KR100391928B1 - 다목적 전자 물질 표면 레벨측정센서 및 표면 레벨측정방법 - Google Patents

다목적 전자 물질 표면 레벨측정센서 및 표면 레벨측정방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100391928B1
KR100391928B1 KR10-2003-7002793A KR20037002793A KR100391928B1 KR 100391928 B1 KR100391928 B1 KR 100391928B1 KR 20037002793 A KR20037002793 A KR 20037002793A KR 100391928 B1 KR100391928 B1 KR 100391928B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
pulse
delay
reflected
interface level
pulses
Prior art date
Application number
KR10-2003-7002793A
Other languages
English (en)
Inventor
맥콴토마스이.
Original Assignee
더 리전트 오브 더 유니버시티 오브 캘리포니아
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=23412258&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=KR100391928(B1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by 더 리전트 오브 더 유니버시티 오브 캘리포니아 filed Critical 더 리전트 오브 더 유니버시티 오브 캘리포니아
Application granted granted Critical
Publication of KR100391928B1 publication Critical patent/KR100391928B1/ko

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B13/00—Burglar, theft or intruder alarms
    • G08B13/22—Electrical actuation
    • G08B13/24—Electrical actuation by interference with electromagnetic field distribution
    • G08B13/2491—Intrusion detection systems, i.e. where the body of an intruder causes the interference with the electromagnetic field
    • G08B13/2497—Intrusion detection systems, i.e. where the body of an intruder causes the interference with the electromagnetic field using transmission lines, e.g. cable
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E05—LOCKS; KEYS; WINDOW OR DOOR FITTINGS; SAFES
    • E05F—DEVICES FOR MOVING WINGS INTO OPEN OR CLOSED POSITION; CHECKS FOR WINGS; WING FITTINGS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, CONCERNED WITH THE FUNCTIONING OF THE WING
    • E05F15/00—Power-operated mechanisms for wings
    • E05F15/40—Safety devices, e.g. detection of obstructions or end positions
    • E05F15/42—Detection using safety edges
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E05—LOCKS; KEYS; WINDOW OR DOOR FITTINGS; SAFES
    • E05F—DEVICES FOR MOVING WINGS INTO OPEN OR CLOSED POSITION; CHECKS FOR WINGS; WING FITTINGS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, CONCERNED WITH THE FUNCTIONING OF THE WING
    • E05F15/00—Power-operated mechanisms for wings
    • E05F15/40—Safety devices, e.g. detection of obstructions or end positions
    • E05F15/42—Detection using safety edges
    • E05F15/43—Detection using safety edges responsive to disruption of energy beams, e.g. light or sound
    • E05F15/431—Detection using safety edges responsive to disruption of energy beams, e.g. light or sound specially adapted for vehicle windows or roofs
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/22—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
    • G01F23/28—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring the variations of parameters of electromagnetic or acoustic waves applied directly to the liquid or fluent solid material
    • G01F23/284—Electromagnetic waves
    • 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
    • G01S13/0209—Systems with very large relative bandwidth, i.e. larger than 10 %, e.g. baseband, pulse, carrier-free, ultrawideband
    • 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
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E05—LOCKS; KEYS; WINDOW OR DOOR FITTINGS; SAFES
    • E05F—DEVICES FOR MOVING WINGS INTO OPEN OR CLOSED POSITION; CHECKS FOR WINGS; WING FITTINGS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, CONCERNED WITH THE FUNCTIONING OF THE WING
    • E05F15/00—Power-operated mechanisms for wings
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E05—LOCKS; KEYS; WINDOW OR DOOR FITTINGS; SAFES
    • E05Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES E05D AND E05F, RELATING TO CONSTRUCTION ELEMENTS, ELECTRIC CONTROL, POWER SUPPLY, POWER SIGNAL OR TRANSMISSION, USER INTERFACES, MOUNTING OR COUPLING, DETAILS, ACCESSORIES, AUXILIARY OPERATIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, APPLICATION THEREOF
    • E05Y2400/00—Electronic control; Electrical power; Power supply; Power or signal transmission; User interfaces
    • E05Y2400/10—Electronic control
    • E05Y2400/45—Control modes
    • E05Y2400/452—Control modes for saving energy, e.g. sleep or wake-up
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E05—LOCKS; KEYS; WINDOW OR DOOR FITTINGS; SAFES
    • E05Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES E05D AND E05F, RELATING TO CONSTRUCTION ELEMENTS, ELECTRIC CONTROL, POWER SUPPLY, POWER SIGNAL OR TRANSMISSION, USER INTERFACES, MOUNTING OR COUPLING, DETAILS, ACCESSORIES, AUXILIARY OPERATIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, APPLICATION THEREOF
    • E05Y2400/00—Electronic control; Electrical power; Power supply; Power or signal transmission; User interfaces
    • E05Y2400/61—Power supply
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E05—LOCKS; KEYS; WINDOW OR DOOR FITTINGS; SAFES
    • E05Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES E05D AND E05F, RELATING TO CONSTRUCTION ELEMENTS, ELECTRIC CONTROL, POWER SUPPLY, POWER SIGNAL OR TRANSMISSION, USER INTERFACES, MOUNTING OR COUPLING, DETAILS, ACCESSORIES, AUXILIARY OPERATIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, APPLICATION THEREOF
    • E05Y2400/00—Electronic control; Electrical power; Power supply; Power or signal transmission; User interfaces
    • E05Y2400/80—User interfaces
    • E05Y2400/81—Feedback to user, e.g. tactile
    • E05Y2400/818—Visual
    • E05Y2400/822—Light emitters, e.g. light emitting diodes [LED]
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E05—LOCKS; KEYS; WINDOW OR DOOR FITTINGS; SAFES
    • E05Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES E05D AND E05F, RELATING TO CONSTRUCTION ELEMENTS, ELECTRIC CONTROL, POWER SUPPLY, POWER SIGNAL OR TRANSMISSION, USER INTERFACES, MOUNTING OR COUPLING, DETAILS, ACCESSORIES, AUXILIARY OPERATIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, APPLICATION THEREOF
    • E05Y2900/00—Application of doors, windows, wings or fittings thereof
    • E05Y2900/50—Application of doors, windows, wings or fittings thereof for vehicles
    • E05Y2900/53—Type of wing
    • E05Y2900/55—Windows
    • 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
    • G01S7/28—Details of pulse systems
    • G01S7/282—Transmitters
    • 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
    • G01S7/28—Details of pulse systems
    • G01S7/285—Receivers

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
  • Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

본 발명은 송수신기(12)와 이 송수신기(12)를 물질에 부분적으로 잠긴 유도선(14)에 전기적으로 결합하는 동축케이블(16)의 내부 도전체(21)를 구비하는 물질의 표면 또는 경계면 레벨측정센서를 개시한다. 발사판(18)이 케이블(16)의 외부 피복(19)에 연결되고, 저항기(20)가 발사판(18)을 유도선(14)에 연결한다. 발사판(18)은 송수신기(12)에 회송되는 기준펄스를 생성한다. 발사판(18)에서 전송된 전자기파가 유도선(14)을 따라 전파된다. 상기 전자기파는 표면 또는 경계면에서 반사되어 발사판(18)에 수신되고 반사펄스로서 송수신기(12)로 전송된다. 송수신기(12)는 기준펄스와 반사펄스간의 시간지연을 측정하여 발사판(18)에 대한 표면 또는 경계면 레벨을 결정한다.

