KR20040005862A - 위상 기반 감지 시스템 - Google Patents

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KR20040005862A KR10-2003-7007155A KR20037007155A KR20040005862A KR 20040005862 A KR20040005862 A KR 20040005862A KR 20037007155 A KR20037007155 A KR 20037007155A KR 20040005862 A KR20040005862 A KR 20040005862A
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Abstract

본 발명에 따른 대상물의 상대 운동 감지 및 측정 시스템은, 대상물을 향해 신호를 전송하도록 구성된 트랜시버 디바이스와, 위상 면에서 오프셋되어 있고 상기 전송된 신호와 반사된 신호를 수신하는(910) 복수 개의 검출기와, 이 검출기에서 상기 전송된 신호와 반사된 신호 사이의 대상물의 상대 운동으로 인한 위상 편이를 로직으로 측정하도록(920) 구성된 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는 또한 상기 로직으로 상기 위상 편이를 상기 대상물의 상대 운동에 연관시키도록(930, 940) 구성되어 있다.

Description

위상 기반 감지 시스템{PHASE-BASED SENSING SYSTEM}
감지 시스템은 광범위한 목적을 위해 그리고 다양한 분야에서 채용된다. 몇 가지 지정하자면, 운동, 표면의 불규칙성, 환경 상태, 생리학적 상태를 검출하기 위한 감지 시스템이 있다. 의료 산업, 프로세스 산업, 항공 산업 및 다른 산업에서 애플리케이션이 이용될 수 있다. 이처럼 목적 및 산업의 다양성으로 인해 상기 감지 시스템의 설계자 및 사용자가 고려해야 할 점이 많다. 고려해야 할 사항으로는 다른 무엇보다도 비용, 정밀성, 측정 범위, 내구성, 유지 보수 필요성, 감지된 대상물의 물리적 특성 등이 있다.
비접촉식 또는 비침입성(non-invasive) 감지 시스템은 직접 접촉식 감지 시스템과는 달리, 감지된 또는 목적으로 한 대상물을 (직접 또는 매개체를 통해) 물리적으로 접촉하기 위해 감지부(예컨대, 센서)를 필요로 하지 않는 감지 시스템이다. 비접촉식 감지 시스템은 고비용의 침입성 센서 장착 조립체 없이 대상물 및/또는 관심 상태와 관련한 정보를 제공할 수 있는 것과 같이, 종래의 직접 접촉식 감지 시스템에 비하여 많은 이점을 제공한다. 비접촉식 감지 시스템은 접촉식 시스템과는 달리, 그 감지 시스템이 측정하는 시스템을 변경시키지 않는 이점도 갖고 있다. 레이더 시스템이 비접촉식 감지 시스템의 한 가지 예이다. 레이더 시스템은 감지된 대상물의 존재, 위치 및 속도를 정하기 위하여, 통상 0.9~100 GHz 정도의 반사된 전파(reflected radio wave)를 사용한다. 몇몇 레이더 시스템은 일정한 연속파(CW) 신호 또는 펄스 신호를 전송함으로써 동작한다. 이들 대부분의 CW 레이더 시스템은 도플러 효과의 원리로 동작하는데, 이는 운동으로 인한 전송된 신호 주파수와 관련한 수신된 신호 주파수의 변화이다. 도플러 효과를 이용하는 CW 레이더 시스템은 목적으로 정한 대상물에 마이크로파를 전송하고 그 목적물로부터 반사된 마이크로파 신호 주파수의 변화를 검출하여 이동 목적물을 검출하는 메커니즘(mechanism)을 제공한다. 연속파 레이더 기술은 비접촉식이고, 상대적으로 저렴하며, 적절한 전송 주파수가 사용되는 경우, 먼지, 파편, 비, 많은 다른 오브스큐란트(obscurant)에 의해 상대적으로 영향을 받지 않는 감지 메커니즘을 제공한다. 종래의 레이더 감지 시스템은 감지할 목적물의 이동 속도, 위치, 방향에 대한 제한된 정보를 제공하지만, 서브 파장 크기(subwavelength scale)에서 "감지된 목적물"의 고해상도 정보를 제공하지는 못한다. 따라서, 감지된 목적물에 대하여 수신된 정보를 개선하는 레이더 감지 시스템에 대한 요구가 있다.
이처럼, 업계에는 전술한 결점 및 부적절함을 처리하기 위하여 지금까지 다루지 않았던 요구가 존재한다.
본 발명은 전체적으로 감지 시스템, 보다 구체적으로는 비접촉식 감지 시스템에 관한 것이다.
도 1 내지 도 3은 위상 기반 감지 시스템(PBS 시스템)을 실행하는 한 가지예의 블록도이다.
도 4는 본 발명의 한 가지 실시 형태에 따른, 도 1 내지 도 3의 PBS 시스템의 블록도이다.
도 5a는 본 발명의 한 가지 실시 형태에 따른, 도 4의 PBS 시스템의 감지-검출 유닛(SDU) 예의 측단면도이다.
도 5b는 본 발명의 한 가지 실시 형태에 따른, 도 5a의 SDU의 평단면도이다.
도 5c는 본 발명의 한 가지 실시 형태에 따른, 도 5a 및 도 5b의 검출기로부터의 I(in-phase) 위상 신호 및 Q(quadrature) 위상 신호를 보여주는 페이저도이다.
도 6a 내지 도 8d는 본 발명의 한 가지 실시 형태에 따라, 감지된 대상물의 운동에 대응하는 거리 대 시간 도면, SDU의 출력 신호, 내부적으로 발생된 페이저 도면, 도 4의 PBS 시스템의 신호 처리 유닛(SPU)에 의해 발생된 위상 편이 대 시간 관계를 포함하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 한 가지 실시 형태에 따른, 도 4의 PBS 시스템의 SPU의 위상 기반 신호 처리 알고리듬을 보여주는 흐름도이다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 한 가지 실시 형태에 따른, 도 4의 PBS 시스템의 SPU 예의 블록도이다.
본 발명은 특히 감지 시스템을 제공한다. 이 감지 시스템은 일반적으로 그중에서도, 대상물을 향해 신호를 전송하도록 구성된 트랜시버 디바이스, 상기 전송된 신호와 반사된 신호를 수신하는, 위상 오프셋 상태(offset in phase)의 복수 개의 검출기, 이 복수 개의 검출기에서, 로직으로 상기 전송된 신호와 반사된 신호 사이의 대상물의 상대 운동으로 인한 위상 편이(phase shift)를 측정하도록 구성된 프로세서를 포함하며, 이 프로세서는 또한 상기 로직으로 상기 위상 편이를 대상물의 상대 운동과 관련시키도록 구성되는 것으로서 설명할 수 있다.
본 발명은 또한 그 중에서도 감지 방법인 것으로 볼 수 있다. 이 방법은 일반적으로 복수 개의 검출기에서, 상기 전송된 신호와 반사된 신호 사이의 대상물의 상대 운동으로 인한 위상 편이를 측정하고, 그 위상 편이를 대상물의 상대 운동과 연관시키는 단계를 포함하는 것으로 볼 수 있다.
당업자에게는 다음의 도면 및 상세한 설명을 통해 본 발명의 다른 시스템, 방법, 특징 및 이점이 명확해질 것이다. 이러한 모든 추가적인 시스템, 방법, 특징 및 이점은 상세한 설명에 포함되고, 본 발명의 범위 내에 있는 것이며, 첨부한 청구의 범위에 의해 보호된다.
본 발명의 많은 양태는 다음의 도면을 참조하여 더 잘 이해할 수 있다. 도면에 나타낸 구성 요소들은 반드시 그와 같이 비례적으로 할 필요는 없으며, 대신에 본 발명의 원리를 명확하게 설명하는 데에 중점을 둔다. 더욱이, 도면에서 동일한 참조 번호는 도면 전체에 걸쳐 대응 부분들을 지시한다.
본 발명의 바람직한 실시 형태는 특히, 위상 기반 감지(PBS) 시스템 또는 감지 시스템을 제공한다. 상기 PBS 시스템은 본 발명의 실시 형태를 도시한 도 1 내지 도 10을 참조하여 이하에서 보다 상세히 설명한다. 도 1 내지 도 3은 상기 PBS 시스템의 실행 예를 보여준다. 도 4는 PBS 시스템의 블록도이며, 그 PBS 시스템의 구성 요소는 도 5a, 도 5b, 도 10a 및 도 10b에 보다 자세히 도시되어 있다. 도 6a 내지 도 8d는 3가지의 상이한 시나리오에 대하여 목적 대상물의 검출이 어떻게 PBS 시스템에 전자적으로 나타나는지를 보여준다. 도 9는 목적 대상물의 상대 운동[또는 목적 대상물의 표면 일탈(surface deviation)]를 나타내는 신호를 제공하기 위하여, 반사된 신호를 처리할 때 사용될 수 있는 전체적인 단계를 개괄적으로 나타내는 흐름도이다. 본 명세서에서, 목적 대상물(즉, 감지된 대상물)의 상대 운동은 감지된 대상물이 고정된 PBS 시스템에 대하여 (기계 또는 기계 부품과 같이) 이동하거나 PBS 시스템이 부착된 디바이스가 감지된 (목적으로 한) 대상물에 대하여 이동하는[예컨대, 차량에 부착된 지형 센서(terrain sensor)에 의해 감지된 지형 변화가 상기 센서와 감지된 표면 사이의 거리를 변화시키는 경우] 애플리케이션을 포괄하는 것으로 이해하면 된다. 그러나, 본 발명은 여러 상이한 형태로 구현될 수 있고, 본 명세서에 개시된 실시 형태에 제한되는 것으로 해석되어서는 안되며, 대신에 이들 실시 형태는 본 개시 내용이 철저하고도 완전하게 되도록 제공되는 것이고, 당업자에게 본 발명의 범위를 충분히 전달해 줄 것이다. 또한, 본 명세서에서 주어진 모든 "예"는 특히 비제한적인 것으로 의도된 것이다.
