JPS5997042A - Moisture sensor - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は水分感知器に関する。本発明は特に、干し草、
麦わら、穀物粒及び類似の農業材料中の水分の測定に適
用される。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a moisture sensor. The invention particularly relates to hay,
Applicable to the determination of moisture in wheat straw, cereal grains and similar agricultural materials.

材料の水分含有量の測度として、マイクロ波エネルギの
減衰を利用することが知られている。英国特許明細書第
１３５４４７４号には、材料の誘電性特に材料の水分含
有量を決定するための装置が記載されており、この装置
は、包囲空間の内部に位置決めされたある長さのマイク
ロ波ストリップ線路を具備し、水分含有量を測定される
材料がこの包囲空間を通過する。このストリップ線路は
、離隔されたグランドルレーン（ｇｒｏｕｎｄｐｌａｎ
ｅｓ）の間にはさまれたある長さの直線状ワイヤからな
る。It is known to use the attenuation of microwave energy as a measure of the moisture content of a material. British Patent Specification No. 1,354,474 describes an apparatus for determining the dielectric properties of a material, in particular the moisture content of a material, which comprises a length of microwave oven positioned inside an enclosed space. The material, which is equipped with a strip line and whose moisture content is to be measured, passes through this enclosed space. This strip line consists of isolated ground plan lanes.
consists of a length of straight wire sandwiched between two wires.

若干の材料の水分を測定する際に起る１つの問題は、材
料が異方性をもつことである。このことは、干し草、麦
わら、穀粒その他の材料のような繊維質の農業材料にあ
ってＦｉ特に問題となる。直線の伝送線路を用いるとき
、与えられた水分含有量に対するマイクロ波エネルギの
減衰は、ストリップ線路の向きと測定中の材料の向きと
の間の関係に左右されて３倍又は４倍のように大きく変
動しうることが示されている。One problem that arises when measuring moisture in some materials is that the materials are anisotropic. This is especially a problem with fibrous agricultural materials such as hay, straw, grain, and other materials. When using a straight transmission line, the attenuation of microwave energy for a given moisture content can be as much as 3 or 4 times depending on the relationship between the orientation of the stripline and the orientation of the material being measured. It has been shown that it can vary widely.

従って、本発明の目的は、測定される材料の異方性が測
定の精度に影響を及ぼさないように構成した感知器を提
供することである。It is therefore an object of the present invention to provide a sensor constructed such that the anisotropy of the material being measured does not affect the accuracy of the measurement.

本発明による水分感知器は、四分円の弧に沿って、すべ
て等しい角度で変位した複数の方向にほぼ等しい距離に
わたって延びる非直線径路に従うマイクロ波伝送綜路と
、水分含有量を測定される材料が伝送線路の誘・電体の
少くとも一部を形成することを可能ならしめるための装
置と、マイクロ波エネルギを伝送線路の中へ結合するた
めの装置と、伝送線路内でのマイクロ波エネルギの減衰
を指示する装置とを具備している。A moisture sensor according to the invention has a microwave transmission heath that follows a non-linear path extending approximately equal distances in a plurality of directions, all displaced at equal angles, along an arc of a quadrant and for measuring moisture content. Apparatus for enabling a material to form at least a portion of a dielectric of a transmission line; apparatus for coupling microwave energy into a transmission line; and apparatus for coupling microwave energy into a transmission line; and a device for instructing energy attenuation.

前記非直線径路は、１つ又は２つ以上の四分円に沿って
延びる彎曲した径路であるのが好ましいＯまた、前記非
直線径路は、各々が四分円弧の形状をなす襟数の継続し
た区分を含む曲りくねった径路となるように配列するの
が好都合である。各西会同は等しい半径をもつことがで
きるが、それは不可欠ではない。然しなから、四分円の
半径は、伝送線路内のマイクロ波エネルギの波長とは比
較にならない程十分に大きくなければならない。Preferably, said non-straight path is a curved path extending along one or more quadrants; said non-straight path also comprises a continuation of a number of collars, each in the shape of a quadrant arc. Advantageously, they are arranged in a tortuous path including sections. Each west can have equal radius, but it is not necessary. However, the radius of the quadrant must be large enough to be incomparable to the wavelength of the microwave energy in the transmission line.

