TWI574027B

TWI574027B - 接觸式雷達偵測裝置

Info

Publication number: TWI574027B
Application number: TW104100121A
Authority: TW
Inventors: 林益助; 陳威宇; 許閎傅; 侯宜良
Original assignee: 桓達科技股份有限公司
Priority date: 2015-01-05
Filing date: 2015-01-05
Publication date: 2017-03-11
Also published as: TW201625980A

Description

接觸式雷達偵測裝置

【0001】

本發明係有關一種雷達偵測裝置，尤指一種可調整波形結構使期望頻段通過，亦即隔離高壓低頻及高頻諧波雜訊的接觸式雷達偵測裝置。

【0002】

現有欲偵測一物料桶中之物料或液位的高度，是將一超音波物位計或一雷達物位計安裝於該物料桶頂端的桶壁，利用超音波或雷達波的來回時間差計算物料或液位的高度。由於雷達物位計相較超音波物位計可得較準確的物料或液位高度，因此雷達物位計已日漸廣泛應用於各種粉體、固體或液體等位置偵測場所，諸如石化工業、水泥業、塑膠業、食品業及飼料用儲料槽中作物液位感測之用。

【0003】

常見的雷達物位計主要是利用訊號調變方法(Frequency Modulated Continuous Waves；FMCW)偵測其發出的電磁波與該電磁波碰到待測物質後反射的時間差以及頻率差，算出雷達物位計與待測物質間的距離，即可換算出待測物質的高度或準位。

【0004】

雷達物位計是由收發電路與天線組合而成之感測裝置，並藉由天線組合中的一匹配金屬棒產生直流高壓電電訊號，用以接收及/或輸出偵測訊號。基於電氣設備安全規範(安規)標準，該匹配金屬棒不能直接傳導/道通直流高壓電電流，因此目前使用的匹配金屬棒不符安規標準，無法使用。

【0005】

此外，如圖1所示，為繪示習知通過天線組合的匹配金屬棒的波形示意圖。如圖所示，當頻率越高時，電流強度僅微幅降低，無法隔離高壓低頻訊號以及抑制不必要的高頻信號傳遞。因此習知的匹配金屬棒本身的結構將導致諧波雜訊(噪聲比)增加，使回波信號不易辨識，造成量測精確度不足的問題。鑑於上述問題，如何提升物位計的量測精準度，藉以有效取得物位及液位的資訊，實有必要進一步檢討並謀求可行的解決方案。

【0006】

本發明目的之一，在於提供一種可調整波形結構使期望頻段通過，亦即可同時隔離高壓低頻及高頻諧波雜訊的接觸式雷達偵測裝置。

【0007】

為達上述目的，本發明提供一種接觸式雷達偵測裝置，用以對一待測物料發出一偵測訊號，並接受該待測物料之一反射訊號。雷達偵測裝置包括一殼體及一天線組件。殼體形成有一容置空間，且殼體內設有一射頻電路板。天線組件與射頻電路板電性連結，包含一接頭單元、一匹配單元、一訊號傳導單元及一頻率選擇器單元。接頭單元設置於容置空間內，用以傳遞所述偵測訊號。匹配單元設置在容置空間內，用以傳遞訊號並與接頭單元相互電性連接。訊號傳導單元對應匹配單元且設置於容置空間內，用以傳送所述偵測訊號並接收所述反射訊號。頻率選擇器單元設置在匹配單元與訊號傳導單元之間，作為絕緣耐壓且強化訊號噪聲比。當匹配單元自接頭單元接收所述偵測訊號後，所述偵測訊號會沿匹配單元表面進行傳遞，經由匹配單元表面發射並穿過頻率選擇器單元傳遞到訊號傳導單元。

【0008】

較佳地，匹配單元更包含可傳遞訊號的一第一訊號傳輸單元及可傳遞訊號的一第二訊號傳輸單元。第一訊號傳輸單元的一端與接頭單元相互電性連接。第二訊號傳輸單元的一端與訊號傳導單元相互連接。頻率選擇器單元設置在第一訊號傳輸單元與第二訊號傳輸單元之間。

【0009】

較佳地，殼體具有一第一外殼與第一外殼相互結合的一第二外殼。第一外殼內具有一隔板，隔板則具有一開孔，使接頭單元透過開孔設置在隔板一側。第一訊號傳輸單元設置在隔板的另外一側，並與接頭單元相互連接。

【0010】

本發明具有的功效為，可隔離直流高壓電並使期望範圍內之訊號可以傳遞至訊號傳導單元(如鋼纜)並抑制不必要的信號傳遞，使頻率選擇器單元強化噪聲比 (Signal-to-noise ratio，又稱雜訊比)，增加回波信號的易辨性。

