JP2018517155A - 対象物の非破壊特徴付けのためのセンサー - Google Patents
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Abstract
Description
送信信号(Tx)を生成し、それにより、第1の基準周波数(fr)と混合された周波数を有する周期的ベースバンド入力信号を使用することによって、少なくとも2つのトーンを含む信号になる送信信号(Tx)が供給されることと、
対象物及び/または媒体を介して送信信号を送信することと、
対象物及び/または媒体を介して送信され、得られた送信信号を受信して、受信信号(Rx)になり、それにより、受信信号が位相シフト(Φ0)を含むことと、を含み、
位相シフト(Φ0)を含む受信信号(Rx)が第1の基準周波数(fr)と混合され、その結果、送信信号(Tx)が生成され、かつ、受信信号(Rx)が同じ基準周波数を用いて処理され、したがって第1の基準周波数(fr)を共有するということを特徴とし、また、
位相シフト(Φ0)を推定し、推定された位相シフトを媒体及び/または対象物の詳細に関連させて、媒体及び/または対象物の明細を推定すること、を含む。
媒体または媒体中の対象物を介して信号を送信するための送信信号を生成するための少なくとも1つの手段と、
媒体または媒体中の対象物を介して送信された送信信号を受信するための少なくとも1つの手段と、
第1の態様による方法を実行するようにプログラムされて、本発明の実施形態の計算部分(アルゴリズム)を実行するコントローラと、を備える。
少なくとも2つのトーンを含む信号をもたらす第1の基準周波数(fr)と混合された周波数を有する周期的ベースバンド入力信号を使用して供給される送信信号を生成し、媒体または媒体中の対象物を介して送信信号を送信するための少なくとも1つの手段と、
媒体または媒体中の対象物を介して送信された送信信号を受信して、位相シフト(Φ0)を含む受信信号(RX)を得るための少なくとも1つの手段と、
送信信号(Tx)が生成され、かつ、受信信号(Rx)が同じ周波数と混合されて第1の基準周波数(fr)を共有するように、受信信号(Rx)を第1の基準周波数(fr)と混合し、位相シフト(Φ0)を推定し、推定された位相シフトを媒体及び/または対象物の明細に関連させて、媒体及び/または対象物の明細を推定するようにプログラムされた制御ユニットと、を備える。好ましい実施形態では、システムは、送信器及び受信器をさらに備え、送信器及び受信器は、それぞれ、送信信号として使用するための信号を準備し、受信信号を処理するためのエレクトロニクスを備える。好ましい実施形態では、送信器または受信器は、本発明の実施形態による、それぞれアップまたはダウン変換を実行するように適合されたエレクトロニクスを備える。さらに、受信器及び送信器の両方は、増幅段を付加的に含むことができる。実施形態では、送信信号を生成するための複数の手段を、1つの送信器または複数の送信器に接続することができる。他の実施形態では、複数の受信手段が、1つの受信器または複数の受信器に接続されてもよい。さらに好ましい実施形態では、送信信号を生成するための手段は、送信器に隣接、例えば、送信器の前または後に設けられ、かつ、受信手段は受信器に隣接して設けられる。好ましい実施形態では、送信信号を生成し受信する手段は、アンテナ手段、例えば電磁波を送信または受信するように設計されたアンテナまたはトランスデューサである。
ある周波数を有する周期的なベースバンド入力信号を供給するように構成されたデジタルプラットフォームをさらに含む。
より信頼性の高い測定、及び/または
用途の関心内にある対象物以外の他の対象物の特性に対する交差感度を相殺すること、及び/または
スタンドアロンシステムによって測定可能なものよりも多くの対象物特性の測定
を可能にする。
制御ユニット(510)が上記の方法を実行する。第6の態様では、本発明は、対象物の厚さ及び/または重量を測定及び推定するための本発明の実施形態によるシステムの使用法を提供する。
送信信号(Tx)を生成し、それにより、少なくとも2つのトーンを含む信号をもたらす第1の基準周波数(fr)と混合された周波数を有する周期的な入力信号を使用することによって送信信号(Tx)が供給されることと、