Description

다목적 전자 물질 표면 레벨측정센서 및 표면 레벨측정방법{AN ELECTRONIC MULTI-PURPOSE SENSOR FOR DRTERMINING THE SURFACE LEVEL OF A MATERIAL AND A METHOD FOR DETERMINING THE SURFACE LEVEL}
정부권리의 표시
로렌스 리버모어 국립연구소 운영을 위한 미국 에너지부와 캘리포니아 대학간의 계약번호 W-7405-ENG-48에 따라 본 발명에 대해서는 미국정부가 권리를 가진다.
본 발명은 센서에 관한 것으로, 더 구체적으로는 반응로, 배관, 하상(河床; river bed), 관개 수로, 컨베이어, 자립(自立; free standing) 파일(pile)등의 용기와 여러 가지 다른 시스템에 수용된 유체등의 물질의 레벨(level)과 상태를 측정하기 위한 레벨센서에 관한 것이다. 본 발명은 또한 기계공구, 유압 액튜에이터 및 가동(movable) 부재를 가지는 이들과 유사한 장치들에 사용되는 선형(linear) 변위 변환기(transducer)에도 관련된다.
액체의 레벨과 두 액체간의 경계레벨의 측정을 위해 종래 여러가지 장치들이 사용되어 왔다. 일반적으로 이들 장치들은 용기내에 수용된 센서와, 센서로부터 데이터가 감지될 원격위치로 데이터를 송출하고 이 데이터를 용기내의 액체의 레벨을 나타내는 적절한 형태로 변환하는 수단으로 구성된다.
부자(浮子; float)와 같은 기계적 및 전자기적 센서는 신뢰성이 낮고 깊은 탱크나 부식성 액체가 수용된 탱크에는 사용되기 어렵다. 음파나 초음파신호를 사용하는 장치는 음속이 온도와 습도에 따라 변화되므로 상대적으로 부정확하다. 초음파 응용센서는 초음파신호가 유체표면에 형성된 거품형 물질, 즉 거품에 반사되므로, 실제 유체 레벨을 정확히 측정할 수 없다. 용량형 레벨센서에서는 액체가 센서에 근접해야 하는데, 센서에 벽체의 침습(wall wetting)이 잘못 감지될 수 있다. 또한, 용량형 센서는 센서가 잠겨있는 유체 또는 혼합물의 상태에 대한 정보를 제공하지 않는다.
한편 주파수변조(FM)-연속파(CW) 레이더 센서도 용기내의 액체 레벨의 측정에 사용되고 있다. 이들 센서에서, 자유전파된 레이더 신호가 액체 표면으로 송출되고 그곳에서 수신기로 반사되어 신호전달시간이 측정됨으로써 기준점과 유체 레벨간의 거리가 결정된다. 이러한 레이더 센서는 고가이며 대형이고, 일반적으로 6인치 정도의 제한된 해상도(resolution)를 가진다.
대부분의 종래의 시간영역 반사측정(TDR) 시스템은 액체레벨의 정확한 표시가 가능하고, 액체레벨의 변화에 대해 신속히 반응하지만, 적절한 기능을 위해서는 매우 복잡하고 고가인 시스템을 요구한다. 이 시스템의 일례가 로스(Ross)의 미국특허 제3,832,900호에 개시되어 있으며 용기내의 액체에 잠겨 수용된 액체로 충전되는 개방형 동축선(同軸線; coaxial line)을 사용한다. 액체표면은 전송선을 따라 회송(回送)되는 기준밴드(baseband) 펄스신호의 반사파를 생성하는 상기 동축선에 불연속점을 형성한다. 펄스전송시간에 대한 반사파의 수신시간이 액체레벨을 결정한다. 그러나, 전송선이 이물질로 막히기 쉬워 빈번한 세정을 요구한다.
로스의 미국특허 제3,995,212호에는 막힘 문제를 해결하여 방사 반사 감지시스템의 복잡성을 감소시키기 위한 액체레벨 측정장치가 개시되어 있다. 구체적으로, 이 특허에서는, 나노(nano)초 이하의 지속시간을 가지는 기준밴드 프로브 펄스를 생성하며 방향성 커플러(coupler)를 통해 전이 장치와 결합되는 펄스발생기로구성되는 장치를 기재하고 있다. 상기 전이 장치는 프로브 펄스를 안내하는 전송선을 파가 연속적으로 전파되는 단선(單線: single wire) 전송선으로 변환한다. 상기 단선은 액체 표면에 직교하여 그 액체 내측으로 관통하여 연장되도록 위치한다. 액체표면의 유전상수(dielectric constant)의 변화에 의해 발생되는 프로브 펄스의 반사파는 상기 단선을 따라 전이 장치로 회송되어 방향성 커플러에 결합된다.
반사파의 샘플은 방향성 커플러의 반사 포트(port)에 결합되며, 상기 방향성 커플러는 또한 입사파의 샘플이 인가되는 포트도 구비한다. 이 포트들은 스위치를 통해 레벨 프로세서에 결합되며 상기 프로세서에서 입사파와 반사파간의 지연(delay)이 측정된다. 이 지연이 액체레벨의 결정에 사용된다. 그러나 이러한 액체레벨 감지시스템은 상당히 고가이고 대형일 뿐만 아니라, 도전성(導電性) 액체의 깊이 측정은 불가능하다.
라오(Rao)등의 미국특허 제4,489,601호는 도전성 또는 비도전성 액체의 기준레벨상의 높이를 측정하는 장치를 개시하고 있다. 구보(Goubau)형 전송선이 입력단자로부터 구보선의 외경보다 큰 직경으로 된 중공(中空) 실린더를 갖는 접합부로 연장된다. 이 접합부에서 구보선은 중공 실린더내로 연장되어 동축의 전송선을 구성하는데, 그 전송선은 액체표면의 상부로부터 그 표면 하부의 기준 레벨(일반적으로 바닥)까지 유체내에 수직으로 잠겨 있게 된다.
입력단자에서 한 펄스가 구보선에 결합되어 표면파로 전파되고, 접합부에 도달하면 두개의 모드로 변환된다. 즉 동축선 외부의 표면파 모드와 동축선 내부의 횡단(transverse) 전자기모드이다. 전이 장치가 이 두 모드에 분배되는 상대적 전력을 제어한다. 동축선의 외부로 전파되는 표면파가 액체 표면을 만나면 반사파가 발생된다. 상기 횡단 전자기모드는 동축선내에 그대로 잔류하여 표면 하부의 기준레벨에 도달하기까지는 반사되지 않는다. 동축선 외부의 반사 표면파와 동축선 내부의 반사 횡단 전자기 모드파가 동축선을 따라 회송되어, 시간으로 분리된 반사 표면파로서 구보선에 결합된다. 구보선으로 전파된 반사파가 방향성 커플러로 전송되어 수신기에 의해 감지된다. 수신된 펄스들간의 시간이 액체의 표면과 기준레벨간의 거리에 비례한다. 그러나, 이러한 종래의 TDR 레벨 측정장치는 고가이며 대형이다.
그러므로 종래의 장치들의 상기한 문제들을 해결할 수 있는 새로운 물질 레벨 센서의 제공이 시급히 요구되고 있다. 새로운 레벨 센서는 반응로나 배관, 하상, 관개 수로, 컨베이어, 자립 파일 등의 용기와 여러 가지 다른 시스템들에 수용된 유체나 다른 물질의 레벨과 상태를 측정할 수 있어야 할 것이다. 이 센서는 또한 기계 공구나, 유압 액튜에이터 및 가동 부재를 가지는 유사 장치들의 선형 변위 변환기로 사용되기에 적합해야 할 것이다.
따라서, 본 발명의 목적은 염가이고 정확하며 경량이고 사용이 간편한 개선된 레벨센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 좁은 공간과 복잡한 구조에 사용될 수 있도록 크기가 소형인 레벨센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 매우 낮은 전력소모와 긴 작동범위를 가지는 레벨센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 유체 및 입상(粒狀) 물질 등의 다른 물질의 레벨과 상태를 측정할 수 있는 레벨센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 변환 측정을 위해 이동하는 반사면을 위치확인할 수 있는 레벨센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 선형 변위 변환기로 사용될 수 있는 레벨센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 측정될 실제 액체레벨을 측정할 수 있으며 거품형 물질에 영향받지 않는 레벨센서를 제공하는 것이다.
이상의 목적들과 본 발명의 이점들은 매우 짧은 전기적 펄스의 시간영역 반사측정기술(TDR)에 의해 달성된다. 펄스는 유체나 고체등의 물질에 잠겨 있는 전송선을 따라 전파된다. 도입된 기준 반사파와 복수의 절연 경계면간의 시간차가 물질레벨과 상태를 측정할 수 있게 한다.
상기 레벨 센서는 회로 소자들과 온도 변화에 무관하며 저렴하게 제작될 수 있다. 전송선은 구보선, 마이크로스트립(microstrip), 동축선, 2단자선(lead), 평면(coplanar) 스트립 또는 평면 도파관(導波器; wave guide)으로 구성될 수 있다. 센서는 일반적으로 탱크 또는 용기의 내벽을 따라 배열된 스트립을 구비한다. 반사펄스는 또한 오일탱크 저면에 침전된 침전물(汚泥; sludge)등 유체내의 적층 상태에 대한 정보도 포함한다. 상기 센서는 수동 운반가능하여 근접이 어려운 제한된 공간에서도 쉽게 사용될 수 있다. 상기 센서는 또한 전송선에 근접한 물체의 변환측정에도 사용될 수 있다.
자동 방식들의 응용 분야에서, 이 센서는 가스 탱크, 크랭크케이스, 변속기, 배후단(rear ends), 브레이크유 저장소, 전면 유리 클리너 물 탱크, 세탁기 급수레벨, 산업용 용기 충전 레벨등의 충전레벨을 측정하는 계량봉(dipstick)으로 사용될 수 있다. 이 센서는 또한 화장실이나 곡물 사일로, 주유소 저장탱크, 유조선등에 사용되는 대부분의 레벨센서들을 대체할 수 있다. 뿐만 아니라, 본 발명의 센서는 금속 또는 절연성 물체가 전송선에 인접 또는 접촉하여 이동되는 기계 위치 제어, 리미트 스위치, 악기등의 선형 변위 변환기로서도 이용될 수 있다.
상기 센서는 하나의 다이오드 만으로 구성된 매우 간단하고 저렴한 샘플러를 구비한다. 샘플링된 신호는 게이트펄스가 다른 단자(음극)에 인가될 때 하나의 단자(다이오드의 양극)에 인가된다. 또한, TRD 시스템 구성에 대해 후술되는 바와 같이, 이 신호는 고주파성분만을 가지며 평균이 0이므로, 샘플러의 블로우바이(blowby), 즉 샘플러 출력에 대한 신호입력으로부터의 샘플링되지 않은 의사(擬似:spurious) 결합의 통상적인 문제가 야기되지 않는다. 제한된 고주파 대역폭을 가지는 증폭기가 이 샘플러에 연결되어 고주파성분을 차단한다. 따라서, 텍트로닉스(Tektronix) 모델 S-4등의 종래의 샘플러에 구비되던 복잡한 블로우바이 보상회로는 필요가 없다.
또한, 본 발명의 센서는 전송펄스중에 다이오드의 순방향 전도(foward conduction)를 방지하기 위해 샘플링 다이오드에 직류 약 1V의 역(逆) 바이어스(bias)되는 평균 정류 게이트 펄스가 형성되므로, 자체 바이어싱 구조를가진다. 하나의 커패시터(C=22㎊)가 이 바이어스를 유지 및 평활화하고, 접지에 연결된 하나의 1㏁ 바이어스 저항이 바이어스전압을 바이어스 회로의 절대적 최소값으로 유지하는 블리더(bleeder) 저항을 구성한다.
