测量装置和测量方法与流程

1.本公开内容涉及一种测量装置和测量方法。


背景技术：

2.用于测量介质(如土壤)中水量的测量装置广泛应用于农业和环境研究等领域。例如，所提出的测量装置根据电磁波传播通过一对探头之间的介质的传播延迟时间来测量水量。该测量装置经由线缆将一对探头连接到发射器和接收器，将电信号从发射器发送到接收器，并确定从发送到接收的延迟时间。此外，测量装置已经存储了通过线缆传输电信号的传输时间作为固定值的误差，并从所确定的延迟时间中减去该误差，从而确定电磁波传播通过介质的传播延迟时间。
3.通常，对于此类测量装置，会在出厂发货时执行用于校准误差的误差测量，并存储校准系数。因此，基于根据校准系数校准的测量数据来测量水量。
4.现有技术文献
5.专利文献
6.专利文献1：国际专利申请公开第2018/221051号公报
7.专利文献2：日本专利申请特愿平8-300197号公报


技术实现要素：

8.发明要解决的技术问题
9.然而，线缆的长度可能会因热膨胀而改变，并引起误差的变化。因此，在将误差存储为固定值的传感器装置中，当线缆热膨胀时，测量水量的精度可能会降低。
10.因此，本公开内容提出了一种能够即使在误差发生变化时也能够执行校准的测量装置和测量方法。
11.解决问题的手段
12.为了解决上述问题，本公开内容提供了一种被配置用于测量介质中所含的水量的测量装置，所述测量装置包括：
13.其中嵌入有能够与第一连接线缆电连接的第一线缆的第一探头；
14.其中嵌入有能够与第二连接线缆电连接的第二线缆的第二探头；以及
15.标准器，其被固定为即使在测量时也与所述第一探头和所述第二探头具有预定位置关系，且在不执行所述测量时能够电连接至所述第一连接线缆和所述第二连接线缆电连接，并且用于所述测量的校准。
16.还可以包括切换单元，该切换单元切换所述第一连接线缆与所述第一探头或所述标准器之间的连接，并且切换所述第二连接线缆与所述第二探头或所述标准器之间的连接。
17.所述切换单元可具有：
18.第一切换单元，其切换所述第一连接线缆和所述第一探头或所述标准器之间的连
接；以及
19.第二切换单元，其切换所述第二连接线缆和所述第二探头或所述标准器之间的连接。
20.所述标准器可包括开路标准器、短路标准器和无反射终端，并进一步包括连接到所述开路标准器的第一端子、连接到所述短标准器的第二端子、连接到所述无反射终端的第三端子、以及将所述第一连接线缆和所述第二连接线缆直接连接的一个第四端子和另一个第四端子。
21.所述第一切换单元切换所述第一连接线缆与所述第一探头、第一至第三端子和所述一个第四端子中的任一者之间的连接，所述第二切换单元切换所述第二连接线缆与所述第二探头或所述另一个第四端子之间的连接。
22.所述第一探头、所述第二探头、所述标准器、所述第一切换单元、和所述第二切换单元可以配置在同一壳体中。
23.测量装置还可以包括：
24.系数计算单元，其计算经由所述第一线缆发送到所述第一探头入射波与在所述第一探头处反射所述入射波而得到的反射波的复合振幅之间的比值作为反射系数，并且计算所述入射波和透射通过所述第一探头与所述第二探头之间的介质的透射波的复合振幅之间的比值作为透射系数；
25.校准单元，其根据使用所述标准器所确定的校准系数对所述反射系数和所述透射系数执行校准；以及
26.处理单元，其根据所校准的所述反射系数和所校准的所述透射系数来测量所述介质中所含的水量。
27.所述第一探头、所述第二探头、和所述标准器可在同一壳体中被配置为测量装置。
28.所述系数计算单元、所述校准单元、和所述处理单元可在同一壳体中被配置为信号处理装置。
29.所述测量装置和所述信号处理装置可以一体地配置在同一壳体内。
30.所述测量装置和所述信号处理装置可以分开地配置在不同的壳体内。
31.多个所述测量装置可以和信号处理装置连接。
32.所述信号处理装置可以是能够执行无线通信。
33.为了解决该问题，本公开内容提供一种测量装置的测量方法，该测量装置包括：
34.其中嵌入有可电连接到第一连接线缆的第一线缆的第一探头；
35.其中嵌入有可电连接到第二连接线缆的第二线缆的第二探头；以及
36.标准器，其被固定为即使在所述测量时也与所述第一探头和所述第二探头具有预定位置关系，且在不执行所述测量时能够电连接至所述第一连接线缆和所述第二连接线缆电连接，并且该标准器用于所述测量的校准；
37.该方法包括：
38.计算步骤，按预定顺序经由所述第一连接线缆将入射波发送到标准器，并根据经由所述第二连接线缆依次测量的测量数据来计算校准系数；
39.系数计算步骤，计算经由所述第一线缆发送到所述第一探头的入射波与在所述第一探头处反射所述入射波而得到的反射波的复合振幅之间的比值作为反射系数，并且计算
所述入射波和透射通过所述第一探头与所述第二探头之间的介质的透射波的复合振幅之间的比值作为透射系数；
40.校准步骤，基于所述校准系数对所述反射系数和所述透射系数执行校准；以及
41.处理步骤，根据校准的所述反射系数和校准的所述透射系数来测量所述介质中所含水量。
附图说明
42.图1是示出第一实施方式中的测量装置的配置示例的框图。
43.图2示出了根据第一实施方式的校准标准器的配置示例。
44.图3是根据第一实施方式的传感器头的外观图。
45.图4示出了根据第一实施方式的天线部件和等效电路的示例。
46.图5是显示根据本实施方式的反射系数的脉冲响应波形示例的图表。
47.图6是示出根据第一实施方式的测量单元的配置示例的框图。
48.图7示出了根据第一实施方式的定向耦合器的配置示例。
49.图8是示出根据本实施方式的发射器和接收器的配置示例的电路图。
50.图9是示出根据第一实施方式的控制器的配置示例的框图。
51.图10是示出根据第一实施方式的信号处理单元的配置示例的框图。
52.图11是电磁波和电信号的传播路径和传输路径的说明图。
53.图12是示出根据第一实施方式的反射系数的脉冲响应波形示例的图表。
54.图13是示出根据第一实施方式的透射系数的脉冲响应波形示例的图表。
55.图14是显示往复延迟时间以及传播传输时间和水量之间关系示例的图表。
56.图15是显示传播延迟时间和水量之间关系示例的图。
57.图16是显示校准系数的测量操作示例的流程图。
58.图17是测量装置的操作示例的流程图。
59.图18示出了作为比较示例的测量装置的配置示例。
60.图19示出了根据第二实施方式的测量装置的配置示例。
61.图20示出了根据第二实施方式的校准标准器的配置示例。
62.图21是显示根据第二实施方式的校准系数的测量操作示例的流程图。
63.图22示出了根据第三实施方式的校准标准器的配置示例。
64.图23是显示根据第三实施方式的校准系数的测量操作示例的流程图。
65.图24示出了根据第四实施方式的测量装置的配置示例。
66.图25示出了根据第五实施方式的测量装置的配置示例。
具体实施方式
67.将参照附图在下文描述测量装置和测量方法的实施方式。下文中，将主要描述测量装置的主要部件。测量装置可能具有未被说明或描述的部件或功能。以下描述不排除未说明或未描述的部件或功能。
68.《第一实施方式》
69.[测量装置的配置示例]
[0070]
图1是示出根据本公开内容的第一实施方式的测量装置1的配置示例的框图。测量装置1测量介质m中所含的水量，并且测量装置1包括集成在同一外壳中的传感器装置2和信号处理装置4。介质m被假定为，例如，种植作物的土壤。
[0071]
传感器装置2被配置为用于获取测量水量所需的数据，来作为测量数据。传感器装置2包括校准标准器100、切换单元110和传感器头200。此外，信号处理装置4包括测量单元300和信号处理单元400。
[0072]
例如，校准标准器100有短路、开路、负载和直通这四种标准器。校准标准器100可用于，例如，所谓的solt(short-open-load-thru)校准。在本实施方式中，使用solt校准执行校准。所使用的校准不限于此。
