JPS58173474A - マイクロ波距離測定装置 - Google Patents

マイクロ波距離測定装置

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JPS58173474A
JPS58173474A JP57057606A JP5760682A JPS58173474A JP S58173474 A JPS58173474 A JP S58173474A JP 57057606 A JP57057606 A JP 57057606A JP 5760682 A JP5760682 A JP 5760682A JP S58173474 A JPS58173474 A JP S58173474A
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microwave
circuit
frequency
distance
waveguide
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JP57057606A
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Atsuo Takeda
武田 淳男
Koji Nakajima
中嶋 耕二
Masao Nishi
西 正生
Katsuhiko Shimada
克彦 島田
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Yaskawa Electric Corp
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Yaskawa Electric Manufacturing Co Ltd
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06Systems determining position data of a target
    • G01S13/08Systems for measuring distance only
    • G01S13/32Systems for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated
    • G01S13/34Systems 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

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はマイクロ波を用いて距離測定を行うF M−C
W (Frt%uevqcy Madulatad−C
anttnすousWα、Je  )方式の測定装置に
関し、特に導波管中でのマイクロ波の伝搬速度変化を補
正して精密測定を行なえるように改良した測定装置に関
するものである。
マイクロ波を用いた距離測定装置には、マイクロ波干渉
針を使い、周波数の異なるマイクロ波を同時に発生して
、各々のマイクロ波の干渉信号を検出し、干渉信号の位
相差から距離を測定するようにしたものが試みられてい
るが、干渉を原理としているため、マイクロ波部品が多
く経済的に不利であり、かつ測定範囲が広くとれない等
汎用的ではない。
一方、FMCW方式の装置は、マイクロ波部品が比較、
的少なく経済的に有利であるが、周波数を計数すると、
ステップ誤差という固有の誤差が存在し、例えば溶鋼の
レベル等を取り扱う範囲の近距離への適用が阻まれてい
た。
このステップ誤差を解消することを目的として本願出願
人は先に、特開昭52−27395号公報に記載された
装置を開示した。
即ち、マイクロ波を連続的に周波数変調して送信し被測
定面で反射してきた波を受信して送信波とミキシングし
そのビート周波数から被測定面までの距離を測定する装
置において、ビート周波数の周期を測定し、除算器でそ
の逆数を計算して距離を算出することを特徴とする距離
測定装置である。
ところで、上述した従来の装置は、アンテナから導波管
を介してミキシングポイントまでの距−゛を固定距離と
して一定とし、この固定距離を測定された被測定面まで
の距離から減算して算出しているものである。
ところが、マイクロ波はその性質上、空気中では光速で
伝搬するが、マイクロ波を伝送する媒体として装置内に
用いられる導波管中においては、光速よりも遅(しかも
周波数によって変化する。
即ち、導波管中でのマイクロ波の伝搬速度V(、(f)
は周波数fの関数となり次の(11式で表わされる。
vGl(t)=c π7下旨フ〒巨−Ill但し、C;
自由空間でのマイクロ波の伝搬速度(3x108  (
m/5)) fcH導波管の遮断周波数 従って、実際のアンテナから導波管を介してミキシング
ポイントまでの固定距離L (flは次の12)式%式
% 但し、lI ;既知の導波管実長 1、I;導波管以外のアンテナ等の実長このように、従
来の装置では、導波管中におけるマイクロ波の周波数変
化によって、固定距離LTflは変化するので、導波管
が短い場合には測定距離にさほどの影響を与えないもの
の、導波管が長い場合には、無視できない測定誤差にな
るという問題があり、精密測定を行うまでには至ってい
ない。
本発明は上述した問題点を解消し、導波管中におけるマ
イクロ波の周波数変化による固定距離L<r、+の変化
を補正し、、導波管が長い場合にでも距離の精密測定が
できるように改良した測定装置を提供することを目的と
するものである。
この発明はマイクロ波を連続的に周波数変調して被測定
面に送信する装置と、該装置より送信された送信波と被
測定面で反射した波とをミキシングして、そのビート周
波数のビート周期を測定することにより、ミキシングポ
イントから被測定面までの距離を演算する装置と、前記
ビート周期測定時の任意の時刻における周波数変調され
たマイクロ波の周波数から、その周波数の関数であるミ
キシングポイントから導波管を通ってアンテナまでの固
定距離を演算する装置と、該装置で演算された固定距離
