(57)【要約】      （修正有）【課題】アンテナを製作容易、安価、且つ組み立ても簡単に行い得る電磁波物理量測定装置。【解決手段】測定対象を含む被測定物質を流す配管又は容器をはさむ形で送信側及び受信側アンテナを対向配置し、被測定物質内へ電磁波を入射し、受信された電磁波の第１伝播時間又は第１位相遅れと、基準となる流体中へ電磁波を入射し、受信された電磁波の第２伝播時間又は第２位相遅れとを比較して伝播時間又は位相遅れの差を演算して、被測定物質中に存在する測定対象の物理量を測定する電磁波物理量測定装置において、送信側アンテナと受信側アンテナとの少なくとも一方は、電磁波の２分の１波長の長さを有する線状の放射導体１０ａと、放射導体１０ａと電磁波の４分の１波長の間隔を隔てて対向して配置された接地導体２０ａと、放射導体１０ａと接地導体２０ａとを接続する短絡部１２ａと、放射導体１０ａを給電する給電部１４ａとを有する逆Ｆアンテナとする。【選択図】図１
2008076239.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象を含む被測定物質を流す配管又は容器をはさむ形で送信側アンテナ及び受信側アンテナを対向配置し、前記送信側アンテナから前記被測定物質内へ電磁波を入射し、前記受信側アンテナにより受信された電磁波の第１伝播時間又は第１位相遅れと、前記送信側アンテナから基準となる流体中へ電磁波を入射し、前記受信側アンテナにより受信された電磁波の第２伝播時間又は第２位相遅れとを比較して伝播時間又は位相遅れの差を演算して、前記被測定物質中に存在する前記測定対象の物理量を測定する電磁波物理量測定装置において、
前記送信側アンテナと前記受信側アンテナとの少なくとも一方は、
前記電磁波の２分の１波長の長さを有する線状の放射導体と、
前記放射導体と前記電磁波の４分の１波長の間隔を隔てて対向して配置された接地導体と、
前記放射導体と前記接地導体とを接続する短絡手段と、
前記放射導体を給電する給電手段とを有する逆Ｆアンテナであることを特徴とする電磁波物理量測定装置。
【請求項２】
測定対象を含む被測定物質を流す配管又は容器をはさむ形で送信側アンテナ及び受信側アンテナを対向配置し、前記送信側アンテナから前記被測定物質内へ電磁波を入射し、前記受信側アンテナにより受信された電磁波の第１伝播時間又は第１位相遅れと、前記送信側アンテナから基準となる流体中へ電磁波を入射し、前記受信側アンテナにより受信された電磁波の第２伝播時間又は第２位相遅れとを比較して伝播時間又は位相遅れの差を演算して、前記被測定物質中に存在する前記測定対象の物理量を測定する電磁波物理量測定装置において、
2008076239.tif 000009
前記誘電体の他方の表面に配置された接地導体と、
前記放射導体と前記接地導体とを接続する短絡手段と、
前記放射導体を給電する給電手段とを有する逆Ｆアンテナであることを特徴とする電磁波物理量測定装置。
【請求項３】
測定対象を含む被測定物質を流す配管又は容器をはさむ形で送信側アンテナ及び受信側アンテナを対向配置し、前記送信側アンテナから前記被測定物質内へ電磁波を入射し、前記受信側アンテナにより受信された電磁波の第１伝播時間又は第１位相遅れと、前記送信側アンテナから基準となる流体中へ電磁波を入射し、前記受信側アンテナにより受信された電磁波の第２伝播時間又は第２位相遅れとを比較して伝播時間又は位相遅れの差を演算して、前記被測定物質中に存在する前記測定対象の物理量を測定する電磁波物理量測定装置において、
2008076239.tif 000010
前記誘電体の他方の表面に配置された接地導体と、
前記放射導体を給電する第１給電部とを有する正方形パッチアンテナであることを特徴とする電磁波物理量測定装置。
【請求項４】
測定対象を含む被測定物質を流す配管又は容器をはさむ形で送信側アンテナ及び受信側アンテナを対向配置し、前記送信側アンテナから前記被測定物質内へ電磁波を入射し、前記受信側アンテナにより受信された電磁波の第１伝播時間又は第１位相遅れと、前記送信側アンテナから基準となる流体中へ電磁波を入射し、前記受信側アンテナにより受信された電磁波の第２伝播時間又は第２位相遅れとを比較して伝播時間又は位相遅れの差を演算して、前記被測定物質中に存在する前記測定対象の物理量を測定する電磁波物理量測定装置において、
