JPS5858602B2 - ユウデンタイザイリヨウノイタアツトウノケイソクソウチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、誘電体材料の厚さ測定装置に係り、とくに、
マイクロ波を用いて測定される誘電体材料の厚さ測定装
置に関する。

従来、板の厚さを非破壊で測定し得る板厚計測装置とし
ては、超音波による板厚計測装置すなわち超音波厚さ計
がある。

しかしながら超音波厚さ計は、金属などの比較的密度の
高い物質の厚さ測定には適しているが、超音波の減衰の
大きい木材、紙、プラスチック又はＦＲＰなとの比較的
密度の低い誘電体材料については、その正確な板厚の測
ノ 定が困難であり、又超音波の波長の制限を受けて１／１
０關乃至１／１００間オーダーＯ厚さ測定は極めて困難
であり、さらに超音波振動子の振動面を被測定物に押圧
するか又は被測定物と超音波振動子との間に超音波伝播
体を介在させて空気層を排除しなければ板厚測定が不可
能であるという固有の欠点を常に有している。

また、マイクロ波を用いた板厚測定に関しては、従来よ
り、通信手段としての応用面の開発が先行しており１、
これがため、誘電体材料の板厚を測定する等Φ分野への
応用面はあまり注視されておらず、僅かにモノポールア
ンテナを用いた接触形の非破壊測定法が提唱されている
にすぎない。

しかしながら、モノボールアンテナでは電力放射方向が
アンテナ線に直角の方向であり且つその電界分布が円弧
状となることから、これを板厚測定に応用するには当該
アンテナの先端部に僅かに形成される平面波部分を使用
せざるを得ず、従って、必然的に被測定物を点接触にて
部分的にのみ測定し得るという状況を呈しており、これ
がため、例えば軟質で薄いフィルム状部材の厚さ測定に
は全く不適当なものとなっており、しかも、点接触であ
ることから全体的には軟質部材の連続的な板厚測定が非
常に困難なものとなっていた。

さらに、上記従来技術においては、マイクロ波発信源で
の出力レベルの変動による測定誤差については特に関心
が払われていない。

このため、かかる点から生じる測定の変動は、測定精度
の向上を著しく阻害するという不都合を生ぜしめている
。

本発明の目的は、上記従来技術０不都合を勘案し且つマ
イクロ波の有する固有の特性を利用することによって、
とくに軟質で薄い部材から成る誘電体材料の板厚を、非
接触で且つ連続的に測定するとともに、測定精度を向上
せしめることのできる誘電体材料の厚さ測定装置を提供
することにある。

そこで 本発明は、マイクロ波送受信用の電磁ホーン型
アンテナと、こめアンテナによって受信されるマイクロ
波の受信レベルをその送信マイクロ波に対するエネルギ
ー比として算出し表示する表示手段とを有し、前記アン
テナのマイクロ波発射面と被測定物の反射内とを常に平
行とし且つ両者間の空間離隔距離を常に一定とするため
の定距離設定機構を備え、前記表示手段の信号入力段に
は、前記マイクロ波の発信器における出力レベルの変動
を測定値段階にて補正する測定値補正手段を装備すると
いう構成を採用し、これによって前記目的を遠戚しよう
とするものである。

以下、本発明の一実施例を第１図ないし第３図に基づい
て説明する。

マイクロ波発振器１は、任意の稼動期間中、定周波数Ｃ
Ｗ、ＲＦ信号を送信マイクロ波電力として発振する。

このマイクロ波発振器１の出力は、一方向の進行マイク
ロ波のみを通過させるアイソレータ２と前記マイクロ波
発振器２の出力を一定に保つレベラー３とを介してＪマ
イクロ波分離回路としてのサーキュレータ４に加えられ
る。

このサーキュレータ４は発振マイクロ波と受信マイクロ
波とを各々分離して通過させるものであり、一方ラット
レース、マジックＴ又は、３ｄＢカツプラ等によるハイ
ブリッド回路で構成してもよい。