도 1은 상기 PBS 시스템의 한 가지 실행 예를 보여주는 블록도이다. 이 예에서, PBS 시스템(100)은 이동 차량의 타이어 바로 앞에 있는 도로/지형 표면의 비접촉식 측정을 위해 사용된다. 단일 유닛으로 통합된 것으로 도시하였지만, PBS시스템(100)은 서로 전기적으로 통신하는 몇 개의 구성 요소로 이루어진 형태일 수 있으며, 각 구성 요소는 그것이 사용되는 차량 또는 시스템 전체에 걸쳐 공간적으로 분리되어 있거나 근접하여 배치된다. PBS 시스템(100)은 도로 표면의 변화를 측정하기 위하여, 표면을 향해 하측으로 향하는 (직교식으로, 따라서 후술하는 바와 같이 비-도플러식) 마이크로파 신호를 방출한다. 본 명세서에서, 직교 또는 직교식으로 향하는 신호(orthogonal or orthogonally directed signal)라는 것은, 예컨대 과도한 이동에 대해 모니터링되는 도로 표면 또는 기계와 같은 목적 대상물의 상대 운동에 직교하는 것을 의미하는 것으로 이해하면 된다. 상기 센서는 하나 이상의 타이어[또는 트랙(tracts) 또는 슬레드(sled) 또는 표면이 어떠한 것이든 접촉은 차량에 의해 제공된다] 앞에 배치된 경우, 타이어 및 서스펜션 시스템 또는 개선된 감지 정보를 이용할 수 있는 다른 시스템보다 미리 상기 도로 표면에 대한 정보를 제공할 수 있다. 이러한 정보는 상기 서스펜션 시스템(또는 다른 시스템)이 임의의 잠재적인 도로 또는 지형의 위험에 앞서 그 자체를 적응시킬 수 있도록 하기에 충분히 빨리 얻을 수 있다. 다른 실시 형태에서, 상기 정보는 화이어 웨폰 시스템이 장착된 군용 차량과 같은 특수 용도 차량에 제공되어, 앞 지형의 측정에 기초한 발사 솔루션(firing solution)을 수정하는 제어 신호를 제공할 수 있다. 다른 실시 형태에서, 상기 PBS 시스템(100)은 모든 종류의 표면을 스캔하고 이미지 처리하여 서브 파장 해상도(sub-wavelength resolution)를 제공하는 데에 사용될 수 있다.
도 2는 PBS 시스템(100)의 엔진 모니터링 실행예의 신호도와 블록도의 복합도이다. PBS 시스템(100)에 의해, 회전하는 기계 장치, 예컨대 터빈 엔진(210) 내의 엔진 블레이드의 상태를 나타내는 어떤 지표(indicator)를 제공하는 진동 측정값을 얻을 수 있다. PBS 시스템(100)은 PBS 시스템(100)을 레이더 투과 재료(예컨대, 세라믹, 플라스틱 또는 비금속 복합물)로 채워진 공동 내에 배치하거나 PBS 시스템(100)의 전송-감지부를 그 공동 내에 배치하여(후술함) 설치할 수 있다. 다음에, 도파관, 케이블 또는 마이크로파 에너지를 엔진(210)으로 안내하는 다른 표준 도관을 통해 감지 신호가 파이프 전송되어(piped) 엔진 진동을 감지할 수 있다. PBS 시스템(100) 또는 감지부를 공동 내에 배치함으로써, 상기 감지는 비침투식이고, 간섭에 의해 영향받지 않으며, 엔진(210) 내부 깊숙이 진동을 측정할 수 있다. 도 2에 나타낸 바와 같이, PBS 시스템(100)으로부터 출력된 신호는 상기 블레이드의 상태에 대한 정보를 제공하기 위하여 해석될 수 있다. 예컨대, 블레이드가 상기 센서에 더 가까이 있음을 나타내는 측정치는 블레이드가 길어지거나(lengthening) 그 부착점으로부터 느슨해지고(loosening) 있음을 나타낼 수 있다. 또한, 다른 신호의 주기에 대하여 지연된 신호 또는 앞선 신호는 블레이드가 구부러져 있거나 진동하고 있음을 나타낼 수 있다. 이러한 측정은 한 가지 실시에 있어서, 신호를 블레이드의 엣지에 전송하고 반사된 신호를 수신함으로써 직접적으로 할 수 있다.
도 3은 PBS 시스템(100)의 진동 측정 실시의 다른 예를 보여주는 도면이다. 도 3에는 과도한 이동을 위해 PBS 시스템(100)에 의해 모니터링되는 펌프(302)가 도시되어 있다. PBS 시스템(100)은 편리하게, 부근에 위치한 임의의 구조에 장착될 수 있다. 이 실시는 PBS 시스템(100)의 다른 이점, 즉 전송된 신호의 파장보다 현저히 더 작은 규모(예컨대, 밀리미터 내지 마이크로미터 정도)에서 운동을 검출하는 것을 강조하여 보여준다. 여러 기계 장치, 예컨대 원심 펌프, 제조용 선반 또는 다른 공장, 사무실 또는 실험실 장비에 의한 이동은, 다른 상태 및 애플리케이션 중에서도, 임박한 고장, 유지 보수의 필요성, 또는 제어 시스템으로의 입력값으로서의 표시를 제공하기 위하여 측정될 수 있다. 이러한 수준에서의 이동 검출은 진동 측정뿐만 아니라 부품 크기를 비롯한 각종 양의 정밀한 측정(예컨대, 정밀 검사)을 가능하게 해준다. 후술하는 바와 같이, PBS 시스템(100)은 도플러 효과에 기반한 측정과는 달리, 위상-변조 감지 및 측정을 제공한다. PBS 시스템(100)은 실질상, 많은 상이한 종류의 안테나 또는 응집성 위상 트랜시버(coherent phase transceiver)가 구비된 임의의 감지 애플리케이션에 사용되어, 레이더 기반 감지 시스템에서 전례가 없는 정밀한 측정을 가능하게 할 수 있다.
도 4는 본 발명의 한 가지 실시 형태에 따른, 도 1 내지 도 3의 감지 시스템 예의 블록도이다. PBS 시스템(100)은 센서-검출 유닛(SDU)(410)과 처리 시스템, 즉 신호 처리 유닛(SPU)(420)을 포함한다. PBS 시스템(100) 전체의 동작은 SPU(420) 내에 설치되어 있는 소프트웨어(도시 생략), 또는 하드웨어, 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨의 조합 내에서 실행되는 외부 제어 회로(도시 생략)와 네트워크되어 있거나 그 회로와 통합된 소프트웨어(도시 생략)를 동작시켜 제어될 수 있다. 상기 외부 제어 회로는 처리 기능성(processing functionality)이 있는 PBS 시스템(100)의 전송 및 수신 기능성을 협동시킬 수 있다. SDU(410)는 특히,다이오드, 믹서 또는 다른 위상 검출 디바이스로 구성되는 수신기와 함께, 건 오실레이터(Gunn oscillator), 디지털 공진 오실레이터 검출기 또는 다른 마이크로파 신호 발생원과 같은 전송 신호원을 사용하는 트랜시버형일 수 있다. SDU(410)는 목적 대상물에 직교식으로 향하는 마이크로파를 방출하는 것이 바람직하다. 상기한 바와 같이, 목적 대상물은 진동하는 대상물 또는 도로 표면 또는 운동 측정을 하고자 하는 다른 대상물일 수 있다. 반사된 마이크로파는 SDU(410) 내의 2개의 검출기에 의해 수신된다. 다른 실시 형태에서, 대상물의 운동과 관련된 정보의 양을 증가시켜 다른 무엇보다도 SPU(420)의 출력에서 측정 해상도를 증대시키는 이점을 제공하기 위해, SDU(410) 내에 많은 수의 검출기를 사용할 수 있다. 이러한 검출기들은 2개의 검출기의 경우에, 이하에서 보다 상세히 설명하는 바와 같이, I 신호(in-phase signal)와 Q 신호(quadrature signal)를 제공하도록 공간적으로 분리, 바람직하게는 90°분리되어 있다. 다른 실시 형태에서, 상기 검출기들은 전기적으로 및/또는 공간적으로 분리될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시 형태에 따라서, 검출된 신호는 SPU(420)로 전송되는데, 이 SPU는 2개의 신호를 결합하여 목적 대상물의 변위(displacement), 또는 상대 운동을 나타내는 단일의 신호를 생성한다. 2개의 신호(예컨대, I 및 Q) 시스템은 상기 상대 운동을 (수학적 관점에서) 독특하게 규정하는 정보를 제공한다. 3개 이상의 검출기 신호를 갖고 있는 시스템은 최적의 상대 운동 예측값을 제공하는 시스템에의 입력으로서 사용될 수 있다. 이와 같이, 도플러 효과가 아닌, PBS 시스템(100)의 위상 변조 메커니즘을 통해, PBS 시스템(100)은 목적 대상물의 상대운동(또는 진동)을 측정하기 위해 마이크로파를 사용하는데, 상기 운동은 전송된 파장 정도이거나 또는 그보다 더 작거나 클 수 있다. 필터링, 반(反) 에일리어싱(anti-aliasing), 예컨대 각 검출기의 복조된 출력을 필터링하고, 출력이 SPU(420)에 도달하기 전에 그 출력을 디지털화하기 위해 사용되는 표준 신호 처리 하드웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합은 도시되어 있지 않지만 PBS 시스템(100) 내에 포함된다는 것을 당업자라면 이해할 수 있을 것이다.
도 5a는 도 4의 PBS 시스템(100)의 SDU(410) 예의 측단면도이다. SDU(410)는 트랜시버-다이오드이다. SDU(410)는 안테나(530), 전송된 감지 신호 파장과 관련하여 위상 면에서 90°떨어져 공간적으로 분리되어 있는 것이 바람직한 한 쌍의 검출기-다이오드(532, 534), 고주파(radio frequency) 발생 다이오드(536)를 포함하고 있다. SDU(410)에는 +5 VDC 전원이 공급되는 것이 바람직한데, 그 전압원은 SDU(410)에 일체로 또는 외부에 배치되어 있다. 안테나(530)는 주로 애플리케이션에 기초하여 선택된다. 진동 측정을 위해, 안테나(530)로부터 방출된 신호의 비임폭(beamwidth)은 바람직하게는 목적 영역이 가능한 한 작도록 선택된다. 예컨대, 비임을 더 좁은 또는 더 작은 지점에 집속하기 위하여, 유전체 렌즈(dielectric lens)를 사용할 수 있다. 지형 감지 측정[즉, 예컨대 차량에 부착된 PBS 시스템(100)과 목적 표면 사이의 상대 변위]을 위해, 상기 비임폭은 더 큰 것, 바람직하게는 타이어 또는 트랙 등에 대하여 잠재적인 위험 또는 장애를 제공하는 영역을 포괄하기에 충분할 정도로 크다. 검출기로부터 판독된 전기 신호는 목적 영역 내의 모든 대상물로부터 반사된 신호의 중첩(superposition)을 나타낸다. 또한, 근접 감지(close-proximity sensing)를 위해, 안테나(530)는 개방 단부형의 유전체 장착 도파관(open-ended and dielectric loaded waveguide) 또는 마이크로스트립이 공급된 유전체 장착 슬롯(microstrip-fed dielectric loaded slot)일 수 있다. 더 먼 변위 감지를 위해, 인쇄 회로 패치 래디에이터의 고정된 빔 평면 어레이 또는 인쇄 회로판 고정 어레이를 사용할 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시 형태는 SDU(410)의 선택에 의해 제한되지 않고, 다른 트랜시버형 디바이스 또는 안테나를 사용할 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 또한, SDU(410)는 전송 및 수신부를 단일의 구성 요소로 통합한 것으로 도시하였지만, 전송 디바이스로부터 방출된 기준 신호(reference signal)가 검출기 다이오드(532, 534)를 가로질러 통과하고, 반사된 신호가 검출기 다이오드(532, 534)를 가로질러 통과하는 한, 전송 디바이스는 반사된 신호를 수신하는 디바이스와는 별도의 디바이스 또는 구성 요소 내에 있을 수 있다.