を前記ミキシングポイントから被測定面までの距離より
減算してアンテナから被測定面までの距離を演算する装
置と、該装置により演算された距離を外部に出力する装
置とから構成したことを特徴とするマイクロ波距離測定
装置に係るものである。
以下、本発明を図面に示す実施例に基いて説明すれば、
第1図は本発明に係る装置の一実施例を示すブロック図
であり、(1)はクロックパルスを発生するクロック回
路、(2)は同クロ7り回路(llで発生したクロック
パルスを計数する8ビツトのカウンタ回路、(3)は同
カウンタ回路の8ビツトのパルス信号をアナログ信号に
変換するD/A変換ll]i13、(4)はマイクロ波
発振器が内部に設けられており、前記D/A変換回路(
3)のアナログ信号に応じて周波数変調すると共に、送
信波と受信波とをミキシングするミキシング回路を内部
に設けたマイクロ波回路、(5)は同マイクロ波回路(
4)で周波数変調されたマイクロ波を導波管(6)を介
して被測定面(7)に発射する送信アンテナ、(8)は
被測定面(7)から反射した波を受信する受信アンテナ
、+91は同受信アンテナ(8)より受信した波をマイ
クロ波回路(4)のミキシング回路に導く導波管、OI
は同ミキシング回路で送信波と受信した波とをミキシン
グしてビート周波数に変換して後、このビート周波数を
所要の帯域を有するフィルターで雑音等の不要な周波数
成分を除去すると共に、ビート周波数の周期に対応した
パルス信号に変換するアナログ信号処理回路、(11)
は内部にクロックパルス発生回路が設けられており、こ
のクロックパルスで前記ビート周波数の周期に対応した
パルス信号のパルス幅  −Tbを計数し、同パルス信
号の立上り時(計数開始時)にマイクロ波スタート周波
数検出回路(12)にラッチ信号αを出力し、前記パル
ス信号の立下り時(針数終了時)にエンド周波数検出回
路(13)にラッチ信号βを出力する周期針数回路、(
14)は同周期針数回路< 11)の計数結果より前記
マイクロ波回路(4)のミキシングポイントから被測定
面(7)までの距離Xを演算する距離演算回路、(15
)は前記ラッチ信号α、β出力時に、それぞれスタート
周波数検出回路(12)、エンド周波数検出回路(13
)が、周波数変調されたマイクロ波の周波数に対応した
カウンタ回路(2)の信号を読み取ることにより測定さ
れたそれぞれα、β出力時のマイクロ波周波数fα、【
βを平均し、この平均周波数に応じてマイクロ波回路(
4)のミキシングポイントより導波管を通ってアンテナ
までの固定距離L (flを演算する固定距離演算回路
、’  (16ンは前記距離演算回路(14)で演算さ
れた距離Xより、固定距離演算回路(15)で演算され
た固定ll1lIII、(f)を減算して、アンテナよ
り被測定面(7)まで距離Rを算出する減算器、(17
)は同減算器(16)より算出された測定結果を外部に
出力する出力回路(本実施例ではD/A変換回路を使用
)を示す。
第2図はその実施例におけるタイムチャートを示したも
ので、まず、送信波について説明する。
クロック回路+11で発生した同図1a)に示すクロッ
クパルスをカウンタ回路(2)に入力し、同カカウンタ
回路(2)により出力される同図(b)、(C)、ld
lに示すような8ビツトのデータ信号(一部のみ図示す
る)をD/A変換回路(3)に入力することにより、同
図(elに示すような三角波のアナログ信号に変換する
。この三角波をマイクロ波回路(4)のマイクロ波発振
器に人力すると、マイクロ波は三角波のレベルに応じて
連続的に周波数変調され、導波管(6)を通って送信ア
ンテナ(5)より被測定面(7)に発射される。ここで
、上述の周波数変調されたマイクロ波の周波数はD/A
変換回路(3)より出力される三角波の・レベルに応じ
て変化し、三角波のレベルはカウンタ回路(2)より出
力される8ビ・ノドデータ信号によって定まるので、刻
々と変化する周波数変調されたマイクロ波の周波数は、
その時々のカウンタ回路(2)の8ビツトデ一タ信号を
読み取ることにより検出することができる。
次に、被測定面(7)で反射した反射波は受信アンテナ
(8)に受信され、導波管(9)に導かれてマイクロ波
回路(4)内のミキシング回路に入力される。このミキ
シング回路で送信波と反射波とをミキシングし、同図(
flに示すようなビート信号を得ることができる。この
ビート信号をアナログ信号処理回路Qlで不要な周波数
成分を除去して後、同図(沿に示すようなビート信号の
周期に対応したパルス幅Tbのパルス信号に変換する。
このパルス信号を人力された周期計数回路(11)では
、内部のクロ・ツクパルス発生器のクロックを計数して
、前記パルス幅Tbを測定し、同図(hlに示すような
16ビ・ノドのデータ信号(斜線部分はデータを含んで
いる部分、x部分は含まない部分を示す。以下同じ)を
得る。また、同パルス信号の立上り時に同図(11に示
ずようなラッチ信号αをスタート周波数検出回路(12
)に出力すると共に、同パルス信号立「り時には同図(
」)に示すようなランチ信号βをエンド周波数検出回路
(13)に4出力する。スタート周波数検出回路(12
)、エンド周波数検出、回路(13)では上述のように
α、β出力時のカウンタ、回路(2)のデータ信号をラ
ンチすることにより1.周波数変調されたマイクロ波の
周波数fα、「βを検出し、それぞれ同図(kl、 i
llに示すようなデータ信号を出力する。
周期針数回路(11)のデータ信号を人力された距離演
算回路(14)は前記ビート周期Tbよりマイクロ波回
路(4)のミキシングポイントから被測定面までの距離
Xを次の(3)式で演算し、同図(ホ)に示すようなデ
ータ信号を出力する。
x −2R+ L(fl = (T e /ΔF)  
・ (C/’rb)(3) 但し、Te;マイクロ波周波数の変調周期ΔF;最大周
波数偏移 R;アンテナより被測定面までの距離 fα、fβを入力された固定距離演算回路(15)では
、まず、fα、fβの平均周波数fを演算し、上述の1
2)式に(11式を代入した次の(4)式により、マイ
