(57)【要約】【課題】少量の液体試料あるいは複数の組成からなる液体で混合後の変化の速い液体試料の複素誘電率や複素透磁率を評価することができる機能を備えた液体誘電体評価監視システムおよび液体誘電体製造装置を提供する。【解決手段】予め決められた周波数の電磁波を伝搬させる矩形導波管と、前記導波管に電磁波を入力するための手段と、導波管から電磁波を取り出すための出力手段と、入力電磁波に対する出力電磁波の比較から電気的パラメータを導く手段と、上記の入力手段と出力手段との間に配置された測定する液体を入れる容器と、前記の容器に液体を導入する管と、前記の容器から液体を排出する管とを備え、上記の入力手段と出力手段との間の電磁波の電場が最大となる位置に上記の容器を配置する構成とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定する液体を入れる容器と、予め決められた周波数の電磁波を伝搬させる矩形導波管と、導波管に電磁波を入力するための手段と、導波管から電磁波を取り出すための出力手段と、入力電磁波に対する出力電磁波の比較から電気的パラメータを導く手段と、上記の入力手段と出力手段との間の電磁波の電場が最大となる位置に上記の容器を配置する構成と、を備えることを特徴とする液体誘電体評価監視システム。
【請求項２】
予め決められた周波数の電磁波を伝搬させる矩形導波管と、前記導波管に電磁波を入力するための手段と、導波管から電磁波を取り出すための出力手段と、入力電磁波に対する出力電磁波の比較から電気的パラメータを導く手段と、上記の入力手段と出力手段との間に配置された液体の容器と、前記の容器に液体を導入する管と、前記の容器から液体を排出する管と、上記の入力手段と出力手段との間の電磁波の電場が最大となる位置に上記の容器を配置する構成と、を備えることを特徴とする液体誘電体評価監視システム。
【請求項３】
液体に流れを与える輸液ポンプと、液体の温度を測定する温度測定手段とをさらに備えることを特徴とする、請求項２に記載の液体誘電体評価監視システムを用いた液体誘電体製造装置。
【請求項４】
分子構造あるいは物理的状態の異なる液体を混合する液体混合手段と、混合された液体を上記の入力手段と出力手段との間に配置された液体の流路に導く構成とを、さらに備えることを特徴とする請求項３に記載の液体誘電体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、封入された液体または流動中の液体の複素誘電率や複素透磁率等を測定することのできる液体誘電体評価監視システムに関し、また液体混合機能をもたせることによりその電気的特性を調整しながら混合液体を製造することのできる液体誘電体製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
物質の超短波帯からマイクロ波帯でのスペクトロスコピーには、既によく知られている様に周波数を掃引するものと磁場強度を掃引するものとがある。周波数を掃引する場合には、周波数を変える必要があることから、導波管の内部に測定試料が置かれることは無い。しかし、磁場を掃引する場合は、周波数を固定することができることから導波管の内部に測定試料が置かれる場合がある。この例としては、ＥＳＲ（電子スピン共鳴）として知られる分光法である。この場合は、サーキュレータと短絡端を持った導波管が使われ、測定試料は導波管の短絡端に近くでマイクロ波の磁場成分が最大になる位置付近に置かれる。一方、本発明においては、導波管中の測定試料の位置は、マイクロ波の電場が最大になる位置である。
【０００３】
また、超短波帯からマイクロ波帯での液体の誘電特性の測定に用いられものとしては、ヒューレットパッカード社の誘電体プローブキット８５０７０Ｃがある。これは、液体に同軸ケーブルの端部を開放した形のプローブを入れ、使用周波数での反射係数を測定し、それを元に複素誘電率を算出するものである。
【０００４】
しかしこの場合は、液体試料の入った容器として、理想的には無限大の大きさのものを想定している。実際には、充分大きな容器に満たされた液体試料の測定を念頭に置いたものである。またプローブは、直接液体と接触するため、接触電位差の小さい電極や液体と反応しない電極を用いる必要があり、さらにまた、電極に気泡が付着することを防ぐ必要がある。開放系の測定装置であるので、当然ながら、揮発性の物質の測定には適していない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記の様に、従来の液体誘電体評価装置では、充分大きな容器に満たされた液体試料を用意する必要があり、また、電極に気泡が付着することを防ぐ必要がある。このため、測定に人為的誤差が含まれやすい。また揮発性の試料の測定には適していない。
【０００６】
この発明は上記に鑑み提案されたもので、少量の液体試料や複数の組成からなる液体で作成後の変化の速い液体試料の複素誘電率や複素透磁率を評価することができる機能を備えた液体誘電体評価監視システムおよび液体誘電体製造装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明における第１の発明は、液体誘電体評価監視システムに関しており、測定する液体を入れる容器と、予め決められた周波数の電磁波を伝搬させる矩形導波管と、導波管に電磁波を入力するための手段と、導波管から電磁波を取り出すための出力手段と、入力電磁波に対する出力電磁波の比較から電気的パラメータを導く手段と、上記の入力手段と出力手段との間の電磁波の電場が最大となる位置に上記の容器を配置する構成と、を備えることを特徴としている。