샘플 버퍼증폭기로는 대역폭을 한정하는 트랜스임피던스(transimpedance) 증폭기를 사용한다. 트랜스임피던스 증폭기는 샘플링 다이오드의 순방향 전압강하와 역 바이어스의 변동 효과를 제거하기 위해 교류 결합되어 있다. 또한, 그의 고주파 대역폭은, 2㎒의 펄스반복주파수(PRF) 속도에서 발생되는 펄스대 펄스의 바이어스 변화의 증폭을 방지하여 불규칙잡음을 평활화하기 위해 펄스반복주파수 미만으로 제한된다.
센서는 또한 수신 게이트 경로에 매우 간단한 RC 지연회로를 사용하는 범위 스위프(sweep)회로를 구비하는데, 이 회로는 4.7㏀의 저항을 통해 인가된 제어범위 지연전압에 대해 지수(exponential)형 지연함수를 제공한다. 범위 스위프를 위한 이 독특한 설계는, 선형전압 램프(ramp) 지연회로를 구성하도록 고가이며 복잡한 정밀 고속 아날로그 전류원(源)과 비교기를 요구하는 종래의 센서와 본 발명을 명확히 구분시키는 특징 중 하나가 된다.
최소의 요소로 선형 스위프 지연함수를 제공하기 위해 등가시간(ET) 지수램프가 실시간 지수 지연램프 회로에 대한 스위핑 기준입력으로 사용된다. 또한 전원(Vcc) 공급이 실시간 및 등가시간 램프 진폭과 (논리 인버터로 형성되는) 비교 함수의 판단 임계치(TTH=V㏄/2)를 동시에 규정하므로, 이 범위 스위프회로는 공급전압(V㏄)의 변화에 별로 영향을 받지 않는다. 이에 따라, V㏄가 10% 증가하면, 램프진폭과 판단 임계전압(TTH)이 10% 증가하여, 실시간 램프의 임계치가 동일(최대진폭의 50%)하며, 즉 공급전압(V㏄)의 10% 증가에도 불구하고 동일한 지연을 유지한다. 이러한 보상효과는 안정되고 낮은 지터(jitter) 잡음의 타이밍 제어에 매우 중요하다.
상기 센서는 또한 병렬 배치된 센서나 무선국등 CW 방출원으로부터의 간섭을 방지하기 위해 디더링(dithering) 펄스반복주파수 회로를 구비한다. 디더링 펄스반복주파수 회로는 또한 유도선, 전송선, 센서팁(tip)등으로부터의 의사 송출의 스펙트럼선을 분산시킴으로써 공중 서비스에 의한 간섭도 감소시키게 되어, 임의의 특정 주파수에서의 피크 진폭을 감소시킨다.
상기 센서는 또한 전송 펄스 발생기 및 게이트 펄스 발생기의 일부를 구성하며 전자파 실리콘 바이폴라 트랜지스터를 구동하는 고속 CMOS 또는 쇼트키(Schottky) TTL 논리 게이트/인버터로 구성되는 고속 펄스 발생기를 구비한다. 이 고속 펄스 발생기는 매우 염가로 구현가능하고, 예를들어 1㎃ 이하의 낮은 전력을 소모하며, 예를들어 100㎰의 전송시간으로 고속 작동할 수 있다. 이는 또한 고속 전송 종료시의 트랜지스터의 포화에 의해 울림(ringing)이 없는 매우 "깨끗한" 전송이 가능하다. 이에 비해 종래의 고속펄스발생기는 매우 고가인 스텝 리커버리(step recovery) 다이오드를 이용한다.
상기 센서는 센서전송선의 시작단에서 고의적인 임피던스 부정합을 일으켜 부정합에서의 반사 기준펄스가 타이밍 드리프트, 즉 범위 판독에서의 제로 오프셋(zero offset)을 제거한다.
TDR은 (1) 전송 펄스 발생기로부터 케이블 구동 노드(node)를 연결하는 소형(예를들어 1㎊)의 차동 커패시터와 (2) 상기 구동노드로부터 접지간을 연결하는 50Ω의 종단저항, 및 (3) 구동 노드에 연결된 샘플링 다이오드를 구비한다. 이에 따라, 본 발명의 TDR은 대부분의 종래 TDR보다 간단하다. 일반적으로, 종래의 TDR은 커패시터 대신 저항기를 구비하며, 전송 펄스 발생기에서 인가된 펄스를 미분하기 위해 별도의 펄스 형성 네트워크를 필요로 한다. 본 발명의 TDR에 사용되는 커패시터는 구동 노드에 인가된 반사펄스에 대해 회로를 부하로 걸지 않을 만큼 충분히 작아, 저항을 사용하는 종래의 TDR처럼 이들 펄스를 감쇠시키지 않아도 된다. 또한, 종래의 TDR들은 대개 비싸고 낭비적인 방향성 커플러를 사용하고 있다.
샘플링 다이오드의 방향성은 전송펄스에 의한 불의의 작동을 방지하고, 게이트 펄스만에 의해 기동될 수 있게 한다. 직류 바이어스전압에 의해 역 바이어스된 다이오드는, 전송펄스의 지속시간 중, 전송펄스에 의해 더욱 역바이어스되어, 전송펄스가 구동 노드에 대해 더욱 효과적으로 분리됨으로써 최대 진폭의 전송 펄스가 최적의 신호대잡음비로 케이블로 전달되도록 한다.
본 발명의 센서는 또한 건설 공구 및 이와 연관된 분야에 사용될 수 있다. 예를들어, 이 센서는 천공 깊이에 대한 정확한 정보를 제공하도록 드릴과 함께 사용될 수있다. 이 센서는 또한 자동차 파워 윈도우의 안전센서로 사용될 수 있는데, 즉 유도선이 창유리에 매립 설치되고, 손등의 객체가 근접하면 윈도우 모터로의 동력을 차단하도록 감지되는 반사파가 형성된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 물질 레벨 센서의 측면도,
도 2는 도 1의 센서의 평면도,
도 3은 도 1및 도 2의 센서의 측면도,
도 4는 도 1 내지 도 3의 센서를 구성하는 전기적 회로의 블록도,
도 5a 및 5b는 도 1 내지 도 4의 센서의 상세 회로도,
도 6은 도 1 내지 도 5의 센서의 부분을 구성하는 발사판에서 발생되는 등가
시간 기준펄스의 오실로스코프 궤적으로, 1인치의 공기/유체 반사펄스 및 8인치의 잠긴 레벨을 나타내는 도면,
도 7은 그의 벽을 따라 마이크로스트립 전송선 센서를 구비하는 용기의 절개 도, 및
도 8은 천공 깊이의 측정을 위해 본 발명의 센서를 구비하는 드릴의 측면도
이다.
이상과 같은 본 발명의 특징과 이를 구현하는 방법은 첨부된 도면을 참조한 이하의 설명으로부터 더욱 명확해질 것이며, 이를 통해 본 발명 자체도 더욱 잘 이해될 수 있을 것이다.
도 1, 2, 및 3은 본 발명의 제1 실시예에 따라 구성된 레벨센서(10)를 개략적으로 도시하고 있다. 레벨센서(10)는 50Ω 동축케이블 등의 케이블(16)을 통해 유도선 또는 전송선(14)에 전기적으로 결합되는 송수신기(12)를 구비한다. 케이블(16)의 외부 피복(shield)(19)에는 그의 외부 피복(19)에 미러(mirror) 이미지 전압이 도입되지 않도록 발사판(18)이 연결된다. 케이블(16)의 내부도선(21)은 유도선(14)에 연결된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 케이블(16)은 발사판(18)의 배면측에 위치하여 플라스틱지지 하우징(24)에 수용된 저항기(20)에 의해 발사판(18)에 밀봉 및 연속되게 연결된다.
송수신기(12)는 매우 짧은 전기적 펄스를 발생시키는데, 이 펄스는 케이블(16)을 통해 전송안테나 접지면으로 작용하여 상기 전기적 펄스들을 근거리 필드(near field), 즉 유도 전자기(EM)파로 발사되도록 촉진하는 발사판(18)에 인가된다. 상기 전자기파는 그 표면레벨(23)이 측정될 유체(22)내에 잠겨 있는 유도선(14)을 따라 전파된다. 상기 전자기파가 유체(22)의 표면에 도달하면 공기유체 경계면에 의한 불연속에 의해 부분적으로 반사된다.
상기 반사파는 유도선(14)을 따라 수신안테나 접지면 역할을 하는 발사판(8)으로 회송되고, 여기서 반사펄스로서 송수신기(12)로 전송된다. 송수신기(12)는 전송신호와 반사신호간의 시간지연을 검출하고, 이로부터 표면 레벨(23)의발사판(18)에 대한 위치가 설정될 수 있다.
반사펄스의 크기(Γ)는 다음 식과 같이 공기의 유전상수(ε0)와 유체의 유전상수(εvat)에 관계된다.
Γ = [ 1-(εvat/ε0)·5]/1+(εvat/ε0)·5]
송수신기(12)는 펄스의 왕복 주행시간을 측정하여 기준 전자 카운터 또는 디지털 표시장치에 등가시간(ET) 게이트를 설정한다. 게이트 지속시간은 등가시간 환산(scale)계수 1.0인치=10㎳에서 발사판(18)과 공기/유체 경계면간의 거리의 증가함에 따라 증가된다. 발사판(18)은 유도파의 발사를 촉진하면서 케이블(16)상의 열접지(hot ground) 문제를 최소화한다.
상기 레벨 센서(10)의 중요한 특징은 발사판(18)에서 의도적인 반사가 도입된다는 점이다. 이를 위해, 발사판(18)과 유도선(14)간에 연결된 저항기(20)는 전자기파의 부분적 반사를 일으키는 국부적인 임피던스 불연속을 제공한다. 이 반사파는 송수신기(12)에서 기준펄스로 사용된다. 측정은, 송수신기(12)가 아니라 발사판(18)에 대해, 기준펄스와 반사펄스 사이에서 행해지며, 따라서 케이블(16)에 의해 도입되는 오류와 드리프트가 현저히 감소된다.
공기/유체 경계면에서 반사되지 않은 전자기파는 유체(22)내로 계속 입사전파되어 이 유체(22)를 수용하고 있는 용기(27)의 저면(25)에 도달한다. 전자기파는 저면(25)에서 반사되어 유도선(14)으로 회송되고 송수신기(12)에서 처리된다.
입사 전파 중에 전자기파가 거품(29)이나 용기(27) 저면(25)의 고체침전물(31)등의 다른 두 물질의 경계층을 만나게 되면, 상기 전자기파는 부분적으로 발사판(18)으로 회송된다. 본 발명의 센서(10)는 전파경로중의 어떠한 불연속점도 검출할 수 있으며, 발사판(18)으로부터 이러한 불연속점까지의 거리를 측정할 수 있다.
본 발명의 센서(10)의 일반적인 작용은 짧은 시간주기(TSAMP)를 대기한 뒤 게이트 또는 창을 열어 반사펄스가 샘플링되도록 하는 송수신기(12)에서의 펄스 송출에 기초하여 이루어진다. 이 과정은 1㎒ 속도로 반복되어 대기시간(TSAMP)의 경과전에 평균 약 10-100개의 펄스를 수신할 수 있게 된다. 이와 같이 고속으로 평균화함으로써 샘플링된 신호에 수반되는 불규칙 잡음이 감소된다.
평균화된 펄스는 송출 펄스와 게이팅, 즉 샘플러회로의 작동간의 시간 지연에 의해 규정되는 일련의 범위들중의 특정 범위에서의 펄스의 반사특성(reflectivity)에 대응하는 전압레벨을 나타낸다. 이 과정은 "범위 게이팅"이라고 불리며 표면레벨과 조사된 경계면 레벨에 대한 깊이 정보를 제공한다.
본 발명은 등가시간 동안에 "범위 게이트"(즉, 주사(走射;scan) 범위)를 스위프 즉 주사한다. 범위 게이트가 표면레벨이나 경계면을 이동함에 따라 범위 게이트내의 반사특성이 송수신기(12)로 감지된다. 상기 게이트는 송출 펄스폭과 동일한 지속시간 동안만 개방되어 있다. 본 발명은 또한 토머스 이. 맥퀴원(McEwan)의 미국특허 제5,345,471호의 "초광대역 수신기"에 개시된 초광대역 수신기의 개념을 전체적으로 이용하고 있다.
