CZ303522B6 - Bezkontaktní mikrovlnný meric vzdálenosti reflexního povrchu - Google Patents

Bezkontaktní mikrovlnný meric vzdálenosti reflexního povrchu Download PDF

Info

Publication number
CZ303522B6
CZ303522B6 CZ20110547A CZ2011547A CZ303522B6 CZ 303522 B6 CZ303522 B6 CZ 303522B6 CZ 20110547 A CZ20110547 A CZ 20110547A CZ 2011547 A CZ2011547 A CZ 2011547A CZ 303522 B6 CZ303522 B6 CZ 303522B6
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
output
input
directional
microwave
quadrilateral
Prior art date
Application number
CZ20110547A
Other languages
English (en)
Other versions
CZ2011547A3 (cs
Inventor
Hoffmann@Karel
Škvor@Zbynek
Original Assignee
Ceské vysoké ucení technické v Praze Fakulta elektrotechnická
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ceské vysoké ucení technické v Praze Fakulta elektrotechnická filed Critical Ceské vysoké ucení technické v Praze Fakulta elektrotechnická
Priority to CZ20110547A priority Critical patent/CZ303522B6/cs
Priority to EP12766374.8A priority patent/EP2786171B1/en
Priority to PCT/CZ2012/000086 priority patent/WO2013029577A2/en
Publication of CZ2011547A3 publication Critical patent/CZ2011547A3/cs
Publication of CZ303522B6 publication Critical patent/CZ303522B6/cs

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/03Details of HF subsystems specially adapted therefor, e.g. common to transmitter and receiver
    • G01S7/032Constructional details for solid-state radar subsystems
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/22Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
    • G01F23/28Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring the variations of parameters of electromagnetic or acoustic waves applied directly to the liquid or fluent solid material
    • G01F23/284Electromagnetic waves
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06Systems determining position data of a target
    • G01S13/08Systems for measuring distance only
    • G01S13/32Systems for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated
    • G01S13/36Systems for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated with phase comparison between the received signal and the contemporaneously transmitted signal
    • G01S13/40Systems for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated with phase comparison between the received signal and the contemporaneously transmitted signal wherein the frequency of transmitted signal is adjusted to give a predetermined phase relationship
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88Radar or analogous systems specially adapted for specific applications

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
  • Length-Measuring Devices Using Wave Or Particle Radiation (AREA)

Abstract

Bezkontaktní mikrovlnný meric vzdálenosti reflexního povrchu obsahuje preladitelný mikrovlnný generátor (1), jehož mikrovlnný výstup je pripojen na vstup (31) smerového ctyrbranu (3). Pruchozí výstup (32) smerového ctyrbranu (3) je pripojen na vstup atenuátoru (4), jehož výstup je pripojen na jednobran (5) s velkým odrazem. Vazební výstup (33) smerového ctyrbranu (3) je pripojen na vstup, který je soucasne výstupem, senzoru (6) vzdálenosti a izolacní výstup (34) smerového ctyrbranu (3) je spojen se vstupem rídicí a vyhodnocovací jednotky (13) s indikátorem mikrovlnného výkonu ci napetí nebo proudu. Rídicí výstup vyhodnocovací jednotky (13) je spojen se vstupem preladitelného mikrovlnného generátoru (1). V alternativním zapojení je pruchozí výstup (32) smerového ctyrbranu (3) pripojen na vstup, který je soucasne výstupem, senzoru (6) vzdálenosti. Vazební výstup (33) smerového ctyrbranu (3) je pripojen na vstup atenuátoru (4), jehož výstup je pripojen na jednobran (5) s velkým odrazem.

