JP7680694B2 - Dielectric constant measurement method and short circuit standard - Google Patents
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Description
本発明は、誘電率測定方法及び誘電率の測定に用いる短絡標準体に関する。 The present invention relates to a dielectric constant measurement method and a short-circuit standard used for measuring dielectric constant.
血糖値などの成分濃度検査は血液の採取を必要とし、患者にとって大きな負担となっている。このため、血液を採取しない非侵襲な成分濃度測定装置が実用化されている。 Testing the concentration of elements such as blood glucose levels requires the sampling of blood, which places a significant burden on patients. For this reason, non-invasive element concentration measuring devices that do not require the sampling of blood have been put into practical use.
非侵襲な成分濃度測定装置として、例えばマイクロ波-ミリ波帯の電磁波を用いる方法が提案されている。この方法では、近赤外光などの光学的な方法と比較して、生体内での散乱が少なく、1フォトンの持つエネルギーが低いという利点がある。 As a non-invasive element concentration measurement device, a method using electromagnetic waves, for example in the microwave to millimeter wave band, has been proposed. Compared to optical methods such as near-infrared light, this method has the advantage that there is less scattering inside the body and the energy of one photon is low.
マイクロ波-ミリ波帯の電磁波を用いる方法として、非特許文献1に開示された共振構造を用いる方法が提案されている。非特許文献1では、アンテナや共振器などのQ値の高いデバイスと測定試料を接触させ、共振周波数周辺の周波数特性を測定する。共振周波数はデバイスの周囲の複素誘電率により決定されるため、共振周波数のシフト量と成分濃度との間の相関を予め予測することにより、共振周波数のシフト量に基づいて成分濃度を推定することができる。As a method using electromagnetic waves in the microwave to millimeter wave band, a method using a resonant structure disclosed in Non-Patent
マイクロ波-ミリ波帯の電磁波を用いる他の方法として、特許文献1に開示された誘電分光法が提案されている。誘電分光法は、人間或いは動物の皮膚内に電磁波を照射し、測定対象である血液成分、例えば、グルコース分子と水の相互作用に従い、電磁波を吸収させ、電磁波の振幅及び位相を観測する。観測される電磁波の周波数に対する振幅及び位相から、誘電緩和スペクトルを算出する。誘電緩和スペクトルは、一般的には、Cole-Cole式に基づき緩和カーブの線形結合として表現し、複素誘電率を算出する。Dielectric spectroscopy, disclosed in
複素誘電率は、血液中に含まれるグルコース、コレステロール等の血液成分の量との間に相関がある。複素誘電率の変化と成分濃度との相関を予め測定することによって検量モデルを構築し、測定した誘電緩和スペクトルの変化に基づいて成分濃度の検量を行うことができる。いずれの方法を用いる場合でも、対象となる成分と相関の強い周波数帯を選定することにより測定感度の向上が期待できるため、予め広帯域な誘電分光により誘電率の変化を測定しておくことが求められる。 Complex dielectric constant correlates with the amount of blood components such as glucose and cholesterol contained in blood. A calibration model can be constructed by measuring in advance the correlation between the change in complex dielectric constant and the component concentration, and the component concentration can be calibrated based on the change in the measured dielectric relaxation spectrum. Regardless of which method is used, improved measurement sensitivity can be expected by selecting a frequency band that is highly correlated with the target component, so it is necessary to measure the change in dielectric constant in advance using broadband dielectric spectroscopy.
