JP7101462B2 - Methods and sensor devices for determining the permittivity of layers - Google Patents

Methods and sensor devices for determining the permittivity of layers Download PDF

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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N22/00Investigating or analysing materials by the use of microwaves or radio waves, i.e. electromagnetic waves with a wavelength of one millimetre or more
    • G01N22/04Investigating moisture content

Description

本発明は、層の、特に三和土の誘電率および/または湿り度を判定するための方法およびセンサ装置に関する。 The present invention relates to a method and a sensor device for determining the dielectric constant and / or wetness of a layer, particularly Sanwa soil.

材料や対象物の湿り度の正確な知見は多くの分野で高い重要性をもつ。たとえば建築分野では三和土の湿り度について限界値が設定され、寄木やタイルで床を覆うときに、湿り度障害を回避するためにこの限界値が遵守されなければならない。したがって、所定の限界値を上回らないことを確保するために、必要以上に長いあいだ待機することになる場合がしばしばある。 Accurate knowledge of the wetness of materials and objects is of great importance in many fields. For example, in the field of construction, a limit value is set for the wetness of Sanwa soil, and when covering the floor with parquet or tile, this limit value must be observed in order to avoid the wetness obstacle. Therefore, it is often the case that the wait is longer than necessary to ensure that the predetermined limit is not exceeded.

三和土の湿り度を正確に決定する一つの選択肢は三和土そのものに測定機器を配置することにあり、このことは、たとえば特許文献1に開示されている。しかし、このような種類の湿り度センサは三和土に組み込まれ、再利用可能ではない。 One option for accurately determining the wetness of Sanwa soil is to place a measuring device on Sanwa soil itself, which is disclosed in, for example, Patent Document 1. However, this kind of wetness sensor is built into Sanwa soil and is not reusable.

国際公開第2013/170973A1号パンフレットInternational Publication No. 2013/170973A1 Pamphlet

したがって、たとえば三和土のような対象物の湿り度を決定するための、低コストで容易に取扱可能、かつ再利用可能なセンサ装置を求める需要がある。 Therefore, there is a demand for a low-cost, easily handleable, and reusable sensor device for determining the wetness of an object such as Sanwa soil.

本発明は、請求項1の構成要件を有する層の誘電率および/または湿り度を判定する方法、および、請求項8の構成要件を有する層の誘電率および/または湿り度を判定するためのセンサ装置に関する。 The present invention is a method for determining the dielectric constant and / or wetness of a layer having the constituent requirements of claim 1, and for determining the dielectric constant and / or wetness of a layer having the constituent requirements of claim 8. Regarding the sensor device.

したがって第1の態様では、本発明は、層の、特に三和土の誘電率および/または湿り度を判定する方法に関する。レーダー信号が発信され、層により反射されたレーダー信号が互いに間隔をおく少なくとも2つの受信装置によって受信され、それぞれの測定信号が出力される。層の誘電率および/または湿り度が、少なくとも2つの受信装置により出力される測定信号に依存して判定される。 Therefore, in the first aspect, the present invention relates to a method for determining the dielectric constant and / or wetness of a layer, particularly Sanwa soil. A radar signal is transmitted, the radar signal reflected by the layer is received by at least two receiving devices spaced apart from each other, and each measurement signal is output. The permittivity and / or wetness of the layer is determined depending on the measurement signals output by at least two receivers.

それに応じて第2の態様では、本発明は、レーダー信号を発信するための少なくとも1つの送信装置を有する、層の誘電率および/または湿り度を判定するためのセンサ装置に関する。さらにセンサ装置は、層により反射されたレーダー信号を受信するための互いに間隔をおく少なくとも2つの受信装置と、層の誘電率および/または湿り度を判定するための評価装置とを有している。 Accordingly, in a second aspect, the invention relates to a sensor device for determining the dielectric constant and / or wetness of a layer having at least one transmitter for transmitting radar signals. Further, the sensor device has at least two receiving devices spaced apart from each other to receive the radar signal reflected by the layer, and an evaluation device for determining the permittivity and / or wetness of the layer. ..

好ましい実施形態はそれぞれの従属請求項の対象である。 Preferred embodiments are subject to the respective dependent claims.

本発明は、層の誘電率ないし湿り度を正確に決定することを可能にする。 The present invention makes it possible to accurately determine the dielectric constant or wetness of a layer.

本方法の好ましい発展例では、層の湿り度は、誘電率と湿り度の既知の関係を援用したうえで決定される。このようにして、たとえば三和土の湿り度を決定することができ、そのために湿り度センサを三和土の中に直接配置する必要がなく、もしくは床面試料を採取する必要がない。湿り度はたとえば水含有率、床面水分、含水量、または水分割合であってよい。 In a preferred development of the method, the wetness of the layer is determined with the help of a known relationship between dielectric constant and wetness. In this way, for example, the wetness of Sanwa soil can be determined, so that it is not necessary to place the wetness sensor directly in Sanwa soil, or it is not necessary to collect a floor sample. The wetness may be, for example, water content, floor moisture, moisture content, or moisture percentage.