対象物及び媒体を介して送信信号を送信することと、
位相シフト(Φ0)を含む受信信号(Rx)をもたらす、媒体(Rx)を介して送信され、得られた送信信号を受信することと、を含み、
送信信号(Tx)と受信信号(Rx)が基準周波数(fr)を共有するように、位相シフト(Φ0)を含む受信信号(Rx)が第1の基準周波数(fr)と混合されることを特徴とする。
媒体を介して信号を送信するための少なくとも1つの手段と、
送信信号を、媒体を介して受信するための少なくとも1つの手段と、
デジタルプラットフォームと、
データ取得装置と、を備える。
電気的長さ*λ=物理的長さ (式1)
ここで、λは、電気的長さ、及び/または物理的長さが測定される媒体における周波数の波長である。その結果、物理的な長さを取り出すためには、波の波長(λ)を知る必要がある。これは以下のように計算することができる。C=λ*f、ここで、Cは媒体中の光の速度である。都合の良いことに、本発明の実施形態では、fは、適用される搬送波の周波数であるので、既知である。媒体中の光の速度(すなわち、媒体の電気的特性)を知っていれば、λ、したがって物理的長さを知ることができる。物理的な長さを取り出すには、媒体中の光の速度を知る必要がある。
s(t−Δt)=A.cos(2π(−Δf/2+fc).(t−Δt)+A.cos(2π(Δf/2+fc).(t−Δt) (式2)
送信器(Tx)における非直交アップ変換の基準周波数をrefup(t)とし、直交ダウン変換の基準周波数をrefdown(t)とする。以下の式を前提とし、
refup(t)=cos[2πfc.t], (式3)
本発明の実施形態によるダウン変換のための完全な直交位相の基準を考慮に入れると、ダウン変換のための基準周波数は以下のように表すことができる。
refdown(t)=exp(I.2πfc.t). (式4)
ここで、Iは虚数部である。
Φ0=mod(−2πfc.Δt,2π). (式5)
後者の数式において、mod(x,y)はモジュロ演算子を表す。電気的長さと物理的長さと位相シフトΦ0との間の関係は、送信信号生成手段と受信手段との間の距離(D、D’)が真空環境で変化する場合に図4に示されている。Φ0の推定により、電気的長さに関する情報が明らかになって有益である。
Sreceived(t)=A’.exp(I.[2πΔf/2.(t−Δt)+Φ0])+A’.exp(I.[−2πΔf/2.(t−Δt)+Φ0]) (式6)
A’は比例定数である。図3(b)は、直交ダウン変換された信号のスペクトルを示す。2つの支配的なピークは、式6で表される。
SreceivedI(t)=2.cos(2πΔf/2.(t−Δt)).cosΦ0.A’
(式7)
SreceivedQ(t)=2.cos(2πΔf/2.(t−Δt)).sinΦ0.A’
(式8)
I信号とQ信号の両方の振幅は、次のように書くことができる。
|SreceivedI(t)|=|2.cosΦ0.A’| (式9)
|SreceivedQ(t)|=|2.sinΦ0.A’| (式10)
これらの振幅は、位相Φ0を推定するために使用することができる。
Φ0=acos(|SreceivedI(t)|/2A’) (式11)
Φ0=asin(|SreceivedQ(t)|/2A’) (式12)
Φ0=atan(|SreceivedQ(t)|/|SreceivedI(t)|) (式13)
A’は受信信号電力が増加するにつれて単調に増加する。測定は、受信電力に依存しないことが好ましい。したがって、Φ0の推定は、式13で与えられる式atanに基づいて行われるのが好ましい。式atanを用いると、推定値はA’の関数ではなくなる。
Φ0=(2π(D−δ).fc)/C0 +(2πδ.fc.nmaterial)/C0
(式14)
ここで、Dは、送信信号生成手段と受信手段との間の距離であり、C0 は真空中の光の速度である。後者が図1Bに示すような設定に適用される場合、その設定に従って、Dは2D’、及びδは2δに置き換えられ、波は(図1Bから導き出せるように)物体を2度通って移動する。式14を解くと、Φ0 の関数であるδを得ることができる。
δ=(C0 Φ0 −2π.fc.D)/(2πfc.[nmaterial−1])
(式15)
(1)送信信号の遅延を送信器内で電気的に調整することであって、例えば位相シフト回路によって行うことができる。
