法。
（Ａ）ΔＰ1〜ΔＰnのいずれかからなるΔＰｒ。
（Ｂ）ΔＰ1〜ΔＰnの平均値からなるΔＰｒ。
（Ｃ）前記方向（θ）を角度θとしΔＰ1〜ΔＰnをｒとして、角度をθ、原点からの距離をｒとする極座標（ｒ，θ）上にプロットし、楕円近似処理により楕円を描き、その楕円の面積と同面積の円の半径として求めたΔＰｒ。
【請求項５】
マイクロ波共振器（１００）と、
前記共振器（１００）に電界ベクトルを発生させるマイクロ波用励振装置（１０２）と、
前記共振器（１００）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（１０４）と、
前記検出装置（１０４）からサンプルを設置しない第１の状態での前記マイクロ波共振器（１００）の共振周波数ｆ１とその共振周波数ｆ１位置でのピークレベルＰ１と、サンプルを設置した第２の状態での前記マイクロ波共振器（１００）の共振周波数ｆ２とその共振周波数ｆ２位置でのピークレベルＰ２を取り込み、前記サンプルの絶乾坪量と水分量を算出するデータ処理装置（１０６）とを備えており、
前記データ処理装置（１０６）は、
前記検出装置（１０４）から取り込んだ前記共振周波数ｆ１，ｆ２と前記ピークレベルＰ１，Ｐ２から共振周波数シフト量Δｆ（＝ｆ１−ｆ２）とピークレベル変化量ΔＰ（＝Ｐ１−Ｐ２）を算出するΔｆ・ΔＰ算出部（１０８）と、
複数の標準サンプルについて別途取得した水分量ＷＴと該当する標準サンプルについて前記Δｆ・ΔＰ算出部（１０８）で算出されたΔＰとからΔＰと水分量ＷＴとの関係を示す検量線（１）
ＷＴ＝Ｆ（ΔＰ）      （１）
（Ｆ（ΔＰ）はΔＰの２次以上の関数）
を求め、複数の標準サンプルについて別途取得した絶乾坪量ＢＤとＷＴをΔｆ、ＷＴ及びＢＤの関係を示す以下の式（２）
Δｆ＝Ａ・ＢＤ＋Ｂ・ＷＴ      （２）
に当てはめて得られたΔｆが、該当する標準サンプルについて前記Δｆ・ΔＰ算出部（１０８）で算出されたΔｆに最も近くなるような定数Ａ，Ｂの組み合わせを求める定数／検量線決定部（１１２）と、
前記定数／検量線決定部（１１２）で決定された定数Ａ，Ｂと検量線を保持する定数／検量線記憶部（１１４）と、
前記Δｆ・ΔＰ算出部（１０８）で算出されたΔＰを前記定数／検量線記憶部（１１４）に保持されている検量線に当てはめて前記サンプルの水分量ＷＴを求め、そのように求められたＷＴ、前記Δｆ・ΔＰ算出部（１０８）で算出されたΔｆ及び前記定数／検量線記憶部（１１４）に保持されている定数Ａ，Ｂを前記式（２）に当てはめて前記サンプルの絶乾坪量を求める絶乾坪量・水分量算出部（１２０）と、
を備えている坪量・水分量測定装置。
【請求項６】
前記定数／検量線決定部（１１２）は、前記検量線を以下の近似式
ＷＴ＝ａ・ΔＰ3＋ｂ・ΔＰ2＋ｃ・ΔＰ      （１Ａ）
に当てはめて定数ａ、ｂ、ｃを決定するものであり、
前記定数／検量線記憶部（１１４）は前記検量線に相当するものとして前記定数／検量線決定部（１１２）が決定した前記定数ａ、ｂ、ｃを記憶するものであり、
前記絶乾坪量・水分量算出部（１２０）は前記定数／検量線記憶部（１１４）に保持されている前記定数ａ、ｂ、ｃを前記（１Ａ）式に当てはめたものを検量線として用いて水分量ＷＴを求めるものである請求項５に記載の坪量・水分量測定装置。
【請求項７】
前記データ処理装置（１０６）は、以下の式を用いて、風乾坪量と水分率を求める風乾坪量・水分率算出部（１２２）をさらに備えている請求項５又は６に記載の坪量・水分量測定装置。
風乾坪量＝絶乾坪量ＢＤ＋水分量ＷＴ
水分率＝水分量ＷＴ×１００／風乾坪量
【請求項８】
前記マイクロ波共振器（１００）はサンプルの一面側のみに配置される複数個の矩形誘電体共振器であって、それらの共振器の長辺方向がそれぞれ異なる方向（θ）を向くように同一平面上に配置されたものであり、
前記Δｆ・ΔＰ算出部（１０８）は請求項４に記載されたΔｆｒとΔＰｒを算出するものであり、
前記絶乾坪量・水分量算出部（１２０）は前記Δｆ・ΔＰ算出部（１０８）により算出されたΔｆｒとΔＰｒを用いて演算を行うものである請求項５から７のいずれか一項に記載の坪量・水分量測定装置。
【国際調査報告】
2015064370.tif 000021
2015064370.tif 000022
2015064370.tif 000023
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