(57)【要約】【課題】水分量と測定変数（パラメータ）間の相関関数作成に要する時間を、従来技術による場合の１／１０に相当する３０分間〜１時間程度に短縮できる水分量測定法及び装置を提供すること。【解決手段】被検体の水分量０％の時の測定変数Γｑと、被検体の任意の水分量ＷＨの時の測定変数ΓＨとから、測定変数Γ＝０の時の水分量Ｗｑを式Ｗｑ＝ＷＨ／［１−（ΓＨ／Γｑ）２］によって求め、被検体の測定時の水分量Ｗを、式Ｗ＝Ｗｑ［１−（Γ／Γｑ）２］によって求める。【選択図】　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
土壌、生ごみ等被検体の水分量測定方法であって、被検体の水分量０％の時の測定変数Γｑと、被検体の任意の水分量ＷＨの時の測定変数ΓＨとから、測定変数Γ＝０の時の被検体の水分量Ｗｑを、
式　Ｗｑ＝ＷＨ／［１−（ΓＨ／Γｑ）２］によって求め、被検体の測定時の水分量Ｗを、測定時の測定変数Γから、式　Ｗ＝Ｗｑ［１−（Γ／Γｑ）２］によって求めることを特徴とするスケーリング則式水分量測定法。
【請求項２】
被検体の水分量の測定変数を計測する手段と、被検体の水分量Ｗを求めるための、Ｗ＝Ｗｑ［１−（Γ／Γｑ）２］なる演算処理手段を有することを特徴とするスケーリング則式水分量測定装置。
但し、Γ：被検体の水分量測定時の測定変数の値
Γｑ：被検体の水分量０％の時の測定変数の値
Ｗｑ＝ＷＨ／［１−（ΓＨ／Γｑ）２］
ＷＨ：被検体の任意の水分量
ΓＨ：ＷＨの時の測定変数の値
【請求項３】
測定変数が、被検体の加熱による温度応答値（Ｋ／ｓ）である請求項２に記載のスケーリング則式水分量測定装置。
【請求項４】
測定変数が、被検体の電気抵抗値（ｋΩ）である請求項２に記載のスケーリング則式水分量測定装置。
【請求項５】
測定変数が、被検体の誘電率である請求項２に記載のスケーリング則式水分量測定装置。
【請求項６】
測定変数が、被検体への近赤外線照射に伴うエネルギー吸収量に比例した電圧出力値（ｍＶ）である請求項２に記載のスケーリング則式水分量測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、土壌、生ごみ、食品、生コンクリートといった含水被検体の水分量測定方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、食品、生ごみ、土木建築材料、土壌等その性状が必ずしも均一ではない対象物に含まれる水分量を測定する手段として、加熱型、誘電型、電気抵抗型、電磁波型、熱伝導型等の水分量測定方法・装置が知られている。
【０００３】
加熱型水分量測定方法・装置は、被検体を乾燥させ、乾燥前後の被検体の重量変化から水分量を測定するものである。この水分量測定手段によるときは、水分量が０％〜１００％の広い範囲の被検体の水分量を正確に知ることができるけれども、バッチ式であり測定に時間がかかるという問題がある。誘電型水分量測定方法・装置は、被検体に電流を流してその誘電率の値によって水分量を測定するものである。
電気抵抗型水分量測定方法・装置は、被検体に電流を流してその電気抵抗の値によって水分量を測定するものである。電磁波型水分量測定方法・装置は、赤外線照射に対する被検体のエネルギー吸収量の大きさによって水分量を測定するものである。熱伝導型水分量測定方法・装置は、外部からの加熱による被検体の熱伝導率と水の熱伝導率とを比較して水分量を測定するものである。
【０００４】
