JP2014092417A - Liquid level measurement instrument - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain an accurate FMCW radar type liquid level measurement instrument by calculating a specific permittivity of a radio wave propagation space and maintaining linearity of an F-V curve of a VCO and correcting frequency characteristics of radio propagation in a circular waveguide.SOLUTION: The FMCW radar type liquid level measurement instrument includes: a V-T table for sweeping a frequency of a signal generated by a VCO; a reflecting member located at a known distance to correct linearity of F-T characteristics of the VCO; a correction V-T curve table generated by analyzing errors from a fixed sine wave signal of a beat waveform generated by a transmission signal according with F-T characteristics before correction and a reflected signal from the reflecting member; a corrected V-T table obtained by correcting the V-T table by the correction V-T curve table; a predistortion table generation unit for furthermore correcting the corrected V-T table; and a predistortion V-T curve table generation unit which applies a predistortion table to the corrected V-T table to generate a predistortion V-T curve table.

Description

本発明は、測定精度をより一層高めることができるFMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)レーダー方式による液位測定装置に関するものである。   The present invention relates to an FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave) radar level measuring device that can further increase measurement accuracy.

液位測定装置における測定方式の一つにレーダー方式があり、レーダー方式の一つとしてFMCWレーダー方式がある。FMCWレーダー方式は、図21に示すように、予め決められた固定時間(この時間を、掃引時間(T)という)において、予め決められた周波数(F)を時間軸に対し直線的に掃引しながら測定地点に向かって電波を送信するものである。図22に示すように、送信地点で送信された電波が、測定対象地点(送信地点からの距離をLとする)で反射されて送信地点に戻るまでの往復時間tの間に、送信周波数がF・t/T(Hz)だけ掃引される。この掃引された周波数は、反射波を受信した瞬間の送信周波数Fと受信周波数Fの差(以下「ビート周波数F」という)になる。 One of the measurement methods in the liquid level measurement device is a radar method, and one of the radar methods is an FMCW radar method. As shown in FIG. 21, the FMCW radar system sweeps a predetermined frequency (F) linearly with respect to a time axis at a predetermined fixed time (this time is called a sweep time (T)). However, radio waves are transmitted toward the measurement point. As shown in FIG. 22, during the round-trip time t until the radio wave transmitted at the transmission point is reflected at the measurement target point (the distance from the transmission point is L) and returns to the transmission point, the transmission frequency is Swept by F · t / T (Hz). The swept frequency is the difference of the reception frequency F R and the transmission frequency F T of the moment of receiving the reflected wave (hereinafter referred to as "beat frequency F B").

上記往復時間tは
t=(T/F)×F
であるから、上記ビート周波数Fを計測することができれば、送信地点から測定地点まで電波が往復するのに要した時間tを計測することができる。自由空間における電波の伝搬速度は光速Cと同じであるから、送信地点から測定地点までの距離Lは、式1で表すことができる。
式1
L=C×t/2=C×T×F/2F
The round trip time t is t = (T / F) × F B
Since it is, if it is possible to measure the beat frequency F B, it can be radio waves from the transmission point to the measurement point measures the time t required for the round trip. Since the propagation speed of the radio wave in free space is the same as the speed of light C, the distance L from the transmission point to the measurement point can be expressed by Equation 1.
Formula 1
L = C × t / 2 = C × T × F B / 2F

図20は、FMCWレーダー方式距離測定装置の従来例を示す。図20において、FMCWレーダー方式距離測定装置は、DSP(デジタル信号処理装置:Digital Signal Prosessor)101、デジタル・アナログ変換器102、VCO(電圧制御発振器)103、結合回路104、トランスデューサ106、混合器107、AGC(自動利得制御回路)108、アナログ・デジタル変換器109を有してなる。デジタル・アナログ変換器102とVCO103を含む構成部分は送信系を構成し、結合回路104からアナログ・デジタル変換器109に至る構成部分は受信系を構成している。   FIG. 20 shows a conventional example of an FMCW radar type distance measuring device. In FIG. 20, the FMCW radar type distance measuring device includes a DSP (Digital Signal Processor) 101, a digital / analog converter 102, a VCO (Voltage Controlled Oscillator) 103, a coupling circuit 104, a transducer 106, and a mixer 107. , An AGC (automatic gain control circuit) 108, and an analog / digital converter 109. The components including the digital / analog converter 102 and the VCO 103 constitute a transmission system, and the components from the coupling circuit 104 to the analog / digital converter 109 constitute a reception system.

DSP101はメモリ111を内蔵している。メモリ111は、掃引時間Tに対するVCO103の発振周波数を決定するVCO103への印加電圧の関係すなわち電圧−時間カーブ(以下「V−Tカーブ」という)を電圧−時間テーブル(以下「V−Tテーブル」という)として記憶している。   The DSP 101 has a built-in memory 111. The memory 111 determines the relationship between the voltage applied to the VCO 103 that determines the oscillation frequency of the VCO 103 with respect to the sweep time T, that is, a voltage-time curve (hereinafter referred to as “VT curve”) as a voltage-time table (hereinafter referred to as “VT table”). I remember).

DSP101は、メモリ111からV−Tテーブルを読み出し、時間の経過に伴って連続的に変化する電圧値をデジタル・アナログ変換器102でアナログ信号に変換してVCO103の制御電圧とする。VCO103の発振周波数は制御電圧に応じて連続的に変化する。この発振信号が結合回路104を経てトランスデューサ106から測定対象地点(例えば、液体の液面)に向けて送信される。トランスデューサ106の実体は、例えば平面形アンテナである。   The DSP 101 reads the VT table from the memory 111, converts the voltage value that continuously changes with the passage of time into an analog signal by the digital / analog converter 102, and sets it as the control voltage of the VCO 103. The oscillation frequency of the VCO 103 changes continuously according to the control voltage. This oscillation signal is transmitted from the transducer 106 to the measurement target point (for example, the liquid level) via the coupling circuit 104. The substance of the transducer 106 is, for example, a planar antenna.

上記トランスデューサ106から測定地点までの間に被測定系31が介在している。測定対象地点で反射された電波は被測定系31を戻り上記トランスデューサ106で捉えられ、結合回路104を経て受信系に導かれる。受信系では、混合器107で受信信号と受信時の発振信号が混合され、受信周波数とその瞬間の発振周波数との差、すなわち前記ビート周波数Fが取り出される。 A measured system 31 is interposed between the transducer 106 and the measurement point. The radio wave reflected at the measurement target point returns to the measured system 31 and is captured by the transducer 106 and is guided to the receiving system via the coupling circuit 104. In the reception system, the oscillation signal upon reception the received signal in the mixer 107 is mixed, the difference between the reception frequency and the oscillation frequency of the moment, that is, the beat frequency F B is taken out.

ビート周波数F信号は、AGC108で適宜の振幅値に制御されたのち、アナログ・デジタル変換器109でデジタル信号に変換され、DSP101に入力される。DSP101では、前記V−TテーブルからV−Tデータを読み出すとともにビート信号を取込む処理を、掃引時間(T)の間実行する。この掃引時間(T)の間に取り込まれた時間軸データであるビート信号群に対してフィルタリング処理を行ない、不要なノイズ成分を除去する。その後、FFT(Fast Fourier Transform)処理を行い、ビート周波数Fを抽出する。さらに、DSP101では、前記式1を適用して演算処理することによって測定地点までの距離Lを求める。 Beat frequency F B signal, after being controlled to an appropriate amplitude value AGC108, is converted into a digital signal by an analog-to-digital converter 109 is input to the DSP 101. In the DSP 101, a process of reading out VT data from the VT table and taking in a beat signal is executed during the sweep time (T). A filtering process is performed on the beat signal group, which is time axis data captured during the sweep time (T), to remove unnecessary noise components. Thereafter, an FFT (Fast Fourier Transform) processing, to extract the beat frequency F B. Further, the DSP 101 obtains the distance L to the measurement point by performing calculation processing by applying the formula 1.

以上説明したFMCWレーダー方式距離測定装置を、タンクに備蓄されている液体の液位測定に用いる場合の例を図19に示す。図19において、測定装置10はタンク40の天板上に設置されている。タンク40は液体41を備蓄するものである。タンク40の上部には、アンテナであるトランスデューサ106が、タンク40の天板から液体41の液面に向けて設置されている。トランスデューサ106から液体41に向けて送信される電波は、タンク40の内部空間が自由空間であるとすればタンク40内を光速Cで伝搬し、液体41の液面で反射されて、トランスデューサ106で受信される。   FIG. 19 shows an example in which the above-described FMCW radar type distance measuring device is used for liquid level measurement of liquid stored in a tank. In FIG. 19, the measuring device 10 is installed on the top plate of the tank 40. The tank 40 stores the liquid 41. On the upper part of the tank 40, a transducer 106 as an antenna is installed from the top plate of the tank 40 toward the liquid surface of the liquid 41. If the internal space of the tank 40 is free space, the radio wave transmitted from the transducer 106 toward the liquid 41 propagates through the tank 40 at the speed of light C, and is reflected by the liquid surface of the liquid 41. Received.

タンク40内の自由空間に向けて電波を送信すると、液体41の誘電率が低いときは、液面での電波の反射レベルが低く、液面位の測定精度が低下する。これを解消するために、図19に示すように、測定装置10をタンク40の天板上に設置し、円筒形状の円形導波管30を、タンク40の天板から底に向けて設置する。この円形導波管30内に向けてトランスデューサ106から電波を送信し、液体40の液面で反射してくる反射波をトランスデューサ106で受信する。なお、円形導波管30内には液体41が進入することができ、タンク40内の液体レベルと円形導波管30内の液体レベルが一致するようになっている。   When radio waves are transmitted toward the free space in the tank 40, when the dielectric constant of the liquid 41 is low, the radio wave reflection level at the liquid level is low, and the measurement accuracy of the liquid level is lowered. In order to solve this problem, as shown in FIG. 19, the measuring apparatus 10 is installed on the top plate of the tank 40, and the cylindrical circular waveguide 30 is installed from the top plate of the tank 40 toward the bottom. . A radio wave is transmitted from the transducer 106 toward the inside of the circular waveguide 30, and the reflected wave reflected by the liquid surface of the liquid 40 is received by the transducer 106. The liquid 41 can enter the circular waveguide 30 so that the liquid level in the tank 40 and the liquid level in the circular waveguide 30 coincide with each other.

測定装置10は、図20に示す各ブロックで構成されたFMCWレーダー方式の測定装置であって、この測定装置10と円形導波管30の上端との間にトランスデューサ106が介在している。トランスデューサ106は、上記測定装置10から出力される高周波信号を電波に変換して円形導波管30内に放射する送信アンテナとして、また、液体41の液面で反射した電波を受信する受信アンテナとして機能する。   The measuring apparatus 10 is an FMCW radar type measuring apparatus configured by blocks shown in FIG. 20, and a transducer 106 is interposed between the measuring apparatus 10 and the upper end of the circular waveguide 30. The transducer 106 is a transmission antenna that converts the high-frequency signal output from the measurement apparatus 10 into a radio wave and radiates it into the circular waveguide 30, and a reception antenna that receives the radio wave reflected by the liquid surface of the liquid 41. Function.

測定装置10は、例えば10GHz帯の電波を使用する。上記天板面から液体41の面までの距離をLとし、円形導波管30の内径をdとする。Fは測定装置10から液面に向かって円形導波管30内に放射される電波の周波数を、Fは上記電波が液面で反射され円形導波管30内を測定装置10に向かって戻る電波の周波数を示している。 The measuring device 10 uses, for example, a 10 GHz band radio wave. The distance from the top plate surface to the surface of the liquid 41 is L, and the inner diameter of the circular waveguide 30 is d. F T is the frequency of the radio waves radiated to the circular waveguide 30 from the measuring device 10 toward the liquid surface, F R is towards the measuring device 10 a circular waveguide 30 above wave is reflected by the liquid surface This shows the frequency of the radio wave that returns.

測定装置10によって距離Lを算定するには、送信される電波および反射波の速度が明らかでなければならない。自由空間における電波の伝搬速度は光速Cと同一であることが知られている。これに対して図19に示す例のように、円形導波管30を用いたときは、自由空間における電波の波長をλとすると、円形導波管30内における電波の波長λgεは、
λgε=εr×(λ/(εr−(λ/(Kmn×d))2)1/2)
により求められることが知られている。ここで、Kmnは円形導波管30内の伝搬係数、εrは円形導波管30内(伝搬路)の比誘電率である。
In order to calculate the distance L by the measuring device 10, the speed of the transmitted radio wave and the reflected wave must be clear. It is known that the propagation speed of radio waves in free space is the same as the speed of light C. On the other hand, as shown in FIG. 19, when the circular waveguide 30 is used, if the wavelength of the radio wave in free space is λ 0 , the wavelength λ of the radio wave in the circular waveguide 30 is
λ = ε r × (λ 0 / (ε r − (λ 0 / (K mn × d)) 2 ) 1/2 )
It is known that it is required. Here, Kmn is a propagation coefficient in the circular waveguide 30 and εr is a relative dielectric constant in the circular waveguide 30 (propagation path).

円形導波管30内の電波伝搬係数Kmnは一般に知られている。円形導波管管内が空気で満たされている場合は、空気中の比誘電率は1であるから、円形導波管30の内径dを決定することで、円形導波管30内における波長λgεが算出される。これを用いることで、電波の速度vは、
=λ/λgε×C
により算出される。
The radio wave propagation coefficient Kmn in the circular waveguide 30 is generally known. When the inside of the circular waveguide is filled with air, the relative permittivity in the air is 1. Therefore, by determining the inner diameter d of the circular waveguide 30, the wavelength λ in the circular waveguide 30 is determined. is calculated. By using this, the velocity v g of the radio waves,
v g = λ 0 / λ × C
Is calculated by

しかし、タンク40内の液体41の液面からタンク40の天井面までの空間すなわち測定装置10から測定対象地点に至る電波の伝搬空間(液面の上方)に、液体41が蒸発して生じたガスが滞留している場合は、その空間の比誘電率εrは、滞留しているガスの成分や、伝搬空間の温度および圧力の影響を受けて変化する。比誘電率εrが変化すると、円形導波管30内の波長λgε、さらには電波の速度vも変化して距離測定値も変化する。したがって、タンク40内の電波の伝搬空間に滞留しているガスの比誘電率を求めなければ、正しい距離測定値を得ることができない。 However, the liquid 41 is generated by evaporation in the space from the liquid level of the liquid 41 in the tank 40 to the ceiling surface of the tank 40, that is, in the radio wave propagation space (above the liquid level) from the measuring device 10 to the measurement target point. When the gas stays, the relative dielectric constant εr of the space changes under the influence of the staying gas component and the temperature and pressure of the propagation space. When the specific dielectric constant εr is changed, the wavelength lambda Jiipushiron in the circular waveguide 30, and even changes the distance measurement also changes the speed v g of the radio waves. Therefore, a correct distance measurement value cannot be obtained unless the relative dielectric constant of the gas staying in the radio wave propagation space in the tank 40 is obtained.

タンク40内のガスの成分や温度および圧力が予め判明しているならば、それに応じた誘電率を測定装置に予め設定し、正確な電波の速度を用いて距離Lを算定することができる。しかし、滞留ガスの成分や、測定時の温度、圧力などは状況によって変化するものであり、これらを正確に測定しなければ、正確な誘電率に基づく距離Lの算定をすることはできない。   If the component, temperature, and pressure of the gas in the tank 40 are known in advance, a dielectric constant corresponding to the gas component can be preset in the measuring device, and the distance L can be calculated using the accurate radio wave velocity. However, the components of the stagnant gas, the temperature and pressure at the time of measurement vary depending on the situation, and unless these are measured accurately, the distance L based on the accurate dielectric constant cannot be calculated.

