FI78183B - Foerfarande och anordning foer maetning av ett avstaond till ett objekt. - Google Patents

Description

78183

Menetelmä ja laite etäisyyden mittaamiseksi kohteeseen 5 Keksintö koskee patenttivaatimuksen 1 johdanto-osassa esitettyä menetelmää etäisyyden määräämiseksi kohteeseen, erityisesti säiliössä tai vastaavassa olevan nesteen tai muun virtaavan aineen pintaan.

Lisäksi keksintö koskee vaatimuksen 10 johdanto-osan 10 mukaista laitetta sellaista etäisyys- ja pintamääritystä varten.

Kaikki terminologia, mitä tässä on käytetty mikroaaltotekniikan yhteydessä, on määritelmien puolesta esitetty julkaisussa ISO Standard, Publication 615: "Terminology for microwave apparatus" Geneve, Sveitsi 1976.

15 Edellä esitettyyn tarkoitukseen voidaan käyttää seuraa- via menetelmiä, jotka perustuvat sähkömagneettisten aaltojen säteilyyn.

Pulssi-tutka

Signaalit lähetetään lyhyinä pulsseina. Vastaanotetut 20 signaalit muodostuvat joukosta pulsseja, jotka vastaavat kaikuja eri etäisyyksiltä. Signaalikäsittely muodostuu kaiku-- . pulssien aika- ja amplitudimäärityksistä, mikä vaatii hyvin nopeita piirejä. Erotus tulee sitä paremmaksi, mitä lyhy-empi pulssipituus τ on. Uutta pulssia ei voida lähettää, 25 ennenkuin kaikki merkitsevät kaiut ovat tulleet takaisin.

Jos lähetettyjen pulssien välinen aika on T, on lähettimen huipputehon ja keskitehon välinen suhde T/t . Jotta puls-: sit eivät vääristy, täytyy tutkalla olla kaistaleveys ~1/t .

"Chirp"-tutka 30 Tämä tutkatyyppi eroaa pulssi-tutkasta vain tavassa, miten pulssi synnytetään ja todetaan. Lähetetty signaali on ajaltaan pitempi, mutta on taajuusmoduloitu siten, että taajuus kulkee matalimmasta korkeimpaan taajuuteen, tai päinvastoin, pulssispektrissä. Vastaanottimessa kulkee se 35 signaalisovitetun suotimen ("matched filter") läpi, joka viivyttää matalia taajuuksia korkeiden suhteen ja tiivistää -h' signaalin saman pituiseksi pulssiksi kuin pulssitutkassa, jolla on sama erotusvaatimus. Tiivistyksen jälkeen on 2 78183 signaalikäsittely sama kahdelle systeemille. "Chirp"-tutka vaatii pienemmän huipputehon kuin pulssitutka, mutta vaatii sitävastoin signaalisovitetun suotimen.

FK-tutka 5 Tässä tutkatyypissä on lähtetyllä signaalilla vakio amplitudi. Se taajuusmoduloidaan lineaarisesti ja periodi-sesti matalimmasta korkeimpaan taajuuteen kaistalla, tai päinvastoin, samalla tavalla kuin "Chirp"-tutkassa, mutta taajuuspyyhkäisy voi tässä ottaa pitemmän ajan. Osa lähe-10 tetystä signaalista haaroitetaan ja käytetään paikallis-oskillaattorisignaalina vastaanotinsekoitusta varten, jossa heijastettu signaali sekoitetaan tähän signaaliin. Johtuen heijastetun signaalin aikaviiveestä saadaan erotustaa-juus, joka on verrannollinen etäisyyteen heijastuspistee-15 seen. Erilaiset heijastusvirikkeet näkyvät vastaanotetussa signaalissa määrättyinä taajuuskomponentteina, jotka voidaan erottaa suodinta käyttäen.

Vastaanotetun signaalin analyysi tapahtuu suodinsarjan avulla tai yhden tai useamman viritettävän suotimen (spekt-20 rianalysaattorin) avulla. Vastaanotin voidaan konstruoida pienellä kaistaleveydellä, mutta pyyhkäisyajan täytyy silloin olla lyhyt, koska sekoitustaajuuden tulee olla sillä : alueella, missä vastaanottimen häiriötekijä on alhainen.