誘電分光法の中でも、非特許文献2、3、特許文献2に示すような同軸プローブ(Open-ended coaxial probe、または Open-endedcoaxial line)を用いた方法は測定器の校正に水などの入手が容易な試料を用いることができる。また、材料の特殊な加工を必要とせずプローブ端面に被測定試料を接触させることで測定試料の誘電率を測定することが可能である。このため、生体や果実、土壌などの加工を避けた上で電気的特性を評価したい試料の測定に適している。Among dielectric spectroscopy, the method using a coaxial probe (open-ended coaxial probe or open-ended coaxial line) as shown in Non-Patent
しかし、同軸プローブを用いて誘電率を測定する場合には、誘電率の測定精度は、事前に測定した校正標準体及び導電性を有する校正標準である短絡標準体のS11パラメータ(反射係数)に依存している。このため、プローブの測定面に凹凸形状が生じている場合には、短絡標準体の測定誤差が大きくなることがあり、誘電率の測定精度が低下するという問題がある。However, when measuring the dielectric constant using a coaxial probe, the measurement accuracy of the dielectric constant depends on the S11 parameter (reflection coefficient) of the calibration standard measured in advance and the short-circuit standard, which is a calibration standard that has conductivity. Therefore, if the measurement surface of the probe has an uneven shape, the measurement error of the short-circuit standard may become large, resulting in a problem of reduced measurement accuracy of the dielectric constant.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、誘電率の測定精度を向上させることが可能な誘電率測定方法及び誘電率測定に用いる短絡標準体を提供することにある。The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and its object is to provide a dielectric constant measurement method capable of improving the accuracy of dielectric constant measurement and a short-circuit standard body for use in dielectric constant measurement.
本発明の一態様の誘電率測定方法は、測定対象物の誘電率を測定する測定方法であって、誘電分光システムが、少なくとも2個の校正標準体の反射係数、及びアドミタンスを測定するステップと、前記誘電分光システムが、導電性を有する短絡標準体の反射係数を測定するステップと、前記誘電分光システムが、前記測定対象物の反射係数を測定するステップと、前記誘電分光システムが、各校正標準体の反射係数及びアドミタンスと、前記短絡標準体の反射係数と、前記測定対象物の反射係数に基づいて、前記測定対象物のアドミタンスを算出するステップと、前記誘電分光システムが、前記測定対象物のアドミタンスに基づいて、前記測定対象物の誘電率を算出するステップと、を備え、前記短絡標準体は、粘性を有するゲル状である。A dielectric constant measurement method according to one aspect of the present invention is a method for measuring the dielectric constant of an object to be measured, comprising the steps of: a dielectric spectroscopy system measuring the reflection coefficient and admittance of at least two calibration standards; a dielectric spectroscopy system measuring the reflection coefficient of a conductive short-circuit standard; a dielectric spectroscopy system measuring the reflection coefficient of the object to be measured; a dielectric spectroscopy system calculating the admittance of the object to be measured based on the reflection coefficients and admittance of each calibration standard, the reflection coefficient of the short-circuit standard, and the reflection coefficient of the object to be measured; and a dielectric spectroscopy system calculating the dielectric constant of the object to be measured based on the admittance of the object to be measured, wherein the short-circuit standard is a viscous gel.
本発明の一態様の短絡標準体は、誘電分光システムにより測定対象物の誘電率を測定する際に使用する短絡標準体であって、粘性を有するゲル状をなし、アドミタンスがほぼ無限大である。 One embodiment of the short-circuit standard of the present invention is a short-circuit standard used when measuring the dielectric constant of a measurement object using a dielectric spectroscopy system, and is in the form of a viscous gel with an admittance that is nearly infinite.
本発明によれば、測定対象物の誘電率の測定精度を向上させることが可能になる。 According to the present invention, it is possible to improve the measurement accuracy of the dielectric constant of the object to be measured.
