具体实施方式

以下，参照附图来具体说明本发明的实施方式。图1是驻波雷达水分检测装置的直方图。驻波检测器2是作为驻波雷达模块的构成，在驻波雷达模块里设置24GHz高频率收发信器4。24GHz高频率收发信器4是24GHz带VCO(电压控振荡器)、与平面天线3构成的一体化模块。然后，收发信器4是用VCO从平面天线3发送电波1，天线3检测出从检测对象被反射体出来的反射波。两个检波器5a、5b藏在收发信器4，检波器5a、5b检测发送波以及接收波。

从天线3发信电波1，有反射物体时，反射波回到天线3，相同频率下行进方向不同的波重叠，形成合成波的驻波。和VCO、天线3连接的线路上以及天线供电器上，发送信号(行进波)和接收信号(反射波)混合存在，这些经合成后产生驻波。在这种情况下，必须使供给至VCO的扫描电压至少在直至发送电波由被反射体反射后返回为止的时间内保持为固定，因此必须使所述扫描电压呈阶梯(step)状变化。然后，通过控制VCO按顺序切换频率，检波器5a、5b检测出多数频率的混合波信号。用检波器5a、5b检测出发送波的功率、反射波的功率、驻波产生的成分。得到的检波信号用运算放大器6a、6b增幅400kHz以下的必要频带，输送到信号处理器8。

作为雷达控制模块基板的信号处理器8，在变频信号生成器10生成FM变调后的频率控制电压。这个频率控制电压在DA变换器9变换成模拟(analog)信号，而且，此频率控制信号通过运算放大器7增幅后输入给24GHz高频模块4，控制VCO的输入。VCO通过此频率控制信号，扫描发信电波频率。

在信号处理器8中，用运算放大器6a、6b增幅后的检波信号输入到AD变换器11，然后输入到距离频谱计算器12。此距离频谱计算器12是从驻波检测器2检测到的合成波的频率强度分布中除去其直流部分，傅里叶变换，求距离频谱。距离频谱输入到差分检测器13。差分检测器13从上述距离频谱减掉基准时的距离频谱来计算距离频谱的差分，按照时间推移求差分距离频谱。差分距离频谱输入到距离计算器14。然后，距离计算器14根据上述差分距离频谱的距离成分求到检测对象的距离。然后，判断器15，因差分距离频谱的振幅跟随检测对象的介电常数而变化，监视变化过成，能够根据振幅的变化，判断目标物的水分变化。

在信号处理器8中，检波信号通过AD变换器11变化成数字信号后，输入距离频谱计算器12。距离频谱计算器12中，被输入的信号是周期函数，因周期与距离被反射体之间的距离成反比，所以通过傅里叶变换，求周期的倒数也就是频率，从而可以根据频率求出到被反射体的距离。另外，以得到的波形相位为基础，可以检测出被反射体的微小位移信息。比如，24GHz的情况下，微小位移是用光速除以4πf所得出的值，可以检测出大约±3.125mm的范围的位移。像这样，通过信号处理，处理检波器5a、5b检测出的信号，能够计算距离被反射体的距离、被反射体的速度以及位移，通过计算随时间的变化可以检测出被反射体的状态。

在判断器15，检测出目标物的水分变化，其判断结果通过有线或是无线，输入到外部的警报器并发送报警信号。或是输入外部的显示器由显示器显示。

其次，对信号处理器8的构成进行详细说明。如图三所示，驻波是通过信号源VCO生成的发送波VT、与各目标过来的反射波VR1,VR2,VR3,……，VRn的干涉生成的。驻波雷达是利用此驻波在检测出目标物的水分含量的同时，测出到各个目标物的距离d1、d2、d3……dn。

发送波(行进波)，是信号源的振幅为A、频率为f(t)、光速为c(3×10⁸m/s)的话,用下面数学式1表示，但是频率f(t)如图4所示用f0和fd表示。

[数学式1]

第k个的目标的距离为dk、x轴上任意一点的相对于发送波的反射波的大小比为γk(反射系数的大小)、相位差为φk(反射系数的相位)的话，可以用下列数学式2表示目标的反射波。

[数学式2]

天线检测出的检波输出是合成波，所以振幅Vc是用下面数学式3表示，因为功率是振幅的2次方，所以合成波功率用下面数学式4表示。

[数学式3]

[数学式4]

因为发送波远远比反射波的大，相差悬殊大出数量级，所以γk远远小于1。因此，将数学式1及数学式2代入数学式4后为近似值，得出下面数学式5。

[数学式5]

在数学式5中，{}内的第一项表示发送波的功率，第二项表示反射波的功率，第三项表示驻波功率变化的变量。传统雷达是接收第二项的反射波进行信号处理，而本项发明是接收第三项的信号进行信号处理。因此，为了删除第一项和第二项，所以用fd微分合成波功率p(fd、xs)，除去第一项及第二项。

在此，目标(被反射体)的数量为1的话，把n＝1代入数学式5得出下面数学式6，将数学式6表格化的话，变成图5。也就是合成波功率是固定值1+γ²、和周期函数的和。在图5中，周期函数的频率(周期的倒数)变成c/2d，加入距离d的成分。因此由周期求频率的话，距离d会求出来。从数学式6中除去直流成分1+γ²，傅里叶变换的话如图6所示距离频谱P(x)会求出。

