CZ308033B6 - Bezkontaktní mikrovlnný měřič vzdálenosti od reflexního povrchu v rozmezí 1/4 vlnové délky až několikasetnásobek vlnové délky - Google Patents
Bezkontaktní mikrovlnný měřič vzdálenosti od reflexního povrchu v rozmezí 1/4 vlnové délky až několikasetnásobek vlnové délky Download PDFInfo
- Publication number
- CZ308033B6 CZ308033B6 CZ2018-484A CZ2018484A CZ308033B6 CZ 308033 B6 CZ308033 B6 CZ 308033B6 CZ 2018484 A CZ2018484 A CZ 2018484A CZ 308033 B6 CZ308033 B6 CZ 308033B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- receiving antenna
- transmitting antenna
- microwave
- antenna
- wavelength
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B15/00—Measuring arrangements characterised by the use of electromagnetic waves or particle radiation, e.g. by the use of microwaves, X-rays, gamma rays or electrons
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N22/00—Investigating or analysing materials by the use of microwaves or radio waves, i.e. electromagnetic waves with a wavelength of one millimetre or more
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO 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
- G01S13/00—Systems 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
- G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
- G01S13/06—Systems determining position data of a target
- G01S13/08—Systems for measuring distance only
- G01S13/32—Systems for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated
- G01S13/34—Systems for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated using transmission of continuous, frequency-modulated waves while heterodyning the received signal, or a signal derived therefrom, with a locally-generated signal related to the contemporaneously transmitted signal
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO 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
- G01S13/00—Systems 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
- G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
- G01S13/06—Systems determining position data of a target
- G01S13/08—Systems for measuring distance only
- G01S13/32—Systems for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated
- G01S13/36—Systems 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
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO 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
- G01S13/00—Systems 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
- G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
- G01S13/06—Systems determining position data of a target
- G01S13/08—Systems for measuring distance only
- G01S13/32—Systems for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated
- G01S13/36—Systems 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
- G01S13/40—Systems 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
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO 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
- G01S13/00—Systems 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
- G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO 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
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
- G01S7/03—Details of HF subsystems specially adapted therefor, e.g. common to transmitter and receiver
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO 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
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
- G01S7/35—Details of non-pulse systems
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
Bezkontaktní mikrovlnný měřič obsahuje přeladitelnou měřicí jednotku (10), která je opatřena indikátorem mikrovlnného výkonu nebo napětí nebo proudu a je spojená s počítačem. Dále měřič obsahuje vysílací anténu (3) a přijímací anténu (5). Vysílací anténa (3) je vstupem připojena na mikrovlnný výstup přeladitelné měřicí jednotky (10) a přijímací anténa (5) je výstupem připojena na mikrovlnný vstup přeladitelné měřicí jednotky (10). Vysílací anténa (3), přijímací anténa (5) a reflexní povrch (4) jsou v takové vzájemné poloze, že přijímací anténa (5) leží ve směru šíření signáluelektromagnetického pole vyzařovaného vysílací anténou (3). Přijímací anténa (5) zároveň leží i ve směru šíření signáluelektromagnetického pole vyzařovaného vysílací anténou (3) a odraženého od reflexního povrchu (4). Vyzařovací diagram přijímací antény (5) je orientován směrem k vysílací anténě (3) a reflexnímu povrchu (4). Součet elektrických délek vzdálenosti mezi vysílací anténou (3) a reflexním povrchem (4) a vzdálenosti mezi reflexním povrchem (4) a přijímací anténou (5), tvořící testovací kanál, je ve frekvenčním pásmu přeladění přeladitelné měřicí jednotky (10) minimálně na jedné frekvenci o ½ vlnové délky delší než elektrická délka vzdálenosti mezi vysílací anténou (3) a přijímací anténou (5) tvořící referenční kanál.
Description
Předkládané řešení se týká zapojení měřicího systému pro bezkontaktní měření vzdálenosti povrchů schopných odrážet elektromagnetické vlny.
