CN105841778A - 接触式雷达检测装置 - Google Patents

Abstract

一种接触式雷达检测装置，包括一壳体及一天线组件。壳体内设有一射频电路板。天线组件与射频电路板电性连接，天线组件包含一接头单元、一匹配单元、一信号传导单元及一频率选择器单元。接头单元用以传递所述检测信号。匹配单元用以传递信号并与接头单元相互电性连接。信号传导单元对应匹配单元，用以传送所述检测信号并接收所述反射信号。频率选择器单元设置在匹配单元与信号传导单元的间，作为绝缘耐压且强化信号噪声比。藉此可调整波形结构使期望频段通过，且具有绝缘耐压以及抑制杂讯高频谐波。

Description

接触式雷达检测装置

技术领域

本发明涉及一种雷达检测装置，尤其涉及一种可调整波形结构使期望频段通过，亦即隔离高压低频及高频谐波杂讯(噪声)的接触式雷达检测装置。

背景技术

现有欲检测一物料桶中的物料或液位的高度，是将一超音波(超声波)物位计或一雷达物位计安装于该物料桶顶端的桶壁，利用超音波或雷达波的来回时间差计算物料或液位的高度。由于雷达物位计相较超音波物位计可得较准确的物料或液位高度，因此雷达物位计已日渐广泛应用于各种粉体、固体或液体等位置检测场所，诸如石化工业、水泥业、塑胶业、食品业及饲料用储料槽中作物液位感测之用。

常见的雷达物位计主要是利用信号调变方法(Frequency ModulatedContinuous Waves；FMCW)检测其发出的电磁波与该电磁波碰到待测物质后反射的时间差以及频率差，算出雷达物位计与待测物质间的距离，即可换算出待测物质的高度或准位。

雷达物位计是由收发电路与天线组合而成的感测装置，并藉由天线组合中的一匹配金属棒产生直流高压电电信号，用以接收及/或输出检测信号。基于电气设备安全规范(安规)标准，该匹配金属棒不能直接传导/道通直流高压电电流，因此目前使用的匹配金属棒不符安规标准，无法使用。

此外，如图1所示，为绘示现有通过天线组合的匹配金属棒的波形示意图。如图所示，当频率越高时，电流强度仅微幅降低，无法隔离高压低频信号以及抑制不必要的高频信号传递。因此现有的匹配金属棒本身的结构将导致谐波杂讯(噪声比)增加，使回波信号不易辨识，造成量测精确度不足的问题。鉴于上述问题，如何提升物位计的量测精准度，藉以有效取得物位及液位的信息，实有必要进一步检讨并谋求可行的解决方案。

发明内容

本发明目的之一，在于提供一种可调整波形结构使期望频段通过，亦即可同时隔离高压低频及高频谐波杂讯的接触式雷达检测装置。

为达上述目的，本发明提供一种接触式雷达检测装置，用以对一待测物料发出一检测信号，并接受该待测物料的一反射信号。雷达检测装置包括一壳体及一天线组件。壳体形成有一容置空间，且壳体内设有一射频电路板。天线组件与射频电路板电性连接，包含一接头单元、一匹配单元、一信号传导单元及一频率选择器单元。接头单元设置于容置空间内，用以传递所述检测信号。匹配单元设置在容置空间内，用以传递信号并与接头单元相互电性连接。信号传导单元对应匹配单元且设置于容置空间内，用以传送所述检测信号并接收所述反射信号。频率选择器单元设置在匹配单元与信号传导单元之间，作为绝缘耐压且强化信号噪声比。当匹配单元自接头单元接收所述检测信号后，所述检测信号会沿匹配单元表面进行传递，经由匹配单元表面发射并穿过频率选择器单元传递到信号传导单元。

本发明具有的功效为，可隔离直流高压电并使期望范围内的信号可以传递至信号传导单元(如钢缆)并抑制不必要的信号传递，使频率选择器单元强化噪声比(Signal-to-noise ratio，又称杂讯比)，增加回波信号的易辨性。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为绘示现有通过天线组合的匹配金属棒的波形示意图；

图2为绘示本发明第一具体实施例的部分剖视图；

图3为绘示本发明雷达检测装置的天线组件的方框流程图；

图4为绘示本发明第二具体实施例的部分剖视图；

图5为图4天线组件的分解图，亦即本发明天线组件第一具体实施例的分解图；

图6为绘示本发明天线组件第二具体实施例的剖视图；

图7为绘示本发明天线组件第三具体实施例的剖视图；

图8为绘示本发明使用匹配单元的波形示意图。

其中，附图标记

100 壳体

110 容置空间

120 射频电路板

130 第一壳体

140 隔板

150 开孔

160 第二壳体

170 对位套

200 天线组件

210 接头单元

220 匹配单元

230 第一信号传输单元

236 第一缺槽

237 第一信号传输表面

238 绝缘套

240 第二信号传输单元

246 第二缺槽

247 第二信号传输表面

248 外螺纹

270 信号传导单元

280 频率选择器单元

290 防水胶环

300 待测物料

D 检测信号

R 反射信号

具体实施方式

有关本发明的详细说明及技术内容，配合附图说明如下，然而所附的附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。