도 5a의 SDU(410)는 2개의 공동, 즉 동조 공진 공동(tuned resonance cavity)(540)과 도파관 공동(550)을 포함하고 있다. RF 발생 다이오드(536)에는 전압원, 바람직하게는 +5 VDC가 공급된다. 그러나, PBS 시스템(100)의 다양한 실시에 있어서 RF 발생 다이오드(536)의 종류 및 파워 수준에 따라, 다른 전압 수준이 사용되고 이는 바람직한 실시 형태의 범위 내에 있는 것이다. RF 발생 다이오드(536)는 RF 에너지를 동조 공진 공동 내로 방출하며, 이는 동조 주파수(tuned frequency)의 RF 신호 및 동조 주파수의 고조파(harmonics)가 동조 공진 공동(540) 내에서 공진되도록 한다. 도파관 공동(550)이 동조 공진 공동(540)에 연결되어 있는데, 그 도파관 공동에는 소직경부(550a)와 대직경부(550b)가 있다. 소직경부(550a)의 직경은 동조 공진 공동(540)으로부터 대직경부(550b)로 전송되는 단일의 규정된 주파수 신호(실질적으로 고조파를 제거)에 대해 선택된 직경이다. 이와 같이, 소직경부(550a)는 특정의 마이크로파 주파수를 규정하도록 선택된다. 단일 주파수 RF 신호가 대직경부(550b)로부터 목적 대상물(감지 또는 측정할 대상물)로 전송됨에 따라, 그 RF 신호는 제1 검출기 다이오드(534)를 통과한 다음에, 그 제1 검출기 다이오드(534)로부터 대략 90°오프셋되어 있는 것이 바람직한 제2 검출기 다이오드(532)를 통과한다.
도 5b는 도 5a의 SDU(410)의 안테나(530)의 측단면도로서, 두 검출기(532, 534)의 오프셋을 보여주고 있다. I 성분과 Q 성분[즉, 제1 검출기(534)와 제2 검출기(532)로부터의 반사된 출력 신호들] 사이의 상대적 위상차를 검사함으로써 그리고 적절한 수학을 통해, 감지할 대상물의 상대 운동에 의해 야기된 절대 위상 변화를 유도할 수 있다. 그 위상을 정확히 추적하여 작은(한 파장보다 작다) 또는 큰(한 파장보다 크다) 운동량에 대한 아주 상세한 정보를 얻을 수 있고, 이는 상대 운동을 측정하여 대상물의 진동(또는 대상물이 이동하고 있는 표면에 대한 대상물의 상대 변위)을 극히 미세한 해상도로 측정하는 데에 이용될 수 있다.
도 5a를 참조하면, RF 신호가 제1 및 제2 검출기 다이오드(534, 532)를 각각 통과한 후에, 그 RF 신호는 SDU(410)의 안테나(530)로부터 방출된다. 이 방출된 신호는 기준 신호(reference signal)라고 부른다. 이 기준 신호는 목적물에 직교식으로(즉, 지형 감지를 위해 하측으로 또는 진동 감지시 예상된 기계 구성 요소이동에 대해 직각으로) 향하고, 목적 대상물에서 반사되어 반사된 신호로서 SDU(410)의 검출기 다이오드(532, 534)로 복귀한다. 비선형 디바이스로서의 검출기 다이오드(532, 534)는 본질적으로 곱셈 또는 복조를 수행하여, 기준 신호와 반사된 신호 사이의 차이를 비교한다. 다이오드를 가지고 설명하였지만, 이러한 복조를 수행하기 위하여 다른 비선형 디바이스를 사용할 수 있다. 또한, 예컨대 균형 믹서(balanced mixer), 더블 균형 믹서, 크리스털 검출기, 쇼트키 다이오드 등과 같이, 상이한 구조의 다이오드를 조합하여 감도(sensitivity)를 증대시키는 데에 사용할 수 있다. 이러한 복조는 후술하는 바와 같이, 수학적으로 나타낼 수 있다.
도 5c에는 2개의 축, 즉 I(in-phase) 축과 Q(quadrature) 축을 포함하는 페이저도가 도시되어 있다. 상기 페이저도는 복조된 레이더 I 신호와 Q 신호의 조합을 보여준다. 각 검출기 다이오드(532, 534)의 출력은 기준 신호와 수신된 신호의 곱셈의 최종 결과이다. 상기 페이저의 길이는 두 신호의 크기이다. 따라서, 상기 페이저의 길이는 감지하고자 하는 것(즉, 감지된 대상물 또는 목적 대상물)의 반사된 에너지(레이더 단면)에 비례한다. 상기 페이저도에서의 페이저의 상대 위상은 목적 대상물과 검출기 다이오드 사이 거리의 함수이다. I 신호 및 Q 신호의 전압은 두 가지 방식, 즉 (1) 레이더 단면의 변화에 의해 페이저의 길이를 변화시키거나, (2) 상기 대상물이 이동하여 (페이저가 상기 페이저도에서 회전하도록 하는 것) 중 적어도 하나에 의해 변화될 수 있다.
상기 페이저도는 후술하는 바와 같이, SPU(420)(도 4)의 로직에서 알고리듬으로 또는 수학적으로 나타낼 수 있다. PBS 시스템(100)(도 4)에서, 벡터 신호의 전체 길이(A)는 관심 대상물로부터 뒤로 반사되는 RF 에너지의 양을 나타낸다. 반사되는 에너지가 클수록, A의 길이가 길어진다. 위상(φ)은 각도 모듈로(modulo) 360°에서 대상물까지의 거리이다. 예컨대, 사용되는 주파수가 24.1 GHz라면, 파장(λ)은 1.24 cm이다. 따라서, 대상물이 PBS 시스템(100)에 대하여 이동하는 모든 반파장(λ/2)(0.0622 cm)에 대하여, 페이저는 360°회전한다.
PBS 시스템(100)에 의해 측정된 위상은, 기준 신호와 반사된 신호가 전송 경로 및 수신 경로 모두를 통해 이동하여야 하기 때문에, 실질상 대상물이 이동하는 거리의 두 배이다. 대상물이 1/4 파장(90°)이동한다면, 전송파는 전송 경로에 대하여 90°이동하고, 그 신호 후에 수신 경로 상에서의 추가의 1/4 파장이 대상물에서 반사되어 총 λ/2(180°)의 위상 변화를 만들어 낸다. 상기 위상은 모듈로 360°검출되기 때문에, 대상물까지의 실제 거리 또는 변위(범위)는 알려지지 않지만, 임의의 상대 운동은 정확히 측정될 수 있다. 예컨대, 대상물이 PBS 시스템(100)으로부터 λ의 거리에 있다면, 페이저는 0°(180°위상 변화의 두 배)에 있을 것이다. 대상물이 4λ의 거리에 있다면, 페이저는 다시 0°에 있다. λ부터 4λ까지 이동할 때, 위상은 다시 0°에 안착하기 전에 둘레를 완전히 6회전한다.
페이저의 운동은 목적 대상물이 한 파장보다 크게 혹은 그보다 작게 이동하는냐에 따라 약간 상이한 방식으로 PBS 시스템(100)에 의해 해석된다. 목적 대상물이 한 파장보다 크게 이동하면, 전통적인 도플러 효과는 적정하다. 도플러 효과 방정식에서, 출력 신호는 전송된 주파수에 의존한다. 이것은 대상물이 통상 (경찰레이더를 향해 이동하는 차량처럼) 센서를 향해 직선 이동하기 때문이다. 도플러 효과 출력은 차량이 초당 이동하는 파장의 수에 비례하는 주파수이다. 반 파장마다(전체 경로 길이는 전송 경로 및 수신 경로로 인해 두 배라는 점에 유의하여야 한다), 페이저는 360도 회전한다. I 신호 또는 Q 신호만을 본다면, 한 번의 360도 회전에 의해 하나의 사인 곡선 사이클이 생긴다. 따라서, 전송된 파장이 더 길면, 360도 회전 하는 데에 시간이 더 걸리고, 초당 사인 곡선은 더 적으며, 따라서 도플러 편이는 더 작다. 따라서, 24.1 GHz 레이더 상에 1000 Hz 도플러를 부여하는 차량은 초당 1000*2*1.24 cm으로 이동한다.
이제, 진동 대상물(본 명세서에서, 진동 대상물은 한 파장 미만으로 이동하는 대상물을 의미하는 것으로 이해하면 된다)을 조사(감지)하면, 그 대상물은 한 방향으로 이동하고, 느려지고 정지한 다음에 다른 방향으로 이동한다. 그 대상물은 이것을 반복하고 전후로 이동한다. 대상물이 이런 식으로 한 파장보다 크게 이동한다면, 이러한 이동에는 여전히 도플러 효과가 있고, 따라서 PBS 시스템(100)은 한 가지 실시 형태에서, 페이저가 몇 회에 걸쳐 360도 이동하였는지를 "카운트"한다.
대상물이 한 파장 미만으로 이동하는 경우, I 신호와 Q 신호는 완전한 사인 곡선을 이루지 않으며, 따라서 도플러 효과는 통상 측정될 수 없다. 그러나, PBS 시스템(100)은 목적(즉, 진동) 대상물의 운동을 추적하기 위하여 (후술하는 바와 같이) 벡터의 위상을 평가한다. 요약하면, PBS 시스템(100)의 로직을 이용하여, 유도된 위상 신호를 추적함으로써, 상기 운동이 한 파장 미만이면, 그 결과는 실질상, 전송된 캐리어 주파수와 독립적으로, 상기 대상물이 진동하는 주파수와 동일하다. 또한, 이하에서 설명하는 바와 같이, 전송된 파장은 위상도를 목적 대상물의 실제 물리적 변위로 비례 축소(scale)할 수 있게 해준다.
도 6a 내지 도 8d는 목적 대상물의 상대 변위, 또는 상대 운동을 나타내는 조합된 신호(즉, 변위 신호)를 만들어 내기 위하여 2개의 오프셋된 신호(즉, I 신호와 Q 신호)를 사용하는 개념을 보여준다. 이들 예에서 PBS 시스템(100)(도 4)은 대상물의 운동, 예컨대 도 3에 나타낸 원심 펌프의 운동을 검출하는 데에 사용된다. 한 파장 미만의 운동에 대해 설명하지만, 한 파장보다 큰 목적 대상물(또는 목적 대상물에 대한) 운동을 전술한 페이저 회전 카운트뿐만 아니라, 후술하는 내용에 따라 PBS 시스템(100)에 의해 평가할 수 있다는 것을 당업자라면 이해할 것이다. 도 6a 내지 도 8d에서, PBS 시스템(100)은 상기 펌프에 부착되지 않는다. 도 6a는 PBS 시스템(100)에 대한 제1 시나리오 하에서의 거리 대 시간의 도면을 나타낸다. 이러한 상황에서, 상기 펌프는 휴지 상태(즉, 비작동 상태)에 있고, 다음에 펌프가 작동되어 PBS 시스템(100)을 향해 이동을 야기하며, 다음에 펌프는 휴지 상태로 돌아간다(즉, 펌프는 이동을 멈춘다). 도 6a에 도시한 것은 PBS 시스템(100)이 측정하는 펌프에 대한 거리 대 시간 도면이다. 도시한 바와 같이, 펌프는 0.3초가 될 때까지 전혀 이동하지 않는다. 후속하여, 상기 펌프는 작동되어 PBS 시스템(100)을 향해 이동하고, 다음에 0.7초에서 정지한다. 따라서, 이동한 총 거리는 0.3 cm이다.