[0073]
切换单元110例如是配置有半导体芯片的切换元件。切换单元110包括第一切换单元112和第二切换单元114。第一切换单元112由信号处理装置4的控制信号控制，并切换第一连接线缆308和第一探头201或校准标准器100之间的连接。第二切换单元114由信号处理装置4的控制信号控制，并切换第二连接线缆309与第二探头202或校准标准器100之间的连接。
[0074]
如图1所示，传感器头200是由探头201和探头202组成的部件。探头201通过第一线缆3080、第一切换单元112和第一连接线缆308连接到测量单元300。探头202通过第二线缆3090、第一切换单元112和第二连接线缆309连接到测量单元300。例如，同轴线缆用于第一线缆3080，第一连接线缆308和第二线缆3090。第一线缆3080和第二线缆3090分别与探头201和202连接，其尖端嵌入探头201和202中。
[0075]
测量单元300使探头201和202中的一个探头发射电磁波ew，并使另一个探头接收电磁波ew以产生测量数据。测量单元300通过信号线310与校准标准器100通信。测量单元300经由信号线409将测量数据发送到信号处理单元400。信号处理单元400利用测量数据测量水量。
[0076]
测量单元300和信号处理单元400安装在不同的半导体芯片上。如稍后将描述的，测量单元300和信号处理单元400的电路可以安装在同一半导体芯片上。
[0077]
此外，测量单元300可以配置有具有布线层的电子电路板和安装在电子电路板上的半导体芯片。测量单元300可包括电子电路板、半导体芯片以及容纳电子电路板和半导体芯片的外壳。线缆308和309可经由电子电路板中所包括的布线层连接到半导体芯片。
[0078]
包括有电子电路板和半导体芯片的测量单元300，或容纳测量单元300的外壳，其具有的尺寸可以是：(1)基本上为矩形的尺寸，其在延伸方向上(电子电路板的板平面方向)的尺寸例如是一边长为1到20厘米(cm)，与这条边垂直的另一条边长为1到40厘米(cm)，和(2)厚度为例如2到20毫米(mm)。
[0079]
测量单元300可以在至少两个方向中的一个方向上布置。具体而言，(1)测量单元300被布置为使得测量单元300的延伸方向平行于探头201和探头202的延伸方向，或(2)测量单元300被布置为使的测量单元300的延伸方向垂直于探头201和探头202的延伸方向。
[0080]
如果传感器装置2和信号处理装置4设置在不同的外壳中，则包括传感器装置2和信号处理装置4的系统可以被视为测量系统。
[0081]
[校准标准器的配置示例]
[0082]
图2示出了根据本公开内容的第一实施方式的校准标准器100的配置示例。校准标
准器100包括，例如短路、开路、负载和直通四种标准器以及第三切换单元116。此外，校准标准器100包括用于连接到短路标准器的第一端子100s、用于连接到开路标准器的第二端子100o、用于连接到无反射端子(负载标准器)的第三端子100l、以及用于将第一连接线缆308和第二连接线缆309直接连接的第四端子100t。
[0083]
第三切换单元116是，例如，配置有半导体芯片的切换元件。第三切换单元116由信号处理装置4的控制信号控制，并切换第一端子100s、第二端子100o、第三端子100l和第四端子100t与线缆308之间的连接。校准方法将在后面具体说明。
[0084]
[传感器头的配置示例]
[0085]
图3示出根据本公开内容的第一实施方式的传感器头200的外观图。传感器头200包括探头201和探头202。校准标准器100、第一切换单元112和第二切换单元114设置在传感器头200之上。
[0086]
探头201和探头202的长度为，例如，75到150毫米(mm)。探头201和探头202的厚度为，例如，3至30毫米(探头横截面的直径或宽度)。这些探头201和探头202设置在诸如土壤的介质中，并且各自包括能够在探头201和探头202之间以预定频率发射和接收电磁波的天线部分210。
[0087]
探头201和探头202嵌入在介质中，使得天线部分210之间的距离具有预定值d。例如，这些探头以几乎垂直的姿态嵌入在介质中。当天线部分210之间的距离为d时，探头的姿态不限于垂直姿态。
[0088]
天线部分210设置在探头201和探头202的尖端(换句话说，末端)处或附近，并配置为发射和接收电磁波。尽管天线部分210设置在探头201和探头202尖端处，但不限于此配置。例如，天线部分210还可以分别设置在探头201和探头202的中心位置上。
[0089]
此外，天线部分210配置有微天线，该微天线的尺寸被调整为不与探头201和探头202发生共振。这可以抑制由于探头201和探头202的共振而导致的测量精度的下降。
[0090]
如上所述，图1中的线缆308和309(同轴线缆)的尖端分别嵌在探头201和探头202中。同轴线缆的一些部分被开口，并用作天线部分210。同轴线缆的天线部分210以外的部分的外周覆盖有电磁波吸收材料240。电磁波吸收材料240可以抑制来自开口部分以外区域的电磁波泄漏。
[0091]
ni-zn基铁氧体主要用作电磁波吸收材料240，但本公开内容不限于此。可根据电磁波的频率使用其他具有高介电常数的材料，例如，铁硅铝和坡莫合金。可以根据需要省略电磁波吸收材料240，或者可以仅针为探头201和探头202中的一个探头提供电磁波吸收材料240。
[0092]
天线部分210之间的距离d没有特别的限制。当距离d太长时，电磁波ew在介质m中传播时的衰减可能增大，并可能无法获得足够的接收强度。当距离d太短时，观测可能在技术上变得困难。考虑到这些情况，可将距离d设置为一个合适的值。例如，距离d为25～75毫米(mm)。
[0093]
在探头201和探头202之间，设置间隔器260，以确定天线部分210之间的距离。探头201和探头202的外周各自覆盖有厚度为1至3毫米(mm)的外壳225，并与介质分开。间隔器260和外壳225由电磁波透射材料制成。电磁波透射材料的示例包括无机材料，如聚合材料、玻璃和ptef(聚四氟乙烯)。作为聚合材料，可以使用pc(聚碳酸酯)、pes(聚醚砜)、peek(聚
醚醚酮)、pss(聚苯乙烯磺酸)等。还可使用其他聚合材料，如pmma(聚甲基丙烯酸甲酯)和pet(聚对苯二甲酸乙二醇酯)。
[0094]
间隔器260的厚度可以小于包括电子电路板和半导体芯片的测量单元300的尺寸和厚度。例如，当测量单元300被布置为使得测量单元300的延伸方向与探头201和探头202的延伸方向平行时，间隔器260的厚度可小于测量单元300的厚度，优选小于测量单元300的厚度的一半，更优选小于测量单元300的厚度的三分之一。或者，当测量单元300被布置使测量单元300的延伸方向与探头201和探头202的延伸方向垂直时，间隔器260的厚度可小于测量单元300在一个延伸方向上长度，优选小于测量单元300的该长度的一半，更优选小于测量单元300的该长度的三分之一。此外，间隔器260的厚度可以小于探头201和探头202中至少一个探头的厚度(探头的横截面中的直径或宽度)，优选小于探头的厚度的一半，更优选小于探头的厚度三分之一的。例如，间隔器260可以具有1至3毫米(mm)的厚度。
[0095]
其中间隔器260的厚度小于测量单元300的厚度，小于测量单元300在其一个延伸方向上的长度，或小于探头201和探头202中至少任何一个的厚度(直径或探头横截面的宽度)的配置在测量电磁波在天线之间的传播延迟时间的水分传感器中是有效的。即使间隔器260由电磁波透射材料制成，从发射天线辐射出的电磁波也可能被间隔器反射并被接收天线接收，从而产生取决于材料的噪声。通过根据上述配置设置间隔器260的厚度，与上述配置以外的配置相比，可以降低由间隔器260反射的噪声。通过减小间隔厚度来抑制噪声的效果不会在除了测量电磁波在天线之间的传播延迟时间的水分传感器外的水分传感器中不会。正是因为是测量电磁波在天线之间的传播延迟时间的水分传感器，才会产生这种效果。