上記課題に対し、円形導波管内の誘電率が所定の数値範囲に収まることを前提として、液面上方に滞留ガスがあっても、精度よく液位の測定をすることができる液面計測システムが知られている(例えば、特許文献1を参照)。   In response to the above problems, a liquid level measurement system that can accurately measure the liquid level even if there is a stagnant gas above the liquid level, assuming that the dielectric constant in the circular waveguide is within a predetermined numerical range. Is known (see, for example, Patent Document 1).

特許文献1記載の液面計測システムは、液面上の正確なガス成分や圧力などの情報がなくても、測定結果が、前提にした比誘電率の変動範囲による測定誤差の許容範囲内であれば有効である。しかし、より高い測定精度で液面までの距離の計測はできない。FMCWレーダー方式の測定装置において、被測定物までの距離を正確に計測するには、電波の伝搬空間の比誘電率を測定時点において正確に推定し、推定した誘電率を用いて測定値を較正するとよい。   In the liquid level measurement system described in Patent Document 1, even if there is no information such as accurate gas components or pressure on the liquid level, the measurement result is within the allowable range of measurement error due to the assumed relative dielectric constant variation range. It is effective if it exists. However, the distance to the liquid level cannot be measured with higher measurement accuracy. In order to accurately measure the distance to the object to be measured in an FMCW radar type measuring device, the relative dielectric constant of the radio wave propagation space is accurately estimated at the time of measurement, and the measured value is calibrated using the estimated dielectric constant. Good.

液面測定装置の測定精度を低下させる要因としては、上記のような電波の伝搬空間における比誘電率の変化のほかに、掃引周波数信号を生成するVCOの直線性の劣化があり、VCOの直線性の劣化要因にも各種ある。   Factors that reduce the measurement accuracy of the liquid level measuring device include the deterioration of the linearity of the VCO that generates the sweep frequency signal in addition to the change in the relative permittivity in the radio wave propagation space as described above. There are also various factors of deterioration of sex.

図20に示すFMCWレーダーの送信系に用いられているVCO103は、一般的には周波数の安定した信号を発振することができるPLL(フェイズ・ロックド・ループ)回路に用いられている。しかし、FMCWレーダーでは周波数掃引速度が速いために、PLL回路を用いず、直接VCOの制御電圧を変化させて、送信する周波数を制御している。VCO103から出力される周波数−電圧特性(F−V特性)の直線性は、FMCWレーダーで要求される計測精度を得るには不十分である。FMCWレーダーでは、VCO103から出力されるF−T特性の直線性を保証するために、F−T特性を補正した補正後電圧−時間テーブル(以下、これを「補正後V−Tカーブテーブル」という)を生成し、このテーブルを用いてVCO103の発振電圧を制御している。   The VCO 103 used in the transmission system of the FMCW radar shown in FIG. 20 is generally used in a PLL (Phase Locked Loop) circuit that can oscillate a signal with a stable frequency. However, since the frequency sweep speed is fast in the FMCW radar, the frequency to be transmitted is controlled by directly changing the control voltage of the VCO without using the PLL circuit. The linearity of the frequency-voltage characteristic (FV characteristic) output from the VCO 103 is insufficient to obtain the measurement accuracy required by the FMCW radar. In the FMCW radar, in order to guarantee the linearity of the FT characteristic output from the VCO 103, a corrected voltage-time table (hereinafter referred to as a "corrected VT curve table") in which the FT characteristic is corrected. ) And the oscillation voltage of the VCO 103 is controlled using this table.

しかし、VCOから出力されるF−Vカーブの直線性が保証されていても、伝送路に導波管を用いている液面計測装置では、前述のように導波管内を伝搬する電波の周波数特性によって計測精度が劣化する。また、VCOのから出力されるF−Vカーブの直線性が保証されていても、使用条件の変化により、また、経時的にF−V特性が変動し、F−Vカーブの直線性が保たれず、計測精度が劣化する。   However, even if the linearity of the FV curve output from the VCO is guaranteed, in the liquid level measuring device using the waveguide in the transmission path, the frequency of the radio wave propagating in the waveguide as described above. Measurement accuracy deteriorates depending on the characteristics. In addition, even if the linearity of the FV curve output from the VCO is guaranteed, the FV characteristics fluctuate over time due to changes in usage conditions, and the linearity of the FV curve is maintained. Measurement accuracy is degraded.

また、前述したとおり、円形導波管内の電波の速度vは周波数の関数であるため、伝搬速度が周波数特性を持つ。これはFMCWレーダーのビート周波数が周波数掃引に伴って変化し、その結果、液面計測装置の計測精度を低下させる。よって、液面計測装置の計測精度を高めるためには、導波管内を伝搬する電波の速度の周波数特性を考慮する必要がある。 Further, as described above, velocity v g of the electromagnetic wave of the circular waveguide is because it is a function of frequency, the propagation velocity has a frequency characteristic. This changes the beat frequency of the FMCW radar with the frequency sweep, and as a result, decreases the measurement accuracy of the liquid level measuring device. Therefore, in order to increase the measurement accuracy of the liquid level measuring device, it is necessary to consider the frequency characteristics of the velocity of the radio wave propagating in the waveguide.

特許第4695394号明細書Japanese Patent No. 4695394

本発明は、電波が伝搬する空間の比誘電率を算定することにより、さらに、VCOのF−Vカーブの直線性を保つことにより、さらに、円形導波管内電波伝搬の周波数特性を補正することにより、より一層精度の高い測定を可能にした液位測定装置を提供することを目的とする。   The present invention further corrects the frequency characteristics of radio wave propagation in a circular waveguide by calculating the relative permittivity of the space in which the radio wave propagates, and further maintaining the linearity of the FV curve of the VCO. Accordingly, an object of the present invention is to provide a liquid level measuring apparatus that enables measurement with higher accuracy.

本発明に係る液位測定装置は、
円形導波管を通じて、予め決められた掃引時間で周波数を掃引しながら液面に向かって電波を送信する送信部と、液面で反射される上記電波を受信する受信部と、上記電波を受信したときの送信周波数と受信周波数の差であるビート周波数を抽出する抽出部と、を有し、上記ビート周波数に基づいて上記液面までの距離を測定するFMCWレーダー方式の液位測定装置であって、
掃引周波数信号を生成するVCOと、
上記VCOで生成する信号の周波数を掃引するための電圧−時間テーブル(以下「V−Tテーブル」という)と、
上記VCOの周波数−時間特性(以下「F−T特性」という)の直線性を補正するために既知の距離位置に配置されている反射部材と、
F−T特性の直線性が保たれているときに、上記VCOで生成する周波数掃引信号を上記反射部材に向かって送信したとき、この送信信号と上記反射部材からの反射信号で生成されるビート波形と同じ固定正弦波信号を得る固定正弦波信号生成部と、
補正前のF−T特性で、上記VCOで生成する周波数掃引信号を上記反射部材に向かって送信したとき、この送信信号と上記反射部材からの反射信号で生成されるビート波形の、上記固定正弦波信号に対する誤差を解析して生成される補正電圧−時間カーブテーブル(以下「補正V−Tカーブテーブル」という)と、
上記補正V−Tカーブテーブルで上記V−Tテーブルを補正することにより得られる補正後V−Tテーブルと、を備え、
上記補正後V−Tテーブルは、直線性を持ったF−T特性の生成のために上記VCOの動作に供せられ、
掃引周波数に対するビート周波数の差分を解析するスペクトラム解析部と、
上記スペクトラム解析部による解析結果から上記ビート周波数の差分の変化度合いに対応して上記補正後V−Tテーブルを更に補正するためのプリディストーションテーブルを生成するプリディストーションテーブル生成部と、
上記補正後V−Tテーブルに上記プリディストーションテーブルを適用してプリディストーションV−Tカーブテーブルを生成するプリディストーションV−Tカーブテーブル生成部と、
上記プリディストーションV−Tカーブテーブルを記憶して上記プリディストーションV−Tカーブテーブルから上記VCOに上記掃引周波数信号を生成するための制御信号として供するメモリと、を備えていることを特徴とする。
The liquid level measuring device according to the present invention is:
Through a circular waveguide, a transmitter that transmits radio waves toward the liquid surface while sweeping the frequency for a predetermined sweep time, a receiver that receives the radio waves reflected by the liquid surface, and the radio waves received An FMCW radar-type liquid level measurement device that has an extraction unit that extracts a beat frequency that is a difference between a transmission frequency and a reception frequency at the time of measurement, and measures a distance to the liquid level based on the beat frequency. And
A VCO that generates a sweep frequency signal;
A voltage-time table (hereinafter referred to as “V-T table”) for sweeping the frequency of a signal generated by the VCO;
A reflecting member disposed at a known distance position to correct the linearity of the frequency-time characteristic (hereinafter referred to as “FT characteristic”) of the VCO;
When the frequency sweep signal generated by the VCO is transmitted toward the reflection member while the linearity of the FT characteristic is maintained, the beat generated by the transmission signal and the reflection signal from the reflection member A fixed sine wave signal generation unit for obtaining a fixed sine wave signal having the same waveform;
When the frequency sweep signal generated by the VCO is transmitted toward the reflecting member with the FT characteristic before correction, the fixed sine of the beat waveform generated by the transmission signal and the reflected signal from the reflecting member A correction voltage-time curve table (hereinafter referred to as “correction VT curve table”) generated by analyzing an error with respect to a wave signal;
A corrected VT table obtained by correcting the VT table with the corrected VT curve table,
The corrected VT table is used for the operation of the VCO to generate FT characteristics having linearity,
A spectrum analyzer for analyzing the difference between the beat frequency and the sweep frequency;
A predistortion table generating unit for generating a predistortion table for further correcting the corrected VT table in accordance with the degree of change in the difference of the beat frequency from the analysis result by the spectrum analyzing unit;
A predistortion VT curve table generating unit that generates the predistortion VT curve table by applying the predistortion table to the corrected VT table;
A memory for storing the predistortion VT curve table and serving as a control signal for generating the sweep frequency signal from the predistortion VT curve table to the VCO.

本発明に係る液位測定装置によれば、FMCWレーダー式液位測定において、被測定系の比誘電率を算定するため、算定した比誘電率を適用して液位を算定することができる。併せて、液位測定装置を構成しているVCOの特性に応じてそのVCOに適用するV−Tテーブルを補正し、直線性を持ったF−T特性を得るキャリブレイションを実行し、また、VCOのプリディストーションを実行することにより、ビート信号の周波数に誤差を生じることがなく、より一層高い精度で液位を測定することができる。   According to the liquid level measurement device of the present invention, in the FMCW radar type liquid level measurement, the liquid level can be calculated by applying the calculated relative dielectric constant in order to calculate the relative dielectric constant of the system to be measured. In addition, calibration is performed to correct the VT table applied to the VCO according to the characteristics of the VCO constituting the liquid level measuring device, and to obtain the FT characteristics having linearity. By executing the VCO predistortion, the liquid level can be measured with higher accuracy without causing an error in the frequency of the beat signal.

本発明に係る液位測定装置の一実施例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows one Example of the liquid level measuring apparatus which concerns on this invention. 上記実施例における比誘電率算定プログラム実行部の機能ブロック図である。It is a functional block diagram of the dielectric constant calculation program execution part in the said Example. 上記比誘電率算定プログラムによる処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the process by the said dielectric constant calculation program. 本発明に係る液位測定装置の別の実施例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows another Example of the liquid level measuring apparatus which concerns on this invention. 上記別の実施例における比誘電率算定プログラム実行部の機能ブロッ図である。It is a functional block diagram of the dielectric constant calculation program execution part in the said another Example. 上記比誘電率算定プログラムによる処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the process by the said dielectric constant calculation program. 本発明に係る液位測定装置に適した2伝送モード対応平面形トランスデューサの例を示す正面図である。It is a front view which shows the example of the planar transducer corresponding to 2 transmission modes suitable for the liquid level measuring apparatus which concerns on this invention. 上記トランスデューサの中央部縦断面図である。It is a center part longitudinal cross-sectional view of the said transducer. 上記トランスデューサの給電回路例を概略的に示す結線図である。It is a connection diagram which shows roughly the electric power feeding circuit example of the said transducer. 上記トランスデューサによる円形導波管内におけるTE11モードでの電界と磁界の分布を示すモデル図である。It is a model figure which shows distribution of the electric field and magnetic field in TE11 mode in the circular waveguide by the said transducer. 上記トランスデューサによる円形導波管内におけるTE01モードでの電界と磁界の分布を示すモデル図である。It is a model figure which shows distribution of the electric field and magnetic field in TE01 mode in the circular waveguide by the said transducer. TE01モードにおいてスロットの側方に励振ピンがない場合の電流と磁界の関係を示すモデル図である。It is a model figure which shows the relationship between an electric current and a magnetic field when there is no excitation pin in the side of a slot in TE01 mode. TE01モードにおいてスロットの一側方に励振ピンを設けた場合の電流と磁界の関係を示すモデル図である。FIG. 5 is a model diagram showing a relationship between a current and a magnetic field when an excitation pin is provided on one side of a slot in the TE01 mode. 上記実施例における補正前F−T特性を得るプロセスを示すグラフである。It is a graph which shows the process of obtaining the FT characteristic before correction | amendment in the said Example. 上記実施例における補正後F−T特性を得るプロセスを示すグラフである。It is a graph which shows the process of obtaining the FT characteristic after correction | amendment in the said Example. (a)はF−T特性の直線性が保たれている場合の周波数掃引の様子を、(b)はF−T特性の直線性が保たれていない場合の周波数掃引の様子を、(c)はF−T特性の直線性の有無によるビート波形の違いを示すグラフである。(A) shows the frequency sweep when the linearity of the FT characteristic is maintained, (b) shows the frequency sweep when the linearity of the FT characteristic is not maintained (c) ) Is a graph showing the difference in beat waveform depending on the presence or absence of linearity of the FT characteristic. 上記実施例において実行されるキャリブレイション処理のプロセスを順に示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process of the calibration process performed in the said Example in order. 上記実施例において実行されるVCOプリディストーション処理のプロセスを順に示すフローチャートである。It is a flowchart which shows in order the process of the VCO predistortion process performed in the said Example. 本発明に係る液位測定装置による測定の様子を概念的に示す模式図である。It is a schematic diagram which shows notionally the mode of measurement by the liquid level measuring apparatus which concerns on this invention. 従来の液位測定装置の例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the example of the conventional liquid level measuring apparatus. FMCWレーダーによる周波数掃引の例を示すグラフである。It is a graph which shows the example of the frequency sweep by FMCW radar. FMCWレーダーの周波数掃引による距離計測原理を示すグラフである。It is a graph which shows the distance measurement principle by the frequency sweep of FMCW radar. 横断面が方形の導波管の例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the example of a waveguide whose cross section is a square. 横断面が円形の導波管の例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the example of a waveguide with a circular cross section. 導波管内における電波の周波数に対する伝搬速度の例を示すグラフである。It is a graph which shows the example of the propagation speed with respect to the frequency of the electromagnetic wave in a waveguide. 導波管を用いた液位測定装置の掃引周波数とビート周波数の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the sweep frequency and beat frequency of the liquid level measuring apparatus using a waveguide. 自由空間反射によるビート信号と円形導波管内反射によるビート信号をFFT処理することによって得られるスペクトラム波形を比較して示すグラフである。It is a graph which compares and shows the spectrum waveform obtained by carrying out FFT processing of the beat signal by free space reflection, and the beat signal by reflection in a circular waveguide.