도 6b는 PBS 시스템(100)(도 4)의 SDU(410)(도 5a)의 검출기-다이오드(532,534)로부터의 원시(raw)의 I 및 Q 출력 신호를 보여주는 도면이다. 도시한 바와 같이, 펌프가 작동되어 운동하기 시작할 때까지 일정한 DC 신호가 있는데, 상기 펌프가 작동되어 운동하는 시간에서 전압은 0.3초에서 두 신호에 대하여 변하기 시작하고, 다음에 정지하여 0.7초에서 일정한 DC 신호 수준에서 머무른다. 도 6c는 SDU(410)(도 5a)의 각 검출기-다이오드(532, 534)에서 출력 신호의 벡터 위치를 보여주는 극선도(polar plot)이다. 이와 같이, 도 6c는 도 6b에 도시한 I 신호 및 Q 신호에 대응하는 위상 변화를 반영한다. 도 6c에 도시한 예에서, 센서로부터의 펌프 거리는 PBS 시스템(100)과 관련하여 330도에서 시작하고, 다음에, 펌프는 극선도에서 330도로부터 거의 180도의 지점까지 반시계 방향으로 이동하여 거의 210도 이동한다. 210도 대 360도의 비는 이동한 거리 대 2배의 파장의 비와 동일하다. 도 6d는 PBS 시스템(100)(도 4)의 SPU(420)에 의해 발생된 위상 대 시간을 나타내는데, PBS 시스템(100)(도 4)의 SPU(420) 후의 출력을 보여주며, 이는 바람직한 실시 형태에 따라, 각도로 비례 축소된(scaled to degrees) 운동의 측정치이다(이는 다음에 원한다면 전술한 바와 같은 비를 이용하여 거리로 비례 축소될 수 있다). 상기 펌프 운동은 PBS 시스템(100)(도 4)의 SPU(420)의 출력과 상호 관련되어 있다는 것에 유의하여야 한다.
도 6a처럼, 도 7a는 펌프가 주기적으로, 즉 톱니 형태로 PBS 시스템(100)을 향해 또 그 시스템으로부터 멀어지게 이동하는 제2 시나리오를 보여준다. 이러한 이동의 한 예는 펌프가 실제, 다른 이유 중에서도 결함을 갖고 있는 상태로 인해 진동하는 것일 수 있다. 펌프는 제1 시나리오와 동일한 거리를 이동하지만, PBS시스템(100)은 도 7b의 일정하게 변화하는 I 신호 및 Q 신호에 의해 나타낸 것과 같이 각각의 이동을 감지한다는 것에 유의하여야 한다. 도 7c의 극선도는 도 6a 내지 도 6d의 제1 시나리오와 같이 동일한 거리를 이동한다는 사실을 반영한다. 도 7d는 PBS 시스템(100)(도 4)의 SPU(420)의 출력이 각도로 비례 축소되었다는 것을 제외하고는 펌프의 이동과 일치함을 보여준다.
도 8a는 PBS 시스템(100)을 향하는 운동은 없지만, 0.5초에서 레이더 단면의 갑작스러운 변화가 있는 시나리오를 보여준다. 이러한 시나리오는 도 8a의 직선으로 나타낸 바와 같이, 거리 대 시간 도면에서는 적절히 나타낼 수 없다. 이러한 사건은, 신호 흡수 또는 반사율에 영향을 주지만 PBS 시스템(100)으로부터 목적 대상물(예컨대, 펌프)까지의 거리는 변하지 않는 도로 표면의 변화(지형 감지의 예에서) 또는 재료의 변화[예컨대, 펌프 표면에의 웨더 실드(weather shield) 추가]가 있는 곳에서 일어날 수 있다. 레이더 단면은 0.5초에서 변화한다(예컨대, 펌프 본체와는 다른 반사율을 갖고 있는 폴리카보네이트 웨더 실드의 펌프에의 추가). 따라서, PBS 시스템(100)은 더 작은 반사 표면 대 더 큰 반사 표면을 감지한다. 따라서, 도 8b에 나타낸 바와 같이, I 신호와 Q 신호에 변화가 있다. 도 8c는 크기의 변화[더 큰 반사 표면 및 따라서 더 강한 신호(또는 도 5c로부터 진폭 A)]가 있는 것을 제외하고는, 벡터 플롯이 변하지 않음을 나타낸다. 그러나, PBS 시스템(100)은 위상, 더 정확하게는 위상의 변화를 측정만 하기 때문에, 처리된 출력은 레이더 단면과 관련하여 변화하지 않는다.
작은 변위 및 통상 사용되는 전송 주파수 때문에, PBS 시스템(100)(도 4)의[예컨대, SDU(410)(도 5a)의 검출기 다이오드(532, 534)로부터의] 원시 출력은, 예컨대 진동 측정에서, 실제 진동 주파수 및 추가 고조파로 구성될 수 있다. 목적물이 직교식으로 배치된 이러한 상태 하에서[또는 지형 감지 애플리케이션(도 1)에서], 수신된 신호가 사용되는 전송 주파수에 의존하는 전통적인 도플러 효과는 없다는 것에 유의하여야 한다. 이러한 효과를 보여주기 위하여, 단일의 사인 곡선에 대하여 PBS 시스템(100)의 검출기 다이오드(532, 534)(도 5a) 중 어느 하나의 출력(I 신호 성분 또는 Q 신호 성분)을 검사할 수 있다. 이러한 예에서, [후술하는 수학적 설명이 도 1의 지형 감지 애플리케이션 또는 PBS 시스템(100)의 다른 애플리케이션에 똑같이 적용될 수 있지만] 도 3에 도시한 것과 같은 진동 측정 애플리케이션을 가정하고, 또 PBS 시스템(100)이 다음의 기준 신호,x(t)를 전송한다고 가정하자.
x(t)=Acos(2πft)
전송된 진폭은 A[A는 전송된 파워, 안테나 이득(gain), 모든 전송 손실을 고려한다는 것에 유의하여야 한다], 전송 주파수는f, 시간은t(초)라 가정하면, 목적 대상물로부터 반사된, 제1 검출기 다이오드(534)(도 5a)에서 수신된 신호(반사된 신호),y(t)는 다음과 같다.
y(t)=Bcos(2πft+φ(t)+α)
90°오프셋되어 있는, 제2 검출기 다이오드(532)(도 5a)에서 수신된 신호(반사된 신호)는 코사인이 사인으로 대체된 상기 함수가 된다. 수신된(반사된) 신호의 진폭(B)은 표준 레이더 방정식을 통해 계산될 수 있다. 시간 변화 위상 항인φ(t)는 목적 대상물의 운동으로 인한 수신된 신호의 위상 변화를 나타낸다. 이러한 운동은 바이어스 항(bias term)(α) 둘레에 집중된다.φ(t)는 검사하는 대상물의 운동 또는 변화를 나타내는 시간 변화 사인 곡선이고, 상수(α)는 PBS 시스템(100)과 목적 대상물 사이의 물리적 위상 차이(모듈로 2π라디안에서의 범위)를 나타낸다. 알파(α)는 대상물이 검출기-다이오드로부터 멀어지는 완전한 파장의 총 수로 나타내어지는 위상이다. 따라서, 떨어져 있는 전체 거리는α+φ(t)이며, 여기서φ(t)는 상기 운동의 "서브 파장" 부분이다. 다른 다이오드로부터의 신호는 90도 만큼 편이된y(t)가 된다.
신호가 일단 각 검출기 다이오드(532, 534)(도 5a)에서 수신되면, 다음 단계는 복조이다. 전술한 바와 같이, 검출기 다이오드는 본질적으로, 동조 공동(550)(도 5a)의 대직경부(550b)에서 각 검출기 다이오드(532, 534)(도 5a)를 통과한 기준 신호와, 반사된 신호를 복조 또는 곱셈하는 기능을 한다. 이 곱셈은 종래의 삼각 함수로 나타낼 수 있다. 제1 검출기-다이오드(534)(도 5a)를 보면, 이 곱셈의 출력은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
S 1 (t)= [Acos(2πft) xBcos(2πft+φ(t)+α)]
= [AB/2cos(2πft)+2πft+φ(t)+α]+[AB/2cos(2πft-(2πft+φ(t)+α))]
=AB/2[cos(-φ(t)-α)+AB/2cos(4πft+φ(t)+α)]
=AB/2cos(φ(t)+α)[4πft 항을 로-패스 필터링(low-pass filtering out)한 후]
유사한 삼각 함수를 사용하면, 제2 검출기-다이오드(532)(도 5a)에서의 출력,S 2 (t)=AB/2(sin(φ(t)+α))이다. 이와 같이, 수신된 신호는 전송 신호와 믹스되고, 더블 주파수 항은 필터링되어 PBS 시스템(100)(도 4)의 제1 검출기 다이오드(534)(도 5a)의 출력인S 1 (t)를 산출한다. 삼각 함수 항등식(trigometric identity)을 이용하면,S 1 에 대한 방정식은 다음과 같이 된다.
S 1 (t)=AB/2((cosφ(t))(cosα)-(sinφ(t))(sinα))
간략하게 하기 위해,AB/2를 상수 C로 한다. 다음에, 목적 대상물로부터의fm헤르쯔(Hz)의 진동은 정확히 또는 실질적으로 동일한 운동 주파수에서 PBS 시스템(100)의 출력에서 그 자체를 확대함을 보여줄 수 있다. 시간 변화 위상을 다음과 같이 하면,
φ(t)=βsin(2πf m t)
상기 식에서,β는 대상물이 이동하는 최대 위상 변화(라디안)에 대응하고, 광대역 주파수 변조(FM) 분석에서 사용되는 것과 같은 변조 지수(modulation index)로 효과적으로 고려할 수 있다.φ(t)를S 1 에 대한 수학식 4에 대입하면,
S 1 (t)=C(cos(βsin(2πf m t))cosα-sin(βsin(2πf m t))sinα)
S 1 (t)를 복소 지수 함수로 쓰면 다음과 같다.
S 1 (t)= C(Re(ejβsin(2πfmt))cosα- Im(ejβsin(2πfmt))sinα)
다음에, 상기 복소 지수 함수를 표준 푸리에 급수로 확장하여 쓰면, 다음과 같은 식이 얻어진다.
S 1 (t)= C(Re(Cnejn2nft)cosα- Im(Cnejn2nft)sinα)
상기 합은 음의 무한대에서 양의 무한대까지라는 점에 유의하여야 한다. 푸리에 계수, cn은 다음과 같다.
c n=f m ejβsin(2nft)e-jn2nfmt dt=J n(β)
이는 제1 종의 n차(nth-order) 베셀 함수(Bessel function)이고, 적분은 -(1/2)f m 에서 +(1/2)f m 까지이다. 이 결과를 수학식 8에 대입하면 다음이 얻어진다.