도4는 송수신기(12)의 블록회로도인데, 펄스 반복 주파수/펄스 반복 간격(PRF/PRI) 발생기(40)를 조절하여 1㎒의 평균치를 가지는 펄스반복주파수와 1㎒에서 1∼10%의 불규칙변화, 즉 1∼10% 펄스반복주파수 디더링을 수행하는 잡음 발생기(39)를 필요에 따라 포함한다. 이 디더링 작용은 발사판(18)으로부터의 송출 스펙트럼을 확산시켜 RF 스펙트럼 사용자와의 잠재적인 간섭을 감소시키고, 유도선(14)에 발생되는 외부간섭신호의 샘플들을 불규칙화한다.
발사판(18)에서의 수신신호 또는 펄스들은 불규칙화된 샘플들의 평균이 0이되도록 샘플링 및 평균화되어, RF 송출기등의 외부 전파원(原)으로부터의 간섭이 거의 제거된다. 소요 반향파는 송출 직후의 고정된 시간동안 수신되므로 디더링에 의해 영향 받지 않으며, 다음 반복간격 생성의 실제 시간에 의해서도 영향 받지 않는다. 디더링 작용은 종래의 RF방식 사용자와 스펙트럼 호환성을 유지하여 복수의 센서를 인접하여 사용할 수 있도록 해준다. 다른 펄스시스템에서 송출된 짧은 펄스를 샘플링할 가능성은 불규칙적이고 매우 낮아서, 다른 펄스시스템으로부터 감지가능한 코히런트 신호를 구성하는데 필요한 충분한 펄스를 연속적으로 샘플링할 가능성은 모든 응용분야에서 거의 없다.
1㎒ 펄스 반복 주파수/간격(PRF/PRI) 발생기(40)로부터의 펄스는 전송 경로(42) 및 게이팅 경로(44)의 두 경로의 입력이 된다. 전송경로(42)에서, PRF/PRI 발생기(40)는 펄스발생기(46)를 구동하는데, 이는 커패시터(48;C=1㎊)에 의해 에지-미분되어 200㎰ 폭의 임펄스로 변환될 5V, 200㎰ 상승시간의 계단파를 제공한다. 커패시터(48) 출력단의 임펄스는 케이블(16)에 공급되어 발사판(18)으로인가된다.
발사판(18)은 표면레벨(23)이나 복수 물질의 경계면에서 반사된 펄스를 픽업하여 케이블(16)을 통해 샘플 및 유지회로(50)에 공급한다. 케이블(16)의 특성 임피던스(ZO)와 동일한 값을 가지는 종단 저항(RT)(51)이 케이블(16)의 일단의 노드(54)와 접지간에 연결되어 상기 노드(54)와 케이블(16) 타단의 노드(56)에서의 여러 가지 불연속점 사이의 3중 전이(triple-transit) 반사파를 최소화한다. 상기 노드(56)는 특성임피던스(Z0)보다 큰 저항치를 가지는 저항기(20)에 연결되어 반사파나 기준펄스의 크기가 공기/유체 경계면으로부터의 반사파와 동일하게 설정되도록 한다.
샘플 및 유지회로(50)는 또한 노드(54)에 연결되어, 게이팅경로(44)에 인가되는 일련의 게이트펄스에 의해 2㎒ 속도로 게이팅된다. 샘플 및 유지회로(50)는 스위치 또는 샘플러(52), 및 샘플링된 반사파를 유지하도록 접지에 연결된 유지 커패시터(59)를 구비한다. 샘플러(52)는 게이트펄스에 의해 구동되어 교호적인 개폐작용의 열(列)을 형성한다. 게이트펄스는 발사판(18)이 송출 임펄스를 방출한 시간으로부터 약 5∼10㎳의 지연범위만큼 지연된다. 게이트펄스의 타이밍은 40㎐ 스위프속도의 스위프 범위 지연 발생기(53)에 의해 제어되어, 각 게이트펄스가 지연의 전 범위에 걸쳐 1/40초마다 선형으로 스위프된다. 이에 따라 유지 커패시터(59)에 나타나는 샘플링 전압이 샘플및 유지회로(50)의 입력에 나타나는 실시간 반사펄스의 등가시간(ET) 대응치(replica)가 된다. 즉, 나노초 시간단위로 발생되는 파형(波形; waveform)이 밀리초 시간 단위로 나타나는 동일 형태의 파형으로 변환된다.
상기 범위 지연 발생기(53)는 5V, 200㎰ 상승시간의 계단펄스를 발생시키는 펄스 발생기(55)를 구동한다. 펄스 발생기(55)의 출력은 커패시터(57)에 의해 에지(edge)-미분되어 샘플 및 유지회로(50)로 인가되는 200㎰폭의 임펄스로 변환된다.
커패시터(59)의 크기는 각 샘플이 이를 부분적으로만 충전할만큼 충분히 커서, 종단 저항기(51)(RT)에 나타나는 신호로 이를 평형시키는데 약 10-100개의 샘플이 필요하다. 바람직한 일 실시예에서, 커패시터(59)는 22㎊의 크기를 가진다. 저항기(RT)와 병렬인 임피던스(Z0)와 커패시터(59)의 용량의 곱(product)은 게이트펄스의 폭보다 매우 큰 시정수를 형성하여, 커패시터(59)의 충전에 많은 펄스가 필요하게 된다. 예를들어 200㎰폭의 펄스가 발사판(18)으로부터 전파된다면 반사펄스는 게이트펄스와 일치한다. 각 수신펄스는 샘플 및 유지회로(50)의 커패시터(59)에 증분 전압 변화(ΔV)를 형성하여, 정미(正味;net) 커패시터 전압은 샘플 및 유지회로(50)를 평균화한 출력이 된다. N이 10-100정도의 평균화된 샘플의 수일때, 증분 ΔV는 전체 수신펄스의 1/N이 된다. 여기서 N은 임의값으로 가정될 수 있다.
샘플 및 유지회로(50)에서의 잡음 전압은 평균화된 샘플수의 제곱근에 관련된 계수(이 실시예에서 10배)와, 시스템의 펄스반복주파수와 샘플러의 순시(instantaneous) 대역폭에 대한 평균회로의 유효 시정수에 관련된 계수(샘플및 유지회로(50)의 샘플링 데이터 특성에서 도출된 계수)에 의해 감소된다. 전체적으로 2㎓ 대역폭, 즉 전파펄스의 대역폭의 회로와 비교하여 20㏈ 이상의 잡음 감소가 가능하다.
샘플 및 유지회로(50)의 출력에서의 등가시간 대응치는 적어도 100의 이득(gain)과 10㎐-10㎑의 통과대역을 가지는 증폭기(61)에 공급되어 1V 피이크(peak) 값의 등가시간 진폭을 제공한다. 증폭기(61)의 출력은 기준펄스와 공기/유체 반사펄스간의 타이밍 관계를 나타내는 아날로그 신호를 제공한다.
양 및 음의 임계치 비교기(63,64)가 증폭기(61)의 출력에 연결되어 발사판(18)으로부터의 등가시간 기준펄스와 표면레벨(23) 또는 경계층으로부터의 반사펄스를 검출하고, 셋-리셋(set-reset) 플립플롭(flip-flop)(66)을 토글하여 범위 카운터 게이트펄스를 발생시킨다.
셋-리셋 플립플롭(66)의 출력과 PRF/PRI 발생기(40)의 출력은 AND 게이트(68)의 입력이 되고, 그 출력이 범위 카운터(70)로 공급된다. 범위 카운터(70)는 2㎒의 클럭을 가져 매우 높은 범위 해상도를 제공한다. 유도선(14)의 등가시간 환산계수 1.0㎳=1.0인치에서, 2㎒ 속도에서의 각 범위 카운터 펄스는 0.5 밀스(mils), 즉 0.0005인치(1인치×0.5㎲/1.0㎳)에 해당한다.
한 실험에서, 관찰된 지터 잡음은 1/40초의 측정갱신간격에서 0.001인치 r㎳였다. 범위 카운터(70)는 낮은 지터 잡음을 얻도록 평균화하기 위해 측정치를 축적할 수 있다. 범위 카운터(70)의 출력은 표시장치(72)를 구동하며, 리셋되기 전에 프로세서(도시 안됨)로 전송될 수도 있다.
센서(10)의 정확도는 넓은 온도범위에 걸쳐 0.1인치 미만으로 변화된다. 이와 같이 바람직한 안정성은 (1) 직접 전송경로(42)와 게이팅경로(44) 및 케이블(16)에서의 타이밍 오프셋 드리프트를 기준펄스를 사용하여 제거한 것, (2) 거의 동일한 크기의 기준 및 반사펄스의 검출 임계치(+VTH,-VTH)를 사용하여 펄스진폭변화를 최소화한 것, 및 (3) 범위지연 발생기(53)와 범위램프회로(77)에 안정된 RC 요소를 사용한 것에 의해 얻어지는 것이다.
범위지연발생기(53)의 타이밍 지연은 램프발생기(77)에서 공급된 램프 신호에 따라 제어된다. 램프 신호는 범위지연발생기(53)가 액체레벨(23)에 대한 기대 반사파에 대응하는 지연범위에 걸쳐 스위프되도록 한다.
램프 발생기(77)는 40㎐ 주사(scan) 발진기(78)에 의해 구동된다. 40㎐ 발진주파수는 2㎒ PRF/PRI 발생기(40)에서 통상적인 디지털 분주기로 교호적으로 인출할 수 있을 것이다. 2㎒ PRF/PRI 발생기(40)의 출력은 AND 게이트(68)에 연결된다. 비교기(64)가 증폭기(64)로부터 등가시간 기준펄스를 검출하면, 플립플롭(66)이 세트되어, AND 게이트(68)가 2㎒ 클럭을 범위 카운터(70)에 공급하게 된다. 범위 카운터(70)는 비교기(63)가 증폭기(61)로부터의 등가시간 유체레벨 반사펄스가 임계치를 초과했음을 검출할 때까지 2㎒의 속도로 가산 작동한다. 그 초과 지점에서, 플립플롭(66)이 리셋되어, AND 게이트(68)가 디스에이블링되고 범위 카운터(70)가 정지된다. 다음 범위 카운터(70)의 데이타는 버스(79)를 통해 신호처리기(도시안됨) 및/또는 유체레벨표시장치(72)로 공급된다.
또한, 각 40㎐ 램프의 선단에는 후속 스위프를 위해 범위 카운트를 0으로 리셋하는 리셋신호가 범위 카운터로 공급된다. 이 선단은 또한 범위 스위프의 개시를 신호하여, 관찰 오실로스코프나 데이타 전송회로등을 동기하는데도 사용될 수 있다.
등가시간(ET) 환산계수에 영향을 미치는 범위램프 타이밍의 드리프트에 기인하는 측정 드리프트는, 디지탈/아날로그 변환기(DAC)에 연결되어 디지탈 증분 램프전압을 공급하는 펄스반복주파수 클럭의 범위 카운터에 기준하는 범위램프 발생기(77)로 제거될 수 있다. 이 경우에, 펄스반복주파수의 변화는 범위램프 시간의 환산계수에 영향을 미치지만, 범위카운터(70)와 범위램프 발생기(77)가 비례적(ratiometric)이므로 이 변화가 상쇄된다. 예를들어, 펄스반복주파수가 감소되면 범위램프는 그의 전범위를 순환하는데 더 많은 시간이 걸려 범위 카운터의 게이트 펄스폭을 증가시키지만 게이팅된 펄스의 수는 더 넓은 펄스가 더 늦은 펄스반복주파수를 게이팅하므로 정확히 동일하게 유지된다.
이와 같은 이중 카운터 구성에 의해, 보상되지 않는 드리프트 발생원(源)은 실시간 범위지연회로를 구성하는 RC 네트워크만이 남게된다. 염가의 RC 요소들은 백만/℃의 드리프트당 30 부품 이하로 구성될 수 있는데, 이것은 대부분의 측정에 적절하다. RC 네트워크에서의 드리프트는 센서의 환산계수, 즉 유도선(14)의 외견상 길이에만 영향을 미친다. 제로 오프셋, 즉 표면레벨(23) 또는 경계층에 대한 발사판(18)의 위치는 기준펄스의 사용에 의해 고정된다.
