電波技術

※出展：総務省HPを参照に編集

弊社は、5.8GHzパルス方式のマイクロ波レベル計の開発から始まり、次に26GHzマイクロ波レベル計へと進化させ、現在では79GHzFM-CW方式のミリ波レベル計へと発展させてきました。

これらの製品は、電波技術と使った最新鋭のレベル計測機器です。
そこで現在、製造・販売しているレーダー式ミリ波レベル計の原理や性能について、簡単に紹介します。

レーダー式ミリ波レベル計は、W-band（77～81GHz帯）のミリ波を、一定の周期で周波数変調させながら連続的に発信する、「FMCW（Frequency Modulated Continuous Wave：周波数変調連続波）方式」を採用しています。

送信されたミリ波は、測定対象である原料の表面で反射し、レベル計に戻ります。このとき、反射波は送信時と比べてわずかな周波数のずれ（ビート周波数）が生じます。レベル計は、この周波数差と送信波の変調周期の関係から電波の往復時間を算出し、レベル計から測定物までの距離として出力しています。

ミリ波レベル計は、80GHz帯のミリ波と、レンズアンテナを採用することで電波の広がりを、4°にまで絞り込んでいます。下記データは、周波数別の放射角広がりを検証したデータであり、どの周波数帯域でも4°未満の広がりとなっています。

レベル計を導入する際に多くのお客様が気にされるのが、「どれだけ正確に測れるのか」という”測定精度”です。設備を安定運転し、ムダな管理を省くためには、信頼できるレベル計が欠かせません。

当社のミリ波レベル計は、このお客様の声にお応えし、±3mmという高精度を実現しました。

製造工場では、小型タンクから大型サイロが数多く存在します。測定距離が短いと使用できる現場に限界が出てきますが、長距離が測定できることであらゆる現場での利用可能となります。
そこで、弊社では”120ｍ”と言う長距離が測定できるレベル計の開発をおこないました。

ミリ波レベル計（電波式レベル計）は、電波の性質から比誘電率の低い物質を透過することができます。このことから薬液タンクなどの樹脂製タンクの外側にレベル計を設置し、タンクの残量を計測することができます。

電波の特性上、粉じんや蒸気の影響を受けにくいと言われています。それは何故か？について、簡単に説明していきます。
電波（マイクロ波/26G）の波長（約12mm）の4分の1以下の大きさの物質（=3mm以下）を透過する性質があります。そのタンク内で発生する粉じんや蒸気に対しても、透過して原料面を計測することができます。
これは、ミリ波/79GHzも同様で波長（約4mm）の4分の1以下の大きさの物質（=1mm以下）を透過することができます。
透過できる物質のサイズが異なりますので、使用する環境などでどちらの機種を選定するか決めていきます。 

　

マイクロ波レベル計は、ホーンアンテナ構造を採用し、周囲で発生する浮遊粉塵の付着を回避に効果を発揮します。逆にミリ波レベル計にはホーンアンテナではなく、フラットアンテナ（レンズアンテナ）を採用しています。ホーンアンテナの効果は付着防止だけでなく、機器を設置する際の短管（ノズル）の影響やサイロ天板で発生している固着物の放射角への侵入を防ぐなどの効果もあります。また、パージ供給口へパージ用エアーを供給することで、エアーがアンテナ内側の表面を螺旋状に進みアンテナ開口部から排出されます。これによりアンテナ表面への付着を防ぎ、付着した粉じんを効率よく清掃し、安定した計測を可能にします。

　

ミリ波レベル計の機能・特性で記載しているとおり電波を利用したマイクロ波レベル計も同様に比誘電率の低い物質を透過することができます。このことから薬液タンクなどの樹脂製タンクの外側にレベル計を設置し、タンクの残量を計測することができます。

レーダー式ミリ波レベル計は、一定の周期で周波数変調させながら連続的に発信する、「FMCW方式」を採用、マイクロ波レベル計は、TOF方式（パルス方式）を採用しています。信号処理に違いはありますが、どちらの方式が優れているというほどの違いはありません。むしろ、利用している周波数の違いで特性が変わってきます。方式の違いについて、わかりやすく紹介しておりますのでそちらをご確認ください。

その他のコア技術

「こんな用途で計測したい」、
「新たな分野で専用のセンサがない」、
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まずはマツシマメジャテックにご相談ください。

なお、電波技術だけでなく
・摩擦静電気を利用した粉じん計測技術
・アドミタンスを利用したレベル計測技術
も有しており、内容によってはこれらの技術でのご提案も可能です。