こめサーキュレータ４を通過した発振マイクロ波は、特
定の方向へビームを形成する電磁形ホーン等めマイクロ
波用アンテナ５に伝送される。

このマイクロ波用アンテナ５は、該マイクロ波用アンテ
ナ５に近接して配置される被測定物たる誘電体材料６に
向けてマイクロ波を発射するとともに、該誘電体材料６
からの反射マイクロ波を受信するようになっている。

こめマイクロ波用アンテナ５で受信されたマイクロ波は
、前記サーキュレータ４で発振マイクロ波と分離されて
マイクロ波信号検波器ｌに伝送される。

このマイクロ波信号検波器γの出力は、増幅器８で増幅
され受信信号表示器９を駆動するようになっている。

この受信信号表示器９はデジタル表示又はメータ表示め
いずれでもよい。

前記マイクロ波用アンテナ５は箱体１０の端部に装着さ
れ、この箱体１０には前記マイクロ波用アンテナ５と被
測定物たる誘電体材料６との間の距離を一定に保つため
の調整可能な定距離設定機構１１が設けられているもの
である。

一般に、マイクロ波の被測定物に対する反射係数は、被
測定物たる誘電体材料の厚さと比誘電率に関する連続的
な周期関数として表わされ、同時にこの反射係数は、比
誘電率が一定の場合は厚さの大小ｌこ、又厚さが一定の
場合は比誘電率の大小に各々略比例するという特性を備
えている。

従って、このようなマイクロ波の反射理論を応用し、前
述のような構成でマイクロ波Φ反射電力を測定すると、
誘電体材料の厚さ又は比誘電率を測定することができる
。

一方、本実施例では、上述した第１図Φ基本的構成に加
えて、測定精度の向上を図るために、更に次の如き技術
手段を採用している。

すなわち、前述した第１図の基本的構成において、さら
に前記マイクロ波発振器１の出力変動分を検知する差動
増幅器１２を併設するとともに、該差動増幅器１２の出
力を、前述した表示器９の入力段側に装備された増幅器
８に印加し、前記マイクロ波発振器１の出力の変動に起
因する前記増幅器８の出力の変動を修正したものである
。

次に、このような構成を有する本実施例の動作について
説明する。

まず、マイクロ波発信器１を作動させると、その出力は
アイソレータ２を通過してレベラー３に送られる。

こ０レベラー３はマイクロ波発振器１め出力を一定に保
つ作用をなす。

このレベラー３で出力を一定にされ、安定化された発振
マイクロ波はサーキュレータ４へ送られ、該サーキュレ
ータ４からそのままマイクロ波用アンテナ５へ送られる
と共に該マイクロ波用アンテナ５から被測定物としての
誘電体材料６に向けて発射される。

この間、レベラー３およびサーキュレータ４より一部微
少反射が生じ、その内部反射マイクロ波が前記マイクロ
波発振器１方向へ伝播する。

しかしながら、前記アイソレータ２は、これらの内部反
射マイクロ波が前記マイクロ波発振器１へ伝播するのを
阻止しマイクロ波発振器１の動作を安定化させる作用を
なす。

前記誘電体材料６に向けて発射されたマイクロ波は、誘
電体材料６で一部は透過伝播してゆき一部は反射される
。

ここで、この反射マイクロ波の反射率は誘電体材料６の
厚さ及び比誘電率に対応して変化する。

すなわち、被測定物が板状の誘電体材料６であるので、
この比誘電率が一定の場合は厚さに略比例する。

この反射マイクロ波をマイクロ波用アンテナ５が受信し
、サーキュレータ４を経てそのままマイクロ波信号検波
器γへ送る。

このマイクロ波信号検波器ｌで検出された信号は増幅器
８で増幅され受信信号表示器９へ送られ表示されるもの
である。

従って、比誘電率が既知の場合、又は比誘電率が不明で
あっても予め測定した値を基準として各々厚さ測定する
ことができる。

この間、定距離設定機構１１はマイクロ波用アンテナ５
と被測定物たる誘電体材料６との間の距離を常に一定に
保ち、誘電体材料６のマイクロ波反射面の傾きを防止す
る作用をなしている。