[数学式6]

首先下面数学式7所示，相对于傅里叶变换数学式，进行变数变换，而且以观测位置为原点，进行傅里叶变换的话，得出如下面数学式8所示的距离频谱。但是，Sa(z)＝sin(z)/z。另外，数学式8没有去掉直流成分。傅里叶展开有周期的函数的话，分解成其函数包含的直流成分和振动成分(sin、cos)。距离频谱数学式上用下面数学式8表示。

[数学式7]

傅里叶变换数学式

变换变量

以观测位置为原点

[数学式8]

只是，数学式8中的A²f_w(1+∑γ_k ²)Sa(2πf_w/c)x)为直流电成分，该成分在实际电路中，由电容器去除。

数学式8最后表示距离的频谱P(x)算式的图表，如图7所示。除去图8中{}内的第一项的直流成分，第3项把cos成分变换成复正弦波(解析信号)并去除，可以取出第2项的驻波成分。但是，如图7虚线表示的那样，数学式8中{}内的第2项的成分，漏入了虚数信号。也就是说，该部分的驻波成分中，漏入了虚数信号的数值。

为了解决该问题，比如，如图8所示，在检测发射波与该发射波的反射波合成的信号时，以λ作为发射波的波长，在隔开λ/8的两点检测信号电平。即，雷达的前进方向取得以X轴的情况下，被反射体从n个(n为自然数，图示仅为2个)目标的反射波，由在x轴方向上隔开λ/8的两个功率检波器(power detector)对该反射波与发送波一同进行检测，并对其进行信号处理。此时，若将该两个检波器所检测的功率电平设为p(f_d、x₁)、p(f_d、x₂)，则置于x₁＝0的位置处的检波器的输出是将x₁＝x_s＝0代入表示检测功率的数学式5，从而作为下述数学式9所示的p(f_d，0)而求出，置于x₁＝-λ/8的位置处的检波器的输出是将x₂＝x_s＝-λ/8代入表示检测功率的数学式5，从而作为下述数学式9所示的p(f_d，-λ/8)而求出。如该数学式9所示，通过在隔开λ/8的两点检测驻波，在置于各位置(0、-λ/8)处的检波器的输出的驻波成分中获得cos与sin的正交成分，由此，能够去除虚像信号，从而能够消除从虚像侧漏入的信号的影响。即，由cos与sin的正交成分(X轴成分与Y轴成分)合成的向量(vector)为求出的分析信号。通常，虚轴侧的信号无法测定，但在-λ/8的位置处能够计测虚轴侧的信号，从而能够形成向量合成信号。该向量的旋转速度为频率，因此在本实施方式中，对该频率与相位进行分析。

置于x₁＝0的位置处的检波器的输出

置于(其中，)的位置处的检波器的输出

[数学式9]

若将该数学式9中的x_s＝0的位置的检波器的输出中的驻波成分设为a，将x_s＝-λ/8的位置的检波器的输出中的驻波成分设为b，则a、b以下述数学式10表达。并且，对于数学式8的第3式，若基于下述数学式11来进行置换，则获得下述数学式12及数学式13。即，数学式10可置换为将求出的X轴、Y轴(实信号、虚轴信号)转换为实信号的形式。数学式13切实地表达时间方向的信号与旋转轴上的信号，最终可知，通过该数学式13能够计算旋转的分析信号。

[数学式10]

[数学式11]

[数学式12]

[数学式13]

数学式12的右边的P_DC为直流成分，m(f_d)cos(θ(f_d)-4π(f₀+f_d)/c·x_s)为周期性地变化的驻波成分。该驻波成分如前所述，x_s＝0的位置的成分a与x_s＝-λ/8的位置的成分b的合成成分a+jb成为sin与cos的正交成分，通过由a与b合成分析信号，因多余的信号(从图7所示的虚数侧漏入的信号)造成的影响得以去除。因而，通过对该值(数学式13的信号)进行分析，获得图9所示的目标成分p_a(f_d、0)。

另外，数学式13中的解析信号，反映出检测信号强度的变化，依赖于反射系数γk的大小。换句话说，测定解析信号的信号强度的时间推移，发生信号强度变化时，作为其中的一个因素，反映出反射系数γk的变化。也就是说，各个频率分布的γk(反射系数的大小)的变化所产生的信号强度的变化，显示测定对象的状态的变化。

介电常数不同的2种物质的界面的反射系数γ，假设介电常数分别为ε1，ε2的话，可由以下数学式14算出。

[数学式14]

这样，界面的反射强度由形成界面的各媒介固有的介电常数的差来决定，反射波形的极性也是由介电常数的大小决定。因此，电波的反射强度根据反射系数γ大小的不同而不同，反射系数γ因介电常数不同而异的原因，根据反射面物质的变化，反射强度而变化。比如，水的介电常数比较高，对电波的反射强度也比较大，可识别从皮肤来的反射，而且根据反射强度的变化，可判知水膜的形成状况，可以区分薄湿状态与厚水膜形成。