Dosavadní stav techniky
K přesnému měření 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 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 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, to znamená, že 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.
Nevýhody rezonanční metody odstraňuje další možný způsob měření vzdálenosti reflexních povrchů využívající interferometrickou metodu, jak je uvedeno např. v patentu: Hoffmann Karel, Škvor Zbyněk, „CONTACTLESS MICROWAVE MEASURING SYSTEM FOR MEASURING THE DISTANCES OF REFLECTIVE SURFACE,“ EP 2 786 171 BL Mikrovlnný signál z přeladitelného generátoru je rozbočen do referenčního kanálu a testovacího kanálu. V testovacím kanálu je pak vyzářen vysílací anténou směrem k reflexnímu povrchu, jehož vzdálenost je měřena. Signál odražený od reflexního povrchu je pak přijat přímo vysílací anténou, která funguje současně jako přijímací anténa. Měřicí systém v tomto případě obsahuje pouze jednu anténu. Signál odražený od reflexního povrchu může být také přijat další pouze přijímací anténou. Měřicí systém v tomto případě obsahuje dvě antény, viz např. Hoffmann Karel, Škvor Zbyněk, Bezkontaktní mikrovlnný měřič malých diferencí vzdálenosti od reflexního povrchu, patent č. CZ 302 714, Úřad průmyslového vlastnictví. V obou řešeních je signál přijatý přijímací anténou následně sloučen se signálem procházejícím referenčním kanálem. Vznikne tak výsledný interferenční signál. Elektrická délka testovacího a referenčního kanálu je odlišná. Na určitých frekvencích, kde jsou oba signály v protifázi, vznikají ostrá minima výsledného interferenčního signálu. Z frekvencí těchto minim je možné odvodit vzdálenost reflexního povrchu.
V případě systému s jednou anténou se však na frekvenční závislosti výsledného interferenčního signálu kromě signálu odraženého od reflexního povrchu uplatní také parazitní signál odražený od samotné antény a parazitní signál způsobený konečnou směrovostí použitého směrového vazebního členu. Tyto parazitní signály deformují průběh interferenčního signálu a zmenšují přesnost měření.
U systému se dvěma anténami tvoří podobný problém přeslech mezi vysílací a přijímací anténou.
V důsledku nenulového přeslechu se do přijímací antény dostane také parazitní signál vyzářený vysílací anténou, který nebyl odražen reflexním povrchem.
- 1 CZ 308033 B6
Parazitní signály nelze v širším kmitočtovém pásmu používaném interferometrickou metodou nikdy zcela potlačit.
Další společnou nevýhodou měřicích systému s jednou, či dvěma anténami je také značná složitost a náročnost na parametry použitých mikrovlnných dílů.
Podstata vynálezu
Výše uvedený nedostatek odstraňuje bezkontaktní mikrovlnný měřič vzdálenosti od reflexního povrchu v rozmezí % vlnové délky až několikasetnásobek vlnové délky podle předkládaného řešení. Tento měřič obsahuje přeladitelnou měřicí jednotku, která je opatřena indikátorem mikrovlnného výkonu nebo napětí nebo proudu spojenou s počítačem, vysílací anténu a přijímací anténu. Podstatou nového řešení je, že vysílací anténa je vstupem připojena na mikrovlnný výstup přeladitelné měřicí jednotky a přijímací anténa je výstupem připojena na její mikrovlnný vstup. Vysílací anténa, přijímací anténa a reflexní povrch jsou v takové vzájemné poloze, že přijímací anténa leží ve směru šíření signálu elektromagnetického pole vyzařovaného vysílací anténou a přijímací anténa zároveň leží i ve směru šíření signálu elektromagnetického pole vyzařovaného vysílací anténou a odraženého od reflexního povrchu. Vyzařovací diagram přijímací antény je orientován směrem k vysílací anténě a reflexnímu povrchu. Součet elektrických délek vzdálenosti mezi vysílací anténou a reflexním povrchem a vzdálenosti mezi reflexním povrchem a přijímací anténou, tvořící testovací kanál, je ve frekvenční pásmu přeladění přeladitelné měřicí jednotky minimálně na jedné frekvenci o U vlnové délky delší než elektrická délka vzdálenosti mezi vysílací anténou a přijímací anténou, tvořící referenční kanál.