【0034】

100‧‧‧殼體

【0035】

110‧‧‧容置空間

【0036】

120‧‧‧射頻電路板

【0037】

130‧‧‧第一殼體

【0038】

140‧‧‧隔板

【0039】

150‧‧‧開孔

【0040】

160‧‧‧第二殼體

【0041】

170‧‧‧對位套

【0042】

200‧‧‧天線組件

【0043】

210‧‧‧接頭單元

【0044】

220‧‧‧匹配單元

【0045】

230‧‧‧第一訊號傳輸單元

【0046】

236‧‧‧第一缺槽

【0047】

237‧‧‧第一訊號傳輸表面

【0048】

238‧‧‧絕緣套

【0049】

240‧‧‧第二訊號傳輸單元

【0050】

246‧‧‧第二缺槽

【0051】

247‧‧‧第二訊號傳輸表面

【0052】

248‧‧‧外螺紋

【0053】

270‧‧‧訊號傳導單元

【0054】

280‧‧‧頻率選擇器單元

【0055】

290‧‧‧防水膠環

【0056】

300‧‧‧待測物料

【0057】

500‧‧‧絕緣外殼

【0058】

510‧‧‧卡槽

【0011】

圖1為繪示習知通過天線組合的匹配金屬棒的波形示意圖。

【0012】

圖2為繪示本發明第一具體實施例的部分剖視圖。

【0013】

圖3為繪示本發明雷達偵測裝置之天線組件的方塊流程圖。

【0014】

圖4為繪示本發明第二具體實施例的部分剖視圖。

【0015】

圖5為圖4天線組件的分解圖，亦即本發明天線組件第一具體實施例之分解圖。

【0016】

圖6為繪示本發明天線組件第二具體實施例之剖視圖。

【0017】

圖7為繪示本發明天線組件第三具體實施例的剖視圖。

【0018】

圖8為繪示本發明使用匹配單元的波形示意圖。

【0019】

有關本創作之詳細說明及技術內容，配合圖式說明如下，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本創作加以限制者。

【0020】

如圖2及圖3所示，本發明提供一種接觸式雷達偵測裝置，用以對一待測物料300發出一偵測訊號D，並接受所述待測物料300之一反射訊號R。如圖2所示的雷達偵測裝置包括一殼體100及一天線組件200。殼體100形成有一容置空間110，且殼體100內設有一射頻電路板120。天線組件200與射頻電路板120電性連結，其中天線組件200更包含一接頭單元210、一匹配單元220、一訊號傳導單元270及一頻率選擇器單元280。

【0021】

在如圖2及圖3所示的實施例中，天線組件200較佳是透過接頭單元210與射頻電路板120電性連結。接頭單元210設置於容置空間110內，用以傳遞所述偵測訊號D。匹配單元220同樣設置在容置空間110內，用以傳遞訊號並與接頭單元210相互電性連接。訊號傳導單元270對應匹配單元220且設置於容置空間110內，用以傳送所述偵測訊號D並接收所述反射訊號R。如圖2所示的訊號傳導單元270材質較佳為一金屬，且一端具有與匹配單元220相對應的形狀(例如近似Z形)，另一端則凸伸於殼體100之外。

【0022】

此外，頻率選擇器單元280設置在近似Z形的匹配單元220與訊號傳導單元270之間，可作為絕緣耐壓且強化訊號噪聲比。頻率選擇器單元280較佳為一空氣介質。如此一來，本實施例中的匹配單元220即無法將直流高壓電傳導至訊號傳導單元270，而能夠通過安規規定，但由於本實施例的雷達偵測裝置是以電磁波傳導訊號，因此仍可透過頻率選擇器單元280傳導至訊號傳導單元270。也就是說，不論偵測訊號D或反射訊號R均可通過所述空氣介質的頻率選擇器單元280。

【0023】

進一步地，當匹配單元220自接頭單元210接收所述偵測訊號D後，所述偵測訊號D會沿匹配單元220的表面(或本體)進行傳遞，經由匹配單元220發射並穿過頻率選擇器單元280傳遞到訊號傳導單元270。反之，當訊號傳導單元270接收到從待測物料300的反射訊號R時，所述反射訊號R會穿過頻率選擇器單元280並沿匹配單元220的表面(或本體)進行傳遞，經由接頭單元210再傳遞到射頻電路板120，如此反覆接收及傳輸待測物料300的訊號。

【0024】

如圖4所示，匹配單元220更包含一第一訊號傳輸單元230及一第二訊號傳輸單元240。第一訊號傳輸單元230的一端與接頭單元210相互電性連接。第二訊號傳輸單元240的一端與訊號傳導單元270相互連接。頻率選擇器單元280設置在第一訊號傳輸單元230與第二訊號傳輸單元240之間。

【0025】

如圖4所示實施例的殼體100更具有一第一外殼130與第一外殼130相互結合的一第二外殼160。第一外殼130內具有一隔板140，隔板140則具有一開孔150，使接頭單元210透過開孔150設置在隔板140一側。第一訊號傳輸單元230設置在隔板140的另外一側，並與接頭單元210相互連接。請一併參考圖4及圖5所示，在此所述的訊號傳導單元270較佳為與第二訊號傳輸單元240連接的金屬材，且凸伸於第二殼體130之外。本實施例的訊號傳導單元270較佳包含但不限於一鋼索、一鋼纜或一鋼棒，且一端可鎖固於第二訊號傳輸單元240的一端內。