Ref lektometri 25 Tässä menetelmässä mitataan heijastuskerroin p = re^ ; antennille kyseisellä taajuusalueella. Tässä on r heijas- -:· tuskertoimen moduli (amplitudi), ja ψ sen vaihe, kun taas e on luonnollisen logaritmin kantaluku ja j = /-T . käytännössä mitataan heijastuskerroin p(f), jossa f on oitta-30 ustaajuus, joukolle diskreettejä taajuuksia, jotka on tasaisesti jaettu taajuusalueelle. Hittaustiedot menevät mikroprosessoriin, mahdollisesti toiseen tietokoneeseen, missä suoritetaan p(f):n fourier'n muunnos taajuustasolta aikatasolle. Tulokseksi tulee aikafunktio, joka vastaa heijas-35 tettua signaalia pulssitutkasysteemissä. Tästä syystä voidaan reflektoinetrimenetelmään perustuvalle systeemille an-taa nimitys syntetisoitu pulssitutkasysteemi. Signaali ei ‘ kuitenkaan ole tosiajassa, mutta tietomuodossa, ja tällä on 3 78183 suuret edut jatkuvassa signaalianalyysissä.

Tämä keksintö käyttää reflektometriperiaatetta joidenkin erikoisten signaalinsynnyttämis- ja käsittelymenetelmien yhteydessä, jotka antavat pinnanmittaussysteemille pa-5 remman tarkkuuden ja suuremman joustavuuden kuin olemassaolevat menetelmät, ja aikaansaavat muitakin etuja, joita kuvataan seuraavassa.

Reflektometrimenetelmään perustuva systeemi ei voi toimia tosiajassa, kuten edellä on esitetty. Silloin on luon-10 nollista käyttää digitaalista systeeminkäsittelyä, ja tämä aiheuttaa joukon ominaisia piirteitä systeemille. Täjrtyy käyttää diskreettiä fourier'n muunnosta (DFT), ja edullisesti tasavälisillä taajuuksilla, jos käytetään nopeita DFT-algoraetrejä, kuten FFT ("Fast Fourier Transform").

15 Koska taajuuksien välinen etäisyys tässä tasavälisessä menetelmässä on Af, on heijastuskertoimen p(f) aikakuvaaja diskreetin fourier'n muunnoksen läpi jaksollinen jaksolla

A

T = -JY . Heijastuskertoimen p(f) kaksi virikettä aikaviiveillä r-| jaT2 näkyvät samassa kohdassa aikakuvaajalla, 20 jos |T2 - T., | = nT, jossa n on kokonaisluku (n = 0,1,2,...). Tästä syystä on ensiksi välttämätöntä valita T niin suurek-. . si, että aikaviiveen T suurin arvo Tjjjax, joka voi esiintyä :;v kyseisellä mittausalueella, on pienempi kuin T. Lisäksi täytyy T valita niin suureksi, ettei minkään virikkeen, jo·^ 25 ka on kyllin voimakas häiritsemään mittaustulosta, aikavii-: V veet ole suurempia kuin T.

v Systeemin yksinkertaistus voidaan saavuttaa mittaamal la ainoastaan kompleksisen heijastuskertoimen p(f) reaalinen osa, reaaliosa Re -[p(f) j , tai imaginäärinen osa, ima-30 ginääriosa Im |p(f)}. Kun vertailusignaalin, johon antennista lähtenyttä heijastettua signaalia verrataan, vaihe - - asetetaan arvoon 0, antaa aikaviiveellä T varustettu ; heijastettu signaali heijastuskertoimeen p(f) virikkeen, joka on verrannollinen arvoon e~Ö27Tfr t Tämän virikkeen 35 reaaliosa on Re £e*"<527rfr}_ cos(2Trfv) = 1/2 [Θ^π^τ+ β“^7Γ^τ3, mikä merkitsee sitä, että esiintyy yhtä suuri virike aika-viiveillä T ja -T. Diskreetin fourier'n muunnoksen edel-’ lämainitun jaksollisuuden johdosta esiintyy aikaviiveellä 4 78183 -T saatu virike myös aikaviiveellä T-T · Tämä merkitsee sitä, että kun vain reaaliosa tai imaginääriosa heijastus-kertoimesta p(f) mitataan, täytyisi T valita niin suureksi, että aikaviiveen T suurin arvo T^ax, joka voi esiintyä ky-5 seisen mittausalueen sisäpuolella, on pienempi kuin T/2.

Haittana mitattaessa etäisyyttä kohteeseen vapaasti-seisovan antennin avulla, on se, että heijastettu signaali heikkenee huomattavasti etäisyyden kohteeseen kasvaessa. Tasaisen pinnan ollessa kysymyksessä on heijastuneen sig-10 naalin amplitudi kääntäen verrannollinen etäisyyteen antennista, kun etäisyys on yli tietyn minimiarvon, kun taas kai-kuamplitudi pienen kulmalaajuuden omaavalla kohteella on kääntäen verrannollinen etäisyyden neliöön. Hain on tilanne, kun aine antennin ja mittauskohteen välillä on häiriö-15 töntä sähkömagneettisen aaltoleviämisen puolesta. Jos sähkömagneettiset aallot vaimenevat voimakkaasti aineen ominaisuuksien johdosta, niin vastaanotetun signaalin amplitudi heikkenee voimakkaammin etäisyyden mukana kuin edellä on esitetty. Ongelmia digitaalisessa signaalinkäsittelyssä 20 syntyy erityisesti silloin, kun haluttu signaali muodostaa vain hyvin pienen osan koko signaalista. Silloin vaaditaan : suurta erotusta, eli monia lukuja signaalin digitaalisessa '-V kuvaajassa.