[0096]
从一对探头201和探头202的天线部分(210和220)到间隔器260下端的距离d优选大于天线之间的距离d。特别是距离d优选大于天线之间距离d的两倍。此外，距离d更优选大于天线之间距离d的三倍且小于探头201和探头202的长度。即使探头201和探头202之间的间隔器260由电磁波透射材料制成，发射天线辐射出的微波也可能被间隔器反射并被接收天线接收，从而产生取决于材料的噪声。如上所述，可以通过将间隔器260与天线间隔开来降低噪声。这种“通过将间隔器260与天线分隔开来降低噪声的效果”不会在除了使用测量天线之间的传播延迟时间的方法的水分传感器之外的水分传感器中产生。正是因为是使用了如本技术这样的测量天线之间的传播延迟时间的方法的水分传感器，才会产生这种效果。
[0097]
此外，如图3所示，间隔器260的外边缘在探头对(201和202)之间延伸，并且在天线部分(210和220)附近具有弧形。弧形而非直线的外边缘形状可进一步降低由于天线辐射出的微波被间隔器260反射并被接收天线接收所产生的噪声。这种“由弧形间隔器260降低噪声的效果”不会在除了使用测量天线之间的传播延迟时间的方法的水分传感器之外的水分传感器中产生。正是因为是使用了测量天线之间的传播延迟时间的方法的水分传感器，才会产生这种效果。
[0098]
[天线部分的配置示例]
[0099]
图4示出了根据本公开内容的第一实施方式的天线部分210的示例和等效电路。图4中的a是天线部分210的放大视图。图4中的b是天线部分210的等效电路示例。
[0100]
嵌入探头201中的线缆3080(同轴线缆等)包括芯线部分211和屏蔽部分212。线缆
的厚度和长度没有特别的限制，并且可以设置为任何厚度和长度。如图4中的a所示，芯线部分211配置有铜线，屏蔽部分212配置有铜管。屏蔽部分212可以配置有铜丝网。
[0101]
围绕线缆3080(同轴线缆等)尖端的部分被开口，并且电极部分213附接到该开口上。相应地，探头201和探头202的天线部分210用作长度约为4至10毫米(mm)的微偶极天线。开口具有例如，正方形、圆形、椭圆形或椭圆的开口形状。根据所要使用的电磁波的波长，可以适当地设置开口的长轴。
[0102]
此外，如图4中b所示，天线部分210的等效电路表示为电阻511与边缘电容512和边缘电容513并联的电路。边缘电容512的电容值是对应于同轴线缆中分散的材料的介电常数εc的值。边缘电容513的电容值是对应于围绕电极513分散的材料的介电常数ε*的值。
[0103]
当电信号被发送到探头201和探头202的其中之一时，信号的一部分在探头的端部被反射，并且因此电信号在同轴线缆中往复。在该电信号中，输入信号中的波被设为“入射波”，该入射波反射后得到的波被设为“反射波”。
[0104]
构想一个在没有外壳225的情况下的比较示例。在这个比较示例中，电信号在同轴线缆中往复所需的往复延迟时间由介质的温度和介电常数ε*改变。
[0105]
由于同轴线缆随着温度的升高而热膨胀，因此延迟时间增大。当介质的介电常数ε*发生变化时，边缘电容512根据该值发生变化，且反射系数的脉冲响应的峰值时间发生变化。在这种情况下，反射系数是入射波和反射波的复合振幅之比。
[0106]
图5是示出根据本实施方式的反射系数的脉冲响应波形的示例的图表。在图5中，纵轴表示反射系数的脉冲响应，横轴表示时间。实线曲线表示介质为空气时的脉冲响应波形，虚线曲线表示介质为水时的脉冲响应波形。如图5所示，脉冲响应的峰值没有波动。因此，往复延迟时间能够以较高的精度被计算。
[0107]
图6是示出根据本公开内容的第一实施方式的测量单元300的配置示例的框图。测量单元300包括定向耦合器310、发射器320、入射波接收器330、反射波接收器340、透射波接收器350、通信单元360和控制器370。例如，矢量网络分析仪被用作测量单元300。
[0108]
定向耦合器310将通过线缆308传输的电信号分离为入射波和反射波。入射波是从发射器320发射的电信号的波，反射波是入射波在探头201的端部处的反射而获得的。定向耦合器310向入射波接收器330提供入射波，并向反射波接收器340提供反射波。
[0109]
发射器320适于将预定频率的电信号作为发射信号经由定向耦合器310和线缆308发射到探头201。例如，作为发射信号中的入射波，使用连续波(cw)。发射器320在1至9千兆赫(ghz)的频带内以50兆赫(mhz)的步进顺序地切换频率并发送发射信号。
[0110]
入射波接收器330接收来自定向耦合器310的入射波。反射波接收器340接收来自定向耦合器310的反射波。透射波接收器350接收来自探头202的透射波。在这种情况下，通过将透射通过探头201和探头202之间的介质的电磁波由探头202转换为电信号来获得透射波。
[0111]
入射波接收器330、反射波接收器340和透射波接收器350对所接收的入射波、反射波和透射波执行正交检测和ad(模数)转换，并将合成波作为接收数据提供给控制器370。
[0112]
入射波接收器330、反射波接收器340和透射波接收器350是权利要求中的接收器的示例。
[0113]
控制器370控制发射器320发送包括有入射波的发射信号，并执行用于确定反射系
数和透射效率的处理。如上所述，控制器370控制第一切换单元112、第二切换单元114和第三切换单元116。如上所述，反射系数是入射波和反射波的复合振幅之比。透射系数是入射波与透射波的复合振幅之比。控制器370向通信单元360提供所确定的反射系数和透射系数。
[0114]
通信单元360通过信号线409将表示反射系数和透射系数的数据作为测量数据发送给信号处理单元400。
[0115]
[定向耦合器的配置示例]
[0116]
图7示出了根据本公开内容的第一实施方式的定向耦合器310的配置示例。定向耦合器310包括传输线311、312和313以及终端电阻314和315。定向耦合器310可以被实现为，例如，适于小型化的桥式耦合器。
[0117]
传输线311的一端连接到发射器320，另一端通过线缆308连接到探头201。传输线312比传输线311短，并且是通过电磁场耦合而被耦合到传输线311的线路。传输线312的一端连接到终端电阻314，另一端连接到反射波接收器340。传输线313比传输线311短，并且是通过电磁场耦合而被耦合到传输线311的线路。传输线313的一端连接到终端电阻315，另一端连接到入射波接收器330。
[0118]
在前述配置中，定向耦合器310将电信号分离为入射波和反射波，并将入射波和反射波提供给入射波接收器330和反射波接收器340。
[0119]
[发射器和接收器的配置示例]
[0120]
图8是表示根据本实施方式的发射器320和接收器的配置示例的电路图。在图8中，a是表示发射器320的配置示例的电路图，b是表示入射波接收器330的配置示例的电路图。图8中，c是表示反射波接收器340的配置示例的电路图，d是表示透射波接收器350的配置示例的电路图。
[0121]
如图8中的a所示，发射器320包括发射信号振荡器322和驱动器321。
[0122]
发射信号振荡器322适于在控制器370的控制下产生作为发射信号的电信号。驱动器321适于将发射信号输出到定向耦合器310。例如，发射信号s(t)用以下公式表示：
[0123]
s(t)＝|a|cos(2πft+θ)
[0124]
上式中，t表示时间，单位例如为纳秒(ns)。|a|表示发射信号的幅度。cos()表示余弦函数。f表示频率，单位例如为赫兹(hz)。θ表示相位，单位例如是，弧度(rad)。
[0125]
如图8中的b所示，入射波接收器330包括混频器331、带通滤波器332、模数转换器333。
[0126]