以下、本発明に係る液位測定装置の実施例について図面を参照しながら説明する。   Embodiments of a liquid level measuring device according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1において液位測定装置1は、デジタル信号処理装置(以下「DSP」という)11と、デジタル・アナログ変換器(以下「DAC」という)12と、VCO13と、結合回路14と、スイッチ22と、トランスデューサ16と、混合器17と、AGC18と、アナログ・デジタル変換器(以下「ADC」という)19と、を有してなる。DAC12とVCO13を含む部分は送信系を構成し、混合器17からADC19に至る部分は受信系を構成している。スイッチ22は、結合回路14を、VCOキャリブレイションの時に近端反射部材26側に切り替え、液位測定の時にはトランスデューサ16側に切り替える。   In FIG. 1, a liquid level measuring device 1 includes a digital signal processing device (hereinafter referred to as “DSP”) 11, a digital / analog converter (hereinafter referred to as “DAC”) 12, a VCO 13, a coupling circuit 14, a switch 22, and the like. , A transducer 16, a mixer 17, an AGC 18, and an analog / digital converter (hereinafter referred to as “ADC”) 19. The part including the DAC 12 and the VCO 13 constitutes a transmission system, and the part from the mixer 17 to the ADC 19 constitutes a reception system. The switch 22 switches the coupling circuit 14 to the near-end reflecting member 26 side at the time of VCO calibration, and switches to the transducer 16 side at the time of liquid level measurement.

DSP11はメモリ20を内蔵している。メモリ20には、複数のV−Tテーブルが記憶されている。V−Tテーブルは、VCO13への印加電圧Vと掃引時間Tとの関係を規定する複数のV−Tカーブをデータ化したものであって、各V−Tテーブルは、それぞれが掃引時間Tに対するVCO13の発振周波数を決定するためのデータ群である。また、メモリ20には、後述する算定処理を実行するためのプログラムが記憶されている。   The DSP 11 has a built-in memory 20. The memory 20 stores a plurality of VT tables. The VT table is obtained by converting a plurality of VT curves that define the relationship between the applied voltage V to the VCO 13 and the sweep time T, and each VT table has a data with respect to the sweep time T. This is a data group for determining the oscillation frequency of the VCO 13. In addition, the memory 20 stores a program for executing a calculation process described later.

DAC12からADC19に至る構成は、図20に示すFMCWレーダー方式の距離測定装置の構成とほぼ同じである。したがって、ビート周波数Fを抽出する処理も、従来のFMCWレーダー方式の測定装置における処理と同じである。すなわち、DSP11は、メモリ20に記憶されているプログラムに基づいて、所定のV−Tテーブルを読み出し、読み出されたV−Tテーブルは、DAC12によって、時間の経過に伴い連続的に変化する電圧値(アナログ信号)に変換される。 The configuration from the DAC 12 to the ADC 19 is substantially the same as the configuration of the FMCW radar type distance measuring apparatus shown in FIG. Thus, the process of extracting the beat frequency F B is also the same as the process in the measurement unit of the conventional FMCW radar system. That is, the DSP 11 reads a predetermined VT table based on a program stored in the memory 20, and the read VT table is a voltage that continuously changes over time by the DAC 12. Converted to a value (analog signal).

上記アナログ信号がVCO13の制御電圧となる。この制御電圧がVCO13に加えられると、発振される信号の周波数(発振周波数)が、連続的に変化する。この周波数が連続的に変化する発振信号が、結合回路14を経てアンテナであるトランスデューサ16において電波に変換される。この電波が被測定物(例えば、液体タンクに備蓄されている液体燃料の液面)に向けて送信される。   The analog signal becomes the control voltage of the VCO 13. When this control voltage is applied to the VCO 13, the frequency of the oscillated signal (oscillation frequency) changes continuously. The oscillation signal whose frequency changes continuously is converted into a radio wave by the transducer 16 which is an antenna through the coupling circuit 14. This radio wave is transmitted toward an object to be measured (for example, a liquid level of liquid fuel stored in a liquid tank).

トランスデューサ16から測定対象地点までの間に被測定系31が介在している。測定対象地点で反射された電波は被測定系31を介して上記トランスデューサ16で捉えられる。トランスデューサ16で捉えられた反射波は受信信号に変換され、結合回路14を経て受信系に導かれる。受信系では、混合器17において、受信信号とこの受信信号を受信した瞬間の発振信号が混合され、受信周波数と発振周波数との差によるビート信号が生成される。このビート信号の周波数をビート周波数Fという。 A measured system 31 is interposed between the transducer 16 and the measurement target point. The radio wave reflected at the measurement target point is captured by the transducer 16 through the system under measurement 31. The reflected wave captured by the transducer 16 is converted into a reception signal and guided to the reception system via the coupling circuit 14. In the receiving system, the mixer 17 mixes the received signal and the oscillation signal at the moment when the received signal is received, and generates a beat signal based on the difference between the received frequency and the oscillation frequency. The frequency of the beat signal that beat frequency F B.

ビート信号は、AGC18で適宜の振幅値に制御されたのち、ADC19でデジタル信号に変換され、DSP11に入力される。DSP11では、V−Tデータの読み出し処理からビート信号を取込む処理までを、掃引時間(T)の間実行する。この掃引時間(T)の間に取り込まれた時間軸データであるビート信号群に対して、フィルタリング処理を行なう。このフィルタリング処理によって不要なノイズ成分が除去されたビート信号群にFFT処理を行い、ビート周波数Fを抽出する。抽出されたビート周波数Fを表す信号は、その元となったV−Tテーブルと関連付けられてメモリ20に記憶される。 The beat signal is controlled to an appropriate amplitude value by the AGC 18, converted to a digital signal by the ADC 19, and input to the DSP 11. In the DSP 11, the process from the reading process of the VT data to the process of taking in the beat signal is executed during the sweep time (T). A filtering process is performed on the beat signal group, which is the time axis data captured during the sweep time (T). It performs FFT processing on unwanted beat signal group from which the noise components have been removed by the filtering process to extract the beat frequency F B. Signal representative of the extracted beat frequency F B is stored in the memory 20 associated with the V-T table became its original.

DSP11のメモリ20には、上記の処理を実行するプログラムの他に、異なる条件で複数の高周波信号をVCO13から出力させるためのプログラムや、異なる条件ごとに抽出されたビート周波数に基づいて被測定系31の比誘電率を算定するプログラムすなわち比誘電率算定プログラムが記憶されている。図2は、メモリ20に記憶される比誘電率算定プログラム200を示す。   In the memory 20 of the DSP 11, in addition to the program for executing the above processing, a program for outputting a plurality of high-frequency signals from the VCO 13 under different conditions, and a system under test based on the beat frequency extracted for each different condition A program for calculating the relative dielectric constant of 31, that is, a relative dielectric constant calculation program is stored. FIG. 2 shows a relative permittivity calculation program 200 stored in the memory 20.

[比誘電率算定プログラム1]
図2に示すように、比誘電率算定プログラム200は、V−Tテーブル選択指示部201と、ビート周波数記憶部202と、比誘電率算定部203と、送信周波数指示部211と、AGC制御部212と、フィルタリング処理部213と、ビート周波数抽出部214と、を有してなる。
[Relative permittivity calculation program 1]
As shown in FIG. 2, the relative dielectric constant calculation program 200 includes a VT table selection instruction unit 201, a beat frequency storage unit 202, a relative dielectric constant calculation unit 203, a transmission frequency instruction unit 211, and an AGC control unit. 212, a filtering processing unit 213, and a beat frequency extracting unit 214.

V−Tテーブル選択指示部201は、メモリ20に記憶されている複数のV−Tテーブルの中から特定のV−Tテーブルを選択する。このV−Tテーブルの選択処理により、異なる送信条件で電波を送信することができる。   The VT table selection instruction unit 201 selects a specific VT table from a plurality of VT tables stored in the memory 20. By this VT table selection process, radio waves can be transmitted under different transmission conditions.

送信周波数指示部211は、V−Tテーブル選択指示部201によって選択されたV−Tテーブルに基づき、時間の経過に伴って連続的に変化する電圧値の基になるデータをDAC12に出力する。   Based on the VT table selected by the VT table selection instruction unit 201, the transmission frequency instruction unit 211 outputs to the DAC 12 data based on a voltage value that continuously changes over time.

AGC制御部212は、混合器17からAGC18に入力されたビート信号の振幅を適正値に調整するために、メモリ20に記憶されている制御データに基づいて、AGC18のビート信号の振幅調整処理を制御する。   The AGC control unit 212 adjusts the amplitude of the beat signal of the AGC 18 based on the control data stored in the memory 20 in order to adjust the amplitude of the beat signal input from the mixer 17 to the AGC 18 to an appropriate value. Control.

フィルタリング処理部213は、ADC19に取り込まれたビート信号から不要なノイズ成分を除去する。ビート周波数抽出部214は、上記ビート信号にFFT処理を行い、ビート信号群を周波数軸のデータに変換し、変換されたデータからビート周波数Fを抽出する。 The filtering processing unit 213 removes unnecessary noise components from the beat signal captured by the ADC 19. Beat frequency extraction section 214 performs FFT processing on the beat signal, converts the beat signal group to the data of the frequency axis, and extracts the beat frequency F B from the transformed data.

ビート周波数記憶部202は、ビート周波数抽出部214において抽出されたビート周波数Fを表す信号を、V−Tテーブル選択指示部201において選択されたV−Tテーブルに関連づけて、メモリ20に記憶する。 Beat frequency storage unit 202, a signal representative of the beat frequency F B extracted in beat frequency extraction section 214, in association with the V-T table selected in V-T table selection instruction unit 201, and stores in the memory 20 .

比誘電率算定部203は、ビート周波数記憶部202においてメモリ20に記憶されたビート周波数Fを表す信号を用いて、以下の式2による比誘電率算定処理を行う。なお、比誘電率算定部203は、比誘電率算定処理に必要なビート周波数Fを表す信号が整うまで、V−Tテーブル選択指示部201によって異なるV−Tテーブルを選択し、選択したV−Tテーブルに基づいてビート周波数Fを抽出させる処理の全体制御も行う。 Dielectric constant calculating unit 203, using a signal representative of the beat frequency F B stored in the memory 20 in the beat frequency storage unit 202, performs a relative dielectric constant calculated based on the equations 2 below. The relative dielectric constant calculating unit 203, the dielectric constant calculation processing until ready signal representative of the beat frequency F B required, select a different V-T table by V-T table selection instruction unit 201, the selected V also performs overall control of processing to extract beat frequency F B on the basis of the -T table.

式2

Formula 2

式2における各変数は以下の通りである。
λ01:第1のV−Tテーブルにより送信される第1の掃引周波数に係る波長
B1:第1の掃引周波数に係るV−Tテーブルに基づく第1ビート周波数
λ02:第2のV−Tテーブルにより送信される第2の掃引周波数に係る波長
B2:第2の掃引周波数に係るV−Tテーブルに基づく第2ビート周波数
mn:円形導波管30の伝搬定数
d:円形導波管30の内径
なお、λ01と、λ02と、dと、Kmnに係る数値は、メモリ20に予め記憶されている。
Each variable in Equation 2 is as follows.
λ 01 : Wavelength F B1 related to the first sweep frequency transmitted by the first VT table: First beat frequency λ 02 based on the VT table related to the first sweep frequency λ 02 : Second V- Wavelength F B2 related to the second sweep frequency transmitted by the T table: Second beat frequency K mn based on the VT table related to the second sweep frequency: Propagation constant d of the circular waveguide 30 d: Circular waveguide The inner diameter of the tube 30 The numerical values related to λ 01 , λ 02 , d, and K mn are stored in the memory 20 in advance.

[比誘電率算定処理フロー1]
次に、上記比誘電率算定プログラムによる処理の例について図3を参照しながら説明する。各処理ステップはS11、S12、S13、・・・のように表記する。
[Relative permittivity calculation processing flow 1]
Next, an example of processing by the relative permittivity calculation program will be described with reference to FIG. Each processing step is expressed as S11, S12, S13,.

まず、V−Tテーブル選択指示部201によって、メモリ20に記憶されているV−Tテーブルのうち、特定のV−Tテーブルが選択される。メモリ20には複数のV−Tテーブルが記憶されているので、その中から、第1条件に合致するV−Tテーブルが選択される。   First, the VT table selection instruction unit 201 selects a specific VT table from the VT tables stored in the memory 20. Since a plurality of VT tables are stored in the memory 20, a VT table that meets the first condition is selected from the VT tables.

次に、送信周波数指示部211により、選択されたV−Tテーブル(第1テーブル)に格納されている制御電圧データが連続的に読み出され、DAC12に入力される。制御電圧データは、DAC12によってアナログの制御電圧信号に変換される。   Next, the control voltage data stored in the selected VT table (first table) is continuously read out by the transmission frequency instruction unit 211 and input to the DAC 12. The control voltage data is converted into an analog control voltage signal by the DAC 12.

VCO13からは、入力された制御電圧信号によって、第1の掃引周波数に係る高周波信号(マイクロ波信号)が出力される。VCO13から出力される第1の掃引周波数の高周波信号は、結合回路14を経てトランスデューサ16において電波に変換され、被測定系31に向けて送信される(S11)。   The VCO 13 outputs a high-frequency signal (microwave signal) related to the first sweep frequency in accordance with the input control voltage signal. The high-frequency signal having the first sweep frequency output from the VCO 13 is converted into a radio wave by the transducer 16 via the coupling circuit 14 and transmitted to the system under test 31 (S11).

被測定系31には被測定物(例えば測定対象地点である液体41の液面)があり、送信された電波は、被測定物で反射される。反射された電波は被測定系31を経た後、上記トランスデューサ16で捉えられて受信信号に変換され、結合回路14を経て受信系に導かれる。受信系では、混合器17において上記受信信号がその時の送信信号と混合され、両信号の周波数の差であるビート信号が出力される。ビート信号はAGC18で所定の振幅に制御された後ADC19でデジタル信号に変換されてDSP11に入力される。DSP11では、ビート信号をFFT処理し、第1ビート周波数FB1を抽出する(S12)。 The system under test 31 includes an object to be measured (for example, the liquid surface of the liquid 41 that is a measurement target point), and the transmitted radio wave is reflected by the object to be measured. The reflected radio wave passes through the system to be measured 31, is then captured by the transducer 16, converted into a reception signal, and guided to the reception system via the coupling circuit 14. In the reception system, the reception signal is mixed with the transmission signal at that time in the mixer 17, and a beat signal that is the difference in frequency between the two signals is output. The beat signal is controlled to a predetermined amplitude by the AGC 18, converted to a digital signal by the ADC 19, and input to the DSP 11. In DSP 11, and FFT processing a beat signal, extracting a first beat frequency F B1 (S12).

抽出された第1ビート周波数FB1を表す信号はビート周波数記憶部202によって、第1テーブルに関連付けられてメモリ20に記憶される。 The extracted signal representing the first beat frequency F B1 is stored in the memory 20 in association with the first table by the beat frequency storage unit 202.

次に、V−Tテーブル選択指示部201によって、メモリ20に記憶されているV−Tテーブルのうち、第2条件に合致するV−Tテーブル(第2テーブル)が選択される。次に、送信周波数指示部211により、選択されたV−Tテーブル(第2テーブル)に格納されている制御電圧データが連続的に読み出され、DAC12でアナログ信号に変換される。このアナログ信号はVCO13の制御電圧信号となる。   Next, the VT table selection instruction unit 201 selects a VT table (second table) that matches the second condition from the VT tables stored in the memory 20. Next, the control voltage data stored in the selected VT table (second table) is continuously read out by the transmission frequency instruction unit 211 and converted into an analog signal by the DAC 12. This analog signal becomes a control voltage signal for the VCO 13.

VCO13は、入力された制御電圧信号によって、高周波信号である第2の掃引周波数信号を出力する。第2の掃引周波数信号は、結合回路14を経た後トランスデューサ16において電波に変換されて、被測定系31に向けて送信される(S13)。   The VCO 13 outputs a second sweep frequency signal, which is a high frequency signal, according to the input control voltage signal. The second sweep frequency signal passes through the coupling circuit 14 and is then converted into a radio wave by the transducer 16 and transmitted to the system under test 31 (S13).