; ; Huomattava parannus aikaansaadaan tämän keksinnön avul- ; ; 25 la siten, että sen sijaan että käytettäisiin antennin sisään- : tuloheijastuskertoimen arvoja suoraan fourier'n muunnokses- sa, muodostetaan ensiksi heijastuskertoimen funktio, joka on sovitettu kyseiseen mittaustilanteeseen, minkä jälkeen tämän funktion arvot fouriermuunnetaan.

50 mitattaessa tasaista pintaa pienen vaimennuksen omaa van väliaineen läpi, on esim. tämä optimaalinen funktio heijastuskertoimen p(f) derivaatta taajuuden suhteen, p'(f)= , minkä seuraava laskelma osoittaa.

Jos laitamme, että F {::} koskee x:n fourier'n muunnel-35 maa, ja meillä on ·. Ϊ {pii)} =Η(τ) (1) niin on {p'Ct)} - τ·=(τ) . (2) 5 78183 Tästä näemme, että käyttämällä p(f):n derivaattaa suuremmalta etäisyydeltä tulevaa virikettä painotetaan pienemmältä etäisyydeltä tulevaan virikkeeseen verrattuna, ja se on verrannollinen tähän etäisyyteen. Suurella etäisyy-5 dellä olevasta tasaisesta pinnasta tuleva heijastusvirike on silloin riippumaton antennin etäisyydestä.

käytännössä ei tässä tapauksessa mitata p'(f), väen heijastuskertoimien ero Ap(f), joka esiintyy mitattaessa p(f) pienen etäisyyden f^ päässä olevilla kahdella taajuu-10 della ja vähennetään arvot: ap(f) = p(f + |i) - p(f - fi) (3) Tämä täytyy tehdä analogiselta pohjalta, jos saavutetaan digitaalisen erotuksen edellä mainittu vähennys.

Differentiaalisen heijastuskertoimen tai sen reaalisen 15 tai imaginäärisen osan mittaamiseksi voidaan menetellä seu-raavalla tavalla: Kikroaaltosignaali antennin tulopäätteel- lä vaihtelee etäisyydellä 6f olevien taajuuksien välillä, fl = f - if ja f2 = f + if» jossa f on mittaustaajuus, Signaali, joka heijastetaan antennipäätteestä, kulkee ilmai-20 sinniiriin, jonka lähtöjännite V on suhteellinen esim. ae (pj kanssa. Kun taajuus vaihtelee välillä fi ja f2 , V vaihtelee välillä V1 /V He/p(fl)} ja Y2 ~Ke { p(f2)} . Jännite AV = V2 - V1 on silloin mitta lausekkeelle Re {p (f2)} - He [p(fi)} . Samalla tavalla voidaan muo- 25 dostaa korkeampia eroja antamalla taajuuden vaihdella n arvon f 1, f2, ... fn välillä ja ottamalla sopiva lineaarinen kombinaatio vastaavista ilmaisujännitteistä V1, V2, ... Vn.

Jotta saavutetaan suuri tarkkuus pinnanmäärityksessä tällä keksinnöllä, on välttämätöntä tuntea suurella tark-30 kuudella ne taajuudet, joilla antennin sisääntuloheijastuskertoimen funktion arvot ovat olemassa, mittaustaajuudet. Periaatteessa tämä voi tapahtua siten, että yksinkertaiset mittaustaajuudet syntetisoidaan, tai mitataan esim. taajuus-laskimella, jolla on riittävä tarkkuus. Nämä menetelmät 35 tulevat kuitenkin olemassaolevalla tekniikalla kalliiksi ja aikaavaätiviksi, ja seuraava menetelmä valitaan siinsi tässä keksinnössä.

Kikroaaltosignaali synnytetään jänniteohjatulla oskil- 6 78183 laattorilla (VCO), ja ohjaus jännite vaihtelee siten, että taajuus kasvaa tai pienenee lähes lineaarisesti ajan mukana. Mittaukset voidaan silloin tarkoituksenmukaisesti suorittaa tasaisin aikavälein. Signaali jaetaan kahteen osaan, joista toinen osa käytetään impedanssielementin mittauksiin, vertailuimpedanssi, joka impedanssi on taajuuden tunnettu funktio. Tämän vertailuimpedanssin mittaus suoritetaan samoilla taajuuksilla tai osalla samoja taajuuksia, joilla synnytetyn mikroaaltosignaalin toista osaa käytetään antennin mittaukseen.