この熱伝導型水分量測定方法・装置を改良したものとして、たとえば特開２００１−３４３３４３号公報に開示されている水分量検知センサーがある。この先行技術は、被検体の水分量と温度応答との相関関係を利用して水分量を求めるものである。相関関数は、水分量水準に対応する、時間に対する温度応答を両対数変換し直線化した後、水分量と温度応答との一次相関関数を求めて得る。水分量測定に際しては、温度応答を測定し、予め作成した一次相関関数により演算し水分量を算出する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術によるときは、水分量と測定変数（パラメータ）たとえば温度応答値（Ｋ／ｓ）との相関関係を予め確定しておく必要がある。通常、被検体の水分量を３水準（通常、４水準以上）に変化させて温度応答値を測定し、それらのデータを基に最小自乗法によって相関関数を確定する。而して、相関関数確定に多くの手間・時間を必要とし、このことが水分量測定装置普及の隘路となっていた。
本発明は、従来技術における問題を解決し、水分量と測定変数（パラメータ）間の相関関数作成に要する時間を、従来技術による場合（最大５時間程度）の１／１０に相当する３０分間〜１時間程度に短縮できる水分量測定方法及び装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための請求項１に記載の発明は、土壌、生ごみ等被検体の水分量測定方法であって、被検体の水分量０％の時の測定変数Γｑと、被検体の任意の水分量ＷＨの時の測定変数ΓＨとから、測定変数Γ＝０の時の被検体の水分量Ｗｑを、
式　Ｗｑ＝ＷＨ／［１−（ΓＨ／Γｑ）２］によって求め、被検体の測定時の水分量Ｗを、測定時の測定変数Γから、式　Ｗ＝Ｗｑ［１−（Γ／Γｑ）２］によって求めることを特徴とするスケーリング則式水分量測定方法である。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、被検体の水分量の測定変数を計測する手段と、被検体の水分量Ｗを求めるための、Ｗ＝Ｗｑ［１−（Γ／Γｑ）２］なる演算処理手段を有することを特徴とするスケーリング則式水分量測定装置である。
但し、Γ：被検体の水分量測定時の測定変数の値
Γｑ：被検体の水分量０％の時の測定変数の値
Ｗｑ＝ＷＨ／［１−（ΓＨ／Γｑ）２］
ＷＨ：被検体の任意の水分量
ΓＨ：ＷＨの時の測定変数の値
【０００８】
請求項３に記載の発明は、測定変数が、被検体の加熱による温度応答値（Ｋ／ｓ）である請求項２に記載のスケーリング則式水分量測定装置である。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、測定変数が、被検体の電気抵抗値（ｋΩ）である請求項２に記載のスケーリング則式水分量測定装置である。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、測定変数が、被検体の誘電率である請求項２に記載のスケーリング則式水分量測定装置である。
【００１１】
請求項６に記載の発明は、測定変数が、被検体への近赤外線照射に伴うエネルギー吸収量に比例した電圧出力値（ｍＶ）である請求項２に記載のスケーリング則式水分量測定装置である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の、スケーリング則式水分量測定法及び装置においては、従来技術における最小自乗法を用いた数水準の水分量サンプルを用いた相関関数作成方法とは異なり、２水準の水分量（％）と測定変数（パラメータ）測定値によって相関関数を確定する。
【００１３】
本発明は、食品、生ごみ、土壌、生コンクリートといった含水物質における水分量と、水分量に対応する測定変数（パラメータ）、たとえば温度応答値、電気抵抗値、誘電率といったパラメータとの相関が、すべての物質に関して、Φ＝１−χ２（Φ：無次元水分量、χ：無次元測定変数値）という形で表すことができる、という発明者の知見に基づいて完成された。
【００１４】
含水物質（被検体）における水分量Ｗと水分量に対応する測定変数Γの関係は、種々の実験的根拠から次式の形で表現される。
【００１５】
【数１】
Ｗ＝ａ０＋ａ２Γ２　−−−−−−（１）
【００１６】
今、水分量０の時の測定変数をΓｑ、Γ＝０の時の水分量をＷｑとすると、式（１）から、ａ０＝Ｗｑ、ａ２＝−Ｗｑ／Γｑ２となる。