S 1 (t)= C(Re(J n(β)ejn2nft)cosα- Im(J n(β)ejn2nft)sinα)
= C(J n(β)cos(2πnf m t)cosα-J n(β)sin(2πnf m t)sinα)
마지막으로, 삼각 각도-합 관계(trigonometric angle-sum relationship)를 이용하면, 다음의 관계를 얻을 수 있다.
S 1 (t)= CJ n(β)cos(2πnf m t+α)
수학식 11로부터, PBS 시스템(100)이 단일 주파수에서 진동하는 목적 대상물을 조사하면, 출력은, 제1 종의 n차 베셀 함수에 의해 정해지는 진폭을 갖고 있는 고조파식으로 관련된 사인 곡선 뿐만 아니라, 진동 기본 주파수의 합이라는 것을 알 수 있다. 지수 n=0인 경우에, 신호의 DC 오프셋은 바이어스 상수(α)에 의해 정해진다는 것에 유의하여야 한다. 상기 신호에 들어 있는 고조파 함량(amount of harmonic content)을 결정하는 것은 바로 상기 바이어스 상수이다.
이는, 단일의 검출기는 진동 신호를 수신할 수 있지만,α의 값에 의존하는 현저한 고조파 왜곡(harmonic distortion) 가능성이 있음을 암시한다. 단일 검출기 다이오드의 출력은 복수 개의 고조파를 갖고 있고, 따라서 검사(즉, 감지)하고자 하는 대상물의 운동의 정확한 표현이 아니다. 전술한 바와 같이, 이것은 I 검출기 신호 또는 Q 검출기 신호를 이용하는 단일 검출기 다이오드(도 5a의 532 또는 534)의 출력이라는 것에 유의하여야 한다. 검출기 다이오드 출력들은 바람직한 실시 형태에서, 조합되어 상기 고조파 함량을 제거할 수 있는 출력을 만들어낼 수 있다. 제2 검출기 다이오드(532)(도 5a)의 출력은 다음과 같다.
S 2 (t)= CJ n(β)sin(2πnf m t+α)
이들 두 신호,S 1 (t)와S 2 (t)는 복소 지수 함수와 삼각 함수 항등식을 이용하여 재결합함으로써 다음과 같이 원하는 출력인φ(t)플러스 바이어스 항(α)을 형성한다.
tan-1(S 2 (t)/S 1 (t))=[C Jn(β)sin(2πnf m t)+α)]/[C Jn(β)cos(2πnf m t)+α)]
= βsin(2πf m t)+α
결과적으로 얻어지는 위상인 βsin(2πf m t)+α는 정확히 또는 실질적으로, 대상물의 진동을 나타낸다. 따라서, PBS 시스템(100)은 고조파 함량으로부터의 왜곡 없이, 진동으로 인한 실제 위상 변화를 감지할 수 있고, 상기 시스템이 보정되었을 때(calibrated) 상기 위상은 직접 거리로 변환되고, 전송 주파수는 알려져 있으며, 이동은 한 파장보다 작거나 대상물까지의 초기 거리는 알려져 있기 때문에, 상기 PBS 시스템은 크게 동조된 변위 센서로서의 역할을 한다.
검출기 다이오드(532, 534)(도 5a)는 I 레이더 신호 및 Q 레이더 신호를 생성하는데, 이들 신호는 서로에 대하여 정확히 90도 위상 반전(out of phase)되어있는 것이 바람직하고, 두 검출기로부터의 신호 이득은 정확히 또는 거의 정확히 일치된다는 것에 유의하여야 한다. 알려진 성분을 이용하는 전형적인 실시에 있어서, 제조 공차는 검출기가 이상적으로 일치되도록 및/또는 공간적으로 분리되도록 하는 것을 어렵게 하고, 따라서 상기 시스템은 측정을 열화시킬 수 있는 비선형성을 겪을 수 있다. 본 발명의 바람직한 다른 실시 양태는 이러한 비선형 상태를 "해소(fix)"하는 능력이다. 이는 다음의 변환을 PBS 시스템(100)의 출력에 적용함으로써 수학적으로 행해질 수 있다. I 신호인x(t)와 Q 신호인y(t)로 이루어지는 신호z(t)가 주어진다면, 다음의 방정식이 제공될 수 있다.
z(t) =x(t) +i*y(t)
이제, 두 신호x(t)와y(t) 사이의 위상 불일치를 Φ1이라 하고, 진폭 불일치를 ε이라 하자. 다음에,x(t)는 기준치로 규정될 수 있고,y(t)는 정확하게 90도 위상 반전되게 변환되고 다음의 변환을 이용하여x(t)로 진폭에서 균형잡힐 수 있다. 새로운 신호y'(t)는 다음과 같이 정해진다.
y'(t) = tan(Φ1)*x(t) = 1/(1+ε)cos(Φ1)*y(t)
실질적으로, 이는 두 신호 사이의 차이가 일단 측정되었으면 공지의 메커니즘에 따라 디지털 영역에서 수행될 수 있다.
전술한 유도는 도 9에 도시된 바와 같이, PBS 시스템(100)의 SPU(420)의 PBS로직 내에서 수행되는 알고리듬으로서 제공될 수 있다. 일반적으로, 전술한 바와 같이, PBS 시스템(100)은 PBS 시스템(100)의 출력[즉, SPU(420)의 출력]이 도플러 주파수가 아닌 목적 대상물의 실제 진동 주파수인 한 파장보다 작은 운동을 측정한다. SPU(420)의 PBS 로직은, 한 파장보다 작은 이동에 대하여, 실질적으로 고조파 왜곡 없이, 전송 주파수에 무관하게, SDU(410)(도 4)의 레이더 방출기(emitter)에 대한 (감지된 또는 목적으로 한) 대상물(진동 대상물 포함)의 실제 상대 변위의 측정을 제공한다. 상기 PBS 로직은 미크론 크기 정도의 한 파장보다 작은 운동을 고해상도로 측정할 수 있게 해준다. 상기 PBS 로직은 또한 상기한 바와 같이, (페이저 회전의 계산을 추가함으로써) 한 파장 또는 그 보다 큰 운동을 측정할 수 있도록 해준다는 것에 유의하여야 한다.
도 9의 흐름도를 참조하면, 단계(910)는 위상 면에서 오프셋되어 있는 2개의 검출기에서 기준 신호의 진폭을 측정하는 것을 포함한다. 단계(920)는 2개의 검출기에서 반사된 신호의 진폭을 측정하는 것을 포함한다. 단계(930)는 2개의 검출기에서 기준 신호와 반사된 신호 사이의 진폭의 변화를 대상물의 상대 운동으로 인한 위상의 변화에 수학적으로 관련시키는 것을 포함한다. 단계(940)는 상기 위상 변화를 대상물의 상대 운동에 수학적으로 관련시키는 것을 포함하여, 대상물의 변위 측정에 서브 파장 해상도가 제공된다. 도 9의 흐름도는 SPU(420)의 동작 소프트웨어(본 명세서에서, 후술하는 바와 같이 PBS 로직)의 가능한 실행의 아키텍쳐, 기능성 및 동작을 보여준다. 이와 관련하여, 각각의 블록은 특정의 논리 함수를 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 명령을 포함하는 코드의 모듈, 세그먼트 또는일부를 나타낸다. 몇몇 별법의 실행에 있어서, 상기 블록에 언급한 기능들은 도 9에 나타낸 것과는 다르게 일어날 수 있다는 것에 유의하여야 한다. 예를 들면, 도 9에서 연속적으로 나타낸 2개의 블록은 사실, 실질상 동시에 실행될 수도 있고, 또는 그 블록들은 종종 포함된 기능성에 따라 역의 순서로 실행될 수도 있다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 두 실시 형태에 따른, 도 4의 PBS 시스템(100)의 SPU(420)(도 4) 예를 나타내는 블록도이다. SPU(420)는 하드웨어 및 소프트웨어의 조합으로서 실시될 수 있지만, 소프트웨어로 실행되는 것이 바람직하다. 일반적으로, 도 10a 및 도 10b에 도시한 것과 같이, 하드웨어 아키텍쳐와 관련하여, SPU(420)는 SDU(410)로부터 검출기-다이오드(532, 534)로부터의 출력 신호 또는 조정된(conditioned) 출력 신호를 수신하는 로컬 인터페이스(1018)를 통해 통신 연결되고, 변위 신호를 다른 디바이스에 중계하는 하나 이상의 입출력(I/O) 디바이스(1016)(또는 주변 장치(peripherals))와, 메모리(1014) 및 프로세서(1008 및/또는 1012)를 포함하고 있다. 도시하지 않은 다른 구성 요소들로는 아날로그-디지털(AD) 컨버터, 필터 등과 같은 다른 처리 구성 요소들이 있을 수 있다. 로컬 인터페이스(1018)는 당업계에 공지된 바와 같이, 예컨대 하나 이상의 버스 또는 다른 유선 또는 무선 연결을 포함할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 로컬 인터페이스(1018)는 간단하게 하기 위해 생략한 추가의 요소들, 예컨대 통신을 가능하게 하기 위하여, 컨트롤러, 버퍼(캐쉬), 드라이버, 리피터, 리시버를 포함할 수 있다. 또한, 상기 로컬 인터페이스는 상기 구성 요소들 사이에서의 적절한 통신을 가능하게 하기 위하여 어드레스, 컨트롤 및/또는 데이터 연결을 포함할 수도있다. I/O 장치(1016)는 변조기/복조기(모뎀; 다른 장치, 시스템 또는 네트워크에 억세스하기 위한 것), RF 또는 다른 트랜시버, 전화 인터페이스, 브릿지, 라우터 등과 같이 입출력의 통신을 하는 장치를 포함할 수도 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
도 10a는 PBS 로직(1010)이 DSP(1012) 내에 구조화된 로직으로서 실행되는 한 가지 실시 형태를 보여준다. DSP(1012)는 주문 제작하거나 상업적으로 이용 가능한 것일 수 있으며, PBS 로직(1010) 만을 또는 마이크로프로세서(1008)와 함께 구동시킬 수 있다. 마이크로프로세서(1008)는, 특히 메모리(1014)에 저장된 소프트웨어를 실행하는 하드웨어 장치이다. 마이크로프로세서(1008)는 주문 제작 또는 상업적으로 이용 가능한 프로세서, 중앙 처리 장치(CPU), PBS 로직(1010)과 관련된 몇몇 프로세서 사이의 보조 프로세서,(마이크로칩 또는 칩 세트 형태의) 반도체 기반 마이크로프로세서, 매크로프로세서, 또는 소프트웨어 명령어를 실행하기 위한 임의의 디바이스일 수 있다.
