CN106940441A - 时域反射导波器结构 - Google Patents

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张良琪
郑兆凱
游耀臣
侯宜良
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Abstract

本发明关于一种时域反射导波器结构，包括控制模块、导波感测器、保护套件及绝缘体。控制模块用于发送感测信号及接收感测信号所回馈的反射信号。导波感测器电性连接控制模块，包含连接控制模块的第一探棒、弯折连接第一探棒的弯曲探棒及自弯曲探棒延伸的第二探棒。保护套件同轴套合第一探棒并外露出弯曲探棒，感测信号通过保护套件通过第一探棒而不致受到干扰，并传送到弯曲探棒及第二探棒而取得反射信号，绝缘体包覆在导波感测器及保护套件外，藉此避免异物干扰而利于测量，并能测量不同介质的环境参数。

Description

时域反射导波器结构
技术领域
本发明是有关一种测量水下物体深度的装置，尤指一种利用时域反射方式测量水下物体深度的导波器结构。
背景技术
时域反射(Time Domain Reflectometry,TDR)是一种利用电磁波的传输进行监测及探查的方法。电磁波的传输系统是使用导波器(Waveguide)作为信号传输与感测元件。导波器的设计主要是将所需监测的环境变化参数转换为导波器的传输信号变化(反射信号)，以藉由反射信号得知环境变化参数。实际实施时是测量电磁波在不同环境接口时所产生的反射信号走时，再通过计算电磁波速与反射信号走时来定位信号不连续位置，藉以得出环境变化参数。
然而，由于电磁波在监测传送的过程中(如从空气进入水中)会产生多重反射，因而造成待测环境参数的反射信号较难以分辨。此外，电磁波传送的过程中也经常容易受到异物干扰而造成信号衰减。更重要的是，当电磁波从高介电系数环境(如水)到低介电系数环境(如土、污泥等)时会产生全反射现象，导致无法检测低介电系数的环境参数。
有鉴于此，本发明人遂针对上述现有技术，特潜心研究并配合学理的运用，尽力解决上述的问题点，即成为本发明人改良的目标。
发明内容
本发明的一目的，在于提供一种时域反射导波器结构，以避免异物干扰而利于测量，并能测量不同介质的环境参数。
为了达成上述的目的，本发明提供一种时域反射导波器结构，包括控制模块、导波感测器、保护套件及绝缘体。控制模块用于发送感测信号及接收感测信号所回馈的反射信号。导波感测器电性连接控制模块，包含连接控制模块的第一探棒、弯折连接第一探棒的弯曲探棒及自弯曲探棒延伸的第二探棒。保护套件同轴套合第一探棒并外露出弯曲探棒，感测信号通过保护套件通过第一探棒而不致受到干扰，并传送到弯曲探棒及第二探棒而取得反射信号，绝缘体包覆在导波感测器及保护套件外。
本发明的另一目的，在于提供一种时域反射导波器结构，其设置有基准探棒，基准探棒裸露在绝缘体外并平行位于第一探棒的一侧边，其反射信号的曲线可作为比较基准，以利于提供后续作相关计算。
相较于现有技术导波器结构，本发明的时域反射导波器结构将保护套件同轴套合在部份的导波感测器外，据此，当感测信号经过保护套件时可不致受到外物干扰，以避免感测信号衰减，使导波感测器具备有长行程的感测能力；又，当感测信号从高介电系数环境(如水)传送到低介电系数环境(如土、污泥等)时不会产生全反射现象，藉此令导波感测器能够顺利传递感测信号至低介电系数环境，进而顺利产生反射信号以计算料位高度；再者，本发明可另外设置裸露在绝缘体外的基准探棒，其反射信号的曲线可作为比较基准，以利于提供后续作相关计算，藉此增加本发明的实用性。
附图说明
图1A为本发明的时域反射导波器结构的的组合剖视图。
图1B为本发明的时域反射导波器结构未检测前反射信号的曲线示意图。
图2A为本发明的时域反射导波器结构的第一使用示意图。
图2B为显示图2A的反射信号的曲线示意图。
图3A为本发明的时域反射导波器结构的第二使用示意图。
图3B为显示图3A的反射信号的曲线示意图。
图4为本发明的时域反射导波器结构的第二实施例。、
其中，附图标记
1…时域反射导波器结构
2…第一介质
3…第二介质
10…控制模块
11…同轴缆线
20…导波感测器
21…第一探棒
22…弯曲探棒
23…第二探棒
30…保护套件
31…绝缘管
32…金属管
320…穿孔
40…绝缘体
41…近端