Je výhodné, když se elektrické délky testovacího a referenčního kanálu ve zvoleném frekvenčním pásmu liší minimálně o dva celočíselné liché násobky U vlnové délky.
Za účelem možnosti nastavení velikosti amplitudy signálu elektromagnetického pole vyzařovaného vysílací anténou a přijímaného přijímací anténou v referenčním kanálu je výhodné, když je mezi vysílací a přijímací anténou v prostoru šíření tohoto signálu umístěná alespoň jedna kovová či dielektrická plná nebo děrovaná přepážka a/nebo útlumový materiál a/nebo alespoň jedna kovová nebo dielektrická ploška umístěná v oblasti překrývajících se vyzařovacích diagramů vysílací antény a přijímací antény.
V dalším výhodném provedení je vzdálenost mezi vysílací a přijímací anténou volena tak, že je menší než vlnová délka odpovídající nejvyšší frekvenci pásma přelaďování přeladitelné měřicí jednotky.
V jednom možném provedení je přeladitelné měřicí jednotka tvořena přeladitelným mikrovlnným generátorem, jehož mikrovlnný výstup je připojen na vstup vysílací antény, a detektorem, jehož vstup je připojen na výstup přijímací antény. Výstup detektoru je dále spojen se vstupem A/D převodníku, který má výstup spojen s počítačem 2 propojeným s přeladitelným mikrovlnným generátorem. Ve výhodném provedení je přeladíte Iný mikrovlnný generátor syntézo váný.
V jiném možném provedení je přeladitelné měřicí jednotka tvořena vektorovým analyzátorem obvodů, V tomto případě je vysílací anténa svým vstupem připojena na jednu měřicí bránu vektorového analyzátoru obvodů a na jeho druhou měřicí bránu je připojen výstup přijímací antény.
Výhodou uvedeného bezkontaktního mikrovlnného měřiče vzdáleností od reflexního povrchu je oproti stávajícím interferometrickým mikrovlnným měřičům vzdálenosti se dvěma anténami výrazně jednodušší konstrukce. Na rozdíl od stávajících řešení, kde přeslech mezi anténami zmenšuje přesnost měření a je nutno ho minimalizovat, v tomto předkládaném řešení je přeslech
-2CZ 308033 B6 s výhodou využit pro realizaci referenčního kanálu. Tím, že cesta referenčního kanálu je vytvořena pomocí signálu, který se šíří přímo mezi vysílací a přijímací anténou, odpadá nutnost používat další komponenty pro vytvoření referenčního kanálu, jako jsou u stávajících řešení např. směrové vazební členy, či děliče a slučovače výkonu. Tyto v praxi vždy vykazují nežádoucí parazitní odrazy a přenosy, které vytvářejí nežádoucí signály interferující se signály v referenčním a testovacím kanálu, jejichž průběhy jsou pak zkresleny. To snižuje přesnost měření.
Objasnění výkresů
Na obr. 1 je principiální schéma měřicího systému. Na obr. 2 je uvedeno uspořádání s přepážkami umístěnými v prostoru šíření elektromagnetického pole mezi anténami. Obr. 3 znázorňuje uspořádání s útlumovým materiálem mezi anténami. Na obr. 4 je uvedeno uspořádání s použitím odrazného elementu umístěného v oblasti překrývajících se vyzařovacích diagramů obou antén. Na obr. 5 je uvedena další možná varianta, kdy je přeladitelné měřicí jednotka realizovaná vektorovým analyzátorem obvodů.
