(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数掃引された電波を外部に送信し、誘電体部材にて反射した反射波を送信波長に基づく一定距離だけ離隔した２点にて検出し、送信波及び受信波から合成される定在波を検知する定在波検知部と、
前記定在波検知部が検知した合成波の周波数の強度分布から、その直流成分を除去し、フーリエ変換して、距離スペクトルを求める距離スペクトル演算部と、
前記距離スペクトルから、基準時の距離スペクトルを減算して、距離スペクトルの差分を演算し、この差分距離スペクトルを経時的に求める差分検出部と、
前記差分距離スペクトルの振幅が、前記誘電体部材の誘電率の変化に基づいて変化する経緯を監視し、その振幅の変化に基づいて、前記誘電体部材の誘電率の増減を監視する監視部と、
前記監視部が前記誘電体部材の誘電率の増減を検知したときに、前記誘電体部材の帯電状態を検知する検知部と、
を有し、
前記誘電体部材は、電波吸収素材からなる電波吸収部と、誘電体素材からなる誘電体部との積層体であり、前記誘電体部を帯電測定側にして、配置されることを特徴とする帯電状態の検知装置。
【請求項２】
周波数掃引された電波を外部に送信し、誘電体部材にて反射した反射波を送信波長に基づく一定距離だけ離隔した２点にて検出し、送信波及び受信波から合成される定在波を検知する定在波検知部と、
前記定在波検知部が検知した合成波の周波数の強度分布から、その直流成分を除去し、フーリエ変換して、距離スペクトルを一定のサンプリング時間毎に求める距離スペクトル演算部と、
前記距離スペクトルから、前回又は所定回前のサンプリング時の距離スペクトルを減算して、距離スペクトルの差分を演算し、この差分距離スペクトルを経時的に求める差分検出部と、
前記差分距離スペクトルの振幅が、前記誘電体部材の誘電率の変化に基づいて変化する経緯を監視し、その振幅の変化に基づいて、前記誘電体部材の誘電率の増減を監視する監視部と、
前記監視部が前記誘電体部材の誘電率の増減を検知したときに、前記誘電体部材の帯電状態を検知する検知部と、
を有し、
前記誘電体部材は、電波吸収素材からなる電波吸収部と、誘電体素材からなる誘電体部との積層体であり、前記誘電体部を帯電測定側にして、配置されることを特徴とする帯電状態の検知装置。
【請求項３】
前記監視部は、前記差分距離スペクトルの振幅の変化により誘電率を求め、この誘電率の変化から、前記誘電体部材の静電気量の増減を求めることを特徴とする請求項１又は２に記載の帯電状態の検知装置。
【請求項４】
前記差分距離スペクトルの距離成分により前記誘電体部材までの距離を求める距離演算部を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の帯電状態の検知装置。
【請求項５】
前記請求項１乃至４のいずれか１項に記載の帯電状態の検知装置を使用し、
地表上に前記誘電体部材を設け、
地表上の帯電状態を検知して、地震を予知することを特徴とする地震の予知方法。
【請求項６】
前記請求項１乃至４のいずれか１項に記載の帯電状態の検知装置を使用し、
地表上に前記誘電体部材を設け、
地表上の帯電状態を検知して、落雷を予知することを特徴とする落雷の予知方法。
【請求項７】
前記請求項１乃至４のいずれか１項に記載の帯電状態の検知装置を使用し、
自動車の車内に前記誘電体部材を設け、その帯電状態に基づいて、前記自動車運転手又は乗員の静電気放電を予知することを特徴とする静電気放電の予知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定在波レーダーを使用して地表上等の帯電状態を検知する装置に関し、特に、それを使用して、地震及び落雷を予知する方法並びに静電気の放電を予知する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、地震の予知又は予報の技術として、種々の測定原理を利用するものが提案されている。例えば、特許文献１には、地震の前段階として、地殻変動が生じるが、この地殻変動に起因して生じる地表における電荷の変動を測定して、これを地震予知に利用する装置が提案されている。この地表電位測定装置においては、地表に地表極板を設置し、この地表極板に対向するように、地表極板とは反対電荷に帯電する測定極板を設け、両者間の電位を測定する。また、特許文献２には、地震の前段階として、地殻破壊の発生に関連して観測される特殊な波形パターンを利用して地震予測を行う方法が開示されている。この方法においては、地中に対電極を埋設する。特許文献３に開示された海溝型地震の予知情報発信システムは、海溝型地震が想定される震源域の複数の観測点と、これと遠く離れた観測点の海底に夫々地磁気検出手段を設け、地磁気変動値を観測する。そして、想定震源域の地磁気全磁力変動値が予め定めた基準値を超えた場合に、その変動を異常と判断して地震予知情報を出力する。特許文献４には、任意の衛星から２種類以上の周波数の電波を受信し、当該電波が通った経路の全電子数（ＳＴＥＣ）を算出し、このＳＴＥＣが経時的に正への異常変化が生じたか否かを判断し、その判断結果に応じて地震発生のアラートを出力する地震発生予測装置が開示されている。特許文献５には、一の地点に対応する電子基準点の位置に関する情報であって、２以上の各時刻での位置に関する情報である電子基準点位置情報を求め、第一期間での電子基準点位置情報の変化に関する変化情報を取得し、地震発生の直前に電子基準点位置情報の変化が小さくなる現象を利用して、地震予測を行う装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−９１５５７号公報
【特許文献２】特開２０１３−１９５４１１号公報
【特許文献３】特開２０１４−１７４１２８号公報
【特許文献４】特開２０１６−２１８０６９号公報
【特許文献５】特許第６３９７９７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、これらの従来技術においては、地震を観測すべき位置に予め測定装置を設置しておく必要がある。このため、日本全国に多数の測定装置を設置する必要がある。また、その測定には、複雑且つ大がかりな装置が必要である。一方、自動車を運転した後、下車しようとして、ドアノブを操作した時に、放電が発生する。このような放電は、人体に対して著しく不快な影響を与える。
【０００５】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、簡易且つ小型の装置で、容易に地震の予知又は予測を行うことができ、しかも、落雷も予知・予測することができ、更に静電気の放電も予知・予測することができる帯電状態の検知装置並びに地震の予知方法、落雷の予知方法及び静電気放電の予知方法を提供することを目的とする。
【０００６】