Description

Bezkontaktní mikrovlnný měřič vzdálenosti reflexního povrchu
Oblast techniky
Předkládané řešení se týká zapojení měřicího systému pro bezkontaktní měření vzdálenosti povrchů schopných odrážet elektromagnetické vlny.
io Dosavadní stav techniky
K přesnému měření malých vzdáleností se používá mikrovlnná rezonanční metoda, při které je rezonátor vytvořen z jedné poloviny Fabry-Perot rezonátoru, před kterou je umístěn reflexní povrch. Prostor mezi reflexním povrchem a zrcadlem poloviny Fabry-Perot rezonátoru vytváří is rezonátor, jehož rezonanční kmitočet je závislý na vzdálenosti mezi reflexním povrchem a zrcadlem. Při rezonanci se tato vzdálenost rovná celočíselnému násobku poloviny vlnové délky. Při znalosti tohoto celočíselného násobku lze ze změřeného rezonančního kmitočtu odvodit vzdálenost mezi reflexním povrchem a zrcadlem rezonátoru, případně změnu vzdálenosti reflexního povrchu vzhledem k jeho zvolené referenční vzdálenosti.
Rezonanční kmitočet je určován z frekvenční závislosti koeficientu odrazu nebo přenosu rezonátoru navázaného na jedno nebo dvě mikrovlnná vedení. Na rezonančním kmitočtu se frekvenční závislost amplitudy koeficientu odrazu nebo přenosu vyznačuje typickou rezonanční křivkou s více či méně ostrým vrcholem. Velikost amplitudy rezonanční křivky a její 3 dB šířka pásma závisí na velikosti nezatíženého činitele jakosti rezonátoru Qo a na velikosti vazby mezi rezonátorem a vedením respektive vedeními. Při daném Qo je rozdíl amplitudy rezonanční křivky na rezonančním kmitočtu a daleko od rezonančního kmitočtu tím větší, čím je rezonátor těsněji navázán na přívodní vedení. Čím těsněji je však rezonátor navázán, tím větší je 3 dB šířka pásma rezonanční křivky a tím je i vrchol křivky méně ostrý.
Rezonanční kmitočet je v automatickém procesu vypočítán na základě naměřených amplitud rezonanční křivky na několika frekvencích v okolí rezonanční frekvence. Pro tato měření musí být průběh rezonanční křivky dostatečně odlišitelný od podobných průběhů způsobených např, nežádoucími odrazy v mikrovlnném obvodu. Rezonanční křivka tedy musí mít dostatečně velkou amplitudu, tj. rezonátor musí být dostatečně těsně navázán. Těsná vazba však způsobuje, že vrchol rezonanční křivky je méně ostrý, což zmenšuje přesnost určení rezonanční frekvence a tím i přesnost určení měřené vzdálenosti.
K přesnému měření malých vzdáleností se také používá bezkontaktní systém, jehož součástí je přeladitelný mikrovlnný generátor. Mikrovlnný výstup pře lad itel ného mikrovlnného generátoru je zde připojen na vstup rozhodovacího členu. První výstup rozhodovacího členu je vstupem referenčního kanálu a je připojen na vstup prvního atenuátoru s proměnným útlumem. Výstup prvního atenuátoru je připojen na první vstup slučovacího členu. Druhý výstup rozhodovacího členu je vstupem testovacího kanálu a je připojen na vstup bloku změny fázového posuvu signálu odraže45 ného od reflexního povrchu v testovacím kanálu vzhledem k signálu v referenčním kanálu. Izolační výstup bloku změny fázového posuvu signálu je spojen s druhým vstupem slučovacího členu. Výstup slučovacího členu je spojen se vstupem řídicí a vyhodnocovací jednotky opatřené indikátorem mikrovlnného výkonu či napětí nebo proudu. Její řídicí výstup je spojen se vstupem přeladitelného mikrovlnného generátoru. V testovacím kanálu může být zařazen druhý atenuátor s proměnným útlumem a/nebo první zesilovač s proměnným zesílením a/nebo v referenčním kanálu může být v kaskádě s prvním atenuátorem s proměnným útlumem zařazen druhý zesilovač s proměnným zesílením.