Jos vertailuimpedanssin heijastuskerroin pr mittaustaa-juudella nr. k, fjc on pr\r, on fk yhtälön ratkaisussa:

Prk = Pr^k) (4) jossa ρ-ρ(ί) on heijastuskertoimen pr tunnettu taajuuskulku.

Periaatteessa täytyy silloin taajuuden f olla pr:n yksiselitteinen funktio koko kyseisellä mittaustaajuusalueella.

Jos leuitenkin etukäteen on tunnettua, että f^ on kahden taajuuden fa ja f·^ välillä, joiden etäisyys on pienempi kuin mittaustaajuusalue, on riittävää, että f on pr:n yksiselitteinen funktio taajuusalueella fa - f^ .

Tässä taajuusmittausmenetelmässä eivät mittaustaajuudet yleensä tule tasaetäisyydelle, ja tarkoituksenmukaisia interpolointimenetelmiä käytetään, kun halutaan tasavälistä mittaustaajuussarjaa, esim. kuten edellä on mainittu, FFT-algoritmissa. Edellä on edellytetty, että kohde, johon etäisyyttä mitataan, on paikallaan. Jos kohde liikkuu, esim. kuten nestepinta säiliössä, jota täytetään tai tyhjennetään, voi syntyä mittausvirheitä.

Edellytämme, että mittaus tapahtuu taajuusalueella (fQ - ΔF/2, f0 + δ?/2), eli taajuuskaistalla, jonka leveys on ΔΡ keskitaajuuden f0 ympärillä, ja että mittauksen suorittamiseen kuluva aika on T0. Jos mitattava etäisyys muuttuu arvosta h-) arvoon h2 mittausajan T0 kuluessa, niin hei-jasiuskertoimen vaihe muuttuu arvosta (p-j = 4tt (f0-AP/2)h-|/c arvoon ip 2 = 4 TT (f o +AP/2)h2/c (jossa c on valonopeus· antennin ja mitattavan kohteen välisessä väliaineessa) siinä tapauksessa, että mittaus tapahtuu kohoavilla taajuusar-voilla.

Ί 78183

Vaihemuutos on silloin: Δφ = ^2-^1 = 27TAF + 4rTf0 b2' -~-bl (5) Tätä on silloin verrattava etäisyydellä h paikallaan

V

olevaan kohteeseen, mistä tulee 4TT&F — sijoitettaessa yh-

V

5 tälöön (5) h^ = h£ = h. Näennäinen etäisyys liikkuvaan kohteeseen annetaan silloin kaavalla: h = + £° ( h2 . hl) = hm + £° (h2 _hl) (6)

2 Δ F AF

Tässä on keskietäisjrys hm = (hi+h2)/2 luonnollinen 10 määrittely etäisyydelle liikkuvaan kohteeseen, kun taas lisäys saa kaavan (f0/hF)(h2 - h-j).

Jos esim. f0/aF on 10, ajankohtainen arvo, syntyy mittausvirhe, joka on 10 kertaa niin suuri kuin se etäisyys, jonka kohde liikkuu sinä aikana, kun mittaus tapahtuu, 15 Tämä virhe voidaan eliminoida suorittamalla lisäksi mittaus, joss taajuus laskee arvosta f0 +aF/2 arvoon f0 +aF/2 mittausajan T0 kuluessa. Kun kohde liikkuu tasaisella nopeudella, antaa viimeksimainittu mittaus virheen, jolla on sama absoluuttinen arvo kuin ensinmainitulla, mutta vastak-20 kainen etumerkki. Ottamalla keskiarvo kahdesta mittauksesta saadaan etäisyys, joka vastaa kohteen etäisyyttä koko mittausjakson keskikohdalla.

Keksinnön mukainen menetelmä ja laite on tunnettu patenttivaatimuksissa 1 ja 10 esitetyistä tunnusmerkeistä. Menetel-V 25 mää ja laitetta kuvataan seuraavassa lähemmin viittaamalla kuvioihin 1-6, jotka esittävät esimerkkejä systeemimuo-doista.

Kuvio 1 esittää kaaviollisesti sellaisen mittaussysteemin rakennetta, joka perustuu keksinnön mukaiseen mene-50 telmään, sekä 4 perusyksikköä. Nämä käsittävät antennin 11, mittausyksikön 12, kanavayksikön 13 ja valvontakeskuksen 14. Sitä tapausta varten, että mittauskohde on säiliössä 15 olevan nestetilavuuden 16 yläpinta 17, on antenni 11 sijoitettu säiliön yläosaan.