混频器331通过将具有90度相位差的两个本地信号和发射信号混合来执行正交检测。通过正交检测获得由同相分量ii和正交分量qi组成的复合振幅。这些同相分量ii和正交分量qi由以下公式表示：混频器331通过带通滤波器332向模数转换器333提供复合振幅。
[0127]
ii＝|a|cos(θ)
[0128]
qi＝|a|sin(θ)
[0129]
在上述公式中，sin()表示正弦函数。
[0130]
带通滤波器332使预定频带的分量通过。模数转换器333执行ad转换。模数转换器333根据ad转换生成表示复合振幅的数据，并将该数据作为接收数据提供给控制器370。
[0131]
如图8中的c所示，反射波接收器340包括混频器341、带通滤波器342和模数转换器
343。混频器341、带通滤波器342和模数转换器343的配置与混频器331、带通滤波器332和模数转换器333的配置相同。反射波接收器340对反射波执行正交检测以获取由同相分量ir和正交分量qr组成的复合振幅，并向控制器370提供表示复合振幅的接收数据。
[0132]
如图8中的d所示，透射波接收器350包括接收器351、本地信号振荡器352、混频器353、带通滤波器354和模数转换器355。混频器353、带通滤波器354和模数转换器355的配置与混频器331、带通滤波器332和模数转换器333的配置相同。
[0133]
接收器351通过线缆309接收包含透射波的电信号，并将透射波输出到混频器353。本地信号振器352产生相位差为90度的两个本地信号。
[0134]
透射波接收器350对透射波执行正交检测以获取由同相分量it和正交分量qt组成的复合振幅，并将表示该复合振幅的数据作为接收数据提供给控制器370。
[0135]
如果发射器320和接收器(入射波接收器330等)的电路能够发射和接收入射波等，则不限于图8所示的电路。
[0136]
[控制器的配置示例]
[0137]
图9是示出根据本公开内容的第一实施方式的控制器370的配置示例的框图。控制器370包括发送控制器371、反射系数计算单元372、透射系数计算单元373和切换单元374。
[0138]
发送控制器371控制发射器320发送发射信号。
[0139]
反射系数计算单元372针对每个频率计算反射系数γ。反射系数计算单元372接收来自入射波接收器330和反射波接收器340的入射波和反射波的复合振幅，并根据以下公式计算出这些复合振幅之间的比值作为反射系数γ’：
[0140]
γ
′
＝(ir+jqr)/(ii+jqi)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0141]
在上式中，j是虚数单位。
[0142]
反射系数计算单元372根据公式1计算关于n个(n为整数)频率f1到fn的反射系数。这些n个反射系数标记为γ1到γn。反射系数计算单元372向通信单元360提供反射系数。
[0143]
透射系数计算单元373针对每个频率计算透射系数t’。透射系数计算单元373从入射波接收器330和透射波接收器350接收入射波和透射波的复合振幅，并根据以下公式计算出这些复合振幅之间的比值作为透射系数t’：
[0144]
t
′
＝(it+jqt)/(ii+jqi)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0145]
透射系数计算单元373根据公式2计算关于n个频率f1到fn的透射系数。这些n个反射系数标记为t’1到t’n。透射系数计算单元373通过通信单元360向信号处理单元400提供透射系数。
[0146]
当测量介质中所含的水量时，切换单元374执行控制以将第一切换单元112和第二切换单元114之间的电连接切换到探头201和探头202之间的电连接。当测量校准系数时，切换单元374执行控制以按预定顺序将第一切换单元112和第二切换单元114之间的电连接切换到校准标准器100。此外，当测量校准系数时，切换单元374执行控制，以按预定顺序将第三切换单元116的电连接切换到第一端子100s、第二端子100o、第三端子100l和第四端子100t。
[0147]
[信号处理单元的配置示例]
[0148]
图10是示出根据本公开内容的第一实施方式的信号处理单元400的配置示例的框图。信号处理单元400包括校准系数计算单元405、通信单元410、校准单元415、往复延迟时
间计算单元420、传播传输时间计算单元430、水分测量单元440和系数存储单元450。
[0149]
校准系数计算单元405根据例如solt(short-open-load-thru)校准计算校准系数(ed、erx、es、ex、et)。后面将具体描述校准系数(ed、erx、es、ex、et)的计算方法。校准系数计算单元405向系数存储单元450提供计算出的校准系数(ed、erx、es、ex、et)。
[0150]
通信单元410接收来自测量单元300的测量数据。通信单元410向校准单元415提供测量数据中的反射系数γ’1到γ’n和透射系数t’1到t’n。
[0151]
校准单元415根据存储在系数存储单元450中的校准系数(ed、erx、es、ex、et)，将校准后的反射系数γ1到γn提供给往复延迟时间计算单元420，并将校准后的透射系数t1到tn提供给传播传输时间计算单元430。
[0152]
往复延迟时间计算单元420根据反射系数计算线缆308中的电信号的往复时间作为往复延迟时间。往复延迟时间计算单元420通过对反射系数γ1到γn执行傅里叶逆变换来确定脉冲响应hγ(t)。然后往复延迟时间计算单元420确定脉冲响应hγ(t)的峰值时刻与cw波发送时刻之间的时间差作为往复延迟时间τ11，并将往复延迟时间τ11提供给水分测量单元440。
[0153]
传播传输时间计算单元430根据透射系数计算电磁波和电信号通过介质及线缆308和309传播和传输的时间作为传播传输时间。传播传输时间计算单元430通过对透射系数t1到tn执行傅里叶逆变换来确定脉冲响应ht(t)。然后传播传输时间计算单元430确定脉冲响应ht(t)的峰值时刻与cw波发送时刻的时间差作为传播传输时间τ21，并将传播传输时间τ21提供给水分测量单元440。
[0154]
水分测量单元440根据往复延迟时间τ11和传播传输时间τ21测量水量。首先，水分测量单元440根据往复延迟时间τ11和传播传输时间τ21计算出传播延迟时间τd。在这种情况下，传播延迟时间是电磁波传播通过探头201和探头202之间的介质所花费的时间。传播延迟时间τd由下式计算：
[0155]
τd＝τ21-τ11
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0156]
在上式中，往复延迟时间τ11、传播传输时间τ21和传播延迟时间τd的单位例如为纳秒(ns)。
[0157]
然后，水分测量单元440从系数存储单元450中读取表示水量与传播延迟时间τd之间关系的系数a和b，并将由公式3计算的传播延迟时间τd代入下式，从而测量水量x。此外，水分测量单元440根据需要将测量的水量输出到外部设备或装置。
[0158]
τd＝a
·
x+b
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0159]
在上面的公式中，水量x的单位例如是体积百分比(％)。
[0160]
系数存储单元450存储校准系数(ed、erx、es、ex、et)和系数a和b。非易失性存储器用作系数存储单元450。
[0161]
图11是根据本公开内容的第一实施方式的电磁波和电信号的传播路径和传输路径的解释图。
[0162]
如上所述，发射器320将包括入射波的电信号作为发射信号通过尖端嵌入在探头201中的线缆308发送到探头201。
[0163]
入射波在探头201的端部反射，并且反射波被反射波接收器340接收。因此，包括入射波和反射波的电信号在线缆308中往复。在图11中，粗实线的箭头表示线缆308中电信号