なお、本発明において、地表上といった場合は、地面から、大地にて発生した電荷が帯電可能な高さまでの領域のことをいい、地面又はその近傍に限定されるものではない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る帯電状態の検知装置は、
周波数掃引された電波を外部に送信し、誘電体部材にて反射した反射波を送信波長に基づく一定距離だけ離隔した２点にて検出し、送信波及び受信波から合成される定在波を検知する定在波検知部と、
前記定在波検知部が検知した合成波の周波数の強度分布から、その直流成分を除去し、フーリエ変換して、距離スペクトルを求める距離スペクトル演算部と、
前記距離スペクトルから、基準時の距離スペクトルを減算して、距離スペクトルの差分を演算し、この差分距離スペクトルを経時的に求める差分検出部と、
前記差分距離スペクトルの振幅が、前記誘電体部材の誘電率の変化に基づいて変化する経緯を監視し、その振幅の変化に基づいて、前記誘電体部材の誘電率の増減を監視する監視部と、
前記監視部が前記誘電体部材の誘電率の増減を検知したときに、前記誘電体部材の帯電状態を検知する検知部と、
を有し、
前記誘電体部材は、電波吸収素材からなる電波吸収部と、誘電体素材からなる誘電体部との積層体であり、前記誘電体部を帯電測定側にして、配置されることを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る他の帯電状態の検知装置は、
周波数掃引された電波を外部に送信し、誘電体部材にて反射した反射波を送信波長に基づく一定距離だけ離隔した２点にて検出し、送信波及び受信波から合成される定在波を検知する定在波検知部と、
前記定在波検知部が検知した合成波の周波数の強度分布から、その直流成分を除去し、フーリエ変換して、距離スペクトルを一定のサンプリング時間毎に求める距離スペクトル演算部と、
前記距離スペクトルから、前回又は所定回前のサンプリング時の距離スペクトルを減算して、距離スペクトルの差分を演算し、この差分距離スペクトルを経時的に求める差分検出部と、
前記差分距離スペクトルの振幅が、前記誘電体部材の誘電率の変化に基づいて変化する経緯を監視し、その振幅の変化に基づいて、前記誘電体部材の誘電率の増減を監視する監視部と、
前記監視部が前記誘電体部材の誘電率の増減を検知したときに、前記誘電体部材の帯電状態を検知する検知部と、
を有し、
前記誘電体部材は、電波吸収素材からなる電波吸収部と、誘電体素材からなる誘電体部との積層体であり、前記誘電体部を帯電測定側にして、配置されることを特徴とする。
【０００９】
この場合に、
前記監視部は、前記差分距離スペクトルの振幅の変化により誘電率を求め、この誘電率の変化から、前記誘電体部材の静電気量の増減を求めることができる。
【００１０】
また、前記帯電状態の検知装置は、
更に、前記差分距離スペクトルの距離成分により前記誘電体部材までの距離を求める距離演算部を有することができる。
【００１２】
本発明に係る地震の予知方法は、前記帯電状態の検知装置を使用し、
地表上に前記誘電体部材を設け、
地表上の帯電状態を検知して、地震を予知することを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る落雷の予知方法は、前記帯電状態の検知装置を使用し、
地表上に前記誘電体部材を設け、
地表上の帯電状態を検知して、落雷を予知することを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る静電気放電の予知方法は、前記帯電状態の検知装置を使用し、
自動車の車内に前記誘電体部材を設け、その帯電状態に基づいて、前記自動車運転手又は乗員の静電気放電を予知することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、電波を地表上の帯電測定部に照射し、定在波レーダーの差分距離スペクトルから、前記帯電測定部における誘電率の変化を測定する。このとき、地表上の帯電測定部における静電気量の増減があると、これが誘電率の変化となって現れる。一方、地震又は落雷が生じる前段階で、地表上の静電気量が変化する。そこで、この誘電率の増減が検知されたときに、それは静電気量が増減したことに起因するので、それを、地震又は落雷の予知に利用する。よって、地震又は落雷の予知に際して、予め、大がかりな装置を地表上又は地中に設置しておく必要はない。更に、自動車内に定在波検知部を設け、運転手等の乗員の帯電量を測定することにより、この乗員が下車する際に、ドアノブに触れた場合に静電気放電が発生する可能性を予知することができるので、これを予知した場合に、警報を発生する等により静電気放電を予防できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態の地表上の帯電状態の検知装置の使用状態を示す図である。
【図２】図２（ａ）は地表上に設置された誘電体部材１０２の表面の帯電状態を検知したときの地震発生との関係を模式的に示す図であり、図２（ｂ）は誘電体部材１０２の表面の帯電状態を検知したときの落雷発生との関係を模式的に示す図である。
【図３】本発明の第１実施形態の定在波レーダーによる状態検知装置を示す図である。
【図４】本発明の第２実施形態の定在波レーダーによる状態検知装置を示す図である。
【図５】定在波レーダーの基本構成を示す図である。
【図６】送信波の波長を示す図である。
【図７】合成波のパワーを示す図である。
【図８】フーリエ変換後の図である。
【図９】合成波のパワーを示す図である。
【図１０】複数個のターゲットに対する定在波レーダーの基本構成を示す図である。
【図１１】目的の成分ｐａ（ｆｄ、０）を示すスペクトル図である。
【図１２】差分検知部の構成を示す波形図である。
【図１３】ターゲットが２個の場合の距離スペクトルを示す図である。
【図１４】合成波のスペクトルの真数部分と虚数部分を示す図である。
【図１５】球状の放射波面を示す模式図である。
【図１６】電磁ホーンを説明する模式的斜視図である。
【図１７】電磁ホーンにより放射された波面の平面性を示す模式図である。
【図１８】本発明の他の実施形態に係る帯電状態の検知装置の使用状態を示す図である。
【図１９】本発明の更に他の実施形態に係る帯電状態の検知装置の使用状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。図１は、本実施形態の地表上の帯電状態の検知装置の使用状態を示す図である。地表１０１上に設置された誘電体部材１０２に向けて、検出器１００から電波を照射し、定在波を検知して、誘電体部材１０２の誘電率を計測する。
【００１８】