単一の径路を設けてもよく、・又はその代りに、複数の
差動径路を形成してもより。A single path may be provided, or alternatively, multiple differential paths may be provided.

本発明を実施する際、伝送線路は、スロット線路とする
ことができる。スロット線路は、絶縁誘電体基板士に支
持されたグランドプレーンを形成する電導体層とし２て
便利に構成できるので特に適尚である。スロット幹路は
、例えばエツチングにより、電導体Ｍをストリップ状径
路に沿って除法することにより形成される。スロット線
路の中と外へマイクロ波エネルギを結合するための装置
は、誘電体基板のスロット線路とは反対側の表−面上に
延びる電導体ストリップ全具備するのが好ましい。In practicing the invention, the transmission line can be a slot line. Slot lines are particularly suitable because they can be conveniently constructed as a conductor layer 2 forming a ground plane supported on an insulated dielectric substrate. The slot main path is formed by cutting the electrical conductor M along a strip-like path, for example by etching. Preferably, the device for coupling microwave energy into and out of the slotted line comprises a conductive strip extending on the surface of the dielectric substrate opposite the slotted line.

ｔＳＳスストリップスロット線路との間の結合は、直交
する四分の一波長スタブを重ねることにより行なわれる
。Coupling with the tSS strip-slot line is achieved by overlapping orthogonal quarter-wave stubs.

本発明が一層十分に理解されるように、以下に添付図面
を参照して説明する・ 第１図、第２図及び第３図を参照して説明するＯ水分感
知器の作用部分は、誘電体基鈑１の形状をなすスロット
線路を具備し、誘電体基鈑１の一表面十にはグランドプ
レーンとして作用する電導体層２を溶着しである。′電
導体層内の２つの曲りくねった径路３．４は、エツチン
グその他の任意の適当々方法で電導体層２の適当な部分
を除去することにより形成される。２つの径路３と４は
、電気的に互に連列関係にあり、共通の入力部分５から
始ブリ、共通の出力部分６で終っている。入力部分５と
出力部分６は直線状である。スロット線路の各径路は一
連の四分円を含んでいる。この一連の四分円のすべてが
必ずしも同じ半径をもつ必要はないが、何れの個々の四
分円の半径も一定である。In order that the present invention may be more fully understood, the active parts of the O moisture sensor described below with reference to the accompanying drawings are dielectric. A slot line in the shape of a body base plate 1 is provided, and a conductor layer 2 functioning as a ground plane is welded to one surface of the dielectric base plate 1. 'The two tortuous paths 3.4 in the conductor layer are formed by removing appropriate portions of the conductor layer 2 by etching or any other suitable method. The two paths 3 and 4 are electrically in series with each other and begin at a common input section 5 and end at a common output section 6. The input section 5 and the output section 6 are linear. Each path of the slot line includes a series of quadrants. All of the quadrants in this series do not necessarily have the same radius, but the radius of any individual quadrant is constant.

マイクロ波エネルギは、入力部分５の中へ結合されそ１
−て出力部分６から外へ結合される。この結合は、スロ
ット線路と反対側の誘電体１の表面に溶着又は接着した
電導体ストリップであるマイクロストリップ７．８を経
て行なわれる。これらのストリップは第４図に一層明瞭
に示しである。Microwave energy is coupled into the input section 5 and then 1
- is coupled out from the output section 6. This connection takes place via a microstrip 7.8, which is a conductor strip welded or glued to the surface of the dielectric 1 opposite the slotted line. These strips are shown more clearly in FIG.

入力マイクロストリップ７と出力マイクロストリップ８
は共に、スロット線路の入力部分５及び出力部分６と直
交しており、マイクロストリップとスロット線路とが交
差する点を越えて、マイクロストリップとスロット線路
の両方の中に四分の一波長スタブの相互延長部がある。Input microstrip 7 and output microstrip 8
are both orthogonal to the input section 5 and the output section 6 of the slot line, and beyond the point where the microstrip and slot line intersect, a quarter-wave stub is inserted into both the microstrip and the slot line. There are mutual extensions.