的往复路径。电信号在路径上往复所花费的时间对应于往复延迟时间τ11。
[0164]
此外，包括入射波的电信号被探头201转换为电磁波ew，并且电磁波ew穿过(换句话说，传播通过)探头201和探头202之间的介质。探头202将电磁波ew转换为电信号。透射波接收器350通过线缆309接收电信号中的透射波。换句话说，包括入射波的电信号通过线缆308传输，被转换为电磁波ew，传播通过介质，被转换为包括透射波的电信号，并通过线缆309传输。图11中粗虚线的箭头表示电磁波和电信号(入射波和透射波)通过介质和线缆308和309传播和传输的路径。电磁波和电信号在路径上传播和传输所花费的时间对应于传播传输时间τ21。
[0165]
测量单元300中的控制器370根据公式1和公式2确定反射系数γ和透射系数t。然后信号处理单元400根据反射系数γ和透射系数t确定往复延迟时间τ11和传播传输时间τ21。
[0166]
在这种情况下，从入射波的发送到透射波的接收的路径包括介质和线缆308和309。因此，电磁波传播通过介质所花费的传播延迟时间τd由传播传输时间τ21与电信号传输通过线缆308和309所花费的延迟时间之间的差值确定。假设线缆308和线缆309的长度相同，传输通过线缆308所花费的延迟时间和传输通过线缆309所花费的延迟时间彼此相等。在这种情况下，电信号传输通过线缆308和309所花费的延迟时间之和等于电信号通过线缆308往复所花费的往复延迟时间τ11。由此建立公式3，信号处理单元400可根据公式3计算传播延迟时间τd。
[0167]
然后信号处理单元400根据确定的往复延迟时间τ11和传播传输时间τ21计算传播传输时间，并根据传播传输时间和系数a和b执行处理以测量介质中所含水量。
[0168]
图12是示出根据本公开内容的第一实施方式的反射系数的脉冲响应波形示例的图表。在图12中，纵轴表示反射系数的脉冲响应，横轴表示时间。
[0169]
假设制备四种不同含水量的丰浦(toyoura)标准砂作为介质，并且测量装置100确定反射系数的脉冲响应。水量分别为0.0％、10.1％、19.7％和32.9％体积百分比(％)。
[0170]
从图12可以看出，即使水量变化，反射系数的峰值也不波动。换句话说，往复延迟时间保持不变。这是因为如上所述那样探头201和探头202被外壳225隔离。
[0171]
图13是示出根据本公开内容的第一实施方式的透射系数的脉冲响应波形的示例的图表。在图13中，纵轴表示透射系数的脉冲响应，横轴表示时间。在图13中，待测量的介质为图12所示的四种丰浦(toyoura)标准砂。
[0172]
从图13可以看出，，透射系数的峰值的时刻随水量的增加而被延迟。因此，传播传输延迟时间随水量的增加而增加。
[0173]
图14是显示根据本公开内容的第一实施方式的往复延迟时间和传播传输时间与水量之间关系的示例的图表。图14中，纵轴表示往复延迟时间或传播传输时间，横轴表示水量。
[0174]
在图14中，虚线表示由图12得到的往复延迟时间与水量之间的关系。在图14中，实线表示了由图13得到的传播传输时间与水量之间的关系。从图14可以看出，往复延迟时间是与水量无关的常量。传播传输延迟时间随水量的增加而增加。
[0175]
图15是显示根据本公开内容的第一实施方式的传播延迟时间和水量之间的关系的示例的图表。在图15中，纵轴表示传播延迟时间，横轴表示水量。在图15中，通过确定图14
中每个水量的传播传输时间与往复延迟时间的差值，可以得到一条直线。
[0176]
从图15可以看出，传播延迟时间随着水量的增加而增加，两者成正比。依此关系建立公式4。公式4中的系数a为图15中直线的斜率，系数b为截距。
[0177]
[校准系数的测量操作示例]
[0178]
图16是显示校准系数(ed、erx、es、ex、et)的测量操作示例的流程图。在本实施方式中，作为校准标准器数据，第三切换单元116的电连接在发货时依次被切换到第一端子100s、第二端子100o、第三端子100l和第四端子100t(见图2)，并已经测量各端子的反射特性γs、γo和γl以及透射特性tt。
[0179]
首先，校准系数计算单元405通过通信单元410和通信单元360向控制器370输出校准启动信号。控制器370按照图16的处理顺序执行处理。
[0180]
第一切换单元112将电连接切换到校准标准器100(步骤s100)。此后，第三切换单元116将电连接切换到第一端子100s(步骤s102)。随后，发射器320向校准标准器100发送入射波，反射系数计算单元372将第一端子100s的反射系数作为反射特性s11ms存储在系数存储单元450中。
[0181]
然后，第三切换单元116将电连接切换到第二端子100o(步骤s104)。随后，发射器320向校准标准器100发送入射波，并且反射系数计算单元372将第二端子100o的反射系数作为反射特性s11mo存储在系数存储单元450中。
[0182]
然后，第三切换单元116将电连接切换到第三端子100l(步骤s106)。随后，发射器320向校准标准器100发送入射波，并且反射系数计算单元372将第三端子100l的反射系数作为反射特性s11ml存储在系数存储单元450中。透射系数计算单元373将第三端子100l的透射系数作为透射特性s21ml存储在系数存储单元450中。
[0183]
然后，第三切换单元116将电连接切换到第四端子100t，并且第二切换单元114将电连接切换到校准标准器100(步骤s108)。随后，发射器320向校准标准器100发送入射波，反射系数计算单元372将第四端子100t的反射系数作为反射特性s11mt存储在系数存储单元450中。透射系数计算单元373将第四端子100t的透射系数作为透射特性s21mt存储在系数存储单元450中。
[0184]
[数学公式1]
[0185][0186]
[数学公式2]
[0187]
ex＝s21ml
ꢀꢀꢀ
式(6)
[0188]
[数学公式3]
[0189][0190]
[数学公式4]
[0191]
[0192]
校准系数计算单元405根据例如公式(5)至公式(8)计算校准系数(ed、erx、es、ex、et)，并将校准系数存储在系数存储单元450中(步骤s110)。
[0193]
然后校准系数计算单元405通过通信单元410和通信单元360向控制器370输出校准终止信号。第一切换单元112将电连接切换到探头201，第二切换单元114将电连接切换到探头202，此举终止校准系数的测量操作(步骤s112)。
[0194]
[测量装置的测量操作示例]
[0195]
图17是显示根据本公开内容的第一实施方式的测量装置1的操作示例的流程图。例如，当执行用于测量水量的预定应用时，开始图17中的操作。
[0196]
一对探头201和202发送和接收电磁波(步骤s200)。测量单元300根据入射波和反射波计算反射系数(步骤s202)，并根据入射波和透射波计算透射系数(步骤s204)。
[0197]
随后，信号处理单元400校准反射系数(步骤s206)并校准透射系数(s208)。然后信号处理单元400从校准的反射系数计算往复延迟时间(步骤s208)，并从校准的透射系数计算传播传输时间(步骤s210)。随后，信号处理单元400根据往复延迟时间和传播传输时间计算传播延迟时间(步骤s212)，并根据传播延迟时间和系数a和b计算水量(步骤s214)。步骤s214之后，测量装置100结束测量操作。
[0198]
图18示出了作为比较示例的测量装置1a的配置示例。如图18所示，测量装置1a中没有设置校准标准器100。因此，在测量装置1a中，校准系数在工厂发货时被计算。
[0199]