Příklady uskutečnění vynálezu
Příklad možného zapojení bezkontaktního mikrovlnného měřiče vzdáleností od reflexního povrchu v rozmezí % vlnové délky až několikasetnásobek vlnové délky je uveden na obr. 1. Zapojení je zde tvořeno přeladíte lnou měřicí jednotkou 10 spojenou s počítačem 2. V tomto příkladu je přeladitelné měřicí jednotka 10 tvořená přeladíteIným mikrovlnným generátorem 1, který je s výhodou syntézo váný, detektorem 6 a A/D převodníkem 7. Přeladíte Iný mikrovlnný generátor 1 je zde řízen počítačem 2. Jeho řízení může být i manuální, ale v praxi bude dána přednost řízení počítačem. Přeladitelný mikrovlnný generátor .1 je svým mikrovlnným výstupem tvořícím mikrovlnný výstup přeladitelné měřicí jednotky 10 připojen na vysílací anténu 3. Vysílací anténa 3 vysílá elektromagnetický signál směrem k reflexnímu povrchu 4, kde se odráží a jako signál b je přijímán přijímací anténou 5. Cesta signálu mezi vysílací anténou 3 reflexním povrchem 4 a přijímací anténou 5 tvoří testovací kanál. Zároveň vysílací anténa 3 vysílá i elektromagnetický signál směrem k přijímací anténě 5, kterou je jako signál bref, přijat. Cesta tohoto signálu, který se neodrazil od reflexního povrchu 4, tvoří referenční kanál.
Výstup přijímací antény 5 je spojen s mikrovlnným vstupem měřicí jednotky 10, která je opatřena indikátorem mikrovlnného výkonu nebo napětí nebo proudu a vyhodnocuje interferenční signál bref+b. V uvedeném příkladu je výstup přijímací antény 5 připojen na vstup detektoru 6.
Vysílací anténa 3 vyzařuje mikrovlnný signál v podobě elektromagnetického pole směrem k reflexnímu povrchu 4, jehož vzdálenost má být změřena. Elektromagnetické pole se od reflexního povrchu 4 odráží a vstupuje do přijímací antény 5. Trasa mezi vysílací anténou 3, reflexním povrchem 4 a přijímací anténou 5 tvoři testovací kanál. Část elektromagnetického pole vyzářené z vysílací antény 3 také přímo vstupuje do přijímací antény 5 v důsledku jejich přeslechu. Tato trasa tvoří referenční kanál. Na rozdíl od stávajících řešení, kde přeslech mezi anténami zmenšuje přesnost měření a je nutno ho minimalizovat, v tomto předkládaném řešení je přeslech s výhodou využit pro realizaci referenčního kanálu. Elektrické délky testovacího a referenčního kanálu se liší o minimálně U vlnové délky. Je výhodné, pokud se ve zvoleném frekvenčním pásmu délky testovacího a referenčního kanálu liší o více celočíselných lichých násobků U vlnové délky. V přijímací anténě 5 se koherentní signály z testovacího kanálu a referenčního kanálu sloučí a vytvoří na výstupu této přijímací antény 5 výsledný interferenční signál. Výstup přijímací antény 5 je spojen se vstupem přeladitelné měřicí jednotky 10 opatřené indikátorem mikrovlnného výkonu či napětí nebo proudu.