如图2及图3所示，本发明提供一种接触式雷达检测装置，用以对一待测物料300发出一检测信号D，并接受所述待测物料300的一反射信号R。如图2所示的雷达检测装置包括一壳体100及一天线组件200。壳体100形成有一容置空间110，且壳体100内设有一射频电路板120。天线组件200与射频电路板120电性连接，其中天线组件200更包含一接头单元210、一匹配单元220、一信号传导单元270及一频率选择器单元280。

在如图2及图3所示的实施例中，天线组件200较佳是通过接头单元210与射频电路板120电性连接。接头单元210设置于容置空间110内，用以传递所述检测信号D。匹配单元220同样设置在容置空间110内，用以传递信号并与接头单元210相互电性连接。信号传导单元270对应匹配单元220且设置于容置空间110内，用以传送所述检测信号D并接收所述反射信号R。如图2所示的信号传导单元270材质较佳为一金属，且一端具有与匹配单元220相对应的形状(例如近似Z形)，另一端则凸伸于壳体100之外。

此外，频率选择器单元280设置在近似Z形的匹配单元220与信号传导单元270之间，可作为绝缘耐压且强化信号噪声比。频率选择器单元280较佳为一空气介质。如此一来，本实施例中的匹配单元220即无法将直流高压电传导至信号传导单元270，而能够通过安规规定，但由于本实施例的雷达检测装置是以电磁波传导信号，因此仍可通过频率选择器单元280传导至信号传导单元270。也就是说，不论检测信号D或反射信号R均可通过所述空气介质的频率选择器单元280。

进一步地，当匹配单元220自接头单元210接收所述检测信号D后，所述检测信号D会沿匹配单元220的表面(或本体)进行传递，经由匹配单元220发射并穿过频率选择器单元280传递到信号传导单元270。反之，当信号传导单元270接收到从待测物料300的反射信号R时，所述反射信号R会穿过频率选择器单元280并沿匹配单元220的表面(或本体)进行传递，经由接头单元210再传递到射频电路板120，如此反复接收及传输待测物料300的信号。

如图4所示，匹配单元220更包含一第一信号传输单元230及一第二信号传输单元240。第一信号传输单元230的一端与接头单元210相互电性连接。第二信号传输单元240的一端与信号传导单元270相互连接。频率选择器单元280设置在第一信号传输单元230与第二信号传输单元240之间。

如图4所示实施例的壳体100更具有一第一外壳130与第一外壳130相互结合的一第二外壳160。第一外壳130内具有一隔板140，隔板140则具有一开孔150，使接头单元210通过开孔150设置在隔板140一侧。第一信号传输单元230设置在隔板140的另外一侧，并与接头单元210相互连接。请一并参考图4及图5所示，在此所述的信号传导单元270较佳为与第二信号传输单元240连接的金属材，且凸伸于第二壳体130之外。本实施例的信号传导单元270较佳包含但不限于一钢索、一钢缆或一钢棒，且一端可锁固于第二信号传输单元240的一端内。

如图5所示，天线组件200更包含绝缘材质制成的一对位套170及一绝缘套238。在此所述的绝缘材质较佳是指铁氟龙或其他适合的材质。对位套170环形地套设于第一信号传输单元230的一端，其具有耐高温及绝缘的特性。绝缘套238设置在第二外壳160内，并同时套设于第一信号传输单元230以及第二信号传输单元240的外表面。

此外，第一信号传输单元230设有可传递信号的一第一信号传输表面237，第二信号接收段242则设有可传递信号的一第二信号传输表面247。成Z形的第一信号传输表面237与成Z形的第二信号传输表面247相对应设置，且第一信号传输表面237与第二信号传输表面247的长度大于或小于1/4波长。在如图4及图5所示的实施例中，第一信号传输单元230更设有一第一缺槽236，第二信号传输单元240更设有一第二缺槽246。第一信号传输表面237穿设于第二缺槽246，第二信号传输表面247穿设于第一缺槽236，使为空气介质的频率选择器单元280设置两者之间。第二信号传输单元240外表面更设置有一外螺纹248，以与绝缘套238相互螺设。

如图6所示，为本发明天线组件第二具体实施例的剖视图。在本实施例中，有别于第一具体实施例的频率选择器单元280，可为一绝缘元件，例如：麦拉(Mylar)。如前述实施例所述，匹配单元220仍可通过为绝缘元件的频率选择器单元280，使信号能够在匹配单元220与信号传导单元270间传递。也就是说，不论检测信号D或反射信号R均可通过所述为绝缘元件的频率选择器单元280，使信号能够在匹配单元220与信号传导单元270间进行传递。

在此须强调的是，在第二或第三具体实施例中，可视为所述空气介质或所述绝缘件的频率选择器单元280将匹配单元220一分为二。换言之，匹配单元220分为第一信号传输单元230及第二信号传输单元240，使第一信号传输表面237与第二信号传输表面247相对应设置，其中第一信号传输表面237与第二信号传输表面247形状同样为近似Z形。

