JPH0644022B2 - 複素導電率の測定方法及び装置 - Google Patents
複素導電率の測定方法及び装置Info
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- JPH0644022B2 JPH0644022B2 JP27910087A JP27910087A JPH0644022B2 JP H0644022 B2 JPH0644022 B2 JP H0644022B2 JP 27910087 A JP27910087 A JP 27910087A JP 27910087 A JP27910087 A JP 27910087A JP H0644022 B2 JPH0644022 B2 JP H0644022B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、複数個の点状電極からなる電極系に複数の正
弦波状信号を印加し複素導電率を測定する複素導電率の
測定方法及び装置に関する。
弦波状信号を印加し複素導電率を測定する複素導電率の
測定方法及び装置に関する。
第６図は複素導電率の測定装置の従来例を示す図であ
る。
る。
物質中の全電流は「伝導電流」と「変位電流」とからな
り、伝導電流は「導電率」、変位電流は「誘電率」で特
徴づけられる。本明細書では両者をまとめた電流の通り
やすさを「電気導電性」という用語で以下に表現する。
り、伝導電流は「導電率」、変位電流は「誘電率」で特
徴づけられる。本明細書では両者をまとめた電流の通り
やすさを「電気導電性」という用語で以下に表現する。
従来の電気導電性の測定装置は、第６図に示すように有
限形状の測定電極に正弦波信号を印加し、被測定対象物
についてブリッジや共振回路によりインピーダンスを測
定している。そしてこの測定値から損失角δや実効抵抗
γ、電気容量Ｃを求め、さらに端縁効果の補正を行い、
導電率δ、誘電率εを計算することによって電気導電性
を測定している。
限形状の測定電極に正弦波信号を印加し、被測定対象物
についてブリッジや共振回路によりインピーダンスを測
定している。そしてこの測定値から損失角δや実効抵抗
γ、電気容量Ｃを求め、さらに端縁効果の補正を行い、
導電率δ、誘電率εを計算することによって電気導電性
を測定している。
このような従来の電気導電性の測定では、抵抗率が小さ
い被測定物については低周波における導電率が、逆に、
抵抗率が大きい被測定物については高周波における誘電
率がそれぞれ測定の対象となっていた。この場合、測定
に用いる電極の構造および測定の方法もそれぞれ異なっ
ていた。
い被測定物については低周波における導電率が、逆に、
抵抗率が大きい被測定物については高周波における誘電
率がそれぞれ測定の対象となっていた。この場合、測定
に用いる電極の構造および測定の方法もそれぞれ異なっ
ていた。
ところで、土壌中に水が浸透するような場合には、水分
量が少なく誘電率が卓越するときと、水分量が多く導電
率が卓越するときとがある。従来、このような被測定物
について、相互にまたがる測定を同一の電極で行うこと
は、上記のように測定に用いる電極の構造および測定の
方法もそれぞれ異なることから困難であった。
量が少なく誘電率が卓越するときと、水分量が多く導電
率が卓越するときとがある。従来、このような被測定物
について、相互にまたがる測定を同一の電極で行うこと
は、上記のように測定に用いる電極の構造および測定の
方法もそれぞれ異なることから困難であった。
また、従来の誘電率の測定では、同心円筒状など一定の
形状をもった電極が広く用いられているため、電極の形
状によって現れる端縁効果が無視できない、及び電極の
形状が水の浸透を妨げるなど被測定物の電気導電性の変
化に影響を及ぼす、という２つの欠点があった。
形状をもった電極が広く用いられているため、電極の形
状によって現れる端縁効果が無視できない、及び電極の
形状が水の浸透を妨げるなど被測定物の電気導電性の変
化に影響を及ぼす、という２つの欠点があった。
本発明は、上記の問題点を解決するものであって、点状
の電極を用いることによって電極系の構造が被測定物の
電極導電性の変動に影響をおよぼすことなく、同一電極
のままで無限に広がると見做せる被測定物の導電率と誘
電率を複素導電率として同時に測定することを目的とす
る。
の電極を用いることによって電極系の構造が被測定物の
電極導電性の変動に影響をおよぼすことなく、同一電極
のままで無限に広がると見做せる被測定物の導電率と誘
電率を複素導電率として同時に測定することを目的とす
る。
そのために本発明の複素導電率の測定方法は、複数個の
点状電極を被測定物中に配置して電流信号を印加するこ
とによって複素導電率を測定する複素導電率の測定方法
であって、電極系の一方に複数の正弦波状信号を印加
し、他方の電位差を測定し、印加信号の電流値と測定信
号の電圧値の比、印加信号の角速度、及び点状電極の配