2008076239.tif 000011
前記誘電体の他方の表面に配置された接地導体と、
前記放射導体を給電する第１給電部とを有する円形パッチアンテナであることを特徴とする電磁波物理量測定装置。
【請求項５】
前記正方形放射導体又は前記円形放射導体上の前記第１給電部とは異なる位置に給電する第２給電部と、
前記第１給電部と前記第２給電部との少なくとも一方の位相を調整する位相器とを備え、
前記放射導体上における前記第１給電部の給電点及び前記第２給電部の給電点のいずれもが前記放射導体上の中心から等距離であるとともに各給電点と前記中心とを結ぶ直線が互いに直角又は略直角に交わり、
前記位相器は、各給電点での信号位相を９０度互いにずらすことを特徴とする請求項３又は請求項４記載の電磁波物理量測定装置。
【請求項６】
測定対象を含む被測定物質を流す配管又は容器をはさむ形で送信側アンテナ及び受信側アンテナを対向配置し、前記送信側アンテナから前記被測定物質内へ電磁波を入射し、前記受信側アンテナにより受信された電磁波の第１伝播時間又は第１位相遅れと、前記送信側アンテナから基準となる流体中へ電磁波を入射し、前記受信側アンテナにより受信された電磁波の第２伝播時間又は第２位相遅れとを比較して伝播時間又は位相遅れの差を演算して、前記被測定物質中に存在する前記測定対象の物理量を測定する電磁波物理量測定装置において、
前記送信側アンテナと前記受信側アンテナとの少なくとも一方は、
螺旋状に巻回され、前記電磁波の波長をλとした場合に、螺旋軸の長さをλ／４以下で螺旋の直径をλ／πとする螺旋状の放射導体と、
前記放射導体の螺旋軸と垂直に配置された接地導体とを有するヘリカルアンテナであることを特徴とする電磁波物理量測定装置。
【請求項７】
前記接地導体の表面形状は、前記接地導体に対する前記放射導体の投影形状を包含することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載の電磁波物理量測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定物質である種々の懸濁物質や溶解性物質に含まれる測定対象の物理量を電磁波を用いて測定する電磁波物理量測定装置に係り、特にアンテナを製作容易な構成とすることによって従来よりも安価なアンテナを有する電磁波物理量測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液体中の懸濁物質などの濃度を測定するものとして、超音波の減衰率を測定して濃度を求める超音波式濃度計や、光を用いて透過光減衰率または散乱光増加率を測定して濃度を求める光学式濃度計が多く用いられている。
【０００３】
ところが、超音波式濃度計の場合、仮に液体中に気泡が混入してくると、その影響を大きく受けて測定誤差が大きくなる。また、光学式濃度計の場合、光の入射あるいは受光用の光学窓に汚れなどが付着すると、その影響を大きく受けて測定誤差が大きくなる。そこで、最近になってこれら液体中の気泡や光学窓の汚れなどの影響を受けにくい濃度計としてマイクロ波式濃度測定装置が考えられ、実用化されるようになっている。
【０００４】
図７は、このようなマイクロ波式濃度計の概略構成を示す。被測定液体が通過する配管１の側壁に、マイクロ波送信用アンテナ２とマイクロ波受信用アンテナ３を対向して配置する。マイクロ波発振器４は、マイクロ波をパワースプリッタ５を介してマイクロ波送信用アンテナ２に入力する。マイクロ波送信用アンテナ２は、マイクロ波を送信して配管１中の被測定液体を伝搬させる。マイクロ波受信用アンテナ３は、送信されたマイクロ波を受信した後、位相差測定回路６に入力する。一方、マイクロ波発振器４は、マイクロ波をパワースプリッタ５を介して直接位相差測定回路６に入力する。
【０００５】
位相差測定回路６は、マイクロ波発振器４からパワースプリッタ５を通して直接受信するマイクロ波に対する配管1中の被測定液体を伝搬してくるマイクロ波の位相遅れθ２を求める。さらに、この位相遅れθ２と予め配管１中に基準液体（例えば濃度零とみなせる水道水）を充填して被測定液体と同じ状態で基準液体中を伝搬してくるマイクロ波を測定したときの位相遅れθ１とを比較し、その位相差Δθ＝（θ２−θ１）から図８に示すような検量線を用いて被測定液体の濃度Ｘを求める。具体的には、この濃度Ｘは、被測定液体の種類ごとに対応する検量線Ｘ＝ａΔθ＋ｂに基づいて求められる。ここで、ａは検量線の傾き、ｂは検量線の切片で通常はｂ＝０である。