介电常数(诱电率)，比如，冰为4.2，丝绸为1.3～2，空气为1.00，食盐为3.0～15.0，水为80，棉布为3～7.5，雪为3.3，玻璃为3.7～10.0。水的介电常数很高，电波的反射强度大的原因，判断是含水柏油或混凝土，还是干燥的柏油或混凝土，还可根据反射强度的变化判别水膜的形成状况，可区别是薄湿状态还是厚水膜状态。所以，观察道路上雨水的状况的时候，根据检测反射强度的变化，判断道路是「干燥」，「湿润」，「水涝」属于哪一种状态。而且，可把开始淋湿的状态(浸水前，开始下雨)作为原点，监测记录，也可把开始淋湿的状态自动设定为0(偏移调整)的话，就不需要定期调整了。

而且，电波传感器使用的微弱电波的原因，不需要向无线电台提交申请。还有，驻波雷达的话，可穿透衣服及被子，人身体在穿衣服状态下直接反射，身体表面的湿润状况，即使人盖着被子，也可检测人体的湿润状态。

如上所述，根据距离频谱运算器12求出的距离频谱的振幅强度的变化，可检测测定对象的湿润状态的变化，该距离频谱，包含没有水分变化的物体来的反射波引起的驻波的距离频谱。于是，差分检出器13，从被测定的距离频谱，删除基准时的距离频谱，运算差分距离频谱。图10(a),表示距离频谱运算器12求出的距离频谱P(x)。该测定结果中，不存在包含水分的测定对象，求出的是从环境中的反射波引起的距离频谱。因此，作为特定基准时得到的距离频谱P₀(x)，之后各种取样时取得的距离频谱P(x)，减去基准时的P₀(x)。也就是说，对各取样时取得的距离频谱P(x)，图10(b)加上-P₀(x)。基于这个原因，从差分检测器13，非含水测定对象的情况下，如图10(c)所示，得到0信号。在某个取样时间点，测定对象为含水的情况下，如图10(d)所示，表示的是距离频谱的振幅。对于该取样时的距离频谱，图10(b)的基准频谱加-P₀(x)的计算得出如图10(e)所示，取得P(x)-P₀(x)的距离频谱，该距离频谱只表示水分起因波峰强度的振幅。这样在差分检测器13，根据取得的距离频谱的差分，减小从测定对象的环境来的反射的影响，可求出水分变化引起的距离频谱的振幅强度。

另外，目标为两个时的距离频谱如图11所示，从x_s＝0的功率p(f_d，0)与x_s＝-λ/8的功率p(f_d、-λ/8)的合成波去除直流成分并进行傅里叶变换，由此获得与距离对应的频率，从而可求出距离d₁、d₂。

图12是表示合成波的真数的频谱与虚数的频谱的图。电波的速度c为约30万千米/秒。当以75MHz宽度(fw)来进行发送波的频率的扫描时，该75MHz的波长为c/fw＝4m。但是，用于对波形进行取样的扫描往复为4m，因此行程为其一半的2m。将该2m称作1周期。因此，当以扫描宽度(sweep width)75MHz来计测20m时，计测为10周期。若设扫描时间为256μs，则所观测的波形的频率为10/256μs＝39kHz。同样地，当计测200m时，为100周期，因此为100/256μs＝390kHz。并且，图12所示的检测出的频谱的频率的电平表示反射的强度，频率被置换为距离。因而，如图11所示，若进行傅里叶变换后在39kHz处出现波峰(peak)，则可知其是来自距离d₁＝10m的位置的反射波，若在390kHz处出现波峰，则可知其是来自距离d₂＝100m的位置的反射波。这样，若对检波器的合成波的检测功率pa(fd)进行微分以去除直流成分并进行傅里叶变换，便能够求出直至被反射体为止的距离。

当扫描宽度(sweep width)为200MHz时，1周期为0.75m，因此10m的计测为观测10/0.75＝13.3周期，当扫描时间为256μs时，则为13.3/256＝51.9kHz。即，当扫描宽度(sweepwidth)为200MHz时，若在51.9kHz处出现波峰，则可观测到直至被反射体为止的距离为10m。因而，通过调整扫描宽度(sweep width)，并调整扫描时间，从而能够调整检波输出的频率，因电波法律规定，频带宽度受到限制，因此一般通过使扫描时间可变，从而测定直至被反射体为止的距离。

接下来，对微小移位计测进行说明。在数学式8中，若着眼于相位，对于第K个目标的相位ψk，根据下面数学式15中的第1式sin角度求出，因为φ_k是初始位相，变化部分会消失，距离dк的变化部分为Δd_k，相位的变化部分为Δψ_k的话，可由数学式15中的第2式取得，演算后得到以下数学式16。

[数学式15]

[数学式16]

由数学式16，求出距离d的微小变位。频率为24GHz的话，可探知±3.125mm的变位。

如上所述，通过对来自被反射体的反射波和送信波合成的驻波分析，可测量被反射体的距离及微小变位。如果随着时间变化把握这个测量结果的话，可测量被发射体的距离，速度以及变位，最终，可测量被反射体的变化。以往的雷达，测量1～2m以下的距离比较困难，本发明，可测量接近0m的近距离，到200m远的距离。本发明还可探测微小变位，相对变位分辨能力可达0.01mm。而且，驻波雷达可透过衣服及窗帘，可测量对象物的水分，可探测跟对象物之间距离的微小变动。