【０００８】
また、本発明における第２の発明は、液体誘電体評価監視システムに関しており、照射する電磁波を測定試料が吸収してその温度が変化する場合でも、温度変化による影響を少なくするために、予め決められた周波数の電磁波を伝搬させる矩形導波管と、前記導波管に電磁波を入力するための手段と、導波管から電磁波を取り出すための出力手段と、入力電磁波に対する出力電磁波の比較から電気的パラメータを導く手段と、上記の入力手段と出力手段との間に配置された液体の容器と、前記の容器に液体を導入する管と、前記の容器から液体を排出する管と、上記の入力手段と出力手段との間の電磁波の電場が最大となる位置に上記の容器を配置する構成と、を備えることを特徴としている。
【０００９】
また、本発明における第３の発明は、第２の発明を用いた液体誘電体製造装置に関しており、周囲温度が変化した場合でも測定する液体の温度を正確に管理できる様にするために、上記の第２の発明に加え、液体に流れを与える輸液ポンプと、液体の温度を測定する温度測定手段とを、さらに備えることを特徴としている。
【００１０】
また、本発明における第４の発明は、第３の発明を用いた液体誘電体製造装置に関しており、２種類の液体を混合してつくる液体の場合でその特性の時間的な変化が速く起こる場合でも混合直後の液体を測定できる様にするために、分子構造あるいは物理的状態の異なる液体を混合する液体混合手段と、混合された液体を上記の入力手段と出力手段との間に配置された液体の流路に導く構成とを、さらに備えることを特徴としている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
携帯電話の送信電波の人体頭部に対する影響を調べるために、頭部の組織と電気的に等価な特性を持った液体材料を人体頭部の形状を持ったファントム外殻に入れて、上記の電波を与えた時の液剤中の電界を計測することにより人体頭部に対する影響が調べられている。人体頭部は様々な組織で構成されているが、等価な均一液剤を用いる際の電気特性が国際的に定められている。その電気的特性は周波数によって異なり、例えば９００ＭＨｚあるいは１４５０ＭＨｚにおいては、表１に示すような値となる。この特性を実現するために、表１にあるような組成の混合液体が作られる。この組成や、濃度は、周波数帯によって異なり、さらに低周波帯あるいは高周波帯では、また表１とは異なる混合液体が用いられる。このような混合液体では、時間の経過とともその電気的特性が変化するため、長時間に渡る使用には適さない。本発明は、その電気的特性が一定に保たれる様に調整する装置に使用されることを、一例として想定している。
【００１２】
【表１】
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【００１３】
以下にこの発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、測定される液体を挿入する矩形導波管１を持った液体誘電体評価監視システムを示している。矩形導波管内１の電気特性は、導波管内部に電磁的に結合したシールド線４０、４１とネットワークアナライザ７によって、入力に対する反射と出力が測定され、そこからＳ（スキャッタリング）パラメータが評価される。また、矩形導波管内１に液体封入用の管１５が配置される。管１５は導管２２、２３と連続している。この管１５は、導波管の内部の電界が最大になる位置の近傍に設けることが望ましく、電磁波の伝搬モードに応じて変える必要がある。
【００１４】
このような構成のため、上記の誘電体プローブキットのように、液体とプローブとが接触することは無い。このため、電極と液体との相互作用や電極に気泡が付着することによる誤差がなく、試料が密閉されるため揮発性の液体でも精度よく測定できることは明らかである。
【００１５】
図５は、２０００〜３０００ＭＨｚ測定用の矩形導波管の実例を示している。この例においては、図５（ａ）に示される様に、矩形導波管は、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅの５つの部分から構成されている。この導波管のサイズは、約３０ｃｍ×１２ｃｍ×８０ｃｍである。１ａ、１ｅ部分には、シールド線が接続され、これはネットワークアナライザからの給電線として用いられる。また、図５（ｃ）に示される様に、１ｃ部には管を通すための６ｍｍの貫通孔が設けられている。この貫通孔は、導波管内の電磁界への擾乱が小さくなる様になるべく小さい径にすることが望ましい。また、図５（ｂ）あるいは（ｄ）に示される様に、この貫通孔には、内径４ｍｍのガラス管が通されている。
【００１６】