도 10b는 다른 실시 형태를 보여주는데, PBS 로직(1010)은 후술하는 바와 같이, 메모리(1014) 내의 프로그래밍 구조로서 구현되어 있다. 메모리(1014)는 휘발성 메모리 요소[예컨대, DRAM, SRAM, SDRAM 등과 같은 RAM)와 비휘발성 메모리 요소(예컨대, ROM, 하드 드라이브, 테이프, CDROM 등) 중 어느 하나 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 더욱이, 메모리(1014)는 전자, 자기, 광학 및/또는 다른 형태의 저장 매체를 합체할 수도 있다. 메모리(1014)는 여러 구성 요소가 서로 떨어져 위치하는 분산 아키텍쳐를 가질 수 있지만, 마이크로프로세서(1008)에 의해 억세스될 수 있다는 것에 유의하여야 한다.
한 가지 실시에 있어서, 메모리(1014) 내의 소프트웨어는 상기한 바와 같이, 위상 편이-변위 신호 기능성(phase shift-to-displacement signal functionality)을 실행하기 위한 실행 가능한 명령어를 제공하는 PBS 로직(1010)을 포함할 수 있다. 메모리(1014) 내의 소프트웨어는 하나 이상의 별개의 프로그램도 포함할 수도 있는데, 각 프로그램은 다른 컴퓨터 프로그램의 실행 제어, 스케줄링 제공, 입출력 제어, 파일 및 데이터 관리, 메모리 관리, 통신 제어 및 관련 서비스 등과 같은 작동 시스템 함수 및 논리 함수를 실행하기 위한 실행 가능한 명령어의 순서 목록(ordered listing)을 포함한다.
SPU(420)가 동작 상태에 있는 경우, 마이크로프로세서(1008)는 한 가지 실시에 있어서, 메모리(1014) 내에 저장된 소프트웨어를 실행하고, 데이터를 메모리(1014)로 또 그 메모리로부터 데이터를 통신하고, 일반적으로 상기 소프트웨어와 관련된 PBS 시스템(100)의 동작을 제어하도록 구성되어 있다.
PBS 로직(1010)이 소프트웨어에서 실행되면, PBS 로직(1010)은 임의의 컴퓨터 관련 시스템 또는 방법에 의해 또 그 시스템 또는 방법과 연계하여 사용할 수 있도록 임의의 컴퓨터 판독 가능한 매체에 저장될 수 있다는 것에 유의하여야 한다. 본 명세서와 관련하여, 컴퓨터 판독 가능한 매체는 컴퓨터 관련 시스템 또는 방법에 의해 또는 그 시스템 또는 방법과 결합하여 사용하기 위해 컴퓨터 프로그램을 저장 또는 담을 수 있는 전자, 자기, 광학 또는 다른 물리적 디바이스 또는 수단이다. PBS 로직(1010)은, 예컨대 컴퓨터 기반 시스템, 프로세서 내장 시스템,또는 명령어 실행 시스템, 장치 또는 디바이스로부터 명령어를 페치(fetch)하여 그 명령어를 실행할 수 있는 다른 시스템과 같은 명령어 실행 시스템, 장치 또는 디바이스에 의해 또는 그러한 것들과 함께 사용하기 위해 임의의 컴퓨터 판독 가능한 매체 내에 구현될 수 있다. 본 명세서와 관련하여, "컴퓨터 판독 가능한 매체"는 명령어 실행 시스템, 장치 또는 디바이스에 의해 또는 그러한 것들과 연계하여 사용하기 위해 프로그램을 저장, 통신, 전파 또는 전송할 수 있는 임의의 수단일 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 매체는, 예컨대 전자, 자기, 광학, 전자기, 적외선 또는 반도체 시스템, 장치, 디바이스 또는 전파 매체일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 컴퓨터 판독 가능한 매체의 보다 구체적인 예(과도하지 않은 리스트)로는 다음과 같은 것이 있다. 하나 이상의 와이어가 있는 전기 연결부(전자), 휴대형 컴퓨터 디스켓(자기), RAM(전자), ROM(전자), 소거 가능하고 프로그램 가능한 ROM(EPROM, EEPROM 또는 플래쉬 메모리)(전자), 광섬유(광학), 휴대형 CDROM(광학). 상기 컴퓨터 판독 가능한 매체는 종이 또는 다른 적당한 매체일 수 조차 있는데, 이들 매체에는 프로그램을 전자적으로 캡처할 수 있는 것과 같이 프로그램이, 예컨대 종이 또는 다른 매체의 광 스캔을 통해 인쇄되고, 다음에 필요하다면 적당한 방식으로 컴파일링되고, 해석되거나 그렇지 않으면 프로세싱처리되고, 다음에 컴퓨터 메모리에 저장된다.
PBS 로직(1010)이 하드웨어에서 실행되는 다른 실시 형태에 있어서, PBS 로직(1010)은 데이터 신호에 논리 함수를 실행하기 위한 논리 게이트를 구비하고 있는 불연속 논리 회로, 적절한 조합 논리 게이트를 구비하고 있는 주문형 집적회로(ASIC), 프로그램 가능한 게이트 어레이(PGA), 필드 프로그램 가능한 게이트 어레이(FPGA) 등 당업계에서 공지된 위의 기술 중 어느 하나 또는 조합하여 실행될 수 있다.
본 발명의 상기 실시 형태, "바람직한" 실시 형태는 본 발명의 원리를 명확히 이해하기 위해 단순히 개시된 가능한 실시의 예일 뿐이라는 것을 강조한다. 본 발명의 사상 및 원리를 실질상 벗어나지 않으면서 상기 실시 형태에 대하여 많은 변형 및 수정이 가능하다. 이러한 모든 변형 및 수정은 본원에 개시된 범위 및 본 발명의 범위 내에 포함되며, 다음의 청구의 범위에 의해 보호된다.

Claims (90)

  1. 기준 신호를 대상물에 전송하는 단계와,
    위상 면에서 오프셋되어 있는 2개의 검출기에서 상기 기준 신호의 진폭을 측정하는 단계와,
    상기 2개의 검출기에서 반사된 신호의 진폭을 측정하는 단계와,
    상기 2개의 검출기에서 상기 기준 신호와 상기 반사된 신호 사이의 진폭 변화를 상기 대상물의 상대 운동으로 인한 위상 변화에 수학적으로 관련시키는 단계와,
    상기 위상 변화를 상기 대상물의 상대 운동과 수학적으로 관련시켜, 상기 대상물의 변위 측정에 서브 파장 해상도가 제공되는 단계
    를 포함하는 감지 및 측정 방법.
  2. 위상 면에서 오프셋되어 있는 복수 개의 검출기에서 전송된 신호와 반사된 신호 사이의 진폭 변화를 측정하는 단계와,
    상기 진폭 변화를 대상물의 상대 운동으로 인한 위상 변화에 관련시키는 단계와,
    상기 위상 변화를 상기 대상물의 운동에 관련시키는 단계
    를 포함하는 대상물의 상대 운동 감지 및 측정 방법.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 검출기의 출력으로부터 페이저를 수학적으로 유도하는 단계를 더 포함하는 대상물의 상대 운동 감지 및 측정 방법.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 검출기 사이의 페이저 각도의 완전한 페이저 회전과의 관계를 이용하는 단계를 더 포함하고, 상기 페이저 각도는 실제 이동 거리와 상기 전송된 신호의 주파수 파장의 비에 수학적으로 관련되는 것인 대상물의 상대 운동 감지 및 측정 방법.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 페이저 각도에 대하여 진폭 좌표를 유도하기 위하여 상기 검출기의 출력을 이용하는 단계를 더 포함하는 대상물의 상대 운동 감지 및 측정 방법.
  6. 청구항 3에 있어서, 한 파장보다 더 큰 상대 변위에 대하여 대상물의 상대 변위의 서브 파장 해상도 측정을 제공하기 위하여 상기 페이저의 회전을 카운트하는 단계를 더 포함하는 대상물의 상대 운동 감지 및 측정 방법.
  7. 청구항 2에 있어서, 한 파장보다 작은 변위 및 한 파장보다 큰 변위에 대하여 상기 위상 변화로부터 변위 측정을 제공하는 단계를 더 포함하는 대상물의 상대 운동 감지 및 측정 방법.
  8. 청구항 2에 있어서, 상기 전송된 신호를 차량으로부터 차량의 적어도 한 표면 접촉점 앞에 위치한 표면으로 하측을 향하게 하는 단계를 더 포함하는 대상물의 상대 운동 감지 및 측정 방법.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 전송된 신호의 공급원에 대한 상기 표면의 토폴로지(topology)를 표시하는 단계를 더 포함하는 대상물의 상대 운동 감지 및 측정 방법.
  10. 청구항 2에 있어서, 기계 이동의 측정을 제공하기 위하여 상기 측정 단계 및 관련시키는 단계를 이용하는 것을 더 포함하는 대상물의 상대 운동 감지 및 측정 방법.
  11. 청구항 2에 있어서, 기계 부품 이동의 측정을 제공하기 위하여 상기 측정 단계 및 관련시키는 단계를 이용하는 것을 더 포함하는 대상물의 상대 운동 감지 및 측정 방법.
  12. 청구항 2에 있어서, 엔진 블레이드 이동의 측정을 제공하기 위하여 상기 측정 단계 및 관련시키는 단계를 이용하는 것을 더 포함하는 대상물의 상대 운동 감지 및 측정 방법.
  13. 복수 개의 검출기에서, 전송된 신호와 반사된 신호 사이의 대상물의 상대 운동으로 인한 위상 편이를 측정하는 단계와,
    상기 위상 편이를 상기 대상물의 상대 운동에 관련시키는 단계
    를 포함하는 대상물의 상대 운동 감지 및 측정 방법.
  14. 청구항 13에 있어서, 상기 검출기를 위상 면에서 오프셋되게 구성하는 단계를 더 포함하는 대상물의 상대 운동 감지 및 측정 방법.
  15. 청구항 13에 있어서, 상기 복수 개의 검출기에서, 상기 전송된 신호와 반사된 신호 사이의 진폭 변화를 측정하는 단계를 더 포함하는 대상물의 상대 운동 감지 및 측정 방법.
  16. 청구항 15에 있어서, 상기 진폭 변화를 위상 편이에 관련시키는 단계와, 상기 위상 편이를 상기 대상물의 운동에 관련시키는 단계를 더 포함하는 대상물의 상대 운동 감지 및 측정 방법.
  17. 청구항 13에 있어서, 상기 검출기의 출력으로부터 페이저를 수학적으로 유도하는 단계를 더 포함하는 대상물의 상대 운동 감지 및 측정 방법.
  18. 청구항 17에 있어서, 상기 검출기 사이의 페이저 각도의 완전한 페이저 회전과의 관계를 이용하는 단계를 더 포함하고, 상기 페이저 각도는 실제 이동 거리와 전송된 신호의 주파수 파장의 비에 수학적으로 관련되는 것인 대상물의 상대 운동 감지 및 측정 방법.
  19. 청구항 18에 있어서, 상기 페이저 각도에 대하여 진폭 좌표를 유도하기 위하여 상기 검출기의 출력을 이용하는 단계를 더 포함하는 대상물의 상대 운동 감지 및 측정 방법.
