传感器装置和水分含量测量装置的制作方法

1.本技术涉及用于测量诸如土壤之类的介质中的水分含量的传感器装置和水分含量测量装置。


背景技术：

2.已知有时域反射法(tdr)作为用于测量介质中的水分含量的方法。这种方法包括基于在测量探头之间来回行进的高频波的行为来测量相对介电常数。具体地，这种方法包括沿着埋入在介质中的金属探头传输电磁波，并且从基于电磁波的反射响应而测量的相对介电常数来计算介质中的水分含量。
3.存在以下问题，其中，由于tdr使用在介质中的探头附近的电磁波传播特性来测量相对介电常数，在探头附近产生的间隙对测量具有很大影响，并且因此难以正确地测量相对介电常数。为了解决上述问题，公开了一种技术，该技术使用分别用作发射侧探头和接收侧探头的两个探头来测量探头之间的介质的相对介电常数，这两个探头各自包括用于电磁波的微小开口，这两个探头彼此相距一定距离(例如，参见专利文献1)。
4.引用列表
5.专利文献
6.专利文献1：wo2018/221051


技术实现要素：

7.发明要解决的问题
8.在这种情况下，在探头附近产生的间隙小于探头之间的距离，因此对测量结果影响不大。这使得能够以减小的误差来计算相对介电常数(相对介电常数与水分含量成正比)。当每个探头设置有多个微小开口时，这使得可以同时测量介质中多个位置处的水分含量。
9.当每个探头设置有多个微小开口时，形成多个电磁波的传播路径。另一方面，已经证明，当设置于发射侧探头的某个微小开口与设置于接收侧探头的某个微小开口之间的测量距离等于设置于发射侧探头的另一个微小开口与设置于接收侧探头的另一个微小开口之间的测量距离(信号传输路径的总长度)时，路径无意地具有相等的传播长度。这导致产生噪声，并且因此导致测量误差。
10.鉴于上述情况，本技术的目的是提供一种传感器装置和一种水分含量测量装置，所述传感器装置和水分含量测量装置使得可以减小测量误差，并且改善介质的相对介电常数或介质中的水分含量的测量准确度。
11.解决问题的方案
12.根据本技术的实施方式的传感器装置包括传感器头和测量单元。
13.传感器头包括第一探头和第二探头。第一探头包括第一发射微天线部和第二发射微天线部。第二探头布置为距第一探头预定距离，并且包括第二接收微天线部和第二接收
微天线部。
14.测量单元包括控制器，控制器生成测量信号，该测量信号包括关于第一发射微天线部与第一接收微天线部之间的介质中的电磁波传播特性的信息、和关于第二发射微天线部与第二接收微天线部之间的介质中的电磁波传播特性的信息。
15.信号处理单元基于测量信号来测量介质中的水分含量。
16.第一探头和第二探头具有不同的探头长度。或者，第一发射微天线部与第一接收微天线部之间的距离与第二发射微天线部与第二接收微天线部之间的距离彼此不同。
17.所述第一探头和所述第二探头可各自由包括芯线部和屏蔽部的同轴电缆构成，并且所述第一发射微天线部、所述第二发射微天线部、所述第一接收微天线部和所述第二接收微天线部各自包含设置于所述屏蔽部的一部分处的开口。
18.所述第二探头可具有弯折部，所述弯折部设置在所述第一接收微天线部与所述第二接收微天线部之间。
19.所述第一探头可具有折叠部，所述第一发射微天线部设置于所述折叠部处，并且所述第二发射微天线部设置于所述第一探头的末端处。
20.所述传感器头可进一步具有支撑所述第一探头和所述第二探头的支撑件，并且所述第一探头以不平行于所述第二探头的状态被所述支撑件支撑。
21.所述第一探头可包括第三发射微天线部，所述第二探头可包括第三发射微天线部。所述测量单元生成进一步包括关于在所述第三发射微天线部与所述第三接收微天线部之间的介质中的电磁波传播特性的信息的测量信号。
22.所述传感器头可包括第一信号传输路径和第二信号传输路径，所述第一信号传输路径在所述第一发射微天线部与所述第一接收微天线部之间、或在所述第一发射微天线部与所述第二接收微天线部之间通过，所述第二信号传输路径在所述第二发射微天线部与所述第一接收微天线部之间、或在所述第二发射微天线部与所述第二接收微天线部之间通过。所述第一信号传输路径之间的路径长度差、所述第二信号传输路径之间的路径长度差、和所述第一信号传输路径与所述第二信号传输路径之间的路径长度差可各自大于或等于预定有效波长。
23.所述第一和第二发射微天线部的布置以及所述第一和第二接收微天线部的布置可相对于彼此不对称。
24.根据本技术的实施方式的水分含量测量装置包含传感器头、测量单元和信号处理单元。
25.传感器头具有第一探头和布置在距所述第一探头预定距离处的第二探头，所述第一探头包括第一发射微天线部和第二发射微天线部，所述第二探头包括第一接收微天线部和第二接收微天线部。
26.测量单元具有控制器，所述控制器生成测量信号，所述测量信号包括关于在所述第一发射微天线部与所述第一接收微天线部之间的介质中的电磁波传播特性的信息、和关于在所述第二发射微天线部与所述第二接收微天线部之间的电磁波传播特性的信息。
27.信号处理单元，所述信号处理单元基于所述测量信号来测量所述介质中的水分含量。
28.信号处理单元可包括：基于测量信号来计算第一探头与第二探头之间的电磁波传
播延迟时间的延迟时间计算器、基于传播延迟时间来计算介质的相对介电常数的相对介电常数计算器、和基于相对介电常数来计算介质中的水分含量的水分含量计算器。
附图说明
29.图1是图示根据本技术的实施方式的水分含量测量装置的基本构造的示意构造图。
30.图2是图示水分含量测量装置的构造的框图。
31.图3是图示水分含量测量装置中的测量单元的构造的框图。
32.图4是根据本技术的实施方式的水分含量测量方法的流程图。
33.图5示意性图示根据比较例1的传感器头的构造。
34.图6图示在图5的传感器头中传输信号的模式。
35.图7是图示通过使用图5的传感器头发射和接收预定频率的电磁波而执行的测试测量的结果的图表。
36.图8示意性图示根据本技术的第一实施方式的传感器装置的构造。
37.图9图示在图8的传感器装置中传输信号的模式。
38.图10是图示通过使用图8的传感器装置发射和接收预定频率的电磁波而执行的测试测量的结果的图表。
39.图11是将图7和图10的结果重叠的图表。
40.图12示意性图示本技术的相对于探头之间信号传输路径模式的两个任意相邻路径模式的构造。
41.图13示意性图示本技术的相对于探头之间信号传输路径模式的另两个任意相邻路径模式的构造。
42.图14示意性图示根据本技术的第二实施方式的传感器装置的构造。
43.图15示意性图示根据本技术的第三实施方式的传感器装置的构造。
44.图16示意性图示根据本技术的第四实施方式的传感器装置的构造。
45.图17示意性图示根据本技术的第五实施方式的传感器装置的构造。
46.图18示意性图示根据比较例2的传感器头的构造。
47.图19示意性图示根据本技术的第六实施方式的传感器装置的构造。
48.图20示意性图示根据本技术的第七实施方式的传感器装置的构造。
49.图21示意性图示根据比较例3的传感器头的构造。
具体实施方式
50.在下文中，将参照附图描述根据本技术的实施方式。
51.《基本构造》
52.首先，描述根据本实施方式的水分含量测量装置的基本构造。
53.图1示意性图示水分含量测量装置100的构造。图2是示意性图示水分含量测量装置100的构造的框图。
54.[水分含量测量装置]
[0055]
水分含量测量装置100包括传感器装置10和信号处理单元50。在此，描述将本技术
应用于测量农作物将要生长的土壤中的水分含量的示例。
[0056]
传感器装置10获取介质(土壤)m中的电磁波传播特性，并且生成用于计算介质m的相对介电常数的测量信号s1。信号处理单元50从传感器装置10接收测量信号s1，并且基于测量信号s1来计算介质m中的水分含量。
[0057]
传感器装置10包括传感器头20和测量单元30。
[0058]
(传感器头)
[0059]
传感器头20包括发射探头21(第一探头)和接收探头22(第二探头)。传感器头20包括微天线部210和微天线部220，微天线部210和微天线部220布置在诸如土壤之类的介质m中，并且使得能够在发射探头21与接收探头22之间发射和接收特定频率的电磁波ew。
[0060]
发射探头21和接收探头22以大致竖直的姿态埋入介质m中，使得发射探头21和接收探头22彼此相距距离d而彼此面对。发射探头21和接收探头22各自包括同轴电缆，同轴电缆包括芯线部c1和屏蔽部c2。电缆的厚度和长度不受特别限制，并且电缆可以具有任何厚度和任何长度。例如，当电缆具有2mm至6mm的厚度(直径)时，电缆能容易地插入土壤中。
[0061]
芯线部c1包括铜线，并且屏蔽部c2包括铜管，然而屏蔽部c2可以包括铜线的网。尽管未图示，但是屏蔽部c2的外表面覆盖有由绝缘材料制成的保护层。
[0062]
发射探头21连接至测量单元30的输出端子34(参见图3)，并且将发射信号从测量单元30传输至微天线部210。微天线部210设置在发射探头21的末端(端部)23处或设置在发射探头21的末端附近，并且将对应于发射信号的电磁波ew传输到接收探头22。
[0063]
接收探头22连接至测量单元30的输入端子35(参见图3)，使用微天线部220接收电磁波ew，并且将接收信号输入至测量单元30。天线部220设置在发射探头22的末端(端部)处或设置在发射探头22的末端附近，使得微天线部220面对发射探头21的微天线部210。天线部210和天线部220不限于分别设置在探头21和探头22的尖端上，并且可以分别设置在任何位置处，诸如探头21和探头22的中心位置。
[0064]
微天线部210和微天线部220用于在探头21和探头22中的相应预定位置处局部地发射和接收电磁波ew，并且微天线部210和微天线部220通常各自在尺寸方面形成得足够小，而不使相应的探头21和探头22共振。这使得可以防止测量准确度由于探头21和探头22的共振而降低。
[0065]
微天线部210和微天线部220各自包括设置于屏蔽部c2的一部分处的开口h(参见图2)。换言之，探头21和探头22各自包括泄露同轴天线，探头21和探头22的泄露同轴天线分别包括用作无线电波泄漏部的微天线部210和微天线部220。
[0066]
开口h具有例如是矩形、圆形、椭圆形或卵形的开口形状，并且开口h通常形成为具有卵形形状，微天线部210和微天线部220的开口h的卵形形状分别具有在探头21和探头22的纵向方向上的长轴。开口h的长轴可以根据要使用的电磁波ew的波长适当设定。例如，当电磁波ew的波长为500mhz至8ghz时，开口h的长轴(z轴)的长度是约5mm至约15mm。
[0067]
发射探头21和接收探头22可以各自包括在末端23处的端部电阻。端部电阻电性连接于芯线部c1的末端与屏蔽部c2之间。这防止发射信号和接收信号在探头的末端处不希望的反射。
[0068]
有利的是，发射探头21和接收探头22的末端23分别覆盖有电磁波穿透保护构件(未示出)，电磁波穿透保护部件(未示出)分别覆盖微天线部210和微天线部220。
[0069]
发射探头21和接收探头22还各自包括护套24，护套24包括电磁波吸收材料。护套24覆盖在探头21和探头22的微天线部210和微天线部220(开口h)周围的外周面。探头21和探头22的护套24防止发射信号和接收信号从开口h以外的区域泄漏。
[0070]
铁氧体主要用作包括在护套24中的电磁波吸收材料。不限于所述情况，可以根据例如电磁波ew的频率而使用任何其他高磁导率材料，诸如铝硅铁合金或坡莫合金。护套24可以根据需要省略，或者可以仅设置于探头21和探头22中的一个探头。
[0071]
发射探头21与接收探头22之间的距离d的大小不受特别限制，并且例如为20mm至100mm。如果距离d大于100mm，那么传播通过介质m的电磁波ew的衰减增加，这可能造成无法获得足够的接收强度。另一方面，如果距离d小于20mm，那么在技术上将难以进行观察。此外，如果距离d设置得较短，那么在探头21和探头22附近形成的间隙具有较大影响，这可能造成无法正确地测量相对介电常数或水分含量。
[0072]
间隙是形成在介质m与探头21和探头22之间的空气空间，并且是当例如探头21和探头22从介质m的表面埋入介质m中之后探头21和探头22在介质m中移动时形成的。如稍后描述的，为了以高准确度测量介质m的相对介电常数或介质m中的水分含量，有利的是间隙的尺寸(空气空间的厚度)尽可能地小，但通常可能产生约1mm的间隙。
[0073]
(测量单元)
[0074]
图3是图示测量单元30的构造的框图。
[0075]
测量单元30包括信号发生器31和通信部32。测量单元30通常包括网络分析仪。
[0076]
例如，信号发生器31包括控制器310、信号产生部(振荡器)311、放大器312与314、移相器313、混频器315和ad转换器316。信号发生器31生成测量信号s1，测量信号s1包括关于发射探头21的微天线部210与接收探头22的微天线部220之间的介质m中的电磁波ew的传播特性的信息。