電波は、導体では反射するが、誘電体では、誘電率により電波の反射率が異なり、誘電率が高いほど電波は反射し、誘電率が低い物体においては、電波は透過する。また、この誘電体の表面に静電気が発生すると、その静電気量に応じて電波の反射率が異なってくる。即ち、地表１０１に設置された誘電体部材１０２の表面の静電気量が少ない場合は、電波の反射が少なく、静電気量が多くなると、導体と同様に電波の強い反射が発生する。この誘電体には、静電気が保持されて、帯電しやすい。そして、帯電の状況は、誘電率の電子分極の現象と類似の状態になることから、レーダー電波を照射してその反射レベルを検知することにより、帯電の状況及び量等を検出することができる。
【００１９】
本発明においては、電波を地表の測定部（誘電体部材１０２）に照射し、定在波レーダーの差分距離スペクトルから、地表の測定部における誘電率の変化を測定する。このとき、地表の測定部における静電気量の増減があると、これが誘電率の変化となって現れる。一方、地震又は落雷が生じる前段階で、地表の静電気量が変化する。そして、この静電気量の増減に応じて、誘電率が変化するので、この誘電率の変化を検出することにより、地震又は落雷を予知することができる。
【００２０】
次に、定在波レーダーによる地表の誘電率の検出器１００について具体的に説明する。図３はこの検出器１００を含む定在波レーダーによる誘電率検出装置のブロック図である。定在波検知部２は、定在波レーダーモジュールとして構成され、この定在波レーダーモジュールには、２４ＧＨｚ高周波送受信部４が設けられている。この２４ＧＨｚ高周波送受信部４は、２４ＧＨｚ帯ＶＣＯ（電圧制御発振器）と平面アンテナ３とが一体化されたモジュールである。そして、この送受信部４は、ＶＣＯにより平面アンテナ３から電波１を発信し、測定対象としての被反射体からの反射波がアンテナ３に検出される。送受信部４には２個の検波器５ａ、５ｂが内蔵されており、検波器５ａ、５ｂは送信波及び受信波を検波する。
【００２１】
アンテナ３から電波１を送信すると、反射物体がある場合は、アンテナ３に反射波が戻ってきて、周波数が同じで進行方向が異なる波が重なり、合成波である定在波が発生する。ＶＣＯとアンテナ３とを接続する線路上及びアンテナ給電部には、送信信号（進行波）と受信信号（反射波）が混在し、それらの合成で定在波が発生する。この場合に、ＶＣＯに供給するスイープ電圧を、少なくとも発信電波が被反射体に反射して戻ってくるまでの時間は一定に保持する必要があるため、前記スイープ電圧は、ステップ状に変化させる必要がある。そして、ＶＣＯを制御して周波数を順次切り替えることにより、複数の周波数に対する混合波の信号レベルが検波器５ａ、５ｂにより検出される。検波器５ａ、５ｂでは、送信波の電力と、反射波の電力と、定在波によって生じた成分とが検出される。得られた検波信号は、オペアンプ６ａ、６ｂで４００ｋＨｚ以下の必要な帯域が増幅されて、信号処理部８に入力される。
【００２２】
レーダー制御モジュール基板として構成された信号処理部８は、変調信号生成部１０にてＦＭ変調された周波数制御電圧を生成する。この周波数制御電圧はＤＡ変換部９にてアナログ信号に変換され、更に、この周波数制御信号がオペアンプ７を介して増幅された後、２４ＧＨｚ高周波モジュール４のＶＣＯの制御入力に入力される。この周波数制御信号により、ＶＣＯは発信電波の周波数をスイープさせる。
【００２３】
信号処理部８においては、オペアンプ６ａ、６ｂで増幅された検波信号がＡＤ変換部１１に入力された後、距離スペクトル演算部１２に入力される。この距離スペクトル演算部１２は、定在波検知部２が検知した合成波の周波数の強度分布から、その直流成分を除去し、フーリエ変換して、距離スペクトルを求める。この距離スペクトルは、差分検出部１３に入力される。差分検出部１３は、前記距離スペクトルから、基準時の距離スペクトルを減算して、距離スペクトルの差分を演算し、この差分距離スペクトルを経時的に求める。この差分距離スペクトルは、距離演算部１４に入力される。そして、距離演算部１４は、前記差分距離スペクトルの距離成分により測定対象までの距離を求める。そして、判定部１５は、差分距離スペクトルの振幅が、測定対象の誘電率の変化に基づいて変化する経緯を監視し、その振幅の変化に基づいて、測定部（誘電体部材１０２）における静電気量の変化を判定する。
【００２４】
信号処理部８においては、検波信号が、ＡＤ変換部１１によりデジタル信号に変換された後、距離スペクトル演算部１２に入力される。距離スペクトル演算部１２においては、入力される信号は周期関数で、その周期は被反射体からの距離に逆比例しているので、これをフーリエ変換することにより、周期の逆数である周波数を求めることによって、この周波数から被反射体までの距離を求めることができる。また、得られた波形の位相を基に、被反射体の微小変位情報を検出することができる。例えば、２４ＧＨｚの場合は、微小変位は光速を４πｆで除算した値となり、約±３．１２５ｍｍの範囲の変位を検出することができる。このように、検波器５ａ、５ｂから検出された信号を信号処理することにより、被反射体からの距離、被反射体の速度及び変位を演算し、その経時変化を計測することにより、被反射体の状態を検出することができる。
【００２５】
判定部１５では、測定対象の水分の変化を検知し、その判定結果は、有線又は無線で、外部の警報装置に出力して警報信号を発し、又は外部の表示装置に出力して、この表示装置に表示させる。
【００２６】
次に、信号処理部８の構成について更に詳細に説明する。定在波は、図５に示すように、信号源であるＶＣＯから生成した送信波ＶＴと、各ターゲットからの反射波ＶＲ１，ＶＲ２，ＶＲ３、・・・ＶＲｎとの干渉によって生じる。定在波レーダーは、この定在波を利用することによって、測定対象の水分の量を検知すると共に、各測定対象までの距離ｄ１，ｄ２，ｄ３・・・ｄｎを測定する。
【００２７】
送信波（進行波）は、信号源の振幅をＡ、周波数をｆ（ｔ）、光速をｃ（３×１０８ｍ／ｓ）とすると、下記数式１で表される。但し、周波数ｆ（ｔ）は、図６に示すように、ｆ０とｆｄで表される。
【００２８】
【数１】
0006721262.tif 000002
【００２９】
ｋ番目のターゲットの距離をｄｋ、ｘ軸上の任意の点における送信波に対する反射波の大きさの比をγｋ（反射係数の大きさ）、位相差をφｋ（反射係数の位相）とすれば、そのターゲットからの反射波は下記数式２にて表すことができる。
【００３０】
【数２】
0006721262.tif 000003
【００３１】
アンテナから検出される検波出力は、合成波になるので、振幅Ｖｃは下記数式３で表され、パワーは振幅の２乗であるので、合成波のパワーは、下記数式４で表される。
【００３２】
【数３】
0006721262.tif 000004
【００３３】
【数４】
0006721262.tif 000005
【００３４】
送信波の大きさは、反射波の大きさより桁違いに大きいので、γｋは１より極めて小さい。そこで、数式４に数式１及び数式２を代入して近似値をとると、下記数式５が得られる。
【００３５】
【数５】
0006721262.tif 000006
【００３６】