Analogické zapojení je, že bezkontaktní mikrovlnný měřic obsahuje přeladitelný mikrovlnný generátor, který má mikrovlnný výstup připojen na vstup rozhodovacího členu. Rozbočovací člen
-1 CZ 303522 B6 má první výstup, který je vstupem referenčního kanálu, připojen na první vstup slučovacího členu. Druhý výstup rozhodovacího členu je vstupem testovacího kanálu a je připojen na vstup bloku změny fázového posuvu signálu odraženého od reflexního povrchu v testovacím kanálu vzhledem k signálu v referenčním kanálu. Izolační výstup bloku změny fázového posuvu signálu je spojen přes první zesilovač s proměnným zesílením s druhým vstupem slučovacího členu. Výstup slučovacího členu je spojen se vstupem řídicí a vyhodnocovací jednotky opatřené indikátorem mikrovlnného výkonu či napětí nebo proudu. Její řídicí výstup je spojen se vstupem přeladitelného mikrovlnného generátoru. V referenčním kanálu může být zařazen první atenuátor s proměnným útlumem a/nebo druhý zesilovač s proměnným zesílením a/nebo v testovacím ío kanálu může být v kaskádě s prvním zesilovačem s proměnným zesílením zařazen druhý atenuátor s proměnným útlumem.
Další modifikací pro obě základní provedení je, že v referenčním kanálu je zařazen první izolátor a/nebo v testovacím kanálu je zařazen před a/nebo za blokem změny fázového posuvu signálu odraženého od reflexního povrchu v testovacím kanálu vzhledem k signálu v referenčním kanálu druhý a/nebo třetí izolátor. Všechny tyto izolátory jsou orientovány propustným směrem k slučovacímu obvodu.
V jednom provedení je blok změny fázového posuvu signálu odraženého od reflexního povrchu v testovacím kanálu vzhledem k signálu v referenčním kanálu tvořen vysílací anténou, jejíž vstup je vstupem a přijímací anténou, jejíž výstup je izolačním výstupem. V jiném provedení je tento blok změny fázového posuvu signálu tvořen směrovým trojbranem, jehož vstup je vstupem, výstup je izolačním výstupem. Na jeho vazební výstup je připojena společná anténa pro vysílání i příjem. V tomto případě může být směrový troj bran také realizován směrovým čtyřbranem, jehož čtvrtá brána je bezodrazově zakončena nebo děličem výkonu s izolací mezi výstupy nebo cirkulátorem.
Rozbočovací člen a/nebo slučovací člen mohou být ve všech variantách uspořádání tvořeny děličem výkonu nebo směrovým čtyřbranem, jehož čtvrtá brána je bezodrazově zakončena.
V případě, že rozdíl elektrických délek obou kanálů bude na příslušné frekvenci roven lichému násobku poloviny vlnové délky, signály se sečtou ve slučovacím členu v protifázi a poskytnou tak velmi ostrá minima napětí indikovaná např. detektorem. Se změnou vzdálenosti reflexního povrchu od referenční polohy se změní frekvence příslušného napěťového minima, kterou lze určit přelaďováním mikrovlnného generátoru. Ze změny frekvence odpovídající napěťovému minimu lze pri znalosti lichého počtu polovin vlnových délek, o které se liší elektrické délky obou kanálů, určit vzdálenost reflexního povrchu.
Společnou nevýhodou různých variant této metody je, že obsahuje větší počet mikrovlnných prvků, jejichž neideální parametry degradují výhodné vlastnosti metody. Jedná se zejména o odrazy na ne ideál ně přizpůsobených prvcích, které následně zhoršují i izolační vlastnosti použitých směrových prvků. V důsledku toho se na slučovacím členu setkávají nejenom požadovaný referenční signál a signál prošlý testovacím kanálem nesoucí informaci o měřené vzdálenosti.