[0077]
控制器310包括计算机，计算机包括例如中央处理单元(cpu)和存储器，并且控制器310控制测量单元30的相应结构元件，其中结构元件的示例包括信号产生部311和通信部32。
[0078]
响应于由控制器310给出的频率指令f(n)，信号产生部311产生预定频率的信号f，并且将信号f经由放大器312和输出端子34输入到发射探头21。信号产生部311生成脉冲波(脉冲信号)作为信号f，但是可以被配置为生成连续波作为信号f。
[0079]
信号产生部311可以包括信号f的扫频的功能。在这种情况下，信号产生部311基于由控制器310给出的指令来生成例如500mhz到8ghz的频带的信号f。
[0080]
移相器313将信号f分离成相位相差90度的两个信号，并且将所述两个信号输入到混频器315。混频器315将接收信号与从移相器313输出的两个信号进行混频，以将这些信号调制成两个响应信号(i/q信号)，所述接收信号经由输入端子35和放大器314从接收探头22输入，所述两个响应信号彼此正交。这些响应信号经由ad转换器316从模拟信号转换为数字信号，并且通过控制器310来基于这些响应信号生成测量信号s1。
[0081]
移相器313和混频器315形成对接收探头22的输出进行正交检波(iq检波)的正交检波器。i信号和q信号的平方和对应于接收信号的强度，i信号和q信号的平方和的平方根对应于接收信号的幅度，并且i信号和q信号的反正切对应于相位。
[0082]
通信部32包括通信模块，通信模块包括例如用于通信的天线。通信部32用于将测
量信号s1从传感器装置10无线发射到信号处理单元50。这使得能够将测量信号s1提供给布置在与观察点不同的位置中的信号处理单元50。不限于上述情况，并且传感器装置10可以经由例如配电电缆连接至信号处理单元50。
[0083]
(信号处理单元)
[0084]
如图2中所示，信号处理单元50包括延迟时间计算器51、相对介电常数计算器52、水分含量计算器53和存储器54。信号处理单元50是信息处理装置，其基于从传感器装置10(测量单元30)传输的测量信号s1来测量介质m中的水分含量。
[0085]
信息处理装置可以通过在计算机中使用的硬件部件(诸如cpu、随机存取存储器(ram)和只读存储器(rom))和通过必要的软件来实现。作为cpu的替代或补充，可以使用例如可编程逻辑器件(pld)，诸如是现场可编程门阵列(fpga)之类的可编程逻辑器件(pld)、数字信号处理器(dsp)或专用集成电路(asic)
[0086]
在本实施方式中，通过使cpu执行特定程序，延迟时间计算器51、相对介电常数计算器52和水分含量计算器53被实现为功能块。存储器54由例如信号处理单元50的rom来实现。当然，可以使用诸如集成电路(ic)之类的专用硬件以实现每个块。程序经由例如各种记录介质而安装在信号处理单元50上。或者，可以经由例如互联网来安装程序。
[0087]
延迟时间计算器51被配置为基于测量信号s1来计算发射探头21(微天线部210)与接收探头22(微天线部220)之间的电磁波ew的传播延迟时间。
[0088]
电磁波ew的传播延迟时间是电磁波ew在介质m中的传播时间。电磁波的传播延迟时间取决于传输路径的相对介电常数，并且传播延迟时间与介质的相对介电常数的平方根成正比。通常，土壤本身的相对介电常数是大约1到大约10，并且随水分含量变化。因此，这表示如果能够测量传播延迟时间，就将能够间接地测量介质m中的水分含量。
[0089]
用于计算传播延迟时间的方法不受特别限制，在本实施方式中，对测量信号s1进行傅里叶逆变换(ifft)，以获得脉冲响应，并且从脉冲响应的峰值位置计算脉冲延迟时间。通过从脉冲延迟时间减去探头21和探头22的传输时间(电缆传输时间)，来计算电磁波ew的传播延迟时间。
[0090]
相对介电常数计算器52被配置为基于由延迟时间计算器51计算的电磁波ew的传播延迟时间来计算介质m的相对介电常数。水的相对介电常数通常为80。
[0091]
水分含量计算器53被配置为基于由相对介电常数计算器52计算的相对介电常数来计算介质m中的水分含量。例如，使用topp公式来计算水分含量(稍后描述)，并且计算介质m中的体积含水量比例[％]作为水分含量。
[0092]
例如，信号处理单元50可以进一步包括通信部和显示部，通信部能够与测量单元30的通信部32通信，显示部能够在其上显示例如关于在每个功能块中计算的传播延迟时间、相对介电常数和水分含量的信息。
[0093]
[水分含量测量方法]
[0094]
在下文中，与水分含量测量装置的典型操作一起详细描述信号处理单元50。
[0095]
图4是水分含量测量方法的流程图。
[0096]
首先，如图1中所示，将发射探头21和接收探头22埋入土壤m中(步骤s101)。发射探头21与接收探头22之间的面对距离d例如是50mm。
[0097]
随后，在发射探头21(微天线部210)与接收天线(微天线部220)之间发射和接收电
磁波ew(步骤s102，扫频)。
[0098]
测量单元30以10mhz的步进改变传输到发射探头21的发射信号f(n)的频率，同时生成测量信号s1，测量信号s1包括从接收探头22输出的接收信号的正交频率响应信号(i(n)信号和q(n)信号)，并且测量单元30将测量信号s1传输到信号处理单元50。
[0099]
随后，信号处理单元50(延迟时间计算器51)比较所发射的电磁信号和所接收的电磁信号，以计算发射探头21与接收探头22之间的电磁波ew的传播延迟时间(步骤s103)。
[0100]
延迟时间计算器51执行快速傅里叶逆变换(ifft)，以由响应信号获得脉冲响应h(τ)，其中i(n)信号是实部，q(n)信号是虚部。
[0101]
h(τ)＝ifft{i(n),q(n)}
…
(1)
[0102]
延迟时间计算器51从脉冲响应h(τ)的峰值位置获得脉冲延迟时间τ[s]，并且从脉冲延迟时间τ减去电缆发射时间τ0[s]，以获得传播延迟时间τ
delay
[s]。
[0103]
τ
delay
＝τ-τ0…
(2)
[0104]
随后，信号处理单元50(相对介电常数计算器52)计算介质m的相对介电常数εr，其中传播延迟时间是τ
delay
[s]，光速是c[m/s]，并且探头之间的距离(d)是d[m](步骤s104)。
[0105]
τ
delay
＝d
·
√(εr)/c
…
(3)
[0106]
随后，信号处理单元50(水分含量计算器53)使用topp公式计算介质m中的水分含量(体积含水量比例)θ[％]。
[0107]
θ＝-5.3
×
10-2
2.92
×
10-2
ε
r-5.5
×
10-4
ε
r2
4.3
×
10-6
ε
r3
…
(4)
[0108]
如上所述，计算介质m的相对介电常数和介质m中的体积含水量比例(步骤s106)。
[0109]
信号处理单元50基于介质m中的发射探头21与接收探头22之间的电磁波ew的传播延迟时间来计算介质m的相对介电常数和介质m中的体积含水量比例。两个探头21与22之间的距离d(50mm)比探头21和探头22中的每一个的附近产生的间隙(1mm)大得多，因此这些间隙对测量相对介电常数的影响较小。这使得防止由于间隙而发生的测量误差，并且介质m的相对介电常数和介质m中的体积含水量比例的测量准确度得到改善。
[0110]
(比较例1)
[0111]
上文已经描述了传感器头20包括设置于发射探头21的一个发射微天线部210、和设置于接收探头22的一个接收微天线部。在此，例如，通过分别将多个发射微天线部和多个接收微天线部设置于发射探头21和接收探头22，可以在不同深度处测量介质中的体积含量比例。图5图示传感器装置10’构造的示例，该传感器设备10’包括两个发射微天线部和两个接收微天线部。
[0112]
图5中所示的传感器装置10’在以下方面与基本构造的传感器装置10相似：具有发射探头21、接收探头22和测量单元30，传感器装置10’与传感器装置10的不同在于：发射探头21和接收探头22各自包括多个微天线部。请注意，图5中的x轴、y轴和z轴分别表示彼此正交的三个轴的方向。
[0113]
在传感器装置10’中，发射探头21和接收探头22分别平行于z轴方向而线性地形成，并且分别包括多个开口h1与h2和多个开口h1’与h2’。
[0114]
开口h1是设置于发射探头21的末端的第一发射微天线部。开口h2是设置于发射探头21的末端与位于测量单元30侧的基端之间的中间位置的第二发射微天线部。
[0115]
开口h1’是设置于接收探头22的末端的第一接收微天线部。开口h2’是设置于接收
探头22的末端与位于测量单元30侧的基端之间的中间位置的第二接收微天线部。
[0116]
发射探头21和接收探头22的长度相等。开口h1和开口h1’在y轴方向上彼此面对，并且开口h2和开口h2’在y轴方向上彼此面对。
[0117]
例如，探头21与探头22之间的距离(d)是50mm，从探头21、探头22的基端到开口h2、开口h2’的距离是80mm，从开口h2、开口h2’到开口h1、开口h1’的距离也是80mm。这些是相应部分的尺寸的示例。请注意，用于相应的开口h1、h2、h1’和h2’的同轴电缆各自具有6.0mm的轴向长度。
[0118]
具有这样的构造的传感器装置10’包括用于发射和接收的两对天线部(一对开口h1与h1’和一对开口h2与h2’)，其中每对天线部中发射天线部与接收天线部彼此面对。因此，可以同时测量距测量单元30的距离(深度)为80mm处的介质中的水分含量和距测量单元30的距离(深度)为160mm处的介质中的水分含量。
[0119]
然而，已经证明，当设置于发射侧探头的某个微开口与设置于接收侧探头的某个微开口之间的测量距离等于设置于发射侧探头的另一个微开口与设置于接收侧探头的另一个微开口之间的测量距离(信号传输路径的总长度)时，路径无意地具有相等的传播长度。发明人已经发现，这导致产生噪声，并且因此导致测量误差。
[0120]
图6示意性图示在图5中所示的传感器设备10’中用于传输信号f的路径的图案。在表1中给出图6的每个传输路径的模式中的探头长度(每个探头中的路径长度)、空气长度(两个探头之间的路径长度)和探头长度与空气长度的总长度。
[0121]
[表1]
[0122]
[单位:mm]
[0123][0124]
在表1中，由于当信号通过传输路径时，介电常数对测量有影响，考虑到用于保护同轴电缆的绝缘材料(诸如ptfe之类)的相对介电常数(例如2.1)，将括号中的探头长度的测量值乘以ν(2.1)＝1.45。
[0125]
在图11中，在传输路径模式1-(1)的情况下，信号f按照以下顺序传输：发射探头21的基端
→
开口h2
→
介质
→
开口h2
’→
接收探头22的基端。
[0126]
在传输路径模式1-(2)的情况下，信号f按照以下顺序传输：发射探头21的基端
→
开口h2
→
介质
→
开口h1
’→
接收探头22的基端。
[0127]
在传输路径模式1-(3)的情况下，信号f按照以下顺序传输：发射探头21的基端
→
开口h2
→
开口h1
→
介质
→
开口h2
’→
接收探头22的基端。
[0128]
在传输路径模式1-(4)的情况下，信号f按照以下顺序传输：发射探头21的基端
→
开口h2
→
开口h1
→
开口h2(反射)
→
介质
→
开口h2
’→
接收探头22的基端。
[0129]
在传输路径模式1-(5)的情况下，信号f按照以下顺序传输：发射探头21的基端
→
开口h2
→
开口h1
→
介质
→
开口h1
’→
开口h2
’→
接收探头22的基端。
[0130]
在传输路径模式1-(6)的情况下，信号f按照以下顺序传输：发射探头21的基端
→
开口h2
→
介质
→
开口h2
’→
开口h1
’→
开口h2’(反射)
→
接收探头22的基端。
[0131]
两个探头21与22具有彼此对称的形状，并且两个探头21与22的各自对应的开口位于对称位置中。因此，两个传输路径模式1-(2)与1-(3)提供信号f的传输路径的相等总长度，并且三个传输路径模式1-(4)、1-(5)和1-(6)提供信号f的传输路径的相等总长度。因此，难以准确地确定由这六个传输路径模式引起的测量信号的差异。
[0132]
图7是图示通过使用图5中所示的传感器装置10’发射和接收预定频率的电磁波ew而执行的测试测量的结果的示例的图表。在该图中，横轴表示时间(单位：ns)，纵轴表示功率(单位：db)。
[0133]
如图7中所示，在时间1.2[ns]左右观察到对应于传输路径模式1-(1)的功率峰值(响应输出)。
[0134]
此外，在时间1.7[ns]左右观察到分别对应于传输路径模式1-(2)与1-(3)的功率峰值。
[0135]
另外，在时间2.1[ns]左右观察到分别对应于传输路径模式1-(4)、1-(5)与1-(6)的功率峰值。