ここで、Φ＝Ｗ／Ｗｑ、χ＝Γ／Γｑとおくと、無次元水分量Φと、無次元測定変数χの関係は次式のようになる。
【００１７】
【数２】
Φ＝１−χ２−−−−−−（２）
【００１８】
式（２）は、すべての被測定物（被検体）に対応できる無次元関数である。図１に、無次元水分量と無次元測定変数による無次元相関関係を示す。
【００１９】
本発明における相関関数は、以下のようにして求める。
被測定物（被検体）を完全乾燥し、その状態における測定変数をΓｑを測定する。次に、実用上の上限に可及的に近い任意の水分量ＷＨの被検体の測定変数ΓＨを測定する。式（２）およびΦ＝Ｗ／Ｗｑ、χ＝Γ／Γｑより、下記式によってＷｑを得る。
【００２０】
【数３】
Ｗｑ＝ＷＨ／［１−（ΓＨ／Γｑ）２］−−−−−−（３）
【００２１】
こうして、水分量０％における測定変数Γｑおよび実用上の上限に可及的に近い任意の水分量ＷＨの被検体の測定変数ΓＨに基づいて、Γ＝０の時の水分量Ｗｑを導出することができる。而して、式（３）で得られたＷｑを用いて、式（２）およびΦ＝Ｗ／Ｗｑ、χ＝Γ／Γｑより、下記式を得る。
【００２２】
【数４】
Ｗ＝Ｗｑ［１−（Γ／Γｑ）２］−−−−−−（４）
【００２３】
式（４）のΓに被検体の測定変数値を入れれば、測定時の被検体の水分量Ｗを得ることができる。このようにして、従来、４点以上の複数箇のデータ（水分量と測定変数の対応）が必要であったものを、被検体の完全乾燥時と、実用上の上限に可及的に近い任意の水分量の２点における水分量と測定変数の対応から相関関数を作成することが可能となった。
【００２４】
【実施例】
実施例１
測定変数（パラメータ）を温度応答値（Ｋ／ｓ）とする、熱流束式水分量測定装置のセンサー部分の構造を図２に示す。センサー構造は、図２に示すように、エポキシ樹脂１、断熱材２、ヒーター３、温度素子４、およびセラミックス５からなる多層構造となっており、ヒーター３および温度素子４にはそれぞれケーブルが接続されている。
【００２５】
この熱流束式水分量測定装置を用いて被検体の水分量を測定するには、先ず、被検体を完全乾燥したときおよび実用上の上限に近い任意の水分量ＷＨのときの２点について、ヒーター３に電流を流して被検体に一定熱量を加える。次いで、図２に示すセンサーと被検体との接触面の温度の経時変化を測定し、温度上昇速度（Ｋ／ｓ）を演算算出する。この温度上昇速度（Ｋ／ｓ）即ち温度応答値（測定変数ΓＨ、Γｑ）およびＷＨとから式（３）によってＷｑを得る。これらの数値を基に相関関数（式（４））を得る。温度応答値（Ｋ／ｓ）を測定変数ΓとするときのΓｑの測定結果を表１に示す。
【００２６】
【表１】
2004077353.tif 000003
【００２７】
これらの測定結果から、温度応答値（Ｋ／ｓ）を測定変数Γとするときの相関関数（式（４））は次の如くである。
【００２８】
【数５】
Ｗ＝１００．７９×［１−（Γ／２．３７２）２］−−−−（５）
【００２９】
式（５）で表される水分量（％）と、温度上昇速度（℃／ｓ）の関係を、図３に示す。式（５）のΓに、測定時の温度応答値（℃／ｓ）を入れれば水分量（％）が得られる。表２に、得られた結果を示す。
【００３０】
【表２】
2004077353.tif 000004
【００３１】
実施例２
測定変数を、被検体の抵抗値（ｋΩ）とする場合について、相関関数を求めた。電気抵抗値（ｋΩ）を測定変数ΓとするときのΓｑの測定結果（電気抵抗値）を表３に示す。
【００３２】
【表３】
2004077353.tif 000005
【００３３】
この測定結果から、電気抵抗値（ｋΩ）を測定変数Γとするときの相関関数は、次の如くである。
【００３４】
【数６】
Ｗ＝２８．０８×［１−（Γ／６２０．４）２］−−−−（６）
【００３５】
式（６）で示される、水分量（％）と電気抵抗値（ｋΩ）の関係を図４に示す。式（６）のΓに、測定時の電気抵抗値（ｋΩ）を入れれば水分量（％）が得られる。表４に、得られた結果を示す。
【００３６】
【表４】