この数式５において、｛｝内の第１項は、送信波のパワーを示し、第２項は、反射波のパワーを示し、第３項は、定在波によるパワーの変化分を示す。従来のレーダーは、第２項の反射波を受信して、信号処理を行うが、本発明においては、第３項の信号を信号処理する。このため、第１項目と第２項目を削除するため、合成波パワーｐ（ｆｄ、ｘｓ）をｆｄで微分して、この第１項目及び第２項目を除去する。
【００３７】
ここで、ターゲット（被反射体）の数が１であるとすると、ｎ＝１を数式５に代入して、下記数式６が得られる。この数式６をグラフ化すると、図７のようになる。即ち、合成波のパワーは、固定値１＋γ２と、周期関数との和となる。この図７において、周期関数の周波数（周期の逆数）はｃ／２ｄとなり、距離ｄの成分が入る。このため、周期から周波数を求めれば、距離ｄが求まることになる。数式６から、直流成分１＋γ２を除去して、フーリエ変換すると、図８に示すように、距離スペクトルＰ（ｘ）が求まる。
【００３８】
【数６】
0006721262.tif 000007
【００３９】
先ず、下記数式７に示すフーリエ変換公式に対し、変数の置き換えをし、更に、観測位置を原点として、フーリエ変換すると、下記数式８に示す距離スペクトルが得られる。但し、Ｓａ（ｚ）＝sin（ｚ）／ｚとする。なお、数式８では、直流分がカットされていない。周期のある関数をフーリエ展開すると、その関数に含まれる直流成分と、振動成分（sin、cos）に分解されてしまう。距離スペクトルは、その公式上、下記数式８のように表示される。
【００４０】
【数７】
0006721262.tif 000008
【００４１】
【数８】
0006721262.tif 000009
【００４２】
なお、数式８のA2ｆｗ（１＋Σγｋ２）Sa（２πｆｗ／ｃ）ｘ）は、直流成分であるが、この直流成分は、実際の回路において、コンデンサにより除去される。
【００４３】
この数式８の最後の式で表される距離スペクトルＰ（ｘ）をグラフ図でみると、図９に示すようになる。そして、数式８の｛｝内の第１項目の直流分を除去し、第３項目をcos成分を複素正弦波（解析信号）に変換して除去し、定在波成分である第２項目の成分を抽出することができる。しかし、図８に破線にて示すように、数式８の｛｝内の第２項目の成分には、虚数側の信号が漏れ込んでしまう。つまり、この部分の定在波成分には、虚数側の信号が漏れ込んだ値になってしまう。
【００４４】
このような問題点を解消するためには、例えば、図１０に示すように、送信波とその反射波を合成した信号を検出する際に、送信波の波長をλとして、λ／８だけ離隔した２点にて、信号レベルを検出するように構成することができる。つまり、レーダーの進行方向をｘ軸にとった場合に、被反射体であるｎ個（ｎは自然数、図示は２個のみ）のターゲットからの反射波をアンテナが受信し、これを送信波と共に、ｘ軸方向にλ／８だけ離隔した２個のパワーディテクタで検出し、これを信号処理する。このとき、この２個のディテクタが検出したパワーレベルをｐ（ｆｄ，ｘ１）、ｐ（ｆｄ，ｘ２）とすると、ｘ１＝０の位置に置かれたディテクタの出力は、検出パワーを示す数式５に、ｘ１＝ｘｓ＝０を代入して、下記数式９に示すｐ（ｆｄ、０）として求まり、ｘ１＝−λ／８の位置に置かれたディテクタの出力は、検出パワーを示す数式５に、ｘ２＝ｘｓ＝−λ／８を代入して、下記数式９に示すｐ（ｆｄ、−λ／８）として求まる。この数式９に示すように、λ／８だけ離隔した2点で定在波を検出することにより、各位置（０，−λ／８）に置かれたディテクタの出力の定在波成分に、cosとsinの直交成分が得られ、これにより、虚像信号を消去することができ、虚像側から漏れ込む信号の影響を解消することができる。即ち、cosとsinの直交成分（Ｘ軸成分とＹ軸成分）から合成されるベクトルが求める解析信号である。通常、虚軸側の信号は測定できないのであるが、−λ／８の位置に、虚軸側の信号が計測できることになり、ベクトル合成信号を形成できる。このベクトルの回転速度が周波数になるので、本実施形態では、この周波数と位相を解析することになる。
【００４５】
【数９】
0006721262.tif 000010
【００４６】
この数式９におけるｘｓ＝０の位置のディテクタの出力のうちの定在波成分をａ、ｘｓ＝−λ／８の位置のディテクタの出力のうちの定在波成分をｂとすると、ａ、ｂは下記数式１０にて表される。そして、数式８の３項からなる最後の式を下記数式１１に基づいて置き換えをすると、下記数式１２及び数式１３が得られる。即ち、数式１０が求めるＸ軸、Ｙ軸（実信号、虚軸信号）を実信号に変換された形に置き換えることが可能になる。数式１３は、まさに、時間方向の信号と、回転軸での信号を表現しているが、結局、この数式１３により、回転する解析信号を計算できることがわかる。
【００４７】
【数１０】
0006721262.tif 000011
【００４８】
【数１１】
0006721262.tif 000012
【００４９】
【数１２】
0006721262.tif 000013
【００５０】
【数１３】
0006721262.tif 000014
【００５１】
数式１２の右辺のＰＤＣは直流成分であり、ｍ（ｆｄ）cos（θ（ｆｄ）−４π（ｆ０＋ｆｄ）／ｃ・ｘｓ）は周期的に変化する定在波成分である。この定在波成分は、前述のごとく、ｘｓ＝０の位置の成分ａと、ｘｓ＝−λ／８の位置の成分ｂとの合成成分ａ＋ｊｂは、sinとcosとの直交成分となり、ａとｂとから解析信号を合成することにより、不要の信号（図９に示す虚数側から漏れ込んだ信号）による影響が除去される。よって、この値（数式１３の信号）を解析することにより、図１１に示す目的の成分ｐａ（ｆｄ，０）が得られる。
【００５２】
而して、数式１３の解析信号において、反射係数γｋの大きさに依存して、検出される信号強度が変化する。換言すれば、解析信号の信号強度の時間的推移を測定すれば、強度の変化が生じた場合に、その要因の一つとして、反射係数γｋの変化があったことを挙げることができる。即ち、周波数分布の各周波数のγｋ（反射係数の大きさ）が変化することで生じる信号強度の変化が、測定対象の帯電状態の変化を示している。
【００５３】
誘電率が異なる２物質の境界面での反射係数γは、その誘電率を、ε１、ε２とすると、下記数式１４にて表される。
【００５４】
【数１４】
0006721262.tif 000015
【００５５】
このように、境界面での反射強度は、境界面を形成している各媒体が有する固有の比誘電率の差によって決定され、反射波形の極性も比誘電率の大小関係により決まる。よって、電波の反射強度は、反射係数γの大きさにより異なり、反射係数γは、誘電率により異なるため、反射面の物質の変化により、反射強度が変化する。
【００５６】
従って、上記数式１３により反射係数が求められ、数式１４により誘電率が求められる。この誘電率は、地表上の帯電状態を示す測定値である。
【００５７】