本方法の好ましい発展例では、誘電率と湿り度の関係がルックアップテーブルに保存される。 In a preferred development of this method, the relationship between permittivity and wetness is stored in a look-up table.

本方法の好ましい発展例では、少なくとも2つの受信装置により出力される測定信号に依存して層の層厚が判定される。このようにして、試料の採取による層厚の追加の決定が不要となる。 In a preferred development of the method, the layer thickness is determined depending on the measurement signals output by at least two receiving devices. In this way, it is not necessary to determine the additional layer thickness by collecting the sample.

本方法の好ましい発展例では、発信されたレーダー信号と、受信装置により受信されたそれぞれのレーダー信号との比較によって、それぞれの比較量が判定される。判定された比較量と、反射を記述するためのモデル量との間の差異が決定され、モデル量はパラメータ値としての層の誘電率と層厚とに依存して決まる。層の誘電率および/または層厚は、差異を最小にするパラメータ値として判定される。 In a preferred development example of this method, the respective comparison amounts are determined by comparing the transmitted radar signal with each radar signal received by the receiving device. The difference between the determined comparative quantity and the model quantity for describing the reflection is determined, and the model quantity depends on the dielectric constant and the layer thickness of the layer as parameter values. The permittivity and / or layer thickness of the layer is determined as a parameter value that minimizes the difference.

本方法の好ましい発展例では、受信装置は層の表面に対して等しい間隔をおいて配置される。それによりモデル量が簡素化され、誘電率と層厚をいっそう高い精度で決定することができる。 In a preferred evolution of the method, the receivers are placed at equal intervals with respect to the surface of the layer. This simplifies the model quantity and allows the permittivity and layer thickness to be determined with even higher accuracy.

本方法の好ましい発展例では、モデル量は、層の第1の表面でのレーダー信号の反射と、第2の表面でのレーダー信号の反射とを考慮する。 In a preferred development of the method, the model quantity takes into account the reflection of the radar signal on the first surface of the layer and the reflection of the radar signal on the second surface.

本方法の好ましい発展例では、モデル量は、第1の表面と第2の表面の間のレーダー信号の多重反射をさらに考慮する。 In a preferred development of the method, the model quantity further considers the multiple reflections of the radar signal between the first surface and the second surface.

本方法の好ましい発展例では、多数のレーダー信号が互いに間隔をおく送信装置によって発信され、受信装置は、多数のレーダー信号の各々のレーダー信号について比較量を決定するために設計される。 In a preferred development of the method, a large number of radar signals are transmitted by transmitting devices spaced apart from each other, and the receiving device is designed to determine the comparative amount for each radar signal of the large number of radar signals.

本方法の好ましい発展例では、モデル量はフレネルの式を適用したうえで決定される。 In a preferred development of this method, the model quantity is determined by applying Fresnel's equations.

本方法の好ましい発展例では、発信されるレーダー信号は1.8から7GHzの間の周波数を有している。 In a preferred development of the method, the transmitted radar signal has a frequency between 1.8 and 7 GHz.

センサ装置の好ましい発展例では、受信装置は実質的に平行にアライメントされた主放射方向を有するアンテナをそれぞれ含んでいる。 In a preferred evolution of the sensor device, the receiver device each includes an antenna with a principal radiation direction that is aligned substantially parallel.

センサ装置の好ましい発展例では、受信装置は、主放射方向が各アンテナの間の中心平面で交わるアンテナをそれぞれ含んでいる。センサ装置は、2つの受信装置を有するのが好ましい。 In a preferred development of the sensor device, the receiving device includes antennas whose main radial directions intersect in the central plane between the antennas, respectively. The sensor device preferably has two receiving devices.

図面は次のものを示す: The drawing shows:

本発明の1つの実施形態に基づく、層の誘電率および/または湿り度を判定するためのセンサ装置を示す模式的な断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a sensor device for determining the dielectric constant and / or wetness of a layer based on one embodiment of the present invention. 本発明の1つの実施形態に基づく、層の誘電率および/または湿り度を判定する方法を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the method of determining the dielectric constant and / or the wetness of a layer based on one Embodiment of this invention.

方法ステップの番号づけは一覧性に資するものであり、一般に、特定の時間的な順序を含意するものではない。特に、複数の方法ステップを同時に実行することもできる。異なる実施形態は、それが有意義である限りにおいて、相互に任意に組み合わせることができる。 Method Step numbering contributes to listability and generally does not imply a particular temporal order. In particular, multiple method steps can be performed simultaneously. The different embodiments can be arbitrarily combined with each other as long as they are meaningful.