【０００６】
特許文献１は、検出用管体または検出用容器にマイクロ波の送信系および受信系を対抗配置し、検出用管体内または検出用容器内の基準となる流体中にマイクロ波を伝搬させて得られる第１の位相遅れと、検出用管体内または検出用容器内の被測定物質を含む被測定流体中にマイクロ波を伝搬させて得られる第２の位相遅れとを比較してその位相差を求め、当該位相差から被測定流体の濃度を測定する濃度計に関する発明である。
【０００７】
この発明は、濃度計の具体的な構成を示す。まず、検出用管体または検出用容器の管軸を挟んで相対向する位置にそれぞれマイクロ波送信および受信用の開口窓部を形成し、この開口窓部に気密用シールパッキンを介してアンテナ取り付け用板が設けられている。さらにこのアンテナ取り付け用板にそれぞれ個別に送信アンテナおよび受信アンテナを取り付け、この送信アンテナおよび受信アンテナの開口部に誘電体を充填することによって、上記マイクロ波の送信系および受信系を構成している。上記マイクロ波の送信系および受信系は、マイクロ波として１．７ＧＨｚ〜２．０ＧＨｚの周波数範囲のマイクロ波を用いて第１の位相遅れおよび第２の位相遅れを求め、当該各位相遅れから位相差を測定する。
【０００８】
図９は、送信アンテナ又は受信アンテナの構成を示す図である。送信アンテナ及び受信アンテナは、ともに同軸導波管変換器７を利用しており、共振周波数を調整するために内部に誘電率２０程度の誘電体８を挿入した構成となっている。この誘電体８を充填する構成をとることにより、アンテナを小型化するとともに、インピーダンス整合を容易に行うことができる。
【特許文献１】特開平１１−８３７５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、図９に示すアンテナを構成する同軸導波管変換器７及びその内部に充填される高誘電率誘電体８は非常に高価なものとなる。また、両者の組立に手間がかかるという問題点がある。
【００１０】
本発明は上述した従来技術の問題点を解決するもので、アンテナを線状のアンテナまたはパッチアンテナで構成することで、製作容易で安価なものとし、組み立ても簡単に行い得る電磁波物理量測定装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る電磁波物理量測定装置は、上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、測定対象を含む被測定物質を流す配管又は容器をはさむ形で送信側アンテナ及び受信側アンテナを対向配置し、前記送信側アンテナから前記被測定物質内へ電磁波を入射し、前記受信側アンテナにより受信された電磁波の第１伝播時間又は第１位相遅れと、前記送信側アンテナから基準となる流体中へ電磁波を入射し、前記受信側アンテナにより受信された電磁波の第２伝播時間又は第２位相遅れとを比較して伝播時間又は位相遅れの差を演算して、前記被測定物質中に存在する前記測定対象の物理量を測定する電磁波物理量測定装置において、前記送信側アンテナと前記受信側アンテナとの少なくとも一方は、前記電磁波の２分の１波長の長さを有する線状の放射導体と、前記放射導体と前記電磁波の４分の１波長の間隔を隔てて対向して配置された接地導体と、前記放射導体と前記接地導体とを接続する短絡手段と、前記放射導体を給電する給電手段とを有する逆Ｆアンテナであることを特徴とする。
【００１２】
請求項２記載の発明は、測定対象を含む被測定物質を流す配管又は容器をはさむ形で送信側アンテナ及び受信側アンテナを対向配置し、前記送信側アンテナから前記被測定物質内へ電磁波を入射し、前記受信側アンテナにより受信された電磁波の第１伝播時間又は第１位相遅れと、前記送信側アンテナから基準となる流体中へ電磁波を入射し、前記受信側アンテナにより受信された電磁波の第２伝播時間又は第２位相遅れとを比較して伝播時間又は位相遅れの差を演算して、前記被測定物質中に存在する前記測定対象の物理量を測定する電磁波物理量測定装置において、前記送信側アンテナと前記受信側アンテナとの少な
2008076239.tif 000003
前記誘電体の他方の表面に配置された接地導体と、前記放射導体と前記接地導体とを接続する短絡手段と、前記放射導体を給電する給電手段とを有する逆Ｆアンテナであることを特徴とする。