[実施形態の説明]
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図1は、本実施形態に係る誘電率測定方法が採用される誘電分光センサ及びその周辺機器の構成を示すブロック図である。本実施形態に係る誘電率測定方法では、2つの校正標準体P1、P2、及び短絡用グリスPsを用意し、誘電分光センサ100により校正標準体P1の反射係数ρ1、校正標準体P2の反射係数ρ2、及び短絡用グリスPsの反射係数ρsを測定する。更に、誘電分光システム200により測定対象物の反射係数ρmを測定する。誘電分光システム200は、例えば、CPU(Central Processing Unit、プロセッサ)と、メモリと、ストレージ(HDD:Hard Disk Drive、SSD:Solid State Drive)と、通信装置と、入力装置と、出力装置とを備える汎用的なコンピュータシステムを用いることができる。
[Description of the embodiment]
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a dielectric spectroscopic sensor and its peripheral devices to which a dielectric constant measurement method according to the present embodiment is applied. In the dielectric constant measurement method according to the present embodiment, two calibration standards P1 and P2 and a short-circuit grease Ps are prepared, and a dielectric
校正標準体P1、P2として、例えば空気、水を用いることができる。また、校正標準体P1、P2としてアルコール類などの有機溶媒を用いてもよい。有機溶媒を用いる場合には、誘電率の周波数特性が知られているもの選定するとよい。 For example, air or water can be used as the calibration standards P1 and P2. In addition, organic solvents such as alcohols can be used as the calibration standards P1 and P2. When using an organic solvent, it is advisable to select one whose dielectric constant frequency characteristics are known.
短絡用グリスPsとして、金属に近い導電性を有し常温で液体に近い特性の材料からなる液体金属タイプのグリスを使用することができる。短絡用グリスPsとして、例えばHg、Ga、In、Sn、Cu、Alのうちの少なくとも一つを含む液体金属タイプのグリスを使用することができる。短絡用グリスPsとして、液体以外でも、直径数μm~数10μm程度の金属微粒子を容器に収めて、流動性を持たせてもよい。短絡用グリスPsは、アドミタンスがほぼ無限大である。即ち、短絡用グリスPsは、インピーダンスがほぼ0Ωである。短絡用グリスPsは、短絡標準体の一例である。短絡標準体は、アドミタンスがほぼ無限大であり、粘性を有するゲル状の材質であれば、短絡用グリスPs以外であってもよい。 As the short-circuit grease Ps, a liquid metal type grease made of a material having conductivity close to that of a metal and properties close to that of a liquid at room temperature can be used. As the short-circuit grease Ps, for example, a liquid metal type grease containing at least one of Hg, Ga, In, Sn, Cu, and Al can be used. As the short-circuit grease Ps, other than a liquid, metal particles having a diameter of about several μm to several tens of μm may be placed in a container to give it fluidity. The short-circuit grease Ps has an admittance that is almost infinite. In other words, the short-circuit grease Ps has an impedance of almost 0 Ω. The short-circuit grease Ps is an example of a short-circuit standard body. The short-circuit standard body may be a material other than the short-circuit grease Ps as long as it has an admittance that is almost infinite and is a gel-like material with viscosity.
図2は、反射係数を測定する際に使用する誘電分光センサ100として、同軸状をなす測定用プローブ10を用いた場合の例を示す説明図である。図2は、測定用プローブ10の平面図及び断面図を示している。図2に示すように測定用プローブ10は、平面視で同心円状をなしている。なお、本実施形態では、誘電分光センサ100として測定用プローブ10を用いる例について説明するが、誘電分光センサ100として、基板タイプのセンサを使用することも可能である。
Figure 2 is an explanatory diagram showing an example in which a
図2に示すように測定用プローブ10は、中心部に導電性を有する内部導体11が設けられ、その周囲には内部導体11に対して同心円状となるように誘電体12が設けられている。誘電体12の周囲には誘電体12に対して同心円状となるように導電性を有する外部導体13が設けられている。測定用プローブ10の下端面には、フリンジ14が設けられている。測定用プローブ10の上端面は、図1に示す誘電分光システム200に接続されている。2, the
フリンジ14は、金属で形成されている。フリンジ14は、校正標準体P1、P2及び短絡用グリスPsなどの試料との接触を担保する。フリンジ14は、試料に加えられる圧力を分散させる役割を果たす。The
本実施形態に係る誘電率測定方法では、以下に示す手順により測定対象物のアドミタンスymを算出する。更に、算出したアドミタンスymに基づいて、測定対象物の誘電率εmを算出する。アドミタンスym及び誘電率εmは、実部及び虚部からなる複素数で示される数値である。以下、誘電率εmを算出する手順について、図3に示すフローチャートを参照して説明する。In the dielectric constant measurement method according to this embodiment, the admittance ym of the object to be measured is calculated according to the procedure shown below. Furthermore, the dielectric constant εm of the object to be measured is calculated based on the calculated admittance ym. The admittance ym and the dielectric constant εm are numerical values represented by complex numbers consisting of a real part and an imaginary part. The procedure for calculating the dielectric constant εm will be described below with reference to the flowchart shown in FIG. 3.