도 5a및 도 5b는 센서(10)의 바람직한 실시예의 예시적인 회로도를 도시한다. 잡음 발생기(39)는 토머스 이. 맥퀴원에 의해 1993. 4. 12자로 출원된 미국특허출원 제08/044,717호의 "초광대역 레이더 운동센서"에 기재되어 있는데, 이는 본 발명에 참조하여 포함되어 있다. PRF/PRI 발생기(40)는 직렬로 연결된 두개의 인버터(100,101)(I1=74ACO4)를 구비한다. 인버터(100)의 입력과 인버터(101)의 출력간에 피드백 경로가 연장되고 직렬 커패시터(103)(C=22㎊)를 구비한다. 하나의 저항(104)(R=10㏀)이 인버터(100)의 입력단과 출력단간에 연결된다.
고속 펄스발생기(46)는 인버터(105)(I1=74ACO4)를 포함하는데, 그 인버터의 입력이 인버터(101)의 출력에 연결된다. 지연조정(delay trim) 전위차계(107)가 필요에 따라 인버터(105)의 입력에 직렬로 연결될 수 있다. 인버터(105)의 전원 공급 핀이 +5V 전원공급버스와 바이패스 커패시터(109)(C=0.01F)에 연결된다. 인버터(105)의 출력은 저항기(110)(R=22Ω) 및 커패시터(112)(C=10㎊)에 직렬로 연결된다. 저항기(115)(R=1㏀)가 커패시터(112)와 트랜지스터(118)(BFR92)의 베이스에 동시에 연결된다. 트랜지스터(118)의 콜렉터는 저항기(120)(R=1㏀)를 통해 +5V 전원공급버스에 연결된다.
커패시터(48)가 트랜지스터(118)의 콜렉터와, 50Ω 동축케이블(16)과 종단 저항기(51)와 샘플 및 유지회로(50)간을 연결하는 노드(54) 사이에 연결된다. 이 실시예에서, 동축케이블(16)은 또한 측면 크기가 약 2인치(다른 크기 역시 가능함)인 정방형 발사판(18)에 연결된다.
샘플러(52)는 쇼트키 다이오드(HP HSMS 2810)와, 일단이 다이오드(52)에, 타단이 저항기(125)(R=100Ω)를 통해 접지에 연결된 유지 커패시터(59)를 구비한다. 커패시터(57)(C=0.5㎊)가 이 커패시터(59)와 펄스발생기(44)간에 연결된다.
펄스발생기(44)는 트랜지스터(126)(BFR92)를 구비하는데, 그 콜렉터는 커패시터(57), 및 저항기(127)(R=1㏀)를 통해 +5V 전원공급버스에 연결된다. 트랜지스터(126)의 에미터는 접지에 연결되고, 베이스는 바이어스 저항기(130)(R=1㏀)에 연결된다. 펄스발생기(44)는 또한 인버터(131)(I1=74ACO4)를 더 포함하는데, 그의 입력은 범위지연 발생기(53)에 연결되고 출력은 저항기(133)(R=22Ω) 및 커패시터(134) (C=10㎊)를 통해 트랜지스터(126)의 베이스에 직렬로 연결된다.
범위지연 발생기(53)는 저항기(140)(R=4.7㏀)의 일단에 연결되는 제1 입력단(139)을 가진다. 저항기(140)의 타단은 저항기(142)(R=10㏀)를 통해 +5V 전원공급버스로, 저항기(144)(R=4.7㏀)를 통해 램프 발생기(77)로, 병렬의 가변 커패시터(146)(2∼6㎊의 C 범위), 및 제1 인버터(150)(I1=74ACO4)의 입력으로 각각 연결된다. 이와 같이 간단한 RC지연회로(144,146)가 그곳에 공급된 범위지연전압을 제어하기 위한 지수적(exponential) 지연함수를 제공한다. 상기 제1 인버터(150)의 출력은 제2 인버터(151)(I1=74ACO4)의 입력에 연결되고, 이는 다시 전위차계(149)를 통해 인버터(131)의 입력에 연결된다. 저항기(149)의 출력은 병렬 커패시터(155)(C=4.7㎊)에 연결된다.
램프 발생기(77)는, 40㎐ 주사 발진기(78)의 출력에 일단이 연결되고 타단이 저항기(152)(R=1㏀)를 통해 트랜지스터(154)(2N2222)의 베이스에 연결되는 커패시터(153)(C=0.1㎌)를 포함한다. 트랜지스터(154)의 베이스는 바이어스 저항기(156)(R=10㏀)에 연결된다. 트랜지스터(154)의 에미터는 접지에 연결된다. 램프 타이밍 커패시터(157)(C=1㎌)가 트랜지스터(154)의 콜렉터와 접지간에 연결된다.
40㎐ 주사 발진기(78)는 직렬로 연결된 두개의 NAND 게이트(160,161) (I2=74HCOO)를 포함하여, NAND 게이트(161)의 출력이 램프발생기(77)의 커패시터(153)에 연결된다. NAND 게이트(160)의 입력은 커패시터(165)(C=O.O1F)를 통해 NAND 게이트(161)의 출력에 연결된다. NAND 게이트(161)의 입력은 또한 저항기(162)(R=2.2㏁)를 통해 그의 출력에 연결된다. NAND 게이트(161)의 출력은 저항기(166) (R=10㏀)를 통해 "SYNC" 단자에 연결된다. 이 "SYNC" 단자는 시험을 위한 오실로스코프(도시 안됨)에 동기 펄스를 제공한다.
도 5b에서, 증폭기(61)의 입력은 쇼트키 다이오드(52)의 음극, 및 저항기(170)(R=10㏀)를 통해 유지 커패시터(59)에 연결된다. 증폭기(61)는, 일단이 바이어스 저항기(174)(R=1㏁)에 연결되고 타단이 인버터(175)(I3=MC 14069)의 입력에 연결되는 커패시터(172)(C=0.1㎌)를 포함한다. 인버터(175)는 병렬의 커패시터(177)(C=100㎊)와 저항기(179)(R=2.2㏁)로 구성되는 피드백 RC 회로에 연결된다. 인버터(175)의 출력은 커패시터(181)(C=2㎌)와 저항기(183)(R=100㏀)를 통해 인버터(180)(I3=MC14069)에 연결된다. 인버터(180)는 병렬의 커패시터(185)(C=470㎊)와 저항기(188)(R=470㏀)로 구성되는 피드백 RC 회로에 연결된다.
양의 임계치 비교기(63)는, 일단이 인버터(180)의 출력에 연결되고 타단이 바이어스 저항기(192)(R=1㏁)와 인버터(193)(I3=MC 14069)의 입력에 연결되는 입력저항기(190)(R=330㏀)를 포함한다. I3의 전원 공급 핀은 저항기(195)(R=1㏀)를 통해 +5V 전원공급버스에 연결되는 한편, 바이패스 커패시터(196)(C=100㎌)에도 연결된다.
음의 임계치 비교기(64)는 일단이 인버터(180)의 출력에 연결되는 입력 저항기(200)(R=330㏀)를 포함한다. 저항기(200)의 타단은 바이어스 저항기(202)(R=680㏀)를 통해 +5V 전원공급버스, 및 인버터(203)(I3=MC14069)의 입력에 각각 연결된다.
셋-리셋 플립플롭(66)은 두개의 NAND 게이트(210,212)(I2=74HCOO)를 포함하는데, I2의 전원 공급 핀은 +5V 전원공급버스와 바이패스 커패시터(215)(C=0.01㎌)에 연결된다. NAND 게이트(210)의 하나의 입력은 다이오드(219)를 통해 인버터(193)의 출력에 연결되는 동시에, 저항기(217)(R=1.5㏁)를 통해 +5V 전원공급버스에 연결된다. 다이오드(219)의 양극은 타이밍 커패시터(220)(C=0.003㎌)에 연결된다. 인버터(203)의 출력은 인버터(204)(I3=MC14069)를 통해 NAND 게이트(212)의 입력에 연결된다.
도 6은 발사판(18)과 공기/유체 반사펄스(P(1),P(8))에서 발생되는 ET 기준펄스의 오실로스코프 궤적을 도시하고 있는데, 각각 유도선(14)의 1인치 및 8인치의 잠김 레벨에 대한 것이다. 공기/유체 반사펄스는 약 200㎰의 폭이다. 범위 카운터(70)를 위한 게이트펄스는 기준펄스상의 틱 마아크(tick mark)(TM1)에서 개시되어 공기/유체 반사펄스상의 틱 마아크(TM2)에서 종료함으로써, 유체레벨(23)상의 유도선(14)의 길이를 측정한다.
당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범위내에서 여러 가지 변형이 가능할 것이다. 예를들어, 이상의 회로도는 분리된 부품들로 구성되는 것으로 설명되었으나, 주지의 집적회로기술에 의해 집적되어 소형화될 수도 있을 것이다. 발사판(18) 역시 여러 가지 평면형 또는 비평면 형태와 기하학적 크기를 가질수 있을 것인바, 예를들어 불규칙한 형상의 용기 상에 사용될 수 있는 형태를 가질 수도 있다.
전송선 또는 유도선(14)도 여러 가지 구조를 가질수 있다. 예를들어, 하나의 와이어나 두개의 와이어, 절연체로 분리된 두개의 와이어, 중공(中空)의 관, 절연체 코어(core)나 관외부의 유체를 샘플링하는 전자기파를 위한 슬롯(slot)이 형성된 벽을 가지는 도전체관, 또는 절연체관 등의 여러 가지로 구성될 수 있다. 또한, 용기의 기존 금속 구조부재를 유도선(14)으로서 작용하도록 구성할 수도 있다.
도 7은 유체(277)를 저장하는 절연성 또는 금속 용기(275)의 개략적인 절개도이다. 도면에서, 유도선은 용기(275)의 내면(280)에 부착되어 축방향으로 소정깊이까지 연장되는 마이크로스트립(278)으로 구성된다. 이 실시예에서, 발사판은 필수적인 것이 아니지만, 마이크로스트립의 상단에는 임피던스 불연속을 도입하여 기준펄스를 형성하도록 저항기(20)가 필요할 것이다. 마이크로스트립(278)은 반사펄스의 세기에 거의 영향이 없는 보호 절연코팅으로 피복되는 것이 바람직할 것이다.
또한, 도 3은 센서(10)의 선형변위 모드를 도시하고 있는데, 전자기 유도선(14)이 자유공간으로 돌출하고 금속 또는 절연성 객체(28)는 이 유도선(14)과 접촉하거나 이격되거나 근접하여 이동함으로써, 센서(10)의 작용에 대해 상술한 바와 같이 측정가능한 반사파를 형성한다. 유도선(14)은 마이크로 스트립이나 다른형태의 전송선으로 구성될 수 있다.
도 8은 드릴(300)등의 건설 공구의 측면도인데, 이는 본 발명의 센서(10)를 표면레벨(303)로부터의 드릴비트(302)의 천공 깊이(P)를 정확히 결정하는데 사용한다. 발사판(18)은 드릴 몸체(305)에 고정되어, 드릴 비트 선단(307)과 발사판(18)간의 거리(L)가 고정된다. 예를들어, 일부 응용방식에서는 이 거리(L)가 드릴비트(302)의 전체 길이와 동일하게 구성될 수도 있다. 천공 작동이 개시되면, 센서(10)는 발사판(18)과 표면레벨(303)간의 거리(S)를 측정하여 천공 깊이(P)를 식(P=L-S)에 의해 정확히 판독하여 제공한다.
본 발명에 따르면, 염가이고 정확하며 경량이고 사용이 간편한 개선된 레벨센서가 제공된다.
또한, 좁은 공간과 복잡한 구조에 사용될 수 있도록 크기가 소형인 레벨센서가 제공된다.
또한, 매우 낮은 전력소모와 긴 작동범위를 가지는 레벨센서가 제공된다.
이상에서 본 발명의 물질 레벨 센서를 특정한 실시예를 통해 설명하였으나, 당업계의 전문가라면 본 발명의 범위내에서 장치, 파라미터, 재질, 제조방법, 용도와 작동방법 등에 대해 여러 가지 변형과 변경이 가능할 것이다.