V závislosti na vzdálenosti reflexního povrchu 4 od vysílací antény 3 a přijímací antény 5, a tím i
-3 CZ 308033 B6 na rozdílu elektrických délek referenčního a testovacího kanálu, se na některých frekvencích oba signály b a 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 minima napětí indikovaná např. detektorem. Z počtu minim ve zvoleném frekvenčním pásmu a z frekvencí jednotlivých minim lze odvodit vzdálenost reflexního povrchu. Tato minima mohou být s výhodou velmi ostrá, pokud budou amplitudy signálů b a bref přibližně stejné. Toho lze dosáhnout nastavením amplitudy signálu bref například prostřednictvím vzdálenosti mezi vysílací anténou 3 a přijímací anténou 5 a/nebo vzájemnou polohou jejich vyzařovacích diagramů, viz obr. 1. V praxi je však výhodnější minimalizovat rozměry senzoru umístěním antén blízko sebe, například ve vzdálenosti menší než vlnová délka odpovídající nejvyšší frekvenci pásma přelaďování generátoru, a nastavovat amplitudu signálu bref jednou nebo několika kovovými či dielektrickými plnými nebo děrovanými přepážkami 8 umístěnými v prostoru šíření elektromagnetického pole mezi anténami, viz obr. 2, a/nebo útlumovým materiálem mezi anténami 9, viz obr. 3, a/nebo použitím odrazného elementu 11, například v podobě jedné nebo několika kovových nebo dielektrických plošek umístěných v oblasti překrývajících se vyzařovacích diagramů obou antén, viz obr. 4. Tyto možnosti, ať už použity jednotlivě, či v různých kombinacích současně, umožňují s výhodou natvarovat frekvenční závislost přenosu referenčního kanálu tak, aby amplitudy maxim interferenčního signálu b + bref byly přibližně stejné, a aby také amplitudy minim interferenčního signálu b + bref byly přibližně stejné. Jednotlivá možná zapojení se tak liší způsobem nastavení amplitudy signálu b^ef.
Další možnou variantou zapojení bezkontaktního mikrovlnného měřiče vzdáleností od reflexního povrchu týkající se možností zobrazených na obr. 1 až obr. 4 je, že přeladitelné měřicí jednotka 10 spojená s počítačem 2 je realizována vektorovým analyzátorem obvodů 12. V tomto případě je vysílací anténa 3 spojena s jednou měřicí bránou a přijímací anténa 5 je spojena s druhou měřicí bránou vektorového analyzátoru obvodů 12. Tato varianta je finančně náročnější. Umožňuje však vzhledem k vektorovému měření aplikaci různých kalibračně korekčních metod, a tím i zpřesnění měření vzdálenosti. Příklad pro tuto variantu je uveden na obr. 5.
Rozsah měřitelných vzdáleností je vyjádřitelný pomocí vlnových délek odpovídajících frekvencím generovaným přeladitelným mikrovlnným generátorem L Minimální měřitelná vzdálenost je určena % vlnové délky, což odpovídá rozdílu délky testovacího a referenčního kanálu na nejvyšší frekvenci použitého přeladitelného generátoru 1 rovnému U vlnové délky a nulové délce referenčního kanálu.
Maximální měřitelná vzdálenost omezena není. V praktické aplikaci však není výhodné, aby délka testovacího kanálu byla oproti délce referenčního kanálu delší než několikasetnásobek vlnové délky. Důvod je ten, že v použitém frekvenčním pásmu narůstá počet minim interferenčního signálu, jejichž počet a frekvence je nutno určit. To neprakticky prodlužuje dobu měření.
Při délkách testovacího kanálu respektive měřené vzdálenosti větší než několikasetnásobek vlnové délky již v praxi nebývají požadavky na přesnost tak vysoké a hlavní výhoda interferometrické měřicí metody, spočívající právě ve vysoké přesnosti měřené vzdálenosti, postrádá na významu. Proto je výhodné pro měření těchto větších vzdáleností použít jiné mnohem rychlejší principy měření využívané např. v FM CW radarech nebo pulzních radarech.
Vlnová délka λ je určena vztahem t^c/f, kde c je rychlost světla a/je frekvence.
Jako příklady pro minimální měřitelnou vzdálenost a praktickou maximální měřitelnou vzdálenost, odpovídající např. pětisetnásobku vlnové délky, lze na různých frekvencích uvést.