図1は、たとえば三和土のような層22の誘電率ε2および/または湿り度を判定するためのセンサ装置1の模式的な断面図を示している。誘電率ε2はここでは誘電コンダクタンスを意味する。センサ装置1は、層22の外側の第1の表面22aに対して垂直方向に測定された同一の間隔α1だけ層22から離れるように位置決めされた、第1の送受信装置11および第2の送受信装置12を含んでいる。間隔α1は、たとえば1センチメートルから50センチメートルの間であってよく、好ましくは5センチメートルであってよい。第1の送受信装置11と第2の送受信装置12は、たとえば5から50センチメートルの間の、好ましくは15センチメートルの間隔2・Bを相互に有するとともに、第1の発信装置11aと第1の受信装置11b、ないし第2の発信装置12aと第2の受信装置12bを含んでいる。 FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of a sensor device 1 for determining the dielectric constant ε2 and / or the wetness of a layer 22 such as Sanwa soil. The permittivity ε2 here means dielectric conductance. The sensor device 1 is positioned so as to be separated from the layer 22 by the same distance α1 measured perpendicular to the first surface 22a outside the layer 22, the first transmission / reception device 11 and the second transmission / reception device 1. Includes device 12. The spacing α1 may be, for example, between 1 centimeter and 50 centimeters, preferably 5 centimeters. The first transmitter / receiver 11 and the second transmitter / receiver 12 have mutual distances 2B of, for example, between 5 and 50 centimeters, preferably 15 centimeters, and the first transmitter / receiver 11a and the first transmitter / receiver 12a. The receiving device 11b, or the second transmitting device 12a and the second receiving device 12b of the above are included.

第1の発信装置11aと第2の発信装置12aは、層22の第1の表面22aに向けてレーダー信号を発信するために設計されている。レーダー信号は第1の表面22aで部分的に反射されるが、部分的には第1の表面22aで屈折してから層22に侵入することができ、そこで層22の第2の内側の表面22bで反射され、あらためて層22を通るように伝わり、第1の表面22aであらためて屈折して、層22から外に出る。第1の受信装置11bと第2の受信装置12bは、層22によって反射されたレーダー信号を受信して、測定信号を出力するために構成されている。第1の送受信装置11と第2の送受信装置12は、1.8から7GHzの周波数を有する超広帯域レーダーシステムとして設計されるのが好ましい。受信装置11b,12bは、両方のアンテナの間の中央平面で主放射方向が交わるアンテナをそれぞれ含んでいるのが好ましい。ただし、アンテナの主放射方向が平行にアライメントされていてもよい。 The first transmitter 11a and the second transmitter 12a are designed to transmit radar signals toward the first surface 22a of the layer 22. The radar signal is partially reflected by the first surface 22a, but can be partially refracted by the first surface 22a before entering layer 22, where the second inner surface of layer 22 can be penetrated. It is reflected by 22b, travels through layer 22 again, is refracted again on the first surface 22a, and exits layer 22. The first receiving device 11b and the second receiving device 12b are configured to receive the radar signal reflected by the layer 22 and output the measurement signal. The first transmitter / receiver 11 and the second transmitter / receiver 12 are preferably designed as an ultra-wideband radar system having a frequency of 1.8 to 7 GHz. It is preferable that the receiving devices 11b and 12b include antennas whose main radial directions intersect in the central plane between the two antennas, respectively. However, the main radiation direction of the antenna may be aligned in parallel.

発信されるレーダー信号のレーダー信号は正弦形であるのが好ましく、レーダー信号の振幅および/または位相が、層22での反射によって変更ないしシフトされる。層22でのレーダー信号の散乱は、一般に、それぞれ複素記述される受信されたレーダー信号と発信されたレーダー信号の商として定義され、したがって、発信されたレーダー信号と受信されたレーダー信号の比較による比較量を表す複素散乱パラメータSによって記述することができる。 The radar signal of the transmitted radar signal is preferably sinusoidal, and the amplitude and / or phase of the radar signal is altered or shifted by reflection at layer 22. Radar signal scattering at layer 22 is generally defined as the quotient of the received and transmitted radar signals described in complex, respectively, and thus by comparison of the transmitted and received radar signals. It can be described by the complex scattering parameter S representing the comparative amount.