2004077353.tif 000006
【００３７】
実施例３
測定変数を、被検体の誘電率とするときの、相関関数を求めた。誘電率を測定変数ΓとするときのΓｑの測定結果（誘電率）を表５に示す。
【００３８】
【表５】
2004077353.tif 000007
【００３９】
この測定結果から、誘電率を測定変数Γとするときの相関関数は、次の如くである。
【００４０】
【数７】
Ｗ＝−８．６７×［１−（Γ／１．８）２］−−−−（７）
【００４１】
式（７）で示される、水分量（％）と誘電率の関係を図５に示す。式（７）のΓに、測定時の誘電率を入れれば水分量（％）が得られる。表６に、得られた結果を示す。
【００４２】
【表６】
2004077353.tif 000008
【００４３】
実施例４
測定変数を、被検体への近赤外線照射に伴うエネルギー吸収量に比例した電圧出力値（ｍＶ）とするときの相関関数を求めた。被検体への近赤外線照射に伴うエネルギー吸収量に比例した電圧出力値（ｍＶ）を測定変数ΓとするときのΓｑの測定結果（エネルギー吸収量に比例した電圧出力値（ｍＶ））を表７に示す。
【００４４】
【表７】
2004077353.tif 000009
【００４５】
この測定結果から、被検体への近赤外線照射に伴うエネルギー吸収量に比例した電圧出力値（ｍＶ）を測定変数Γとするときの相関関数は、次の如くである。
【００４６】
【数８】
Ｗ＝−１．４２×［１−（Γ／９５０）２］−−−−（８）
【００４７】
式（８）で示される、水分量（％）と被検体への近赤外線照射に伴うエネルギー吸収量に比例した電圧出力値（ｍＶ）の関係を図６に示す。式（８）のΓに、測定時の被検体への近赤外線照射に伴うエネルギー吸収量に比例した電圧出力値（ｍＶ）を入れれば水分量（％）が得られる。表８に、得られた結果を示す。
【００４８】
【表８】
2004077353.tif 000010
【００４９】
【発明の効果】
本発明によれば、被検体の水分量を、温度応答値（Ｋ／ｓ）等の測定変数との相関を全ての物質について、無次元相関関数、Φ＝１−χ２（Φ：無次元水分量、χ：無次元測定変数値）という形で表すことができる。従来、相関関数作成には４点以上の複数箇のデータを必要としていたものを、本発明においては、被検体の完全乾燥時および実用上の上限に近い任意の水分量の２点ならびに各水分量での測定変数値から相関関数を得ることができる。而して、相関関数作成に要する時間を、従来（最大５時間程度）の１／１０に相当する３０分間〜１時間程度に短縮することができる。
【００５０】
請求項２乃至請求項６に記載の発明によれば、高価な精密測定器を必要とせずかつ、構造が簡単であるから安価でしかも短時間で高精度下に水分の連続測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】無次元水分量Φと、無次元測定変数値χの関係を示すグラフ
【図２】本発明の一実施例に係る、温度応答値（Ｋ／ｓ）を測定変数とするときのセンサ構造を示す斜視図
【図３】温度応答値（Ｋ／ｓ）を測定変数とするときの、水分量（％）と測定変数（℃／ｓ）の相関関係を示すグラフ
【図４】電気抵抗値（ｋΩ）を測定変数とするときの、水分量（％）と測定変数（ｋΩ）の相関関係を示すグラフ
【図５】誘電率を測定変数とするときの、水分量（％）と測定変数（誘電率）の相関関係を示すグラフ
【図６】被検体への近赤外線照射に伴うエネルギー吸収量に比例した電圧出力値（ｍＶ）を測定変数とするときの、水分量（％）と測定変数（被検体への近赤外線照射に伴うエネルギー吸収量に比例した電圧出力値（ｍＶ））の相関関係を示すグラフ
【符号の説明】
１　合成樹脂
２　断熱材
３　ヒーター
４　温度素子
５　セラミックス
【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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