(2)受信信号の遅延を受信器内で電気的に調整する。これは、位相シフト回路によって行うことができる。及び/または、
(3)送信信号生成手段と受信手段との間の全距離(D、D’)を機械的に調整し、かつ、任意選択で、送信信号生成手段への反射を防止するように、信号経路の角度を最適値に微調整することもできる。
http://www.mahlo.com/fileadmin/_migrated/pics/Qualiscan_QMS-12_WebProM_2_800x600.png
このカートを、例えば、機械的なベアリング機構によって、oまたはuフレーム上に置くと、産業用サンプルスキャナ、例えば、インライン走査装置を提供するウェブスキャナが実現される。この特定の実施形態では、測定対象物体は、フレームによって画定された開口において、送信手段11及び受信手段21の下を移動または移送される。互いに隣接して配置される、送信器と受信器に接続されたアンテナのフレア側は、同じ方向を指している。この実施形態では、使用される反射器313のために、図1Bに示すような信号経路が可能になる。実施形態では、反射器313は、金属のシートであることが好ましい。反射器が使用されていない、代りの実施態様では、受信アンテナ21は、測定または感知対象物体(例えば、物質)の他の側、例えばフレームの他の側に置くことができる。さらなる実施形態では、アンテナを収容するためにキャリアケージ(図示せず)が設けられてもよく、キャリアケージは誘電体窓によって密封することができる開口を備える。キャリアケージは、アンテナの周囲に適用され、潜在的なインラインの厳しい環境から装置の部品を保護することができる。
図6に示すようなユーザインターフェースを使用することができる産業用コンピュータ800を使用することによって監視することができる。
1.基準対からの較正情報(例えば、オフセット値または利得値〜)の正確なコピーを引き継ぎ、したがって、全ての対が、時間の経過とともに較正状態を破壊するのと同様の非理想に直面すると仮定すること。これは、精度の要件が厳しくない場合(電気的距離を0.01λ以下の精度で測定する必要がある場合)には許容される較正方法である。
2.基準対からの較正データ(例えば、オフセット値または利得値)を、物質の幅にわたって、較正する必要のある特定の対にリプルさせること。これは、図19に示すような構造を作成することによって行われるのが好ましい。図19において、対は、リニア駆動ユニットのストロークよりも小さい距離で離間される。したがって、2つの隣接する対によって測定されるいくつかのスポットが物質の幅に沿って存在する。これらの測定ポイントは、基準対に近い対に関連する対の較正を可能にするなど、隣接ベースの較正動作に対して極めて有効である。したがって、その方法を使用して全ての対を較正することができる。
[11、12、13、14、15]送信信号信号(Tx)生成手段
[21、22、23、24、25]信号(Rx)受信手段
[D]送信器と受信器の間の距離
[D’]送信器/受信器と反射器との間の距離
[100]物体
[110]送信信号生成手段のためのエレクトロニクスを備えた送信器
[120]信号受信手段のためのエレクトロニクスを備えた受信器
[215]入力信号生成器
[220]デジタルプラットフォーム
[230]調整可能な無線チャネル
[240]データ所得装置(DAQ)
[241]デマルチプレクサ
[242]マルチプレクサ
[250]キャリアケージ送信器
[251]キャリアケージ受信器
[260]距離調整ノブ
[300]第1のコンテナ
[310]第2のコンテナ
[10]第2のコンテナによって画定される空洞
[311]開口
[312]調整ネジ
[313]反射器
[400]第1及び第2のコンテナならびに受信及び送信手段を備えた組立装置
[500]第1及び第2のコンテナを備え、受信及び送信手段のない組立装置
[510]電子プラットフォーム
[520]測定方向に垂直な自由平行移動を可能にする手段
[530]電波吸収物質
[540]処理エレクトロニクス
[600]cフレーム
[700]oフレーム
[750]リニア駆動モジュール
[800]コンピューティング手段
[810]スタックライト
[820]較正経路
Claims (34)