但是，线缆308和309的长度会因温度变化等原因而改变。因此，发货时的校准系数(ed、erx、es、ex、et)可能无法对温度变化等执行适当的校准，这会增加真实值和测量值基于校准系数(ed、erx、es、ex、et)获得的校准值之间的误差，并降低水量的测量精度。此外，在测量装置1a中，在校准标准器100的测量和水量的测量过程中，线缆308和309的形状可能会发生变化。这也可能会增加真实值和测量值基于校准系数(ed、erx、es、ex、et)获得的校准值之间的误差，并降低水量的测量精度。
[0200]
但是，测量装置1可以在测量前在适当的时间计算校准系数(ed、erx、es、ex、et)。因此，即使线缆308和309的长度因温度变化等原因而改变，也可以在变化时获得校准系数(ed、erx、es、ex、et)。与校准系数(ed、erx、es、ex、et)为固定值的情况相比，可提高水量的测量精度。此外，在根据本实施方式的测量装置1中，即使在测量水量期间，探头201和探头202以及校准标准器100也被固定为具有预定的位置关系，从而抑制了线缆308和309在测量水量和测量校准系数期间的形状变化。与通过可移动校准标准器100测量的校准系数(ed、erx、es、ex、et)相比，可提高水量的测量精度。
[0201]
如上所述，根据本实施方式，测量装置1包括校准标准器100，即使在测量水量时，校准标准器100也被固定为与探头201和探头202具有预定的位置关系，并且在不测量水量时，校准标准器100可以电连接到第一连接线缆308和第二连接线缆309。因此，即使线缆308和309的长度因温度变化等原因而改变，也可以在变化时获得校准系数(ed、erx、es、ex、et)。探头201、探头202和校准标准器100即使在测量水量期间也被固定为具有预定的位置关系，从而抑制了线缆308和309在测量水量和测量校准系数期间形状的变化。与校准系数(ed、erx、es、ex、et)为固定值的情况相比，可提高水量的测量精度。
[0202]
(第二实施方式)
[0203]
根据第一实施方式的测量装置1被配置成使得第一切换单元112和第二切换单元
114与校准标准器100分开。根据第二实施方式的测量装置1与第一实施方式不同之处在于：第一切换单元112和第二切换单元114集成在校准标准器100a中。下面将描述与根据第一实施方式的测量装置1之间的区别。
[0204]
图19示出了根据第二实施方式的测量装置1的配置示例。如图19所示，根据第二实施方式的测量装置1包括校准标准器100a。
[0205]
图20示出了根据第二实施方式的校准标准器100a的配置示例。如图20所示，根据第二实施方式的校准标准器100a包括第一切换单元112a、第二切换单元114a，以及短路、开路、负载和直通四种标准器。此外，校准标准器100包括用于连接短路标准器的第一端子100s，用于连接开路标准器的第二端子100o，用于连接无反射终端(负载标准器)的第三端子100l，用于将第一连接线缆308和第二连接线缆309直接连接的第四端子100ta和100tb，用于连接第一连接线缆3080的第五端子100pa，以及用于连接到第二线缆3090的第六端子100pb。第一切换单元112a、第二切换单元114a和四种标准器因此被配置在同一外壳中，从而进一步抑制了包括湿度在内的外部环境的影响。而且，可以消除对配置第三切换单元116的需要。
[0206]
图21是显示根据第二实施方式的校准系数(ed、erx、es、ex、et)的测量操作示例的流程图。在本实施方式中，作为校准标准器数据，第三切换单元116的电连接在发货时依次切换到第一端子100s、第二端子100o、第三端子100l和第四端子100t(见图2)，并且已经测量各端子的反射特性γs、γo和γl以及透射特性tt。
[0207]
第一切换单元112a将电连接切换到第一端子100s(步骤s302)。随后，发射器320将入射波发送到校准标准器100a，并且反射系数计算单元372将第一端子100s的反射系数作为反射特性s11ms存储在系数存储单元450中。
[0208]
第一切换单元112a将电连接切换到第二端子100o(步骤s304)。随后，发射器320向校准标准器100a发送入射波，并且反射系数计算单元372将第二端子100o的反射系数作为反射特性s11mt存储在系数存储单元450中。
[0209]
然后，第一切换单元112a将电连接切换到第三端子100l(步骤s306)。随后，发射器320向校准标准器100a发送入射波，并且反射系数计算单元372将第三端子100l的反射系数作为反射特性s11ml存储在系数存储单元450中。透射系数计算单元373将第三端子100l的透射系数作为透射特性s21ml存储在系数存储单元450中。
[0210]
然后，第一切换单元112a将电连接切换到第四端子100ta，并且第二切换单元114a将电连接切换到第四端子100tb(步骤s308)。随后，发射器320向校准标准器100a发送入射波，并且反射系数计算单元372将第四端子100t的反射系数作为反射特性s11mt存储在系数存储单元450中。透射系数计算单元373将第四端子100t的透射系数作为透射特性s21mt存储在系数存储单元450中。
[0211]
然后，校准系数计算单元405根据例如公式(5)至公式(8)计算校准系数(ed、erx、es、ex、et)，并将校准系数存储在系数存储单元450中(步骤s310)。
[0212]
然后校准系数计算单元405通过通信单元410和通信单元360将校准终止信号输出到控制器370。第一切换单元112将电连接切换到探头201，并且第一切换单元112a和第二切换单元114a将电连接切换到探头202，此举终止校准系数的测量操作(步骤s312)。
[0213]
如上所述，根据本实施方式，在校准标准器100a中配置第一切换单元112和第二切
换单元114。这可以进一步抑制包括湿度的外部环境的影响。此外，可以消除对配置第三切换单元116的需要。
[0214]
(第三实施方式)
[0215]
根据第三实施方式的测量装置1与根据第二实施方式的测量装置1的不同之处在于：校准标准器100具有对称配置。下面将描述与根据第二实施方式的测量装置1之间的区别。
[0216]
图22示出了根据第三实施方式的校准标准器100b的配置示例。如图20所示，根据第二实施方式的校准标准器100b包括第一切换单元112b、第二切换单元114b，以及短路、开路、负载和直通四种标准器。此外，校准标准器100包括用于连接开路标准器的第一端子100sa和100sb，用于连接短路标准器的第二端子100oa和100ob，用于连接无反射终端(负载标准器)的第三端子100la和100lb，用于将第一连接线缆308和第二连接线缆309直接连接的第四端子100ta和100tb，用于连接第一线缆3080的第五端子100pa，以及用于连接第二线缆3090的第六端子100pb。具有对称配置的校准标准器100a可提高校准系数(ed、erx、es、ex、et)的计算精度。与根据第二实施方式的校准标准器100a相同，第一切换单元112a、第二切换单元114a和四种标准器配置在相同外壳中，从而进一步抑制包括湿度在内的外部环境的影响。
[0217]
图23是显示根据第三实施方式的校准系数(ed、erx、es、ex、et)的测量操作示例的流程图。在本实施方式中，作为校准标准器数据，第三切换单元116的电连接在发货时依次切换到第一端子100s、第二端子100o、第三端子100l和第四端子100t(见图2)，并已经测量各端子的反射特性γs、γo和γl以及发射特性tt。
[0218]
第一切换单元112b和第二切换单元114b将电连接切换到第一端子100sa和100sb(步骤s302)。随后，发射器320将入射波传输到发送标准器100b，并且反射系数计算单元372将第一端子100s的反射系数作为反射特性s11ms存储在系数存储单元450中。
[0219]
然后，第一切换单元112b和第二切换单元114ba将电连接切换到第二端子100oa和100ob(步骤s404)。随后，发射器320向校准标准器100b发送入射波，并且反射系数计算单元372将第二端子100o的反射系数作为反射特性s11mt存储在系数存储单元450中。