以下、第1の掃引周波数信号の場合と同様に、上記電波は被測定系31にある被測定物で反射され、被測定系31を経てトランスデューサ16で捉えられ、受信信号に変換される。受信信号は結合回路14を経て受信系に導かれ、受信系の混合器17でその時の送信信号とのビート信号が出力される。このビート信号は、AGC18、ADC19を経てDSP11に入力される。DSP11では、上記第2の掃引周波数に係るビート信号をFFT処理し、第2ビート周波数FB2を抽出する(S14)。抽出された第2ビート周波数FB2を表す信号はビート周波数記憶部202によって、第2テーブルに関連付けられてメモリ20に記憶される。 Thereafter, as in the case of the first sweep frequency signal, the radio wave is reflected by the object to be measured in the system under measurement 31, is captured by the transducer 16 through the system under measurement 31, and is converted into a received signal. The reception signal is guided to the reception system through the coupling circuit 14, and a beat signal with the transmission signal at that time is output by the mixer 17 of the reception system. This beat signal is input to the DSP 11 via the AGC 18 and ADC 19. In DSP 11, the beat signal according to the second sweep frequency to FFT processing, to extract the second beat frequency F B2 (S14). The extracted signal representing the second beat frequency FB2 is stored in the memory 20 in association with the second table by the beat frequency storage unit 202.

次に、比誘電率算定部203が、メモリ20に記憶されている第1の掃引周波数に係る発振周波数の波長λ01、第1の掃引周波数に係る第1ビート周波数FB1、第2の掃引周波数に係る発振周波数の波長λ02、円形導波管の伝搬定数Kmn、円形導波管30の内径d、第2の掃引周波数に係る第2ビート周波数FB2を読み出す。読み出されたλ01、λ02、d、Kmn、FB1、FB2を用いて、前記式2に基づく算定処理が行なわれる。この算定処理によって比誘電率εが算定される(S15)。 Next, the relative permittivity calculating unit 203 stores the wavelength λ 01 of the oscillation frequency related to the first sweep frequency, the first beat frequency F B1 related to the first sweep frequency, and the second sweep stored in the memory 20. The wavelength λ 02 of the oscillation frequency related to the frequency, the propagation constant K mn of the circular waveguide, the inner diameter d of the circular waveguide 30, and the second beat frequency F B2 related to the second sweep frequency are read out. Using the read out λ 01 , λ 02 , d, K mn , F B1 , and F B2 , the calculation process based on Equation 2 is performed. By this calculation process, the relative dielectric constant ε r is calculated (S15).

以上説明したように、FMCWレーダー方式の測定装置を用いる実際の測定環境下において、比誘電率を実測により算定することができる。算定された比誘電率をFMCWレーダー方式の測定装置に適用し、比誘電率に対応した電波の速度を算出して測定距離Lを補正することで、より高い精度で液位を測定することができる。   As described above, the relative dielectric constant can be calculated by actual measurement in an actual measurement environment using the FMCW radar type measurement device. The liquid level can be measured with higher accuracy by applying the calculated dielectric constant to the FMCW radar type measuring device, calculating the velocity of the radio wave corresponding to the dielectric constant, and correcting the measurement distance L. it can.

[比誘電率算定プログラム2]
次に、本発明に適用可能な比誘電率算定プログラムの別の例について説明する。図4において、液位測定装置1aは、DSP11a、DAC12、VCO13、結合回路14、スイッチ22、スイッチ15、トランスデューサ16a、トランスデューサ16b、混合器17、AGC18、ADC19を有してなる。DAC12とVCO13を含む部分は送信系を構成し、混合器17からADC19に至る部分は受信系を構成している。スイッチ22は、結合回路14を、VCOキャリブレイションの時に近端反射部材26側に切り替え、液位測定の時にはスイッチ15側に切り替える。
[Relative permittivity calculation program 2]
Next, another example of a relative permittivity calculation program applicable to the present invention will be described. In FIG. 4, the liquid level measuring apparatus 1a includes a DSP 11a, a DAC 12, a VCO 13, a coupling circuit 14, a switch 22, a switch 15, a transducer 16a, a transducer 16b, a mixer 17, an AGC 18, and an ADC 19. The part including the DAC 12 and the VCO 13 constitutes a transmission system, and the part from the mixer 17 to the ADC 19 constitutes a reception system. The switch 22 switches the coupling circuit 14 to the near-end reflecting member 26 side at the time of VCO calibration, and switches to the switch 15 side at the time of liquid level measurement.

DSP11aはメモリ20aを内蔵している。メモリ20aには、前述の例と同様にV−Tテーブルが記憶されている。また、メモリ20aには、後述する算定処理を実行するためのプログラムが記憶されている。   The DSP 11a has a built-in memory 20a. In the memory 20a, a VT table is stored as in the above example. Further, the memory 20a stores a program for executing a calculation process described later.

DAC12からADC19に至る構成は、前述の実施例の構成とほぼ同じである。異なる構成は、DSP11a、スイッチ15、トランスデューサ16aおよび16bである。トランスデューサ16aとトランスデューサ16bは、伝送モードが異なるアンテナであって、例えばトランスデューサ16aはTE01モード、トランスデューサ16bはTE11モードにそれぞれ対応するアンテナである。   The configuration from the DAC 12 to the ADC 19 is almost the same as the configuration of the above-described embodiment. The different configurations are DSP 11a, switch 15, transducers 16a and 16b. The transducer 16a and the transducer 16b are antennas having different transmission modes. For example, the transducer 16a is an antenna corresponding to the TE01 mode, and the transducer 16b is an antenna corresponding to the TE11 mode.

スイッチ15は、DSP11aからの制御信号によって、トランスデューサ16aまたはトランスデューサ16bのどちらかに切り替える。したがって、スイッチ15は、液位測定装置1aの伝送モードを、二つの異なる伝送モードに交互に切り替えて電波を送受信することができる。   The switch 15 switches to either the transducer 16a or the transducer 16b according to a control signal from the DSP 11a. Accordingly, the switch 15 can transmit and receive radio waves by alternately switching the transmission mode of the liquid level measuring device 1a to two different transmission modes.

DSP11aのメモリ20aには、既に説明したプログラムの他に、伝送モードを選択的に切り換えるためのプログラムや、異なる伝送モードごとに抽出されたビート周波数に基づいて被測定系31の比誘電率を算定するプログラムからなる比誘電率算定プログラムが記憶されている。図5は、メモリ20aに記憶されている比誘電率算定プログラム200aの機能ブロック図である。   In addition to the program already described, the memory 11a of the DSP 11a calculates the relative dielectric constant of the system under test 31 based on the program for selectively switching the transmission mode and the beat frequency extracted for each different transmission mode. A relative permittivity calculation program comprising a program to store is stored. FIG. 5 is a functional block diagram of the relative permittivity calculation program 200a stored in the memory 20a.

[比誘電率算定プログラム2]
図5に示すように、比誘電率算定プログラム200aは、伝送モード指示部204と、送信周波数指示部211と、AGC制御部212と、フィルタリング処理部213と、ビート周波数抽出部214と、ビート周波数記憶部202と、比誘電率算定部203aと、を有してなる。比誘電率算定プログラム200aが図2に示す前述の例と異なる点は、V−Tテーブル選択指示部201に代わる伝送モード指示部204を備えていることと、比誘電率算定部203aが異なっていることである。
[Relative permittivity calculation program 2]
As shown in FIG. 5, the relative permittivity calculation program 200a includes a transmission mode instruction unit 204, a transmission frequency instruction unit 211, an AGC control unit 212, a filtering processing unit 213, a beat frequency extraction unit 214, and a beat frequency. A storage unit 202 and a relative dielectric constant calculation unit 203a are provided. The relative dielectric constant calculation program 200a is different from the above-described example shown in FIG. 2 in that a transmission mode instruction unit 204 instead of the VT table selection instruction unit 201 is provided and the relative dielectric constant calculation unit 203a is different. It is that you are.

伝送モード指示部204は、スイッチ15の動作を制御するプログラムからなり、このプログラムによってスイッチ15はトランスデューサ16aまたはトランスデューサ16bの一方を選択する。スイッチ15がトランスデューサ16aを選択しているかまたはトランスデューサ16bを選択しているかによって、異なる送信条件で電波が送信される。異なる送信条件とは、電波の伝送モードが異なることである。この比誘電率算定プログラム2においては、前記円形導波管30内での電波の伝送モードがTE01モードまたはTE11モードに切り替わる。   The transmission mode instruction unit 204 includes a program for controlling the operation of the switch 15, and the switch 15 selects one of the transducer 16a and the transducer 16b by this program. Radio waves are transmitted under different transmission conditions depending on whether the switch 15 selects the transducer 16a or the transducer 16b. The different transmission conditions are different radio wave transmission modes. In the relative permittivity calculation program 2, the radio wave transmission mode in the circular waveguide 30 is switched to the TE01 mode or the TE11 mode.

送信周波数指示部211、AGC制御部212、フィルタリング処理部213およびビート周波数抽出部214は、前述の例においてそれぞれ対応する部分と同様の処理を行う。   The transmission frequency instruction unit 211, the AGC control unit 212, the filtering processing unit 213, and the beat frequency extraction unit 214 perform the same processing as the corresponding portions in the above example.

ビート周波数記憶部202は、ビート周波数抽出部214において抽出されたビート周波数Fを表す信号を、伝送モード指示部204において切り替えられている伝送モード毎にメモリ20aに記憶する。 Beat frequency storage unit 202, a signal representative of the beat frequency F B extracted in beat frequency extraction section 214, and stored in the memory 20a in the transmission mode each time are switched in the transmission mode instruction unit 204.

比誘電率算定部203aは、ビート周波数記憶部202においてメモリ20aに記憶されたビート周波数Fを表す信号を用いて、以下の式3による比誘電率算定処理を行う。なお、比誘電率算定部203aは、比誘電率算定処理に必要なビート周波数Fを表す信号が整うまで、伝送モード指示部204によってスイッチ15を切り替え、異なる伝送モードに基づくビート周波数Fを抽出させる。 Dielectric constant calculating unit 203a, by using a signal representative of the beat frequency F B stored in the memory 20a in the beat frequency storage unit 202, performs a relative dielectric constant calculated based on the equations 3 below. The relative dielectric constant calculating unit 203a until ready signal representative of the beat frequency F B required dielectric constant calculation processing, switching the switch 15 by the transmission mode instruction unit 204, the beat frequency F B based on different transmission modes Let it be extracted.

式3

Formula 3

式3における各変数は以下の通りである。
λ:電波の波長
B0:第1の伝送モードに係るビート周波数
mn0:第1の伝送モードに係る円形導波管30の伝搬定数
B1:第2の伝送モードに係るビート周波数
mn1:第2の伝送モードに係る円形導波管30の伝搬定数
d:円形導波管30の内径
なお、λ、Kmn0、Kmn1、dに係る数値はメモリ20aに予め記憶されている。
Each variable in Equation 3 is as follows.
lambda 0: wavelength radio wave F B0: first transmission beat frequency K according to Mode mn0: propagation constant F B1 of the circular waveguide 30 of the first transmission mode: beat frequency K mn1 of the second transmission mode : Propagation constant of the circular waveguide 30 according to the second transmission mode d: Inner diameter of the circular waveguide 30 Note that numerical values related to λ 0 , K mn0 , K mn1 , d are stored in the memory 20a in advance.

[比誘電率算定処理フロー2]
次に、上記比誘電率算定プログラム2の処理の流れについて図6のフローチャートを用いて説明する。まず、伝送モード指示部204によって、スイッチ15に対し制御信号が送出され、スイッチ15は、第1条件に対応する伝送モード(第1の伝送モード)を選択する。第1条件下では、トランスデューサ16aによる電波の送受信が行われるものとする。
[Relative permittivity calculation processing flow 2]
Next, the process flow of the relative dielectric constant calculation program 2 will be described with reference to the flowchart of FIG. First, a control signal is sent to the switch 15 by the transmission mode instruction unit 204, and the switch 15 selects a transmission mode (first transmission mode) corresponding to the first condition. It is assumed that radio waves are transmitted and received by the transducer 16a under the first condition.

次に、送信周波数指示部211により、メモリ20aに記憶されているV−Tテーブルから、制御電圧データが連続的に読み出されDAC12に入力される。DAC12は制御電圧データをアナログ信号に変換する。   Next, the control voltage data is continuously read from the VT table stored in the memory 20 a by the transmission frequency instruction unit 211 and input to the DAC 12. The DAC 12 converts the control voltage data into an analog signal.

VCO13からは、入力された制御電圧信号に対応する周波数の高周波信号が出力される。VCO13から出力される高周波信号は、結合回路14を経た後トランスデューサ16aで電波に変換され、被測定系31に向けて送信される(S11a)。   A high frequency signal having a frequency corresponding to the input control voltage signal is output from the VCO 13. The high-frequency signal output from the VCO 13 is converted into a radio wave by the transducer 16a after passing through the coupling circuit 14, and transmitted to the system under test 31 (S11a).

送信された第1の伝送モードの電波は、被測定物で反射され、被測定系31を介してトランスデューサ16a、結合回路14を経て受信系に導かれる。受信系では、既に述べたとおり、混合器17、AGC18、ADC19でそれぞれ所定の処理がなされ、受信信号とその時の発振信号とのビート信号がDSP11aに入力される。DSP11aでは上記ビート信号をFFT処理し、第1伝送モードに係るビート周波数FB0を抽出する(S12a)。抽出されたビート周波数FB0を表す信号は、メモリ20aのビート周波数記憶部202に、第1の伝送モードに係るビート周波数FB0を表す信号として記憶される。 The transmitted radio wave in the first transmission mode is reflected by the object to be measured, and is guided to the receiving system via the measured system 31 via the transducer 16a and the coupling circuit 14. In the reception system, as already described, predetermined processing is performed by the mixer 17, the AGC 18, and the ADC 19, and the beat signal of the received signal and the oscillation signal at that time is input to the DSP 11a. The beat signal to FFT processing in DSP11a, extracts the beat frequency F B0 according to the first transmission mode (S12a). Signal representative of the beat frequency F B0 which is extracted, the beat frequency storage unit 202 of the memory 20a, and stored as a signal representative of the beat frequency F B0 according to the first transmission mode.

次に、伝送モード指示部204からスイッチ15に対して制御信号が送出され、スイッチ15により、第2条件に対応する伝送モード(第2の伝送モード)が選択される。続いて、送信周波数指示部211により、メモリ20aに記憶されているV−Tテーブルから制御電圧データが連続的に読み出されDAC12に入力される。   Next, a control signal is sent from the transmission mode instructing unit 204 to the switch 15, and the transmission mode (second transmission mode) corresponding to the second condition is selected by the switch 15. Subsequently, control voltage data is continuously read from the VT table stored in the memory 20 a by the transmission frequency instruction unit 211 and input to the DAC 12.

以下、上記第1の伝送モードによる動作と同様にVCO13から高周波信号が出力され、結合回路14を経てトランスデューサ16bに入力される。トランスデューサ16bからは、第1の伝送モードとは異なる第2の伝送モードで被測定系31に向け前記円形導波管30内に送信される。   Thereafter, similarly to the operation in the first transmission mode, a high-frequency signal is output from the VCO 13 and input to the transducer 16b via the coupling circuit 14. From the transducer 16b, the signal is transmitted into the circular waveguide 30 toward the system under test 31 in a second transmission mode different from the first transmission mode.

電波は、被測定物で反射され、被測定系31を介してトランスデューサ16bで受信され、受信系における混合器17で受信信号とその時の送信信号との周波数の差であるビート信号が抽出される。ビート信号はDSP11aでFFT処理されて第2伝送モードに係るビート周波数FB1を表す信号が抽出される(S14a)。抽出されたビート周波数FB1を表す信号は、メモリ20aのビート周波数記憶部202に、第2の伝送モードに係るビート周波数FB1を表す信号として記憶される。 The radio wave is reflected by the object to be measured, received by the transducer 16b via the system to be measured 31, and a beat signal that is a frequency difference between the received signal and the transmission signal at that time is extracted by the mixer 17 in the receiving system. . Beat signal signal representative of the beat frequency F B1 according to the second transmission mode is FFT processed by DSP11a is extracted (S14a). Signal representative of the beat frequency F B1, which is extracted, the beat frequency storage unit 202 of the memory 20a, and stored as a signal representative of the beat frequency F B1 according to the second transmission mode.