[0136]
这表明，如上所述，当采用传感器设备10’的探头构造时，多个信号传输路径模式的功率峰值(响应输出)在时间轴上未被分离(重叠)。因此，当采用传感器装置10’的探头构造时，不同的信号传输路径模式可能提供相等的测量距离(总长度)，这导致产生噪声(测量误差)。换言之，难以准确地测量介质中不同位置处的水分含量。
[0137]
因此，本实施方式的目的是抑制由于在传感器装置中的多个信号传输路径的信号传输路径之间的差异而导致的测量准确度降低，所述传感器装置包括发射探头和接收探头，发射探头和接收探头各自包括多个微天线部。下面描述本技术的实施方式。
[0138]
《第一实施方式》
[0139]
(当存在两个开口时)
[0140]
图8示意性图示根据本技术的第一实施方式的传感器装置10a的构造。
[0141]
本实施方式的传感器装置10a包括传感器头20a和测量单元30。上述传感器装置10a和信号处理单元50被包括在水分含量测量装置中(同样适用于以下说明)。
[0142]
传感器头20a包括发射探头21(第一探头)和接收探头22(第二探头)。
[0143]
发射探头21包括第一发射微天线部211(开口h1)和第二发射微天线部212(开口h2)。
[0144]
接收探头22布置为距发射探头21预定距离，并且包括第一接收微天线部221(开口h1’)和第二接收微天线部222(开口h2’)。
[0145]
测量单元30包括控制器310(参见图3)，控制器310生成测量信号s1，测量信号s1包括关于第一发射微天线部211与第一接收微天线部221之间的介质中的电磁波传播特性的信息、和关于第二发射微天线部212与第二接收微天线部222之间的介质中的电磁波传播特性的信息。
[0146]
测量单元30具有与基本构造的传感器装置10的测量单元30的构造相似的构造。因
此，在此省略对上述构造的详细说明。下面详细描述传感器头20a。在以下的说明中，发射探头21和接收探头22的位于测量单元30一侧的相应端部也各自称为基端，并且发射探头21和接收探头22相应的相对端部各自也称为末端。
[0147]
发射探头21从基端到末端平行于z轴方向而线性地形成。第一发射微天线部211对应于在发射探头21的末端中形成的开口h1。第二发射微天线部212对应于在发射探头21的基端与末端之间的中间位置形成的开口h2。
[0148]
接收探头22包括连接到测量单元30并且平行于z轴方向的笔直部22a和弯折部41，弯折部41以从笔直部22a朝向接收探头22的末端弯折。
[0149]
笔直部22a布置为在y轴方向上与发射探头21相距距离d。
[0150]
弯折部41包括第一部分41a、第二部分41b和第三部分41c，第一部分41a平行于y轴方向在与发射探头21相反的方向上从笔直部22a延伸，第二部分41b平行于z轴方向从第一部分41a延伸，第三部分41c平行于y轴方向在靠近发射探头21的方向上从第二部分41b延伸。第三部分41c的末端是接收探头22的末端，并且位于距发射探头21的末端的距离d处而在y轴方向上面对发射探头21的末端。
[0151]
第一接收微天线部221对应于在接收探头22的末端中形成的开口h1’。第二接收微天线部222对应于设置于在笔直部22a一侧上的第一部分41a的端部的开口h2’。弯折部41设置在开口h1’与开口h2’之间。
[0152]
开口h1和开口h1’彼此相距距离d而在y轴方向上面对彼此。同样，开口h2和开口h2’彼此相距距离d而在y轴方向上面对彼此。
[0153]
注意，接收探头22的弯折部41不限于如上所述地具有曲柄状形状(u形)，并且弯折部41可以具有弯曲形状。此外，发送探头21可以形成为弯折形状，并且接收探头22可以形成为笔直形状。换言之，只要两个探头具有在yz平面或zx平面中彼此不对称的形状就足够了。
[0154]
在本实施方式的传感器装置10a中，发射探头21和接收探头22具有不同的探头长度，如上所述。发射探头21的探头长度是指z轴方向上的长度(轴向长度)，并且接收探头22的探头长度是指与对应于笔直部22a的轴向长度l1和包括在弯折部41中的第一部分41a至第三部分41c的轴向长度之和(l2 l3 l2)的总和的长度。换言之，接收探头22的探头长度比发射探头21的探头长度大出对应于2
×
l2的长度。
[0155]
例如，探头21与探头22之间的距离(d)为50mm，l1为80mm，l2为40mm，并且l3为80mm。这些是相应部分的尺寸的示例。用于相应开口h1、h2、h1’和h2’的同轴电缆各自具有6.0mm的轴向长度。
[0156]
在具有上述构造的传感器装置10a中，测量单元30从发射探头21的开口h1、h2发射信号f，并且测量在接收探头22的开口h1、h2’处接收的信号f通过介质的传播特性。
[0157]
图9示意性图示用于在图8中所示的传感器装置10a中传输信号f的路径模式。在表2中给出图9的每个传输路径模式中的探头长度(每个探头中的路径长度)、空气长度(两个探头之间的路径长度)和探头长度与空气长度的总长度。
[0158]
[表2]
[0159]
[单位:mm]
[0160][0161]
在表2中，由于当信号通过传输路径时，介电常数对测量有影响，考虑到用于保护同轴电缆的绝缘材料(诸如ptfe之类)的相对介电常数(例如2.1)，将括号中的探头长度的测量值乘以ν(2.1)＝1.45。总长度中的部分α对应于弯折部的长度，弯折部用于以大体上直角弯折同轴电缆，以将同轴电缆形成为u形。
[0162]
在图9中，在传输路径模式2-(1)的情况下，信号f按照以下顺序传输：发射探头21的基端
→
开口h2
→
介质
→
开口h2
’→
接收探头22的基端。
[0163]
在传输路径模式2-(2)的情况下，信号f按照以下顺序传输：发射探头21的基端
→
开口h2
→
开口h1
→
介质
→
开口h2
’→
接收探头22的基端。
[0164]
在传输路径模式2-(3)的情况下，信号f按照以下顺序传输：发射探头21的基端
→
开口h2
→
开口h1
→
开口h2(反射)
→
介质
→
开口h2
’→
接收探头22的基端。
[0165]
在传输路径模式2-(4)的情况下，信号f按照以下顺序传输：发射探头21的基端
→
开口h2
→
介质
→
开口h1
’→
弯折部41
→
开口h2
’→
接收探头22的基端。
[0166]
在传输路径模式2-(5)的情况下，信号f按照以下顺序传输：发射探头21的基端
→
开口h2
→
开口h1
→
介质
→
开口h1
’→
弯折部41
→
开口h2
’→
接收探头22的基端。
[0167]
由于弯折部41设置在接收探头22，发射探头21和接收探头22具有彼此不对称的形状，并且上述所有传输路径模式提供不同的总长度。
[0168]
图10是图示通过使用图8的传感器装置10a发射和接收预定频率的电磁波ew而执行的测试测量的结果的示例的图表。在该图中，横轴表示时间(单位：ns)，纵轴表示功率(单位：db)。
[0169]
如图10中所示，在时间1.2[ns]左右观察到对应于传输路径模式2-(1)的功率峰值(响应输出)。
[0170]
此外，在时间1.7[ns]左右观察到对应于传输路径模式2-(2)的功率峰值。此功率峰值比作为主路径的信号传输路径模式2-(5)的功率峰值小约26％。因此，不需要在时间轴上分离。
[0171]
另外，在时间2.1[ns]左右观察到对应于传输路径模式2-(3)的功率峰值，并且在时间2.3[ns]左右观察到对应于传输路径模式2-(4)的功率峰值。此外，在时间2.6[ns]左右观察到对应于传输路径模式2-(5)的功率峰值。
[0172]
这表明，如上所述，当采用传感器设备10a的探头构造时，相应信号传输路径模式的功率峰值(响应输出)在时间轴是分离的(不重叠)。因此，当采用本实施方式的传感器装置10a时，不同的信号传输路径模式不会提供相等的测量距离(总长度)，这使得可以减小测量误差。这使得改善介质的相对介电常数和介质中的水分含量的测量准确度。
[0173]
图11是图7和图10中所示的测量结果重叠的图表。
[0174]
在比较例1(图7，对称类型)中，信号f重叠，因此功率峰值未被分离。另一方面，在
本实施方式(图10，非对称类型)中，功率峰值被分离。除了单个点(2-(2))之外，本实施方式中的传播时间比比较例中的传播时间长，因此很明显传播距离与时间彼此关联。同时显示比较例和本实施方式的功率峰值的点(图中的(i))作为功率峰值分离的基准。
[0175]
(关于分辨率)
[0176]
当δf是测量信号s1的频带时，如下所示地表示已经进行傅里叶逆变换的测量信号s1的时间分辨率δt。
[0177]
δt＝1/δf
[0178]
当c为光速(3.0
×
108[m/s])时，在真空中转换为距离时满足以下关系。
[0179]
δλ＝c/δf
[0180]
如下所示地表示介质中频带δf的有效波长δλg，所述介质的折射率为n。
[0181]
δλg＝c/nδf
[0182]
通过将相对介电常数εr乘以相对磁导率μr并且对乘积值取平方根而获得折射率n，并且折射率n通过n＝√(εrμr)来表示。
[0183]
为了将由发射探头21与接收探头22之间的每个信号传输路径模式的相邻峰值分离，探头21与探头22之间的距离δd必须大于或等于δλg。换言之，满足以下关系。
[0184]
δd》δλg
×
x
[0185]
在此，x是由探头21和探头22的材料确定的系数，并且可以是1。
[0186]
当同轴电缆的绝缘材料的材料为聚四氟乙烯(ptfe，其相对介电常数εr为2.1)时，如下所示地表示δf为9ghz时的有效波长δλg。
[0187]
δλg＝1/√(ptfe的介电常数)
×
(测量频带的波长)
[0188]
＝1/√(2.1)
×
33.3103
[0189]
＝22.97mm＝2.297cm
[0190]
因此，当测量频带为9ghz并且当同轴电缆的绝缘材料的材料为ptfe时，探头21与探头22之间的距离δd必须大于或等于2.3cm。同样，当测量频带在1ghz与9ghz之间并且当同轴电缆的绝缘材料的材料为ptfe时，探头21与探头22之间的距离δd必须大于或等于2.6cm。
[0191]
同样，当测量频带大于或等于10ghz时(也就是在0ghz到10ghz扫频)并且当同轴电缆的绝缘材料的材料为ptfe时，探头21与探头22之间的距离δd必须大于或等于2.06cm(参见表3)。
[0192]
[表3]
[0193][0194]
在此，假设探头21与探头22之间的信号传输路径模式的两个任意相邻路径模式是图12中所示的路径a和路径b。假设对于介质m、同轴电缆和类似物，针对路径a(路径中的一
条)和路径b(路径中的另一条)不使用不同的类型。当nn和d
an
分别为路径a中的折射率和开口(微天线部)之间的距离、并且nn和d
bn
分别为路径b中的折射率和开口(微天线部)之间的距离时，使用以下所示的公式来表示通过路径a传播的传播时间ta。
[0195]
[数学式1]
[0196][0197]
在此，c0是光速(3.0
×
108[m/s])。
[0198]
使用以下所示的公式来表示通过路径b传播的传播时间tb。
[0199]
[数学式2]
[0200][0201]
当ta与tb之间的差大于或等于1/δf，上述相邻峰值被分离。当转换为距离时，满足以下关系。
[0202]
[数学式3]
[0203][0204]
图8中所示的传感器装置10a的传感器头20a包括第一信号传输路径和第二信号传输路径。
[0205]
第一信号传输路径是在开口h1(第一发射微天线部211)和开口h1’(第一接收微天线部221)之间通过的路径、或在开口h1(第一发射微天线部211)与开口h2’(第二接收微天线部222)之间通过的路径。在图9的示例中，第一信号传输路径对应于传输路径模式2-(2)和2-(5)。
[0206]
第二信号传输路径是在开口h2(第二发射微天线部212)与开口h1’(第一接收微天线部221)之间通过的的路径、或在开口h2(第二发射微天线部212)与开口h2’(第二接收微天线部222)之间通过的路径。在图9的示例中，第二信号传输路径对应于传输路径模式2-(1)、2-(3)和2-(4)。
[0207]
此外，在传感器头20a中，这些第一信号传输路径之间的路径长度差、这些第二信号传输路径之间的路径长度差、以及第一信号传输路径与第二信号传输路径之间的路径长度差各自被设定为大于或等于预定的有效波长(例如大于或等于2.06cm)，以满足公式[数学式3]。
[0208]
或者，假设如稍后描述的探头21与探头22之间的信号传输路径模式的两个任意相邻路径模式是图13中所示的路径a和路径b。在此，假设对于介质m、同轴电缆和类似物，针对路径a和路径b可使用不同的类型。换言之，当nn和d
an
分别为路径a中的折射率和开口(稍后描述)之间的距离、并且nm和d
bm
分别为路径b中的折射率和开口(微天线部)之间的距离(n≠