[0220]
然后，第一切换单元112b和第二切换单元114ba将电连接切换到第三端子100la和100lb(步骤s406)。随后，发射器320向校准标准器100b发送入射波，并且反射系数计算单元372将第三端子100l的反射系数作为反射特性s11ml存储在系数存储单元450中。透射系数计算单元373将第三端子100l的透射系数作为透射特性s21ml存储在系数存储单元450中。
[0221]
然后，第一切换单元112b和第二切换单元114ba将电连接切换到第四端子100ta和100tb(步骤s308)。随后，发射器320向校准标准器100b发送入射波，并且反射系数计算单元372将第四端子100t的反射系数作为反射特性s11mt存储在系数存储单元450中。透射系数计算单元373将第四端子100t的透射系数作为透射特性s21mt存储在系数存储单元450中。
[0222]
然后，校准系数计算单元405根据例如公式(5)至公式(8)计算校准系数(ed、erx、es、ex、et)，并将校准系数存储在系数存储单元450中(步骤s310)。
[0223]
然后校准系数计算单元405通过通信单元410和通信单元360将校准终止信号输出到控制器370。第一切换单元112b和第二切换单元114ba将电连接切换到探头201和202，此举终止校准系数的测量操作(步骤s412)。
[0224]
如上所述，根据本实施方式，校准标准器100a被对称配置。因此，采用通过对称配置的校准标准器100a可提高校准系数(ed、erx、es、ex、et)的计算精度。
[0225]
(第四实施方式)
[0226]
根据第四实施方式的测量装置1与根据第一实施方式的固态成像装置1的不同之处在于：在不同的外壳中设置多个传感器装置2和信号处理装置4。下面将描述与根据第一实施方式的固态成像装置1之间的区别。
[0227]
图24示出了根据第四实施方式的测量装置1的配置示例。如图24所示，根据第四实施方式的测量装置1包括多个传感器装置2和单个信号处理装置4。
[0228]
信号处理装置4包括测量单元300a和信号处理单元400。测量单元300a包括切换元件3000，切换元件3000可电性地切换和多个传感器装置2之间的连接。切换元件3000在信号处理单元400的控制下，切换电连接到每个传感器装置2切换。因此，可以计算校准系数(ed、erx、es、ex、et)，并可以针对每个传感器装置2执行测量操作。
[0229]
如图24所示，多个传感器装置2和单个信号处理装置4被配置在不同的外壳中。因此，测量装置1可以配置有扩展线缆308、309和310。这样可以将信号处理装置4定位到比探头201和202更远的地方。但是，随着线缆308和309的延伸，校准系数(ed、erx、es、ex、et)的误差会随着温度的变化而增大。但是，测量装置1可以正确计算每个传感器装置2的校准系数(ed、erx、es、ex、et)。因此，即使延长线缆308、309和310，也可以提高水量的测量精度。
[0230]
如上所述，根据本实施方式，在不同的外壳中配置多个传感器装置2和单个信号处理装置4。因此，信号处理装置4可以布置在比探头201和202更远的地方。此外，可以正确计算每个传感器装置2的校准系数(ed、erx、es、ex、et)。因此，即使延长线缆308、309和310，也可以提高水量的测量精度。
[0231]
(第五实施方式)
[0232]
根据第五实施方式的测量装置1与根据第四实施方式的测量装置1的不同之处在于：其可以执行无线通信。下面将描述与根据第四实施方式的测量装置1之间的区别。
[0233]
图25示出了根据第五实施方式的测量装置1的配置示例。如图25所示，根据第四实施方式的测量装置1包括多个传感器装置2和单个信号处理装置4。
[0234]
如图25所示，信号处理装置4与根据第四实施方式的信号处理装置4的不同之处在于进一步设置天线500，并且通信单元410(见图10)可以执行无线通信。通过这种配置，可以将每个传感器装置2的校准系数(ed、erx、es、ex、et)等存储在云数据库4000中。因此，可以通过云数据库4000为每个传感器装置2管理校准系数(ed、erx、es、ex、et)等。这允许云数据库4000监视多个传感器装置2的状态。此外，可以减少系数存储单元450(见图10)的存储容量。云数据库4000可具有信号处理单元的功能。这样可以进一步简化信号处理装置4的配置。
[0235]
如上所述，根据本实施方式，信号处理装置4配置为与云数据库4000无线通信。通过这种配置，可以将每个传感器装置2的校准系数(ed、erx、es、ex、et)等存储在云数据库4000中。因此，可以通过云数据库4000为每个传感器装置2管理校准系数(ed、erx、es、ex、et)等。
[0236]
本公开内容可配置如下：
[0237]
(1)一种用于测量介质中所含水量的测量装置，所述测量装置包括：
[0238]
嵌入有能够电连接到第一连接线缆的第一线缆的第一探头；
[0239]
嵌入有能够电连接到第二连接线缆的第二线缆的第二探头；以及
[0240]
用于对所述测量进行校准的标准器，所述标准器被固定为即使在所述测量时也与第一探头和第二探头具有预定位置关系，且在不执行所述测量时能够电连接至所述第一连接线缆和所述第二连接线缆。
[0241]
(2)根据(1)所述的测量装置，，还包括切换单元，所述切换单元切换所述第一连接线缆与所述第一探头或所述标准器之间的连接，并且切换所述第二连接线缆与所述第二探头或所述标准器之间的连接。
[0242]
(3)根据(2)所述的测量装置，其中切换单元具有：
[0243]
第一切换单元，所述第一切换单元用于切换所述第一连接线缆和所述第一探头或所述标准器之间的连接；以及
[0244]
第二切换单元，所述第二切换单元用于切换所述第二连接线缆和所述第二探头或所述标准器之间的连接。
[0245]
(4)根据(3)所述的测量装置，其中所述标准器包括开路标准器、短路标准器和无反射终端，并进一步具有连接至所述开路标准器的第一端子、连接至所述短路标准器的第二端子、连接至所述无反射终端的第三端子，以及将所述第一连接线缆和所述第二连接线缆直接连接的一个第四端子和另一个第四端子。
[0246]
(5)根据(4)所述的测量装置，其中所述第一切换单元切换第一连接线缆与所述第一探头、第一端子至第三端子以及所述一个第四端子中的任一者之间的连接，并且所述第二切换单元切换所述第二连接线缆和第二探头或所述另一个第四端子之间的连接。
[0247]
(6)根据(4)或(5)所述的测量装置，其中所述第一探头、所述第二探头、所述标准器、所述第一切换单元、和所述第二切换单元被配置为在同一壳体中。
[0248]
(7)根据(6)所述的测量装置，其中所述第一切换单元、所述第一端子至所述第四端子、和所述第二切换单元被左右对称地配置。
[0249]
(8)根据(1)到(7)任意一个所述的测量装置，进一步包括：
[0250]
系数计算单元，所述系数计算单元计算经由所述第一线缆发送到所述第一探头的入射波与在所述第一探头处的反射所述入射波而得到的反射波的复合振幅之间的比值以作为反射系数，并且计算所述入射波和透射通过所述第一探头与所述第二探头之间的介质的透射波的复合振幅之间的比值以作为透射系数；
[0251]
校准单元，所述校准单元基于使用所述标准器所计算的校准系数对所述反射系数和所述透射系数执行校准；以及
[0252]
处理单元，所述处理单元基于所校准的所述反射系数和所校准的所述透射系数来测量所述介质中所含的水量。
[0253]
(9)根据(8)所述的测量装置，其其中所述第一探头、所述第二探头和所述标准器在同一壳体中而被配置为传感器装置。
[0254]
(10)根据(9)所述的测量装置，其中所述系数计算单元、所述校准单元、和所述处理单元在同一壳体中而被配置为信号处理装置。