上述のごとく、距離スペクトル演算部１２が求めた距離スペクトルの振幅の強度の変化により、誘電体部材１０２の帯電状態を検知することができるが、この距離スペクトルには、静電気量の変化がない物体からの反射波に起因する定在波の距離スペクトルが含まれている。そこで、差分検出部１３は、測定された距離スペクトルから、基準時の距離スペクトルを削除して、差分距離スペクトルを演算する。図１２（ａ）は、距離スペクトル演算部１２が求めた距離スペクトルＰ（ｘ）を示す。この測定結果には、静電気を含む測定部が存在せずに、環境からの反射波に起因するものが含められている。そこで、特定の基準時に得られた距離スペクトルをＰ０（ｘ）として、以後の各サンプリング時点に得られた距離スペクトルＰ（ｘ）から、基準時の距離スペクトルＰ０（ｘ）を減算する。即ち、各サンプリング時点で得られた距離スペクトルＰ（ｘ）に対し、図１２（ｂ）に示す−Ｐ０（ｘ）を加算する。このため、差分検出部１３からは、静電気の帯電がない場合は、図１２（ｃ）に示すように、０信号が得られる。そこで、あるサンプリング時点で、測定部に静電気が帯電している場合には、図１２（ｄ）に示すように、その帯電の距離スペクトルの振幅が現れる。このサンプリング時点の距離スペクトルに対しても、図１２（ｂ）の基準スペクトル−Ｐ０（ｘ）を加算すると、図１２（ｅ）に示すように、Ｐ（ｘ）−Ｐ０（ｘ）の距離スペクトルが得られ、この距離スペクトルには、帯電に起因するピーク強度の振幅のみが現れる。このようにして、差分検出部１３にて、距離スペクトルの差分をとることにより、測定部の環境からの反射の影響を低減して、帯電の変化に起因する距離スペクトルの振幅の強度を求めることができる。
【００５８】
なお、測定対象が２個の場合の距離スペクトルは、図１３に示すように、ｘｓ＝０のパワーｐ（ｆｄ、０）とｘｓ＝−λ／８のパワーｐ（ｆｄ，−λ／８）との合成波から直流分を除去して、フーリエ変換することにより、距離に対応する周波数が得られ、距離ｄ１，ｄ２が求まる。
【００５９】
図１４は合成波の真数のスペクトルと、虚数のスペクトルを示す図である。電波の速度ｃは、約３０万ｋｍ／秒である。発信波の周波数のスイープを、７５ＭＨｚ幅（ｆｗ）で行った場合、この７５ＭＨｚの波長は、ｃ／ｆｗ＝４ｍである。しかし、波形を標本化するためのスイープは、往復で４ｍのため、行きはその半分の２ｍとなる。この２ｍを１周期と呼ぶ。そこで、スイープ幅７５ＭＨｚで２０ｍを計測した場合、１０周期を計測することになる。スイープ時間が２５６μｓであるとすると、観測する波形の周波数は、１０／２５６μｓ＝３９ｋＨｚとなる。同様に、２００ｍを計測した場合、１００周期であるので、１００／２５６μｓ＝３９０ｋＨｚとなる。そして、図１４に示す検出されたスペクトルの周波数のレベルは反射の強さを示し、周波数は距離に置き換えられる。よって、図１３に示すように、フーリエ変換して３９ｋＨｚのところにピークが現れると、それは、距離ｄ１＝１０ｍの位置からの反射波であることがわかり、３９０ｋＨｚのところにピークが現れると、それは、距離ｄ２＝１００ｍの位置からの反射波であることがわかる。このようにして、ディテクタの合成波の検出パワーｐａ（ｆｄ）を微分して直流成分を除去し、フーリエ変換すると、測定対象までの距離を求めることができる。
【００６０】
スイープ幅が２００ＭＨｚの場合、１周期が０．７５ｍになるので、１０ｍの計測は１０／０．７５＝１３．３周期を観測することになり、スイープ時間が２５６μｓである場合は、１３．３／２５６＝５１．９ｋＨｚとなる。つまり、スイープ幅が２００ＭＨｚの場合は、５１．９ｋＨｚにピークが現れた場合に、被反射体までの距離が１０ｍと観測される。従って、スイープ幅を調整し、スイープ時間を調整することにより、検波出力の周波数を調整することができ、電波法の規制により帯域幅が制限されているので、一般的には、スイープ時間を可変とすることにより、被反射体までの距離を測定する。
【００６１】
次に、微小変位計測について説明する。数式８において、位相に着目すると、ｋ番目のターゲットに対する位相Ψｋは、下記数式１５の第１式のsinの角度として求まり、φｋは初期位相であるから変化分では消えるので、距離ｄｋの変化分をΔｄｋ、位相の変化分をΔΨｋとすると、数式１４の第２式が得られ、これを変形して、下記数式１６が得られる。
【００６２】
【数１５】
0006721262.tif 000016
【００６３】
【数１６】
0006721262.tif 000017
【００６４】
この数式１６から、距離ｄの微小変位が求まる。周波数が２４ＧＨｚの場合は、±３．１２５ｍｍの変位を検知することが可能となる。
【００６５】
以上のように、被反射体からの反射波を送信波に合成した定在波の分析により、被反射体の距離及び微小変位を計測することができる。この計測結果を経時的に把握すれば、被反射体の距離、速度及び変位を計測することができ、結局、被反射体の動きを計測できる。従来のレーダーであると、１〜２ｍ以下は距離の測定が困難であったのに対し、本発明により、０ｍに近い至近距離から、２００ｍの遠距離迄、距離の測定が可能である。また、本発明の場合は、微小変位の検知が可能であり、相対変位分解能は０．０１ｍｍにも及ぶ。
【００６６】
なお、前述の如く、本発明は、数式１３で示す距離スペクトルのピーク強度が、反射係数γｋの大きさに依存して変化し、測定部にて帯電量が増大すると、水分の誘電率εが高いため、数式１４で示す反射係数γｋが上昇し、距離スペクトルのピーク強度が上昇することにより、水分を検知することを測定原理とする。このように、ピーク強度を見ているので、測定部が複数ある場合でも、水分の検知は容易である。しかし、この測定部が多数となり、しかも、各測定部の相互間の間隔が短いと、例えば，図１３に示す複数個（図示例は２個）の距離スペクトルが相互に重なりあい、各距離スペクトルを分離できなくなる可能性がある。この場合、各測定対象について、上述の微小変位の測定に必要な位相差を求めることができなくなる。このような場合は、２個の距離スペクトルに対し、帯域通過フィルタをかけて、分離することができる。
【００６７】
図４は、この場合の実施形態を示すブロック図である。差分検出部１３から出力された差分距離スペクトルは、この帯域通過フィルタ１６に入力される。この帯域通過フィルタ１６は、差分検出部１３の差分距離スペクトルからその複数のピーク位置に対応する中心周波数の中間の周波数にて最小ゲインとなる信号を出力するノッチ型の帯域通過フィルタである。この帯域通過フィルタ１６から出力された差分距離スペクトルは、ピーク位置間で分離された複数個の差分距離スペクトルとなる。これら各差分距離スペクトルは、距離演算部１４に入力され、位相差から、微小変位を求めることが可能となる。
【００６８】