置により決まる係数から、無限に広がると見做せる被測
定物の複素導電率を算出することを特徴とするものであ
り、その測定装置は、電流信号を印加する点状電極、電
位差を測定する点状電極、印加信号の電流値と角速度を
導出する手段、測定信号の電圧値を導出する手段、点状
電極の配置により決まる係数を設定する手段、及び印加
信号の電流値と測定信号の電圧値との比を求め該比と前
記角速度と前記係数から導電率と誘電率を算出する演算
手段を備えたことを特徴とするものである。
点状電極を被測定物中に配置して電流信号を印加するこ
とによって複素導電率を測定する複素導電率の測定方法
であって、電極系の一方に複数の正弦波状信号を印加
し、他方の電位差を測定し、印加信号の電流値と測定信
号の電圧値の比、印加信号の角速度、及び点状電極の配
置により決まる係数から、無限に広がると見做せる被測
定物の複素導電率を算出することを特徴とするものであ
り、その測定装置は、電流信号を印加する点状電極、電
位差を測定する点状電極、印加信号の電流値と角速度を
導出する手段、測定信号の電圧値を導出する手段、点状
電極の配置により決まる係数を設定する手段、及び印加
信号の電流値と測定信号の電圧値との比を求め該比と前
記角速度と前記係数から導電率と誘電率を算出する演算
手段を備えたことを特徴とするものである。
本発明の複素導電率の測定方法及び装置では、複数個の
点状電極からなる電極系に複数の正弦波状信号を印加す
るので、電極の形状による端縁効果の問題がなくなり、
印加信号の電流値と測定信号の電圧値の比、印加信号の
角速度、及び点状電極の配置により決まる係数から、無
限に広がると見做せる被測定物の複素導電率を算出する
ので、簡単に複素導電率を測定することができる。ま
た、測定装置としては、点状電極と、演算手段により構
成され、演算手段は、印加信号の電流値と測定信号の電
圧値の比を求め、印加信号を角速度と係数を使って導電
率と誘電率を演算するものであればよい。
点状電極からなる電極系に複数の正弦波状信号を印加す
るので、電極の形状による端縁効果の問題がなくなり、
印加信号の電流値と測定信号の電圧値の比、印加信号の
角速度、及び点状電極の配置により決まる係数から、無
限に広がると見做せる被測定物の複素導電率を算出する
ので、簡単に複素導電率を測定することができる。ま
た、測定装置としては、点状電極と、演算手段により構
成され、演算手段は、印加信号の電流値と測定信号の電
圧値の比を求め、印加信号を角速度と係数を使って導電
率と誘電率を演算するものであればよい。
以下、図面を参照しつつ実施例を説明する。
第１図は本発明に係る複素導電率の測定方法を説明する
ための点状電極系の配置例を示す図、第２図は電位信号
を実数軸に一致させたときの電流信号と電位信号との位
相関係を示す図、第３図は本発明に係る弗素導電率の測
定装置の１実施例構成を示す図である。
ための点状電極系の配置例を示す図、第２図は電位信号
を実数軸に一致させたときの電流信号と電位信号との位
相関係を示す図、第３図は本発明に係る弗素導電率の測
定装置の１実施例構成を示す図である。
第１図において、１〜４はそれぞれ点状電極であり、２
個の電極１、４（以下この電極を電流極と呼ぶ）は、被
測定物に正弦波状の電流を印加し、２個の電極２、３
（以下この電極を電位極と呼ぶ）は、着目する地点を代
表する２点における電位差を測定するものである。本発
明は、この点状電極より印加した正弦波状の電流信号と
測定される電圧、さらには、電極の配置係数から複素導
電率を求めるものである。
個の電極１、４（以下この電極を電流極と呼ぶ）は、被
測定物に正弦波状の電流を印加し、２個の電極２、３
（以下この電極を電位極と呼ぶ）は、着目する地点を代
表する２点における電位差を測定するものである。本発
明は、この点状電極より印加した正弦波状の電流信号と
測定される電圧、さらには、電極の配置係数から複素導
電率を求めるものである。
次に、本発明の測定原理を説明する。
電流極１、４より電流値の正弦波状信号を印加したと
きの電位極２と３の間の電位差は となる。ただし、σ＊は複素導電率であり、印加電流信
号の角周波数をωとおけば導電率σ、誘電率εとの間に
は次の関係がある。
きの電位極２と３の間の電位差は となる。ただし、σ＊は複素導電率であり、印加電流信
号の角周波数をωとおけば導電率σ、誘電率εとの間に
は次の関係がある。
σ＊＝σ＋ｊωε …（２） また、Ｋは点状電極の配置のしかたによってきまる係数
であり、無限に広がると見做せる物質中では、 である。γi,j はそれぞれ電極ｉと電極ｊとの距離をあ
らわす。、は正弦波状信号の複素数による表現であ
ることを示し、 である。第２図のは（１）式における電流信号、は
電位信号、φはこれらの信号の位相差を示したものであ
る。
であり、無限に広がると見做せる物質中では、 である。γi,j はそれぞれ電極ｉと電極ｊとの距離をあ