m，nn≠nm)时，使用以下所示的公式来表示通过路径a传播的传播时间ta。
[0209]
[数学式4]
[0210][0211]
使用以下所示的公式来表示通过路径b传播的传播时间tb。
[0212]
[数学式5]
[0213][0214]
当ta与tb之间的差大于或等于1/δf，上述相邻峰值被分离。当转换为距离时，满足以下关系。
[0215]
[数学式6]
[0216][0217]
同样在此情况下，在传感器头20a中，这些第一信号传输路径之间的路径长度差、这些第二信号传输路径之间的路径长度差、以及第一信号传输路径与第二信号传输路径之间的路径长度差各自被设定以满足公式[数学式6]。
[0218]
《第二实施方式》
[0219]
图14示意性图示根据本技术的第二实施方式的传感器装置10b的构造。
[0220]
根据本实施方式的传感器装置10b包括传感器头20b和测量单元30。在以下描述中，主要描述与第一实施方式的结构元件不同的结构元件。与第一实施方式的结构元件相似的结构元件由与在第一实施方式中使用的参考数字相似的参考数字来指示，并且省略或简化对上述结构元件的说明。
[0221]
在本实施方式的传感器头20b中，发射探头21平行于z轴方向布置，并且包括折叠部42，其使发射探头21的末端23在测量单元30的方向上相反地定向。开口h1用作设置于折叠部42的第一发射微天线部，并且开口h2用作设置于发射探头21的末端23的第二发射微天线部。
[0222]
在本实施方式的传感器头20b中，接收探头22平行于z轴方向布置，并且具有与从发射探头21的基端到折叠部42的长度相等的探头长度。开口h1’用作设置于接收探头22的末端23的第一接收微天线部，并且开口h2’用作设置于接收探头22的基端与末端23之间的中间位置的第二接收微天线部。
[0223]
接收探头22的开口h1’在y轴方向上距发射探头21的开口h1预定距离而面对发射探头21的开口h1，并且接收探头22的开口h2’在y轴方向上距发射探头21的开口h2预定距离而面对发射探头21的开口h2。
[0224]
如上所述，本实施方式的传感器头20b中的发射探头21和接收探头22具有不同的
探头长度。这使得提供与上述第一实施方式相似的效果。
[0225]
如图14中所示，假设从发射探头21的基端到位于折叠部之前且面对开口h2的预定位置的(信号传输)路径是路径1，从所述预定位置到开口h1的路径是路径2，并且从接收探头22的基端到开口h2’的路径是路径3。
[0226]
此外，假设从开口h2’到开口h1’的路径是路径4，从开口h2到开口h2’的路径(介质)是路径5，从开口h1到开口h1’的路径(介质)是路径6，并且从开口h1通过折叠部42到开口h2的路径是路径7。在此，路径1＝路径3，路径2＝路径4≠路径7，并且路径5＝路径6。
[0227]
考虑信号f通过开口h2从发射探头21传输到接收探头22的情况。
[0228]
用来获得响应输出的主路径是“路径1
→
路径2
→
路径7
→
路径5
→
路径3”。在这种情况下，总(路径)长度由“路径1
×
2 路径5
×
1 路径7
×
1”获得。另一条路径是“路径1
→
路径2
→
路径7
→
路径7
→
路径7
→
路径5
→
路径3(在开口h1处反射)”。在这种情况下，总长度由“路径1
×
2 路径2
×
1 路径5
×
1 路径7
×
3”获得。
[0229]
还有一条路径是“路径1
→
路径2
→
路径7
→
路径5
→
路径4
→
路径4
→
路径3(在开口h1’处反射)”。在这种情况下，总长度由“路径1
×
2 路径2
×
3 路径5
×
1 路径7
×
1”获得。还有一条路径是“路径1
→
路径2
→
路径7
→
路径7
→
路径7
→
路径5
→
路径4
→
路径4
→
路径3(在开口h1和开口h1’处反射)”。在这种情况下，总长度由“路径1
×
2 路径2
×
3 路径5
×
1 路径7
×
3”获得。
[0230]
接下来，考虑信号f通过开口h1从发射探头21传输到接收探头22的情况。
[0231]
用来获得响应输出的主路径是“路径1
→
路径2
→
路径6
→
路径4
→
路径3”。在这种情况下，总(路径)长度由“路径1
×
2 路径2
×
2 路径5
×
1”获得。另一条路径是“路径1
→
路径2
→
路径7
→
路径7
→
路径6
→
路径4
→
路径3(在开口h2处反射)”。这种情况下的总长度由“路径1
×
2 路径2
×
2 路径5
×
1 路径7
×
2”获得。
[0232]
还有一条路径是“路径1
→
路径2
→
路径6
→
路径4
→
路径4
→
路径4
→
路径3(在开口h2’处反射)”。在这种情况下，总长度由“路径1
×
2 路径2
×
4 路径5
×
1”获得。还有一条路径是“路径1
→
路径2
→
路径7
→
路径7
→
路径6
→
路径4
→
路径4
→
路径4
→
路径3(在开口h2和开口h2’处的反射)”。在这种情况下，总长度由“路径1
×
2 路径2
×
4 路径5
×
1 路径7
×
2”获得。
[0233]
如图14中所示，当在发射探头21与接收探头22彼此平行、并且满足“路径1＝路径3”、“路径2＝路径4≠路径7”和“路径5＝路径6”的情况下将开口h2设置于发射探头21的末端时，上述路径模式都不提供相等的传播长度(总长度)。在此，由于路径7包括折叠部42，路径7具有比路径2和路径4大的路径长度。
[0234]
此外，即使对应于路径5和/或路径6的距离改变，上述路径模式都不会提供相等的传播长度，这将稍后描述。
[0235]
如上所述，通过开口h1和开口h2的路径模式都没有提供相等的总长度。换言之，上述所有信号传输模式所提供的总长度是不同的。
[0236]
相应地，相对于相应信号传输路径模式的功率峰值(响应输出)在时间轴上是分离的(不重叠)。因此，图14的传感器头20b使得能够防止由不同的信号传输路径模式提供相等的测量距离(总长度)，并且因此减小测量误差。这使得改善介质的相对介电常数或介质中的水分含量的测量准确度。
[0237]
注意，折叠部42不限于设置于发射探头21上的示例，折叠部42可以设置于接收探头22。在这种情况下，也提供与上述效果相似的效果。
[0238]
《第三实施方式》
[0239]
图15示意性图示根据本技术的第三实施方式的传感器装置10c的构造。
[0240]
本实施方式的传感器装置10c包括传感器头20c和测量单元30。在以下说明中，主要描述与第一实施方式的结构元件不同的结构元件。与第一实施方式的结构元件相似的结构元件由与在第一实施方式中使用的参考数字相似的参考数字指示，并且省略或简化对上述结构元件的说明。
[0241]
本实施方式与第一实施方式和第二实施方式的不同之处在于：在第一发射微天线部与第一接收微天线部之间的距离与在第二发射微天线部与第二接收微天线部之间的距离彼此不同。
[0242]
在本实施方式的传感器头20c中，发射探头21具有平行于z轴方向的直线形状。用作第一发射微天线部的开口h1设置于发射探头21的末端23，并且用作第二发射微天线部的开口h2设置于发射探头21的基端与末端23之间的中间位置。
[0243]
接收探头22具有相对于z轴方向在y轴方向上以预定角度倾斜的直线形状，并且被布置为不平行于发射探头21。用作第一接收微天线部的开口h1’设置于接收探头22的末端23，并且用作第二接收微天线部的开口h2’设置于接收探头22的基端与末端23之间的中间位置。
[0244]
接收探头22的开口h1’在y轴方向上与发射探头21的开口h1相距预定距离而面对发射探头21的开口h1，并且接收探头22的开口h2’在y轴方向上与发射探头21的开口h2相距大于所述预定距离的某个距离而面对发射探头21的开口h2。
[0245]
当探头21和探头22中的一个探头相对于探头21和探头22中的另一个探头倾斜时，这使得相应探头21和探头22的微天线部之间的两个距离不同，如上所述。
[0246]
如图15中所示，假设从发射探头21的基端到开口h2的(信号传输)路径是路径1，从开口h2到开口h1的路径是路径2，并且从接收探头22的基端到开口h2’的路径是路径3。
[0247]
此外，假设从开口h2’到开口h1’的路径是路径4，从开口h2到开口h2’的路径(介质)是路径5，并且从开口h1到开口h1’的路径(介质)是路径6。在此，路径5≠路径6，路径1＝路径3，并且路径2＝路径4。
[0248]
考虑信号f通过开口h2从发射探头21传输到接收探头22的情况。
[0249]
用来获得响应输出的主路径是“路径1
→
路径5
→
路径3”。在这种情况下，总(路径)长度由“路径1
×
1 路径3
×
1 路径5
×
1”获得。另一条路径是“路径1
→
路径2
→
路径2
→
路径5
→
路径3(在开口h1处反射)”。在这种情况下，总长度由“路径1
×
1 路径2
×
2 路径3
×
1 路径5
×
1”获得。
[0250]
还有一条路径是“路径1
→
路径5
→
路径4
→
路径4
→
路径3(在开口h1’处反射)”。在这种情况下，总长度由“路径1
×
1 路径3
×
1 路径4
×
2 路径5
×
1”获得。还有一条路径是“路径1
→
路径2
→
路径2
→
路径5
→
路径4
→
路径4
→
路径3(在开口h1和开口h1’处反射)”。在这种情况下，总长度由“路径1
×
1 路径2
×
2 路径3
×
1 路径4
×
2 路径5
×
1”获得。
[0251]
接下来，考虑信号f通过开口h1从发射探头21传输到接收探头22的情况。
[0252]
用来获得响应输出的主路径是“路径1
→
路径2
→
路径6
→
路径4
→
路径3”。在这种
情况下，总(路径)长度由“路径1
×
1 路径2
×
1 路径3
×
1 路径4
×
1 路径6
×
1”获得。另一条路径是“路径1
→
路径2
→
路径2
→
路径2
→
路径6
→
路径4
→
路径3(在开口h2处反射)。在这种情况下，总长度由“路径1
×
1 路径2
×
3 路径3
×
1 路径4
×
1 路径6
×
1”获得。
[0253]
还有一条路径是“路径1
→
路径2
→
路径6
→
路径4
→
路径4
→
路径4
→
路径3(在开口h2’处反射)”。在这种情况下，总长度由“路径1
×
1 路径2
×
1 路径3
×
1 路径4
×
3 路径6
×
1”获得。还有一条路径是“路径1
→
路径2
→
路径2
→
路径2
→
路径6
→
路径4
→
路径4
→
路径4
→
路径3(在开口h2和开口h2’处反射)”。在这种情况下，总长度由“路径1
×
1 路径2
×
3 路径3
×
1 路径4
×
3 路径6
×
1”获得。
[0254]
如图15中所示，当在发射探头21布置为相对于接收探头22以预定角度倾斜(使得发射探头21和接收探头22不对称地布置)、并且满足“路径5≠路径6”、“路径1＝路径3”和“路径2＝路径4”的情况下提供开口h2和开口h2’时，上述路径模式都不提供相等的传播长度(总长度)。
[0255]
如上所述，通过开口h1和开口h2的路径模式都不提供相等的总长度。换言之，上述所有信号传输模式所提供的总长度是不同的。
[0256]
相应地，相对于相应信号传输路径模式的功率峰值(响应输出)在时间轴上是分离的(不重叠)。因此，图15的传感器头20c使得能够防止由不同的信号传输路径模式提供相等的测量距离(总长度)，并且因此减小测量误差。这使得改善介质的相对介电常数或介质中的水分含量的测量准确度。
[0257]
注意，当发射探头21和接收探头22彼此不平行时，探头更容易无意地变形(诸如弯折之类)或者在将传感器头20c埋入诸如土壤之类的介质中时更容易在探头周围无意地形成空气空间。在这种情况下，传感器头20c还可以包括支撑件40(参见图15)，支撑件40将两个探头21和22支撑在彼此不平行的状态下。支撑件40可以是例如布线基板。在这种情况下，探头21和探头22可以形成在布线基板上。支撑件40可以类似地应用于第一实施方式与第二实施方式和稍后描述的实施方式。
[0258]
《第四实施方式》
[0259]
图16示意性图示根据本技术的第四实施方式的传感器装置10d的构造。
[0260]
本实施方式的传感器装置10d包括传感器头20d和测量单元30。在以下的说明书，主要描述与第一实施方式的结构元件不同的结构元件。与第一实施方式的结构元件相似的结构元件由与在第一实施方式中使用的参考数字相似的参考数字指示，并且省略或简化对上述结构元件的说明。
[0261]
本实施方式与第一实施方式和第二实施方式的不同之处在于：在第一发射微天线部与第一接收微天线部之间的距离与在第二发射微天线部与第二接收微天线部之间的距离彼此不同。
[0262]
此外，本实施方式与第三实施方式的不同在于：发射探头21和接收探头22各自布置为相对于z轴方向倾斜，使得发射探头21和接收探头22的相应末端23彼此靠近。