散乱パラメータSは、反射率Rk、透過率Tk、レーダー信号の周波数f、および層の複素値の誘電体厚Delに依存して決まる。ここで誘電体厚Delは、層22の層厚α2と、層22の誘電率ε2の根との積として定義される。散乱パラメータSは、考えられる一切の透過と反射にわたって次の合計に基づき算出される。 The scattering parameter S is determined depending on the reflectance Rk, the transmittance Tk, the frequency f of the radar signal, and the dielectric thickness Del of the complex value of the layer. Here, the dielectric thickness Del is defined as the product of the layer thickness α2 of the layer 22 and the root of the dielectric constant ε2 of the layer 22. The scattering parameter S is calculated based on the following sum over all possible transmissions and reflections.

Figure 0007101462000001
Figure 0007101462000001

ここでc0は真空中の光速を表す。送受信装置11,12と層22との間の周囲空気の誘電率ε1、層22の誘電率ε2、ならびに送受信装置11,12と反対を向いている層22の側での周囲空気の誘電率ε3は、一般に複素値のパラメータで、すなわち次式によって与えられる。 Here, c0 represents the speed of light in a vacuum. The dielectric constant ε1 of the ambient air between the transceivers 11 and 12 and the layer 22, the dielectric constant ε2 of the layer 22, and the dielectric constant ε3 of the ambient air on the side of the layer 22 facing away from the transmitters 11 and 12. Is generally a complex parameter, i.e. given by the following equation.

Figure 0007101462000002
Figure 0007101462000002

図1では、第1の発信装置11aにより発信され、第1の表面22aで部分的に反射され、部分的に層22の中に侵入して第2の表面22bで反射されるレーダー信号に相当する第1の放射光路L1が図示されている。第1の受信装置11bが反射されたレーダー信号を受信し、第1の散乱パラメータS11を測定して、相応の測定信号を出力する。 In FIG. 1, it corresponds to a radar signal transmitted by the first transmitter 11a, partially reflected by the first surface 22a, partially penetrated into the layer 22 and reflected by the second surface 22b. The first radiation path L1 is shown. The first receiving device 11b receives the reflected radar signal, measures the first scattering parameter S11, and outputs a corresponding measurement signal.

第2の放射光路L2は、第2の発信装置12aから発信され、第1の表面22aで部分的に反射され、部分的に層22の中へ侵入して、第2の表面22bで反射されるレーダー信号に相当する。第2の受信装置12bが反射されたレーダー信号を受信し、第2の散乱パラメータS22を測定して、相応の測定信号を出力する。 The second radiation path L2 is transmitted from the second transmitting device 12a, is partially reflected by the first surface 22a, partially penetrates into the layer 22, and is reflected by the second surface 22b. Corresponds to the radar signal. The second receiving device 12b receives the reflected radar signal, measures the second scattering parameter S22, and outputs a corresponding measurement signal.

さらに、第1の発信装置11aにより発信され、面法線Nに関して第1の入射角θ1,1で第1の表面22aに当たり、そこで反射されるレーダー信号に相当する第3の光路L3が図示されており、この反射は第1の反射率r12によって表されている。次いで、レーダー信号が第2の受信装置12bによって受信される。 Further, a third optical path L3, which is transmitted by the first transmitting device 11a, hits the first surface 22a at the first incident angles θ1 and 1 with respect to the surface normal line N, and corresponds to the radar signal reflected therethrough is shown in the figure. This reflection is represented by the first reflectance r12. The radar signal is then received by the second receiver 12b.

最後に、第1の発信装置11aにより発信され、まず面法線Nに関して第2の入射角θ1,2で第1の表面22aに当たり、そこで屈折するレーダー信号に相当する第4の光路L4が図示されており、この屈折は第1の透過率t12によって表されている。このレーダー信号は、第3の入射角θ2,2で第2の表面22bに当たり、そこで反射され、この反射は第2の反射率r23によって表されている。層22を透過した後、レーダー信号は第1の表面22aであらためて屈折し、このことは第2の透過率t21によって表されており、引き続き第2の受信装置12bによって受信される。 Finally, a fourth optical path L4, which is transmitted by the first transmitter 11a, first hits the first surface 22a at the second incident angles θ1 and 2 with respect to the surface normal line N, and is refracted there, is shown. This refraction is represented by the first transmittance t12. This radar signal hits the second surface 22b at the third incident angles θ2 and 2 and is reflected there, and this reflection is represented by the second reflectance r23. After passing through layer 22, the radar signal is refracted again at the first surface 22a, which is represented by the second transmittance t21, which is subsequently received by the second receiver 12b.

第3の光路L3および第4の光路L4に沿って伝搬するレーダー信号の重なり合いが第2の受信装置12bにより受信され、第3の散乱パラメータS12が測定されて、相応のセンサ信号が出力される。 The overlap of radar signals propagating along the third optical path L3 and the fourth optical path L4 is received by the second receiving device 12b, the third scattering parameter S12 is measured, and the corresponding sensor signal is output. ..