35 Kuviot 2-4 esittävät lohkokaaviomuodossa joitakin esi merkkejä mittausyksikön 12 toteutuksesta.

Kuvio 5 esittää lohkokaaviomuodossa reflektometrin mahdollista toteutusta ja kuvio 6 esittää signaalinkäsittely-yksikön laskentamenetelmän pääkulkua kuvaavan periaatekaavion.

8 78183

Mittausyksikössä 12 synnytetään mikroaaltosignaali mikroaaltogeneraattorilla 18, joka voi olla jänniteohjattu oskillaattori ja se jaetaan tehonjakajassa 19 kanavassa A olevan antenni-mittausyksikön 20 ja kanavassa B olevan lca-5 lihrointiyksikön 21 kesken. Ohjausjännite mikroaaltogene-raattoriin 18 tulee, mittaustaajuusohjausyksiköstä 22, joka huolehtii siitä, että signaali läpikäy sarjan ominaismitta-ustaajuuksia. Jotta synnytetään sellainen sarja taajuuksia lainkin mittaustaajuuden ympärille, joka on tarpeen antennin 10 heijastuskertoimen kyseisen funktion muodostamiseksi, luovutetaan ohjausjännitteeseen lisäjännite, joka tulee funk-tionohjausyksiköstä 23. Tämä jännite menee myös ilmaisin-yksikköihin 24A ja 24B siten, että kustakin taajuudesta tuleva virike voi saada halutun painotekijän.

15 Kuviossa 3 esitetty järjestelmäratkaisu eroaa kuviossa 2 esitetystä siinä tavassa, miten taajuussarja kunkin mit-taustaajuuden ympärillä synnytetään. Ohjatun vaihesiirti-men 26 avulla voidaan mikroaaltosignaalin vaihetta lisätä arvolla ψ ajan T kuluessa. Mikroaaltosignaalin taajuus kas- 20 vaa silloin arvolla Δΐ = ν'/T. Muuttamalla tekijää y/ja/tai : T voidaan taajuuslisäykselle antaa erilaisia arvoja, ja ha- - luttu taajuussarja synnytetään. Ei ole kuitenkaan välttä mätöntä, että vaihe lisääntyy lineaarisesti ajan T kulues-sa, vaan vaihe voi esim. lisääntyä yhdessä tai useammassa 25 hyppäyksessä, niin että tavallista monivaihemodulaattoria voidaan käyttää.

Kuviossa 4 esitetty järjestelmäratkaisu eroaa kuviossa 3 esitetystä siten, että käytetään kahta ohjattua vaihesiir-rintä 27A ja 27B, jotka valloittavat vain niihin signaalei- 50 hin, jotka menevät antenniin, tai vertailuimpedanssiiii.

Silloin on mahdollista käyttää erilaisia yhtälöitä A- ja B-kanavalle.

• - Antenni-mittausyksikkö 20 ja taajuuden kalibrointiyk- sikkö 21 voidaan toteuttaa reflektometrinä. Kuten kuviosta 35 5 käy ilmi, tehojakajasta 19 tuleva mikroaaltosignaali menee uuteen tehojakajaan 30. Osa signaalista menee vertailusig-naalina (paikallisoskillaattorisignaälina) sekoittimeen 32, kun taas osa signaalista menee dupleksilaitteeseen 31. Dupleksilaitteesta lähetetään signaali mitattavaa impedans- 9 78183 siä vastaan, heijastettu signaali lähetetään dupleksilait-teesta sekoittimeen 32, jossa se sekoitetaan vertailusignaa-liin, jolloin syntyy matalataajuinen signaali, joka menee ilmaisinyksikköön 24 (24A ja 24B).

5 Havaitut signaalit kanavassa A (antennimittausyksikös- tä 20) ja kanavassa B (taajuuskalibrointiyksiköstä 21) muotoillaan kanavayksikössä 13 analogisesta digitaaliseen muotoon ja tallennetaan tietorekisteriin tietojenkäsittely-yksikössä 28, siten että'kahden kanavan mittaustulokset ovat 10 tietokonemuodossa niiden edelleenkäsittelemiseksi signaalinkäsittely-yksikössä 29.

Kuviossa 6 esitettyä periaatekaaviota kuvataan lähemmin seuraavassa.

Tietojenkäsittely-yksiköstä 31 tulevana ovat antennin 15 heijastuskertoimen kyseisen funktion arvot lopullisena määränä diskreettejä taajuuksia tietyn taajuusalueen sisällä kanavassa A ja vertailuimpedanssin heijastuskertoimen kyseisen funktion arvot samoina mittaustaajuuksina, tai osana, niistä kanavassa B.