Claims (15)

  1. 전기적 전송펄스를 생성하는 펄스발생기;
    물질에 적어도 부분적으로 잠긴 유도선;
    상기 펄스발생기와 상기 유도선을 전기적으로 결합하여, 상기 전송펄스가 표면 또는 경계면에 의해 적어도 부분적으로 반사되어 대응되는 전기적 반사펄스로 변환되도록 상기 전송펄스를 전달하는 도전체;
    상기 반사펄스를 샘플링하도록 상기 도전체에 접속된 샘플 및 유지 회로; 및
    상기 전송펄스와 반사펄스간의 시간지연을 측정하여 상기 표면 또는 경계면 레벨을 결정하는 수단을 포함하는 물질 표면 또는 경계면 레벨측정센서.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유도선이 전송펄스를 유도 전자기(EM)파가 되는 근거리필드로서 물질에 전달하는 물질 표면 또는 경계면 레벨측정센서.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 펄스발생기에 연결된 펄스 반복 간격 발생기;
    상기 펄스발생기에 연결된 차동 커패시터;
    상기 차동 커패시터로부터 접지에 연결되는 종단 저항기;
    상기 펄스 반복 간격 발생기에 연결되는 제1 입력을 가지는 램프 지연 발생기;
    상기 램프 지연 발생기에 연결되는 지연 펄스 발생기; 및
    상기 지연 펄스 발생기와, 상기 샘플 및 유지 회로의 제2 입력에 연결되는 지연 펄스 차동 커패시터를 더 포함하며,
    상기 도전체가 상기 차동 커패시터와 종단 저항기에 연결된 제1 단부 및 상기 유도선에 연결된 제2 단부를 구비하는 물질 표면 또는 경계면 레벨측정센서.
  4. 제1항에 있어서, 상기 샘플 및 유지 회로가 고 입력 임피던스 샘플 및 유지 회로인 물질 표면 또는 경계면 레벨측정센서.
  5. 전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전도체에 연결된 발사판을 더 포함하는 물질 표면 또는 경계면 레벨측정센서.
  6. 제5항에 있어서, 상기 펄스발생기는 송수신기의 일 부품이고;
    상기 발사판은 전송접지면으로 작용하여, 상기 전기적 전송 펄스를 유도 전자기(EM)파가 되는 근거리필드로서 발사하도록 촉진하며, 상기 전자기파는 상기 유도선을 따라 전파되며;
    상기 반사된 전자기파는 상기 발사판으로 상기 유도선을 따라 회송되며, 상기 발사판은 수신접지면으로 작용하여, 상기 반사된 전자기파가 그 발사판으로부터 상기 송수신기에 반사 펄스로서 전송되도록 하며;
    상기 송수신기는 상기 전송 펄스 및 반사 펄스 간의 시간지연을 측정하여 표면 또는 경계면 레벨을 결정하는 수단으로서 작용하는 물질 표면 또는 경계면 레벨측정센서.
  7. 제1항 내지 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 샘플 및 유지 회로가 유지 커패시터 및 다이오드를 포함하는 물질 표면 또는 경계면 레벨측정센서.
  8. 물질에 적어도 부분적으로 잠긴 유도선을 따라 전기적 전송 펄스를 발생시켜서, 표면 또는 경계면에 의해 적어도 부분적으로 반사되어 대응되는 전기적 반사펄스로 변환되도록 상기 전송펄스를 전달하는 단계;
    상기 반사 펄스를 직접 샘플링하는 단계; 및
    상기 전송펄스와 반사펄스간의 시간지연을 측정하여 상기 표면 또는 경계면 레벨을 결정하는 단계를 포함하는 물질 표면 또는 경계면 레벨측정방법.
  9. 제8항에 있어서,
    전송접지면을 제공하여, 상기 전기적 전송 펄스가 유도 전자기(EM)파가 되는 근거리필드로서 발사되도록 촉진하는 단계; 및
    수신접지면을 제공하여, 상기 전기적 반사 펄스가 전자기파로서 반사되도록 하는 단계를 더 포함하는 물질 표면 또는 경계면 레벨측정방법.
  10. 제9항에 있어서, 발사판을 제공하여, 상기 발사판이 상기 전송접지면 및 수신접지면 양쪽으로 작용하도록 하는 단계를 더 포함하는 물질 표면 또는 경계면 레벨측정방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 샘플 및 보유 회로에 전송되는 펄스들의 타이밍을 제어하는 지수 범위 지연 회로를 더 포함하는 물질 표면 또는 경계면 레벨측정센서.
  12. 제11항에 있어서, 상기 지수 범위 지연회로가 지수 지연 함수를 제공하는 RC 지연 회로를 포함하는 물질 표면 또는 경계면 레벨측정센서.
  13. 제12항에 있어서, 상기 지수 범위 지연 회로가 선형 스위프 지연 함수의 제공을 위해 상기 RC 지연 회로에 대해 스위핑 입력으로 사용되는 등가 시간 지수 램프를 더 포함하는 물질 표면 또는 경계면 레벨측정센서.
  14. 제11항에 있어서, 상기 샘플 및 유지 회로가 유지 커패시터 및 다이오드를 포함하는 물질 표면 또는 경계면 레벨측정센서.
  15. 제14항에 있어서, 각 게이트펄스가 지연의 전 범위에 걸쳐 선형적으로 스위프되어 상기 유지 커패시터에, 상기 반사펄스의 등가 시간 대응치인 샘플링된 전압이 인가되는 물질 표면 또는 경계면 레벨측정센서.
KR10-2003-7002793A 1994-12-19 1995-12-05 다목적 전자 물질 표면 레벨측정센서 및 표면 레벨측정방법 KR100391928B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US08/359,090 US5609059A (en) 1994-12-19 1994-12-19 Electronic multi-purpose material level sensor
US08/359,090 1994-12-19
KR1019970704342A KR100391926B1 (ko) 1994-12-19 1995-12-05 다목적전자물질표면레벨측정센서및표면레벨센싱방법