初めに、図3のステップST1において、誘電分光システム200は、測定用プローブ10のフリンジ面を、上記した校正標準体P1に接触させた状態で、図2に示した内部導体11と外部導体13との間に所定の周波数の電圧を印加し、反射係数ρ1を測定する。次いで、フリンジ面を校正標準体P2に接触させた状態で、内部導体11と外部導体13との間に所定の周波数の電圧を印加し、反射係数ρ2を測定する。First, in step ST1 of Fig. 3, the
例えば、校正標準体P1が空気である場合には、フリンジ面を空気中に置いた状態で内部導体11と外部導体13との間に所定の周波数の電圧を印加する。このときの反射波を誘電分光システム200に送信する。誘電分光システム200では、検出した反射波に基づいて校正標準体P1の反射係数ρ1を測定する。校正標準体P2の反射係数ρ2についても同様に測定することができる。For example, when the calibration standard P1 is air, a voltage of a predetermined frequency is applied between the
ステップST2において、誘電分光システム200は、測定用プローブ10のフリンジ面を、短絡用グリスPsに接触させた状態で、内部導体11と外部導体13との間に所定の周波数の電圧を印加し、反射係数ρsを測定する。In step ST2, the
具体的には、図4Aに示すように設置台20の上面に短絡用グリスPsを載置し、測定用プローブ10のフリンジ面14aを短絡用グリスPsに接触させる。更に、フリンジ面14aにより短絡用グリスPsを上方から押しつける。その結果、図4Bに示すように、短絡用グリスPsが偏平状に変形し、測定用プローブ10の下端面全体に短絡用グリスPsが接触するようになる。Specifically, as shown in FIG. 4A, the short-circuit grease Ps is placed on the upper surface of the
この状態で、図2に示した内部導体11と外部導体13との間に所定の周波数の電圧を印加する。このときの反射波を誘電分光システム200に送信する。誘電分光システム200では、検出した反射波に基づいて短絡用グリスPsの反射係数ρsを算出する。In this state, a voltage of a predetermined frequency is applied between the
ステップST3において、誘電分光システム200は、測定用プローブ10のフリンジ面を、測定対象物の表面に接触させた状態で、内部導体11と外部導体13との間に所定の周波数の電圧を印加し、反射係数ρmを測定する。なお以下では、反射係数ρ1、ρ2、ρs、ρmを、「S11パラメータ」と称する場合がある。In step ST3, the
ステップST4において、誘電分光システム200は、校正標準体P1、P2のアドミタンスy1、y2を取得する。各アドミタンスy1、y2は、各校正標準体P1、P2の材質から知ることができる。短絡用グリスPsは導電体であることから、アドミタンスysは、ほぼ無限大である。In step ST4, the
測定対象物のアドミタンスをymとすると、次の(1)式、(2)式が成立する。 If the admittance of the object to be measured is ym, the following equations (1) and (2) hold.