20 Kanavasta B tulevista tiedoista lasketaan mittaustaa- — juus (f) taajuudenlaskemislaitteessa 33. Nämä taajuudet käytetään hyväksi interpolointilaitteessa 34, jotta löyde-tään kanavan A kyseisen funktion arvot annetulla sarjalla taajuuksia, jotka on sovitettu seuraavaan signaalikäsitte-25 lyyn, siinä tapauksessa, että tämä taajuussarja ja mittaus-taajuudet eivät osu yhteen. Nämä funktioarvot saatetaan siten fourier'n muunnokseen, minkä jälkeen suoritetaan mit-tauskohteen virikkeen erottaminen sekä etäisyyslaskelmat 36 signaalisovitetuilla laitteilla ja etukäteen tallenne-30 tuilla mittausvälitieaoilla.

Edellä mainitut mittaukset ja laskelmat suoritetaan kahdelle mittaussekvenssille nopeassa järjestyksessä, toinen nouseville mittaustaajuusarvoille, toinen laskeville, siten että ottamalla keskiarvo etäisyyslaskemisessa 36 eli-35 minoidaan virhe, joka voisi johtua mittauskohteen etäisyyden tasaisesta muuttumisesta mittausajan kuluessa.

Signaalinkäsittely-yksikön 29 etäis^/yslaskelmasta 36 t 10 781 83 on saatavissa tieto kalibroidusta etäisyydestä lähellä antennia olevasta etukäteen määrätystä heijastuspisteestä mit-tauskohteeseen.

Valvontakeskuksessa 14 suoritetaan mittaustapahtumien 5 ja systeemin muiden yksiköiden tarkkailu ja ohjaus, samalla kun käyttäjän tarvitsemat muut luonteenomaiset tiedot johdetaan kanavayksikössä 13 olevasta signaalinkäsittely-yksiköstä, sekä taulukoista, muista laskentayksiköistä, valvontalaitteista jne.

10 Valvontakeskusta 14 voidaan yleisesti käyttää useita kanavayksikköjä varten, siten että syklisesti toimivien valvonta- ja multipleksilaitteiden avulla, jotka on kytketty kanavayksikön ja valvontakeskuksen väliin, suoritetaan ajanjako kanavayksikköjen kesken, jotka on kytketty 15 rinnakkain multipleksilaitteeseen.

Edellä laivatulla tavalla voidaan kanavayksikköä 13 käyttää useita mittausyksikköjä varten multipleksilaitteen avulla, joka on kytketty mittausyksikön ja kanavayksikön välille, tai mahdollisesti voidaan kanavayksikön signaalin-20 käsittely-yksikköä 29 käyttää useita tietojenkäsittely-yksikköjä varten, jotka kaikki on kytketty mittausyksik-köönsä, ja tämä multipleksilaitteen avulla, joka on kytket-V: ty tietojenkäsittely-yksikköjen ja signaalinkäsittely-yksi- kön väliin.

Claims (14)

1. Menetelmä etäisyyden mittaamiseksi kohteeseen, erityisesti etäisyyden mittaamiseksi säiliössä tai vastaavassa olevan nesteen tai muun virtaavan aineen pintaan, josöa pintaa kohti suunnattu antenni sijoitetaan välimatkan päähän pinnasta, synnytetään valittavalla taajuudella va-10 rustettu mikroaaltosignaali, josta osa käytetään vertailu-signaalina, kun taas osa syötetään antenniin ja lähetetään tästä pintaa kohti, jolloin pinta ja muut läsnäolevat kohteet valloittavat antennin sisääntuloimpedanssiin ja siihen kuuluvaan sisääntuloheijastuskertoimeen aiheuttamalla etäi-15 syydestä riippuvia virikkeitään tähän heijastuskertoimeen, tunnettu siitä, että muodostetaan antennin sisääntulohei jastuskertoimen funktio yhdistelmänä heijastusker-toimen arvoista kahdella tai useammalla taajuudella ominais-mittaustaajuuden ympärillä olevalla välillä siten, että tie-20 tyllä etäisyydellä olevista kohteista tulevaa valloitusta mainittuun funktioon korostetaan muilla etäisyyksillä olevista kohteista tulevaan valloitukseen verrattuna, että suoritetaan fourier'n muunnelma sarjasta tämän funktion arvoja annetulla sarjalla mittaustaajuuksia, jolloin yksittäisten 25 kohteiden valloitus funktion fourier'n muunnelmaan erotetaan johtuen niiden erilaisesta etäisyydestä antennista,ja että kiinteät valloitukset muista kohteista eliminoidaan, koska mii-den vaikutus funktion fourier'n muunnelmaan on ennestään tunnettu, ja että pinnan vaikutus siten erotetaan johtuen sen voimak-30 kuudesta ja/tai sijainnista, minkä avulla määritellään etäisyys pintaan.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, t u n -n e t t u siitä, että mitattaessa tasaista pintaa kyseinen funktio muodostetaan antennin sisääntuloheijastusker-35 toimen differentiaalina tai tämän kompleksisen differentiaalin reaali- tai imaginääriosana, jolloin mainittu differentiaali määritellään derivaattana heijastuskertoimen taajuuden suhteen tai heijastuskertoimen arvojen välisenä erona, 12 781 83 jotka arvot on saatu ominaismittaustaajuuden ympärillä olevalla välillä sijaitsevilla kahdella läheisellä taajuudella.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, t u n -5 n e t t u siitä, että mitattaessa pienen kulmalaajuuden antennin sädeleveyden suhteen omaavaa kohdetta kyseinen funktio muodostetaan antennin sisääntuloheijastuskertoimen toisen kertaluvun differentiaalina tai tämän kompleksisen toisen kertaluvun differentiaalin reaali- tai imaginääri-10 osana, jolloin mainittu toisen kertaluvun differentiaali määritellään toisena derivaattana heijastuskertoimen taajuuden suhteen tai heijastuskertoimen arvojen vastaavana lineaarisena kombinaationa, jotka arvot on saatu ominaismittaus-taajuuden ympärillä olevalla välillä sijaitsevalla kolmella 15 läheisellä taajuudella.