さらに、第1の表面22aないし第2の表面22bで反射され、第1の受信装置12bにより受信されるレーダー信号が、第2の発信装置12aによって発信され、それぞれの光路は第3の光路L3ないし第4の光路L4と正確に反対向きである。受信装置12bが相応の第4の散乱パラメータS21を測定して、センサ信号を出力する。 Further, a radar signal reflected by the first surface 22a to the second surface 22b and received by the first receiving device 12b is transmitted by the second transmitting device 12a, and each optical path is a third optical path L3. Or, it is exactly opposite to the fourth optical path L4. The receiving device 12b measures the corresponding fourth scattering parameter S21 and outputs a sensor signal.

センサ装置1は、第1の受信装置11bと第2の受信装置12bにより測定される散乱パラメータS11,S12,S21,S22を用いて、層22の層厚α2と誘電率ε2を判定するために構成された評価装置13を含んでいる。 The sensor device 1 uses the scattering parameters S11, S12, S21, and S22 measured by the first receiving device 11b and the second receiving device 12b to determine the layer thickness α2 and the dielectric constant ε2 of the layer 22. It includes the configured evaluation device 13.

層22の内部における入射角θy,j、特に第3の入射角θ2,2は、第2の入射角θ1,2に依存してスネルの屈折の法則により、すなわち次式により算出することができる。 The incident angles θy and j inside the layer 22, particularly the third incident angles θ2 and 2, can be calculated by Snell's law of refraction, that is, by the following equation, depending on the second incident angles θ1 and 2. ..

Figure 0007101462000003
Figure 0007101462000003

第1の送受信装置11と第2の送受信装置12の間の半分の間隔Bは、入射角θ1,1,θ1,2、層22からの間隔α1、および層22の層厚α2に依存して次式により決定することができる。 The half distance B between the first transmitting / receiving device 11 and the second transmitting / receiving device 12 depends on the incident angles θ1, 1, θ1, 2, the distance α1 from the layer 22, and the layer thickness α2 of the layer 22. It can be determined by the following equation.

Figure 0007101462000004
Figure 0007101462000004

フレネル屈折の式により、第1の反射率r12、第2の反射率r23、第1の透過率t12、および第2の透過率t21は、入射角θ1,1,θ1,2、送受信装置11,12と対象物22との間の周囲空気の複素誘電率ε1の実部ε1’、層22の複素誘電率の実部ε2’、ならびに送受信装置11,12と反対を向いている側の周囲空気の複素誘電率ε3の実部ε3’に依存して算出することができ、その際には次式が適用される。 According to the Fresnel refraction equation, the first reflectance r12, the second reflectance r23, the first transmittance t12, and the second transmittance t21 have incident angles θ1, 1, θ1, 2, and a transmitter / receiver 11. The real part ε1'of the complex dielectric constant ε1 of the ambient air between 12 and the object 22, the real part ε2' of the complex dielectric constant of the layer 22, and the ambient air on the opposite side of the transceivers 11 and 12. It can be calculated depending on the real part ε3'of the complex dielectric reflectance ε3 of, and the following equation is applied in that case.

Figure 0007101462000005
Figure 0007101462000005

周囲空気の誘電体厚Del1、および層22の誘電体厚Del2は、同じく入射角θ1,1,θ1,2、誘電率ε1,ε2、送受信装置11,12と層22の間隔α1、ならびに層22の層厚α2に依存して決まり、次式によって与えられる。 The dielectric thickness Del1 of the ambient air and the dielectric thickness Del2 of the layer 22 also have an incident angle θ1, 1, θ1, 2, a dielectric constant ε1, ε2, a distance α1 between the transmission / reception devices 11 and 12 and the layer 22, and the layer 22. It depends on the layer thickness α2 of, and is given by the following equation.

Figure 0007101462000006
Figure 0007101462000006

第1の送受信装置11から第2の送受信装置12へのレーダー信号の伝送を記述するための散乱パラメータSは、上記の一般式に基づき、本例においては次式によって算出される。 The scattering parameter S for describing the transmission of the radar signal from the first transmission / reception device 11 to the second transmission / reception device 12 is calculated by the following equation in this example based on the above general equation.