[0263]
在发射探头21中，用作第一发射微天线部的开口h1设置于发射探头21的末端23，并且用作第二发射微天线部的开口h2设置于发射探头21的基端与末端23之间的中间位置。
[0264]
接收探头22的探头长度等于发射探头21的探头长度，并且被布置为不平行于发射探头21。用作第一接收微天线部的开口h1’设置于接收探头22的末端23，并且用作第二接收
微天线部的开口h2’设置于接收探头22的基端与末端23之间的中间位置。
[0265]
接收探头22的开口h1’在y轴方向上与发射探头21的开口h1相距预定距离而面对发射探头21的开口h1，并且接收探头22的开口h2’在y轴方向上与发射探头21的开口h2相距大于所述预定距离的某个距离而面对发射探头21的开口h2。
[0266]
当探头21和探头22中的一个探头相对于探头21和探头22中的另一个探头倾斜时，这造成相应探头21和探头22的微天线部之间的两个距离不同，如上所述。
[0267]
如图16中所示，假设从发射探头21的基端到开口h2的(信号传输)路径是路径1，从开口h2到开口h1的路径是路径2，并且从接收探头22的基端到开口h2’的路径是路径3。
[0268]
此外，假设从开口h2’到开口h1’的路径是路径4，从开口h2到开口h2’的(空间)路径是路径5，并且从开口h1到开口h1’的(空间)路径是路径6。在此，路径5≠路径6，路径1＝路径3，并且路径2＝路径4。
[0269]
考虑信号f通过开口h2从发射探头21传输到接收探头22的情况。
[0270]
用来获得响应输出的主路径是“路径1
→
路径5
→
路径3"。在这种情况下，总(路径)长度由“路径1
×
2 路径5
×
1”获得。另一条路径是“路径1
→
路径2
→
路径2
→
路径5
→
路径3(在开口h1处反射)”。在这种情况下，总长度由“路径1
×
2 路径2
×
2 路径5
×
1”获得。
[0271]
还有一条路径是“路径1
→
路径5
→
路径4
→
路径4
→
路径3(在开口h1’处反射)”。在这种情况下，总长度由“路径1
×
2 路径2
×
2 路径5
×
1”获得。还有一条路径是“路径1
→
路径2
→
路径2
→
路径5
→
路径4
→
路径4
→
路径3(在开口h1和开口h1’处反射)”。在这种情况下，总长度由“路径1
×
2 路径2
×
4 路径5
×
1”获得。
[0272]
接下来，考虑信号f通过开口h1从发射探头21传输到接收探头22的情况。
[0273]
用来获得响应输出的主路径是“路径1
→
路径2
→
路径6
→
路径4
→
路径3”。在这种情况下，总(路径)长度由“路径1
×
2 路径2
×
2 路径6
×
1”获得。另一条路径是“路径1
→
路径2
→
路径2
→
路径2
→
路径6
→
路径4
→
路径3(在开口h2处反射)。在这种情况下，总长度由“路径1
×
2 路径2
×
4 路径6
×
1”获得。
[0274]
还有一条路径是“路径1
→
路径2
→
路径6
→
路径4
→
路径4
→
路径4
→
路径3(在开口h2’处反射)”。在这种情况下，总长度由“路径1
×
2 路径2
×
4 路径6
×
1”获得。还有一条路径是“路径1
→
路径2
→
路径2
→
路径2
→
路径6
→
路径4
→
路径4
→
路径4
→
路径3(在开口h2和开口h2’处反射)”。在这种情况下，总长度由“路径1
×
2 路径2
×
6 路径6
×
1”获得。
[0275]
如图16中所示，当在发射探头21和接收探头22各自布置为以预定角度倾斜(使得发射探头21和接收探头22对称地布置)、并且满足“路径5≠路径6”、“路径1＝路径3”和“路径2＝路径4”的情况下提供开口h2和开口h2’时，上述所有路径模式中的一些路径模式不提供相等的传播长度(总长度)。
[0276]
在此，在开口h1处进行反射的路径模式和在开口h1’处进行反射的路径模式提供相等的传播长度。此外，在开口h2处进行反射的路径模式和在开口h2’处进行反射的路径模式提供相等的传播长度。
[0277]
然而，两组相等传播长度的传播长度不等于主路径的传播长度，因此响应输出存在时间差。因此，可以容易地分离响应输出，使得不会产生噪声。
[0278]
如上所述，通过开口h1和开口h2的所有路径模式中的一些提供相等的总长度。然而，上述所有路径模式所提供的总长度与主路径的总长度不同。
[0279]
相应地，相对于相应信号传输路径模式的功率峰值(响应输出)在时间轴上的重要点处分离(相对于主路径不发生功率峰值的重叠)。因此，图16的传感头20d使得可以防止由不同的信号传输路径模式提供相等的测量距离(总长度)，并且因此减小测量误差。这使得改善介质的相对介电常数或介质中的水分含量的测量准确度。
[0280]
《第五实施方式》
[0281]
图17示意性图示根据本技术的第五实施方式的传感器装置10e的构造。
[0282]
本实施方式的传感器装置10e包括传感器头20e和测量单元30。在以下的说明中，主要描述与第一实施方式的结构元件不同的结构元件。与第一实施方式的结构元件相似的结构元件由与在第一实施方式中使用的参考数字相似的参考数字来指示，并且省略或简化对上述构造元件的描述。
[0283]
本实施方式与第一实施方式和第二实施方式的不同之处在于：在第一发射微天线部与第一接收微天线部之间的距离与在第二发射微天线部与第二接收微天线部之间的距离彼此不同。
[0284]
此外，本实施方式与第三实施方式和第四实施方式的不同之处在于：发射探头21和接收探头22具有相等的探头长度，并且各自平行于z轴方向布置。
[0285]
在发射探头21中，用作第一发射微天线部的开口h1设置于发射探头21的末端23，并且用作第二发射微天线部的开口h2设置于发射探头21的基端与末端23之间的中间位置。
[0286]
接收探头22的探头长度与发射探头21的探头长度相等，并且被布置为平行于发射探头21。用作第一接收微天线部的开口h1’设置于接收探头22的末端23，并且用作第二接收微天线部的开口h2’设置于接收探头22的基端与末端23之间的中间位置。
[0287]
接收探头22的开口h1’在y轴方向上距发射探头21的开口h1预定距离而面对发射探头21的开口h1。与发射探头21的开口h2距发射探头21的基端的距离相比，接收探头22的开口h2’布置为较靠近接收探头22的基端，这造成开口h2’与开口h2相距大于所述预定距离的某个距离而面对开口h2。
[0288]
当开口h2’在z轴方向上相对于开口h2偏移预定偏移量时，这造成相应探头21和探头22的微天线部之间的两个距离不同，如上所述。开口h2’相对于开口h2的偏移量不受特别限制，并且例如为探头长度的5％以上。
[0289]
如图17中所示，假设从发射探头21的基端到开口h2的(信号传输)路径是路径1，从开口h2到开口h1的路径是路径2，并且从接收探头22的基端到开口h2’的路径是路径3。
[0290]
此外，假设从开口h2’到开口h1’的路径是路径4，从开口h2到开口h2’的路径(介质)是路径5，并且从开口h1到开口h1’的路径(介质)是路径6。在此，路径1≠路径3，路径2＝路径4，并且路径5≠路径6。
[0291]
考虑信号f通过开口h2从发射探头21传输到接收探头22的情况。
[0292]
用来获得响应输出的主路径是“路径1
→
路径5
→
路径3”。在这种情况下，总(路径)长度由“路径1
×
1 路径3
×
1 路径5
×
1”获得。另一条路径是“路径1
→
路径2
→
路径2
→
路径5
→
路径3(在开口h1处反射)”。在这种情况下，总长度由“路径1
×
1 路径2
×
2 路径3
×
1 路径5
×
1”获得。
[0293]
还有一条路径是“路径1
→
路径5
→
路径4
→
路径4
→
路径3(在开口h1处反射)”。在这种情况下，总长度由“路径1
×
1 路径2
×
2 路径3
×
1 路径5
×
1”获得。还有一条路径是“路径1
→
路径2
→
路径2
→
路径5
→
路径4
→
路径4
→
路径3(在开口h1和开口h1’处反射)”。在这种情况下，总长度由“路径1
×
1 路径2
×
4 路径3
×
1 路径5
×
1”获得。
[0294]
接下来，考虑信号f通过开口h1从发射探头21传输到接收探头22的情况。
[0295]
用来获得响应输出的主路径是“路径1
→
路径2
→
路径6
→
路径4
→
路径3”。在这种情况下，总(路径)长度由“路径1
×
1 路径2
×
2 路径3
×
1 路径6
×
1”获得。另一条路径是“路径1
→
路径2
→
路径2
→
路径2
→
路径6
→
路径4
→
路径3(在开口h2处反射)。在这种情况下，总长度由“路径1
×
1 路径2
×
4 路径3
×
1 路径6
×
1”获得。
[0296]
还有一条路径是“路径1
→
路径2
→
路径6
→
路径4
→
路径4
→
路径4
→
路径3(在开口h2’处反射)”。在这种情况下，总长度由“路径1
×
1 路径2
×
4 路径3
×
1 路径6
×
1”获得。还有一条路径是“路径1
→
路径2
→
路径2
→
路径2
→
路径6
→
路径4
→
路径4
→
路径4
→
路径3(在开口h2和开口h2’处反射)”。在这种情况下，总长度由“路径1
×
1 路径2
×
6 路径3
×
1 路径6
×
1”获得。
[0297]
如图17中所示，当在发射探头21和接收探头22平行于彼此布置、并且满足“路径1≠路径3”、“路径2＝路径4”和“路径5≠路径6”的情况下提供开口h2和开口h2’时，上述所有路径模式中的一些路径模式不提供相等的传播长度(总长度)。
[0298]
在此，在开口h1处进行反射的路径模式和在开口h1’处进行反射的路径模式提供相等的传播长度。此外，在开口h2处进行反射的路径模式和在开口h2’处进行反射的路径模式提供相等的传播长度。
[0299]
然而，两组相等传播长度的传播长度不等于主路径的传播长度，因此响应输出存在时间差。因此，可以容易地分离响应输出，使得不会产生噪声。
[0300]
如上所述，通过开口h1和开口h2的所有路径模式中的一些路径模式提供相等的总长度。然而，上述所有路径模式所提供的总长度与主路径的总长度不同。
[0301]
相应地，相对于相应信号传输路径模式的功率峰值(响应输出)在时间轴上的重要点处分离(相对于主路径不发生功率峰值的重叠)。因此，图17的传感器头20e使得可以防止由不同的信号传输路径模式提供相等的测量距离(总长度)，并且因此减小测量误差。这使得改善介质的相对介电常数或介质中的水分含量的测量准确度。
[0302]
《比较例2》
[0303]
图18示意性图示根据比较例2的传感器头20r的构造。
[0304]
根据比较例2的传感器头20r具有与参照图5描述的比较例1的传感器装置10’的传感器头的构造相似的构造。
[0305]
换言之，在传感器头20r中，发射探头21和接收探头22具有相等的探头长度，并且各自平行于z轴方向布置。开口h1和开口h1’在y轴方向上距彼此某个距离而面对彼此，并且开口h2和开口h2’在y轴方向上距彼此相同距离而面对彼此。
[0306]
如图18中所示，假设从传输探头21的基端到开口h2的(信号传输)路径是路径1，从开口h2到开口h1的路径是路径2，并且从接收探头22的基端到开口h2’的路径是路径3。
[0307]
此外，假设从开口h2’到开口h1’的路径是路径4，从开口h2到开口h2’的(空间)路径是路径5，并且从开口h1到开口h1’的(空间)路径是路径6。在此，路径1＝路径3，路径2＝路径4，并且路径5＝路径6。
[0308]
考虑信号f通过开口h2从发射探头21传输到接收探头22的情况。
[0309]
用来获得响应输出的主路径是“路径1
→
路径5
→
路径3”。在这种情况下，总(路径)长度由“路径1
×
2 路径5
×
1”获得。另一条路径是“路径1
→
路径2
→
路径2
→
路径5
→
路径3(在开口h1处反射)”。在这种情况下，总长度由“路径1
×
2 路径2
×
2 路径5
×
1”获得。
[0310]
还有一条路径是“路径1
→
路径5
→
路径4
→
路径4
→
路径3(在开口h1’处反射)”。在这种情况下，总长度由“路径1
×
2 路径2
×
2 路径5
×
1”获得。还有一条路径是“路径1
→
路径2
→
路径2
→
路径5
→
路径4
→
路径4
→
路径3(在开口h1和开口h1’处反射)”。在这种情况下，总长度由“路径1
×
2 路径2
×
4 路径5
×
1”获得。
[0311]
接下来，考虑信号f通过开口h1从发射探头21传输到接收探头22的情况。
[0312]
用来获得响应输出的主路径是“路径1
→
路径2
→
路径6
→
路径4
→
路径3”。在这种情况下，总(路径)长度由“路径1
×
2 路径2
×
2 路径5
×
1”获得。另一条路径是“路径1
→
路径2
→
路径2
→