【００１３】
請求項３記載の発明は、測定対象を含む被測定物質を流す配管又は容器をはさむ形で送信側アンテナ及び受信側アンテナを対向配置し、前記送信側アンテナから前記被測定物質内へ電磁波を入射し、前記受信側アンテナにより受信された電磁波の第１伝播時間又は第１位相遅れと、前記送信側アンテナから基準となる流体中へ電磁波を入射し、前記受信側アンテナにより受信された電磁波の第２伝播時間又は第２位相遅れとを比較して伝播時間又は位相遅れの差を演算して、前記被測定物質中に存在する前記測定対象の物理量を測定する電磁波物理量測定装置において、前記送信側アンテナと前記受信側アンテナとの少な
2008076239.tif 000004
方形の放射導体と、前記誘電体の他方の表面に配置された接地導体と、前記放射導体を給電する第１給電部とを有する正方形パッチアンテナであることを特徴とする。
【００１４】
請求項４記載の発明は、測定対象を含む被測定物質を流す配管又は容器をはさむ形で送信側アンテナ及び受信側アンテナを対向配置し、前記送信側アンテナから前記被測定物質内へ電磁波を入射し、前記受信側アンテナにより受信された電磁波の第１伝播時間又は第１位相遅れと、前記送信側アンテナから基準となる流体中へ電磁波を入射し、前記受信側アンテナにより受信された電磁波の第２伝播時間又は第２位相遅れとを比較して伝播時間又は位相遅れの差を演算して、前記被測定物質中に存在する前記測定対象の物理量を測定する電磁波物理量測定装置において、前記送信側アンテナと前記受信側アンテナとの少な
2008076239.tif 000005
導体と、前記誘電体の他方の表面に配置された接地導体と、前記放射導体を給電する第１給電部とを有する円形パッチアンテナであることを特徴とする。
【００１５】
請求項５記載の発明は、請求項３又は請求項４において、前記正方形放射導体又は前記円形放射導体上の前記第１給電部とは異なる位置に給電する第２給電部と、前記第１給電部と前記第２給電部との少なくとも一方の位相を調整する位相器とを備え、前記放射導体上における前記第１給電部の給電点及び前記第２給電部の給電点のいずれもが前記放射導体上の中心から等距離であるとともに各給電点と前記中心とを結ぶ直線が互いに直角又は略直角に交わり、前記位相器は、各給電点での信号位相を９０度互いにずらすことを特徴とする。
【００１６】
請求項６記載の発明は、測定対象を含む被測定物質を流す配管又は容器をはさむ形で送信側アンテナ及び受信側アンテナを対向配置し、前記送信側アンテナから前記被測定物質内へ電磁波を入射し、前記受信側アンテナにより受信された電磁波の第１伝播時間又は第１位相遅れと、前記送信側アンテナから基準となる流体中へ電磁波を入射し、前記受信側アンテナにより受信された電磁波の第２伝播時間又は第２位相遅れとを比較して伝播時間又は位相遅れの差を演算して、前記被測定物質中に存在する前記測定対象の物理量を測定する電磁波物理量測定装置において、前記送信側アンテナと前記受信側アンテナとの少なくとも一方は、螺旋状に巻回され、前記電磁波の波長をλとした場合に、螺旋軸の長さをλ／４以下で螺旋の直径をλ／πとする螺旋状の放射導体と、前記放射導体の螺旋軸と垂直に配置された接地導体とを有するヘリカルアンテナであることを特徴とする。
【００１７】
請求項７記載の発明は、請求項１乃至請求項６のいずれか１項において、前記接地導体の表面形状は、前記接地導体に対する前記放射導体の投影形状を包含することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の請求項１記載の発明によれば、線状の金属のみで構成できるため、製作容易で安価なものとし、組立も簡単に行うことができる。
【００１９】
本発明の請求項２乃至請求項４記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果に加え、パッチアンテナで構成することにより、大幅に安価となる。また比誘電率の大きな誘電体を用いることで、厚みの薄いアンテナを構成することができる。
【００２０】
本発明の請求項５記載の発明によれば、送受信される電磁波が円偏波となるため、配管内が非満水状態となった場合等においても、水面からの反射波が逆回転の円偏波となり受信されないので、誤差要因が減り正確な測定を行うことができる。