如上所述，本发明，数学式13所示，距离频谱的波峰强度，随着反射系数γk的大小而变化，测量对象体的水分增大的话，因为水分的介电常数ε高的原因，数学式14所示的反射系数γk增大，根据距离频谱波峰强度的增大作为探知水分的测量原理。这样，根据距离频谱的波峰强度，即使多个测量对象物，也可很容易测量水分。但是，测量对象物体有多个，而且，各测量对象物之间的距离比较近的话，比如，图11所示，有多个测量对象物体(如图示为2个)的距离频谱之间互相重叠，有可能各距离频谱不能分开。这种情况下，各测量对象物体，不能求出如上所述的微小相位测量所需要的相位差。针对这样2种距离频谱，可通过带域滤波器进行分离。

图2中是该实例的模块图。从差分检测13输出的差分距离频谱，输入到带域滤波器16中去。该带域滤波器16，从差分检测13的差分距离频谱对应的多个波峰位置的中心频率的中间的频率，输出的槽口型带通滤波器最小增益信号。从该带通滤波器16输出的差分距离频谱是在波峰位置之间被分离出的多个差分距离频谱。这些差分距离频谱被输入到距离运算器14，从相位差，可求出微小相位。

如上述配置的传感装置，可内置于LED照明灯内。图13中是驻波雷达内置型的LED照明灯的外形图及内部分解图。LED照明灯的外包装，把金属盖21安装在已有的插口，成型的ABS等树脂材料或铝型材料等，具有放热性能的主要外包装22，透明或半透明的ABS或聚碳酸酯等透明性树脂材料或玻璃等构成的透光性护罩23组成。透光性护罩23有使光发散，或光束聚焦成光学镜头状。LED照明灯有好多种，收藏有金属盖21，包装主体22，护罩23构成包装体的内部，表面安装型LED26，驻波雷达模块28(驻波探知器2)，LED控制单元30。金属盖21的下半部分被拧在插座上，由导电性材料组成，该金属盖21的上半部分由绝缘性的支撑体组成。在金属盖21的绝缘性支撑体的上端部分，其内缘部分设有沿着周围方向延伸的21a螺丝，在包装主体22的下端部分，在其外缘部分也设有沿着周围方向延伸的螺丝22a，螺丝21a可使螺丝22a螺丝拧紧，金属盖21与包装本体22连接在一起。还有，在包装体22的上端部分，形成22b螺丝部分，在护罩23的下端部分，形成23a螺丝部分，螺丝23a使螺丝22b螺丝拧紧，护罩23与包装体22连接在一起。

在包装体22内部，设置有绝缘性的基板固定用的引导框架32，在该引导框架32，固定有LED控制单元30的基板31。基板31固定于控制单元的上下面，也就是，控制单元的上下面跟照明灯的中心轴平行，固定引导框架32。LED控制单元30上有基板31，配置于包装体22以及金属盖21的周围的空间内。在基板31的金属盖21内，从外部提供100V交流电源，通过基板21上配置的转换器AC-DC转换后，提供给LED控制单元30。

包装体22的上部，配置有跟上端面水平的放热性比较出色铝材基板25。该铝材基板25包装体22上缘部，基板31插入该铝材基板25，延伸到护罩23内。基板31的上端部，有支撑雷达控制模块的基板27，在雷达控制模块的基板27上装有驻波雷达模块28。在铝材基板25，多个(图示例是7个)LED 26，均等配置于照明灯的中心轴周围，即配置于圆周上相等间隔的位置。铝材基板25的电源线，跟基板31的配线相连，通过基板31上的配线，从LED控制单元30给铝材基板25上配置的LED 26供电，LED 26即可发光。在雷达控制模块基板27上配置有驻波雷达模块28，通过基板31上的配线供电，驻波雷达模块28发收微波等电波，雷达控制模块基板27把检出的信号以无线发送到外面的中转设备。在驻波雷达模块28的上面，配置有天线3，电波通过天线8a发送信。注意，驻波雷达模块28相对于雷达控制模块基板27，可以倾斜，通过倾斜驻波雷达模块28，可以调节天线3的指向方向。

通常，电波是如图18所示，放射时其放射波面成球状，由于边缘的相位相对于中心的相位有所延迟，在正面方向，电波的波前不以相同的相位传输。

因此，当检测反射波的相位时，不规则的相位数据，是导致物体的微小位移的检测精度降低的问题。

通过使用喇叭型的波导管(电磁喇叭)，当发射球状电波的波前时，波前如图19所示，生成的平面波使相平面处于同一相位，从而检测出高精度的反射波相位。

传统的电磁喇叭因为使用单个天线进行发送和接收，所有结构是简单的圆锥形状，使用贴片天线设置发送天线和接收天线时，通常的圆柱形，方形的发送和接收的中心是不一样的，光束形状不平衡，放射的方向会有左右偏差，出不来向前放射的性能。