【0026】

如圖5所示，天線組件200更包含絕緣材質製成的一對位套170及一絕緣套238。在此所述的絕緣材質較佳是指鐵氟龍或其他適合的材質。對位套170環形地套設於第一訊號傳輸單元230的一端，其具有耐高溫及絕緣的特性。絕緣套238設置在第二外殼160內，並同時套設於第一訊號傳輸單元230以及第二訊號傳輸單元240的外表面。

【0027】

此外，第一訊號傳輸單元230設有可傳遞訊號的一第一訊號傳輸表面237，第二訊號接收段242則設有可傳遞訊號的一第二訊號傳輸表面247。成Z形的第一訊號傳輸表面237與成Z形的第二訊號傳輸表面247相對應設置，且第一訊號傳輸表面237與第二訊號傳輸表面247的長度大於或小於1/4波長。在如圖4及圖5所示的實施例中，第一訊號傳輸單元230更設有一第一缺槽236，第二訊號傳輸單元240更設有一第二缺槽246。第一訊號傳輸表面237穿設於第二缺槽246，第二訊號傳輸表面247穿設於第一缺槽236，使為空氣介質的頻率選擇器單元280設置兩者之間。第二訊號傳輸單元240外表面更設置有一外螺紋248，以與絕緣套238相互螺設。

【0028】

如圖6所示，為本發明天線組件第二具體實施例的剖視圖。在本實施例中，有別於第一具體實施例的頻率選擇器單元280，可為一絕緣元件，例如:麥拉(Mylar)。如前述實施例所述，匹配單元220仍可透過為絕緣元件的頻率選擇器單元280，使訊號能夠在匹配單元220與訊號傳導單元270間傳遞。也就是說，不論偵測訊號D或反射訊號R均可通過所述為絕緣元件的頻率選擇器單元280，使訊號能夠在匹配單元220與訊號傳導單元270間進行傳遞。

【0029】

在此須強調的是，在第二或第三具體實施例中，可視為所述空氣介質或所述絕緣件的頻率選擇器單元280將匹配單元220一分為二。換言之，匹配單元220分為第一訊號傳輸單元230及第二訊號傳輸單元240，使第一訊號傳輸表面237與第二訊號傳輸表面247相對應設置，其中第一訊號傳輸表面237與第二訊號傳輸表面247形狀同樣為近似Z形。

【0030】

當第一訊號傳輸單元230自接頭單元210接收所述偵測訊號D後，所述偵測訊號D會沿第一訊號傳輸單元230的表面(第一訊號傳輸表面237)進行傳遞並發射，穿過頻率選擇器單元280傳遞到第二訊號傳輸單元240的表面(第二訊號傳輸表面247)，再傳遞到訊號傳導單元270。反之，當訊號傳導單元270接收到從待測物料300的反射訊號R時，所述反射訊號R經第二訊號傳輸單元240的表面(第二訊號傳輸表面247)傳遞並發射，再穿過頻率選擇器單元280。然後反射訊號R沿第一訊號傳輸單元230的表面(第一訊號傳輸表面237)進行傳遞，經由接頭單元210再傳遞到射頻電路板120。如此反覆接收及傳輸待測物料300的訊號，請同時參考圖3所示。

【0031】

因此經過測試，當第一訊號傳輸表面237與第二訊號傳輸表面247的長度大於或小於1/4波長(指操作頻段的波長)時，將使本發明的匹配單元220可隔離直流高壓電並使期望範圍內之訊號可以傳遞至訊號傳導單元270並抑制不必要的信號傳遞，使頻率選擇器單元強化噪聲比，增加回波信號的易辨性，如圖8所示。因此使本發明匹配單元220可隔離高壓低頻的高壓電以及抑制不必要的高頻諧波(雜訊)傳遞，能夠使期望範圍內之訊號傳遞至訊號傳導單元270。頻率選擇器單元280亦可達到強化噪聲比，增加回波信號的易辨性。在此所述的頻率選擇器單元280選用的頻率範圍較佳介於20~80G/hz，其中縱軸所述的功率強度單位為dBm，當訊號功率和噪聲功率相除就是信噪比(SNR)。

【0032】

然而在如圖7所示的實施例中，頻率選擇器單元280的形狀亦可為近似I形，使第一訊號傳輸表面237與第二訊號傳輸表面247相對應設置。換言之，第一訊號傳輸單元230的第一訊號傳輸表面237與第二訊號傳輸單元240的第二訊號傳輸表面247形狀同樣為近似I形，同樣可達到相同目的。

【0033】

綜上所述，本文於此所揭示的實施例應被視為用以說明本創作，而非用以限制本創作。本創作的範圍應由後附申請專利範圍所界定，並涵蓋其合法均等物，並不限於先前的描述。