次に、比誘電率算定部203aが、メモリ20に記憶されている電波の波長λ、第1の伝送モードに係るビート周波数FB0、第1の伝送モードに係る円形導波管30の伝搬定数Kmn0、第2の伝送モードに係る円形導波管30の伝搬定数Kmn1、円形導波管30の内径dおよび第2の伝送モードに係るビート周波数FB1を読み出す。読み出されたλ、FB0、Kmn0、Kmn1、d、FB1を用いて、上記式3に基づく算定処理が行なわれる。この算定処理によって比誘電率εが算定される(S15a)。 Next, the relative permittivity calculating unit 203a transmits the wavelength λ 0 of the radio wave stored in the memory 20, the beat frequency F B0 related to the first transmission mode, and the propagation of the circular waveguide 30 related to the first transmission mode. The constant K mn0 , the propagation constant K mn1 of the circular waveguide 30 related to the second transmission mode, the inner diameter d of the circular waveguide 30 and the beat frequency F B1 related to the second transmission mode are read out. Using the read out λ 0 , F B0 , K mn0 , K mn1 , d, and F B1 , the calculation process based on Equation 3 is performed. By this calculation process, the relative dielectric constant ε r is calculated (S15a).

以上説明したように、FMCWレーダー方式の測定装置を用いる実際の測定環境下において、比誘電率を実測により算定することができる。算定された比誘電率をFMCWレーダー方式の測定装置に適用し、比誘電率に対応した電波の速度を算出して測定距離Lを補正することで、より高い精度で液位を測定することができる。   As described above, the relative dielectric constant can be calculated by actual measurement in an actual measurement environment using the FMCW radar type measurement device. The liquid level can be measured with higher accuracy by applying the calculated dielectric constant to the FMCW radar type measuring device, calculating the velocity of the radio wave corresponding to the dielectric constant, and correcting the measurement distance L. it can.

[2伝送モード対応平面形トランスデューサ]
上に述べたような2つの伝送モードを利用して電波の伝搬空間の比誘電率を推定するには、2つの伝送モードに対応したトランスデューサを必要とする。加えて、2つの伝送モードに対応したトランスデューサは少なくとも同一平面で送受信できる平面形トランスデューサであることが望ましい。かかる条件を満たす新規な2伝送モード対応平面形トランスデューサの例について以下説明する。
[2-transmission mode compatible planar transducer]
In order to estimate the relative permittivity of the radio wave propagation space using the two transmission modes as described above, a transducer corresponding to the two transmission modes is required. In addition, the transducer corresponding to the two transmission modes is preferably a planar transducer that can transmit and receive at least in the same plane. An example of a novel two-transmission mode-compatible planar transducer that satisfies such conditions will be described below.

図7、図8において、2枚の円形導体板57と58を平行に置いたラジアル導波路が、2伝送モード対応平面形トランスデューサの本体を構成している。2枚の円形導体板57と58の間には空洞59が形成されている。図8に示すように、下側の導体板57の中心に穴を開けて同軸線路の外部導体64を導体板57に接続し、同軸線路の内部導体63を上側の導体板58に接続するのがラジアル導波路の一般的な形である。周波数帯域幅を広げるため内部導体63の端部はテーパ状に広がったテーパ形端部631となっている。上記テーパ形端部631と上側導体板58との間には隙間があるが、高周波信号の伝達には何ら支障はない。   7 and 8, a radial waveguide in which two circular conductor plates 57 and 58 are placed in parallel constitutes the main body of a two-mode flat transducer. A cavity 59 is formed between the two circular conductor plates 57 and 58. As shown in FIG. 8, a hole is formed in the center of the lower conductor plate 57 to connect the outer conductor 64 of the coaxial line to the conductor plate 57 and connect the inner conductor 63 of the coaxial line to the upper conductor plate 58. Is a common form of radial waveguide. In order to widen the frequency bandwidth, the end portion of the inner conductor 63 is a tapered end portion 631 that is widened in a tapered shape. Although there is a gap between the tapered end 631 and the upper conductor plate 58, there is no problem in transmitting a high-frequency signal.

さらにラジアル導波路を構成する上下の導体板57,58は端部の円周上で短絡されている。このラジアル導波路の上側導体板58に複数のスロット61が周方向に等間隔に開けられ、各スロット61の片側に上下の導体板57,58をショートする励振ピン62が設けられている。これによってTE01モードのトランスデューサ51が構成され、円形導波管内でTE01モードが励振される。   Further, the upper and lower conductor plates 57 and 58 constituting the radial waveguide are short-circuited on the circumference of the end portion. A plurality of slots 61 are formed at equal intervals in the circumferential direction on the upper conductor plate 58 of the radial waveguide, and excitation pins 62 for short-circuiting the upper and lower conductor plates 57 and 58 are provided on one side of each slot 61. As a result, a TE01 mode transducer 51 is formed, and the TE01 mode is excited in the circular waveguide.

図19に示す液位測定装置の使用例におけるトランスデューサ32として、上記2伝送モード対応平面形トランスデューサを用いる。図19に示す円形導波管30の上端に、図7、図8に示すラジアル導波路を上下逆向きにして結合し、円形導波管30の上端をラジアル導波路で短絡する。換言すれば、円形導波管30の上端を図7、図8に示すラジアル導波路で同心円状に蓋をする。円形導波管30の内径d内に、図7に示す各スロット61が入るように設定する。   As the transducer 32 in the usage example of the liquid level measuring device shown in FIG. 19, the above-described two-transmission mode-compatible planar transducer is used. The radial waveguide shown in FIGS. 7 and 8 is coupled upside down to the upper end of the circular waveguide 30 shown in FIG. 19, and the upper end of the circular waveguide 30 is short-circuited by the radial waveguide. In other words, the upper end of the circular waveguide 30 is concentrically covered with the radial waveguide shown in FIGS. Each slot 61 shown in FIG. 7 is set so as to be within the inner diameter d of the circular waveguide 30.

図7においては、中空の長い円形導波管30を、図7の紙面上に垂直に置いた場合に相当する。図19において、円形導波管30の上端は導体板58で短絡される。以下、この導体板58を「短絡導体板58」という。この短絡導体板58にはTE01モードを励振するためのスロット61が8個だけ短絡導体板58の円周方向に等間隔で並んでいる。   7 corresponds to the case where the hollow long circular waveguide 30 is placed vertically on the paper surface of FIG. In FIG. 19, the upper end of the circular waveguide 30 is short-circuited by a conductor plate 58. Hereinafter, the conductor plate 58 is referred to as a “short-circuit conductor plate 58”. In this short-circuit conductor plate 58, only eight slots 61 for exciting the TE01 mode are arranged at equal intervals in the circumferential direction of the short-circuit conductor plate 58.

図11は、円形導波管30内においてTE01モードで励振された様子をモデル的に示している。矢印のついた実線は電気力線を、矢印のついた破線は磁力線を表している。図11に示すように、TE01モードでは、電界は円形導波管30と同心円状に分布している。各点で電界に対し直角方向に向いている点線が磁界を示している。円形導波管30の中心部での電界と磁界の大きさはともに小さくなる。これは、図7に示す短絡導体板58の中心部はTE01モードに対しては広い空間になっていることに対応している。   FIG. 11 schematically shows the state of excitation in the TE01 mode in the circular waveguide 30. A solid line with an arrow represents a line of electric force, and a broken line with an arrow represents a line of magnetic force. As shown in FIG. 11, the electric field is distributed concentrically with the circular waveguide 30 in the TE01 mode. Dotted lines that are perpendicular to the electric field at each point indicate the magnetic field. Both the electric field and the magnetic field at the center of the circular waveguide 30 are reduced. This corresponds to the fact that the central portion of the short-circuit conductor plate 58 shown in FIG. 7 is a wide space for the TE01 mode.

上記短絡導体板58の中心部の広い領域に、図7と図8に示すように円形導波管30にTE11モードを励振するループ71が設けられている。ループ71に給電する線路としてマイクロストリップ線路73が短絡導体板58の表面に沿って短絡導体板58の半径方向に設けられている。このループ71はTE11モードのトランスデューサ52を構成しており、ループ71の先端は終端抵抗74を介して短絡導体板58に接地されている。このようにループ21は短絡導体板58の上に平面回路の一部として製作されるが、この短絡導体板58は図8に示すラジアル導波路のアース板でもある。マイクロストリップ線路73を用いてループ71に高周波電流を給電すると円形導波管30の内部に磁界が発生する。この磁界によってファラデーの法則から電界を発生する。これらの電磁界がTE11モードである。   A loop 71 for exciting the TE11 mode is provided in the circular waveguide 30 as shown in FIGS. 7 and 8 in a wide area at the center of the short-circuit conductor plate 58. A microstrip line 73 is provided in the radial direction of the short-circuit conductor plate 58 along the surface of the short-circuit conductor plate 58 as a line for feeding power to the loop 71. The loop 71 forms a TE11 mode transducer 52, and the tip of the loop 71 is grounded to the short-circuit conductor plate 58 via a termination resistor 74. As described above, the loop 21 is manufactured as a part of the planar circuit on the short-circuit conductor plate 58. The short-circuit conductor plate 58 is also a grounding plate of the radial waveguide shown in FIG. When a high frequency current is fed to the loop 71 using the microstrip line 73, a magnetic field is generated inside the circular waveguide 30. This magnetic field generates an electric field from Faraday's law. These electromagnetic fields are in the TE11 mode.

TE01モードの電磁界の様子を示す図11に準じて、TE11モードの電磁界の様子を図10にモデル的に示した。矢印のついた実線は電気力線を、破線は磁力線を表している。図10に示すように、TE11モードでの電気力線は、横方向の中心線で上下に反対称に二分されて下側から上側に向かい、かつ、円形導波管30の内壁面に対し直角方向に出て直角に入るように分布する。電気力線の各点で磁力線が電気力線に対し直角方向を向くのは、TE11モードの場合もTE01モードと同じである。   The state of the TE11 mode electromagnetic field is modeled in FIG. 10 in accordance with FIG. 11 showing the state of the TE01 mode electromagnetic field. A solid line with an arrow represents a line of electric force, and a broken line represents a line of magnetic force. As shown in FIG. 10, the electric lines of force in the TE11 mode are bisected in an antisymmetrical manner by the center line in the horizontal direction and are directed from the lower side to the upper side, and are perpendicular to the inner wall surface of the circular waveguide 30. It is distributed so that it goes in the direction and enters at right angles. In the TE11 mode, the magnetic field lines are oriented in the direction perpendicular to the electric field lines at each point of the electric field lines as in the TE01 mode.

短絡導体板58にスロット61を設けるとともにスロット61の一側方に励振ピン62を設けることによってTE01モードで励振されることを、図12、図13を参照しながら具体的に説明する。図12、図13はいずれも、図7に示す複数のスロット61のうちの一つを示している。短絡導体板58には同軸線路の内部導体63から短絡導体板58の中心に高周波信号を供給する。高周波信号電流は短絡導体板58を中心部から半径方向外側に向かって放射状に流れ、この電流Jによって電流Jに直交する方向に磁界Mが生成される。励振しようとする高周波信号の波長をλとすると、スロット61の長手方向の長さは約λ/2である。スロット61の幅寸法は、スロット61の長手方向の寸法λ/2に対して数分の1程度にかなり小さくなっている。   Explained in detail with reference to FIGS. 12 and 13 is excitation in the TE01 mode by providing the short-circuit conductor plate 58 with the slot 61 and the excitation pin 62 on one side of the slot 61. FIG. 12 and 13 both show one of the plurality of slots 61 shown in FIG. A high frequency signal is supplied to the short-circuit conductor plate 58 from the inner conductor 63 of the coaxial line to the center of the short-circuit conductor plate 58. The high-frequency signal current flows radially through the short-circuit conductor plate 58 from the center to the outside in the radial direction. If the wavelength of the high frequency signal to be excited is λ, the length of the slot 61 in the longitudinal direction is about λ / 2. The width dimension of the slot 61 is considerably smaller than a fraction of the longitudinal dimension λ / 2 of the slot 61.

図12は、スロット61の側方に励振ピンが設けられておらず、スロット61の長さ方向に電流Jが流れ、これに直交する方向であるスロット61の幅方向に磁界Mが生じる例を示している。スロット61の幅方向の寸法は、励振しようとする高周波信号の波長λに対して小さすぎるため、磁力線はスロット61を通過できなくなり、スロット61から電磁波は放射されない。   FIG. 12 shows an example in which no excitation pin is provided on the side of the slot 61, a current J flows in the length direction of the slot 61, and a magnetic field M is generated in the width direction of the slot 61, which is a direction perpendicular to the current J. Show. Since the dimension in the width direction of the slot 61 is too small with respect to the wavelength λ of the high-frequency signal to be excited, the magnetic field lines cannot pass through the slot 61 and no electromagnetic wave is radiated from the slot 61.

図13は、スロット61の一側方に励振ピン62が設けられていて、スロット61の長手方向に電流Jが流れる場合を示している。上記のように、電流Jの方向に直交する方向に磁界Mが生成されるが、磁界Mがスロット61をその幅方向に横切ろうとするとき、磁界Mがスロット61の一側方で励振ピン62によって乱され、励振ピン62を迂回し蛇行しながらスロット61を横切る。したがって、励振ピン62側のスロット61の縁を横切る磁界Mは、スロット61の縁に対して斜めになる。この斜めの磁界Mは、スロット61の幅方向の成分Mと、スロット61の長さ方向の成分Mに分けることができる。磁界Mの上記成分Mによってスロット61の幅方向の磁力線が生成され、磁界Mの上記成分Mによってスロット61の長さ方向の磁力線が生成される。 FIG. 13 shows a case where an excitation pin 62 is provided on one side of the slot 61 and a current J flows in the longitudinal direction of the slot 61. As described above, the magnetic field M is generated in a direction orthogonal to the direction of the current J. When the magnetic field M attempts to cross the slot 61 in the width direction, the magnetic field M is excited on one side of the slot 61. It is disturbed by 62 and crosses the slot 61 while meandering around the excitation pin 62. Therefore, the magnetic field M across the edge of the slot 61 on the excitation pin 62 side is inclined with respect to the edge of the slot 61. This oblique magnetic field M can be divided into a component M 1 in the width direction of the slot 61 and a component M 2 in the length direction of the slot 61. A magnetic field line in the width direction of the slot 61 is generated by the component M 1 of the magnetic field M, and a magnetic field line in the length direction of the slot 61 is generated by the component M 2 of the magnetic field M.

上記磁界成分Mは前記磁界Mと同じであり、既に述べたとおりスロット61から電磁波が放射されることはない。これに対しスロット61の長さ方向に生成される上記磁界成分Mは、その波長λに対してスロット61の長さ方向の寸法がλ/2であることから、磁界成分Mを表す磁力線はスロット61を通過することができ、スロット61から電磁波が放射される。図7に示すように、短絡導体板8に複数のスロット61を設け、各スロット61の一側方に励振ピン62を設けると、各スロット61で同じ周波数の電磁波が生成され、この電磁波が放射される。 The magnetic field component M 1 is the same as the magnetic field M, and no electromagnetic wave is radiated from the slot 61 as already described. In contrast the magnetic field component M 2 generated in the longitudinal direction of the slot 61, since the length dimension of the slot 61 with respect to the wavelength lambda is lambda / 2, the magnetic field lines representing the magnetic field component M 2 Can pass through the slot 61, and electromagnetic waves are radiated from the slot 61. As shown in FIG. 7, when a plurality of slots 61 are provided in the short-circuit conductor plate 8 and an excitation pin 62 is provided on one side of each slot 61, an electromagnetic wave having the same frequency is generated in each slot 61, and this electromagnetic wave is radiated. Is done.