- 媒体または媒体中の対象物の明細を推定する方法であって、
送信信号(Tx)を生成することであって、前記送信信号(Tx)が、少なくとも2つのトーンを含む信号をもたらす、第1の基準周波数(fr)と混合された周波数を有する周期的なベースバンド入力信号を使用することによって供給される、生成することと、
前記対象物及び/または媒体を介して前記送信信号を送信することと、
位相シフト(Φ0)を含む受信信号(Rx)をもたらす、前記対象物及び/または媒体を介して送信され、得られた送信信号を受信することであって、
前記位相シフト(Φ0)を含む前記受信信号(Rx)が前記第1の基準周波数(fr)と混合され、結果として、前記送信信号(Tx)が同じ基準周波数を用いて生成され、かつ、前記受信信号(Rx)が同じ基準周波数を用いて処理され、その結果、前記第1の基準周波数(fr)を共有することを特徴とする、受信することと、
前記位相シフト(Φ0)を推定し、前記媒体及び/または対象物の明細を推定するように、前記推定された位相シフトを前記媒体及び/または対象物の明細に関連させることと、を含む方法。 - 前記推定された位相シフトを前記媒体及び/または対象物の明細に関連させるためにモデルが使用され、前記モデルは、数学的表現、または経験的に得られたルックアップテーブルであり得る、請求項1に記載の方法。
- 前記受信信号(Rx)を前記第1の基準周波数(fr)と前記混合することは、前記受信信号(Rx)を同相(I)及び/または直交(Q)成分に変換することを含む、請求項1または2に記載の方法。
- デジタル化するステップをさらに含み、前記デジタル化するステップは、前記同相(I)及び/または直交(Q)成分をデジタル化することを含む、請求項3に記載の方法。
- 前記デジタル化ステップは、第2の基準周波数(fr’)を供給することを含む、請求項4に記載の方法。
- 前記第2の基準周波数(fr’)が前記第1の基準周波数(fr)に等しい、請求項5に記載の方法。
- 前記推定される対象物の前記明細は、前記対象物の厚さ、または前記対象物の重量、または前記対象物の塗装の厚さ、または前記対象物の誘電状態、及び/もしくは屈折率、及び/もしくは誘電率を示すパラメータのうちの少なくも1つである、請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法。
- 前記対象物の厚さは、前記同相成分(I)、前記直交成分(Q)、またはそれらの両方の組み合わせの振幅値を用いて推定される、請求項4〜6に従属する場合、請求項7に記載の方法。
- 前記推定が実行される前記対象の環境パラメータが取得される監視ステップをさらに含む、請求項1〜8のいずれかに記載の方法。
- 前記環境パラメータは、圧力、温度及び/または湿度である、請求項9に記載の方法。
- 較正ステップをさらに含む、請求項1〜10のいずれかに記載の方法。
- 前記較正ステップは、前記送信信号の遅延を送信器内で電気的に調整することを含む、請求項11に記載の方法。
- 前記較正ステップは、前記受信信号の遅延を受信器内で電気的に調整することを含む、請求項11に記載の方法。
- 前記較正ステップは、送信信号を生成する手段と前記受信信号を受信する手段との間の全距離(D)を機械的に調整または掃引することを含む、請求項11に記載の方法。
- 前記較正ステップは、送信信号を生成する手段と反射する手段との間の全距離(D’)を機械的に調整または掃引することを含む、請求項11に記載の方法。
- 前記較正ステップは角度の調整を含み、前記角度の調整は、例えば、送信信号を生成する手段への反射を防止するために、信号経路の角度を最適値に微調整することを含む、請求項11に記載の方法。
- 前記対象物は、マイクロメートルからセンチメートルの範囲の厚さを有するシート物質である、請求項1〜16のいずれかに記載の方法。
- 前記対象物及び媒体は、ミリメートルまたはテラヘルツ波を少なくとも部分的に透過するように適合される、請求項1〜17のいずれかに記載の方法。
- 前記第1の基準周波数(fr)は、約0.1MHz〜3e12Hz、好ましくは1GHz〜300GHz、より具体的には10GHz〜150GHzである、請求項1〜18のいずれかに記載の方法。
- 制御ユニットで実行されたときに、請求項1〜19のいずれかに記載の方法を行う、コンピュータプログラム製品。