4. Patenttivaatimuksien 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mitattaessa kohteita, jotka on ympäröity väliaineella, jossa sähkömagneettiset aallot vaimenevat voimakkaasti etäisyyden mukana, kyseinen funktio 20 muodostetaan antennin sisääntuloheijastuskertoimen eri kertalukujen differentiaalien yhdistelmänä, sovitettuna parhaalla mahdollisella tavalla kyseiseen vaimennusfunktioon, tai kompleksisten differentiaalien tämän yhdistelmäni reaaliosana tai imaginä.äriosana, jolloin n:nen kertaluvun dif-; 25 ferentiaali määritellään antennin sisääntuloheijastusker toimen n:nen kertaluvun derivaattana tai heijastuskertoimen arvojen vastaavana lineaarisena kombinaationa, jotka arvot on saatu ominaismittaustaajuuöen ympärillä olevalla välillä sijaitsevalla n+1:llä läheisellä taajuudella.

5. Patenttivaatimuksien 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että antennin sisääntuloheijastuskertoimen kyseisen funktion arvot saadaan lopullisella määrällä diskreettejä mittaustaajuuksia rajoitetun taajuusalueen sisällä, minkä jälkeen suoritetaan funktioarvojen 35 diskreetti fouriern muunnos, jolloin mittaustaajuuksien lukumäärä ja niiden välinen etäisyys valitaan siten, että tarkoitettu mittaustarkkuus saavutetaan ja että mittaustulos on yksiselitteinen kyseisen mittausalueen sisällä. 13 781 83

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä siinä tapauksessa, jossa mittaustaajuudet, joilla antennin sisään-tuloheijastuskertoimen kyseisen funktion arvot saadaan, eivät ole tarkalleen tunnettuja, kun mittaus suoritetaan, 5 tunnettu siitä, että mittaustaajuuksia valitaan riittävän tiheästi, jotta funktioarvot voidaan laskea vä-lissäolevilla taajuuksilla, niin että heijastuskertoimen kyseisen funktion arvot sopivasti valittua, taajuudesta-riippuvaa impedanssielementtiä, vertailuimpedanssia, var-10 ten otetaan samoilla taajuuksilla, tai osalla niitä, ja että mittaustaajuudet määrätään vertailuimpedanssin mittauksista, minkä jälkeen antennin sisääntuloheijastuskertoimen funktion arvot lasketaan toisella sarjalla taajuuksia, jotka on sovitettu seuraavaan signaalikäsittelyyn.

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tun nettu siitä, että mittausjakso kyseisen funktion arvojen hankkimiseksi läpikäydään kaksi kertaa lyhyellä aikavälillä, toinen kerta nousevilla mittaustaajuusarvoilla ja toinen kerta laskevilla mittaustaajuusarvoilla, jotta si-20 ten eliminoidaan virhe, joka johtuu mittauskohteen etäisyyden tasaisesta muuttumisesta mittauksen aikana.