[0255]
(11)根据(10)所述的测量装置，其中所述传感器装置与所述信号处理装置一体地配置在同一壳体中。
[0256]
(12)根据(10)所述的测量装置，其中所述测量装置和所述信号处理装置被分开地配置在不同的壳体中。
[0257]
(13)根据(10)所述的测量装置，其中多个所述传感器装置与所述信号处理装置连接。
[0258]
(14)根据(13)所述的测量装置，其中所述信号处理装置能够执行无线通信。
[0259]
(15)一种用于测量装置的测量方法，该测量装置包括：
[0260]
嵌入有能够电连接到第一连接线缆的第一线缆的第一探头；
[0261]
嵌入有能够电连接到第二连接线缆的第二线缆的第二探头；以及
[0262]
用于所述测量的校准的标准器，所述标准器即使在所述测量时也与所述第一探头和所述第二探头具有预定位置关系处，且在不执行所述测量时能够电连接至所述第一连接线缆和所述第二连接线缆；
[0263]
所述方法包括：
[0264]
计算步骤，按预定顺序经由所述第一连接线缆将入射波发送到所述标准器，并基于经由所述第二连接线缆依次测量的测量数据来计算校准系数；
[0265]
系数计算步骤，计算经由所述第一线缆发送到所述第一探头的入射波与在所述第一探头处反射所述入射波而得到的反射波的复合振幅之间的比值，以作为反射系数，并且计算所述入射波和透射通过所述第一探头与所述第二探头之间的介质的透射波的复合振幅之间的比值，以作为透射系数；
[0266]
校准步骤，基于所述校准系数对所述反射系数和所述透射系数执行校准；以及
[0267]
处理步骤，基于被校准的所述反射系数和被校准的所述透射系数来测量所述介质中所含水量。
[0268]
本公开内容的各方面不限于上述个别实施方式，也包括了本领域技术人员可以实现的各种修改，并且本公开内容的效果也不限于上述细节。换句话说，可以在不偏离本公开内容的概念思想和要点的情况下执行各种添加、修改和部分删除，这些概念思想和要点可以从权利要求书及其等同物中定义的细节中推导出来。
[0269]
附图标记
[0270]
1测量装置
[0271]
2传感器装置
[0272]
4信号处理装置4
[0273]
201探头
[0274]
202探头
[0275]
100、100a、100b校准标准器
[0276]
112、112a、112b第一切换单元
[0277]
114、114、114b第二切换单元
[0278]
116第三切换单元
[0279]
300测量单元
[0280]
308第一连接线缆
[0281]
309第二连接线缆
[0282]
372反射系数计算单元
[0283]
373透射系数计算单元
[0284]
400信号处理单元
[0285]
415校准单元
[0286]
3080第一线缆
[0287]
3090第二线缆

技术特征：
1.一种用于测量介质中所含水量的测量装置，所述测量装置包括：嵌入有能够电连接到第一连接线缆的第一线缆的第一探头；嵌入有能够电连接到第二连接线缆的第二线缆的第二探头；以及用于对所述测量进行校准的标准器，所述标准器被固定为即使在所述测量时也与第一探头和第二探头具有预定位置关系，且在不执行所述测量时能够电连接至所述第一连接线缆和所述第二连接线缆。2.根据权利要求1所述的测量装置，还包括切换单元，所述切换单元切换所述第一连接线缆与所述第一探头或所述标准器之间的连接，并且切换所述第二连接线缆与所述第二探头或所述标准器之间的连接。3.根据权利要求2所述的测量装置，其中切换单元具有：第一切换单元，所述第一切换单元用于切换所述第一连接线缆和所述第一探头或所述标准器之间的连接；以及第二切换单元，所述第二切换单元用于切换所述第二连接线缆和所述第二探头或所述标准器之间的连接。4.根据权利要求3所述的测量装置，其中所述标准器包括开路标准器、短路标准器和无反射终端，并进一步具有连接至所述开路标准器的第一端子、连接至所述短路标准器的第二端子、连接至所述无反射终端的第三端子，以及将所述第一连接线缆和所述第二连接线缆直接连接的一个第四端子和另一个第四端子。5.根据权利要求4所述的测量装置，其中所述第一切换单元切换第一连接线缆与所述第一探头、第一端子至第三端子以及所述一个第四端子中的任一者之间的连接，并且所述第二切换单元切换所述第二连接线缆和第二探头或所述另一个第四端子之间的连接。6.根据权利要求4所述的测量装置，其中所述第一探头、所述第二探头、所述标准器、所述第一切换单元、和所述第二切换单元被配置为在同一壳体中。7.根据权利要求6所述的测量装置，其中所述第一切换单元、所述第一端子至所述第四端子、和所述第二切换单元被左右对称地配置。8.根据权利要求1所述的测量装置，进一步包括：系数计算单元，所述系数计算单元计算经由所述第一线缆发送到所述第一探头的入射波与在所述第一探头处的反射所述入射波而得到的反射波的复合振幅之间的比值以作为反射系数，并且计算所述入射波和透射通过所述第一探头与所述第二探头之间的介质的透射波的复合振幅之间的比值以作为透射系数；校准单元，所述校准单元基于使用所述标准器所计算的校准系数对所述反射系数和所述透射系数执行校准；以及处理单元，所述处理单元基于所校准的所述反射系数和所校准的所述透射系数来测量所述介质中所含的水量。9.根据权利要求8所述的测量装置，其中所述第一探头、所述第二探头和所述标准器在同一壳体中而被配置为传感器装置。10.根据权利要求9所述的测量装置，其中所述系数计算单元、所述校准单元、和所述处理单元在同一壳体中而被配置为信号处理装置。11.根据权利要求10所述的测量装置，其中所述传感器装置与所述信号处理装置一体
地配置在同一壳体中。12.根据权利要求10所述的测量装置，其中所述测量装置和所述信号处理装置被分开地配置在不同的壳体中。13.根据权利要求10所述的测量装置，其中多个所述传感器装置与所述信号处理装置连接。14.根据权利要求13所述的测量装置，其中所述信号处理装置能够执行无线通信。15.一种测量装置的测量方法，该测量装置包括：嵌入有能够电连接到第一连接线缆的第一线缆的第一探头；嵌入有能够电连接到第二连接线缆的第二线缆的第二探头；以及用于所述测量的校准的标准器，所述标准器即使在所述测量时也与所述第一探头和所述第二探头具有预定位置关系处，且在不执行所述测量时能够电连接至所述第一连接线缆和所述第二连接线缆；所述方法包括：计算步骤，按预定顺序经由所述第一连接线缆将入射波发送到所述标准器，并基于经由所述第二连接线缆依次测量的测量数据来计算校准系数；系数计算步骤，计算经由所述第一线缆发送到所述第一探头的入射波与在所述第一探头处反射所述入射波而得到的反射波的复合振幅之间的比值，以作为反射系数，并且计算所述入射波和透射通过所述第一探头与所述第二探头之间的介质的透射波的复合振幅之间的比值，以作为透射系数；校准步骤，基于所述校准系数对所述反射系数和所述透射系数执行校准；以及处理步骤，基于被校准的所述反射系数和被校准的所述透射系数来测量所述介质中所含水量。

技术总结
本发明提供了即使误差发生变化也能够进行校准的测量装置。本发明是用于测量介质中所含的水量的测量装置(1)，包括：嵌入有可电连接到第一连接线缆(308)的第一线缆(3080)的第一探头(201)、嵌入有可电连接到第二连接线缆(309)的第二线缆(3090)的第二探头(202)、以及用于对所述测量进行校准的标准器(100)，该标准器(100)被固定为即使在所述测量时也与第一探头(201)和第二探头(202)具有预定位置关系，且在不执行所述测量时能够电连接至所述第一连接线缆(308)和所述第二连接线缆(309)。连接线缆(308)和所述第二连接线缆(309)。连接线缆(308)和所述第二连接线缆(309)。


技术研发人员：饭田幸生 山田笃 市原卓哉 大石峻裕 广井聪幸
受保护的技术使用者：索尼集团公司
技术研发日：2021.12.16
技术公布日：2023/9/9