下面，关于本发明的实施形态相关的驻波雷达的状态检测装置的运行，结合实例加以说明。首先，本发明的驻波雷达的状态检测装置中，针对检测对象，嵌入传感器。这样，通过驻波检测器2，检测出由发信波与收信波合成的驻波。驻波检出信号，通过AD转换部11，输入距离频谱运算器12，算出距离频谱。再从距离频谱，通过差分检出器13，求出差分距离频谱。距离运算器14，从该差分距离频谱，如上所述，算出传感器与测定对象体的距离。其结果，在该差分距离频谱的波峰位置，如图10(d)所示，可知道传感器与测定对象体之间的距离(例如，2.5m)。判断器15，对于该2.5m波峰位置的差分距离频谱，监视其随着时间经过的波峰强度的变化。这样，判断器15在波峰强度上升时，根据测定对象体的水分量变化，可检测介电常数变化，反射强度增大的起因，判定波峰强度增大的时间点，水分量增大时的时间点。注意，根据雷达反射波跟发射波形成的驻波，可检测水分，雷达可透过衣服，也可检测穿衣状态身体上的水分以及身体内的异物。

还有，测定对象体的距离d1以及距离d2的情况下，对于这些测定对象体，雷达波被照射后，用传感器，检测出由对象体(d1,d2)来的发射波。差分检测器13对于距离d1的距离频谱，把某个特定时间点的距离频谱作为基准的距离频谱，按一定的采样时间点，从取得距离频谱(图10(a))，减去基准距离频谱(图10(b))，算出差分距离频谱(图10(c))。该结果，基准时间点的距离频谱PO(x)没有变化的话，取得各时间点的差分距离频谱，如图10(c)所示，值为0。如图10(d)所示那样，测定对象体存在水分的话，取得包含水分因素的距离频谱P(x)。该结果，如图10(e)所示那样，差分距离频谱P(x)-PO(x)中，仅出现水分因素的距离频谱。因此，判断器15监控该差分距离频谱，可把差分距离频谱为0的时间点判定为干燥完成时的时间点。这样，可分别检测被测定对象体的水分状态。

当发射电波时，辐射波面以球形发射。如图18所示，由于边缘的相位相对于中心的相位有所延迟，在正面方向，电波的波前不以相同的相位传输。

发生相位偏差，出现获得相位移动测量的精度不准确的问题。

被称为电磁喇叭的放射电波的喇叭形导体材料，如图19所示，当发射球状电波的波前时，波前在电磁喇叭出口处形成平面波的现象，利用此项，相位面对齐并发射电波。通过转换成平面波对齐相位波前，是可以精确地检测到从物体反射的波形的相位的微小位移。

例如，可以准确地检测人体胸部皮肤的运动(微小位移±3mm)，测量出汗的样子，并能够测量水冷冻的进展状况。

另外，由于电磁喇叭由金属形成，因此可以阻挡来自横向的噪声，能够只检测出目标方向上的信号。此外，因为光束可以向前聚焦，所以可以延长检测距离，并且可以捕获远处的物体。

但是，传统的电磁喇叭因为使用单个天线进行发送和接收，所有结构是简单的圆锥形状，使用贴片天线设置发送天线和接收天线时，通常的圆柱形，方形的发送和接收的中心是不一样的，光束形状不平衡，放射的方向会有左右偏差，出不来向前放射的性能。

本实施例中，如图20所示。它被设计成具有向Y方向的电波的放射面，它发射和接收的放射面和对接收面上是有相同形状的充当电磁喇叭。在X轴方向上，波导结构仅形成在一侧而不是围绕四个边的喇叭形状，并且对准Z轴方向上的相平面。

电波从贴片天线如图21所示。向上下Y轴的方向放射，这种放射通过用如图21所示的构造的天线在曲面上被反射，通过在Z轴方向上产生光束，对齐相位波前来辐射的。

组成衣服纤维类聚乙烯的介电常数2.3，木棉介电常数为3.0，水的介电常数为80，因为衣服跟水相比，其介电常数的差很大，根据距离频谱的波峰强度在各类衣服的湿润状态下各不相同的原因，可检测各对象体的水分状态。在本实施状态中，根据驻波可计算距离，对不同距离的多个检测对象体的水分状态，可分别检测。

下一个，对本发明所适用水分检测例加以说明。首先，使用本发明的驻波雷达状态探测装置，维持食品材料鲜度的例子加以说明。本实施状态中，控制作为检测对象体的食品材料的冻结状态(包含温度)的控制器，设置在传感器内。本实施状态的判断器，是根据前面食品材料中水分减少的程度，探测食材在冻结前的状态。图14，在本实施形态方面，食品材料冷却时，食品材料的介电常数以及表示温度随时间变化的模式图。食品材料冷却的话，慢慢地食品材料中的水分会冻结，不久，水分会全部冻结。如上所示，水分量与介电常数之间存在相互关联，水的介电常数约为80，冰的介电常数约为4.2，食品材料持续冷却的话，会结冰，图14点线所示，在冻结这个时间段，介电常数会降低，冻结前是稳定在高数值，冻结后介电常数稳定在低数值。在本发明中，如图14实线所示，根据本发明的驻波雷达状态探测装置，探测介电常数开始降低时候的时间点(时刻t0),水分没有再继续冻结，比如，为了食材保持在一定温度中，就要控制食材的温度。阻止食品材料介电常数降低，保持食品材料中水分量处于高数值。