らわす。、は正弦波状信号の複素数による表現であ
ることを示し、 である。第２図のは（１）式における電流信号、は
電位信号、φはこれらの信号の位相差を示したものであ
る。
ここで複数の入力周波数について導電率σおよび誘電率
εの値がそれぞれ等しいとすると、上記（１）、
（２）、（４）式より、 となる。ただし、 Ｒｉ＝Ｖｉ／Ｉｉ …（６） であり、φは第２図における電流信号と電圧信号との位
相差（＝「損失角」）、添字ｉは入力角周波数ωｉに対
する応答であることを示す。
εの値がそれぞれ等しいとすると、上記（１）、
（２）、（４）式より、 となる。ただし、 Ｒｉ＝Ｖｉ／Ｉｉ …（６） であり、φは第２図における電流信号と電圧信号との位
相差（＝「損失角」）、添字ｉは入力角周波数ωｉに対
する応答であることを示す。
周波数の異なるｎ種類の正弦波の各々について（５）式
が成り立つから、それらを、 に代入し、（７）式について最小２乗法を適用すれば、
導電率σと誘電率εが次のように求まる。
が成り立つから、それらを、 に代入し、（７）式について最小２乗法を適用すれば、
導電率σと誘電率εが次のように求まる。
ただし、 であり、［ ］は、 を表す記号である。
上記（８）式において、右辺は、点状電極系の形状で決
まる係数Ｋ、入力信号の角周波数ω、印加電流Ｉと測定
電圧Ｖの比Ｒのみが含まれる。このうち、Ｋとωは測定
条件による既知のパラメータであるから、Ｒを測定すれ
ば導電率σと誘電率εが求められることになる。
まる係数Ｋ、入力信号の角周波数ω、印加電流Ｉと測定
電圧Ｖの比Ｒのみが含まれる。このうち、Ｋとωは測定
条件による既知のパラメータであるから、Ｒを測定すれ
ば導電率σと誘電率εが求められることになる。
このように点状電極を配置し、一方から正弦波の電流信
号を印加し、他方で電位差を測定すればあとは既知のパ
ラメータを使うことによって導電率σと誘電率εを求め
ることができるので、測定装置としては、第３図に示す
ような構成を採用することができる。
号を印加し、他方で電位差を測定すればあとは既知のパ
ラメータを使うことによって導電率σと誘電率εを求め
ることができるので、測定装置としては、第３図に示す
ような構成を採用することができる。
第３図において、１１は電流信号発生源、１２は切り換
えスイッチ、１３は被測定対象物、１４は測定部、１５
と１９は演算部、１６は電流値導出部、１７は角速度導
出部、１８は係数設定部を示す。電流信号発生源１１
は、点状電極に印加する角速度ω１、ω２の正弦波状電
流信号を発生するものであり、そのいずれの信号を被測
定対象物１３の中に設置した点状電極に印加するかを切
り換えるのが切り換えスイッチ１２である。測定部１４
は、点状電極の電圧信号を測定するものである。電極値
導出部１６及び角度度導出部１７は、電流信号発生源１
１により発生された電流信号に対応するそれぞれの値を
導出するものであり、例えば予め電流信号発生源１１に
対応して設定され、切り換えスイッチ１２の位置に応じ
て選択するように構成してもよい。また、係数設定部１
８は、被測定対象物１３の中に設置した点状電極の配置
に対応した係数が測定されるものである。演算部１５
は、電圧値と電流値との比を求めるものであり、演算部
１９は、演算部１５の出力と角速度と係数から上記
（８）式の演算を行って導電率σと誘電率εとを求める
ものである。
えスイッチ、１３は被測定対象物、１４は測定部、１５
と１９は演算部、１６は電流値導出部、１７は角速度導
出部、１８は係数設定部を示す。電流信号発生源１１
は、点状電極に印加する角速度ω１、ω２の正弦波状電
流信号を発生するものであり、そのいずれの信号を被測
定対象物１３の中に設置した点状電極に印加するかを切
り換えるのが切り換えスイッチ１２である。測定部１４
は、点状電極の電圧信号を測定するものである。電極値
導出部１６及び角度度導出部１７は、電流信号発生源１
１により発生された電流信号に対応するそれぞれの値を
導出するものであり、例えば予め電流信号発生源１１に
対応して設定され、切り換えスイッチ１２の位置に応じ
て選択するように構成してもよい。また、係数設定部１
８は、被測定対象物１３の中に設置した点状電極の配置
に対応した係数が測定されるものである。演算部１５
は、電圧値と電流値との比を求めるものであり、演算部
１９は、演算部１５の出力と角速度と係数から上記
（８）式の演算を行って導電率σと誘電率εとを求める
ものである。
第４図は方形波状の信号を印加する場合に適用される本
発明の他の実施例構成を示す図、第５図は任意波形の信
号を印加する場合に適用される本発明の他の実施例構成
を示す図である。図中、第３図と同一符号は同一の構成
手段を示し、１４′と２１は測定部１６′、１７′は設
定部、２０と２２は演算部、２３は角速度検出部を示
す。
発明の他の実施例構成を示す図、第５図は任意波形の信
号を印加する場合に適用される本発明の他の実施例構成
を示す図である。図中、第３図と同一符号は同一の構成