路径2
→
路径6
→
路径4
→
路径3(在开口h2处反射)”。在这种情况下，总长度由“路径1
×
2 路径2
×
4 路径5
×
1”获得。
[0313]
还有一条路径是“路径是路径1
→
路径2
→
路径6
→
路径4
→
路径4
→
路径4
→
路径3(在开口h2’处反射)”。在这种情况下，总长度由“路径1
×
2 路径2
×
4 路径5
×
1”获得。还有一条路径是“路径1
→
路径2
→
路径2
→
路径2
→
路径6
→
路径4
→
路径4
→
路径4
→
路径3(在开口h2和开口h2’处反射)”。在这种情况下，总长度由“路径1
×
2 路径2
×
5 路径5
×
1”获得。
[0314]
如图18中所示，当在发射探头21和接收探头22平行于彼此布置、并且满足“路径1＝路径3”、“路径2＝路径4”和“路径5＝路径6”的情况下提供开口h2和h2’时，在开口h1处进行反射的路径模式和在开口h1’处进行反射的路径模式提供相等的传播长度。此外，在开口h2处进行反射的路径模式和在开口h2’处进行反射的路径模式提供相等的传播长度。
[0315]
这时，当在开口h1和开口h1’处进行反射时所提供的相等传播长度等于主路径的传播长度。这导致测量误差。
[0316]
(当存在三个开口时)
[0317]
《第六实施方式》
[0318]
图19示意性图示根据本技术的第六实施方式的传感器装置10f的构造。
[0319]
本实施方式的传感器装置10f包括传感器头20f和测量单元30。在以下的说明中，主要描述与第一实施方式的结构元件不同的结构元件。与第一实施方式的结构元件相似的结构元件由与在第一实施方式中使用的参考数字相似的参考数字指示，并且省略或简化对上述结构元件的说明。
[0320]
本实施方式的传感器头20f与上述第一实施方式至第五实施方式的不同之处在于：发射探头21包括用作第三发射微天线部的开口h3，并且接收探头22包括用作第三发射微天线部的开口h3’。
[0321]
在本实施方式中，发射探头21平行于z轴方向布置，并且包括折叠部42，折叠部42使发射探头21的末端23在测量单元30的方向上相反地定向。折叠部42通过使发射探头21以大于180度的角度反转而使发射探头21相反地定向，使得发射探头21的从折叠部42到末端23的部分与发射探头21的从基端到折叠部42的部分不平行。从折叠部42到末端23的部分相对于z轴方向倾斜的角度不受特别限制，并且可以例如大于或等于5度且小于或等于10度。
[0322]
开口h1设置于折叠部42，并且开口h2设置在折叠部42与发射探头21的末端23之间的中间位置。开口h3设置于发射探头21的末端。
[0323]
接收探头22平行于z轴方向布置，并且具有等于从发射探头21的基端到折叠部42的长度的探头长度。开口h1’设置于接收探头22的末端23，并且开口h2’设置在接收探头22的基端与末端23之间的中间设置。开口h3’设置在接收探头22的基端与末端23之间的中间位置。
[0324]
接收探头22的开口h1’在y轴方向上与发射探头21的开口h1相距预定距离而面对发射探头21的开口h1，并且接收探头22的开口h2’在y轴方向上与发射探头21的开口h2相距大于所述预定距离的某个距离而面对发射探头的开口h2。此外，接收探头22的开口h3’在y轴方向上与发射探头21的开口h3相距大于其他开口之间的距离(也就是开口h1与开口h1’之间的距离和开口h2与开口h2’之间的距离)的某个距离而面对发射探头21的开口h3。
[0325]
测量单元30生成测量信号s1，测量信号s1进一步包括关于在开口h3与开口h3’之间的介质中的电磁波传播特性的信息。在本实施方式中，开口h1与开口h1’之间的距离、开口h2与开口h2’之间的距离、以及开口h3与开口h3’之间的距离彼此不同。这造成提供与由上述第一实施方式提供的效果相似的效果。
[0326]
如图19中所示，假设从发射探头21的基端到位于折叠部之前且面对开口h3的第一预定位置的(信号传输)路径是路径1，从第一预定位置到面对开口h2的第二预定位置的路径是路径2，并且从第二预定位置到开口h1的路径是路径3。
[0327]
假设从开口h1通过折叠部到开口h2的路径是路径7，并且从开口h2到开口h3的路径是路径8。
[0328]
假设从接收探头22的末端(h1’)到开口h2’的路径是路径4。此外，假设从开口h2’到开口h3’的路径是路径5，并且从开口h3’到基端的路径是路径6。另外，假设从开口h1到开口h1’的路径(介质)是路径9，从开口h2到开口h2’的路径(介质)是路径10，并且从开口h3到开口h3’的路径(介质)是路径11。在此，路径1＝路径6，路径2＝路径5，路径3＝路径4，并且路径9≠路径10≠路径11。
[0329]
考虑信号f通过开口h3从发射探头21传输到接收探头22的情况。
[0330]
用来获得响应输出的主路径是“路径1
→
路径2
→
路径3
→
路径7
→
路径8
→
路径11
→
路径6”。在这种情况下，总(路径)长度由“路径1
×
2 路径2
×
1 路径3
×
1 路径7
×
1 路径8
×
1 路径11
×
1”获得。另一条路径是“路径1
→
路径2
→
路径3
→
路径7
→
路径8
→
路径11
→
路径5
→
路径5
→
路径6(在开口h2’处反射)”。在这种情况下，总长度由“路径1
×
2 路径2
×
3 路径3
×
1 路径7
×
1 路径8
×
1 路径11
×
1”获得。还有一条路径是“路径1
→
路径2
→
路径3
→
路径7
→
路径8
→
路径11
→
路径5
→
路径4
→
路径4
→
路径5
→
路径6(在开口h1’处反射)”。在这种情况下，总长度由“路径1
×
2 路径2
×
3 路径3
×
1 路径7
×
3 路径8
×
1 路径11
×
1”获得。
[0331]
还有一条路径是“路径1
→
路径2
→
路径3
→
路径7
→
路径8
→
路径8
→
路径8
→
路径11
→
路径6(在开口h2处反射)”。在这种情况下，总长度由“路径1
×
2 路径2
×
1 路径3
×
1 路径7
×
1 路径8
×
3 路径11
×
1”获得。还有一条路径是“路径1
→
路径2
→
路径3
→
路径7
→
路径8
→
路径8
→
路径7
→
路径7
→
路径8
→
路径11
→
路径6(在开口h1处反射)”。在这种情况下，总长度由“路径1
×
2 路径2
×
1 路径3
×
1 路径7
×
3 路径8
×
3 路径11
×
1”获得。
[0332]
此外，存在在路径7和路径8处进行反射，然后在路径5和路径4处进行反射的模式。然而，由该模式提供的总长度与主路径的总长度有很大不同。因此，省略对上述模式的说
明。
[0333]
接下来，考虑信号f通过开口h2从发射探头21传输到接收探头22的情况。
[0334]
用来获得最高(响应)功率输出的主路径是“路径1
→
路径2
→
路径3
→
路径7
→
路径10
→
路径5
→
路径6"。在这种情况下，总(路径)长度由“路径1
×
2 路径2
×
2 路径3
×
1 路径7
×
1 路径10
×
1”获得。另一条路径是“路径1
→
路径2
→
路径3
→
路径7
→
路径10
→
路径4
→
路径4
→
路径5
→
路径6(在开口h1’处反射)。在这种情况下，总长度由“路径1
×
2 路径2
×
2 路径3
×
3 路径7
×
1 路径10
×
1”获得。
[0335]
还有一条路径是“路径1
→
路径2
→
路径3
→
路径7
→
路径7
→
路径7
→
路径10
→
路径5
→
路径6(在开口h3处反射)”。在这种情况下，总长度由“路径1
×
2 路径2
×
2 路径3
×
1 路径7
×
3 路径10
×
1 路径8
×
2”获得。还有一条路径是“路径1
→
路径2
→
路径3
→
路径7
→
路径8
→
路径8
→
路径10
→
路径5
→
路径6(在开口h1处反射)”。在这种情况下，总长度由“路径1
×
2 路径2
×
2 路径3
×
1 路径7
×
1 路径10
×
1 路径8
×
2"获得。
[0336]
还有一条路径是“路径1
→
路径2
→
路径3
→
路径7
→
路径10
→
路径5
→
路径5
→
路径5
→
路径6(在开口h3’处反射)”。在这种情况下，总长度由“路径1
×
2 路径2
×
4 路径7
×
1 路径10
×
1 路径8
×
2”获得。
[0337]
还有一条路径是“路径1
→
路径2
→
路径3
→
路径7
→
路径8
→
路径8
→
路径10
→
路径4
→
路径4
→
路径5
→
路径6(在开口h1和开口h1’处反射)”。在这种情况下，总长度由“路径1
×
2 路径2
×
2 路径3
×
3 路径7
×
1 路径10
×
1 路径8
×
2”获得。还有一条路径是“路径1
→
路径2
→
路径3
→
路径7
→
路径7
→
路径7
→
路径10
→
路径4
→
路径4
→
路径5
→
路径6(在开口h3和开口h1’处反射)”。在这种情况下，总长度由“路径1
×
2 路径2
×
2 路径3
×
3 路径7
×
3 路径10
×
1 路径8
×
2”获得。
[0338]
接下来，考虑信号f通过开口h1从发射探头21传输到接收探头22的情况。
[0339]
用来获得响应输出的主路径是“路径1
→
路径2
→
路径3
→
路径9
→
路径4
→
路径5
→
路径6”。在这种情况下，总(路径)长度由“路径1
×
2 路径2
×
2 路径3
×
2 路径9
×
1”获得。另一条路径是“路径1
→
路径2
→
路径3
→
路径7
→
路径7
→
路径9
→
路径4
→
路径5
→
路径6(在开口h2处反射)。在这种情况下，总长度由“路径1
×
2 路径2
×
2 路径3
×
2 路径9
×
1 路径7
×
2”获得。
[0340]
还有一条路径是“路径1
→
路径2
→
路径3
→
路径7
→
路径8
→
路径8
→
路径7
→
路径9
→
路径4
→
路径5
→
路径6(在开口h3处反射)”。在这种情况下，总长度由“路径1
×
2 路径2
×
2 路径3
×
2 路径9
×
1 路径7
×
2 路径8
×
2”获得。还有一条路径是“路径1
→
路径2
→
路径3
→
路径9
→
路径4
→
路径4
→
路径4
→
路径5
→
路径6(在开口h2’处反射)”。在这种情况下，总长度由“路径1
×
2 路径2
×
2 路径3
×
3 路径9
×
1”获得。
[0341]
还有一条路径是“路径1
→
路径2
→
路径3
→
路径9
→
路径4
→
路径5
→
路径5
→
路径4
→
路径4
→
路径5
→
路径6(在开口h3’处反射)”。在这种情况下，总长度由“路径1
×
2 路径2
×
4 路径3
×
3 路径9
×
1”获得。还有一条路径是“路径1
→
路径2
→
路径3
→
路径7
→
路径7
→
路径9
→
路径4
→
路径4
→
路径4
→
路径5
→
路径6(在开口h2和开口h2’处反射)”。在这种情况下，总长度由“路径1
×
2 路径2
×
2 路径3
×
4 路径9
×
1 路径7
×
2”获得。
[0342]
此外，还存在信号从开口h3和开口h3’反射之后向前行进的路径模式。然而，由该路径模式提供的总长度与主路径的总长度有很大不同。因此，省略对上述路径模式的说明。
[0343]
如图19中所示，当在位于发射探头21的折叠部之前的同轴电缆相对于位于发射探头21的折叠部之后的同轴电缆以预定角度倾斜(使得这些同轴电缆不对称地布置)、并且满足“路径1＝路径6”、“路径2＝路径5”、“路径3＝路径4”和“路径9≠路径10≠路径11”的情况下在发射探头21中设置上述六个开口h1至h3’时，上述路径模式中没有一个提供相等的传播长度(总长度)。
[0344]
此外，还存在信号从发射侧进入接收侧、然后返回发射侧的路径模式。然而，由该路径模式提供的总长度与主路径的总长度有很大不同。因此，省略对上述路径模式的说明。
[0345]
如上所述，通过开口h1、h2和h3的路径模式中没有一个提供相等的总长度。换言之，上述所有信号传输模式所提供的总长度是不同的。
[0346]
相应地，相对于相应信号传输路径模式的功率峰值(响应输出)在时间轴上被分离(不重叠)。因此，图19的传感器头20f使得可以防止由不同的信号传输路径模式提供相等的测量距离(总长度)，并且因此减小测量误差。这使得改善介质的相对介电常数或介质中的水分含量的测量准确度。
[0347]
《第七实施方式》
[0348]
图20示意性图示根据本技术的第七实施方式的传感器装置10g的构造。
[0349]
本实施方式的传感器装置10g包括传感器头20g和测量单元30。在以下的说明中，主要描述与第一实施方式的结构元件不同的结构元件。与第一实施方式的结构元件相似的结构元件由与在第一实施方式中使用的参考数字相似的参考数字指示，并且省略或简化对上述结构元件的描述.