与えられた周波数における波長は、スロット線路内とス
）　ＩＪツブ線路内とでは夫々僅かに相違するので、同
じ周波数に同調させであるに拘らず、スタブの長さは、
ストリップ線路内とスロット付き線路内とでは価かに異
なる。従って、例えば１０ギガヘルツ（ＧＨｚ）の周波
数にふ・いて、特定の厚さのガラス繊維積Ｊ＃Ｉｊ板か
ら形成された銅合わせ（ｃｏｐｐｅｒ　−ｃ＋ａｄ）基
板２に関して、スｌ−ＩＪツブ線路内の波長λｍは１５
　、６１１ｍであるが、他方スロット線路内の波長λＳ
　はｉ　９．４１１ＨＲである。The wavelength at a given frequency is slightly different between the slot line and the IJ tube line, so even though they are tuned to the same frequency, the length of the stub is
The value is different between strip line and slotted line. Therefore, for example, for a copper-c+ad board 2 formed from a glass fiber laminated J#Ij board of a specific thickness at a frequency of 10 gigahertz (GHz), The wavelength λm is 15
, 611 m, but the wavelength λS in the slot line on the other hand
is i 9.411HR.

エネルギは、ガン（Ｇｕｎｎ）　　ダイオード発振器９
とアイソレータ（ｉｓｏｌａｔｏｒ）　１０からストリ
ップ線路７の中へ結合される。ストリップ線路８からの
出力は、鉱石検波器１１が受は取る。フライングリード
（ｆｌｙｌｎｇ　１ｅａｄｓ　、図示せず）は電流をガ
ンダイオード９へ供給し、検波器１１からの検出された
信号を受は取る。アイソレータ１０の機能は、反射して
発振器９へ戻ってくるエネルギにより発振器９が損傷さ
れないように発振器９を保護することである。然しなか
ら、反射されるエネルギは、ストリップ線路の特性イン
ピーダンスをスロット線路の特性インピーダンスに可能
な限Ｄ　一致させることにより減少される。Energy is Gunn diode oscillator 9
and an isolator 10 into the stripline 7. The output from the strip line 8 is received by an ore detector 11. Flying leads (not shown) supply current to Gunn diode 9 and receive and take detected signals from detector 11. The function of isolator 10 is to protect oscillator 9 from being damaged by energy reflected back to oscillator 9. However, the reflected energy is reduced by matching the characteristic impedance of the stripline to the characteristic impedance of the slotline D as closely as possible.

感知器の使用中、水分を測定される材料は、スロット線
路を備えている基板１の表面２、即ち第１図の平面図で
示す表面上を流れるように配列される。このような感知
器の一例が第５図に示されている。金属ダクト２０は、
水分を測定される穀粒その他の材料を運ぶように傾斜角
度をなして位置決めされる。この金属ダクト２０には、
スロット線路の表面２の一部により構成されるか又は表
面２に接近して設けたペース２３と絶縁体側壁２１．２
２とを具備する切片が金属ダクト２０の長さの一部とし
て挿入しである。材料の流れをよくするために、基板の
表面２をプラスチックの薄膜で覆うことができる。スロ
ット線路の中心線２４が第５図に鎖線で示しである。絶
縁体側壁２１．２２の縁は、第１図に点線で示す線２５
．２６に沿ってペース２３０表面に当接している。During use of the sensor, the material whose moisture is to be measured is arranged to flow over the surface 2 of the substrate 1, which is provided with slotted lines, ie the surface shown in plan view in FIG. An example of such a sensor is shown in FIG. The metal duct 20 is
It is positioned at an inclined angle to carry the grain or other material whose moisture content is to be measured. This metal duct 20 has
A space 23 and an insulator side wall 21.2 constituted by a part of the surface 2 of the slot line or provided close to the surface 2
2 is inserted as part of the length of the metal duct 20. To improve material flow, the surface 2 of the substrate can be covered with a thin film of plastic. The centerline 24 of the slot line is shown in dashed lines in FIG. The edges of the insulator side walls 21,22 are marked by lines 25 shown in dotted lines in FIG.
．． 26 and abuts against the surface of the pace 230.