(1)式に示す「y1、y2、ys、ym」はアドミタンスの線形写像であり、アドミタンスy1、y2、ys、ymと同一の記号で示している。(2)式において、「G0」は真空中における測定用プローブ10のコンダクタンス、「C0」は真空中における測定用プローブ10のキャパシタンスである。
In equation (1), "y1, y2, ys, ym" are linear maps of admittances, and are represented by the same symbols as the admittances y1, y2, ys, and ym. In equation (2), "G0" is the conductance of the
ステップST5において、誘電分光システム200は、上述したST1~ST4の処理で測定或いは取得した各数値を、上記(1)式に代入する。In step ST5, the
ステップST6において、誘電分光システム200は、(1)、(2)式に基づいて、測定対象物のアドミタンスymを算出する。即ち、短絡用グリスPsのアドミタンスysは、「ys=∞」とすることができるので、上記(1)、(2)式から、下記(3)、(4)、(5)式が得られる。In step ST6, the
(4)式を(5)式に代入することにより下記(6)式が得られる。 By substituting equation (4) into equation (5), we obtain the following equation (6).
ステップST7において、誘電分光システム200は、上記(6)式により測定対象物の誘電率εmを算出する。上述したように、誘電率εmは複素数で示される数値である。In step ST7, the
上述した(1)~(6)式から明らかなように、測定対象物の誘電率εmは、校正標準体P1、P2、及び短絡用グリスPsのS11パラメータ(反射係数ρ1、ρ2、ρs)に基づいて算出される。このため、S11パラメータを正確に測定できない場合には誘電率εmの誤差が増大し、高精度な測定ができない。As is clear from the above formulas (1) to (6), the dielectric constant εm of the measurement object is calculated based on the S11 parameters (reflection coefficients ρ1, ρ2, ρs) of the calibration standards P1 and P2 and the short circuit grease Ps. Therefore, if the S11 parameter cannot be measured accurately, the error in the dielectric constant εm increases, and high-precision measurement is not possible.
このため、短絡標準体として導電体で構成された金属板、金属片などの粘性を有しない材質の金属を使用する場合には、図5Aに示すようにフリンジ面を短絡標準体35の表面に接触させた状態で、S11パラメータを測定することになる。しかし、金属加工精度や測定用プローブ10に設けられる誘電体12の収縮などに起因して、測定用プローブ10の下端面に凹凸が存在することがある。For this reason, when a metal with no viscosity, such as a conductive metal plate or metal piece, is used as the short-circuit standard, the S11 parameter is measured with the fringe surface in contact with the surface of the short-
例えば、図5Bに示すように、フリンジ14の下面と測定用プローブ10の下面との間に空隙36が発生する。このような場合には、空隙36が存在することにより、短絡標準体の反射係数を高精度に測定することができない。For example, as shown in Figure 5B, a
即ち、上述した(1)式において、反射係数ρsの測定精度が低下することになり、ひいては測定対象物の誘電率εmの測定精度が低下する。In other words, in the above equation (1), the measurement accuracy of the reflection coefficient ρs decreases, and ultimately the measurement accuracy of the dielectric constant εm of the object to be measured decreases.
これに対して、本実施形態に係る誘電率測定方法では、短絡標準体として粘性を有するゲル状の短絡用グリスPsを使用している。このため、測定用プローブ10の下端面が平坦である場合には、図6Aに示すように、下端面が短絡用グリスPsに対して隙間なく密着する。In contrast, the dielectric constant measurement method according to the present embodiment uses a viscous gel-like short-circuit grease Ps as the short-circuit standard. Therefore, when the bottom end surface of the
また、図6Bに示すように測定用プローブ10の下端面に凹凸が存在する場合であっても、粘性を有するゲル状の短絡用グリスPsが凹凸によって生じる隙間内に充填されるので、測定用プローブ10の下端面を短絡用グリスPsに対して隙間なく密着させることができる。その結果、反射係数ρsの測定精度を向上させることができ、ひいては、測定対象物の誘電率εmを高精度に測定できる。
Even if the bottom end surface of the
図7は、測定用プローブ10の内部導体11と外部導体13との間に発生させる電圧の周波数と、電圧の印加により発生する反射波の位相との関係を示すグラフであり、曲線Q1は校正標準体として空気を用いたときのグラフ、曲線Q12は短絡標準体として本実施形態で採用する短絡用グリスPsを用いたときのグラフである。
Figure 7 is a graph showing the relationship between the frequency of the voltage generated between the
図8は、測定用プローブ10に内部導体11と外部導体13との間に発生させる電圧の周波数と反射波の位相との関係を示すグラフであり、曲線Q11は校正標準体として空気を用いたときのグラフ、曲線Q12は短絡標準体として、短絡用グリスPsの代わりに従来より使用されている短絡用の金属板を用いたときのグラフである。
Figure 8 is a graph showing the relationship between the frequency of the voltage generated between the
図8の曲線Q11、Q12から理解されるように、従来方法では、校正標準体と短絡標準体との間にほとんど位相差が発生しておらず、自由単反射に近い空気と、固定単反射に近い短絡の特性を正確に測定できていない。As can be seen from curves Q11 and Q12 in Figure 8, with the conventional method, almost no phase difference occurs between the calibration standard and the short-circuit standard, and the characteristics of air, which is close to free single reflection, and a short circuit, which is close to fixed single reflection, cannot be accurately measured.