- 請求項20に記載のコンピュータプログラム製品を記憶する、データキャリア。
- ネットワークを介した、請求項20に記載のコンピュータプログラム製品の伝送。
- 請求項1〜19のいずれかに記載の方法を行うためにプログラムされた、制御ユニット。
- 媒体または媒体中の対象物(100)を特徴付けるためのシステムであって、
少なくとも2つのトーンを含む信号をもたらす、第1の基準周波数(fr)と混合された周波数を有する周期的なベースバンド入力信号を使用することによって供給される送信信号を生成し、前記媒体または前記媒体中の前記対象物(100)を介して前記送信信号を送信する少なくとも1つの手段と、
前記媒体または前記媒体中の前記対象物(100)を通して送信された前記送信信号を受信して、したがって位相シフト(Φ0)を含む受信信号(Rx)を取得するための少なくとも1つの手段と、
制御ユニット(510)であって、
前記受信信号(Rx)を前記第1の基準周波数(fr)と混合し、結果として、前記送信信号(Tx)が同じ基準周波数を用いて生成され、かつ、前記受信信号(Rx)が同じ周波数と混合され、その結果、前記第1の基準周波数(fr)を共有し、
前記位相シフト(Φ0)を推定し、かつ、
前記媒体及び/または対象物の明細を推定するように、前記推定された位相シフトを前記媒体及び/または対象物の明細に関連させるためにプログラムされた、制御ユニットと、を備える、システム。 - 前記システムは、ある周波数を有する周期的なベースバンド入力信号を生成するように適合されたデジタルプラットフォーム(220)を含む、請求項24に記載のシステム。
- 前記送信信号を生成するための少なくとも1つの手段(11、12、13、14、15)と、受信するための前記少なくとも1つの手段(21、22、23、24、25)が、互いに対向して設けられ、間隔(D)を有する開口を画定する、請求項24または25に記載のシステム。
- 前記受信するための手段及び前記送信信号を生成するための手段は互いに隣接して配置され、前記得られた送信信号を反射するための手段をさらに備え、前記受信するための手段及び前記送信信号を生成するための手段は、前記反射手段に対向して配置され、距離(D’)を有する開口を画定する、請求項24または25に記載のシステム。
- 前記画定された開口(D、D’)が調節可能である、請求項25〜27のいずれかに記載のシステム。
- 前記送信信号を生成するための少なくとも1つの手段(11、12、13、14、15)と、受信するための前記少なくとも1つの手段(21、22、23、24、25)が、C、U、またはOフレーム上に設けられる、請求項24〜28のいずれかに記載のシステム。
- 送信信号を生成するための手段と受信手段の複数の対(11,21、12,22、13,23、14,24、15,25)を備え、前記送信信号を生成するための複数の手段及び受信手段が、調整可能な開口(D、D’)を画定するフレーム(600、700)上に設けられる、請求項24〜29いずれかに記載のシステム。
- 前記送信信号を生成するための少なくとも1つの手段(11、12、13、14、15)と受信手段(21、22、23、24、25)が、使用時に対象物に対して同じ方向に移動するように適合される、請求項24〜30のいずれかに記載のシステム。
- 前記システムは、複数のセンサーヘッド対を有するOフレーム(700)を備え、各対が送信信号を生成する手段(11、12、13、14、15)と、受信手段(21、22、23、24、25)を有し、各対は距離Dだけ離れている、請求項24〜31のいずれかに記載のシステム。
- 複数対の送受信手段(11,21;12,22;13;23、14;24、15;25)であって、前記送信信号を生成するための複数の手段と受信手段とが調整可能な開口(D、D’)を画定するフレーム(600、600)上に設けられている、複数対の送受信手段と、
請求項1〜19のいずれかに記載の方法を行うための制御ユニット(510)と、を備えたシステム。 - 対象物の厚さ及び/または重量を測定するための、請求項24〜33のいずれか1項に記載のシステムの使用。
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