【００２１】
本発明の請求項６記載の発明によれば、線状の金属のみで構成できるため、製作容易で安価なものであるとともに、送受信される電磁波が円偏波となるため、請求項５記載の発明と同様、正確な測定を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の電磁波物理量測定装置の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００２３】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施例１の電磁波物理量測定装置のアンテナの構成を示す図である。
【００２４】
まず、本実施の形態の構成を説明すると、本実施の形態に係る電磁波物理量測定装置は、全体として図７に示す従来の構成と変わらない。測定対象を含む被測定物質を流す配管１をはさむ形で送信側アンテナ２及び受信側アンテナ３を対向配置し、送信側アンテナ２から被測定物質内へ電磁波を入射し、受信側アンテナ３により受信された電磁波の第１伝播時間又は第１位相遅れと、送信側アンテナ２から基準となる流体中へ電磁波を入射し、受信側アンテナ３により受信された電磁波の第２伝播時間又は第２位相遅れとを比較して伝播時間又は位相遅れの差を演算して、被測定物質中に存在する測定対象の物理量を測定する。
【００２５】
本実施において、送信側アンテナ２及び受信側アンテナ３の構成は、図１に示すように、放射導体１０ａ、短絡部１２ａ、給電部１４ａ、及び接地導体２０ａで構成されている。
【００２６】
放射導体１０ａは、所望の周波数の電磁波の２分の１波長の長さを有する。放射導体１０ａの材質は、例えば導電率の高い銀、金、銅等の金属が挙げられる。短絡部１２ａは、本発明の短絡手段に対応し、放射導体１０ａと接地導体２０ａとを接続する。給電部１４ａは、本発明の給電手段に対応し、マイクロ波発振器４に接続され、放射導体１０ａを給電する。接地導体２０ａは、放射導体１０ａと所望の周波数の電磁波の４分の１波長の間隔を隔てて対向して配置されている。
【００２７】
例えば給電部１４ａに同軸ケーブルを用いた場合、同軸ケーブルのシールド線は接地導体２０ａに接続されるとともに、給電線は接地導体２０ａに非接触の状態で接地導体２０ａを貫通して放射導体１０ａに接続されている。
【００２８】
短絡部１２ａは、放射導体１０ａの端部に直角に接続されている。給電部１４ａは、短絡部１２ａと概略平行に放射導体１０ａの途中に接続されている。したがって、このアンテナは全体として逆Ｆ字状の逆Ｆアンテナとなる。
【００２９】
接地導体２０ａの表面形状は、接地導体２０ａに対する放射導体１０ａの投影形状を包含する。図１において、接地導体２０ａは円状に描かれているが、放射導体１０ａの投影形状、すなわち２分の１波長の長さの直線を包含する形状であればどのようなものであっても良い。
【００３０】
次に、上述のように構成された本実施の形態の作用を説明する。電磁波物理量測定装置全体の作用は、図７を用いて説明した従来技術と同様のものであるため、説明を省略する。送信側アンテナ及び受信側アンテナとして図９に示すような同軸導波管変換器を用いる代わりに、上述した逆Ｆアンテナを用いる。逆Ｆアンテナは、モノポールアンテナを途中で折り曲げて低姿勢化した逆Ｌ型アンテナのインピーダンス整合をとりやすくするために、給電点付近に短絡部を設けたものである。
【００３１】
マイクロ波発振器４は、給電部１４ａを介して放射導体１０ａに給電する。その結果、配管内の被測定物質内へ電磁波が入射される。短絡部１２ａの長さ、すなわち放射導体１０ａと接地導体２０ａとの間の長さが４分の１波長の長さであることにより、電磁波は的確に配管に向けて送信される。
【００３２】
上述のとおり、本発明の実施例１の形態に係る電磁波物理量測定装置によれば、図７に示す送信側アンテナ２又は受信側アンテナ３を線状の金属のみで構成できるため、図９に示すような同軸導波管変換器を用いた従来のアンテナに比較して安価となり、大幅なコスト削減を実現することができる。また製作が容易で組立に手間がかからないという利点もある。
【００３３】
さらに、放射導体１０ａと接地導体２０ａとの間の長さを４分の１波長の長さとすることにより、電磁波は的確に配管内の被測定物質に向けて送信される。また、接地導体２０ａの表面形状は、接地導体２０ａに対する放射導体１０ａの投影形状を包含する大きさを有するので、良好な指向特性を得ることができる。