Figure 0007101462000007
Figure 0007101462000007

それに応じてこの式は、反射を記述するためのモデル量を表す。評価装置13は、第1の受信装置11bにより測定される第1の散乱パラメータS11および/または第2の受信装置12bにより測定される第2の散乱パラメータS22を、散乱パラメータSについての上記の式を用いてフィッティングするために構成されており、誘電体厚すなわち層厚α2と誘電率ε2の根との積が、フィッティングパラメータとして変更される。層厚α2と誘電率ε2の根との積は、最善のフィッティングによって判定される。さらに評価装置13は、第2の受信装置12bにより測定される第3の散乱パラメータS12および/または第1の受信装置11bにより測定される第4の散乱パラメータS21を、散乱パラメータについての上記の式を用いてフィッティングするために構成され、層厚α2と誘電率ε2の根との判定された積が代入されて、層厚α2または誘電率ε2のいずれかがフィッティングパラメータとして変更され、最善のフィッティングによって決定される。評価装置13は、層厚α2および誘電率ε2の根の判定された積を用いて、相応の残りの量を計算する。 Correspondingly, this equation represents the model quantity for describing the reflection. The evaluation device 13 uses the first scattering parameter S11 measured by the first receiving device 11b and / or the second scattering parameter S22 measured by the second receiving device 12b as the above-mentioned equation for the scattering parameter S. The dielectric thickness, that is, the product of the layer thickness α2 and the root of the dielectric constant ε2, is changed as a fitting parameter. The product of the layer thickness α2 and the root of the dielectric constant ε2 is determined by the best fitting. Further, the evaluation device 13 uses the third scattering parameter S12 measured by the second receiving device 12b and / or the fourth scattering parameter S21 measured by the first receiving device 11b as the above-mentioned equation for the scattering parameter. The best fitting is configured to fit using, substituting the determined product of the layer thickness α2 and the root of the permittivity ε2, and changing either the layer thickness α2 or the permittivity ε2 as the fitting parameter. Determined by. The evaluator 13 uses the determined product of the roots of the layer thickness α2 and the dielectric constant ε2 to calculate the corresponding remaining amount.

このように評価装置13は、層22の層厚α2ならびに誘電率ε2をこれらの量の適合化ないしフィッティングにより、モデル量を設定する散乱パラメータSについての式の自由なパラメータとして決定し、それにより、散乱パラメータSについての式とそれぞれの測定された散乱パラメータSとの間の差異が最小になるようにするために構成されている。このことは、たとえば平方平均の最小化によって行うことができる。このように評価装置13は、層22の層厚α2と誘電率ε2とを同時に決定する。 Thus, the evaluator 13 determines the layer thickness α2 and the permittivity ε2 of the layer 22 as free parameters of the equation for the scattering parameter S that sets the model quantity by adaptation or fitting of these quantities. , It is configured to minimize the difference between the equation for the scattering parameter S and each measured scattering parameter S. This can be done, for example, by minimizing the root mean square. In this way, the evaluation device 13 simultaneously determines the layer thickness α2 and the dielectric constant ε2 of the layer 22.

さらに評価装置13は、層22の判定された誘電率ε2を用いて、層22の湿り度を決定するために構成されている。評価装置13は、誘電率ε2と湿り度の経験上の関係が層22の既知の材料特性に依存して保存されているルックアップテーブルを、そのために有するのが好ましい。 Further, the evaluation device 13 is configured to determine the wetness of the layer 22 by using the determined dielectric constant ε2 of the layer 22. The evaluator 13 preferably has a look-up table for which the empirical relationship between the permittivity ε2 and the wetness is conserved depending on the known material properties of the layer 22.

第2の発信装置12aは任意選択である。たとえば別の実施形態では、第2の送受信装置12に代えて、第2の受信装置12bだけが設けられていてよい。第1の散乱パラメータS11だけが第1の受信装置11bによって測定され、第3の散乱パラメータS12が第2の受信装置12bによって測定され、評価装置13は、層22の層厚α2と誘電率ε2を、散乱パラメータSについての式に合わせた、測定された散乱パラメータS11,S12のフィッティングによって決定するために構成される。 The second transmitter 12a is optional. For example, in another embodiment, only the second receiving device 12b may be provided instead of the second transmitting / receiving device 12. Only the first scattering parameter S11 is measured by the first receiving device 11b, the third scattering parameter S12 is measured by the second receiving device 12b, and the evaluation device 13 measures the layer thickness α2 and the dielectric constant ε2 of the layer 22. Is configured to be determined by the fitting of the measured scattering parameters S11, S12 according to the equation for the scattering parameter S.

別の実施形態では、上に説明した散乱パラメータSについての式が、層22の内部での多重反射を考慮することによって拡張されて、評価装置13によるフィッティングが相応に実行される。 In another embodiment, the equation for the scattering parameter S described above is extended by considering multiple reflections inside layer 22, and fitting by the evaluator 13 is performed accordingly.

別の実施形態では、層22が複数の下位層を有することができ、それぞれの層の相応の誘電率ないし層厚を、相応の散乱パラメータSに合わせたフィッティングによって評価装置13により決定することができる。 In another embodiment, the layer 22 can have a plurality of lower layers, and the appropriate permittivity or layer thickness of each layer can be determined by the evaluation device 13 by fitting according to the appropriate scattering parameter S. can.