なお、マイクロ波発振器１としてトランジスタの逓倍発
振器を用い、サーキュレータ４はストリップラインを用
いたサーキュレータ又は３ｄＢカツプラーを用い、マイ
クロ波用アンテナ５はスロットアンテナとすると小形化
されて都合がよい。

また、前記受信信号表示器９に受信信号の大小を検知し
警報を発するブザーを接続してもよい。

以上０ように、本発明は、マイクロ波送受信用の電磁ホ
ーン型アンテナと、こめアンテナによって受信されるマ
イクロ波Φ受信レベルをその送信マイクロ波に対するエ
ネルギー比として算出し表示する表示手段とを有し、前
記アンテナ０マイクロ波発射而と被測定物の反射面とを
常に平行とし且つ両者間の空間離隔距離を常に一定とす
るための定距離設定機構を備え、前記表示手段の信号入
力段には、前記マイクロ波の発信器における出力レベル
の変動を測定値段階にて補正する測定値補正手段を装備
したので、従来、非常に困難とされていた軟質の誘電体
材料の板厚を非接触で連続的に、しかも比較的高速度に
測定することができ、非接触形であることから特に薄い
フィルム状の軟質誘電体材料の厚さも能率よく連続測定
することができ、アンテナとして、電磁ホーン型のもの
を採用したので、電磁波エネルギー利用率の向上すなわ
ちマイクロ波信号源の電力源の小容量化を図ることがで
き、従って装置全体０小形化を図ることができ、定距離
設定機構を設けてアンテナ０マイクロ波発射而と被測定
物の反射面とを常に平行とし且つ両者間の空間離隔距離
を常に一定としたので、取扱いが簡便となり、被測定物
が例えｏ、ｉ７ｎ以下０つ誘電体フィルムであっても、
これに対し常に９０°の入射角をもってマイクロ波を入
射せしめることができ、当該入射マイクロ波が平面波を
形成する位置に前記被測定物を設定し得るめで、連続測
定の精度の向上を図ることができ、さらに、前述した如
く、マイクロ波発振器における出力レベルの変動を測定
値処理段階にて補正する測定値補正手段を前記表示手段
の信号入力段に装備した０で、マイクロ波発振器の出力
変動分が表示手段の信号入力段にて相殺されることとな
り、これがため測定値の測定誤差が少なくなり、安定か
つ高精度に誘電体材料の厚さを測定することができると
いう優れた誘電体材料の厚さ測定装置を提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の基本構成部分を示すブロッ
ク図、第２図は定距離設定機構を示す説明図、第３図は
実施例の全体を示すブロック図である。 １・・・・・・マイクロ波発振器、５・・・・・・電磁
ホーン型アンテナ、６・・・・・・被測定物としての誘
電体材料、９・・・・・・表示手段としての受信信号表
示器、１１・・・・・・定距離設定機構、１２・・・・
・・測定値補正手段０主要部をなす差動増幅器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ マイクロ波送受信用Ｑつ電磁ホーン型アンテナと、
   このアンテナによって受信されるマイクロ波の受信レベ
   ルをその送信マイクロ波に対するエネルギー比として算
   出し表示する表示手段とを有し、前記アンテナ０マイク
   ロ波発射而と被測定物の反射面とを常に平行とし且つ両
   者間の空間離隔距離を常に一定とするための定距離設定
   機構を備え、前記表示手段の信号入力段には、前記マイ
   クロ波の発信器における出力レベルの変動を測定値処理
   段階にて補正する測定値補正手段を装備したことを特徴
   とする誘電体材料の厚さ測定装置。