当第一信号传输单元230自接头单元210接收所述检测信号D后，所述检测信号D会沿第一信号传输单元230的表面(第一信号传输表面237)进行传递并发射，穿过频率选择器单元280传递到第二信号传输单元240的表面(第二信号传输表面247)，再传递到信号传导单元270。反之，当信号传导单元270接收到从待测物料300的反射信号R时，所述反射信号R经第二信号传输单元240的表面(第二信号传输表面247)传递并发射，再穿过频率选择器单元280。然后反射信号R沿第一信号传输单元230的表面(第一信号传输表面237)进行传递，经由接头单元210再传递到射频电路板120。如此反复接收及传输待测物料300的信号，请同时参考图3所示。

因此经过测试，当第一信号传输表面237与第二信号传输表面247的长度大于或小于1/4波长(指操作频段的波长)时，将使本发明的匹配单元220可隔离直流高压电并使期望范围内的信号可以传递至信号传导单元270并抑制不必要的信号传递，使频率选择器单元强化噪声比，增加回波信号的易辨性，如图8所示。因此使本发明匹配单元220可隔离高压低频的高压电以及抑制不必要的高频谐波(杂讯)传递，能够使期望范围内的信号传递至信号传导单元270。频率选择器单元280亦可达到强化噪声比，增加回波信号的易辨性。在此所述的频率选择器单元280选用的频率范围较佳介于20～80GHz，其中纵轴所述的功率强度单位为dBm，当信号功率和噪声功率相除就是信噪比(SNR)。

然而在如图7所示的实施例中，频率选择器单元280的形状亦可为近似I形，使第一信号传输表面237与第二信号传输表面247相对应设置。换言的，第一信号传输单元230的第一信号传输表面237与第二信号传输单元240的第二信号传输表面247形状同样为近似I形，同样可达到相同目的。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种接触式雷达检测装置，用以对一待测物料发出一检测信号，并接受该待测物料的一反射信号，其特征在于，该雷达检测装置包括：

一壳体，形成有一容置空间，该壳体内设有一射频电路板；以及

一天线组件，与该射频电路板电性连接，该天线组件包含：

一接头单元，设置于该容置空间内，用以传递所述检测信号；

一匹配单元，设置在该容置空间内，该匹配单元用以传递信号并与该接头单元相互电性连接；

一信号传导单元，对应该匹配单元且设置于该容置空间内，用以传送所述检测信号并接收所述反射信号；及

一频率选择器单元，设置在该匹配单元与该信号传导单元之间，作为绝缘耐压且强化信号噪声比，

其中当该匹配单元自该接头单元接收所述检测信号后，所述检测信号会沿该匹配单元表面进行传递，经由该匹配单元表面发射并穿过该频率选择器单元传递到该信号传导单元。

2.根据权利要求1所述的雷达检测装置，其特征在于，该匹配单元更包含可传递信号的一第一信号传输单元及可传递信号的一第二信号传输单元，该第一信号传输单元的一端与该接头单元相互电性连接，该第二信号传输单元的一端与该信号传导单元相互连接，该频率选择器单元设置在该第一信号传输单元与该第二信号传输单元之间。

3.根据权利要求2所述的雷达检测装置，其特征在于，该壳体具有一第一外壳与该第一外壳相互结合的一第二外壳，该第一外壳内具有一隔板，该隔板具有一开孔，该接头单元通过该开孔设置在该隔板一侧，该第一信号传输单元设置在该隔板的另外一侧，并与该接头单元相互连接。

4.根据权利要求2所述的雷达检测装置，其特征在于，该信号传导单元包含一钢索、一钢缆或一钢棒，且连接该第二信号传输单元并凸伸于该壳体之外。

5.根据权利要求2所述的雷达检测装置，其特征在于，更包含一对位套，该对位套为环形地套设于该第一信号传输单元的一端。

6.根据权利要求2所述的雷达检测装置，其特征在于，该第一信号传输单元设有一第一信号传输表面，该第二信号传输单元设有一第二信号传输表面，该第一信号传输表面与该第二信号传输表面相对应设置，且该第一信号传输表面与该第二信号传输表面的长度大于或小于1/4波长。

7.根据权利要求6所述的雷达检测装置，其特征在于，该第一信号传输单元更设有一第一缺槽，该第二信号传输单元更设有一第二缺槽，该第一信号传输表面穿设于该第二缺槽，该第二信号传输表面穿设于该第一缺槽。

8.根据权利要求3所述的雷达检测装置，其特征在于，更包含一绝缘套，该绝缘套设置在该第二外壳内，并同时套设于该第一信号传输单元以及该第二信号传输单元的外表面。

9.根据权利要求1所述的雷达检测装置，其特征在于，该频率选择器单元为一空气介质或一绝缘件。

10.根据权利要求1所述的雷达检测装置，其特征在于，该频率选择器单元的频率范围介于20～80GHz。