8. Patenttivaatimuksien 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että heijastuskertoimen ne arvot, joita käytetään kyseisen funktion muodostamiseen, otetaan 25 siten, että antenniin syötettävä signaali sisältää taajuus-komponentin, joka yhden aikajakson kuluessa saatetaan läpikäymään sarjan taajuusarvoja ominaismittaustaajuuden ympärillä olevan välin sisällä, ja että ilmaisinpiirit, joita käytetään muodostamaan funktioarvot heijastetusta ja vertai-30 lusignaaliin sekoitetusta signaalista, synkronisoidaan ajankulultaan lähetettyyn signaaliin ja saatetaan antamaan painotettu summa heijastuskerroinarvoista, siten että kyseinen funktio syntyy ilmaisun mukaan.

9. Patenttivaatimuksien 1-5 mukainen menetelmä, 55 tunnettu siitä, että heijastuskertoimen ne arvot, joita käytetään kyseisen funktion muodostamiseen, otetaan siten, että antenniin syötettävä signaali kokoonpannaan kahdesta tai useammasta taajuuskomponentista, ja että nä.mä 14 781 83 taajuuskomponentit saatetaan yhden ajanjakson kuluessa läpikäymään kyseiset taajuusarvot ominaismittaustaajuuden ympärillä olevan välin sisällä, että ilmaisinpiirit, joita käytetään muodostamaan funktioarvot heijastetusta ja vertai-5 lusignaaliin sekoitetusta signaalista, synkronisoidaan ajankulultaan lähetetyn signaalin taajuuskomponentteihin ja saatetaan antamaan painotettu summa heijastuskerroinarvoista siten, että kyseinen funktio syntyy ilmaisun mukaan.

10. laite etäisyyden mittaamiseksi kohteeseen, erityi-10 sesti etäisyyden mittaamiseksi säiliössä tai vastaavassa (15) olevan nesteen (16) tai muun virtaavan väliaineen pintaan (17) , käsittäen antennin (11), joka on sijoitettu välimatkan päähän pinnasta (17) ja suunnattu sitä kohti, mittaus-yksikön (12) ja signaalinkäsittelylaitteen (28,29), t u n - 15. e t t u siitä, että laite käsittää taajuusohjatun mikroaalto-oskillaattorin (18), mittaustaajuusohjausyksikön (22), funktionohjausyksikön (23) ja ilmaisinyksiköt (24A,24B) kyseisen funktion muodostamiseksi antennin sisääntuloheijas-tuskertoimesta useilla diskreeteillä mittaustaajuuksilla 20 määrätyn taajuusalueen sisällä, ja että signaalinkäsittely-laite (28,29) käsittää laitteet (35-36) funktioarvojen diskreetin fourier'n muunnoksen suorittamiseksi ja saatujen tietojen edelleenkäsittelemiseksi ja mainitun etäisyyden laskemiseksi .

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen laite, tun nettu siitä, että laitteet kyseisen funktion muodostamiseksi käsittävät myös yhden tai useampia ohjattavia vaihe-siirtimiä (26,27A,27B).

11 78183

12. Patenttivaatimuksien 10 ja 11 mukainen laite, 30 tunnettu siitä, että mittausyksikkö (12) käsittää tehonjakajat (19), jotka jakavat mikroaaltogeneraattorista (18) tulevan signaalin antenni-mittausyksikön (20) ja taa-juus-kalibrcintiyksikön (21) kesken, jotka molemmat on kytketty ilmaisinyksilcköihin (24A tai 24B), jotka edelleen on 35 kytketty tietojenkäsittely-yksikköön (28) antenni- mittaus-yksiköstä (20) ja taajuus-kalibrointiyksiköstä (21) tulevien ilmaistujen signaalien muokkaamiseksi digitaaliseen muotoon ja näiden signaalien syöttämiseksi signaalinkäsittely-yksikköön (29). 15 781 83

13. Patenttivaatimuksien 10-12 mukainen laite, tunnettu siitä, että laite, jota käytetään heijas-tuskertoimen kyseisen funktion muodostamiseen, käsittää laitteet (22,23,26,27A,27B) mikroaaltosignaalin amplitudin, 5 taajuuden ja/tai vaiheen muuttamiseksi, sekä ilmaisinyksi-köt (24A,24B), jotka on synkronisoitu sen signaalin kanssa, joka syötetään antenniin ja/tai vertailuimpedanssiin.

14. Patenttivaatimuksien 10-13 mukainen laite, tunnettu siitä, että antenni-mittausyksikkö. (20) 10 ja taajuudenkalihrointiyksikkö (21) kumpikin muodostuvat reflektometristä, jolloin antenni-mittausyksikkö (20) käsittää dupleksilaitteen (31)» joka on kytketty antenniin (11), kun taas taajuudenkalibrointiyksikön (21) dupleksilaite on kytketty taajuudestariippuvaan vertailuimpedanssielenent-15 tiin. i6 781 83