手段を示し、１４′と２１は測定部１６′、１７′は設
定部、２０と２２は演算部、２３は角速度検出部を示
す。
複数の正弦波電流信号を印加する方法として、上記の如
く複数の正弦波電流発生手段を用意し、これを切り換え
て印加するのも１つの方法であるが、方形波状の信号波
形や任意の信号波形を使用してもよいことは勿論であ
る。この場合には、印加電流信号波形と測定電位波形を
直接に或いは一度記録した後、着目する複数の周波数に
ついてフーリエ係数を求め、その振幅の比を得れば同様
に（８）式を使って複素導電率を求めることができる。
その例を示したのが第４図及び第５図である。これらの
場合には、上記の如くフーリエ係数を求めることから、
当然そのための演算手段が必要となり、第４図及び第５
図ではこれらの手段が組み込まれた構成（演算手段２０
〜２３）となっている。また、第４図に示す例は、印加
する電流信号について、電流値及び角速度として特定の
値を予め既知のものとして設定しているが、第５図に示
す例は、印加する電流信号についてもフーリエ係数を求
めるように構成している。
く複数の正弦波電流発生手段を用意し、これを切り換え
て印加するのも１つの方法であるが、方形波状の信号波
形や任意の信号波形を使用してもよいことは勿論であ
る。この場合には、印加電流信号波形と測定電位波形を
直接に或いは一度記録した後、着目する複数の周波数に
ついてフーリエ係数を求め、その振幅の比を得れば同様
に（８）式を使って複素導電率を求めることができる。
その例を示したのが第４図及び第５図である。これらの
場合には、上記の如くフーリエ係数を求めることから、
当然そのための演算手段が必要となり、第４図及び第５
図ではこれらの手段が組み込まれた構成（演算手段２０
〜２３）となっている。また、第４図に示す例は、印加
する電流信号について、電流値及び角速度として特定の
値を予め既知のものとして設定しているが、第５図に示
す例は、印加する電流信号についてもフーリエ係数を求
めるように構成している。
なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではな
く、種々の変形が可能である。例えば上記の実施例にお
いて、方形波状の入力電流を印加する場合においても、
角速度及び電流値について任意波形を使う場合と同様な
信号設定系を採用してもよいことはいうまでもない。
く、種々の変形が可能である。例えば上記の実施例にお
いて、方形波状の入力電流を印加する場合においても、
角速度及び電流値について任意波形を使う場合と同様な
信号設定系を採用してもよいことはいうまでもない。
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、点状
電極を使用するので、 電極の形状による端縁効果が現れない 被測定物の電気導電性の変化が電極の形状によって
妨げられない 電極の配置を変えることにより被測定物の測定範囲
を任意に設定できる 等の効果を得ることができる。
電極を使用するので、 電極の形状による端縁効果が現れない 被測定物の電気導電性の変化が電極の形状によって
妨げられない 電極の配置を変えることにより被測定物の測定範囲
を任意に設定できる 等の効果を得ることができる。
また、複数の正弦波状信号に着目した測定方法を採用し
ているので、 印加電流と測定電圧の位相差（損失角）を測定する
必要がなくなる 入力信号として正弦波状電流を使用すれば、ＩとＶ
の測定に実効値指示又は平均値指示の直読型の交流計器
を使用できる 等の効果を得ることができる。
ているので、 印加電流と測定電圧の位相差（損失角）を測定する
必要がなくなる 入力信号として正弦波状電流を使用すれば、ＩとＶ
の測定に実効値指示又は平均値指示の直読型の交流計器
を使用できる 等の効果を得ることができる。
第１図は本発明に係る複素導電率の測定方法を説明する
ための点状電極系の配置例を示す図、第２図は電位信号
を実数軸に一致させたときの電流信号と電位信号との位
相関係を示す図、第３図は本発明に係る複素導電率の測
定装置の１実施例構成を示す図、第４図は方形波状の信
号を印加する場合に適用される本発明の他の実施例構成
を示す図、第５図は任意波形の信号を印加する場合に適
用される本発明の他の実施例構成を示す図、第６図は複
素導電率の測定装置の従来例を示す図である。 １〜４……点状電極、１１……電流信号発生源、１２…
…切り換えスイッチ、１３……被測定対象物、１４……
測定部、１５と１９……演算部、１６……電流値導出
部、１７……角速度導出部、１８……係数設定部。
ための点状電極系の配置例を示す図、第２図は電位信号
を実数軸に一致させたときの電流信号と電位信号との位
相関係を示す図、第３図は本発明に係る複素導電率の測
定装置の１実施例構成を示す図、第４図は方形波状の信
号を印加する場合に適用される本発明の他の実施例構成
を示す図、第５図は任意波形の信号を印加する場合に適