誘電率ε2の複素の測定値に代えて、レーダー信号の実部、虚部、振幅、または位相を評価してフィッティングし、湿り度を評価装置13によって相応に決定することもできる。 Instead of the complex measurement value of the dielectric constant ε2, the real part, the imaginary part, the amplitude, or the phase of the radar signal may be evaluated and fitted, and the wetness may be appropriately determined by the evaluation device 13.

別の実施形態では、第1の送受信装置11から層22までの間隔と、第2の送受信装置12から層22までの間隔とが相違していてよい。 In another embodiment, the interval from the first transmitter / receiver 11 to the layer 22 and the interval from the second transmitter / receiver 12 to the layer 22 may be different.

別の実施形態では、レーダー信号のフィルタリング、特に分極を実行することができる。 In another embodiment, radar signal filtering, especially polarization, can be performed.

図2には、層22の誘電率ε2および/または湿り度を判定する方法を説明するためのフローチャートが示されている。 FIG. 2 shows a flowchart for explaining a method of determining the dielectric constant ε2 and / or the wetness of the layer 22.

第1の方法ステップS1で、特に第1の発信装置11aまたは第2の発信装置12aにより、レーダー信号が発信される。 In the first method step S1, the radar signal is transmitted by the first transmission device 11a or the second transmission device 12a in particular.

次の方法ステップS2で、層22により反射されたレーダー信号が、互いに間隔をおく少なくとも2つの受信装置11b,12bによって受信されて測定される。留意すべきは、受信装置11b,12bが、レーダー信号を発するために使用される送信装置11a,12aを中心として対称には配置されず、それにより、受信装置11b,12bによって測定されるレーダー信号の進行時間が互いに相違するようにすることである。 In the next method step S2, the radar signal reflected by the layer 22 is received and measured by at least two receiving devices 11b, 12b spaced apart from each other. It should be noted that the receivers 11b, 12b are not symmetrically arranged about the transmitters 11a, 12a used to emit the radar signal, thereby the radar signal measured by the receivers 11b, 12b. The progress times of the above are to be different from each other.

それぞれの比較量が、発信されたレーダー信号と、受信装置11b,12bにより受信されたそれぞれのレーダー信号との比較によって決定される。この比較量は、特に、それぞれの散乱パラメータS11,S12,S21,S22であってよい。 Each comparison amount is determined by comparing the transmitted radar signal with the respective radar signals received by the receiving devices 11b and 12b. This comparative amount may be, in particular, the respective scattering parameters S11, S12, S21, S22.

次のステップS3で、層22の誘電率ε2および/または湿り度が、受信装置11b,12bにより出力される測定信号に依存して測定される。 In the next step S3, the permittivity ε2 and / or the wetness of the layer 22 is measured depending on the measurement signals output by the receiving devices 11b and 12b.

そのために、判定された比較量と、反射を記述するためのモデル量との間の差異が決定されるのが好ましく、このときモデル量は、パラメータ値としての層22の誘電率ε2と層厚α2とに依存して決まる。モデル量として、上に規定した散乱パラメータSの数学式を適用することができる。 Therefore, it is preferable to determine the difference between the determined comparative quantity and the model quantity for describing the reflection, where the model quantity is the dielectric constant ε2 of the layer 22 and the layer thickness as parameter values. It depends on α2. As the model quantity, the mathematical formula of the scattering parameter S defined above can be applied.

層22の誘電率ε2と層厚α2は、差異を最小にするパラメータ値として決定されるのが好ましい。 The dielectric constant ε2 and the layer thickness α2 of the layer 22 are preferably determined as parameter values that minimize the difference.

湿り度は、判定された誘電率ε2を用いて、ルックアップテーブルにより決定することができる。 The degree of wetness can be determined by a look-up table using the determined dielectric constant ε2.

1 センサ装置
11a,12a 送信装置
11b,12b 受信装置
13 評価装置
22 層
22a 第1の表面
22b 第2の表面
ε2 誘電率
S1 発信
S2 受信
S3 判定
1 Sensor device 11a, 12a Transmitter device 11b, 12b Receiver device 13 Evaluation device 22 Layer 22a First surface 22b Second surface ε2 Permittivity S1 Transmission S2 Reception S3 Judgment

Claims (10)