次に、本発明の実施形態に係る定在波レーダーによる帯電状態の検知装置の動作について、利用例と共に説明する。先ず、検出器１００を、帯電測定部（誘電体部材１０２）に向けて設置する。そうすると、定在波検知部２により、送信波と受信波との合成波である定在波が検知される。この定在波の検出信号は、ＡＤ変換部１１を介して、距離スペクトル演算部１２に入力され、距離スペクトルが演算される。そして、この距離スペクトルから、差分検出部１３にて、差分距離スペクトルが求められる。距離演算部１４は、この差分距離スペクトルから、前述の如くして、センサと測定対象との間の距離を演算する。その結果、この差分距離スペクトルのピーク位置は、図１２（ｄ）に示すように、センサと、測定対象との間の距離（例えば、２．５ｍ）であることがわかる。そして、判定部１５は、この２．５ｍの位置にピーク位置をもつ差分距離スペクトルについて、そのピーク強度の経時変化を監視する。そうすると、判定部１５は、このピーク強度が上昇した場合は、測定対象の誘電体部材１０２の帯電量（静電気量）の変化により、誘電率が変化し、反射強度が増大したことに起因するものであることを検知することができ、このピーク強度が増大した時点を、帯電量が増大した時点であると判定することができる。
【００６９】
また、測定部（誘電体部材１０２）が距離ｄ１及び距離ｄ２にある場合、これらの測定対象に対し、センサからレーダー波が照射され、センサにて、測定対象(ｄ１，ｄ２)からの反射波が検出される。そして、差分検出部１３は、距離ｄ１の距離スペクトルに対し、ある特定の時点の距離スペクトルを基準時の距離スペクトルとし、一定のサンプリング時点毎に、得られた距離スペクトル（図１２（ａ））から、基準時の距離スペクトル（図１２（ｂ））を減算し、差分距離スペクトル（図１２（ｃ））を演算する。その結果、基準時の距離スペクトルＰ０（ｘ）からの変化がなければ、サンプリング時点毎に得られた差分距離スペクトルは、図１２（ｃ）に示すように、０となる。そして、図１２（ｄ）に示すように、測定部の誘電体部材１０２に静電気が存在する場合は、その静電気に起因するスペクトルを含む距離スペクトルＰ（ｘ）が得られる。その結果、図１２（ｅ）に示すように、差分距離スペクトルＰ（ｘ）−Ｐ０（ｘ）には、静電気に起因する距離スペクトルのみが出現する。従って、判定部１５は、この差分距離スペクトルを監視し、差分距離スペクトルが０になった時点を乾燥完了時点と判断することができる。このようにして、測定部（誘電体部材１０２）の静電気量の状態を、個別に検知することができる。
【００７０】
本実施形態においては、上述の如く、検出器１００により、誘電体部材１０２の静電気量の状態を検知する。次に、この静電気量（帯電量）検知の利用例について説明する。先ず、本発明の定在波レーダーによる帯電状態の検知装置を地震の予知に利用した例について説明する。電離層は、大気圏の上層部にあって地球を取り巻くようにして存在する層であり、分子及び原子が紫外線又はエックス線等により電離し、イオンと電子が存在する領域である。そして、この電離層は、通常は安定状態にあるが、地震の前段階で、電荷の分離状態が変化する。この電離層における変化は、地震の前段階で、地面の擦れ合いが発生し、この地面の擦れ合いでイオンが放出されることに起因する。つまり、地面の擦れ合いでイオンが放出されると、この地面に対向する電離層では、地面の電荷の分離状況に応じて電荷の分離状態が変化する。従来は、この電離層における電荷の状態を計測することにより、これを地震の予知に利用しようとしていた。一方、本発明においては、地表上に設置された誘電体部材１０２における電荷帯電状態を検知することにより、これを地震予知に利用する。地震の予兆として、地面の擦れ合いが生じたときに、先ず、電荷が地表上に発生する。この地表上に発生した電荷が、誘電体部材１０２の表面に滞留し、誘電体部材１０２の表面が帯電する。そこで、この誘電体部材１０２の帯電状態を、レーダー電波を誘電体部材１０２に照射することにより、その反射レベルを計測する。これにより、地震発生の危険度を推測することが可能となる。
【００７１】
本発明においては、図１に示すように、レーダー電波を電離層に向けて照射するのではなく、地表１０１に設置された誘電体部材１０２に向けて照射する。レーダーを電離層に向けて照射するためには、遠距離を探索できる高出力のレーダー送信機が必要であるが、本発明は、地表１０１に設置した誘電体部材１０２をターゲットとするため、小出力のレーダーで地震の予測を行うことができる。また、地震の予兆として地面の擦れ合いが生じた場合、先ず、地表上に電荷が発生するが、この地表上の電荷発生に対応して遅れて生じる電離層における電荷分離状況を計測する場合よりも、地表上における帯電状態の変化を測定した方が早く地震の予兆を検知することができる。なお、電離層では、太陽光線により電離した領域の電荷密度が変化する。つまり、日の出と共に電荷密度は上昇し、日の入りで活動は休止状態になる。しかし、地震の予兆として知られる地表の擦れ合い等が生じると、イオンが発生し、夜間でもインパルス状のイオンが放出される。このため、地表上の帯電状態に乱れが生じる。よって、電離層よりも、地表上の帯電状態を地震の指標とした方が、より高精度に地震を予知することができる。
【００７２】
このようにして、地表の誘電体部材１０２の帯電状態に通常とは異なる変化を検知した場合に、これを近い将来に地震が発生する兆候であるとして、地震予知に利用することができる。図２（ａ）は地表に設置された誘電体部材１０２の表面の帯電状態を検知したときの地震発生との関係を模式的に示す図である。地震の前段階において、誘電体部材１０２の帯電量が徐々に上昇し、ある程度大きな傾斜で帯電量の増大が生じたときに、地震が発生する可能性が極めて高くなる。この地表の誘電体部材１０２の帯電量の増加が所定の閾値を超えた場合、又は帯電量の増加速度が所定の閾値を超えた場合に、近い将来（数時間又は数日等）に、地震が発生すると予測することは合理的である。
【００７３】
なお、地震発生可能性が高い帯電量の閾値又は帯電量増加速度の前記所定の閾値は、人工知能の機械学習により求めることができる。この場合、検出器１００で検知された誘電体部材１０２の誘電率に関するデータを、教師あり学習により、統計分析して、将来の未知のデータを予測することもできる。前述の如く、地震の予兆である地面の擦り合いが生じると、誘電体部材１０２の帯電推移に現れるので、検出器１００によりこの帯電推移を検知することにより、地震が実際に生じたときの帯電量の閾値及び／又は帯電量の増加速度（図２（ａ）の傾斜角度）と地震発生の有無とを対比したデータを取得し、得られたデータを統計分析する。そして、データ推移のパターンを学習しておき、日々の検出器１００による帯電状態の監視により、機械学習によって得られたデータ推移のパターンにおいて、地震発生時の帯電初期段階のデータパターン（地震発生の前段階の推移データ）と一致するデータ推移が計測されたときに、地震発生予測の警報を出力する。
【００７４】