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019970704342A Division KR100391926B1 (ko) 1994-12-19 1995-12-05 다목적전자물질표면레벨측정센서및표면레벨센싱방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR100391928B1 true KR100391928B1 (ko) 2003-07-16

Family

ID=23412258

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR10-2003-7002793A KR100391928B1 (ko) 1994-12-19 1995-12-05 다목적 전자 물질 표면 레벨측정센서 및 표면 레벨측정방법
KR1019970704342A KR100391926B1 (ko) 1994-12-19 1995-12-05 다목적전자물질표면레벨측정센서및표면레벨센싱방법

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019970704342A KR100391926B1 (ko) 1994-12-19 1995-12-05 다목적전자물질표면레벨측정센서및표면레벨센싱방법

Country Status (9)

Country Link
US (1) US5609059A (ko)
EP (2) EP1314967B8 (ko)
JP (2) JP3499878B2 (ko)
KR (2) KR100391928B1 (ko)
CN (1) CN1068676C (ko)
AU (1) AU4508796A (ko)
CA (1) CA2208105C (ko)
DE (3) DE69530863T4 (ko)
WO (1) WO1996019715A1 (ko)

Families Citing this family (162)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4405238C2 (de) 1994-02-18 1998-07-09 Endress Hauser Gmbh Co Anordnung zur Messung des Füllstands in einem Behälter
US5672975A (en) 1995-06-07 1997-09-30 Rosemount Inc. Two-wire level transmitter
US5827985A (en) * 1995-12-19 1998-10-27 Endress + Hauser Gmbh + Co. Sensor apparatus for process measurement
US6118282A (en) * 1995-12-19 2000-09-12 Endress & Hauser Gmbh & Co. Sensor apparatus
US5884231A (en) * 1995-12-21 1999-03-16 Endress & Hauser Gmbh & Co. Processor apparatus and method for a process measurement signal
US5910188A (en) * 1996-04-30 1999-06-08 Triumph Controls, Inc. Flexible probe with separation adjustment
AU6756198A (en) * 1996-10-07 1998-06-22 Berwind Corporation Material interface level sensing
JPH10122861A (ja) * 1996-10-16 1998-05-15 Nikon Corp 位置測定装置及びそれを利用した位置測定方法
EP0943103A4 (en) * 1996-11-22 2000-08-23 Berwind Corp DETECTING MATERIAL LEVEL
US6142059A (en) * 1996-11-27 2000-11-07 Case Corporation Method and apparatus for sensing the orientation of a mechanical actuator
US5977778A (en) * 1996-11-27 1999-11-02 Case Corporation Method and apparatus for sensing piston position
US5901633A (en) * 1996-11-27 1999-05-11 Case Corporation Method and apparatus for sensing piston position using a dipstick assembly
JPH10185549A (ja) * 1996-12-26 1998-07-14 Nikon Corp 角度測定装置
US5819582A (en) * 1997-03-31 1998-10-13 Kelly; John M. Slow wave time-domain reflectometer point level sensor
ATE274707T1 (de) * 1997-06-27 2004-09-15 Eads Deutschland Gmbh Füllstandmessradargerät
US6250601B1 (en) 1997-07-18 2001-06-26 Kohler Company Advanced touchless plumbing systems
AU8500298A (en) * 1997-07-18 1999-02-10 Kohler Company Bathroom fixture using radar detector having leaky transmission line to control fluid flow
WO1999004285A1 (en) 1997-07-18 1999-01-28 Kohler Company Radar devices for low power applications and bathroom fixtures
US6005395A (en) * 1997-11-12 1999-12-21 Case Corporation Method and apparatus for sensing piston position
US6700939B1 (en) 1997-12-12 2004-03-02 Xtremespectrum, Inc. Ultra wide bandwidth spread-spectrum communications system
US6386055B1 (en) 1998-01-06 2002-05-14 Endress +Hauser Gmbh +Co. Sensor apparatus for transmitting electrical pulses from a signal line into and out of a vessel to measure a process variable—in order to be more informative
US6078280A (en) * 1998-01-09 2000-06-20 Endress + Hauser Gmbh + Co. Periodic probe mapping
DE19810601A1 (de) * 1998-03-12 1999-09-16 Daimler Benz Aerospace Ag Anordnung zur Füllstandsmessung
US6626038B1 (en) * 1998-06-18 2003-09-30 Magnetrol International Inc. Time domain reflectometry measurement instrument
US6417797B1 (en) 1998-07-14 2002-07-09 Cirrus Logic, Inc. System for A multi-purpose portable imaging device and methods for using same
US7346120B2 (en) 1998-12-11 2008-03-18 Freescale Semiconductor Inc. Method and system for performing distance measuring and direction finding using ultrawide bandwidth transmissions
US6559657B1 (en) 1999-01-13 2003-05-06 Endress+Hauser Gmbh+Co. Probe mapping diagnostic methods
US7542866B1 (en) * 1999-01-21 2009-06-02 Rosemount Inc. Threshold setting for a radar level transmitter
US6198424B1 (en) * 1999-01-21 2001-03-06 Rosemount Inc. Multiple process product interface detection for a low power radar level transmitter
US6477474B2 (en) 1999-01-21 2002-11-05 Rosemount Inc. Measurement of process product dielectric constant using a low power radar level transmitter
US6782328B2 (en) 1999-01-21 2004-08-24 Rosemount Inc. Measurement of concentration of material in a process fluid
US6191724B1 (en) * 1999-01-28 2001-02-20 Mcewan Thomas E. Short pulse microwave transceiver
US6662649B1 (en) * 1999-03-19 2003-12-16 Simmons Sirvey Corporation Material level monitoring and reporting
US6374187B1 (en) 1999-03-19 2002-04-16 Simmons Sirvey Corp. Underground storage tank monitoring system and method
US6452467B1 (en) 1999-04-01 2002-09-17 Mcewan Technologies, Llc Material level sensor having a wire-horn launcher
US6279173B1 (en) 1999-04-12 2001-08-28 D2M, Inc. Devices and methods for toilet ventilation using a radar sensor
US6239736B1 (en) 1999-04-21 2001-05-29 Interlogix, Inc. Range-gated radar motion detector
US6351246B1 (en) 1999-05-03 2002-02-26 Xtremespectrum, Inc. Planar ultra wide band antenna with integrated electronics
US6320532B1 (en) 1999-05-27 2001-11-20 Rosemount Inc. Low power radar level transmitter having reduced ground loop errors
EP1070941A1 (de) * 1999-07-23 2001-01-24 Endress + Hauser GmbH + Co. Vorrichtung zum Messen des Füllstandes in einem Behälter
DE19935646A1 (de) * 1999-07-29 2001-02-01 Endress Hauser Gmbh Co Vorrichtung zur Bestimmung des Füllstandes eines Füllguts in einem Behälter
US6310574B1 (en) 1999-08-05 2001-10-30 Vega Grieshaber Kg Level transmitter
US6295018B1 (en) * 1999-09-27 2001-09-25 Rosemount Inc. Low power radar level instrument with enhanced diagnostics
DE19949992C2 (de) * 1999-10-15 2002-08-29 Endress & Hauser Gmbh & Co Kg Verfahren zur Erhöhung der Störfestigkeit eines Zeitbereichsreflektometers
EP1128169A1 (de) * 1999-12-29 2001-08-29 Endress + Hauser GmbH + Co. Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung des Grenzfüllstandes eines Füllguts in einem Behälter
US6644114B1 (en) 1999-12-30 2003-11-11 Mcewan Technologies, Llc Direct PWM reflectometer
DE60112266T2 (de) 2000-03-08 2006-06-08 Rosemount Inc., Eden Prairie Bidirektionaler differenzdruck- durchflusssensor
AU2001241641A1 (en) * 2000-03-08 2001-09-17 Rosemount, Inc. Piston position measuring device
US20010037724A1 (en) 2000-03-08 2001-11-08 Schumacher Mark S. System for controlling hydraulic actuator
US20010037689A1 (en) * 2000-03-08 2001-11-08 Krouth Terrance F. Hydraulic actuator piston measurement apparatus and method
US6445192B1 (en) 2000-04-04 2002-09-03 Rosemount Inc. Close proximity material interface detection for a microwave level transmitter
US6581461B1 (en) 2000-05-25 2003-06-24 Trn Business Trust Electro-optic sensor for levelmeter providing output signal with frequency modulated by surface level
DE10034875A1 (de) * 2000-07-18 2002-02-07 Grieshaber Vega Kg Messanordnung zur Ermittlung einer Prozessgrösse nach dem Puls-Laufzeitverfahren, insbesondere für Füllstandsmessgerät
AU2001282867A1 (en) 2000-08-07 2002-02-18 Xtremespectrum, Inc. Electrically small planar uwb antenna apparatus and system thereof
US6441622B1 (en) 2000-08-18 2002-08-27 Motorola, Inc. Method and apparatus for time domain reflectometry moisture sensing in various media
DE10196640T1 (de) * 2000-09-22 2003-08-21 Rosemount Inc Verbesserte Schwellenwerteinstellung für einen Radar-Pegeltransmitter
DE20016962U1 (de) * 2000-09-27 2002-03-07 Endress + Hauser GmbH + Co., 79689 Maulburg Zeitbereichsreflektometer für den Einsatz als Grenzwertschalter zur Erfassung des Grenzstandes eines Gutes
US6762679B1 (en) 2000-11-06 2004-07-13 Trn Business Trust Remote monitoring adapter for levelmeter
US6535161B1 (en) 2000-11-28 2003-03-18 Mcewan Technologies, Llc Loop powered radar rangefinder
US6677891B2 (en) 2001-01-19 2004-01-13 Vega Grieshaber Kg Method and device for transmitting and receiving electromagnetic waves
AU2002245391A1 (en) * 2001-02-08 2002-08-19 Venture Measurement Company Material level sensing system and method
US6734819B2 (en) * 2001-02-14 2004-05-11 Endress + Hauser Gmbh + Co. Level measuring device operating with microwaves
US6504409B1 (en) 2001-04-17 2003-01-07 K-Tek Corporation Controller for generating a periodic signal with an adjustable duty cycle
US6853227B2 (en) * 2001-04-17 2005-02-08 K-Tek Corporation Controller for generating a periodic signal with an adjustable duty cycle
US6588313B2 (en) 2001-05-16 2003-07-08 Rosemont Inc. Hydraulic piston position sensor
US6456231B1 (en) * 2001-06-01 2002-09-24 Mcewan Technologies, Llc Radar sensor having a CFAR detector
US6606906B2 (en) 2001-09-06 2003-08-19 Trn Business Trust Digital conversion adapter for magnetically coupled level meters
US6736006B2 (en) 2001-12-31 2004-05-18 Trn Business Trust Level detector for a material in a container
US6726325B2 (en) * 2002-02-26 2004-04-27 Carl Zeiss Meditec, Inc. Tracking assisted optical coherence tomography
US6628229B1 (en) 2002-08-01 2003-09-30 Rosemount Inc. Stabilization of oscillators in a radar level transmitter
EP1537387A1 (en) * 2002-09-09 2005-06-08 Robertshaw Industrial Products Division Interface detection using time domain reflectometry with two separate conductive elements
CA2406298A1 (en) * 2002-09-30 2004-03-30 Siemens Milltronics Process Instruments Inc. Power management mechanism for loop powered time of flight and level measurement systems
US6801157B2 (en) * 2002-10-02 2004-10-05 Magnetrol International, Inc. Guided wave radar level transmitter
US6750808B2 (en) * 2002-10-30 2004-06-15 Maghetrol International Incorporated Process instrument with split intrinsic safety barrier
US6938478B2 (en) 2002-11-14 2005-09-06 Herman Diaz Arias Impedance level meter for liquids in tanks
US20040093939A1 (en) * 2002-11-14 2004-05-20 Arias Herman Diaz Non-contact level detector for fluids in a container
US6722260B1 (en) 2002-12-11 2004-04-20 Rosemount Inc. Hydraulic piston position sensor
US6722261B1 (en) 2002-12-11 2004-04-20 Rosemount Inc. Hydraulic piston position sensor signal processing
JP4037774B2 (ja) * 2003-02-19 2008-01-23 富士通テン株式会社 レーダ装置
NO319004B1 (no) * 2003-03-21 2005-06-06 Norsk Hydro As Anordning for overvaking av posisjon for et olje-vann-grensesjikt i en petroleums-produksjonsbronn
US20040249257A1 (en) * 2003-06-04 2004-12-09 Tupin Joe Paul Article of manufacture for extracting physiological data using ultra-wideband radar and improved signal processing techniques
US6867729B2 (en) * 2003-07-30 2005-03-15 Magnetrol International Guided wave radar level transmitter with automatic velocity compensation
US7337078B2 (en) * 2004-01-16 2008-02-26 Worldtelemetry, Inc. System and method for remote asset monitoring
US7224944B2 (en) * 2004-01-22 2007-05-29 Mcewan Technologies, Llc RF transceiver having a directly radiating transistor
US7506547B2 (en) * 2004-01-26 2009-03-24 Jesmonth Richard E System and method for generating three-dimensional density-based defect map
AT505013B1 (de) 2004-02-10 2008-10-15 Univ Graz Tech Vorrichtung zur messung von fördereigenschaften in rohren
US7088285B2 (en) * 2004-05-25 2006-08-08 Rosemount Inc. Test apparatus for a waveguide sensing level in a container
US7228900B2 (en) * 2004-06-15 2007-06-12 Halliburton Energy Services, Inc. System and method for determining downhole conditions
ITBA20040032A1 (it) * 2004-07-14 2004-10-14 Pasquale Cavaliere Sistema integrato per misure di livello di liquidi e di fasi in sistemi complessi.
US7233278B2 (en) * 2004-09-10 2007-06-19 Rosemount Tank Radar Ab Radar level gauge with switch for selecting transmitter or receiver mode
US20080297159A1 (en) * 2004-09-10 2008-12-04 Mehrdad Mehdizadeh Sensing Apparatus for Detecting an Interface Between First and Second Strata of Materials
US20060106546A1 (en) * 2004-11-17 2006-05-18 Time Domain Corporation System and method for evaluating materials using ultra wideband signals
US20060169055A1 (en) * 2005-01-06 2006-08-03 Sensotech Method and system for measuring fluid level in a container
US20060245863A1 (en) * 2005-04-19 2006-11-02 Paul Wilcott Solid state detection system for measuring high levels in grain bins
US7330803B2 (en) * 2005-06-22 2008-02-12 Ametek, Inc. High resolution time interval measurement apparatus and method
US7359039B2 (en) 2005-07-13 2008-04-15 Mariusz Kloza Device for precise distance measurement
DE102005042646A1 (de) * 2005-09-07 2007-03-08 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Vorrichtung zur Ermittlung und Überwachung des Füllstandes eines Mediums in einem Behälter
US8098707B2 (en) * 2006-01-31 2012-01-17 Regents Of The University Of Minnesota Ultra wideband receiver
US20070196621A1 (en) * 2006-02-02 2007-08-23 Arnold Frances Sprayable micropulp composition
US7345623B2 (en) * 2006-02-24 2008-03-18 Mcewan Technologies, Llc Reflection free launcher for electromagnetic guide wire
US7373272B2 (en) * 2006-07-26 2008-05-13 Honeywell International, Inc. Temperature compensated resonant transmission line sensor
AT503939B1 (de) * 2006-09-26 2008-02-15 Goldmann Norbert Verfahren und einrichtung zur überwachung und aufbereitung des sandvorrates in einem sandbehälter einer sandstreuvorrichtung eines fahrzeuges, insbesondere eines schienenfahrzeuges
US7650785B1 (en) 2006-11-17 2010-01-26 Vibro-Meter, Inc. Scan lock and track fluid characterization and level sensor apparatus and method
US8746045B2 (en) 2006-11-17 2014-06-10 Meggitt (Orange County), Inc. System and method for identifying fluids and monitoring fluid quality in a vessel
US8794063B2 (en) 2007-01-08 2014-08-05 Meggitt (Orange County), Inc. System and method for optimizing sweep delay and aliasing for time domain reflectometric measurement of liquid height within a tank
DE102007010627B4 (de) * 2007-03-02 2014-03-20 KROHNE Meßtechnik GmbH & Co. KG Füllstandsmeßgerät
US8463361B2 (en) * 2007-05-24 2013-06-11 Lifewave, Inc. System and method for non-invasive instantaneous and continuous measurement of cardiac chamber volume
US8549909B2 (en) 2007-10-01 2013-10-08 Meggitt (Orange County), Inc. Vessel probe connector with solid dielectric therein
GB2466162B (en) 2007-10-01 2012-12-05 Vibro Meter Inc System and method for accurately measuring fluid level in a vessel
US7775106B2 (en) * 2008-02-01 2010-08-17 Schlumberger Technology Corporation Non-contact radar based level measurement device
US20090273352A1 (en) * 2008-04-30 2009-11-05 Xiong Yu Sensor apparatus and system for time domain reflectometry
EP2154495B1 (de) 2008-08-15 2013-05-22 Sick Ag TDR-Sensor und -Messverfahren
CA2649197A1 (en) * 2008-12-24 2010-06-24 Gasfrac Energy Services Inc. Proppant control in an lpg frac system
US7889120B2 (en) 2009-02-11 2011-02-15 Magnetrol International, Inc. Pulsed radar level detection system using pulse dithering to eliminate inaccuracies caused by tank rattle
US9002427B2 (en) * 2009-03-30 2015-04-07 Lifewave Biomedical, Inc. Apparatus and method for continuous noninvasive measurement of respiratory function and events
US20100274145A1 (en) 2009-04-22 2010-10-28 Tupin Jr Joe Paul Fetal monitoring device and methods
US8467981B2 (en) 2009-05-04 2013-06-18 Fluid Management Systems, Inc. Non-invasive liquid level sensing system and method
US9032565B2 (en) 2009-12-16 2015-05-19 Kohler Co. Touchless faucet assembly and method of operation
US10977965B2 (en) 2010-01-29 2021-04-13 Avery Dennison Retail Information Services, Llc Smart sign box using electronic interactions
WO2011094387A1 (en) 2010-01-29 2011-08-04 Avery Dennison Corporation Rfid/nfc panel and/or array used in smart signage applications and method of using
US8997512B2 (en) 2010-04-01 2015-04-07 Thermo King Corporation Fluid level measurement system and method
US8981793B2 (en) 2010-04-12 2015-03-17 Fluid Management Systems, Inc Non-invasive level measurement for liquid or granular solids
US8223066B2 (en) * 2010-05-17 2012-07-17 Rosemount Tank Radar Ab Pulsed radar level gauge system and method with reduced start-up time
US8869612B2 (en) 2011-03-08 2014-10-28 Baxter International Inc. Non-invasive radio frequency liquid level and volume detection system using phase shift
US8872695B2 (en) * 2011-06-14 2014-10-28 Rosemount Tank Radar Ab Guided wave radar level gauge system with dielectric constant compensation through multi-mode propagation
DE102011078060A1 (de) * 2011-06-24 2012-12-27 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Vorrichtung zur Bestimmung oder Überwachung des Füllstandes eines Füllguts in einem Behälter
US8773302B2 (en) * 2011-07-07 2014-07-08 Rosemount Tank Radar Ab Multi-channel radar level gauge
US20130057425A1 (en) * 2011-09-06 2013-03-07 Fabian Wenger Pulsed level gauge system with controllable delay path through selected number of delay cells
US9035255B2 (en) * 2011-09-21 2015-05-19 Rosemont Tank Radar AB Calibration of a level gauge system
US8878697B2 (en) 2011-10-19 2014-11-04 Balu Subramanya Directional speed and distance sensor
US8264401B1 (en) 2011-12-29 2012-09-11 Sensys Networks, Inc. Micro-radar, micro-radar sensor nodes, networks and systems
BR112014017152B8 (pt) 2012-10-18 2022-08-30 Avery Dennison Corp Método e sistema para segurança de nfc
US9081081B2 (en) * 2012-11-05 2015-07-14 Magnetrol International, Incorporated Diode switched front end for guided wave radar level transmitter
US9121942B2 (en) * 2012-11-05 2015-09-01 Magnetrol International, Inc. Guided wave radar delay lock loop circuit
EP2795950B1 (en) * 2012-11-19 2018-09-05 Avery Dennison Corporation Nfc security system and method for disabling unauthorized tags
US9797651B2 (en) 2012-11-21 2017-10-24 Fluid Management Systems, Inc. System for facilitating communication of information and related methods
US9074922B2 (en) * 2012-12-10 2015-07-07 Ge-Hitachi Nuclear Energy Americas Llc Systems and methods for remotely measuring a liquid level using time-domain reflectometry (TDR)
US20140174129A1 (en) * 2012-12-21 2014-06-26 Memc Singapore, Pte. Ltd (Uen200614797D) Support Holder For Quartz Dip Stick In Directional Solidification System Furnaces
US11004337B2 (en) 2012-12-28 2021-05-11 Balu Subramanya Advanced parking management system
TWI476378B (zh) * 2013-11-12 2015-03-11 Finetek Co Ltd Level and temperature sensing device
EP3105554B1 (de) * 2014-02-11 2020-01-15 VEGA Grieshaber KG Topologiebestimmung einer füllgutoberfläche
EP2921403B1 (en) * 2014-03-19 2017-03-01 Safran Landing Systems UK Limited A shock absorber and a method of determining the level of liquid in a shock absorber
US9476753B2 (en) 2014-03-28 2016-10-25 Honeywell International Inc. Feed-through for GWR measurements in tanks
US9761049B2 (en) 2014-03-28 2017-09-12 Intel Corporation Determination of mobile display position and orientation using micropower impulse radar
DE102015119690A1 (de) 2015-11-13 2017-05-18 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Radarbasierter Füllstandsensor
CA2965971A1 (en) * 2016-05-09 2017-11-09 Op-Hygiene Ip Gmbh Fluid dispenser with time of flight proximity sensor
US10371558B2 (en) * 2016-08-31 2019-08-06 Deere & Company System and method for measuring a bin level via an electromagnetic signal
US10481105B2 (en) 2016-08-31 2019-11-19 Deere & Company Measurement device and method for estimating yield of a harvested crop
CN107063392B (zh) * 2017-06-21 2019-11-29 电子科技大学 一种基于微波传输线及dsp技术的智能液位测量器
EP3435419A1 (en) * 2017-07-26 2019-01-30 ams AG Semiconductor device with single electron counting capability comprising an avalanche bipolar transistor
US11099052B2 (en) * 2017-11-14 2021-08-24 Rochester Gauges, Inc. Low-cost measurement system using time domain reflectometry
US11555731B2 (en) 2017-11-14 2023-01-17 Rochester Sensors, Llc TDR transducer with boomerang waveguide
US11079268B2 (en) 2017-12-21 2021-08-03 Rosemount Inc. Precision ADC sampling clock for high accuracy wireless guided wave radar
PL3647745T3 (pl) 2018-10-29 2023-12-11 Rochester Sensors, Llc Przetwornik tdr
US11611140B2 (en) * 2019-06-05 2023-03-21 Kyocera Avx Components (Werne) Gmbh Systems and methods for sensing a level of a volume of a liquid in a container using one or more antenna elements
EP3751242B1 (en) 2019-06-11 2021-12-29 Rosemount Tank Radar AB Guided wave radar level gauge having an explosion proof housing with an intrinsically safe output
EP3795956B1 (en) * 2019-09-19 2023-06-28 Rosemount Tank Radar AB Pulsed radar level gauge with feedback of transmit pulse
CN110671098B (zh) * 2019-09-25 2021-07-20 中国科学院地质与地球物理研究所 一种随钻井下单芯总线电路装置
GB202003332D0 (en) * 2020-03-06 2020-04-22 Johnson Matthey Plc Level measurement apparatus
JP2023085584A (ja) * 2020-05-14 2023-06-21 アルプスアルパイン株式会社 液面検出装置
WO2023021699A1 (ja) * 2021-08-20 2023-02-23 Dmg森精機株式会社 クーラント処理装置
FR3127576A1 (fr) 2021-09-29 2023-03-31 Saint-Gobain Centre De Recherches Et D'etudes Europeen Procede de suivi d’une piece par reflectometrie electrique