【００３４】
また電磁波を放射するにあたり、放射先との電気的インピーダンスを合わせるいわゆる整合が必要であるが、逆Ｆアンテナの特性として放射導体１０ａ上の給電点の位置を変化させることによりインピーダンスを調整することができる。
【実施例２】
【００３５】
図２は、本発明の実施例２の電磁波物理量測定装置のアンテナの構成を示す図である。まず、本実施の形態の構成を説明する。本実施の形態に係る電磁波物理量測定装置は、全体として図７に示す従来の構成と変わらない点は実施例１と同様である。
【００３６】
本実施において、送信側アンテナ２及び受信側アンテナ３の構成は、図２に示すように、放射導体１０ｂ、短絡部１２ｂ、給電部１４ｂ、接地導体２０ｂ、及び誘電体３０ａで構成されている。
【００３７】
2008076239.tif 000006
短絡部１２ｂは、本発明の短絡手段に対応し、誘電体３０ａを貫通して放射導体１０ｂと接地導体２０ｂとを接続する。
【００３８】
給電部１４ｂは、接地導体２０ｂの一部をはがした微少部分から誘電体３０ａを貫通して放射導体１０ｂとマイクロ波発振器４とを接続するとともに、放射導体１０ｂを給電する。この給電部１４ｂは、接地導体２０ｂには非接触である。
【００３９】
すなわち、誘電体３０ａを加えた点及び放射導体１０ｂの長さや放射導体１０ｂと接地導体２０ｂとの間の長さが異なる点以外は実施例１と同様の構成をとる。
【００４０】
次に、上述のように構成された本実施の形態の作用は、実施例１とほぼ同様になる。送信側アンテナ及び受信側アンテナとして、上述したパッチアンテナを用いる。
【００４１】
上述のとおり、本発明の実施例２の形態に係る電磁波物理量測定装置によれば、図７に示す送信側アンテナ２又は受信側アンテナ３を、高周波回路基板をベースにエッチング等の処理で構成できるとともに、印刷技術によって大量に安価に製作することができる。
【００４２】
さらに、誘電体中の波長短縮率は、実効比誘電率の平方根の逆数であるため、誘電体３０ａの比誘電率を大きくすることにより、誘電体３０ａの厚さ及び放射導体１０ｂの長さを小さくすることができ、アンテナの小型化が可能となる。
【００４３】
その他、実施例１と同様の効果を得ることができる。
【実施例３】
【００４４】
図３は、本発明の実施例３の電磁波物理量測定装置のアンテナの構成を示す図である。まず、本実施の形態の構成を説明する。本実施の形態に係る電磁波物理量測定装置は、全体として図７に示す従来の構成と変わらない点は実施例１と同様である。
【００４５】
本実施において、送信側アンテナ２及び受信側アンテナ３の構成は、図３に示すように、放射導体４０ａ、給電部１４ｃ、接地導体２０ｃ、及び誘電体３０ｂで構成されている。
【００４６】
2008076239.tif 000007
給電部１４ｃは、本発明の第１給電部に対応し、接地導体２０ｃの一部をはがした微少部分から誘電体３０ｂを貫通して放射導体４０ａとマイクロ波発振器４とを接続するとともに、放射導体４０ａを給電する。この給電部１４ｃは、接地導体２０ｃには非接触である。
【００４７】
接地導体２０ｃの表面形状は、実施例１と同様、接地導体２０ｃに対する放射導体４０ｂの投影形状を包含するが、この投影形状の最も外側の部分よりもさらに０．３λ以上の長さの余裕を有する表面形状が理想的である。
【００４８】
次に、上述のように構成された本実施の形態の作用は、実施例２とほぼ同様になる。送信側アンテナ及び受信側アンテナとして、上述した正方形パッチアンテナを用いる。
【００４９】
上述のとおり、本発明の実施例３の形態に係る電磁波物理量測定装置によれば、実施例２の電磁波物理量測定装置と同様の効果を得ることができる。
【実施例４】
【００５０】
図４は、本発明の実施例４の電磁波物理量測定装置のアンテナの構成を示す図である。まず、本実施の形態の構成を説明する。実施例３と異なる点は、放射導体４０ｂの形状が正方形ではなく、円形である点である。
【００５１】
本実施において、送信側アンテナ２及び受信側アンテナ３の構成は、図４に示すように、放射導体４０ｂ、給電部１４ｄ、接地導体２０ｄ、及び誘電体３０ｃで構成されている。
【００５２】
2008076239.tif 000008