次に、本発明の定在波レーダーによる帯電状態の検知装置を落雷の予知に利用した例について説明する。地上の水蒸気を含む上昇気流は、上空の冷たい空気で冷却されて細かい氷の結晶になる。この結晶は、気流の中でぶつかり合い、正負の電荷に分離しながら雷雲になる。この雷雲は複数のセルから形成され、同時に雲底と逆極性の正電荷（拘束電荷）が架空線路又は大地に誘起される。この状態で、電界強度が限界に達すると、雲内（雲間）の正負の電荷間（セル間）で放電が生じ、雲内（雲間）放電を頻繁に発生させることになる。雲内（雲間）放電の頻度は高く、放電が繰り返されることによって、雷雲の電荷が消滅する。
【００７５】
一方、落雷を時間経過で見ると、雲底から大地に向けて先駆放電（ステップトリーダ）が繰り返し生じ、大気の絶縁が破壊される。そして、その先駆放電が大地に近づくと、大地側から上向きの放電（リーダ）が生じ、先駆放電及び上向き放電によって絶縁破壊された大気に、大量の電荷が注入されて、落雷が発生する。
【００７６】
図２（ｂ）に示すように、落雷が発生しようとすると、数分の単位で帯電量が変化する。そして、この帯電量が急速に増大して、帯電量が所定の閾値を超えるか、又は帯電量の増加速度が所定の閾値を超えた場合に、落雷が発生する。しかし、この帯電量の増加速度が低い場合は（傾斜角度が小さい場合は）、落雷の発生までには至らず、電荷は消滅する。そこで、人工知能の機械学習により、雷雲直下の地表上で、短時間で段階的に急激に変化する電荷の推移データを学習し、統計処理により、パターンに分類する。検出器１００が地表の誘電体部材１０２の帯電状態を監視しているときに、この統計分析により得られた落雷パターン（落雷が発生する直前のパターン）と一致する推移データが計測された場合に、落雷の発生を予測する警報を出力する。この落雷予知の場合も、地表に設置した誘電体部材１０２の帯電量を測定し、この帯電量の変化により落雷を予知することは合理的である。
【００７７】
なお、本実施形態においては、地面の擦り合わせ又は落雷の先駆放電により地表１０１の誘電体部材１０２が帯電したときに、地震又は落雷を予知する。しかし、誘電体部材１０２は、必ずしも、地表１０１に設置する必要はない。例えば、電柱、信号機、街路灯の上部等、地表１０１から若干離れた高い位置に誘電体部材１０２を設置してもよい。大地から発生する電荷は、地表１０１に限らず、地表１０１より若干上方の位置まで帯電する。そこで、例えば、日本全国の至る所に設けられている電柱、信号機又は街路灯の上部に誘電体部材１０２及び検出器１００を設置し、誘電体部材１０２の帯電量を監視することとしてもよい。このように、地表１０１ではなく、電柱、信号機又は街路灯等の高い位置に誘電体部材１０２及び検出器１０１を設ける方が、装置の設置が人の動きに邪魔になることがない。このような誘電体部材１０２及び検出器１０１は、地表１０１の可及的多数の位置に設置することが好ましい。帯電量を監視すべき位置は、例えば、間隔が１０ｍ〜１ｋｍとなるようにすることが好ましいが、地震又は落雷の発生が頻繁に生じているような場所に、重点的にこれらの装置を設置することとしても良い。上述の如く、本発明において、帯電測定部を地表上に設置し、地表上の帯電状態を検知するが、本発明において地表上といった場合は、地面から、大地にて発生した電荷が帯電可能な高さまでの領域のことをいい、地面又はその近傍に限定されるものではない。
【００７８】
本実施形態においては、アンテナ３から電波を送信し、２地点において反射波を検出することにより定在波を合成している。このアンテナ３として、電磁ホーンを使用すると、定在波の位相をきれいにそろえることができる。図１５は送信点から出射された電波の放射方向に同一位相の面を結んで形成される放射面を示す図である。このように、放射面は、球状をなす。この図に示すように、放射方向の中心の位相に対し、縁端部の位相は遅れて伝搬される。このため、電波が送信されてくる正面からみると、この電波の位相がそろわず、位相のずれが生じるため、位相偏移計測の精度が出ない。
【００７９】
これに対し、図１６に示す電磁ホーン１２０を使用することにより、位相が同一の放射面を平面にすることができる。図１７は図１６の１６−１６線による模式的断面図である。電磁ホーン１２０は、横長のラッパ状の凹部１２１が形成されており、凹部１２１の傾斜面の先端（凹部１２１の底部）には、２個のアンテナ１２２，１２３が横方向に離隔して設けられている。パッチアンテナ１２２は送信側アンテナであり、パッチアンテナ１２３は受信側アンテナである。アンテナ１２２から出射された電波は、電磁ホーン１２０の凹部１２１の斜面で反射しつつ、前方に伝搬する。即ち、電磁ホーンといわれるラッパ状の部材は、電波を反射する導体素材で作成されており、球状の電波の波面が放射される際に、図１７に示すように、波面が平行になる。よって、この電磁ホーンを使用すると、波面が平行になる現象を利用して、位相面が同相になるように電波を放射することができる。これにより、反射波の位相を精度良く検出することができる。
【００８０】
但し、従来の電磁ホーンは、送信と受信を１カ所のアンテナで行っているため、構造は簡素な円錐状である。よって、１個のパッチアンテナで送信アンテナ及び受信アンテナを兼用した場合、通常の円筒形又は方形タイプのホーンでは送信と受信の中心が異なり、ビーム形状がアンバランスとなり、放射方向が左右でずれてしまい、前面への放射性能がでないおそれがある。
【００８１】
一方、本実施形態においては、送信用アンテナ１２４と受信用アンテナ１２５とを、専用に設けている。そして、送信用アンテナ１２４と受信用アンテナ１２５とが対向する方向に垂直の方向に関して、アンテナ１２２を間に挟んで対向するホーン斜面が、電波が反射する導波構造を形成する。これにより、図１７の上下方向において、位相面がそろう。一方、左右方向（アンテナ１２２，１２３が対向する方向）については、四方を取り囲むホーン形状ではない。このように、本実施形態では、片側だけで導波構造を形成し、上下方向の位相面をそろえる。つまり、バッチアンテナ１２２から、上下方向へ電波を放射し、その放射を図１７に示すように、平面状の電波波面で前方に放射する。このため、図１６に示す電磁ホーン１２０は、平面状の波面をもつ電波を前方へ高効率で放射することができる。受信アンテナ１２３も高効率で受信することができる。即ち、平面状に位相がそろった平面波を送信することで、対象物からの反射波の波形の微少な変位を精度良く検出することが可能となる。
【００８２】
次に、本発明の定在波レーダーによる帯電状態の検知装置を静電気放電の予知に利用した例について説明する。自動車を運転したり、助手席等に乗員として乗車していると、その人の衣服の擦れにより、その人に静電気が帯電する。この静電気が帯電した状態で下車しようとすると、乗員がドアハンドルに接触した時に、静電気放電が発生し、乗員には極めて不快な感覚を与える。
【００８３】