42…远程
50…基准探棒
具体实施方式
有关本发明的详细说明及技术内容，配合图式说明如下，然而所附图式仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制者。
请参阅图1A及图1B，分别为本发明的时域反射导波器结构的组合剖视图及未检测前反射信号的曲线示意图。如图1A所示，本发明提供一种时域反射导波器结构1，包括一控制模块10、一导波感测器20、一保护套件30及一绝缘体40。该控制模块10电性连接该导波感测器20，该保护套件30套合部分的导波感测器20，该绝缘体40则是包覆该导波感测器20及该保护套件30，据以构成该时域反射导波器结构1。
该控制模块10用于发送一感测信号及接收该感测信号所回馈的一反射信号；于本实施例中，该感测信号为一电磁波，该反射信号为该感测信号经过传输接口时反射回来的信号值。较佳地，该控制模块10更包括一同轴缆线11，该导波感测器20通过该同轴缆线11而电性连接该控制模块10。
该导波感测器20电性连接该控制模块10。又，该导波感测器20包含连接该控制模块10的一第一探棒21、弯折连接该第一探棒21的一弯曲探棒22及自该弯曲探棒22延伸的一第二探棒23。实际实施时，该导波感测器20可由一体成型的一导体钢棒所构成。本实施例中，该第二探棒23自该弯曲探棒22的端部直线延伸，且该第二探棒23平行该第一探棒21。
该保护套件30同轴套合该第一探棒21并外露出该弯曲探棒22。于本发明的一实施例中，该保护套件30包含一绝缘管31及一金属管32；又，该绝缘管31套固该第一探棒21，该金属管32套设在该绝缘管31外。较佳地，该第二探棒23与该保护套件30之间的距离大于50mm。
较佳地，该绝缘管31与该金属管32具有相同的长度；此外，该金属管32具有一穿孔320，该穿孔320的直径小于该绝缘管31的直径并大于该第一探棒21的直径，且该第一探棒21穿出该穿孔320而连接该弯曲探棒22。据此，该第一探棒21穿接在该绝缘管31中，该绝缘管31则是塞设在该金属管32中。更详细说明该保护套件30的功能于后。
由于该保护套件30包含可隔绝信号干扰的金属管32，因此可让感测信号经过保护套件30时可不致受到外物干扰，以避免感测信号衰减，使该导波感测器20具备有长行程的感测能力。例如，将该导波感测器20从高介电系数环境(如水)传送到低介电系数环境(如土、污泥等)时，由于该第一探棒21同轴套合有该保护套件30，故能使感测信号在二接口之间不致发生全反射现象或其它干扰，藉此令导波感测器20能够顺利传递感测信号至低介电系数环境，进而顺利产生反射信号以计算料位高度。
再者，该绝缘体40包覆在该导波感测器20及该保护套件30外。本实施例中，该绝缘体40的二端分别为一近端41及一远程42，该近端41及该远程42分别为一封闭端，以避免外部水气或雨水渗入；又，该远程42与该保护套件30的端面保持有一段距离，该弯曲探棒22位在该保护套件30的端面及该远程42之间。实际实施时，该绝缘体40可由聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethene,PTFE)、聚醚醚酮(Polyether ether ketone,PEEK)或聚氟化二乙烯(Polyvinylidene Fluoride,PVDF)等工程塑料所构成，但不以此为限制。
较佳地，该绝缘体40为一圆柱；此外，该绝缘体40的直径会随着该导波感测器20的直径增加而变大。另外，亦即，该绝缘体40的直径与该第一探棒21、该弯曲探棒22及该第二探棒23的直径成正比，当该第一探棒21、该弯曲探棒22及该第二探棒23的直径越大时，该绝缘体40的直径也越大，藉以使该导波感测器20具有适当的阻抗值。值得注意的是，当该绝缘体40的选用材质不同时，该绝缘体40的直径大小亦不同。于本发明的一实施例中，该导波感测器20及该绝缘体40的阻抗值约为50欧姆，实际实施时不以此为限制。
请参照图1B，其显示该时域反射导波器结构1未测量时反射信号所显示的曲线示意图。图1B所示是该时域反射导波器结构1的感测信号经过空气中时反射信号的曲线，其中，a点即是感测信号传送至图1A中A点的反射信号值。
请续参照图2A及图2B，分别为本发明的时域反射导波器结构的第一使用示意图及其反射信号的曲线示意图。如图2A所示，该时域反射导波器结构1安置在一第一介质2(如水等液体)及一第二介质3(如污泥等物体)中，用以检测第一介质2及第二介质3的料位高度；较佳地，该第一介质2的介电系数系大于该第二介质3。