Na frekvenci 1 GHz je vlnová délka 30 cm, které odpovídá minimální měřitelná vzdálenost 7,5
-4CZ 308033 B6 cm. Praktická maximální měřitelná vzdálenost je rovna 150 m.
Na frekvenci 10 GHz je vlnová délka 30 mm a odpovídající minimální měřitelná vzdálenost je 7,5 mm. Praktická maximální měřitelná vzdálenost je rovna 15 m.
Na frekvenci 100 GHz je vlnová délka 3 mm a odpovídající minimální měřitelná vzdálenost je 0,75 mm. Praktická maximální měřitelná vzdálenost je rovna 1,5 m.
Vlastnosti měřicího systému byly experimentálně testovány. Pomocí vlnovodové realizace měřicího systému ve frekvenčním pásmu 8 GHz až 12,4 GHz byla měřena vzdálenost 40 mm až 3000 mm. V rozsahu 50 mm až 500 mm byla přesnost měření lepší než 10 μιη. Při malých měřených vzdálenostech poblíž 50 mm se ve frekvenčním pásmu vyskytovalo pouze jedno minimum odpovídající rozdílu elektrických délek obou kanálů rovném právě U vlnové délky. S nárůstem měřené vzdálenosti počet minim ve frekvenčním pásmu narůstá. Větší počet minim umožňuje odstranit víceznačnost při výpočtu rozdílu elektrických délek obou kanálů, který je roven lichému násobku poloviny vlnové délky.
Při jiné možné realizaci měřicího systému byl použit vektorový analyzátor a směrové antény typu horn, viz obr. 5. Ve frekvenčním pásmu 75 GHz až 110 GHz byla měřena vzdálenost 10 mm až 1 m. V intervalu vzdáleností 10 mm až 250 mm byla přesnost měření lepší než 1 μηι.
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 například o válcování tenkých kovových folií, přesné měření výšky hladin kapalin, apod.
PATENTOVÉ NÁROKY
Claims (7)
1. Bezkontaktní mikrovlnný měřič vzdáleností v rozmezí % vlnové délky až několikasetnásobek vlnové délky od reflexního povrchu (4) obsahující přeladitelnou měřicí jednotku (10), která je opatřena indikátorem mikrovlnného výkonu nebo napětí nebo proudu, spojenou s počítačem (2), vysílací anténu (3) a přijímací anténu (5) vyznačující se tím, že vysílací anténa (3) je vstupem připojena na mikrovlnný výstup přeladitelné měřicí jednotky (10) a přijímací anténa (5) je výstupem připojena na mikrovlnný vstup přeladitelné měřicí jednotky (10), přičemž vysílací anténa (3), přijímací anténa (5) a reflexní povrch (4) jsou v takové vzájemné poloze, že přijímací anténa (5) leží ve směru šíření signálu (bref) elektromagnetického pole vyzařovaného vysílací anténou (3) a přijímací anténa (5) zároveň leží i ve směru šíření signálu (b) elektromagnetického pole vyzařovaného vysílací anténou (3) a odraženého od reflexního povrchu (4) a vyzařovací diagram přijímací antény (5) je orientován směrem k vysílací anténě (3) a reflexnímu povrchu (4), přičemž součet elektrických délek vzdálenosti mezi vysílací anténou (3) a reflexním povrchem (4) a vzdálenosti mezi reflexním povrchem (4) a přijímací anténou (5), tvořící testovací kanál je ve frekvenčním pásmu přeladění přeladitelné měřicí jednotky (10) minimálně na jedné frekvenci o U vlnové délky delší než elektrická délka vzdálenosti mezi vysílací anténou (3) a přijímací anténou (5) tvořící referenční kanál.
2. Bezkontaktní mikrovlnný měřič podle nároku 1 vyznačující se tím, že elektrické délky testovacího a referenčního kanálu se ve zvoleném frekvenčním pásmu liší minimálně o dva celočíselné liché násobky Ά vlnové délky.