管１５は、液体試料に比べて、比誘電率の小さい材料で作られていることが望ましい。しかし、ファントム（模擬人体）に用いる液体は一般に高誘電率で高損失であるため、実用上はガラス管でも問題ない。寸法精度が高くでき、また試料が化学的に活性な場合にも適用できる材料が好ましく、ガラス官の他にテフロン（Ｒ）管等も推奨できる。矩形導波管と円筒系の管を用いる理由は、導波管壁やガラス管による散乱等を数値解析によって評価するのが容易であるためであるが、他の形状でも、それらを予め評価できるものであれば使用することができる。測定結果から導波管壁やガラス管による散乱等のよる効果を差し引くことによって、液体の散乱によるＳパラメータを得る事ができる。また、そのＳパラメータから、数値解析によって液体の電気特性、すなわち、その複素誘電率や複素透磁率を求めることができる。
【００１７】
また、図２は、液体誘電体評価監視システムを用いた液体誘電体製造装置を示している。図２において、液体は、原料１０、１１、１２から配管２６、２７、２８により、コンピュータ８によって制御された混合調整器９に供給される。ここでは、便宜上３種類の液体の混合を示す。さらに多くの種類の液体を混合する場合も同様に行えばよい。混合された液体は、配管２５により、温度調整器４上に設置された貯液槽３に供給される。ここで、混合された液体が速く変化する場合は、これを貯液槽３に供給するのではなく、輸液ポンプ２に供給することが望ましい。
【００１８】
貯液槽３からは、配管２１と輸液ポンプ２を用いて液体誘電体評価監視システム５０に液体が供給される。液体誘電体評価監視システム５０から配管２３を伝って出た液体は、温度測定器６により温度が測定され、貯液槽３に戻る。貯水槽３は、閉鎖型が望ましいが、開放型のものでも精度よく調整することができる。ここで、液体誘電体評価監視システム５０のネットワークアナライザ７からの情報はコンピュータ８に送られ、この情報をもとに混合調整器９が制御される。また、温度測定器６の情報はコンピュータ８に送られ、この情報をもとに温度調整器４が制御される。この温度調整器４は、貯水槽３の液体の温度を調整するものである。コンピュータは、また、液体放出用の配管２０に設けられた弁５を制御し、液量を調整する。この配管２０は、電気的特性の調整された液体を、貯液槽３から、他の、図には記載されていない何らかのシステムに供給する際にも用いられる。これは、上記したファントムへの液体の供給にも使われる。
【００１９】
図２に示した装置を用いた測定例を図３に示す。図３は比誘電率の実数部と虚数部との時間経過を示し、当初、食塩を投入することによって比誘電率の実数部を減少させ、その虚数部を増加させた後、砂糖（蔗糖）を投入して比誘電率の実数部と虚数部とを減少させたものである。このように液体の組成比率を変える事によって、容易に複素誘電率を制御できることが分かる。
【００２０】
以上の説明においては、液体誘電体評価監視システムの矩形導波管に１本の管を設ける場合を説明したが、なるべく多量の液体を導波管の内部に導入するためには、導波管設ける貫通孔を小さくするために、図４（ａ）のように、内部の直径がより大きな管を用いるか、図４（ｂ）あるいは（ｃ）の様に複数の管を設ける。これらの配置は、用いる波長に比べて充分小さい範囲にあることが望ましい。
【００２１】
【発明の効果】
この発明は上記した構成からなるので、以下に説明するような効果を奏することができる。
【００２２】
本発明の第１の発明では、導波管をプローブとして、液体試料の測定を行うようにしたので、密閉系の測定となり、揮発性の試料の測定も可能で、人為的な誤差を未然に防ぐことができる。
【００２３】
また、本発明の第２の発明では、液体試料を入れ換えるようにしたので、照射する電磁波を測定試料が吸収してその温度が変化したり、周囲温度が変化したりする場合でも、温度変化による影響が少なくなる。
【００２４】
また、本発明の第３の発明では、液体試料を循環して温度管理を行うようにしたので、マイクロ波による加熱現象が起こったり周囲温度が変化したりする場合でも測定する液体の温度を正確に管理できる。
【００２５】
また、本発明の第４の発明では、自動的に液体の電気定数を監視、さらに調整まで自動で行なうことができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】液体誘電体評価監視システムを示すブロック図である。
【図２】液体誘電体製造装置を示すブロック図である。
【図３】液体誘電体製造装置を用いた測定例を示す図である。
【図４】液体誘電体評価監視システムの矩形導波管に設ける管の構成例を示す図である。
【図５】液体誘電体評価監視システムの矩形導波管の実例の写真である。
【符号の説明】
１　矩形導波管
１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ　矩形導波管の部分
２　輸液ポンプ
３　貯液槽
４　温度調整器
５　弁
６　温度測定器
７　ネットワークアナライザ
８　コンピュータ
９　混合調整器
１０、１１、１２　原料
１５　管
１６　貫通孔
２０　液体放出用の配管
２１　配管
２２、２３　導管
２４、２５、２６、２７、２８　配管
３１、３２、３３、３４　配線
４０、４１　シールド線
５０　液体誘電体評価監視システム
【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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