その他の構成は、実施例３と同じであるため、説明を省略する。
【００５３】
次に、上述のように構成された本実施の形態の作用は、実施例３とほぼ同様になる。送信側アンテナ及び受信側アンテナとして、上述した円形パッチアンテナを用いる。
【００５４】
上述のとおり、本発明の実施例４の形態に係る電磁波物理量測定装置によれば、実施例３の電磁波物理量測定装置と同様の効果を得ることができる。さらに、円形パッチアンテナによる電磁波のモードは円形導波管と同様である。また、配管の開口窓部を円形とした場合に当該開口窓部を円形導波管と見立てることが可能であるため、円形パッチアンテナから配管に向けて電磁波を送信する際、同じ電磁波のモードで整合がとれ、反射が少なく、伝搬効率良く送信することができる。
【００５５】
ここで、配管の開口窓部を円形とするのは、加工がしやすいという利点があるためである。
【実施例５】
【００５６】
図５は、本発明の実施例５の電磁波物理量測定装置のアンテナの構成を示す図である。まず、本実施の形態の構成を図５（ａ）を用いて説明する。本実施の形態に係る電磁波物理量測定装置は、全体として図７に示す従来の構成と変わらない点は実施例１と同様である。
【００５７】
本実施において、送信側アンテナ２及び受信側アンテナ３の構成は、図５（ａ）に示すように、放射導体４０ｃ、第１給電部１４ｅ、第２給電部１４ｆ、接地導体２０ｅ、誘電体３０ｄ、及び位相器５０で構成されている。
【００５８】
実施例３と異なる点は、給電部が２つ存在する点である。第２給電部１４ｆは、正方形の放射導体４０ｃ上の第１給電部１４ｅとは異なる位置に給電する。また位相器５０は、第１給電部１４ｅと第２給電部との少なくとも一方の位相を調整するとともに、各給電点での信号位相を９０度互いにずらす。さらに放射導体４０ｃ上における第１給電部１４ｅの給電点及び第２給電部１４ｆの給電点のいずれもが放射導体４０ｃ上の中心から等距離であるとともに、各給電点と放射導体４０ｃ上の中心とを結ぶ直線が互いに直角又は略直角に交わる。
【００５９】
寸法等は実施例３において説明した図３に示す正方形パッチアンテナと同じである。また、その他の構成は、実施例３と同じであるため、説明を省略する。
【００６０】
また図５（ｂ）は、図５（ａ）に示すアンテナの正方形の放射導体４０ｃを円形の放射導体４０ｄに変えたアンテナの構成を示す。放射導体４０ｄの直径や誘電体３０ｅの厚みの寸法は実施例４にて説明した図４に示す円形パッチアンテナと同じである。実施例４と異なる点は、給電部が２つ存在する点であり、図５（ａ）の図３に対する関係と同じであるため、重複した説明を省略する。
【００６１】
次に、上述のように構成された本実施の形態の作用は、実施例３及び実施例４とほぼ同様であるが、さらに放射される電磁波が円偏波となる。円偏波は、時間と共に偏波面が回転する偏波である。円偏波で到来した電磁波を受信するときには同じ方向に偏波面が回転する同旋偏波のアンテナが必要であり、逆回転の偏波面（逆旋偏波）では受信できないという特徴がある。
【００６２】
上述のとおり、本発明の実施例５の形態に係る電磁波物理量測定装置によれば、実施例３の電磁波物理量測定装置と同様の効果を得ることができる。さらに、送受信される電磁波が円偏波となるため、例えば配管内が非満水状態となった場合には水面からの反射波は逆回転の円偏波となり受信されなくなる。したがって、誤差要因が減り、正確な測定を行うことができる。また、測定対象の沈降物による堆積面からの反射波や被測定物質内の気泡等による反射も受信しないため、同様の効果を生じる。
【００６３】
さらに図５（ｂ）に示すような円形パッチアンテナを用いることにより、実施例４と同様、伝搬効率よく電磁波を送信することができる。
【実施例６】
【００６４】
図６は、本発明の実施例６の電磁波物理量測定装置のアンテナの構成を示す図である。まず、本実施の形態の構成を説明する。本実施の形態に係る電磁波物理量測定装置は、全体として図７に示す従来の構成と変わらない点は実施例１と同様である。
【００６５】
本実施において、送信側アンテナ２及び受信側アンテナ３の構成は、図６に示すように、放射導体６０、給電部１４ｉ、及び接地導体２０ｇで構成されている。
【００６６】
放射導体６０は、螺旋状に巻回され、送受信される電磁波の波長をλとした場合に、螺旋軸の長さをλ／４以下、螺旋の直径をλ／πとする金属からなる。