層(22)の誘電率(ε2)を判定する方法において、
次の各ステップを有しており、すなわち、
レーダー信号が発信(S1)され、
層(22)により反射されたレーダー信号が互いに間隔をおく少なくとも2つの受信装置(11b,12b)によって受信(S2)され、それぞれの測定信号が出力され、
層(22)の誘電率(ε2)が、少なくとも2つの前記受信装置(11b,12b)により出力される測定信号に依存して判定(S3)され
発信されたレーダー信号と前記受信装置(11b,12b)により受信されたそれぞれのレーダー信号との比較によってそれぞれの比較量が判定され、判定された比較量と反射を記述するためのモデル量との間の差異が決定され、モデル量はパラメータ値としての層(22)の誘電率(ε2)と層厚(α2)とに依存して決まり、層(22)の誘電率(ε2)は、前記差異を最小にするパラメータ値として判定され
方法。
Dielectric constant of layer (22) (ε2))ofIn the judgment method
It has each of the following steps, i.e.
A radar signal is transmitted (S1),
The radar signal reflected by the layer (22) is received (S2) by at least two receiving devices (11b, 12b) spaced apart from each other, and each measurement signal is output.
Dielectric constant of layer (22) (ε2))But, Determined (S3) depending on the measurement signals output by at least two receiving devices (11b, 12b).,
Each comparison amount is determined by comparing the transmitted radar signal with each radar signal received by the receiving device (11b, 12b), and the determined comparison amount and the model amount for describing the reflection are used. The difference between them is determined, the model quantity is determined depending on the dielectric constant (ε2) and the layer thickness (α2) of the layer (22) as parameter values, and the dielectric constant (ε2) of the layer (22) is determined by the above. Determined as a parameter value that minimizes the difference Ru
Method.
層(22)の湿り度、誘電率(ε2)と湿り度の既知の関係を援用したうえで決定される
請求項1に記載の方法。
The method according to claim 1, wherein the wetness of the layer (22) is determined by using a known relationship between the dielectric constant (ε2) and the wetness.
少なくとも2つの前記受信装置(11b,12b)により出力される測定信号に依存して、層(22)の層厚(α2)が判定される
請求項1または2に記載の方法。
The method according to claim 1 or 2, wherein the layer thickness (α2) of the layer (22) is determined depending on the measurement signals output by at least two receiving devices (11b, 12b).
(22)の層厚(α2)は前記差異を最小にするパラメータ値として判定される
請求項に記載の方法。
The method according to claim 3 , wherein the layer thickness (α2) of the layer (22) is determined as a parameter value that minimizes the difference.
前記モデル量は、層(22)の第1の表面(22a)でのレーダー信号の反射と第2の表面(22b)でのレーダー信号の反射とを考慮する
請求項1からのいずれか1項に記載の方法。
The model quantity is any one of claims 1 to 4, considering the reflection of the radar signal on the first surface (22a) of the layer (22) and the reflection of the radar signal on the second surface (22b). The method described in the section .
前記モデル量は、前記第1の表面(22a)と前記第2の表面(22b)の間のレーダー信号の多重反射をさらに考慮する
請求項5に記載の方法。
The method of claim 5, wherein the model quantity further considers multiple reflections of radar signals between the first surface (22a) and the second surface (22b).
多数のレーダー信号が互いに間隔をおく送信装置によって発信され、前記受信装置(11b,12b)は多数のレーダー信号の各々のレーダー信号について比較量を決定するために設計される
請求項1から6のいずれか1項に記載の方法。
23. Of claims 1 to 6, a large number of radar signals are transmitted by transmitting devices spaced apart from each other, and the receiving devices (11b, 12b) are designed to determine a comparison amount for each radar signal of the large number of radar signals. The method according to any one.
請求項1から7のいずれか1項に記載の方法に基づいて層(22)の誘電率(ε2)を判定するためのセンサ装置(1)において、
レーダー信号を発信するための少なくとも1つの送信装置(11a,12a)と、
層(22)により反射されたレーダー信号を受信するための互いに間隔をおく少なくとも2つの受信装置(11b,12b)と、
層(22)の誘電率(ε2)を判定するための評価装置(13)と、を有している
センサ装置。
In the sensor device (1) for determining the dielectric constant (ε2 ) of the layer (22) based on the method according to any one of claims 1 to 7.
At least one transmitter (11a, 12a) for transmitting radar signals, and
At least two receivers (11b, 12b) spaced apart from each other to receive the radar signal reflected by layer (22).
A sensor device having an evaluation device (13) for determining the dielectric constant (ε2 ) of the layer (22).
前記受信装置(11b,12b)は実質的に平行にアライメントされた主放射方向を有するアンテナを含んでいる
請求項8に記載のセンサ装置。
The sensor device according to claim 8, wherein the receiving device (11b, 12b) includes an antenna having a main radiation direction aligned substantially in parallel.
前記受信装置(11b,12b)は主放射方向が各アンテナの間の中心平面で交わるアンテナをそれぞれ含んでいる
請求項8に記載のセンサ装置。
The sensor device according to claim 8, wherein the receiving devices (11b, 12b) include antennas whose main radial directions intersect in a central plane between the antennas.
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