如图2B所示，为该时域反射导波器结构1的感测信号经过该第一介质2及该第二介质3时的反射信号曲线，其中，b点即是感测信号传送至图2B中B点的反射信号值。亦即，本发明可通过图2B中B点的走时计算，据以得知该第二介质3的料位高度。要说明的是，通过反射信号的走时计算料位高度的方法并非本发明的申请重点，故不再此详述。
请参另照图3A及图3B，分别为本发明的时域反射导波器结构的第二使用示意图及其测量到的波形示意图。如图3A所示，同样地，该时域反射导波器结构1安置第一介质2(如水等液体)及第二介质3(如污泥等物体)中，用以检测第一介质2及第二介质3的料位高度，且该第一介质2的介电系数大于该第二介质3。
如图3B所示，为该时域反射导波器结构1的感测信号经过该第一介质2及该第二介质3时回馈回来的反射信号的曲线，其中，c点即是感测信号传送至图3B中C点的反射信号值。亦即，本发明可通过图3B中C点的走时计算，据以得知该第二介质3的料位高度。
请参照图4，分别为本发明的时域反射导波器结构的第二实施例。本实施例与前一实施例大致相同，时域反射导波器结构1包括控制模块10、导波感测器20、保护套件30及绝缘体40。本实施例不同的地方在于该时域反射导波器结构1更包括一基准探棒50。该基准探棒50电性连接该控制模块10，且该基准探棒50裸露在该绝缘体40外并平行位于该第一探棒21的一侧边，该感测信号可选择地传送至该导波感测器20或该基准探棒50。
如图4所示，当该感测信号传送至该基准探棒50时，其所测得的反射信号可用于监测该第一介质2的料位高度。据此，感测信号经过该基准探棒50后，其反射信号的曲线可作为比较基准，以利于提供后续作相关计算。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，非用以定本发明的专利范围，其他运用本发明的专利精神的等效变化，均应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种时域反射导波器结构，其特征在于，包括:
一控制模块，用于发送一感测信号及接收该感测信号所回馈的一反射信号；
一导波感测器，电性连接该控制模块，该导波感测器包含连接该控制模块的一第一探棒、弯折连接该第一探棒的一弯曲探棒及自该弯曲探棒延伸的一第二探棒；
一保护套件，同轴套合该第一探棒并外露出该弯曲探棒，该感测信号通过该保护套件通过该第一探棒而不致受到干扰，并传送到该弯曲探棒及该第二探棒而取得该反射信号；以及
一绝缘体，包覆在该导波感测器及该保护套件外。
2.如权利要求1所述的时域反射导波器结构，其特征在于，该控制模块更包括一同轴缆线，该导波感测器通过该同轴缆线而电性连接该控制模块。
3.如权利要求1所述的时域反射导波器结构，其特征在于，该第二探棒自该弯曲探棒的端部直线延伸，该第二探棒平行该第一探棒。
4.如权利要求3所述的时域反射导波器结构，其特征在于，该第二探棒与该保护套件之间的距离大于50mm。
5.如权利要求1所述的时域反射导波器结构，其特征在于，该导波感测器由一体成型的一导体钢棒所构成。
6.如权利要求1所述的时域反射导波器结构，其特征在于，该保护套件包含一绝缘管及一金属管，该绝缘管套固该第一探棒，该金属管套设在该绝缘管外。
7.如权利要求6所述的时域反射导波器结构，其特征在于，该绝缘管与该金属管具有相同的长度，该金属管具有一穿孔，该穿孔的直径小于该绝缘管的直径但大于该第一探棒的直径，该第一探棒穿出该穿孔。
8.如权利要求1所述的时域反射导波器结构，其特征在于，该绝缘体的二端分别为一近端及一远程，该远程与该保护套件的端面保持有一段距离，该弯曲探棒位在该保护套件的端面及该远程之间。
9.如权利要求1所述的时域反射导波器结构，其特征在于，该绝缘体为一圆柱，该绝缘体的直径随着该第一探棒、该弯曲探棒及该第二探棒的直径增加而变大。
10.如权利要求1所述的时域反射导波器结构，其特征在于，更包括一基准探棒，该基准探棒电性连接该控制模块，该基准探棒裸露在该绝缘体外并平行位于该第一探棒的一侧边，该感测信号可选择地传送至该导波感测器或该基准探棒。
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