基板１は、スロット線路の構成要素を包囲する金属箱２
７の１つの壁を形成し、電磁婆蔽カバーとして作用する
。The substrate 1 includes a metal box 2 surrounding the components of the slot line.
7 and acts as an electromagnetic shielding cover.

作動中、マイクロ波エネルギの入力は、ガンダイオード
９へ加えられた方形波の被変調直流電圧により供給され
るのが好都合である。変調は任意の適当な周波数であり
うるけれども、可聴範囲の制波数が好都合である。材料
は、２つの径路３゜４により形成されたスロット線路か
ら延びる誘電休場に入り、穀粒の水分含有量に左右され
る量だけマイクロ波エネルギを減衰させる。この減衰は
。In operation, the microwave energy input is conveniently provided by a square wave modulated DC voltage applied to the Gunn diode 9. Although the modulation can be at any suitable frequency, a stopping frequency in the audio range is advantageous. The material enters the dielectric field extending from the slotted line formed by the two paths 3.degree. 4 and attenuates the microwave energy by an amount that depends on the moisture content of the grain. This attenuation is.

鉱石検波器から出る出力信号の減少として現われ、測定
される。It appears and is measured as a decrease in the output signal from the ore detector.

図示されている配列の利点は、マイクロ波エネルギが基
板１の中へ及び基板１から外へ結合されないことである
６４−の入力結合部と出力結合部は、ガンダイオード９
へ電流を供給する電気リード線と検波器１１から検出さ
れた信号を取り出す電気リード線だけである。An advantage of the illustrated arrangement is that no microwave energy is coupled into and out of the substrate 1. The input and output couplings of 64- are connected to the Gunn diode 9.
There are only electric lead wires for supplying current to the detector 11 and for taking out the detected signal from the detector 11.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第１図は本発明を具体化しているスロット線路の平面図
である。 第２図と第３図は、第１・図に示すスロット線路を夫々
…−■線と■−■線に沿って見た拡大断面図である。 第４図は、第１図に示すスロット線路の反対側の斜視図
である。 第５図は、第１図のスロット線路を具体化している水分
感知器を示す。 １・・・誘電体基板、２・・・電導体ｌ−１３，４・・
・曲りくねった径路、５・・・入力部分、６・・・出力
部分、７．８・・・マイフロストリラグ、電導体ストリ
ップ、９・・・ガンダイオード発振器、１０・・・アイ
ル−タ、１１・・・鉱石検波器、２０・・・金属ダクト
、２１．２２・・・絶縁体側壁、２３・・・ペース、２
７・・・金属箱。FIG. 1 is a plan view of a slot line embodying the present invention. FIGS. 2 and 3 are enlarged cross-sectional views of the slot line shown in FIGS. 1 and 3 taken along lines . . . FIG. 4 is a perspective view of the opposite side of the slot line shown in FIG. 1. FIG. 5 shows a moisture sensor embodying the slot line of FIG. 1... Dielectric substrate, 2... Electric conductor l-13, 4...
・Twisted path, 5... Input part, 6... Output part, 7.8... Myfrost relug, conductor strip, 9... Gunn diode oscillator, 10... Ailator , 11... Ore detector, 20... Metal duct, 21.22... Insulator side wall, 23... Pace, 2
7...Metal box.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 １、　四分円の弧に沿って、すべて等しい角度で変位し
た複数の異なる方向にほぼ等距離にわたって延びる非直
線径路に従うマイクロ波伝送線路と、水分含有量を測定
される材料が前記伝送線路の誘電体の少くとも一部分を
形成することを可能ならしめるための装置と、マイクロ
波エネルギを前記伝送線路の中へ結合するための装置と
、前記伝送線路内でのマイクロ波エネルギの減衰を指示
する装置とを具備する水分感知器・２、　前記非直線径
路が彎曲した径路であることを特徴とする特許請求の範
囲第１項に記載の感知器。 ３、　前記非直線径路が円弧の径路であることを特徴と
する特許請求の範囲第１項又は第２項に記載の感知器◇ ４、　前記非直線径路が複数の四分円に沿って延びてい
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項〜第３項の何
れか一項に記載の感知器。 ５、　前記非直線径路が複数の継続した区分を含む曲り
くねった径路であり、前記区分の各々が四分円弧の形状
をなしていることを特徴とする特許請求の範囲第１項〜
第４項の倒れか一項に記載の感知器。 と　各四分円が等しい半径を有することを特徴とする特
許請求の範囲第５項に記載の感知器。 ｌ　前記伝送線路内のマイクロ波エネルギの減衰を指示
する装置が、マイクロ波エネルギを前記伝送線路の中へ
結合する装置から離れた位置に設けた、マイクロ波エネ
ルギを前記伝送線路の外へ結合するだめの装置と、その
ように外へ結合されたマイクロ波エネルギの振幅を指示
する装置とを具備することを特徴とする特許請求の範囲
第１項〜第６項の何れか一項に記載の感知器０ ８、　マイクロ波エネルギを前記伝送線路の中へ結合す