这样，防止食品材料中水分的冻结，保持食品材料中有充足的水分的保存，可提高保持食品材料的鲜度。这种情况下，通过保持食品材料的过冷却，或过冷却后快速冷冻，进而确保食品材料中的水分量。

食品质量变化的因素如下，(1)因微生物的腐坏，发酵作用，(2)因食品中酵素的分解所用，(3)氧化等化学作用，(4)干燥等物理作用，(5)跟水果，蔬菜关联的呼吸·蒸发等食品本身生理活性作用。而且，随着时间推移，功率及水分会被消耗掉，营养价值降低，外形也开始枯萎。一般情况下，微生物随着温度降低，繁殖能力也随之降低，即使比较耐低温的细菌，在-10℃以下，几乎不再繁殖。食品中水分冻结结冰的情况下，微生物可使用的水分减少的原因，微生物的活动能力会降低。另一方面，酵素比较耐低温，一部分酵素在-30℃也会有活性，要使酵素完全没有活性，温度需要在-35℃～-40℃。

引起食品质量低下氧化等化学作用，以及干燥等物理作用，在温度高时活性会提高，温度低时活性会降低，呼吸或蒸发等食品本身的生理活性随着温度的低下而降低，细胞在冻结时活动会停止。所以，一直以来，在生命活动全部停止的-20℃的低温保存食品材料，可长期保存。

但是，在食品材料冷却保存的时候，因冷冻的原因产生的冰对食品材料产生不良影响。肉类，鱼贝类，7～8成，水果为8～9成为水分。食品材料冷却的话，其中的水分会结成固体的冰，水结冰后体积会增大。食品的细胞中产生大的冰的结晶后，细胞会被破坏，被破坏的细胞水分会流失，随着水分的流失食品材料的味觉成分以及营养也会丢失，食品材料本身的口感也会变差。

冰的结晶小的话，因细胞破坏引起的食品材料质量劣化的程度会变小。不破坏细胞的冷却方法，是使用过冷却的方法。水变成冰的结晶的温度被称为结冰点，结冰点单纯是水在0℃的时候，像溶液一样含有溶质，该溶质的浓度高的话，结冰点会变低。食品材料的水分中，融合有氨基酸及矿物质等，冰点变低，食品材料的冰点根据食品种类而不同，大约的-1～-5℃之间。食品材料在各自的冰点开始冷冻，0℃开始到冰点为止未结冰的温度范围(结冰温度带)，生物自身不会结冰，产生不冻物质，比如，生成糖类，谷氨酸，氨基酸等美味成分。这些美味成分，在一定时间内食品材料会保持在结冰温度带的原因，食品的美味度会增加，保持鲜度的时间也会变长，会有这样的好处。另一方面，从结冰点开始到水分的80％成为冰的温度范围被称为「最大冰晶形成区」,该最大冰晶形成区长时间通过(温度降低)的话，冰结晶会变大。比这样「缓慢冻结」，让最大冰晶形成区在短时间内通过，生成的冰晶会小一点的「快速冻结」，会使冷冻食品的质量好一些。

另一方面，过冷却是指物质从液体向固体变化的温度(凝固点)，即使在该温度以下也保持液体状态。向过冷却的水给与冲击，加入一些冰的话，一瞬间变成小冰块，这样不会破坏细胞膜。这样，保持食品材料的过冷却状态，把食品材料整个保持一样的温度状态，之后，快速冻结，不破坏食品材料的细胞膜，保持食品材料的美味状态，可冻结食品材料。换句话说，为了使食品材料美味冻结，食品材料整体冻结，以及冰的结晶不增加，在短时间内冻结是很重要的。

在本实施状态中，由状态检测装置，检测出测定对象体的介电常数的变化，检测侧定对象体的水分变化，求出水分量低下的起点t0作为结冰点，之后，对食品材料用电磁波照射后，使食品材料细胞中的水分子振动，保持食品材料水分在过冷却状态。在这之后，使食品材料瞬间冷冻(快速)，防止细胞膜的破坏，封闭保持食品材料的美味原样，做冷冻处理。该电磁波，在本发明中，因为驻波检测器有发送电波的功能，使用该电波发信器，可向食品材料照射电磁波。这样，可简单做到过冷却状态。该驻波探测器发送电波照射食品材料后，食品材料感应加热，控制食品材料的冻结状态，这个时候，食品材料的温度，在过冷却的温度范围。电磁波加热在食品材料的微妙状态变化的控制上有速效性，就像微波炉一样提供的KW功率的大小，水分子不会剧烈摇晃，以mW功率的大小在水分子不会凝集的程度，缓慢摇晃水分子这种处理是非常理想的。注意，-3℃左右的水温以及-20℃左右的冻结温度时，细菌的活动几乎是停止状态。