以上説明したように、図7、図8に示すトランスデューサは2伝送モードに対応する平面形トランスデューサを構成している。このトランスデューサは、伝送路として円形導波管30を用い、円形導波管30内を伝搬する図10、図11に示す2種類の電磁界を利用することができる。すなわち、図7と図8に示すループ71が励振するTE11モードと、図8に示す同軸線路の内部導体63を流れる高周波電流がスロット61を通して励振するTE01モードである。   As described above, the transducers shown in FIGS. 7 and 8 constitute a planar transducer corresponding to the two transmission modes. This transducer uses a circular waveguide 30 as a transmission path, and can use two types of electromagnetic fields shown in FIGS. 10 and 11 propagating in the circular waveguide 30. That is, there are a TE11 mode in which the loop 71 shown in FIGS. 7 and 8 excites, and a TE01 mode in which the high-frequency current flowing through the inner conductor 63 of the coaxial line shown in FIG.

図7に示す例では、各スロット61の幅方向寸法は、各スロット61の長手方向の寸法に対してかなり小さいとはいえ、比較的幅広のスロット形状になっている。これにより、励振可能な高周波信号の周波数帯域幅を広くすることができることから、周波数を掃引しながら液面までの距離を測定するFMCWレーダー方式液位測定装置などに好適な平面形トランスデューサを得ることができる。   In the example shown in FIG. 7, although the widthwise dimension of each slot 61 is considerably smaller than the longitudinal dimension of each slot 61, it has a relatively wide slot shape. As a result, the frequency bandwidth of the excitable high-frequency signal can be widened, so that a planar transducer suitable for an FMCW radar type liquid level measuring device that measures the distance to the liquid level while sweeping the frequency is obtained. Can do.

図9において、符号16aはTE01モードのトランスデューサを、16bはTE11モードのトランスデューサを示すものとする。TE01モードのトランスデューサ16aとTE11モードのトランスデューサ16bには、共通の送受信機3から給電される。一つの送受信機3から引き出されている入出力線は、スイッチ4によって、二つに分岐した分岐線の一つを選択して接続されるように構成されている。一方の分岐線はコネクタ5を経てトランスデューサ16aに接続され、他方の分岐線はコネクタ6を経てトランスデューサ16bに接続されている。   In FIG. 9, reference numeral 16a denotes a TE01 mode transducer, and 16b denotes a TE11 mode transducer. The TE01 mode transducer 16a and the TE11 mode transducer 16b are supplied with power from the common transceiver 3. An input / output line drawn from one transceiver 3 is configured to be selected and connected by a switch 4 to one of two branched lines. One branch line is connected to the transducer 16 a via the connector 5, and the other branch line is connected to the transducer 16 b via the connector 6.

このように、二つのトランスデューサ16a,16bに供給される信号は同じであるが、二つのトランスデューサ16a,16bで変換され輻射される電波の伝搬モードが異なる。スイッチ4の切り替えによって、TE01モードまたはTE11モードに対応する一つのトランスデューサが選択される。スイッチ4は図4の実施例におけるスイッチ15に相当する。送受信機3は図4の実施例におけるDSP11a、送信系および受信系を含む構成部分に相当する。   As described above, the signals supplied to the two transducers 16a and 16b are the same, but the propagation modes of the radio waves converted and radiated by the two transducers 16a and 16b are different. By switching the switch 4, one transducer corresponding to the TE01 mode or the TE11 mode is selected. The switch 4 corresponds to the switch 15 in the embodiment of FIG. The transceiver 3 corresponds to the components including the DSP 11a, the transmission system, and the reception system in the embodiment of FIG.

上記2伝送モード対応平面形トランスデューサを、内径dの円形導波管30の上端に取り付けて前記FMCWレーダー方式液位測定装置を構成すると、電磁波の伝送空間の比誘電率を推定するのに好都合である。電磁波は、その伝送空間の比誘電率の違いによって伝送特性が異なり、ビート周波数が異なるから、電磁波が伝搬する導波管内の比誘電率を求め、測定結果を比誘電率に応じて補正することによって精度の高い測定を行うことができる。上記2伝送モード対応平面形トランスデューサはTE01モードとTE11モードのトランスデューサとして用いることができるため、上記二つのモードでそれぞれ測定し、測定値の違いから導波管内の比誘電率を推定することができる。   If the FMCW radar type liquid level measuring device is constructed by attaching the above-mentioned two-transmission mode-compatible planar transducer to the upper end of the circular waveguide 30 having an inner diameter d, it is convenient for estimating the relative permittivity of the electromagnetic wave transmission space. is there. The transmission characteristics of electromagnetic waves differ depending on the relative permittivity of the transmission space, and the beat frequency differs. Therefore, the relative permittivity in the waveguide through which the electromagnetic waves propagate is obtained, and the measurement results are corrected according to the relative permittivity. Therefore, a highly accurate measurement can be performed. Since the two-transmission-mode-compatible planar transducer can be used as a TE01 mode and TE11 mode transducer, the relative dielectric constant in the waveguide can be estimated from the difference between the measured values in the two modes. .

FMCWレーダー方式液位測定装置の測定精度を低下させる要因には、電磁波の伝送空間の比誘電率によって測定値が変動することのほかに、以下の要因がある。第1の精度低下要因は、液面計測装置が備えるVCOの特性が温度によって変動することおよびVCO自体の特性が経年変化することである。第2の精度低下要因は、伝送路に導波管を用いる場合に、導波管内を伝搬する電波の速度が周波数特性を持っていることである。   In addition to the fact that the measured value fluctuates depending on the relative permittivity of the electromagnetic wave transmission space, there are the following factors as factors that lower the measurement accuracy of the FMCW radar type liquid level measuring device. The first factor for reducing accuracy is that the characteristics of the VCO included in the liquid level measuring device fluctuate with temperature and that the characteristics of the VCO itself change over time. The second factor for reducing accuracy is that the velocity of the radio wave propagating in the waveguide has frequency characteristics when the waveguide is used in the transmission path.

以下に説明する実施例では、上記第1の精度低下要因に対してはVCOキャリブレイションを実行し、上記第2の精度低下要因に対してはVCOプリディストーションを実行することで測定精度の向上を図っている。   In the embodiment described below, VCO calibration is executed for the first accuracy reduction factor, and measurement accuracy is improved by executing VCO predistortion for the second accuracy reduction factor. I am trying.

[VCOキャリブレイション]
図1および図4において、スイッチ22は、結合回路14を近端反射部材26側に接続している。近端反射部材26は、液位測定装置から放射される電波を反射することができる部材からなり、基準面位置から既知の長さ位置に設置されている。近端反射部材26は、本実施例の特徴であるVCOキャリブレイションを行うのに必要な部材である。そこで次に、VCOキャリブレイションの必要性とVCOキャリブレイションそのものについて説明する。
[VCO calibration]
1 and 4, the switch 22 connects the coupling circuit 14 to the near-end reflecting member 26 side. The near-end reflecting member 26 is made of a member that can reflect radio waves radiated from the liquid level measuring device, and is installed at a known length position from the reference plane position. The near-end reflecting member 26 is a member necessary for performing VCO calibration, which is a feature of the present embodiment. Next, the necessity of VCO calibration and the VCO calibration itself will be described.

VCOにおける制御電圧に対する発振周波数の関係は必ずしも直線性を備えているとは限らない。また、温度変化により、あるいは経年変化により特性が変化するのが一般的である。図14(a)は、VCOの一般的なF−V特性の例を示すもので、直線性が崩れている。図14(b)はメモリ20に記憶されている補正前のV−Tテーブルを示しており、時間軸に対して制御電圧が直線的に変化している。   The relationship of the oscillation frequency to the control voltage in the VCO does not necessarily have linearity. In general, the characteristics change due to temperature changes or secular changes. FIG. 14A shows an example of a general FV characteristic of a VCO, and the linearity is broken. FIG. 14B shows a VT table before correction stored in the memory 20, and the control voltage changes linearly with respect to the time axis.

DSP11でメモリ20から上記V−Tテーブルを読み出し、時間の経過とともに変化する制御電圧値をDAC12でアナログ信号に変換してVCO13に印加したとする。V−Tカーブは直線であっても、VCO13のF−V特性の直線性が上記のように崩れていると、VCO13から出力される時間軸に対する発振周波数の関係を表すF−T特性は、図14(c)に示すように非直線となる。したがって、このF−T特性を用いて液位の測定を行っても、精度の良好な測定を行うことはできない。   Assume that the DSP 11 reads the VT table from the memory 20, converts a control voltage value that changes over time into an analog signal by the DAC 12, and applies it to the VCO 13. Even if the VT curve is a straight line, if the linearity of the FV characteristic of the VCO 13 is broken as described above, the FT characteristic representing the relationship of the oscillation frequency with respect to the time axis output from the VCO 13 is: As shown in FIG. 14C, the line is non-linear. Therefore, even if the liquid level is measured using this FT characteristic, it is not possible to perform measurement with good accuracy.

そこで、VCO13から出力される信号のF−T特性が直線になるように、メモリ20に記憶するV−TカーブをVCO13のF−V特性に対応して補正する。図15はこの補正について示すもので、図15(a)は図14(a)と同じVCO13の非直線性F−V特性を示す。図15(b)は、メモリ20に記憶されている補正後V−TテーブルによるV−Tカーブを示している。この補正後のV−Tカーブは、VCO13の非直線性F−V特性と逆特性の非直線性になっている。   Therefore, the VT curve stored in the memory 20 is corrected corresponding to the FV characteristic of the VCO 13 so that the FT characteristic of the signal output from the VCO 13 becomes a straight line. FIG. 15 shows this correction. FIG. 15 (a) shows the same non-linear FV characteristic of the VCO 13 as FIG. 14 (a). FIG. 15B shows a VT curve based on the corrected VT table stored in the memory 20. The corrected VT curve has a non-linearity opposite to the non-linear FV characteristic of the VCO 13.

上記補正後のV−Tカーブテーブルを読み出し、時間の経過とともに変化する制御電圧値をDAC12でアナログ信号に変換してVCO13に印加すると、図15(c)に示すような直線性が確保された補正後のF−T特性を得ることができる。この補正後のF−T特性を用いて液位の測定を行うと、精度の良好な測定を行うことができる。   When the corrected VT curve table is read, and the control voltage value that changes over time is converted into an analog signal by the DAC 12 and applied to the VCO 13, linearity as shown in FIG. 15C is secured. The corrected FT characteristic can be obtained. When the liquid level is measured using the corrected FT characteristic, it is possible to perform measurement with good accuracy.

図15(b)に示すような、VCO13のF−V特性に対応した補正後V−Tテーブルを生成する処理を、ここではVCOキャリブレイション(校正)という。VCOキャリブレイションを行うことにより直線性を保ったF−T特性を得ることができ、高精度の液位測定を行うことができる。   The process of generating a corrected VT table corresponding to the FV characteristic of the VCO 13 as shown in FIG. 15B is referred to as VCO calibration (calibration) here. By performing VCO calibration, it is possible to obtain FT characteristics that maintain linearity, and to perform liquid level measurement with high accuracy.

VCOキャリブレイションを行うための構成およびVCOキャリブレイションの方法についてより詳細に説明する。VCOキャリブレイションは、図22に示すように、FMCWレーダーが、掃引時間を通じてF−T特性の直線性が確保されているとき、既知の距離からの電波の反射によって生じるビート周波数F信号が、掃引周波数帯域を通して同じ周波数になることを活用する。 The configuration for performing VCO calibration and the method of VCO calibration will be described in more detail. VCO calibration, as shown in FIG. 22, FMCW radar, when the linearity of the F-T characteristics are ensured through the sweep time, the beat frequency F B signal caused by the reflection of radio waves from a known distance, Take advantage of having the same frequency throughout the sweep frequency band.

図1および図4に示す実施例において、VCOキャリブレイションは、DSP11が制御信号線CALを通じてスイッチ22の動作を制御することにより、近端反射部材26側を選択することによって行われる。近端反射部材26は、前述のとおり、基準面位置から既知の長さ位置に設置されているため、F−T特性の直線性が確保されていれば、近端反射部材26からの反射信号を受信することによって得られる前記ビート信号波形は固定された正弦波信号になる。これに対して、図14(c)に示す補正前のF−T特性のように非直線性のカーブになる場合は、掃引時間T内でビート周波数が変動するため、ビート信号波形は正確な正弦波信号にならない。このF−T特性の直線性が保たれている場合と保たれていない場合の動作の違いを図16に示す。   In the embodiment shown in FIGS. 1 and 4, the VCO calibration is performed by the DSP 11 selecting the near-end reflecting member 26 side by controlling the operation of the switch 22 through the control signal line CAL. As described above, the near-end reflecting member 26 is installed at a known length position from the reference plane position. Therefore, if the linearity of the FT characteristic is ensured, the reflected signal from the near-end reflecting member 26 is obtained. The beat signal waveform obtained by receiving the signal becomes a fixed sine wave signal. On the other hand, in the case of a non-linear curve like the FT characteristic before correction shown in FIG. 14C, the beat frequency fluctuates within the sweep time T, so the beat signal waveform is accurate. Not a sine wave signal. FIG. 16 shows the difference in operation between the case where the linearity of the FT characteristic is maintained and the case where it is not maintained.

図16(a)は掃引時間T内でビート周波数Fが変動しない場合を示している。掃引時間内における送信信号と受信信号の掃引周波数はともに直線性を保っているから、送信信号と受信信号のビート信号の周波数Fは掃引時間内のどこでも一定である。したがって、このときのビート信号の波形は図16(c)の波形Aで示すように、ビート周波数Fが一定で波形の崩れがない正確な正弦波になる。 Figure 16 (a) shows a case where the beat frequency F B in the sweep time T does not vary. Since the sweep frequency of the transmitted and received signals in the sweep time are both kept linearity, frequency F B of the beat signal of the transmission signal and the received signal is constant everywhere within a sweep time. Accordingly, the waveform of the beat signal at this time is as indicated by the waveform A in FIG. 16 (c), the beat frequency F B are accurate sine wave has no collapse of waveforms at a constant.

これに対して図16(b)は、掃引時間T内でビート周波数Fが変動し、F−T特性が非直線性になる場合を示している。このときのビート信号の波形は図16(c)の波形Bで示すように、正確な正弦波である上記波形Aから崩れた波形になり、ビート周波数Fが本来のビート周波数からずれる。したがって、このビート周波数F信号を前記式1に適用して測定地点までの距離Lを求めても、精度の高い距離Lを求めることはできず、測定結果に誤差を生ずる。 Figure 16 contrast (b), the beat frequency F B in the sweep time T is varied, F-T characteristic shows a case made of a non-linearity. As the waveform of the beat signal at this time is shown in waveform B of FIG. 16 (c), the now waveform collapse from the waveform A is an accurate sine wave, the beat frequency F B is deviated from the original beat frequency. Therefore, even seek distance L to the measurement point by applying the beat frequency F B signals to the formula 1, it can not be obtained a highly accurate distance L, causing errors in the measurement results.

図17は、図1および図4に示す実施例において、VCO13の出力信号のF−T特性が直線になるように、V−Tテーブルを補正するVCOキャリブレイションの手順を説明している。図17の中央に縦方向に処理ステップを示す。各処理ステップには、ステップごとにS21,S22,・・・のように符号を付している。   FIG. 17 illustrates a VCO calibration procedure for correcting the VT table so that the FT characteristic of the output signal of the VCO 13 is a straight line in the embodiment shown in FIGS. The processing steps are shown in the vertical direction in the center of FIG. Each processing step is provided with a symbol such as S21, S22,.