るための装置とマイクロ波エネルギを前記伝送線路の外
へ結合するための装置との間に複数の径路を設けたこと
を特徴とする特許請求の範囲第７項に記載の感知器。 ９　前記伝送線路がスロット線路を具備するを特徴とす
る特許請求の範囲第１項〜第８項に記載の感知器。 １０、絶縁誘導体基板を具備し、スロット線路を画成す
る電導体層を前記基板の一表面上に形成したことを特徴
とする特許請求の範囲第９項に記載の感知器。 １１、スロット線路の中と外へマイクロ波エネルギを結
合するための装置が、前記電導体層と反対側の前記誘電
体基板の表面に設けた夫々の電導体ストリップを具備す
ることを特徴とする特許請求の範囲第１０項に記載の感
知器。 １２、前記電導体ストリップと前記スロット線路との間
の結合が、直交する四分の一波長スタブを重ねることに
より行なわれることを特徴とする特許請求の範囲第１１
項に記載の感知器。 １６、マイクロ波光Ｓ器とマイクロ波検波器とが、夫々
の電導体ス）　ＩＪツブに結合され且つ前記基板により
支持されていることを特徴とする特許請求の範囲第１１
項又は第１２項に記載の感知器。[Claims] 1. A microwave transmission line that follows a non-linear path extending approximately equidistantly in a plurality of different directions, all displaced at equal angles, along an arc of a quadrant, and whose moisture content is measured. an apparatus for enabling a material to form at least a portion of a dielectric of the transmission line; an apparatus for coupling microwave energy into the transmission line; and an apparatus for coupling microwave energy within the transmission line. A moisture sensor according to claim 1, characterized in that the non-linear path is a curved path. 3. The sensor according to claim 1 or 2, wherein the non-linear path is a circular arc path. 4. The non-linear path extends along a plurality of quadrants. A sensor according to any one of claims 1 to 3, characterized in that: 5. The non-linear path is a tortuous path comprising a plurality of continuous segments, each of the segments being in the shape of a quarter arc.
The sensor described in Clause 4 or Clause 1. A sensor according to claim 5, characterized in that each quadrant has an equal radius. l a device for directing the attenuation of microwave energy in the transmission line, the device for coupling microwave energy out of the transmission line, the device being located at a distance from the device for coupling microwave energy into the transmission line; 7. A device according to any one of claims 1 to 6, characterized in that it comprises a device for indicating the amplitude of the microwave energy so coupled out. Sensor 08, characterized in that a plurality of paths are provided between a device for coupling microwave energy into the transmission line and a device for coupling microwave energy out of the transmission line. A sensor according to claim 7. 9. The sensor according to claims 1 to 8, wherein the transmission line includes a slot line. 10. The sensor according to claim 9, comprising an insulated dielectric substrate, and a conductor layer defining a slot line formed on one surface of the substrate. 11. A device for coupling microwave energy into and out of a slot line, characterized in that the device comprises respective conductor strips provided on the surface of the dielectric substrate opposite to the conductor layer. A sensor according to claim 10. 12. The coupling between the conductor strip and the slot line is achieved by overlapping orthogonal quarter-wave stubs.
The sensor described in section. 16. Claim 11, characterized in that a microwave optical detector and a microwave detector are coupled to respective conductor IJ tubes and supported by the substrate.
The sensor according to item 1 or item 12.