そこで、本発明の定在波検知部としての検出器１００を、車内のダッシュボードの内部又は天井に設置し、運転手等の乗員に向けて電波を照射するように構成する。そして、第１実施形態と同様にして定在波を検知して差分距離スペクトルを演算することにより、乗員の衣服等に帯電している静電気の増大を検知する。そして、この静電気の量が所定の閾値を超えた場合に、その人がドアハンドルに接触すると静電気放電が生じると予測する。この予測が行われた場合に、例えば、警報音を発することにより、乗員は、衣服に帯電した静電気を放電させる措置をとった後、ドアハンドルを操作する。これにより、下車時の静電気放電の発生を防止することができる。
【００８４】
次に、本発明の他の実施形態について、図１８を参照して説明する。本実施形態においては、誘電体部材として、２層構造の誘電体部材１０３を使用する。即ち、この誘電体部材１０３は、電波吸収素材からなる電波吸収部１０５と、この電波吸収部１０５上に積層された誘電体部１０４とから構成されている。電波吸収部１０５の電波吸収素材は、入射した電波のエネルギの殆どを吸収部内部で熱エネルギに変換して電波を吸収する。このような電波吸収素材としては、主成分を炭素とする炭素質材料、発泡ポリエチレンにグラファイト（炭素粒子）を含有した材料、又はゴムに炭素粒子を含有した材料等がある。また、誘電体部１０４は、プラスチック等の誘電体材料で形成されている。
【００８５】
このように構成された帯電検出装置においては、帯電状態を測定すべき位置に誘電体部材１０３を設置する。本実施形態においては、地表１０１上に電波吸収部１０５を下方にして載置する。このため、誘電体部１０４は地表の上方を向く。そして、検出器１００を、帯電測定部（誘電体部材１０３）の上面、即ち、誘電体部１０４の上面に向けて設置する。そうすると、定在波検知部２により、送信波と受信波との合成波である定在波が検知される。これにより、図１の実施形態と同様に、誘電体部材１０３の誘電体部１０４の誘電率の増減を検知することができる。
【００８６】
本実施形態においては、電波（送信波）は、検知機１００から誘電体部１０４に照射され、誘電体部１０３にて反射して、反射波は検知機１００に入射する。そして、電波は誘電体部１０４を透過し、電波吸収部１０５に到達して、この電波吸収部１０５で吸収される。従って、誘電体部１０４を透過した電波は、検知機１００に向けて反射することはない。このため、検知機１００に入射する反射波は、帯電状態を反映する誘電体部１０４の表面に帯電した電荷の量を高精度で検知したものとなり、他の部位で反射したノイズとなる電波は検知機１００に入射することはない。例えば、この誘電体部材１０３の下方に水分が存在した場合、図１の実施形態のように、誘電体部材１０２が誘電体素材のみで成形されている場合、この誘電体部材１０２を透過した電波は、誘電体部材１０２の表面の電荷の他に、水分でも反射して、この水分で反射した電波がノイズとなって検知器１００に入射する。しかし、本実施形態においては、このように、誘電体部１０４を透過した電波は、電波吸収部１０５で吸収されるので、誘電体部１０４の下方で反射した電波が検知機００に入射したノイズとなることはない。よって、帯電電荷量の測定精度は図１の実施形態よりも高い。
【００８７】
次に、本発明の更に他の実施形態について、図１９を参照して説明する。本実施形態においては、帯電測定部（誘電体部材１０３）の４辺が、角筒状の電波吸収部１０６に囲まれている。本実施形態においては、誘電体部材１０３の下面（電波吸収部１０５）にて電波が吸収されると共に、誘電体部材１０３の側方でも、電波が吸収される。このため、帯電測定部の近辺から誘電体部材１０３内に電波が侵入することが防止され、この電波侵入に起因するノイズが低減される。よって、誘電体部材１０３の誘電体部１０４の上面に帯電した電荷で反射した電波のみが検知器１００に入射する。このため、検知機１００における帯電状態の検知がより高精度になる。
【００８８】
なお、上記各実施形態においては、誘電体部材１０２，１０３は、矩形の板状をなしているが、この誘電体部材の形状については、任意である。誘電体部材１０２については、地震の前駆状態において地表の上方に漂う電荷のうち、正又は負の電荷が付着できるような表面形状を有していればよい。この誘電体部材１０２の表面形状は、平面の他、二次元的に凹凸状に変化するもの、又は四角錐形状が二次元的に配置されたもの等がある。また、誘電体部材１０３は、電波吸収部１０５を下方にし、誘電体部１０４を地表上に漂う電荷に向けて配置するものであり、電波吸収部１０５が誘電体部１０４を間に挟んで検知器１００の反対側になるように配置する。この誘電体部１０４もその表面形状は誘電体部材１０２と同様に任意であり、電荷が帯電できるような形状にする。また、誘電体部材１０３は、誘電体部１０４と電波吸収部１０５との２層構造に限らず、金属板等を含めた３層以上の構造でも良い。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
本発明によれば、地震及び落雷のような天災を、地表上の帯電状態を簡素な装置で簡便に検出することにより、予測することができる。本発明は、地震計のような高額な装置を使用することなく、低廉な装置（定在波レーダーによる帯電検知装置）を設置するだけで、地震・落雷を予知することができる。しかも、この検出器１００の検出方向を走査した場合は、広範な領域の地震・落雷の可能性を１台の装置で検知することができる。よって、本発明を利用することにより、地震及び落雷の予知が容易となり、天災による被害を低減することができる。また、本発明の帯電状態の検知装置は、自動車乗車時の静電気放電を予知してこれを防止することができ、自動車運転中の乗員の快適性にとって有益である。
【符号の説明】
【００９０】
２：定在波検知部
３：アンテナ
４：高周波送受信部
８：信号処理部
１００：検出器
１０１：地表
１０２、１０３：誘電体部材
１０４：誘電体部
１０５、１０６：電波吸収部
１２０：電磁ホーン
１２２，１２３：アンテナ
【要約】
【課題】簡易且つ小型の装置で、容易に地震の予知又は予測を行うことができ、しかも、落雷も予知・予測することができる地表の帯電状態の検知装置並びに地震の予知方法、落雷の予知方法及び静電気放電の予知方法を提供する。
【解決手段】検出部１００から、電波を地表に設置された誘電体部材１０２に照射し、定在波レーダーの差分距離スペクトルから、地表の誘電体部材１０２における誘電率の変化（帯電量の変化）を測定する。このとき、地表の測定部における静電気量の増減があると、これが誘電率の変化となって現れる。一方、地震又は落雷が生じる前段階で、地表の静電気量が変化する。そこで、この誘電率の増減が検知されたときに、それは静電気量が増減したことに起因するので、それを、地震又は落雷の予知に利用する。また、本発明は衣服への静電気の耐電量の増加による静電気放電の予知にも利用できる。
【選択図】図１【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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