V obou kanálech přicházejí na slučovací člen i parazitní signály vzniklé nežádoucími odrazy na jednotlivých prvcích systému, které interferují s oběma požadovanými signály. Suma výsledných signálů vytvoří na určité frekvenci také minimum napětí. To je však frekvenčně posunuto vzhledem ke správné frekvenci minima vytvořeného pouze součtem požadovaného referenčního a testovacího signálu. Ztrácí se tak teoreticky lineární závislost mezi frekvencí minima signálu a měřenou vzdáleností. Klesá tím přesnost měření frekvence, případně výrazně narůstá pracnost kalibrace systému.
_ 7 .
Podstata vynálezu
Výše uvedený nedostatek odstraňuje bezkontaktní systém pro měření vzdálenosti od reflexního povrchu podle předkládaného řešení, jehož součástí je přeladitelný mikrovlnný generátor.
Podstatou nového řešení je, že mikrovlnný výstup pře ladíte Iného mikrovlnného generátoru je připojen na vstup směrového čtyřbranu. Průchozí výstup směrového čtyřbranu je připojen na vstup atenuátoru s proměnným útlumem, jehož výstup je připojen kjednobranu s velkým odrazem jako io je např. zkrat. Vazební výstup směrového čtyřbranu, je připojen ke vstupu senzoru vzdálenosti, který je současně jeho výstupem a je tvořen například vysílací a současně přijímací anténou a odrazným povrchem, jehož vzdálenost je měřena. Izolační výstup směrového čtyřbranu je spojen se vstupem řídicí a vyhodnocovací jednotky opatřené indikátorem mikrovlnného výkonu či napětí nebo proudu. Její řídicí výstup je spojen se vstupem pře ladíte Iného mikrovlnného generá15 toru.
Analogické zapojení je, že průchozí výstup směrového čtyřbranu, je připojen k senzoru vzdálenosti. Vazební výstup směrového čtyřbranu je pak připojen na vstup atenuátoru, který může být v obou variantách s proměnným útlumem. Výstup atenuátoru je připojen kjednobranu s velkým odrazem jako je např. zkrat. Izolační výstup směrového čtyřbranu je opět spojen se vstupem řídicí a vyhodnocovací jednotky s indikátorem mikrovlnného výkonu či napětí nebo proudu. Řídicí výstup řídicí a vyhodnocovací jednotky je spojen se vstupem přeladíte Iného mikrovlnného generátoru. Trasy referenčního a testovacího kanálu jsou v tomto případě ve směrovém čtyřbranu prohozeny.
V jednom možném provedení je pro obě výše uvedená řešení řídicí a vyhodnocovací jednotka tvořena detektorem, jehož výstup je spojen přes A/D převodník s počítačem, který je propojen s přeladitelným mikrovlnným generátorem.
Další modifikací pro obě základní provedení je, že mezi přeladitelný mikrovlnný generátor a vstup směrového čtyřbranu je zapojen první izolátor orientovaný propustným směrem k směrovému čtyřbranu a/nebo mezi izolačním výstupem směrového čtyřbranu a vstupem řídicí a vyhodnocovací jednotky je zapojen druhý izolátor orientovaný propustným směrem k řídicí a vyhodnocovací jednotce.
Další modifikací pro obě základní provedení je, že senzor vzdálenosti je tvořen přenosovým vedením, ve kterém je posuvně umístěna diskontinuita s velkým odrazem spojená nebo přímo tvořená objektem jehož vzdálenost má být měřena. Takovým objektem může být např. hladina kapaliny s velkým odrazem.
V předkládaném měření je informace o měřené vzdálenosti určována také dle frekvence, na které se součtem signálu referenčního a signálu testovacího vytvoří napěťové minimum. Na rozdíl od výše uvedených dosud známých obvodových řešení, je však potřebný obvod výrazně zjednodušen.
Objasnění výkresu
Na obr. 1 je principielní schéma měřicího systému. Na obr. 2 je analogické zapojení měřicího systému, kde je prohozeno připojení vazebního výstupu a průchozího výstupu směrového čtyřbranu.
- 3 CZ 303522 B6
Příklad uskutečnění vynálezu