これに対して、図7の曲線Q1、Q2から理解されるように、短絡標準体として短絡用グリスPsを使用した場合には、曲線Q1とQ2との間で位相が約180度反転しており、良好な測定結果が得られていることが判る。In contrast, as can be seen from curves Q1 and Q2 in Figure 7, when short-circuit grease Ps is used as the short-circuit standard body, the phase is inverted by approximately 180 degrees between curves Q1 and Q2, indicating that good measurement results are obtained.
これは、測定用プローブ10の下面が平坦ではなく凹凸を有する場合でも、図6Bに示したように凹凸の空間を埋めるように短絡用グリスPsが存在することによるものである。This is because even if the underside of the
図9は、短絡標準体として短絡用グリスPsを使用して水、及び濃度5[g/dL]のグルコース水溶液の誘電率を測定した結果を示すグラフである。図10は、短絡標準体として導電性を有する金属板を使用して水、及び濃度5[g/dL]のグルコース水溶液の誘電率を測定した結果を示すグラフである。 Figure 9 is a graph showing the results of measuring the dielectric constant of water and a glucose aqueous solution with a concentration of 5 g/dL using short-circuit grease Ps as a short-circuit standard. Figure 10 is a graph showing the results of measuring the dielectric constant of water and a glucose aqueous solution with a concentration of 5 g/dL using a conductive metal plate as a short-circuit standard.
図9、図10に示す曲線q1、q11は水の誘電率の理論値、曲線q2、q12は水の誘電率の測定値、曲線q3、q13はグルコース水溶液の誘電率の測定値を示している。 Curves q1 and q11 shown in Figures 9 and 10 show the theoretical value of the dielectric constant of water, curves q2 and q12 show the measured value of the dielectric constant of water, and curves q3 and q13 show the measured value of the dielectric constant of an aqueous glucose solution.
図10に示す従来方法では、水の誘電率q12とグルコース水溶液の誘電率q13はほぼ一致しており、差分はほとんど取れていない。また、水の誘電率の理論値q11と測定値q12との間に乖離が生じている。これに対して、図9に示す本実施形態の方法を採用した場合には、水の誘電率の測定値q2は、理論値q1とほぼ一致している。また、本実施形態では、符号q3に示すように、周波数変化に対するグルコース水溶液の誘電率の変化も確認できる。 In the conventional method shown in Figure 10, the dielectric constant q12 of water and the dielectric constant q13 of the glucose aqueous solution are almost the same, with almost no difference being obtained. Also, there is a deviation between the theoretical value q11 of the dielectric constant of water and the measured value q12. In contrast, when the method of this embodiment shown in Figure 9 is adopted, the measured value q2 of the dielectric constant of water is almost the same as the theoretical value q1. Also, in this embodiment, as shown by symbol q3, the change in the dielectric constant of the glucose aqueous solution with respect to the change in frequency can be confirmed.