クロ波回路(4)′のミキシングポイントからアンテナ
までの固定距離L (f)を演算し、同図(n)に示す
ような固定距離データ信号を出力する。
L(fしく117571777石”)+L+−・−(4
) 但し、f=%・ (fα+fβ) 減算器(16)ではアンテナより被測定面までの距離R
を次の(5)式で演算し、同図(0)に示すような距離
データ信号を出力回路(17)に入力して、同出力回路
(17)よりアナログ信号に変換して外部に出力する。
R=%・ (x−L(f)) =’A ・(C−To) / (ΔF−Tb)’A−L
 (fl             −(51このよう
に、導波管中におけるマイクロ波の周波数変化による誤
差を補正し・た結果、第3図に示すように、従来の装置
では周波数の変化に依存して測定距1111Rは変化し
ていたが、本発明では周波数が変化しても測定距離Rは
ほぼ一定となり、周波数の影響を受けないことがわかる
。尚、この測定結果は導波管長をIonとし、最大周波
数偏移ΔFを9.0から10.0 G HzまでのIG
Hzとして測定したものである。従って、従来性じてい
た固定距離の変化による誤差を補正することができる。
上述したように本発明によれば、導波管中におけるマイ
クロ波の周波数変化による測定誤差を補正したので、導
波管が長い場合にでも距離の精密測定を行なえる効果を
奏するものである。
【図面の簡単な説明】
第111I4は本発明に係る装置の一実施例のブロック
図、第2図はその実施例におけるタイムチャート、第3
図は従来の装置と本発明装置とで距離を測定したV、巣
を示す特性図である。 (1);り鬼ドック回路 (2);カウンタ回路+31
iD/Δ変換回路 (4);マイクロ波回路(5):送
信アンテナ (6)、・(9);導波管(7);被測定
面 (8);受信アンテナa・;アナログ信号処理回路 (11)  i周期針数回路 (12)  iスタート周波数検出回路(13)  :
エンド周波数検出回路 (14)  ;距離演算回路 (15)  ?固定距離演算回路 (16)  i減算器 (17)  i出力回路 特許出願人  株式会社 安川電機製作所代理人 伊東
9忠(ほか2名)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、マイクロ波を連続的に周波数変調して被測定面に送
    信する装置と、該装置より送信された送信波と被測定面
    で反射した波とをミキシングして、そのビート周波数の
    ビート周期を測定することにより、ミキシングポイント
    から被測定面までの距”離を演算する装置と、前記ビー
    ト周期測定時の任意の時刻における周波数変調されたマ
    イクロ波の周波数から、その周波数の関数であるミキシ
    ングポイントから導波管を通ってアンテナまでの固定距
    離を演算する装置と、該装置で演算された固定距離を前
    記ミキシングポイントから被測定面までの距離より減算
    してアンテナから被測定面までの距離を演算する装置と
    、該装置により演算された距離を外部に出力する装置と
    から構成したことを特徴とするマイクロ波距離測定装置
JP57057606A 1982-04-06 1982-04-06 マイクロ波距離測定装置 Granted JPS58173474A (ja)

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JP57057606A JPS58173474A (ja) 1982-04-06 1982-04-06 マイクロ波距離測定装置

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JP57057606A JPS58173474A (ja) 1982-04-06 1982-04-06 マイクロ波距離測定装置

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JPS58173474A true JPS58173474A (ja) 1983-10-12
JPH0131595B2 JPH0131595B2 (ja) 1989-06-27

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ID=13060515

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JP (1) JPS58173474A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5830607A (en) * 1992-11-21 1998-11-03 Ulvac Coating Corporation Phase shift mask and manufacturing method thereof and exposure method using phase shift mask
JP2003090876A (ja) * 2001-09-17 2003-03-28 Nec Eng Ltd Fw−cw距離測定装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5830607A (en) * 1992-11-21 1998-11-03 Ulvac Coating Corporation Phase shift mask and manufacturing method thereof and exposure method using phase shift mask
JP2003090876A (ja) * 2001-09-17 2003-03-28 Nec Eng Ltd Fw−cw距離測定装置

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JPH0131595B2 (ja) 1989-06-27

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