Jeden možný příklad zapojení bezkontaktního mikrovlnného měřiče vzdálenosti od reflexního povrchu je uveden na obr. 1. Zapojení je zde tvořeno přeladitelným mikrovlnným generátorem 1, který je s výhodou syntezovaný, a je zde řízen počítačem 2. Jeho řízení může být i manuální, ale v praxi bude dána přednost řízení počítačem. Přeladitelný mikrovlnný generátor lje svým mikrovlnným výstupem připojen na vstup 31 směrového čtyřbranu 3. Na průchozí výstup 32 směrového ětyřbranu 3 je připojen atenuátor 4, který je zde s proměnným útlumem, jehož výstup je připoio jen na jednobran 5 s velkým odrazem, který je zde tvořen zkratem. Vazební výstup 33 směrového čtyřbranu 3 je připojen na vstup senzoru 6 vzdálenosti, který je současně jeho výstupem. Senzor 6 vzdálenosti je zde tvořen vysílací a současně přijímací anténou 7 a odrazným povrchem 8, jehož vzdálenost je měřena. Izolační výstup 34 směrového ětyřbranu 3 je spojen s řídicí a vyhodnocovací jednotkou 13, která je opatřena indikátorem mikrovlnného výkonu nebo napětí nebo lf proudu. Její řídicí výstup je spojen se vstupem pře ladíte I ného mikrovlnného generátoru 1. V uváděných příkladech je řídicí a vyhodnocovací jednotka 13 tvořena detektorem 11, na jehož výstup je připojen A/D převodník 12 spojený s počítačem 2.
S výhodou lze mezi mikrovlnný generátor 1 a vstup 31 směrového čtyřbranu 3 zařadit první izo20 látor 9 orientovaný průchozím směrem k směrovému čtyřbranu 3 a/nebo mezi izolační výstup 34 směrového čtyřbranu 3 a vstup řídicí a vyhodnocovací jednotky 13 druhý izolátor 10 zapojený průchozím směrem k řídicí a vyhodnocovací jednotce 13.
Mikrovlnný signál v základním zapojení dle obr. 1 vstupuje z přeladitelného mikrovlnného gene25 rátoru 1 vstupem 31 do směrového čtyřbranu 3, kde se rozdělí na dvě části, které dále postupují v referenčním a testovacím kanálu. V referenčním kanálu postupuje signál na průchozí výstup 32 směrového čtyřbranu 3, dále pak postupuje přes atenuátor 4, který je zde s proměnným útlumem, na jednobran 5 s velkým odrazem, který je zde tvořen zkratem. Od tohoto jednobranu se signál odráží a šíří se v referenčním kanálu zpět přes atenuátor 4, na průchozí výstup 32 směrového čtyřbranu 3 a vystupuje na izolačním výstupu 34 směrového čtyřbranu 3 jako signál bref.
V testovacím kanálu postupuje signál na vazební výstup 33 směrového vazebního členu 3 a vstupuje do senzoru 6 vzdálenosti, který je zde tvořen vysílací a současně přijímací anténou 2- Z antény 7 je signál vyzářen a postupuje na odrazný povrch 8, jehož vzdálenost je měřena. Od odrazné35 ho povrchu se signál odráží, jeho fáze nese dále v testovacím kanálu informaci o vzdálenosti odrazného povrchu, vstupuje do antény 7, a dále postupuje do vazebního výstupu 33 směrového čtyřbranu 3 a vystupuje na izolačním výstupu 34 směrového čtyřbranu 3 jako signál b.
Z izolačního výstupu 34 směrového ětyřbranu 3 postupuje součtový signál brej+b přes případně zapojený izolátor J_0 na detektor JU a dále do převodníku A/D 12. Atenuátorem 4 s proměnným útlumem lze nastavit amplitudu signálu bref identickou s amplitudou signálu b. V závislosti na vzdálenosti reflexního povrchu 9 a tím i na rozdílu elektrických délek referenčního a testovacího kanálu se na některých frekvencích oba signály sečtou ve fázi a na jiných v protifázi. Ve fázi se signály sečtou v případě, že rozdíl elektrických délek obou kanálů bude na příslušné frekvenci sudým násobkem poloviny vlnové délky. V případě, že rozdíl elektrických délek obou kanálů bude na příslušné frekvenci roven lichému násobku poloviny vlnové délky, signály se sečtou v protifázi a poskytnou tak velmi ostrá minima napětí indikovaná např. detektorem. Napětí indikované detektorem lije v minimu teoreticky nulové, prakticky je omezené šumem detektoru 11. Rozdíl frekvencí jednotlivých minim umožňuje určit odpovídající lichý násobek polovin vlnové délky příslušný rozdílu elektrické délky obou kanálů. Při znalosti elektrické délky referenčního kanálu tak lze jednoznačně určit vzdálenost odrazného povrchu 8.