-5 CZ 308033 B6
3. Bezkontaktní mikrovlnný měřič podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že mezi vysílací anténou (3) a přijímací anténou (5) je v prostoru šíření signálu (bref) elektromagnetického pole umístěná alespoň jedna kovová či dielektrická plná nebo děrovaná přepážka (8) a/nebo útlumový materiál (9) a/nebo odrazný element (11) tvořený alespoň jednou kovovou nebo dielektrickou ploškou umístěnou v oblasti překrývajících se vyzařovacích diagramů vysílací antény (3) a přijímací antény (5).
4. Bezkontaktní mikrovlnný měřič podle nároku 1 a kteréhokoliv z nároků 2 nebo 3 vyznačující se tím, že vzdálenost mezi vysílací anténou (3) a přijímací anténou (5) je menší než vlnová délka odpovídající nejvyšší frekvenci pásma přelaďování přeladitelné měřicí jednotky (10).
5. Bezkontaktní mikrovlnný měřič podle nároku 1 a kteréhokoli z nároků 2 až 4, vyznačující se tím, že přeladíteIná měřicí jednotka (10) je tvořena přeladitelným mikrovlnným generátorem (1), jehož mikrovlnný výstup je připojen na vstup vysílací antény (3), a detektorem (6), jehož vstup je připojen na výstup přijímací antény (5) a jehož výstup je spojen se vstupem A/D převodníku (7), který má výstup spojen s počítačem (2) propojeným s přeladitelným mikrovlnným generátorem (1).
6. Bezkontaktní mikrovlnný měřič podle nároku 5, vyznačující se tím, že přeladitelný mikrovlnný generátor (1) je syntézo váný.
7. Bezkontaktní mikrovlnný měřič podle nároku 1 a kteréhokoli z nároků 2 až 4, vyznačující se tím, že přeladitelná měřicí jednotka (10) je tvořena vektorovým analyzátorem obvodů (12) a vysílací anténa (3) je vstupem připojena na jednu měřicí bránu vektorového analyzátoru obvodů (12), na jehož druhou měřicí bránu je připojen výstup přijímací antény (5).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2018-484A CZ2018484A3 (cs) | 2018-09-19 | 2018-09-19 | Bezkontaktní mikrovlnný měřič vzdálenosti od reflexního povrchu v rozmezí 1/4 vlnové délky až několikasetnásobek vlnové délky |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2018-484A CZ2018484A3 (cs) | 2018-09-19 | 2018-09-19 | Bezkontaktní mikrovlnný měřič vzdálenosti od reflexního povrchu v rozmezí 1/4 vlnové délky až několikasetnásobek vlnové délky |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ308033B6 true CZ308033B6 (cs) | 2019-11-06 |
| CZ2018484A3 CZ2018484A3 (cs) | 2019-11-06 |
Family
ID=68384111
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2018-484A CZ2018484A3 (cs) | 2018-09-19 | 2018-09-19 | Bezkontaktní mikrovlnný měřič vzdálenosti od reflexního povrchu v rozmezí 1/4 vlnové délky až několikasetnásobek vlnové délky |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ2018484A3 (cs) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4238795A (en) * | 1977-10-27 | 1980-12-09 | U.S. Philips Corporation | Microwave range measuring system for measuring the distance of an object |
| US4862061A (en) * | 1986-12-24 | 1989-08-29 | General Electric Company | Microwave proximity sensor |
| EP2031417A1 (de) * | 2007-08-30 | 2009-03-04 | Balluff GmbH | Mikrowellen-Näherungssensor und Verfahren zur Bestimmung des Abstands zwischen einem Zielobjekt und einem Messkopf eines Mikrowellen-Näherungssensors |
| EP2031416A1 (de) * | 2007-08-30 | 2009-03-04 | Balluff GmbH | Mikrowellen-Näherungssensor und Verfahren zur Ermittlung des Abstands zwischen einem Messkopf und einem Zielobjekt |