  20. 청구항 17에 있어서, 한 파장보다 더 큰 상대 변위에 대하여 대상물의 상대 변위의 서브 파장 해상도 측정을 제공하기 위하여 상기 페이저의 회전을 카운트하는 단계를 더 포함하는 대상물의 상대 운동 감지 및 측정 방법.
  21. 청구항 13에 있어서, 한 파장보다 작은 변위 및 한 파장보다 큰 변위에 대하여 상기 위상 변화로부터 변위 측정을 제공하는 단계를 더 포함하는 대상물의 상대 운동 감지 및 측정 방법.
  22. 청구항 13에 있어서, 상기 전송된 신호를 차량으로부터 차량의 적어도 한 표면 접촉점 앞에 위치한 표면으로 하측을 향하게 하는 단계를 더 포함하는 대상물의 상대 운동 감지 및 측정 방법.
  23. 청구항 22에 있어서, 상기 전송된 신호의 공급원에 대한 상기 표면의 토폴로지를 표시하는 단계를 더 포함하는 대상물의 상대 운동 감지 및 측정 방법.
  24. 청구항 13에 있어서, 기계 이동의 측정을 제공하기 위하여 상기 측정 단계 및 관련시키는 단계를 이용하는 것을 더 포함하는 대상물의 상대 운동 감지 및 측정 방법.
  25. 청구항 13에 있어서, 기계 부품 이동의 측정을 제공하기 위하여 상기 측정 단계 및 관련시키는 단계를 이용하는 것을 더 포함하는 대상물의 상대 운동 감지 및 측정 방법.
  26. 청구항 13에 있어서, 엔진 블레이드 이동의 측정을 제공하기 위하여 상기 측정 단계 및 관련시키는 단계를 이용하는 것을 더 포함하는 대상물의 상대 운동 감지 및 측정 방법.
  27. 대상물을 향해 기준 신호를 전송하도록 구성되고, 또 위상 오프셋 상태의 2개의 검출기로 반사된 신호를 수신하도록 구성된 트랜시버 디바이스와;
    로직으로 상기 2개의 검출기에서 상기 기준 신호의 진폭을 측정하도록 구성된 프로세서
    를 포함하고,
    상기 프로세서는 또한 상기 로직으로 2개의 검출기에서 반사된 신호의 진폭을 측정하도록 구성되며,
    상기 프로세서는 또한 상기 로직으로 상기 2개의 검출기에서 상기 기준 신호와 반사된 신호 사이의 진폭 변화를 상기 대상물의 상대 운동으로 인한 위상 변화에 수학적으로 관련시키도록 구성되고,
    상기 프로세서는 또한 상기 로직으로 상기 위상 변화를 상기 대상물의 상대 운동과 수학적으로 관련시키도록 구성되어, 대상물 변위 측정에 서브 파장 해상도가 제공되는 것인 감지 및 측정 시스템.
  28. 대상물을 향해 신호를 전송하도록 구성된 트랜시버 디바이스와,
    상기 전송된 신호와 반사된 신호를 수신하는 위상 오프셋 상태의 복수 개의 신호 검출기 및
    로직으로 상기 복수 개의 검출기에서 상기 전송된 신호와 반사된 신호 사이의 진폭 변화를 측정하도록 구성된 프로세서
    를 포함하고,
    상기 프로세서는 또한 상기 로직으로 상기 진폭 변화를 상기 대상물의 상대 운동으로 인한 위상 변화에 관련시키도록 구성되며,
    상기 프로세서는 또한 상기 로직으로 상기 위상 변화를 상기 대상물의 운동과 관련시키도록 구성된 것인 대상물의 상대 운동 감지 및 측정 시스템.
  29. 청구항 28에 있어서, 상기 프로세서는 또한 상기 로직으로 상기 검출기의 출력으로부터 페이저를 수학적으로 유도하도록 구성된 것인 대상물의 상대 운동 감지 및 측정 시스템.
  30. 청구항 29에 있어서, 상기 프로세서는 또한 상기 로직으로 상기 검출기 사이의 페이저 각도의 완전한 페이저 회전과의 관계를 이용하도록 구성되고, 상기 페이저 각도는 실제 이동 거리와 상기 전송된 신호의 주파수 파장의 비에 수학적으로 관련되어 있는 것인 대상물의 상대 운동 감지 및 측정 시스템.
  31. 청구항 30에 있어서, 상기 프로세서는 또한 상기 페이저 각도에 대하여 진폭 좌표를 유도하기 위하여 상기 로직으로 상기 검출기의 출력을 이용하도록 구성된 것인 대상물의 상대 운동 감지 및 측정 시스템.
  32. 청구항 29에 있어서, 상기 프로세서는 또한 한 파장보다 큰 상대 변위에 대하여 대상물의 상대 변위의 서브 파장 해상도 측정을 제공하기 위하여 상기 로직으로 상기 페이저의 회전을 카운트하도록 구성된 것인 대상물의 상대 운동 감지 및 측정 시스템.
  33. 청구항 28에 있어서, 상기 프로세서는 또한 한 파장보다 작은 변위 및 한 파장보다 큰 변위에 대하여 상기 로직으로 상기 위상 변화로부터 변위 측정을 제공하도록 구성된 것인 대상물의 상대 운동 감지 및 측정 시스템.
  34. 청구항 28에 있어서, 상기 트랜시버 디바이스는 또한 상기 전송된 신호를 차량으로부터 차량의 적어도 한 표면 접촉점 앞에 위치한 표면으로 하측을 향하도록 구성된 것인 대상물의 상대 운동 감지 및 측정 시스템.
  35. 청구항 34에 있어서, 상기 프로세서는 또한 상기 로직으로 상기 전송된 신호 공급원에 대한 상기 표면의 토폴로지를 표시하도록 구성된 것인 대상물의 상대 운동 감지 및 측정 시스템.
  36. 청구항 28에 있어서, 상기 프로세서는 또한 상기 로직으로 기계 이동의 측정을 제공하도록 구성된 것인 대상물의 상대 운동 감지 및 측정 시스템.
  37. 청구항 28에 있어서, 상기 프로세서는 또한 상기 로직으로 기계 부품 이동의 측정을 제공하도록 구성된 것인 대상물의 상대 운동 감지 및 측정 시스템.
  38. 청구항 28에 있어서, 상기 프로세서는 또한 상기 로직으로 엔진 블레이드 운동의 측정을 제공하도록 구성된 것인 대상물의 상대 운동 감지 및 측정 시스템.
  39. 대상물을 향해 신호를 전송하도록 구성된 트랜시버 디바이스와,
    상기 전송된 신호와 반사된 신호를 수신하는 위상 오프셋 상태의 복수 개의 검출기 및
    로직으로 상기 복수 개의 검출기에서 상기 전송된 신호와 반사된 신호 사이의 대상물의 상대 운동으로 인한 위상 편이를 측정하도록 구성된 프로세서
    를 포함하고,
    상기 프로세서는 또한 상기 로직으로 상기 위상 편이를 상기 대상물의 상대 운동에 관련시키도록 구성된 것인 대상물의 상대 운동 감지 및 측정 시스템.
  40. 청구항 39에 있어서, 상기 프로세서는 또한 상기 로직으로 상기 복수 개의 검출기에서 상기 전송된 신호와 상기 반사된 신호 사이의 진폭 변화를 측정하도록 구성된 것인 대상물의 상대 운동 감지 및 측정 시스템.
  41. 청구항 40에 있어서, 상기 프로세서는 또한 상기 로직으로 상기 진폭 변화를상기 위상 편이에 관련시키고, 상기 위상 편이를 상기 대상물의 운동에 관련시키도록 구성된 것인 대상물의 상대 운동 감지 및 측정 시스템.
  42. 청구항 39에 있어서, 상기 프로세서는 또한 상기 로직으로 상기 검출기의 출력으로부터 페이저를 수학적으로 유도하도록 구성된 것인 대상물의 상대 운동 감지 및 측정 시스템.
  43. 청구항 42에 있어서, 상기 프로세서는 또한 상기 로직으로 상기 검출기 사이의 페이저 각도의 완전한 페이저 회전과의 관계를 이용하도록 구성되고, 상기 페이저 각도는 실제 이동 거리와 상기 전송된 신호의 주파수 파장의 비에 수학적으로 관련되어 있는 것인 대상물의 상대 운동 감지 및 측정 시스템.
  44. 청구항 43에 있어서, 상기 프로세서는 또한 상기 페이저 각도에 대하여 진폭 좌표를 유도하기 위하여 상기 로직으로 상기 검출기의 출력을 이용하도록 구성된 것인 대상물의 상대 운동 감지 및 측정 시스템.
  45. 청구항 42에 있어서, 상기 프로세서는 또한 한 파장보다 큰 상대 변위에 대하여 대상물의 상대 변위의 서브 파장 해상도 측정을 제공하기 위하여 상기 로직으로 상기 페이저의 회전을 카운트하도록 구성된 것인 대상물의 상대 운동 감지 및 측정 시스템.
  46. 청구항 39에 있어서, 상기 프로세서는 또한 한 파장보다 작은 변위 및 한 파장보다 큰 변위에 대하여 상기 로직으로 상기 위상 변화로부터 변위 측정을 제공하도록 구성된 것인 대상물의 상대 운동 감지 및 측정 시스템.
  47. 청구항 39에 있어서, 상기 트랜시버 디바이스는 또한 상기 전송된 신호를 차량으로부터 차량의 적어도 한 표면 접촉점 앞에 위치한 표면으로 하측을 향하도록구성된 것인 대상물의 상대 운동 감지 및 측정 시스템.
  48. 청구항 47에 있어서, 상기 프로세서는 또한 상기 로직으로 상기 전송된 신호 공급원에 대한 상기 표면의 토폴로지를 표시하도록 구성된 것인 대상물의 상대 운동 감지 및 측정 시스템.
  49. 청구항 39에 있어서, 상기 프로세서는 또한 상기 로직으로 기계 이동의 측정을 제공하도록 구성된 것인 대상물의 상대 운동 감지 및 측정 시스템.
  50. 청구항 39에 있어서, 상기 프로세서는 또한 상기 로직으로 기계 부품 이동의 측정을 제공하도록 구성된 것인 대상물의 상대 운동 감지 및 측정 시스템.
  51. 청구항 39에 있어서, 상기 프로세서는 또한 상기 로직으로 엔진 블레이드 운동의 측정을 제공하도록 구성된 것인 대상물의 상대 운동 감지 및 측정 시스템.
  52. 2개의 검출기에서 기준 신호의 진폭을 측정하도록 구성된 로직과,
    상기 2개의 검출기에서 반사된 신호의 진폭을 측정하도록 구성된 로직과,
    상기 2개의 검출기에서 상기 기준 신호와 반사된 신호 사이의 진폭 변화를 대상물의 상대 운동으로 인한 위상 변화에 수학적으로 관련시키도록 구성된 로직 및
    상기 위상 변화를 상기 대상물의 상대 운동과 수학적으로 관련시켜, 대상물 변위 측정에 서브 파장 해상도를 제공하도록 구성된 로직
    을 포함하는 기록 가능한 매체 상의 프로세싱 시스템.