Digitální informace odpovídající usměrněnému součtovému signálu brd+b je zpracována počítačem 2. V automatizovaném procesu počítač 2 přelaďuje mikrovlnný generátor i a určuje frekven-4CZ 303522 B6 ce odpovídající vybraným napěťovým minimům, ze kterých se pak určuje vzdálenost odrazného povrchu 8.
První izolátor 9 a druhý izolátor JO nejsou pro činnost mikrovlnného měřiče nezbytné. Jejich použití však potlačuje vliv odrazů od impedančně nedobře přizpůsobených komponent, zejména generátoru a detektoru, a zvětšuje tak použitelnou šířku frekvenčního pásma a tím i rozsah měření.
V analogickém zapojení dle obr. 2 je prohozeno připojení průchozího výstupu 32 a vazebního to výstupu 33 směrového čtyřbranu 3, Na průchozí výstup 32 je zde připojen senzor 6 vzdálenosti a na vazební výstup 33 je připojen atenuátor 4.
Mikrovlnný signál v tomto analogickém zapojení dle obr. 2 vstupuje z pře ladíte lného mikrovlnného generátoru 1 vstupem 31 do směrového čtyřbranu 3, kde se rozdělí na dvě části, které dále postupují v referenčním a testovacím kanálu. V referenčním kanálu postupuje signál na vazební výstup 33 směrového čtyřbranu 3, dále pak postupuje přes atenuátor 4, který je zde s proměnným útlumem, najednobran 5 s velkým odrazem, který je zde tvořen zkratem. Od tohoto jednobranu 5 se signál odráží a šíří se v referenčním kanálu zpět přes atenuátor 4, na vazební výstup 33 směrového čtyřbranu 3 a vystupuje na izolačním výstupu 34 směrového čtyřbranu 3 jako signál brel.
V testovacím kanálu postupuje signál na průchozí výstup 32 směrového vazebního členu 3 a vstupuje do senzoru 6 vzdálenosti, který je zde tvořen vysílací a současně přijímací anténou 7. Z antény 7 je signál vyzářen a postupuje na odrazný povrch 8 jehož vzdálenost je měřena. Od odrazného povrchu se signál odráží, jeho fáze nese dále v testovacím kanálu informaci o vzdálenosti odrazného povrchu, vstupuje do antény 7, a dále postupuje do průchozího výstupu 32 směrového čtyřbranu 3 a vystupuje na izolačním výstupu 34 směrového čtyřbranu 3 jako signál b.
Funkce zbývající části obvodu je shodná se zapojením dle obr. 1.
Další možnou alternativou obou předchozích zapojení je, že senzor 6 vzdálenosti je tvořen přenosovým vedením, ve kterém je posuvně umístěna diskontinuita s velkým odrazem spojená s odrazným povrchem 8 neboje tato diskontinuita tímto odrazným povrchem 8 přímo tvořená. Při vertikálním umístění přenosového vedení, např. typu vlnovod, částečně ponořeného do kapaliny, tak lze měřit výšku její hladiny.
Vlastnosti měřicího systému byly experimentálně testovány. Pomocí vlnovodové realizace měřicího systému byla měřena výška vodní hladiny. Na frekvenci 9,2 GHz bylo dosaženo při změně výšky hladiny o 0.1 mm změny kmitočtu napěťového minima o 3,9 MHz. Dynamický rozsah mezi napěťovým minimem a maximem přitom přesahoval 60 dB.
Průmyslová využitelnost
Zapojení pro bezkontaktní měření vzdálenosti a s ním související nová metoda určení vzdálenosti je průmyslově využitelná všude tam, kde je třeba bezkontaktně měřit s vysokou přesností vzdálenosti povrchů, které jsou v mikrovlnné části spektra reflexní. Jedná se např. o válcování tenkých kovových folií, přesné měření výšky hladin kapalin, apod.