即ち、本実施形態に係る誘電率測定方法では、短絡標準体として、粘性を有するゲル状の短絡用グリスPsを用いることにより、精度よく誘電分光測定を行うことができる。In other words, in the dielectric constant measurement method of this embodiment, by using a viscous, gel-like short-circuit grease Ps as the short-circuit standard body, dielectric spectroscopy measurements can be performed with high accuracy.
このように、本実施形態に係る誘電率測定方法は、測定対象物の誘電率を測定する測定方法であって、誘電分光システム200が、少なくとも2個の校正標準体P1、P2の反射係数ρ1、ρ2、及びアドミタンスy1、y2を測定するステップと、誘電分光システム200が、導電性を有する短絡標準体の反射係数ρsを測定するステップと、誘電分光システム200が、測定対象物の反射係数ρmを測定するステップと、誘電分光システム200が、各校正標準体の反射係数ρ1、ρ2及びアドミタンスy1、y2と、短絡標準体の反射係数ρsと、測定対象物の反射係数ρmに基づいて、測定対象物のアドミタンスymを算出するステップと、誘電分光システム200が、測定対象物のアドミタンスymに基づいて、測定対象物の誘電率εmを算出するステップと、を備え、短絡標準体は、粘性を有するゲル状である誘電率測定方法である。Thus, the dielectric constant measurement method according to this embodiment is a method for measuring the dielectric constant of an object to be measured, and includes the steps of: a
本実施形態では、測定用プローブ10の下端面に凹凸が存在する場合でも、粘性を有するゲル状の短絡標準体を用いることにより、凹凸により生じる隙間内に短絡標準体を充填させることができ、短絡標準体の反射係数ρsを高精度に測定することができる。In this embodiment, even if there are irregularities on the lower end surface of the
このため、上述した(3)~(6)式を用いて測定対象物の誘電率εmを高精度に算出することができ、誘電率εmの測定精度を向上させることができる。Therefore, the dielectric constant εm of the object to be measured can be calculated with high accuracy using the above-mentioned equations (3) to (6), thereby improving the measurement accuracy of the dielectric constant εm.
短絡標準体として、液体金属タイプのグリスである短絡用グリスPsを用いることにより、アドミタンスをほぼ無限大にすることができ、測定対象物の誘電率εmの測定精度を向上させることができる。By using short-circuit grease Ps, which is a liquid metal type grease, as the short-circuit standard body, the admittance can be made almost infinite, thereby improving the measurement accuracy of the dielectric constant εm of the object to be measured.
短絡標準体として、Hg、Ga、In、Sn、Cu、Alのうち少なくとも一つを含む液体金属タイプのグリスを採用することにより、導電性を高めることができ、測定対象物の誘電率εmの測定精度をより一層向上させることができる。By using a liquid metal type grease containing at least one of Hg, Ga, In, Sn, Cu, and Al as the short-circuit standard, the electrical conductivity can be increased, and the measurement accuracy of the dielectric constant εm of the object to be measured can be further improved.
校正標準体P1、P2として、空気、水、及び有機溶媒のいずれかを用いることにより、校正標準体P1、P2の反射係数ρ1、ρ2を容易に測定することができる。このため、測定対象物の誘電率測定に要する手間を軽減することが可能になる。By using air, water, or an organic solvent as the calibration standards P1 and P2, the reflection coefficients ρ1 and ρ2 of the calibration standards P1 and P2 can be easily measured. This reduces the effort required to measure the dielectric constant of the object being measured.