  53. 위상 면에서 오프셋되어 있는 복수 개의 검출기에서 전송된 신호와 반사된 신호 사이의 대상물의 상대 운동으로 인한 위상 편이를 측정하도록 구성된 로직과,
    상기 위상 편이를 상기 대상물의 상대 운동에 관련시키도록 구성된 로직
    을 포함하는 기록 가능한 매체 상의 프로세싱 시스템.
  54. 청구항 53에 있어서, 상기 로직은 또한 상기 복수 개의 검출기에서 상기 전송된 신호와 반사된 신호 사이의 진폭 변화를 측정하도록 구성된 것인 기록 가능한 매체 상의 프로세싱 시스템.
  55. 청구항 54에 있어서, 상기 로직은 또한 상기 진폭 변화를 상기 위상 편이에 관련시키고, 상기 위상 편이를 상기 대상물의 운동에 연관시키도록 구성된 것인 기록 가능한 매체 상의 프로세싱 시스템.
  56. 청구항 53에 있어서, 상기 로직은 또한 상기 검출기의 출력으로부터 페이저를 수학적으로 유도하도록 구성된 것인 기록 가능한 매체 상의 프로세싱 시스템.
  57. 청구항 56에 있어서, 상기 로직은 또한 상기 검출기 사이의 페이저 각도의 완전한 페이저 회전과의 관계를 이용하도록 구성되고, 상기 페이저 각도는 실제 이동 거리와 상기 전송된 신호의 주파수 파장의 비에 수학적으로 관련되어 있는 것인 기록 가능한 매체 상의 프로세싱 시스템.
  58. 청구항 57에 있어서, 상기 로직은 또한 상기 페이저 각도에 대하여 진폭 좌표를 유도하기 위하여 상기 검출기의 출력을 이용하도록 구성된 것인 기록 가능한 매체 상의 프로세싱 시스템.
  59. 청구항 56에 있어서, 상기 로직은 또한 한 파장보다 큰 상대 변위에 대하여 대상물의 상대 변위의 서브 파장 해상도 측정을 제공하기 위하여 상기 페이저의 회전을 카운트하도록 구성된 것인 기록 가능한 매체 상의 프로세싱 시스템.
  60. 청구항 53에 있어서, 상기 로직은 또한 한 파장보다 작은 변위 및 한 파장보다 큰 변위에 대하여 상기 위상 변화로부터 변위 측정치를 제공하도록 구성된 것인 기록 가능한 매체 상의 프로세싱 시스템.
  61. 복수 개의 검출기에서, 변조되지 않은 전송된 신호를 반사된 신호와 곱하는 단계와,
    상기 변조되지 않은 전송된 신호와 반사된 신호 사이의 대상물의 상대 운동으로 인한 위상 편이를 측정하는 단계 및
    상기 위상 편이를 상기 대상물의 상대 운동에 관련시키는 단계
    를 포함하는 대상물의 상대 운동 감지 및 측정 방법.
  62. 청구항 61에 있어서, 상기 검출기를 위상 오프셋 상태로 구성하는 단계를 더 포함하는 대상물의 상대 운동 감지 및 측정 방법.
  63. 청구항 61에 있어서, 상기 복수 개의 검출기에서, 상기 변조되지 않은 전송된 신호와 반사된 신호 사이의 진폭 변화를 측정하는 단계를 더 포함하는 대상물의 상대 운동 감지 및 측정 방법.
  64. 청구항 63에 있어서, 상기 진폭 변화를 상기 위상 편이에 관련시키는 단계와, 상기 위상 편이를 상기 대상물의 운동에 관련시키는 단계를 더 포함하는 대상물의 상대 운동 감지 및 측정 방법.
  65. 청구항 61에 있어서, 상기 검출기의 출력으로부터 페이저를 수학적으로 유도하는 단계를 더 포함하는 대상물의 상대 운동 감지 및 측정 방법.
  66. 청구항 65에 있어서, 상기 검출기 사이의 페이저 각도의 완전한 페이저 회전과의 관계를 이용하는 단계를 더 포함하고, 상기 페이저 각도는 실제 이동 거리와상기 변조되지 않은 전송된 신호의 주파수 파장의 비에 수학적으로 관련되는 것인 대상물의 상대 운동 감지 및 측정 방법.
  67. 청구항 66에 있어서, 상기 페이저 각도에 대하여 진폭 좌표를 유도하기 위하여 상기 검출기의 출력을 이용하는 단계를 더 포함하는 대상물의 상대 운동 감지 및 측정 방법.
  68. 청구항 65에 있어서, 한 파장보다 더 큰 상대 변위에 대하여 대상물의 상대 변위의 서브 파장 해상도 측정을 제공하기 위하여 상기 페이저의 회전을 카운트하는 단계를 더 포함하는 대상물의 상대 운동 감지 및 측정 방법.
  69. 청구항 61에 있어서, 한 파장보다 작은 변위 및 한 파장보다 큰 변위에 대하여 상기 위상 변화로부터 변위 측정을 제공하는 단계를 더 포함하는 대상물의 상대 운동 감지 및 측정 방법.
  70. 청구항 61에 있어서, 상기 전송된 신호를 차량으로부터 차량의 적어도 한 표면 접촉점 앞에 위치한 표면으로 하측을 향해 향하게 하는 단계를 더 포함하는 대상물의 상대 운동 감지 및 측정 방법.
  71. 청구항 70에 있어서, 상기 변조되지 않은 전송된 신호의 공급원에 대한 상기표면의 토폴로지를 제공하는 단계를 더 포함하는 대상물의 상대 운동 감지 및 측정 방법.
  72. 청구항 61에 있어서, 기계 이동의 측정을 제공하기 위하여 상기 측정 단계 및 관련시키는 단계를 이용하는 것을 더 포함하는 대상물의 상대 운동 감지 및 측정 방법.
  73. 청구항 61에 있어서, 기계 부품 이동의 측정을 제공하기 위하여 상기 측정 단계 및 관련시키는 단계를 이용하는 것을 더 포함하는 대상물의 상대 운동 감지 및 측정 방법.
  74. 청구항 61에 있어서, 엔진 블레이드 이동의 측정을 제공하기 위하여 상기 측정 단계 및 관련시키는 단계를 이용하는 것을 더 포함하는 대상물의 상대 운동 감지 및 측정 방법.
  75. 청구항 61에 있어서, 상기 변조되지 않은 전송된 신호는 규정된 간격으로 전송되는 것인 대상물의 상대 운동 감지 및 측정 방법.
  76. 변조되지 않은 신호를 대상물을 향해 전송하도록 구성된 트랜시버 디바이스와,
    위상 면에서 오프셋되어 있고, 상기 변조되지 않은 전송된 신호와 반사된 신호를 곱하는 복수 개의 검출기 및
    상기 변조되지 않은 전송된 신호와 반사된 신호 사이의 대상물의 상대 운동으로 인한 위상 편이를 로직으로 측정하도록 구성되어 있고, 또 상기 로직으로 상기 위상 편이를 상기 대상물의 상대 운동에 관련시키도록 구성된 프로세서
    를 포함하는 것인 대상물의 상대 운동 감지 및 측정 시스템.
  77. 청구항 76에 있어서, 상기 프로세서는 또한 상기 로직으로 상기 복수 개의 검출기에서 상기 변조되지 않은 전송된 신호와 상기 반사된 신호 사이의 진폭 변화를 측정하도록 구성된 것인 대상물의 상대 운동 감지 및 측정 시스템.
  78. 청구항 77에 있어서, 상기 프로세서는 또한 상기 로직으로 상기 진폭 변화를 상기 위상 편이에 관련시키고 상기 위상 편이를 상기 대상물의 운동에 관련시키도록 구성된 것인 대상물의 상대 운동 감지 및 측정 시스템.
  79. 청구항 76에 있어서, 상기 프로세서는 또한 상기 로직으로 상기 검출기의 출력으로부터 페이저를 수학적으로 유도하도록 구성된 것인 대상물의 상대 운동 감지 및 측정 시스템.
  80. 청구항 79에 있어서, 상기 프로세서는 또한 상기 로직으로 상기 검출기 사이의 페이저 각도의 완전한 페이저 회전과의 관계를 이용하는 단계를 더 포함하고, 상기 페이저 각도는 실제 이동 거리와 상기 변조되지 않은 전송된 신호의 주파수 파장의 비에 수학적으로 관련되는 것인 대상물의 상대 운동 감지 및 측정 시스템.
  81. 청구항 80에 있어서, 상기 프로세서는 또한 상기 페이저 각도에 대하여 진폭 좌표를 유도하기 위하여 상기 로직으로 상기 검출기의 출력을 이용하도록 구성된 것인 대상물의 상대 운동 감지 및 측정 시스템.
  82. 청구항 79에 있어서, 상기 프로세서는 또한 한 파장보다 큰 상대 변위에 대하여 대상물의 상대 변위의 서브 파장 해상도 측정을 제공하기 위하여 상기 로직으로 상기 페이저의 회전을 카운트하도록 구성된 것인 대상물의 상대 운동 감지 및 측정 시스템.
  83. 청구항 76에 있어서, 상기 프로세서는 또한 한 파장보다 작은 변위 및 한 파장보다 큰 변위에 대하여 상기 로직으로 상기 위상 변화로부터 변위 측정을 제공하도록 구성된 것인 대상물의 상대 운동 감지 및 측정 시스템.
  84. 청구항 76에 있어서, 상기 트랜시버 디바이스는 또한 상기 변조되지 않은 전송된 신호를 차량으로부터 차량의 적어도 한 표면 접촉점 앞에 위치한 표면으로 하측을 향하도록 구성된 것인 대상물의 상대 운동 감지 및 측정 시스템.
  85. 청구항 84에 있어서, 상기 프로세서는 또한 상기 로직으로 상기 변조되지 않은 전송된 신호 공급원에 대한 상기 표면의 토폴로지를 표시하도록 구성된 것인 대상물의 상대 운동 감지 및 측정 시스템.
  86. 청구항 76에 있어서, 상기 프로세서는 또한 상기 로직으로 기계 이동의 측정을 제공하도록 구성된 것인 대상물의 상대 운동 감지 및 측정 시스템.
  87. 청구항 76에 있어서, 상기 프로세서는 또한 상기 로직으로 기계 부품 이동의 측정을 제공하도록 구성된 것인 대상물의 상대 운동 감지 및 측정 시스템.
  88. 청구항 76에 있어서, 상기 프로세서는 또한 상기 로직으로 엔진 블레이드 운동의 측정을 제공하도록 구성된 것인 대상물의 상대 운동 감지 및 측정 시스템.
  89. 청구항 76에 있어서, 상기 로직은 컴퓨터 판독 가능한 매체 상에 있는 것인 대상물의 상대 운동 감지 및 측정 시스템.
  90. 청구항 76에 있어서, 상기 변조되지 않은 전송된 신호는 규정된 간격으로 전송되는 것인 대상물의 상대 운동 감지 및 측정 시스템.
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