VCOキャリブレイションを行う前提として、前述のように、F−T特性の直線性が確保されている状態で、スイッチ22を近端反射部材26側に切り換え、近端反射部材26からの反射信号を受信する。近端反射部材26は、予め測定装置ユニットからの距離が正確に計測されている固定長の反射点である。近端反射部材26までの距離は予め精度よく定められているため、F−T特性の直線性が確保されていることによって、固定された正弦波信号のビート信号波形を得ることができる。   As a premise for performing the VCO calibration, the switch 22 is switched to the near-end reflecting member 26 side while the linearity of the FT characteristic is secured as described above, and the reflected signal from the near-end reflecting member 26 is changed. Receive. The near-end reflecting member 26 is a fixed-length reflecting point whose distance from the measuring device unit is accurately measured in advance. Since the distance to the near-end reflecting member 26 is determined in advance with high accuracy, a beat signal waveform of a fixed sine wave signal can be obtained by ensuring the linearity of the FT characteristic.

上記固定された正弦波信号のビート信号波形を「固定正弦波」、この固定正弦波信号を生成する部分を「固定正弦波信号生成部」ということにする。固定正弦波信号生成部は前記DSP11内に一機能をなす部分として存在している。直線性が確保されているF−T特性は、掃引時間に対して掃引周波数が直線状に変化するように予め設定されているもので、DSP11のメモリ20にV−Tテーブルとして記憶されている。   The beat signal waveform of the fixed sine wave signal is referred to as a “fixed sine wave”, and the portion that generates the fixed sine wave signal is referred to as a “fixed sine wave signal generation unit”. The fixed sine wave signal generation unit exists in the DSP 11 as a part having one function. The FT characteristic in which linearity is ensured is set in advance so that the sweep frequency changes linearly with respect to the sweep time, and is stored as a VT table in the memory 20 of the DSP 11. .

次に、図17のステップS21に示すように、初期V−Tテーブルすなわち補正前のV−Tテーブルで掃引を行い、放射される電波の周波数Fと上記電波が液面で反射されて戻る電波の周波数Fのビート波形を取得する(S22)。図17右上の正弦波状の波形は上記のようにして取得されるビート波形の例を示す。次に、ステップS22で取得したビート波形と上記固定正弦波とを時間軸上で対比しながら上記ビート波形の上記固定正弦波に対するずれを解析する(S23)。図17の右側第2段目の波形図は上記ビート波形解析のイメージを示しており、取得したビート波形が固定正弦波に対し時間軸上においてずれる様子がわかる。 Next, as shown in step S21 in FIG. 17, it performs sweeping the initial V-T table or the uncorrected V-T table, the frequency F T and the radio wave of the radio wave radiated is reflected back by the liquid surface obtaining a beat waveform of a radio wave frequency F R (S22). The sinusoidal waveform in the upper right of FIG. 17 shows an example of the beat waveform acquired as described above. Next, a shift of the beat waveform with respect to the fixed sine wave is analyzed while comparing the beat waveform acquired in step S22 with the fixed sine wave on the time axis (S23). The waveform diagram in the second stage on the right side of FIG. 17 shows an image of the beat waveform analysis, and it can be seen that the acquired beat waveform deviates on the time axis with respect to the fixed sine wave.

上記ビート波形解析ステップにおいて、固定正弦波に対する上記ビート波形の誤差を掃引時間軸上で解析した結果から波形誤差関数:e(x)を生成する(S24)。図17の右側第3段目の波形図は上記波形誤差関数:e(x)の例を示しており、時間軸上において、基準値に対し波形誤差が上から下に連続的に生じている様子がわかる。   In the beat waveform analysis step, a waveform error function: e (x) is generated from the result of analyzing the error of the beat waveform with respect to the fixed sine wave on the sweep time axis (S24). The waveform diagram in the third stage on the right side of FIG. 17 shows an example of the waveform error function: e (x). On the time axis, the waveform error continuously occurs from the top to the bottom with respect to the reference value. I can see the situation.

次に、波形誤差が生じないようにするために、波形誤差関数:e(x)に基づき、V−Tテーブルを補正する補正V−Tカーブテーブルを生成する(S25)。図17の右側最下段の波形図はV−Tカーブを補正するための補正V−Tカーブを示しており、上記波形誤差関数:e(x)の波形に対応した波形になっている。V−Tカーブを補正する補正V−Tカーブテーブルを生成する部分は、DSP11内に一機能をなす部分として存在している。   Next, in order to prevent the waveform error from occurring, a corrected VT curve table for correcting the VT table is generated based on the waveform error function: e (x) (S25). The waveform chart at the bottom right side of FIG. 17 shows a correction VT curve for correcting the VT curve, which is a waveform corresponding to the waveform error function: e (x). A portion for generating a corrected VT curve table for correcting the VT curve exists as a portion that functions in the DSP 11.

次に、上記補正V−Tカーブテーブルを適用して補正後V−Tテーブルを生成する(S26)。図17の左下に示す二つのグラフのうち左側のグラフはV−Tカーブを示しており、カーブa1は補正前のV−Tカーブを、カーブa2は補正後のV−Tカーブを示している。上記二つのグラフのうち右側のグラフはVCO13から出力されるF−T特性を示しており、カーブb1は補正前のF−T特性を、カーブb2は補正後のF−T特性を示している。上記a2で示す補正後のV−Tカーブは、上記ステップS26で生成される補正後V−Tテーブルの例を示す。この補正後V−TテーブルをVCO13に適用することにより、VCO13からは上記b2で示す直線性を保った補正後F−T特性を得ることができる。補正後V−Tカーブテーブルおよびこれを生成する部分は、DSP13内に一機能をなす部分として存在している。   Next, a corrected VT table is generated by applying the corrected VT curve table (S26). Of the two graphs shown in the lower left of FIG. 17, the left graph shows a VT curve, the curve a1 shows a VT curve before correction, and the curve a2 shows a VT curve after correction. . The right graph of the two graphs shows the FT characteristic output from the VCO 13, the curve b1 shows the FT characteristic before correction, and the curve b2 shows the FT characteristic after correction. . The corrected VT curve indicated by a2 indicates an example of the corrected VT table generated in step S26. By applying this post-correction VT table to the VCO 13, the post-correction FT characteristic maintaining the linearity indicated by b2 can be obtained from the VCO 13. The corrected VT curve table and the part that generates the VT curve table exist in the DSP 13 as a function.

以上のようにしてVCO13のキャリブレイションが行われ、キャリブレイション後のVCO13からは掃引時間に対して周波数が直線的に変化するF−T特性の信号を出力することができる。この直線的に変化するF−T特性の信号を測定対象である液面に向けて放射し、液面からの反射信号を受信して得られる前記ビート周波数Fを表す信号は波形に歪みがなく、液面までの距離を精度よく測定することができる。 The calibration of the VCO 13 is performed as described above, and a signal having an FT characteristic whose frequency linearly changes with respect to the sweep time can be output from the VCO 13 after the calibration. The signal of the linearly varying F-T characteristics toward the liquid surface to be measured emits a signal representative of the beat frequency F B obtained by receiving a reflected signal from the liquid surface is distorted in waveform In addition, the distance to the liquid level can be accurately measured.

VCO13のキャリブレイションは、固定正弦波信号に対してリアルタイムで行うことができるから、液位測定装置が設置されている環境条件の変化や、経時的なVCOの特性変化などに迅速に対応して、常に高い精度で液位の計測を行うことができる。   Since the calibration of the VCO 13 can be performed in real time on a fixed sine wave signal, it can quickly respond to changes in the environmental conditions in which the liquid level measurement device is installed, changes in the characteristics of the VCO over time, etc. The liquid level can always be measured with high accuracy.

前に説明した実施例のように、電波の伝搬空間の比誘電率を算定する手段を備えたFMCWレーダー方式液位測定装置に、VCOキャリブレイションを実行する手段を備えることにより、液位測定の精度をより一層高めることができる。   As in the above-described embodiment, the FMCW radar type liquid level measuring device including the means for calculating the relative permittivity of the radio wave propagation space is provided with means for performing VCO calibration, thereby enabling the liquid level measurement. The accuracy can be further increased.

[VCOプリディストーション]
次に、前記第2の精度低下要因に対処したVCOプリディストーションに関して説明する。VCOプリディストーションを実行することができるFMCWレーダー方式液位測定装置は、図1および図4に示すブロック図の構成と同じ構成でよい。ただし、DSP11のメモリ20にVCOプリディストーションを実行するためのプログラムが格納されている。以下、上記プログラムに従って実行されるVCOプリディストーションの方法について説明する。
[VCO predistortion]
Next, a VCO predistortion that copes with the second cause of reduced accuracy will be described. The FMCW radar type liquid level measuring device capable of executing VCO predistortion may have the same configuration as the block diagrams shown in FIGS. 1 and 4. However, a program for executing VCO predistortion is stored in the memory 20 of the DSP 11. The VCO predistortion method executed according to the above program will be described below.

導波管内を伝搬する電波の波長λgは、次の式4で表される。
式4



ここで、λoは伝搬する周波数の波長、λcは遮断(カットオフ)周波数すなわち導波管で伝送可能な最低周波数の波長である。
The wavelength λg of the radio wave propagating in the waveguide is expressed by the following formula 4.
Formula 4



Here, λo is the wavelength of the propagating frequency, and λc is the cutoff frequency, that is, the wavelength of the lowest frequency that can be transmitted through the waveguide.

図23に示すような横断面が方形の導波管であって、内面側における長辺の寸法がa、短辺の寸法がbの導波管の場合、遮断周波数の波長λcは、次の式5で表すことができる。
式5

ここで、m,nはそれぞれ導波管内伝送のモード数である。したがって、基本モードすなわちTE10モードの場合、m=1,n=0であるから、λc=2aになる。
In the case of a waveguide having a rectangular cross section as shown in FIG. 23 and having a long side dimension “a” and a short side dimension “b” on the inner surface side, the wavelength λc of the cutoff frequency is It can be expressed by Equation 5.
Formula 5

Here, m and n are the number of modes in the waveguide, respectively. Therefore, in the basic mode, that is, the TE10 mode, since m = 1 and n = 0, λc = 2a.

また、図24に示すような横断面が円形で、内径がdの導波管の場合、遮断周波数の波長λcは、次の式6で表すことができる。
式6
λc=Knm・d
ここで、Knmは伝送モードごとに固有の値になる。すなわち、TE11モードではKnm=1.706、TE01モードではKnm=0.82である。
In the case of a waveguide having a circular cross section and an inner diameter d as shown in FIG. 24, the wavelength λc of the cutoff frequency can be expressed by the following equation (6).
Equation 6
λc = Knm · d
Here, Knm is a unique value for each transmission mode. That is, Knm = 1.706 in the TE11 mode and Knm = 0.82 in the TE01 mode.

導波管内を伝搬する電波の速度vgは次の式7で表すことができる。
式7


式7からわかるように、導波管内の電波の速度vgは伝搬する周波数の波長λoの関数になっており、周波数が変化すると上記速度vgが変化することになる。図25のグラフは、管内速度の周波数特性、すなわち周波数(f)の変化に対する管内速度(vg)の変化を表していて、周波数に対して管内速度が非直線的に変化している。
The velocity vg of the radio wave propagating in the waveguide can be expressed by the following formula 7.
Equation 7


As can be seen from Equation 7, the velocity vg of the radio wave in the waveguide is a function of the wavelength λo of the propagating frequency, and the velocity vg changes as the frequency changes. The graph of FIG. 25 represents the frequency characteristic of the in-pipe speed, that is, the change in the in-pipe speed (vg) with respect to the change in the frequency (f), and the in-pipe speed changes nonlinearly with respect to the frequency.

式7を式1に代入すると式8が得られる。
式8

Substituting Equation 7 into Equation 1 yields Equation 8.
Equation 8

式8からビート周波数Fは次の式9によって求めることができる。
式9

Beat frequency F B from Equation 8 can be obtained by the following equation 9.
Equation 9

図26は、反射面が固定の場合に、掃引周波数に対するビート周波数Fの変化を表したグラフを示しており、掃引周波数の変化に対してビート周波数Fが直線的に変化せず、非直線的に変化している。 26, when the reflecting surface is fixed, shows a graph showing a change in the beat frequency F B with respect to the sweep frequency, the beat frequency F B is not linearly change with respect to change of the swept frequency, non It is changing linearly.

また、図27は、ビート信号をFFT処理して得られるスペクトラム波形を示しており、波形Aは自由空間反射の場合のスペクトラム波形を、波形Bは円形の導波管内反射の場合のスペクトラム波形を示している。円形の導波管内での反射の方が、自由空間反射の場合よりもスペクトラム波形が広がっている。これは、測定点すなわち電波の反射点が変わらなくても円形導波管内ではFMCWレーダーの周波数掃引によってビート周波数が変化することを示している。そして、円形導波管内での周波数掃引の場合、ビート信号をFFT演算処理して得られるスペクトラム波形が広がることによりピーク検出の精度が悪くなり、測定精度が劣化する要因となることが分かる。   FIG. 27 shows a spectrum waveform obtained by subjecting a beat signal to FFT processing. Waveform A shows a spectrum waveform in the case of free space reflection, and waveform B shows a spectrum waveform in the case of reflection in a circular waveguide. Show. The reflection in the circular waveguide has a wider spectrum waveform than in the case of free space reflection. This indicates that the beat frequency is changed by the frequency sweep of the FMCW radar in the circular waveguide even if the measurement point, that is, the reflection point of the radio wave does not change. In the case of frequency sweeping in a circular waveguide, it can be seen that the spectrum waveform obtained by subjecting the beat signal to the FFT calculation process is widened, so that the accuracy of peak detection deteriorates and the measurement accuracy deteriorates.

上に述べたように、測定精度が劣化する要因の一つとして、FMCWレーダーの周波数掃引によりビート周波数が変化することにある。そこで、周波数掃引によるビート周波数の変化を見越して、前記VCO13に印加する制御電圧のV−Tカーブ特性を、ビート周波数の変化に対し逆特性とし、ビート周波数の変化を抑制する。ビート周波数の変化を抑制すると、図27の波形Bで示すスペクトラムの広がりが抑制され、スペクトラム波形が先鋭化することによって測定精度の劣化を抑制することができる。上記のように、VCO13に印加する制御電圧が逆特性となるV−Tカーブを生成することを「VCOプリディストーション」という。   As described above, one of the factors that degrade the measurement accuracy is that the beat frequency changes due to the frequency sweep of the FMCW radar. Therefore, in anticipation of a change in the beat frequency due to the frequency sweep, the VT curve characteristic of the control voltage applied to the VCO 13 is reversed with respect to the change in the beat frequency to suppress the change in the beat frequency. When the change in the beat frequency is suppressed, the spread of the spectrum shown by the waveform B in FIG. 27 is suppressed, and the deterioration of measurement accuracy can be suppressed by sharpening the spectrum waveform. As described above, generating a VT curve in which the control voltage applied to the VCO 13 has reverse characteristics is referred to as “VCO predistortion”.

図18は、VCOプリディストーションの手順を示している。図18の中央縦方向に処理ステップを示す。以下、VCOプリディストーションの手順を説明する。   FIG. 18 shows the procedure of VCO predistortion. The processing steps are shown in the central vertical direction of FIG. Hereinafter, the procedure of VCO predistortion will be described.

まず、予め用意されているV−Tカーブテーブルから掃引時間の経過に対応してVCO13の制御電圧を読み出し、この制御電圧をVCO13に印加してVCO13で制御電圧に対応した周波数の信号を生成する。V−Tカーブテーブルはもともと直線性が保たれているはずであるが、VCO13から出力されるF−Tカーブ(図18の左上右側のグラフ参照)の直線性が保たれるように、前記VCOキャリブレイションが実行されている。図18の左上左側に示すV−Tカーブは、予めVCO13の特性などに合わせてVCOキャリブレイションが実行された非直線性のV−Tカーブを示す。   First, the control voltage of the VCO 13 is read from the VT curve table prepared in advance in accordance with the lapse of the sweep time, and this control voltage is applied to the VCO 13 to generate a signal having a frequency corresponding to the control voltage. . The VT curve table should originally maintain the linearity, but the VCO so that the linearity of the FT curve output from the VCO 13 (see the graph on the upper left and right in FIG. 18) is maintained. A calibration is being performed. The VT curve shown on the upper left side of FIG. 18 is a non-linear VT curve in which VCO calibration has been executed in advance according to the characteristics of the VCO 13 or the like.