[0350]
本实施方式与第六实施方式的不同之处在于：发射探头21和接收探头22具有相等的探头长度，并且各自被布置为相对于z轴方向倾斜，使得发射探头21和接收探头22的相应末端23彼此靠近。探头21和探头22中的每一个探头相对于z轴方向倾斜的角度例如大于或等于5度且小于或等于10度。
[0351]
接收探头22的开口h1’在y轴方向上与发射探头21的开口h1相距预定距离而面对发射探头21的开口h1，并且接收探头22的开口h2’在y轴方向上与发射探头21的开口h2相距大于所述预定距离的某个距离而面对发射探头21的开口h2。此外，接收探头22的开口h3’在y轴方向上与发射探头21的开口h3相距大于其他开口之间的距离(也就是开口h1与开口h1’之间的距离和开口h2与开口h2’之间的距离)的某个距离而面对发射探头21的开口h3。接收探头22的基端与开口h3’之间的距离、开口h3’与开口h2’之间的距离、和开口h2’与开口h1’之间的距离的比例不受特别限制，并且例如是4:3:3。
[0352]
如图20中所示，假设从发射探头21的基端到开口h3的(信号传输)路径是路径1，从开口h3到开口h2的路径是路径2，从开口h2到开口h1的路径是路径3，并且从接收探头22的末端(开口h1’)到开口h2’的路径是路径4。
[0353]
此外，假设从开口h2’到开口h3’的路径是路径5，从开口h3’到基端的路径是路径6，从开口h1到开口h1’的(空间)路径是路径9，从开口h2到开口h2’的(空间)路径是路径10，并且从开口h3到开口h3’的(空间)路径是路径11。
[0354]
在此，路径9≠路径10≠路径11。当进行对称布置时满足“路径1＝路径6”、“路径2＝路径5”和“路径3＝路径4”，而当进行不对称布置时，满足“路径1≠路径6”、“路径2≠路径5”和“路径3≠路径4”。
[0355]
考虑信号f通过开口h3从发射探头21传输到接收探头22的情况。
[0356]
用来获得响应输出的主路径是“路径1
→
路径2
→
路径3
→
路径3
→
路径2
→
路径11
→
路径6”。在这种情况下，总(路径)长度由“路径1
×
2 路径2
×
2 路径3
×
2 路径11
×
1”获得。另一条路径是“路径1
→
路径2
→
路径3
→
路径3
→
路径2
→
路径11
→
路径5
→
路径5
→
路径6(在开口h2’处反射)”。在这种情况下，总长度由“路径1
×
2 路径2
×
4 路径3
×
2 路径11
×
1”获得。还有一条路径是“路径1
→
路径2
→
路径3
→
路径3
→
路径2
→
路径11
→
路径5
→
路径4
→
路径4
→
路径5
→
路径6(在开口h1’处反射)”。在这种情况下，总长度由“路径1
×
2 路径2
×
4 路径3
×
4 路径11
×
1”获得。
[0357]
还有一条路径是“路径1
→
路径2
→
路径3
→
路径3
→
路径2
→
路径2
→
路径2
→
路径11
→
路径6(在开口h2处反射)”。在这种情况下，总长度由“路径1
×
2 路径2
×
4 路径3
×
2 路径11
×
1”获得。还有一条路径是“路径”1
→
路径2
→
路径3
→
路径3
→
路径2
→
路径2
→
路径3
→
路径3
→
路径2
→
路径11
→
路径6(在开口h3处反射)”。在这种情况下，总长度由“路径1
×
2 路径2
×
4 路径3
×
4 路径11
×
1”获得。
[0358]
此外，存在在路径3和路径2处进行反射，然后在路径5和路径4处进行反射的模式。然而，由该模式提供的总长度与主路径的总长度有很大不同。因此，省略对该模式的说明。
[0359]
接下来，考虑信号f通过开口h2从发射探头21传输到接收探头22的情况。
[0360]
用来获得响应输出的主路径是“路径1
→
路径2
→
路径3
→
路径3
→
路径10
→
路径5
→
路径6”。在这种情况下，总(路径)长度由“路径1
×
2 路径2
×
2 路径3
×
2 路径10
×
1”获得。另一条路径是“路径1
→
路径2
→
路径3
→
路径3
→
路径10
→
路径4
→
路径4
→
路径5
→
路径6(在开口h1’处反射)。在这种情况下，总长度由“路径1
×
2 路径2
×
2 路径3
×
4 路径10
×
1”获得。
[0361]
还有一条路径是“路径1
→
路径2
→
路径3
→
路径3
→
路径3
→
路径3
→
路径10
→
路径5
→
路径6(在开口h3处反射)”。在这种情况下，总长度由“路径1
×
2 路径2
×
4 路径3
×
4 路径10
×
1”获得。还有一条路径是“路径”1
→
路径2
→
路径3
→
路径3
→
路径2
→
路径2
→
路径10
→
路径5
→
路径6(在开口h1处反射)”。在这种情况下，总长度由“路径1
×
2 路径2
×
4 路径3
×
2 路径10
×
1”获得。
[0362]
还有一条路径是“路径1
→
路径2
→
路径3
→
路径3
→
路径10
→
路径5
→
路径5
→
路径5
→
路径6(在开口h3’处反射)”。在这种情况下，总长度由“路径1
×
2 路径2
×
6 路径3
×
1 路径10
×
1”获得。
[0363]
还有一条路径是“路径1
→
路径2
→
路径3
→
路径3
→
路径2
→
路径2
→
路径10
→
路径4
→
路径4
→
路径5
→
路径6(在开口h1和开口h1’处反射)”。在这种情况下，总长度由“路径1
×
2 路径2
×
4 路径3
×
4 路径10
×
1”获得。还有一条路径是“路径1
→
路径2
→
路径3
→
路径3
→
路径3
→
路径3
→
路径10
→
路径4
→
路径4
→
路径5
→
路径6(在开口h3和开口h1’处反射)”。在这种情况下，总长度由“路径1
×
2 路径2
×
4 路径3
×
6 路径10
×
1”获得。
[0364]
接下来，考虑信号f通过开口h1从发射探头21传输到接收探头22的情况。
[0365]
用来获得响应输出的主路径是“路径1
→
路径2
→
路径3
→
路径9
→
路径4
→
路径5
→
路径6”。在这种情况下，总(路径)长度由“路径1
×
2 路径2
×
2 路径3
×
2 路径9
×
1”获得。另一条路径是“路径1
→
路径2
→
路径3
→
路径3
→
路径3
→
路径9
→
路径4
→
路径5
→
路径6(在开口h2处反射)。在这种情况下，总长度由“路径1
×
2 路径2
×
2 路径3
×
4 路径9
×
1”获得。
[0366]
还有一条路径是“路径1
→
路径2
→
路径3
→
路径3
→
路径2
→
路径2
→
路径3
→
路径9
→
路径4
→
路径5
→
路径6(在开口h1处反射)”。在这种情况下，总长度由“路径1
×
2 路径2
×
4 路径3
×
4 路径9
×
1”获得。还有一条路径是“路径1
→
路径2
→
路径3
→
路径9
→
路径4
→
路径4
→
路径4
→
路径5
→
路径6(在开口h2’处反射)”。在这种情况下，总长度由“路径1
×
2 路径2
×
2 路径3
×
3 路径9
×
1”获得。
[0367]
还有一条路径是“路径1
→
路径2
→
路径3
→
路径9
→
路径4
→
路径5
→
路径5
→
路径4
→
路径4
→
路径5
→
路径6(在开口h3’处反射)”。在这种情况下，总长度由“路径1
×
2 路径2
×
4 路径3
×
3 路径9
×
1”获得。还有一条路径是“路径1
→
路径2
→
路径3
→
路径3
→
路径3
→
路径9
→
路径4
→
路径4
→
路径4
→
路径5
→
路径6(在开口h2和开口h2’处反射)”。在这种情况下，总长度由“路径1
×
2 路径2
×
2 路径3
×
6 路径9
×
1”获得。
[0368]
此外，还存在信号在从开口h1和开口h3’反射之后向前行进的路径模式。然而，由该模式提供的总长度与主路径的总长度有很大不同。因此，省略对该模式的说明。
[0369]
另外，还有信号从发射端进入接收侧，然后返回发射侧的路径模式。然而，由该模式提供的总长度与主路径的总长度有很大不同。因此，省略对该模式的说明。
[0370]
如图20中所示，当在发射探头21和接收探头22各自布置为相对于z轴方向以预定角度倾斜、并且满足“路径1＝路径6”、“路径2＝路径5”和“路径3＝路径4”的情况下设置开口h3和开口h3’时，上述所有路径模式中的一些路径模式不提供相等的传播长度(总长度)。
[0371]
在此，通过开口h3并且在开口h2处进行反射的路径模式和通过开口h3并且在开口h2处进行反射的路径模式提供相等的传播长度。此外，通过开口h3并且在开口h3处进行反射的路径模式和通过开口h3并且在开口h1’处进行反射的路径模式提供相等的传播长度。
[0372]
通过开口h2并且在开口h3处进行反射的路径模式和通过开口h2并且在开口h1’处进行反射的路径模式提供相等的传播长度。
[0373]
然而，三组相等传播长度的传播长度不等于主路径的传播长度，因此响应输出存在时间差。因此，可以容易地分离响应输出，并且这使得不会产生噪声。
[0374]
或者，当在发射探头21(或接收探头22)布置为相对于接收探头22(或发射探头21)以预定角度倾斜、并且满足“路径1≠路径6”、“路径2≠路径5”和“路径3≠路径4”的条件下设置开口h3和开口h3’时，上述路径模式中没有一个提供相等的传播长度(总长度)。在这种情况下，提供与第三实施方式的路径模式相似的路径模式。因此，省略对上述路径模式的说明。
[0375]
相应地，相对于相应信号传输路径模式的功率峰值(响应输出)在时间轴上被分离(不重叠)。因此，图20的传感器头20g使得可以防止由不同的信号传输路径模式提供相等的测量距离(总长度)，并且因此减小测量误差。这使得改善介质的相对介电常数或介质中的水分含量的测量准确度。
[0376]
《比较例3》
[0377]
图21示意性图示根据比较例3的传感器头20r’的构造。
[0378]
在根据比较例3的传感器头20r’中，发射探头21平行于z轴方向布置。发射探头21包括折叠部42，并且从折叠部42到末端23的部分平行于z轴方向形成。开口h1设置于折叠部42，开口h2设置于末端23，并且开口h3设置于折叠部42与末端23之间的中间位置。
[0379]
在传感器头20r’中，接收探头22平行于z轴方向布置，并且具有与从发射探头21的
基端到折叠部42的长度相等的探头长度。开口h1’设置于接收探头22的末端23，并且在y轴方向上与发射探头21的开口h1相距预定距离而面对发射探头21的开口h1。开口h2’设置在接收探头22的基端与末端23之间，并且在y轴方向上与发射探头21的开口h2相距上述预定距离而面对发射探头21的开口h2。开口h3’设置在接收探头22的基端与末端23之间，并且在y轴方向上与发射探头22的开口h3相距上述预定距离而面对发射探头22的开口h3。
[0380]
在此示例中，如图21所示，假设从发射探头21的基端到位于折叠部之前且面对开口h3的第一预定位置的(信号传输)路径是路径1，从第一预定位置到面对开口h2的第二预定位置的路径是路径2，并且从第二预定位置到开口h1的路径是路径3。
[0381]
此外，假设通过折叠部从开口h1到开口h2的路径是路径7，并且从开口h2到开口h3的路径是路径8。
[0382]
假设从接收探头22的末端(h1’)到开口h2’的路径是路径4，从开口h2’到开口h3’的路径是路径5，并且从开口h3’到基端的路径是路径6。此外，假设从开口h1到开口h1’的路径(介质)是路径9，从开口h2到开口h2’的路径(介质)为路径10，并且从开口h3到开口h3’的路径(介质)是路径11。
[0383]
在此，路径1＝路径6，路径2＝路径5＝路径8，路径3＝路径4≠路径7，并且路径10＝路径11≠路径9。
[0384]
考虑信号f通过开口h3从发射探头21传输到接收探头22的情况。
[0385]
用来获得响应输出的主路径是“路径1
→
路径2
→
路径3
→
路径7
→
路径8
→
路径11
→
路径6”。在这种情况下，总(路径)长度由“路径1
×
2 路径2
×
2 路径3
×
1 路径7
×
1 路径10
×
1”获得。另一条路径是“路径1
→
路径2
→
路径3
→
路径7
→
路径8
→
路径11
→
路径5
→
路径5
→
路径6(在开口h2’处反射)”。在这种情况下，总长度由“路径1
×
2 路径2
×
4 路径3
×
1 路径7
×
1 路径10
×
1”获得。还有一条路径是“路径1
→
路径2
→
路径3
→
路径7
→
路径8
→
路径11
→
路径5
→
路径4
→
路径4
→
路径5
→
路径6(在开口h1’处反射)”。在这种情况下，总长度由“路径1
×
2 路径2
×
4 路径3
×
1 路径7
×
3 路径10
×
1”获得。
[0386]
还有一条路径是“路径1
→
路径2
→
路径3
→
路径7
→
路径8
→
路径8
→
路径8
→
路径11
→
路径6(在开口h2处反射)”。在这种情况下，总长度由“路径1
×
2 路径2
×
4 路径3
×
1 路径7
×
1 路径10
×
1”获得。还有一条路径是“路径1
→
路径2
→
路径3
→
路径7
→
路径8
→
路径8
→
路径7
→
路径7
→
路径8
→
路径11
→
路径6(在开口h1处反射)”。在这种情况下，总长度由“路径1
×
2 路径2
×
4 路径3
×
1 路径7
×
3 路径10
×
1”获得。
[0387]
此外，存在在路径7和路径8处进行反射，然后在路径5和路径4处进行反射的模式。然而，由该模式提供的总长度与主路径的总长度有很大不同。因此，省略对该模式的说明。