食品材料的结冰点，如前所述，根据食品材料而不同，含有水分中的溶质(含有物质)浓度也不相同。但是，在本发明中，根据状态检测装置，从介电常数的变化，可检测每个检测对象体的实际冰点。而且，最大冰晶形成区(大约—1℃～5℃),尽可能快速通过该冰晶形成区，以形成均匀的微小冰结晶，防止冰结晶过大，可防止细胞膜的破坏。注意，本实施形态中，使用驻波探测的电磁波发信手段，使水分子振动，产生过冷却状态，不仅限于此，探测结冰点后，加热食品材料，可控制维持在结冰点以上的温度。

一直以来冷藏·冷冻保存食品材料的方法，以抑制微生物分解·腐坏作为只要的目标。一般情况下，食品材料肉在腐坏阶段，肉的蛋白质随着时间分解为氨基酸。在该氨基酸中，被称为美味的成分含有很多谷氨酸。但是，腐坏过程中，产生杂箘或细菌，经常会变成完全不能食用的状态。冷冻前的温度范围，细菌或杂菌的活性明显降低，酵素继续有活性，如本实施状态的那样，通过雷达探测介电常数，几乎水分没有结冰，控制在结冰之前的状态，肉向成熟发展，成为柔软，平滑，在口中融化的口感，多汁，美味的优质成熟肉。

接着，来说明本发明的根据介电常数的状态检测装置，来检测食用肉的脂肪成分的多少的实施例。在皮肤，肌肉，肝脏等含水率较高的组织里，比介电常数为40-2000，导电率为0.5-10(S/m)，含水率较低的脂肪以及骨髓，比介电常数为5-20，导电率为10-500(S/m)。虽然介电常数在每个组织的广大范围分布，但大致分类为水分含有率高的组织，水分含有率低的组织。由于水的介电常数在实部以及虚部内都大的原因，含水多的肌肉等的组织的介电常数就大。反之，水分含量低的骨骼以及脂肪介电常数就小。人体内有各种脏器，配置复杂，但根据电波照射和反射级别强度的测量，可识别是肌肉多的肉还是肌肉少的肉。因此，用电波检测出介电常数的不同，即使不接触食品也可记录和检测食品的状况。

接着，来说明本发明的根据介电常数的状态检测装置，在医疗界的使用实施形态。图15是用于乳癌检诊的本发明实施形态。向乳房107使用从传感器101发出雷达波而检测出反射波来检测驻波。然后根据驻波求出振幅强度。然后，如上所述，由于介电常数不同，可从乳房107的组织和骨头106中独立判断出来癌105。一般来说，超音波诊断以及X线诊断能够判断出脏器等的形状，块状物质(异物)的材质，但是异常部位的性质却难以判定。这一块状物质是血液的块状，肉的块状，肿瘤还是癌的判定，目前是不开腹采取试料来检测是无法判定的。电波中的记录和检测装置是使用脉冲方式在进行开发的，由于至近距离，无法记录检测该当部分的距离。乳房是由乳腺和脂肪组织构成，外部由皮肤组织覆盖的从胸壁突出的脏器。使用微波照射乳房，大部分的微波被皮肤反射，一部分的微波侵入皮肤内部。乳腺比脂肪组织的介电常数及导电率高，会引起反射，但乳房中的块状物(癌105)，比乳腺及脂肪介电常数及导电率高，照射乳房107送信波的反射波作为检出可能的受信波，被传感器101所接收。比如说，介电常数脂肪层是6.9，乳腺组织是49，癌是56，皮肤是37，肌肉是58，根据检测出的反射系数可推测出乳房内部的状态。另外，乳房107内不存在肌肉，虽然和肌肉的介电常数相近，但可以识别出来癌105。并且，可以使用过滤器，比如说，抽出癌的介电常数56，可从电波照射部分识别出有没有癌的病变。并且，通过超音波诊断等其他手段，体内有不明的块状时，使用本发明的状态检测装置，可以根据其反射系数判定是癌的病变，还是血的块状，还是骨头。

以前，即使从空中的天线通过微波照射乳房，但由于皮肤含有水分，基本功率会被皮肤反射。这是因为空气和乳房组织的电器阻抗大为不同，在境界面的反射系数非常高。因此，将天线和乳房组织放入和乳房组织有着类似的介电常数以及导电率的整合溶液中进行摄像，减少反射来进行记测。

但是，注意到皮肤的组成基本是水，这个部分在冻结前的过冷却状态，介电常数是80，冰是3，从水到冰，介电常数激减，从而电波可以透过。在这一状态下，使用笔状的电波从水平方向和垂直方向扫描，可得到反射数据。可跟据此检测体内对象物的物性(是否是癌)以及到对象物的距离。

本发明的状态检测装置也可以用于检出植物的活动状况。也就是说通过记录和检测植物树干的水分，就可以知道生育状态以及内部的活动状况。通过植物树干的水分流动状态的变化，本发明的状态检测装置可以检测植物的活动状况。目前，木材中的含水率的测定时通过打击音，或者是电气抵抗值，电气容量的测定来完成水分转换，根据光的吸收程度来调查植物的水分量。但是打击音，它只是一种官能的检查，电气抵抗式的测定器是向测定物通向电流，将其抵抗值转换为水分值来表示其水分，需要向植物扎针，但却损害了植物。并且通过光的方法也只能记测到植物的表面。