用される本発明の他の実施例構成を示す図、第６図は複
素導電率の測定装置の従来例を示す図である。 １〜４……点状電極、１１……電流信号発生源、１２…
…切り換えスイッチ、１３……被測定対象物、１４……
測定部、１５と１９……演算部、１６……電流値導出
部、１７……角速度導出部、１８……係数設定部。
Claims (6)
- 【請求項１】複数個の点状電極を被測定物中に配置して
電流信号を印加することによって複素導電率を測定する
複素導電率の測定方法であって、電極系の一方に複数の
正弦波状信号を印加し、他方の電位差を測定し、印加信
号の電流値と測定信号の電圧値の比、印加信号の角速
度、及び点状電極の配置により決まる係数から、無限に
広がると見做せる被測定物の複素導電率を算出すること
を特徴とする複素導電率の測定方法。 - 【請求項２】矩形波状信号により同時に複数の正弦波状
信号を印加し、フーリエ係数を求めて信号処理すること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の複素導電率の
測定方法。 - 【請求項３】任意の信号波形信号により同時に複数の正
弦波状信号を印加し、フーリエ係数を求めて信号処理す
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の複素導
電率の測定方法。 - 【請求項４】複数個の点状電極を被測定物中に配置して
電流信号を印加することによって複素導電率を測定する
複素導電率の測定装置であって、電流信号を印加する点
状電極、電位差を測定する点状電極、印加信号の電流値
と角速度を導出する手段、測定信号の電圧値を導出する
手段、点状電極の配置により決まる係数を設定する手
段、及び印加信号の電流値と測定信号の電圧値との比を
求め該比と前記角速度と前記係数から導電率と誘電率を
算出する演算手段を備えたことを特徴とする複素導電率
の測定装置。 - 【請求項５】印加信号の電流値と角速度を導出する手段
は、印加信号の電流波形よりフーリエ係数を求めること
によって電流値と角速度を導出することを特徴とする特
許請求の範囲第４項記載の複素導電率の測定装置。 - 【請求項６】測定信号の電圧値を導出する手段は、測定
信号の電圧波形よりフーリエ係数を求めることによって
電圧値を導出することを特徴とする特許請求の範囲第４
項記載の複素導電率の測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27910087A JPH0644022B2 (ja) | 1987-11-06 | 1987-11-06 | 複素導電率の測定方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27910087A JPH0644022B2 (ja) | 1987-11-06 | 1987-11-06 | 複素導電率の測定方法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01121769A JPH01121769A (ja) | 1989-05-15 |
| JPH0644022B2 true JPH0644022B2 (ja) | 1994-06-08 |
Family
ID=17606415
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27910087A Expired - Lifetime JPH0644022B2 (ja) | 1987-11-06 | 1987-11-06 | 複素導電率の測定方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0644022B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1775363A1 (en) * | 2004-07-16 | 2007-04-18 | Kaneka Corporation | Pile fabric |
| JP6047692B2 (ja) * | 2012-03-23 | 2016-12-21 | 株式会社メガチップス | 水分検出装置、電気伝導度検出装置、センサネットワークシステム、プログラム、水分検出方法および電気伝導度検出方法 |
-
1987
- 1987-11-06 JP JP27910087A patent/JPH0644022B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01121769A (ja) | 1989-05-15 |
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| JPH043809B2 (ja) |
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