[変形例の説明]
次に、上述した実施形態の変形例について説明する。図11は、変形例に係る誘電率測定方法が採用される誘電分光センサ及びその周辺機器の構成を示すブロック図である。変形例に係る誘電率測定方法では、3つの校正標準体P1、P2、P3、及び短絡用グリスPsを用意し、誘電分光センサ100により校正標準体P1の反射係数ρ1、校正標準体P2の反射係数ρ2、及び短絡用グリスPsの反射係数ρsを測定する。更に、誘電分光システム200により測定対象物の反射係数ρmを測定する。
[Description of Modifications]
Next, a modified example of the above-described embodiment will be described. Fig. 11 is a block diagram showing the configuration of a dielectric spectroscopy sensor and its peripheral devices in which a dielectric constant measurement method according to the modified example is adopted. In the dielectric constant measurement method according to the modified example, three calibration standards P1, P2, and P3 and short-circuit grease Ps are prepared, and the reflection coefficient ρ1 of the calibration standard P1, the reflection coefficient ρ2 of the calibration standard P2, and the reflection coefficient ρs of the short-circuit grease Ps are measured by the
3つの校正標準体P1~P3を用いて反射係数を算出することにより、(2)式に示したコンダクタンスG0及びキャパシタンスC0が未知の数値であっても、各校正標準体P1~P3の反射係数に基づいて、コンダクタンスG0及びキャパシタンスC0を算出することができる。By calculating the reflection coefficient using the three calibration standards P1 to P3, even if the conductance G0 and capacitance C0 shown in equation (2) are unknown values, the conductance G0 and capacitance C0 can be calculated based on the reflection coefficient of each calibration standard P1 to P3.
即ち、変形例に係る誘電率測定方法では、測定用プローブ10のコンダクタンスG0及びキャパシタンスC0が未知である場合でも、測定対象物の誘電率εmを測定することが可能になる。In other words, in the dielectric constant measurement method of the modified example, it is possible to measure the dielectric constant εm of the object to be measured even if the conductance G0 and capacitance C0 of the
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope of the invention.
10 測定用プローブ
11 内部導体
12 誘電体
13 外部導体
14 フリンジ
20 設置台
35 短絡標準体
36 空隙
100 誘電分光センサ
200 誘電分光システム
P1、P2、P3 校正標準体
Ps 短絡用グリス
REFERENCE SIGNS
Claims (4)
誘電分光システムが、少なくとも2個の校正標準体の反射係数、及びアドミタンスを測定するステップと、
前記誘電分光システムが、アドミタンスがほぼ無限大の導電性を有する短絡標準体の反射係数を測定するステップと、
前記誘電分光システムが、前記測定対象物の反射係数を測定するステップと、
前記誘電分光システムが、各校正標準体の反射係数及びアドミタンスと、前記短絡標準体の反射係数と、前記測定対象物の反射係数に基づいて、前記測定対象物のアドミタンスを算出するステップと、
前記誘電分光システムが、前記測定対象物のアドミタンスに基づいて、前記測定対象物の誘電率を算出するステップと、を備え、
前記短絡標準体は、粘性を有するゲル状である誘電率測定方法。 A method for measuring a dielectric constant of a measurement object, comprising the steps of:
a dielectric spectroscopy system measuring a reflection coefficient and an admittance of at least two calibration standards;
the dielectric spectroscopy system measuring the reflection coefficient of a short standard having a nearly infinite conductive admittance;
measuring a reflection coefficient of the measurement object by the dielectric spectroscopy system;
the dielectric spectroscopy system calculating an admittance of the measurement object based on the reflection coefficient and admittance of each calibration standard, the reflection coefficient of the short standard, and the reflection coefficient of the measurement object;
The dielectric spectroscopy system calculates a dielectric constant of the measurement object based on an admittance of the measurement object,
The dielectric constant measuring method, wherein the short standard body is in a viscous gel state.
請求項1に記載の誘電率測定方法。 The dielectric constant measuring method according to claim 1 , wherein the short-circuit standard body is a liquid metal type grease.
請求項2に記載の誘電率測定方法。 3. The dielectric constant measuring method according to claim 2, wherein the short standard body is a liquid metal type grease containing at least one of the group consisting of Hg, Ga, In, Sn, Cu, and Al.
請求項1~3のいずれか1項に記載の誘電率測定方法。 The dielectric constant measuring method according to any one of claims 1 to 3, wherein the calibration standard is any one of air, water, and an organic solvent.
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