对此，使用本发明的状态检测装置，植物的生育状态以及内部的活动状况在非接触的情况下可以随时进行检测。图16，是表示本发明的状态检测装置检出用于树木100的内部活动状况的适用实施形态。如图16(a)所示，感应器101面向树木100，检测出树木100的内部向上方水流103的量。感应器101的雷达送信波照射树木100，检测出反射波来检测其驻波，来计算其振幅强度P(X)。如上所述，水的介电常数是80，与树的介电常数是不一样，因此可以检测水的反射波，如图10所示，水量是可以通过振幅强度来得知的。也就是说，水分的量可以通过振幅强度P(X)的大小来得知。在这种情况下，树木的干部流过的水分103，向树木100的叶部102提供，这部分水分枯竭时，叶部102从树木100掉落，目前，从树叶落下的量也可以认识到树木的活动状况。但如果使用本发明的状态检测装置，随时可以远程检测出树干的内部流通的水分量。通常，枫树的树干的水分量，如图16(b)所示，昼夜在变化着，白天水分量多。并且通年来看，如图16(c)所示，一天的水量平均值，春天和夏天多，从夏天到秋天开始减少，秋天以及冬天变少。这时枫树水分量减少时，糖分增大，产出大量的槭糖原料的糖分量高的树液。只要远程监视树木的水分量，检测到水分量减少时，只要开始采取树液，可有效的算出糖分量高的树液。

下面，说明一下利用本发明装置，检测水分的量，调整人们周围的空调的实施状态。在本实施状态，检测部分通过监视差分距离频谱的振幅，基于测定对象的反射波的强度因汗的量而变化，来检测测定对象的人的汗的量的变化。在本实施状态，基于测定对象的人的汗的量的变化，调整人周围的空调的实施状态的调整器，设置于传感器101内部，可将这一传感器101设置于空调机内部。如图17所示，从传感器101发出以人作为测定对象的雷达波，检测出从人的汗110的反射波，来求驻波，演算出他的振幅强度P(X)。这时，如图17(a)所示，汗110的量少时，反射波的强度也低，得到的驻波的振幅强度P(X)也低。如图17(b)以及图17(c)所示，汗110的量多时，驻波的振幅强度P(X)也变大。因此，可以从驻波的振幅强度P(X)的变化，检测汗量的变化以及有无出汗。

那么，比如说，室内的温度，通过电风扇或者空调来调整的话，在这些空调(包括电风扇或者空调)内部，设置含有上述的调整部分的传感器101，由传感器101检测被检测物的出汗量。这样，打开空调机时，调整部分首先将空调的送风方向以及雷达照射方向对整个房间进行扫描。然后，通过传感器101对房间中存在的人的位置以及人的水分量(汗的量)进行检测。调整部分根据出汗量的多少而增大送风量，或者降低送风温度(空调)，或者将送风方向集中与这个人，停止送风方向的扫描。调整部分根据这一个或者多个的方法，强力的冷却出汗的人，迅速的减少出汗。另外，当人的出汗量减少时，再次扫描送风方向，提高送风温度，减少送风量，从而减轻对人身体的冷却程度。待人身体上的汗已经基本解消后，或者空调机打开时，室内不存在出汗的人时，调整部分送风量减弱，再次扫描送风方向，使其来循环室内空气。

这种情况下，本发明的状态检测装置可以检测到人的位置，如果在室内的人有移动，送风方向根据人的移动方向而配合着移动。也就是说根据人的移动方向而决定送风的方向。因此，房间较大，而室内的人数少时，可以有效地实施冷却。现在也有开发出利用人感的感知器来决定送风方向的空调，但这种情况下送风量以及送风温度会保持不变，利用对象的人不管出汗与否，会和出汗的人一样会被冷却。但是，本发明却能够检测对象人的汗的量，根据汗量来调整送风量以及送风温度，送风方向会随着人的移动而移动，却不会将其过度冷却。另外，对汗的有无的检测，不仅限于脸部或者是胳膊等的露出部分。本发明是利用驻波雷达的反射波(驻波)的强度来检出汗的量，通过这雷达的水分检测，雷达能够检测出来衣服内部的水分或者皮肤上的水分发出的反射波，从而来检测水分量(汗的量)。

并且，不只是室内的空调适用于本发明，比如说，车内的空调调整部分也适用。或者，室内也不只限于家庭的房间，各种设施的走廊，宽敞的大厅，电车，公共汽车等的交通工具的车内等，各种各样的空调的调整部分也都适用于本发明。

产业上的利用的可能性：

使用本发明，是利用驻波雷达来检测测定对象的水分，可以维持作为测定对象的食品材料的冻结前的状态，保持鲜度，也可以检测人体的脏器内的异物或者异常部位，也可判定植物的活动状况，又可以调整人的空调状态，对人的生活状态的改善以及增进，对医疗的进步做出大量贡献。

[部分术语及符号的说明]

介电常数：即“诱电率”；

送信波：即“发射波”；

受信波：即“反射波”；

7：驻波雷达模基板； 8：驻波雷达模；

10:LED调整单位； 11:基板；

12:框架； 31:运算器；

35:24GHz高频模； 42:信号处理器；

101:感知器。