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2709918A (en) * 1950-01-17 1955-06-07 Sun Oil Co Tank gauge
JPS4831863B1 (ko) * 1965-03-08 1973-10-02
US3832900A (en) * 1971-06-28 1974-09-03 Sperry Rand Corp Apparatus and method for measuring the level of a contained liquid
US3853005A (en) * 1973-08-29 1974-12-10 Measurand Syst Interface measuring apparatus
US3922914A (en) * 1974-09-18 1975-12-02 Us Interior Bed level monitor
US3995212A (en) * 1975-04-14 1976-11-30 Sperry Rand Corporation Apparatus and method for sensing a liquid with a single wire transmission line
US4135397A (en) * 1977-06-03 1979-01-23 Krake Guss L Level measuring system
DD150939A1 (de) * 1980-05-27 1981-09-23 Bodo Mitzkait Einrichtung zur kontinuierlichen messung des fuellstandes von materialien
GB2087682B (en) * 1980-10-27 1984-11-21 Rosemount Eng Co Ltd Distance measuring apparatus
US4489601A (en) * 1983-07-18 1984-12-25 Sperry Corporation Apparatus and method of measuring the level of a liquid
JPS6059295A (ja) * 1983-09-07 1985-04-05 新日本製鐵株式会社 坑井内水位測定方法
GB2260235B (en) * 1991-09-26 1995-07-12 Schlumberger Ind Ltd Measurement of liquid level
US5457990A (en) * 1991-12-03 1995-10-17 Cambridge Consultants Limited Method and apparatus for determining a fluid level in the vicinity of a transmission line
US5345471A (en) * 1993-04-12 1994-09-06 The Regents Of The University Of California Ultra-wideband receiver

Also Published As

Publication number Publication date
JP3860802B2 (ja) 2006-12-20
JP3499878B2 (ja) 2004-02-23
CN1068676C (zh) 2001-07-18
AU4508796A (en) 1996-07-10
EP0799407B1 (en) 2003-05-21
EP0799407A4 (en) 1998-01-28
DE69530863T4 (de) 2006-04-06
EP1314967B8 (en) 2012-10-03
JP2003294517A (ja) 2003-10-15
CA2208105C (en) 2006-02-21
DE03003827T1 (de) 2004-05-19
CN1173222A (zh) 1998-02-11
EP1314967A1 (en) 2003-05-28
DE03003827T9 (de) 2005-12-08
EP0799407A1 (en) 1997-10-08
KR100391926B1 (ko) 2003-10-30
CA2208105A1 (en) 1996-06-27
DE69530863D1 (de) 2003-06-26
WO1996019715A1 (en) 1996-06-27
DE69530863T2 (de) 2004-01-22
EP1314967B1 (en) 2012-08-29
JPH10511181A (ja) 1998-10-27
US5609059A (en) 1997-03-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100391928B1 (ko) 다목적 전자 물질 표면 레벨측정센서 및 표면 레벨측정방법
US6452467B1 (en) Material level sensor having a wire-horn launcher
US6477474B2 (en) Measurement of process product dielectric constant using a low power radar level transmitter
US10310056B2 (en) Apparatus and method for adjusting guided wave radar pulse width to optimize measurements
US5656774A (en) Apparatus and method for sensing fluid level
US6644114B1 (en) Direct PWM reflectometer
EP0842441B1 (en) High accuracy electronic material level sensor
EP0799428B1 (en) An impulse radar with swept range gate
US6831594B2 (en) Guided waver radar level transmitter
EP2198252B1 (en) System and method for accurately measuring fluid level in a vessel
EP2748567B1 (en) Intermittent surface measurement
CN103017868A (zh) 物位计系统及用于确定距物品表面的距离的方法
CN109724671B (zh) 用于界面测量的雷达物位计系统和方法
US11933655B2 (en) Radar level gauge system and method for reduced lower dead zone

Legal Events

Date Code Title Description
A107 Divisional application of patent
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130624

Year of fee payment: 11

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140624

Year of fee payment: 12

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150623

Year of fee payment: 13

EXPY Expiration of term