VCOキャリブレイションが実行された非直線性のV−Tカーブテーブルにしたがって周波数掃引し(S31)、掃引によって生成される電波を、円形の導波管を通じて測定点に向かって放射する。測定点で反射された電波を受信し、前述のとおり、掃引時間内における一定時点での受信周波数と送信周波数とのビート波形を取得する(S32)。図18の右側上段の波形は上記ビート波形のイメージを示している。   Frequency sweeping is performed in accordance with a non-linear VT curve table in which VCO calibration is performed (S31), and radio waves generated by the sweep are radiated toward a measurement point through a circular waveguide. The radio wave reflected at the measurement point is received, and as described above, the beat waveform of the reception frequency and the transmission frequency at a certain time point within the sweep time is acquired (S32). The upper right waveform in FIG. 18 shows an image of the beat waveform.

次に、上記ビート波形をFFT演算処理することによりビートスペクトラム解析を行う(S33)。図18の右側上から2段目の波形図は上記ビート波形のスペクトラム解析のイメージを示している。上記波形図に示すように、掃引周波数の中心周波数に対するビート周波数の差分が求められ、掃引周波数に対するビート周波数の差分の変化度合いを解析することによりビート波形のスペクトラム解析を行う。このスペクトラム解析は、DSP11内に組み込まれたプログラムにより、DSP11の機能の一部として実行される。   Next, beat spectrum analysis is performed by performing FFT calculation processing on the beat waveform (S33). The second waveform diagram from the upper right of FIG. 18 shows an image of spectrum analysis of the beat waveform. As shown in the waveform diagram, the beat frequency difference with respect to the center frequency of the sweep frequency is obtained, and the spectrum analysis of the beat waveform is performed by analyzing the degree of change in the beat frequency difference with respect to the sweep frequency. This spectrum analysis is executed as a part of the function of the DSP 11 by a program incorporated in the DSP 11.

次に、ビート波形のスペクトラム解析結果から、スペクトラム補正関数:D(x)を生成する(S34)。図18の右側第3段目の波形図は上記スペクトラム補正関数:D(x)の例を示しており、スペクトラム補正関数:D(x)は、上記ビート周波数の差分の変化度合いに対応している。スペクトラム補正関数:D(x)の生成は、DSP11内に組み込まれたプログラムにより、DSP11の機能の一部として実行される。   Next, a spectrum correction function: D (x) is generated from the spectrum analysis result of the beat waveform (S34). The waveform diagram at the third stage on the right side of FIG. 18 shows an example of the spectrum correction function: D (x), and the spectrum correction function: D (x) corresponds to the degree of change in the difference in the beat frequency. Yes. The generation of the spectrum correction function: D (x) is executed as a part of the function of the DSP 11 by a program incorporated in the DSP 11.

次に、スペクトラム補正関数:D(x)に基づき、プリディストーションテーブルを生成する(S35)。プリディストーションテーブルはVCO13に適用するV−Tカーブを補正するためのテーブルで、図18の右側最下段の波形図はV−T補正カーブを示している。V−T補正カーブは、スペクトラム補正関数:D(x)を表す波形に対して逆特性になっている。プリディストーションテーブル生成機能も、DSP11にその機能の一部として備えられている。   Next, a predistortion table is generated based on the spectrum correction function: D (x) (S35). The predistortion table is a table for correcting the VT curve applied to the VCO 13, and the waveform diagram at the bottom right side of FIG. 18 shows the VT correction curve. The VT correction curve has a reverse characteristic with respect to the waveform representing the spectrum correction function: D (x). A predistortion table generation function is also provided in the DSP 11 as a part of the function.

次に、前記V−Tカーブに上記V−T補正カーブを適用してプリディストーションV−Tカーブテーブルを生成する(S36)。プリディストーションV−Tカーブテーブル生成機能も、DSP11にその機能の一部として備えられている。図18の左下に示す二つのグラフのうち左側のグラフはV−Tカーブを示しており、カーブa1は補正前の初期V−Tカーブを、カーブa2はプリディストーションV−Tカーブを示している。なお、初期V−Tカーブa1は前記VCOキャリブレイション実施後のV−Tカーブである。   Next, a predistortion VT curve table is generated by applying the VT correction curve to the VT curve (S36). A predistortion VT curve table generation function is also provided in the DSP 11 as part of the function. Of the two graphs shown in the lower left of FIG. 18, the left graph shows a VT curve, the curve a1 shows an initial VT curve before correction, and the curve a2 shows a predistortion VT curve. . The initial VT curve a1 is a VT curve after the VCO calibration is performed.

上記二つのグラフのうち右側のグラフはVCO13から出力されるF−Tカーブを示しており、カーブb1はプリディストーション前のF−Tカーブを、カーブb2はプリディストーション後のF−Tカーブを示している。プリディストーション前のF−Tカーブb1は直線性を保っているが、このF−Tカーブb1にしたがって掃引周波数信号を生成すると、前述のように導波管内での電波の伝搬速度変化すなわち周波数変化が計測精度悪化の要因となる。そこで、プリディストーション後のF−Tカーブb2にしたがって掃引周波数信号を生成する。また、プリディストーション後のF−Tカーブb2は前記DSP11が内蔵しあるいは付随するメモリに、プリディストーションV−Tカーブテーブルとして保存される。   The right graph of the above two graphs shows the FT curve output from the VCO 13, the curve b1 shows the FT curve before the predistortion, and the curve b2 shows the FT curve after the predistortion. ing. The FT curve b1 before pre-distortion maintains linearity, but when a sweep frequency signal is generated according to the FT curve b1, a change in the propagation speed of radio waves in the waveguide, that is, a change in frequency as described above. Becomes a factor of deterioration of measurement accuracy. Therefore, a sweep frequency signal is generated according to the FT curve b2 after the predistortion. Further, the pre-distortion FT curve b2 is stored as a pre-distortion VT curve table in a memory built in or attached to the DSP 11.

以後の液面計測にプリディストーションV−Tカーブテーブルが利用される。プリディストーションV−TカーブテーブルにしたがってVCO13の発振周波数が制御されることにより、導波管内での電波の伝搬速度変化に対応した周波数信号が出力されるため、掃引時間内におけるビート周波数の変化が少なくなる。その結果、ビート周波数信号のスペクトラム波形が先鋭化し、計測精度が高くなる。   A predistortion VT curve table is used for the subsequent liquid level measurement. By controlling the oscillation frequency of the VCO 13 according to the predistortion VT curve table, a frequency signal corresponding to a change in the propagation speed of the radio wave in the waveguide is output, so that the beat frequency changes within the sweep time. Less. As a result, the spectrum waveform of the beat frequency signal is sharpened, and the measurement accuracy is increased.

このように、本発明に係る液位測定装置においてVCOプリディストーションを実行すれば、プリディストーション後のV−Tカーブテーブルに従ってVCOの発振周波数が制御される。したがって、導波管内を伝搬する電波の周波数特性に対応してVCOの発振周波数を制御することができ、発振周波数と受信周波数とのビート周波数の広がりが抑制され、ビート周波数のスペクトラム解析結果の先鋭度が高まって、計測精度を高めることができる。   Thus, if the VCO predistortion is executed in the liquid level measuring device according to the present invention, the oscillation frequency of the VCO is controlled according to the VT curve table after the predistortion. Therefore, the oscillation frequency of the VCO can be controlled in accordance with the frequency characteristics of the radio wave propagating in the waveguide, and the spread of the beat frequency between the oscillation frequency and the reception frequency is suppressed, and the spectrum analysis result of the beat frequency is sharp. The degree of measurement increases and the measurement accuracy can be increased.

前に説明した実施例のように、電波の伝搬空間の比誘電率を算定する手段を備えたFMCWレーダー方式液位測定装置に、VCOプリディストーションを実行する手段を備えることにより、液位測定の精度をより一層高めることができる。電波の伝搬空間の比誘電率を算定する手段を備えたFMCWレーダー方式液位測定装置に、VCOキャリブレイションおよびVCOプリディストーションを実行する手段を備えれば、液位測定の精度をさらに高めることができる。   As in the above-described embodiment, the FMCW radar type liquid level measuring device including the means for calculating the relative dielectric constant of the radio wave propagation space is provided with means for executing VCO predistortion, so that the liquid level measurement can be performed. The accuracy can be further increased. If the FMCW radar type liquid level measuring device having means for calculating the relative permittivity of the radio wave propagation space is provided with means for executing VCO calibration and VCO predistortion, the accuracy of liquid level measurement can be further improved. it can.

本発明に係る液位測定装置による測定対象は、液体であればなんでもよいが、特に高精度の液面レベルを計測するアプリケーションに適している。   The object to be measured by the liquid level measuring apparatus according to the present invention may be anything as long as it is a liquid, but is particularly suitable for an application for measuring a highly accurate liquid level.

11 DSP
13 VCO
16 トランスデューサ
16a トランスデューサ
16b トランスデューサ
17 混合器
20 メモリ
31 被測定系
11 DSP
13 VCO
16 transducer 16a transducer 16b transducer 17 mixer 20 memory 31 system to be measured

Claims (6)

円形導波管を通じて、予め決められた掃引時間で周波数を掃引しながら液面に向かって電波を送信する送信部と、液面で反射される上記電波を受信する受信部と、上記電波を受信したときの送信周波数と受信周波数の差であるビート周波数を抽出する抽出部と、を有し、上記ビート周波数に基づいて上記液面までの距離を測定するFMCWレーダー方式の液位測定装置であって、
掃引周波数信号を生成するVCOと、
上記VCOで生成する信号の周波数を掃引するための電圧−時間テーブル(以下「V−Tテーブル」という)と、
上記VCOの周波数−時間特性(以下「F−T特性」という)の直線性を補正するために既知の距離位置に配置されている反射部材と、
F−T特性の直線性が保たれているときに、上記VCOで生成する周波数掃引信号を上記反射部材に向かって送信したとき、この送信信号と上記反射部材からの反射信号で生成されるビート波形と同じ固定正弦波信号を得る固定正弦波信号生成部と、
補正前のF−T特性で、上記VCOで生成する周波数掃引信号を上記反射部材に向かって送信したとき、この送信信号と上記反射部材からの反射信号で生成されるビート波形の、上記固定正弦波信号に対する誤差を解析して生成される補正電圧−時間カーブテーブル(以下「補正V−Tカーブテーブル」という)と、
上記補正V−Tカーブテーブルで上記V−Tテーブルを補正することにより得られる補正後V−Tテーブルと、を備え、
上記補正後V−Tテーブルは、直線性を持ったF−T特性の生成のために上記VCOの動作に供せられ、
掃引周波数に対するビート周波数の差分を解析するスペクトラム解析部と、
上記スペクトラム解析部による解析結果から上記ビート周波数の差分の変化度合いに対応して上記補正後V−Tテーブルを更に補正するためのプリディストーションテーブルを生成するプリディストーションテーブル生成部と、
上記補正後V−Tテーブルに上記プリディストーションテーブルを適用してプリディストーションV−Tカーブテーブルを生成するプリディストーションV−Tカーブテーブル生成部と、
上記プリディストーションV−Tカーブテーブルを記憶して上記プリディストーションV−Tカーブテーブルから上記VCOに上記掃引周波数信号を生成するための制御信号として供するメモリと、を有し、
上記抽出部は、異なる送信条件の下で上記ビート周波数を抽出し、
上記異なる送信条件ごとに抽出される上記ビート周波数に基づいて上記伝搬空間における比誘電率を算定する算定部をさらに有する液位測定装置。
Through a circular waveguide, a transmitter that transmits radio waves toward the liquid surface while sweeping the frequency for a predetermined sweep time, a receiver that receives the radio waves reflected by the liquid surface, and the radio waves received An FMCW radar-type liquid level measurement device that has an extraction unit that extracts a beat frequency that is a difference between a transmission frequency and a reception frequency at the time of measurement, and measures a distance to the liquid level based on the beat frequency. And
A VCO that generates a sweep frequency signal;
A voltage-time table (hereinafter referred to as “V-T table”) for sweeping the frequency of a signal generated by the VCO;
A reflecting member disposed at a known distance position to correct the linearity of the frequency-time characteristic (hereinafter referred to as “FT characteristic”) of the VCO;
When the frequency sweep signal generated by the VCO is transmitted toward the reflection member while the linearity of the FT characteristic is maintained, the beat generated by the transmission signal and the reflection signal from the reflection member A fixed sine wave signal generation unit for obtaining a fixed sine wave signal having the same waveform;
When the frequency sweep signal generated by the VCO is transmitted toward the reflecting member with the FT characteristic before correction, the fixed sine of the beat waveform generated by the transmission signal and the reflected signal from the reflecting member A correction voltage-time curve table (hereinafter referred to as “correction VT curve table”) generated by analyzing an error with respect to a wave signal;
A corrected VT table obtained by correcting the VT table with the corrected VT curve table,
The corrected VT table is used for the operation of the VCO to generate FT characteristics having linearity,
A spectrum analyzer for analyzing the difference between the beat frequency and the sweep frequency;
A predistortion table generating unit for generating a predistortion table for further correcting the corrected VT table in accordance with the degree of change in the difference of the beat frequency from the analysis result by the spectrum analyzing unit;
A predistortion VT curve table generating unit that generates the predistortion VT curve table by applying the predistortion table to the corrected VT table;
A memory for storing the predistortion VT curve table and serving as a control signal for generating the sweep frequency signal from the predistortion VT curve table to the VCO;
The extraction unit extracts the beat frequency under different transmission conditions,
A liquid level measurement apparatus further comprising a calculating unit that calculates a relative permittivity in the propagation space based on the beat frequency extracted for each of the different transmission conditions.
送信条件は、送信電波の2つの異なる掃引周波数である請求項1の液位測定装置。   The liquid level measurement device according to claim 1, wherein the transmission condition is two different sweep frequencies of the transmission radio wave. 送信条件は、送信電波の2つの異なる伝送モードである請求項1の液位測定装置。   The liquid level measurement device according to claim 1, wherein the transmission conditions are two different transmission modes of transmission radio waves. 2つの異なる伝送モードは、TE01モードとTE11モードである請求項3記載の液位測定装置。   The liquid level measuring device according to claim 3, wherein the two different transmission modes are a TE01 mode and a TE11 mode. VCOで生成される掃引周波数信号を液面に向かって導くアンテナまたは変換装置を備えている請求項1乃至4のいずれかに記載の液位測定装置。   The liquid level measuring device according to claim 1, further comprising an antenna or a conversion device that guides a sweep frequency signal generated by the VCO toward the liquid surface. アンテナまたは変換装置は、
円板形のラジアル導波路と、
上記ラジアル導波路の周方向全体に等間隔で上記ラジアル導波路の半径方向に放射状に形成された複数のスロットと、
上記各スロットの一側方に設けられた複数の励振ピンと、
上記各スロット形成領域よりも内側の上記ラジアル導波路の中心部に設けられた放射ループ材と、を備え、
上記複数のスロットと上記複数の励振ピンはTE01モードのトランスデューサを構成し、上記放射ループ材はTE11モードのトランスデューサを構成している2伝送モード対応平面形トランスデューサである請求項4記載の液位測定装置。
The antenna or conversion device
A disc-shaped radial waveguide;
A plurality of slots radially formed in the radial direction of the radial waveguide at equal intervals around the entire radial direction of the radial waveguide;
A plurality of excitation pins provided on one side of each slot;
A radial loop material provided at the center of the radial waveguide inside each slot forming region, and
5. The liquid level measurement according to claim 4, wherein the plurality of slots and the plurality of excitation pins constitute a TE01 mode transducer, and the radiating loop material is a two-transmission mode compatible planar transducer constituting a TE11 mode transducer. apparatus.
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