Claims (7)

1. Bezkontaktní mikrovlnný měřič vzdálenosti reflexního povrchu obsahující přeladitelný mikrovlnný generátor (1), vyznačující se tím, že jeho mikrovlnný výstup je připojen na vstup (31) směrového čtyřbranu (3), jehož průchozí výstup (32) je připojen na vstup atenuátoru (4), jehož výstup je připojen najednobran (5) s velkým odrazem, vazební výstup (33) směrového čtyřbranu (3) je připojen na vstup senzoru (6) vzdálenosti, který je současně jeho výstupem, a izolační výstup (34) směrového čtyřbranu (3) je spojen se vstupem řídicí a vyhodnocovací jednotky (13) s indikátorem mikrovlnného výkonu či napětí nebo proudu, jejíž řídicí výstup je spojen se vstupem preladitelného mikrovlnného generátoru (1).
2. Bezkontaktní mikrovlnný měřič vzdálenosti reflexního povrchu obsahující přeladitelný mikrovlnný generátor (I), vyznačující se tím, že jeho mikrovlnný výstup je připojen na vstup (31) směrového čtyřbranu (3), jehož průchozí výstup (32) je připojen na vstup senzoru (6) vzdálenosti, který je současně jeho výstupem, a jehož vazební výstup (33) je připojen na vstup atenuátoru (4), jehož výstup je připojen najednobran (5) s velkým odrazem, a jehož izolační výstup (34) je spojen se vstupem řídicí a vyhodnocovací jednotky (13) s indikátorem mikrovlnného výkonu či napětí nebo proudu, jejíž řídicí výstup je spojen se vstupem preladitelného mikrovlnného generátoru (1).
3. Bezkontaktní mikrovlnný měřič podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že řídicí a vyhodnocovací jednotka (13) je tvořena detektorem (11), jehož výstup je spojen přes A/D převodník (12) s počítačem (2) propojeným s přeladitelným mikrovlnným generátorem (1).
4. Bezkontaktní mikrovlnný měřič podle nároku 1 nebo 2 nebo 3, vyznačující se tím, že mezi mikrovlnným generátorem (1) a vstupem (31) směrového čtyřbranu (3) je zapojen první izolátor (9) orientovaný propustným směrem ke směrovému čtyřbranu (3) a/nebo mezi izolačním výstupem (34) směrového čtyřbranu (3) a vstupem řídicí a vyhodnocovací jednotky (13) je zapojen druhý izolátor (10) orientovaný propustným směrem k řídicí a vyhodnocovací jednotce (13).
5. Bezkontaktní mikrovlnný měřič podle nároku 1 nebo 2 a kteréhokoli z nároků 3 a 4, vyznačující se tím, že senzor (6) vzdálenosti je tvořen vysílací a současně přijímací anténou (7) a odrazným povrchem (8).
6. Bezkontaktní mikrovlnný měřič podle nároku 1 nebo 2 a kteréhokoli z nároků 3 a 4, vyznačující se tím, že senzor (6) vzdálenosti je tvořen přenosovým vedením, ve kterém je posuvně umístěna diskontinuita s velkým odrazem spojená s odrazným povrchem (8) neboje tímto odrazným povrchem (8) přímo tvořená.
7. Bezkontaktní mikrovlnný měřič podle nároku 1 nebo 2 a kteréhokoli z nároků 3 až 6, vyznačující se tím, že atenuátor (4) je proměnný.
CZ20110547A 2011-09-01 2011-09-01 Bezkontaktní mikrovlnný meric vzdálenosti reflexního povrchu CZ303522B6 (cs)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ20110547A CZ303522B6 (cs) 2011-09-01 2011-09-01 Bezkontaktní mikrovlnný meric vzdálenosti reflexního povrchu
EP12766374.8A EP2786171B1 (en) 2011-09-01 2012-08-29 Contactless microwave measuring system for measuring the distance of reflective surface
PCT/CZ2012/000086 WO2013029577A2 (en) 2011-09-01 2012-08-29 Contactless microwave measuring system for measuring the distance of reflective surface