| CZ302714B6 (cs) * | 2010-07-02 | 2011-09-14 | Ceské vysoké ucení technické v Praze Fakulta elektrotechnická | Bezkontaktní mikrovlnný meric malých diferencí vzdálenosti od reflexního povrchu |
-
2018
- 2018-09-19 CZ CZ2018-484A patent/CZ2018484A3/cs unknown
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4238795A (en) * | 1977-10-27 | 1980-12-09 | U.S. Philips Corporation | Microwave range measuring system for measuring the distance of an object |
| US4862061A (en) * | 1986-12-24 | 1989-08-29 | General Electric Company | Microwave proximity sensor |
| EP2031417A1 (de) * | 2007-08-30 | 2009-03-04 | Balluff GmbH | Mikrowellen-Näherungssensor und Verfahren zur Bestimmung des Abstands zwischen einem Zielobjekt und einem Messkopf eines Mikrowellen-Näherungssensors |
| EP2031416A1 (de) * | 2007-08-30 | 2009-03-04 | Balluff GmbH | Mikrowellen-Näherungssensor und Verfahren zur Ermittlung des Abstands zwischen einem Messkopf und einem Zielobjekt |
| CZ302714B6 (cs) * | 2010-07-02 | 2011-09-14 | Ceské vysoké ucení technické v Praze Fakulta elektrotechnická | Bezkontaktní mikrovlnný meric malých diferencí vzdálenosti od reflexního povrchu |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ2018484A3 (cs) | 2019-11-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9228826B2 (en) | Apparatus and method for contactless thickness measurement | |
| CA3062502C (en) | Method and device for measuring a layer thickness of an object | |
| US10088512B2 (en) | Vector network analyzer | |
| US10379216B2 (en) | Positioning system | |
| KR20150034091A (ko) | 매질 경계의 위치 계측 시스템 | |
| JP5952168B2 (ja) | 液位測定装置 | |
| CZ308033B6 (cs) | Bezkontaktní mikrovlnný měřič vzdálenosti od reflexního povrchu v rozmezí 1/4 vlnové délky až několikasetnásobek vlnové délky | |
| RU2584975C1 (ru) | Способ автоматического совмещения продольной оси летательного аппарата с осью взлетно-посадочной полосы | |
| Hoffmann et al. | Contactless distance measurement method | |
| Räisänen et al. | Measurements of high-gain antennas at THz frequencies | |
| RU2488838C2 (ru) | Способ измерения коэффициента отражения свч нагрузки | |
| JPH1010173A (ja) | アンテナ特性評価方法及び装置 | |
| CZ2011547A3 (cs) | Bezkontaktní mikrovlnný meric vzdálenosti reflexního povrchu | |
| Hoffmann et al. | Microwave interferometric method for metal sheet thickness measurement | |
| US3757330A (en) | Microwave interferometers | |
| JP2007033093A (ja) | アンテナ遅延測定方法 | |
| RU2584260C1 (ru) | Радиоизмерительная установка для измерения эффективной поверхности рассеяния объектов | |
| CZ302714B6 (cs) | Bezkontaktní mikrovlnný meric malých diferencí vzdálenosti od reflexního povrchu | |
| Baskakova et al. | Investigation of waveguide sensors for ultra-short-distance measurements | |
| RU2569581C2 (ru) | Микроволновый одноканальный радиоинтерферометр с волноведущим зондирующим трактом | |
| JPS5826282A (ja) | マイクロ波測距装置 | |
| CZ21247U1 (cs) | Bezkontaktní mikrovlnný měřič malých diferencí vzdálenosti od reflexního povrchu | |
| CZ23160U1 (cs) | Bezkontaktní mikrovlnný měřič vzdálenosti reflexního povrchu | |
| Hoffmann et al. | Simple sensors for ultra-short distance measurements | |
| EP3985348A1 (en) | Device and method for testing thickness of a wall of a dielectric tubular object |