[0388]
接下来，考虑信号f通过开口h2从发射探头21传输到接收探头22的情况。
[0389]
用来获得响应输出的主路径是“路径1
→
路径2
→
路径3
→
路径7
→
路径10
→
路径5
→
路径6”。在这种情况下，总(路径)长度由“路径1
×
2 路径2
×
2 路径3
×
1 路径7
×
1 路径10
×
1”获得。另一条路径是“路径1
→
路径2
→
路径3
→
路径7
→
路径10
→
路径4
→
路径4
→
路径5
→
路径6(在开口h1’处反射)。在这种情况下，总长度由“路径1
×
2 路径2
×
2 路径3
×
3 路径7
×
1 路径10
×
1”获得。
[0390]
还有一条路径是“路径1
→
路径2
→
路径3
→
路径7
→
路径7
→
路径7
→
路径10
→
路径5
→
路径6(在开口h3处反射)”。在这种情况下，总长度由“路径1
×
2 路径2
×
4 路径3
×
1 路
径7
×
3 路径10
×
1”获得。还有一条路径是“路径1
→
路径2
→
路径3
→
路径7
→
路径8
→
路径8
→
路径10
→
路径5
→
路径6(在开口h3处反射)”。在这种情况下，总长度由“路径1
×
2 路径2
×
4 路径3
×
1 路径7
×
1 路径10
×
1”获得。
[0391]
还有一条路径是“路径1
→
路径2
→
路径3
→
路径7
→
路径10
→
路径5
→
路径5
→
路径5
→
路径6(在开口h3’处反射)”。在这种情况下，总长度由“路径1
×
2 路径2
×
6 路径7
×
1 路径10
×
1”获得。
[0392]
还有一条路径是“路径1
→
路径2
→
路径3
→
路径7
→
路径8
→
路径8
→
路径10
→
路径4
→
路径4
→
路径5
→
路径6(在开口h3和开口h1’处反射)”。在这种情况下，总长度由“路径1
×
2 路径2
×
4 路径3
×
3 路径7
×
1 路径10
×
1”获得。还有一条路径是“路径1
→
路径2
→
路径3
→
路径7
→
路径7
→
路径7
→
路径10
→
路径4
→
路径4
→
路径5
→
路径6(在开口h1和开口h1’处反射)”。在这种情况下，总长度由“路径1
×
2 路径2
×
4 路径3
×
3 路径7
×
3 路径10
×
1”获得。
[0393]
接下来，考虑信号f通过开口h1从发射探头21传输到接收探头22的情况。
[0394]
用来获得响应输出的主路径是“路径1
→
路径2
→
路径3
→
路径9
→
路径4
→
路径5
→
路径6”。在这种情况下，总(路径)长度由“路径1
×
2 路径2
×
2 路径3
×
2 路径9
×
1”获得。另一条路径是“路径1
→
路径2
→
路径3
→
路径7
→
路径7
→
路径9
→
路径4
→
路径5
→
路径6(在开口h2处反射)。在这种情况下，总长度由“路径1
×
2 路径2
×
2 路径3
×
2 路径9
×
1 路径7
×
2”获得。
[0395]
还有一条路径是“路径1
→
路径2
→
路径3
→
路径7
→
路径8
→
路径8
→
路径7
→
路径9
→
路径4
→
路径5
→
路径6(在开口h3处反射)”。在这种情况下，总长度由“路径1
×
2 路径2
×
4 路径3
×
2 路径9
×
1 路径7
×
2”获得。还有一条路径是“路径1
→
路径2
→
路径3
→
路径9
→
路径4
→
路径4
→
路径4
→
路径5
→
路径6(在开口h2’处反射)”。在这种情况下，总长度由“路径1
×
2 路径2
×
2 路径3
×
3 路径9
×
1”获得。
[0396]
还有一条路径是“路径1
→
路径2
→
路径3
→
路径9
→
路径4
→
路径5
→
路径5
→
路径4
→
路径4
→
路径5
→
路径6(在开口h3’处反射)”。在这种情况下，总长度由“路径1
×
2 路径2
×
4 路径3
×
3 路径9
×
1”获得。还有一条路径是“路径1
→
路径2
→
路径3
→
路径7
→
路径7
→
路径9
→
路径4
→
路径4
→
路径4
→
路径5
→
路径6(在开口h2和开口h2’处反射)”。在这种情况下，总长度由“路径1
×
2 路径2
×
2 路径3
×
4 路径9
×
1 路径7
×
2”获得。
[0397]
此外，还存在信号在从开口h3和开口h3’反射之后向前行进的路径模式。然而，由该模式提供的总长度与主路径的总长度有很大不同。因此，省略对该模式的说明。
[0398]
此外，还存在信号从发射侧进入接收侧，然后返回发射侧的路径模式。然而，由该模式提供的总长度与主路径的总长度有很大不同。因此，省略对该模式的描述。
[0399]
如图21中所示，当在发射探头21和接收探头22(的折叠部之前和之后的部分)平行于彼此布置、并且满足“路径1＝路径6”、“路径2＝路径5＝路径8”、“路径3＝路径4≠路径7”和“路径10＝路径11≠路径9”的情况下在发射探头21设置上述六个开口h1至h3’时，通过开口h1的主路径和通过开口h2的主路径具有相等的传播长度，这导致测量误差。
[0400]
如上所述，在第一实施方式至第七实施方式中，发射探头21和接收探头22被配置为使得主路径和除了主路径之外的路径具有不同的总长度。
[0401]
在第一实施方式到第五实施方式中存在两个开口，在第六实施方式和第七实施方
式中存在三个开口。尽管省略了对探头21和探头22的说明，但探头21和探头22可以各自包括各自用作微天线部的四个或更多个开口。
[0402]
在相应实施方式中，各自通过开口(h1至h3’)的多条信号传输路径的信号传输路径之间的路径长度差大于或等于预定有效波长(2.06cm)。在第三、第四、第六和第七实施方式中，探头21和探头22各自布置为相对于z轴方向倾斜，使得信号传输路径之间的路径长度差大于或等于预定有效波长。
[0403]
《修改》
[0404]
上面已经描述了本技术的实施方式。然而，本技术不限于上述实施方式，并且可以对上述实施方式进行各种修改。
[0405]
例如，在上述实施方式中，已经描述了将本技术应用于测量农作物将生长的土壤中的水分含量的示例。然而，不限于此，本技术也可应用于对塌方的研究和测量例如已知相对介电常数的不同物质(诸如肥料之类)的浓度。
[0406]
测量目标介质不限于土壤，并且可以是除土壤以外的物质，诸如牲畜饲料之类。
[0407]
水分含量测量装置100被配置为使用介质中的电磁波传播特性来计算相对介电常数，并且使用相对介电常数来计算介质中的水分含量。不限于此，水分含量测量装置100可被配置为使用所获得的电磁波传播特性来直接计算介质中的水分含量。例如，当介质包括相对简单的体系时，能够建立电磁波的传播特性与介质中的水分含量的对应表，并且因此能够通过参照对应表来直接使用电磁波传播特性获得介质中的水分含量。
[0408]
此外，传感器头可进一步包括温度检测器和/或电导率检测器。
[0409]
温度检测器可以检测介质的温度。例如，可以采用诸如热电偶或热敏电阻之类的任何温度传感器作为温度检测器。例如，温度检测器设置在微天线部221和微天线部222的附近，用于接收探头22的接收。
[0410]
电导率检测器可以检测介质的电导率。例如，可以采用适当的电导率或电阻率传感器(诸如两线或四线传感器)作为电导率检测器。例如，电导率检测器设置在微天线部211和微天线部212的附近，用于发射探头21的发射。
[0411]
已知介质的相对介电常数与温度或介质的电导率具有一定的相关性。根据这个示例，不仅可获取介质中的电磁波传播特性，而且可获取关于介质的温度和电导率的信息。因此，可以根据所获得的温度信息或电导率信息来校正介质的相对介电常数或介质中的体积含量比例的计算值。这使得能够进一步改善测量准确度。
[0412]
作为温度检测器和电导率检测器的替代或补充，可以将可以测量介质的ph值的ph检测器提供于传感器头。
[0413]
此外，在上述实施方式中，已经描述了信号处理单元50包括单个信息处理装置的示例。不限于此，信号处理单元50可包括计算机系统，在计算机系统中多个计算机彼此协同运行。
[0414]
注意本技术也可采取以下构造。
[0415]
(1)一种传感器装置，包括：
[0416]
传感器头，所述传感器头包括第一探头和第二探头，所述第一探头包括第一发射微天线部和第二发射微天线部，所述第二探头包括第一接收微天线部和第二接收微天线部，所述第二探头布置在距所述第一探头预定距离处；和
[0417]
测量单元，所述测量单元包括控制器，所述控制器生成测量信号，所述测量信号包括关于所述第一发射微天线部与所述第一接收微天线部之间的介质中的电磁波传播特性的信息、和关于所述第二发射微天线部与所述第二接收微天线部之间的介质中的电磁波传播特性的信息，其中
[0418]
所述第一探头和所述第二探头具有不同的探头长度，或者在所述第一发射微天线部与所述第一接收微天线部之间的距离以及所述第二发射微天线部与所述第二接收微天线部之间的距离彼此不同。
[0419]
(2)根据(1)所述的传感器装置，其中
[0420]
所述第一探头和所述第二探头各自包括同轴电缆，所述同轴电缆包括芯线部和屏蔽部，并且
[0421]
所述第一发射微天线部、所述第二发射微天线部、所述第一接收微天线部和所述第二接收微天线部各自包括设置于所述屏蔽部的一部分处的开口。
[0422]
(3)根据(1)或(2)所述的传感器装置，其中
[0423]
所述第二探头包括弯折部，所述弯折部设置在所述第一接收微天线部与所述第二接收微天线部之间。
[0424]
(4)根据(1)或(2)所述的传感器装置，其中
[0425]
所述第一探头包括折叠部，
[0426]
所述第一发射微天线部设置于所述折叠部，并且
[0427]
所述第二发射微天线部设置于所述第一探头的末端。
[0428]
(5)根据(1)至(4)中任一项所述的传感器装置，其中
[0429]
所述传感器头进一步包括支撑件，所述支撑件支撑所述第一探头和所述第二探头，并且
[0430]
在所述第一探头以不平行于所述第二探头的状态由所述支撑件支撑。
[0431]
(6)根据(1)至(5)中任一项所述的传感器装置，其中
[0432]
所述第一探头包括第三发射微天线部，
[0433]
所述第二探头包括第三发射微天线部，并且
[0434]
所述测量单元生成进一步包括关于在所述第三发射微天线部与所述第三接收微天线部之间的介质中的电磁波传播特性的信息的测量信号。
[0435]
(7)根据(1)至(6)中任一项所述的传感器装置，其中
[0436]
所述传感器头包括第一信号传输路径和第二信号传输路径，所述第一信号传输路径在所述第一发射微天线部与所述第一接收微天线部之间、或在所述第一发射微天线部与所述第二接收微天线部之间通过，所述第二信号传输路径在所述第二发射微天线部与所述第一接收微天线部之间、或在所述第二发射微天线部与所述第二接收微天线部之间通过，并且
[0437]
所述第一信号传输路径之间的路径长度差、所述第二信号传输路径之间的路径长度差、以及所述第一信号传输路径与所述第二信号传输路径之间的路径长度差中的每一个路径长度差大于或等于预定有效波长。
[0438]
(8)根据(7)所述的传感器装置，其中
[0439]
所述预定有效波长大于或等于2.06cm。
[0440]
(9)根据(1)至(8)中任一项所述的传感器装置，其中
[0441]
所述第一发射微天线部和所述第二发射微天线部的布置与所述第一接收微天线部和所述第二接收微天线部的布置相对于彼此不对称。
[0442]
(10)一种水分含量测量装置，包括：
[0443]
传感器头，所述传感器头包括第一探头和第二探头，所述第一探头包括第一发射微天线部和第二发射微天线部，所述第二探头包括第一接收微天线部和第二接收微天线部，所述第二探头布置为距所述第一探头预定距离；
[0444]
测量单元，所述测量单元包括控制器，所述控制器生成测量信号，所述测量信号包括关于在所述第一发射微天线部与所述第一接收微天线部之间的介质中的电磁波传播特性的信息、和关于在所述第二发射微天线部与所述第二接收微天线部之间的电磁波传播特性的信息；和
[0445]
信号处理单元，所述信号处理单元基于所述测量信号来测量所述介质中的水分含量，其中
[0446]
所述第一探头和所述第二探头具有不同的探头长度，或者在所述第一发射微天线部与所述第一接收微天线部之间的距离与在所述第二发射微天线部与所述第二接收微天线部之间的距离彼此不同。
[0447]
(11)根据(10)所述的水分含量测量装置，其中
[0448]
所述信号处理单元包括：
[0449]
基于所述测量信号计算在所述第一探头与所述第二探头之间的电磁波传播延迟时间的延迟时间计算器，
[0450]
基于所述传播延迟时间计算所述介质的相对介电常数的相对介电常数计算器，和
[0451]
基于所述相对介电常数计算所述介质中的水分含量的水分含量计算器。
[0452]
附图标记
[0453]
10、10a、10b、10c、10d、10e、10f、10g 传感器装置
[0454]
20、20a、20b、20c、20d、20e、20f、20g 传感器头
[0455]
21 发射探头
[0456]
22 接收探头
[0457]
23 末端
[0458]
30 测量单元
[0459]
31 信号发生器
[0460]
50 信号处理单元
[0461]
51 延迟时间计算器
[0462]
52 相对介电常数计算器
[0463]
53 水量计算器
[0464]
100 水量测量装置
[0465]
210、211、212、220、221、222 微天线部
[0466]
310 控制器
[0467]
h1、h1’、h2、h2’、h3、h3
’ꢀ
开口