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ20110547A CZ303522B6 (cs) 2011-09-01 2011-09-01 Bezkontaktní mikrovlnný meric vzdálenosti reflexního povrchu

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ2011547A3 CZ2011547A3 (cs) 2012-11-07
CZ303522B6 true CZ303522B6 (cs) 2012-11-07

Family

ID=46940175

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ20110547A CZ303522B6 (cs) 2011-09-01 2011-09-01 Bezkontaktní mikrovlnný meric vzdálenosti reflexního povrchu

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP2786171B1 (cs)
CZ (1) CZ303522B6 (cs)
WO (1) WO2013029577A2 (cs)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2569581C2 (ru) * 2013-11-27 2015-11-27 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Микроволновый одноканальный радиоинтерферометр с волноведущим зондирующим трактом

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2407489A1 (fr) * 1977-10-27 1979-05-25 Philips Nv Systeme de telemetrie a micro-ondes pour determiner la distance a laquelle se trouve un objet
DE19533125C1 (de) * 1995-09-07 1997-01-23 Siemens Ag Vorrichtung zur Abstandsmessung
EP2031416A1 (de) * 2007-08-30 2009-03-04 Balluff GmbH Mikrowellen-Näherungssensor und Verfahren zur Ermittlung des Abstands zwischen einem Messkopf und einem Zielobjekt
CZ21247U1 (cs) * 2010-07-02 2010-09-03 Ceské vysoké ucení technické v Praze Bezkontaktní mikrovlnný měřič malých diferencí vzdálenosti od reflexního povrchu

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2222637C (en) * 1990-07-13 1999-12-14 Zdenek Adler Monostatic radar system having a one-port impedance matching device
JP4328555B2 (ja) * 2003-04-21 2009-09-09 Necアクセステクニカ株式会社 距離測定方法、及びそれを適用した距離測定装置、並びにそれを適用した距離測定設備

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2407489A1 (fr) * 1977-10-27 1979-05-25 Philips Nv Systeme de telemetrie a micro-ondes pour determiner la distance a laquelle se trouve un objet
DE19533125C1 (de) * 1995-09-07 1997-01-23 Siemens Ag Vorrichtung zur Abstandsmessung
EP2031416A1 (de) * 2007-08-30 2009-03-04 Balluff GmbH Mikrowellen-Näherungssensor und Verfahren zur Ermittlung des Abstands zwischen einem Messkopf und einem Zielobjekt
CZ21247U1 (cs) * 2010-07-02 2010-09-03 Ceské vysoké ucení technické v Praze Bezkontaktní mikrovlnný měřič malých diferencí vzdálenosti od reflexního povrchu

Also Published As

Publication number Publication date
EP2786171A2 (en) 2014-10-08
WO2013029577A3 (en) 2013-05-16
CZ2011547A3 (cs) 2012-11-07
WO2013029577A4 (en) 2013-06-27
EP2786171B1 (en) 2016-09-21
WO2013029577A2 (en) 2013-03-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6556930B2 (ja) ベクトルネットワークアナライザ
CN105319544B (zh) 用于使用可调整自干扰抵消来校准和优化调频连续波雷达高度仪的系统和方法
US8915133B2 (en) Arrangement and method for testing a level gauge system
US2519734A (en) Directional coupler
Pohl et al. High precision radar distance measurements in overmoded circular waveguides
Holzbauer et al. Systematic uncertainties in RF-based measurement of superconducting cavity quality factors
CZ303522B6 (cs) Bezkontaktní mikrovlnný meric vzdálenosti reflexního povrchu
Elhawil et al. Reliable method for material characterisation using quasi-optical free-space measurement in W-band
Lengyel A Michelson-type interferometer for microwave measurements
US3388327A (en) System for measurement of microwave delay line length
CZ302714B6 (cs) Bezkontaktní mikrovlnný meric malých diferencí vzdálenosti od reflexního povrchu
RU2710514C1 (ru) Способ измерения S-параметров объектов в нестандартных направляющих системах
CZ21247U1 (cs) Bezkontaktní mikrovlnný měřič malých diferencí vzdálenosti od reflexního povrchu
CZ23160U1 (cs) Bezkontaktní mikrovlnný měřič vzdálenosti reflexního povrchu
Baskakova et al. Investigation of waveguide sensors for ultra-short-distance measurements
CZ303181B6 (cs) Bezkontaktní mikrovlnný meric malých diferencí tlouštek reflexních vrstev
RU2731020C1 (ru) Способ измерения коэффициента отражения свч нагрузки
CZ308033B6 (cs) Bezkontaktní mikrovlnný měřič vzdálenosti od reflexního povrchu v rozmezí 1/4 vlnové délky až několikasetnásobek vlnové délky
Hoffmann et al. Microwave interferometric method for metal sheet thickness measurement
CZ21248U1 (cs) Bezkontaktní mikrovlnný měřič malých diferencí tlouštěk reflexních vrstev
Schappert et al. Systematic uncertainties in RF-based measurement of superconducting cavity quality factors
Dyott The launching of electromagnetic waves on a cylindrical conductor
Hoffmann et al. Precise microwave measurement of liquid level
Ayhan et al. System simulation for FMCW radar in industrial applications
CN105182076B (zh) 基于矢量网络分析仪的二端口网络相移实时测试方法

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Patent lapsed due to non-payment of fee

Effective date: 20200901