センサコラム「食品機械装置2005年1月号」Vol.03

2-4．マイクロ波を利用したレベルセンサの場合

　マイクロ波は、情報伝達（無線、放送、携帯電話など）、熱エネルギー（電子レンジ）、医療（マイロ波治療器、殺菌装置など）など様々な分野で応用されている。マイクロ波と前述の超音波の間には、波長、振幅、周期、振動数、反射や吸収、ドップラー効果など幾つかの類似点が存在する。しかし、両者の本質的な違いは、その物理現象にある。超音波は音響エネルギーであり、その伝播には気体、液体、固体などの媒体を必要とするため、気体中では減衰しやすく、前述の通りガスやベーパーの影響を受ける。これに比べ、マイクロ波は電磁界振動であるためマイクロ波の伝播には媒体を必要としない。言い換えれば、真空中（負圧）でも伝播することができる、減衰しにくい、ガスやベーパーの影響を受けにくいなどの特性を有している。この特性を応用したものがマイクロウェーブ式レベル計である。マイクロ波を応用したレベル計側には、パルスレーダー方式とＦＭＣＷ方式（連続波周波数変調方式）が使われる。次にこれら方式の特長を簡単に説明する。

2-4-1．パルスレ−ダ方式

　パルスレ−ダ方式はセンサのアンテナから発信されたマイクロウェーブパルスが、測定対象物表面で反射し、反射パルスとして再びアンテナに受信されるまでの往復伝播時間を測定し、測定対象物のレベルに比例した電気信号を取り出すレベル計である。

2-4-2．ＦＭＣＷ方式（連続波周波数変調方式）

　ＦＭＣＷ方式はセンサのアンテナから周波数が連続的に変化するマイクロ波を発信する。ある時間（ｔ０）に発信したマイクロ波（周波数値：ｆ０）は、測定対象物表面で反射しアンテナに受信されるが、その周波数は変化しない。一方、その時点（ｔ１）で発信されるマイクロ波（周波数値：ｆ１）の周波数は、マイクロ波がアンテナから測定対象物までの往復に要した時間分だけ既に変化している。この時の受信信号と発信信号の周波数差（△ｆ=ｆ０−ｆ１）は、マイクロ波の伝搬距離に比例するため、この△ｆを計測することで測定対象物までの距離を計測することができる。

３．マイクロウェーブ式レベル計の主な特長

　一般的にパルスレ−ダ方式は、応答性が速い、比較的安価であるなどの有利性がある反面、高速処理が必要（マイクロ波の伝播速度は、３０万ｋｍ／秒）とされ、近距離計測では計測精度が悪くなる。一方、ＦＭＣＷ方式は高精度な計測ができる有利性がある反面、信号処理が複雑で高価になり、応答性がやや悪いなどと言われている。しかし、最近のエレクトロニクス技術の進歩により、それぞれの欠点を克服すべく製品に改善・改良を加え、安価で高精度なレベル計測が可能となった。マイクロウェーブ式レベル計は、超音波式レベル計と同様に非接触でレベル計測が行える優位性をそのままに、超音波式レベル計で困難であったアプリケーションでのレベル計測を可能にした。ここでは液体計測用のレベル計（パルスレ−ダ方式：ＳＬＲ２００／３００シリーズ）と粉粒体計測用のレベル計（ＦＭＣＷ方式：ＳＬＲ４００シリーズ）に分類し、測定物（用途）に適したレベル計測の最新情報を記載する。