【００６７】
給電部１４ｉは、接地導体２０ｇの一部をはがした微少部分から接地導体２０ｇを貫通して放射導体６０とマイクロ波発振器４とを接続するとともに、放射導体６０を給電する。この給電部１４ｉは、接地導体２０ｇには非接触である。
【００６８】
次に、上述のように構成された本実施の形態の作用を説明する。電磁波物理量測定装置全体の作用は、図７を用いて説明した従来技術と同様のものであるため、説明を省略する。
【００６９】
マイクロ波発振器４は、給電部１４ｉを介して放射導体６０に給電する。その結果、配管内の被測定物質内へ電磁波が入射される。その際、ヘリカルアンテナである螺旋状の放射導体は、円偏波の電磁波を放射する。螺旋軸の長さを４分の１波長以下とすることにより、電磁波は螺旋軸方向、すなわち配管に向けて的確に送信される。
【００７０】
上述のとおり、本発明の実施例６の形態に係る電磁波物理量測定装置によれば、線状の金属のみで構成されるため、実施例１と同様の効果を得ることができる。さらに実施例２乃至実施例５のように誘電体を必要としないため、安価に製作することができる。
【００７１】
さらに、送受信される電磁波が円偏波となるため、実施例５と同様に誤差要因が減り、正確に測定を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明に係る電磁波物理量測定装置は、配管内を流れる液体内の対象物理量を測定することができる濃度計等の電磁波物理量測定装置に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の実施例１の形態の電磁波物理量測定装置の送信側アンテナ及び受信側アンテナの構成を示す図である。
【図２】本発明の実施例２の形態の電磁波物理量測定装置の送信側アンテナ及び受信側アンテナの構成を示す図である。
【図３】本発明の実施例３の形態の電磁波物理量測定装置の送信側アンテナ及び受信側アンテナの構成を示す図である。
【図４】本発明の実施例４の形態の電磁波物理量測定装置の送信側アンテナ及び受信側アンテナの構成を示す図である。
【図５】本発明の実施例５の形態の電磁波物理量測定装置の送信側アンテナ及び受信側アンテナの構成を示す図である。
【図６】本発明の実施例６の形態の電磁波物理量測定装置の送信側アンテナ及び受信側アンテナの構成を示す図である。
【図７】従来の電磁波濃度測定装置の構成を示すブロック図である。
【図８】電磁波の伝搬時間又は位相遅れと物質量との関係を示す図である。
【図９】従来の電磁波物理量測定装置の送信側アンテナ及び受信側アンテナの構成を示す図である。
【符号の説明】
【００７４】
１      配管
２      送信側アンテナ
３      受信側アンテナ
４      マイクロ波発振器
５      パワースプリッタ
６      位相差測定回路
７      同軸導波管変換器
８      高誘電率誘電体
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ  放射導体
１２ａ、１２ｂ、  短絡部
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｉ  給電部
１４ｅ、１４ｇ    第１給電部
１４ｆ、１４ｈ    第２給電部
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆ、２０ｇ  接地導体
３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅ  誘電体
４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ  放射導体
５０    位相器
６０    放射導体
【図１】
2008076239.tif 000012
【図２】
2008076239.tif 000013
【図３】
2008076239.tif 000014
【図４】
2008076239.tif 000015
【図５】
2008076239.tif 000016
【図６】
2008076239.tif 000017
【図７】
2008076239.tif 000018
【図８】
2008076239.tif 000019
【図９】
2008076239.tif 000020