WO2023031413A1 - Verfahren, system und verwendung zur radarbasierten messung - Google Patents

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WO2023031413A1
WO2023031413A1 PCT/EP2022/074478 EP2022074478W WO2023031413A1 WO 2023031413 A1 WO2023031413 A1 WO 2023031413A1 EP 2022074478 W EP2022074478 W EP 2022074478W WO 2023031413 A1 WO2023031413 A1 WO 2023031413A1
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radar
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measurement object
transmission signal
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PCT/EP2022/074478
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Timo JAESCHKE
Simon Kueppers
Jan BAROWSKI
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2Pi-Labs Gmbh
RUHR-UNIVERSITäT BOCHUM
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Definitions

  • the present invention relates to a method for radar-based measurement, a system and a use.
  • the present invention relates to the radar-based measurement of a measurement object that can be arranged or is arranged in a measurement area of a measurement setup with a radar transmission signal.
  • the radar transmission signal is particularly preferably an FMCW radar transmission signal. Alternatively or additionally, it can be a pulse-based radar transmission signal. It is preferably a broadband radar transmission signal, for example with a bandwidth that is more than 5% or 10% of the center frequency.
  • the radar transmission signal can be emitted into the measurement area for the purpose of measurement. In contrast, the radar transmission signal preferably has no THz pulses.
  • DE 10 2017 125 740 B4 relates to a THz measuring device for measuring at least one layer thickness of a test specimen conveyed along a conveying direction.
  • the measurement is carried out with electromagnetic waves of a frequency that is also used in radar systems and for characterizing a test specimen, which represents a measurement object, in a measurement device, which represents a measurement setup.
  • the system is not a radar-based system since the signals used are not radar signals, in particular no FMCW or pulse radar signals.
  • DE 10 2016 105 599 A1 relates to a THz measuring device and a THz measuring method, whereby flaws in the test object can be specifically detected by measuring reflected THz radiation.
  • this is not a radar-based system, since the signals used are not radar signals, especially not FMCW or pulse radar signals. Furthermore, there is no correction of the measurement result in order to compensate for parts that are due to the measurement setup and/or insignificant parts of the measurement area or measurement object and/or variations over the frequency and/or to analyze separately with frequency and/or time resolution .
  • measuring systems are known in the prior art that work with radar signals, but are generally limited to the evaluation of reflected signal components, in particular for distance detection and/or determination of a relative speed. Separate from this are those systems in which THz radiation is used for material characterization, where the THz radiation is generally not present in the form of radar signals.
  • DE 10 2019 008 595 A1 uses an FMCW radar method to determine the thickness and/or dielectric constant of an object.
  • chirp signals are sent out by means of a transmitter-receiver, which are transmitted twice through the object by means of a reflector. Only the transmitted signals are used in the evaluation.
  • a phase can also be taken into account in the evaluation, but this is a phase formed or averaged over the entire frequency range.
  • a frequency-dependent phase evaluation does not take place. Furthermore, there is no correction of the measurement result in order to compensate for parts that are due to the measurement setup and/or insignificant parts of the measurement area or measurement object and/or variations over the frequency and/or to analyze separately with frequency and/or time resolution .
  • WO 2020/078866 A1 uses FMCW waves to detect defects in the insulation of a cooling device, with a double transmitted signal being evaluated. Reflected radiation is only used to determine the distance between the measurement object and the transmitter-receiver, but not to detect defects. Furthermore, there is no correction of the measurement result in order to compensate for parts that are due to the measurement setup and/or insignificant parts of the measurement area or measurement object and/or variations over the frequency and/or to analyze separately with frequency and/or time resolution .
  • the object of the present invention is to specify a method for measurement and a system for carrying out the method and a use in which the measurement of a measurement object that can be arranged or is arranged in a measurement area of a measurement setup can be improved with high-frequency electromagnetic radiation.
  • the invention is achieved by a method according to claim 1, a system according to claim 14 or a use according to claim 15.
  • Advantageous developments of the invention are the subject matter of the dependent claims.
  • a radar transmission signal preferably FMCW or pulse-based radar transmission signal—is emitted into a measurement area of a measurement setup in which a measurement object can be arranged or is arranged.
  • At least one component of the radar transmission signal reflected by the measurement object and at least one component of the radar transmission signal transmitted by the measurement object are detected independently of one another as radar reception signals, from which a measurement result is or is formed that represents the radar reception signals.
  • radar signals are very particularly preferably so-called FMCW signals, ie signals which have one or more frequency ramps or have an at least essentially continuous or linear frequency change over time.
  • radar signals can have pulses such as are used in pulse radar systems. In both cases, the radar signals are fundamentally suitable for enabling radio-based detection, distance and/or (relative) speed determination.
  • Radar signals within the meaning of the present invention are particularly preferably high-frequency signals or signals with frequencies greater than 50 GHz and/or less than 1 THz.
  • radar signals within the meaning of the present invention are very particularly preferably broadband signals, i.e. they contain frequency components in a frequency range which, based on a center frequency, has a bandwidth of more than 5%, preferably more than 10%, in particular more than 15% Has center frequency.
  • a radar signal within the meaning of the present invention has one or more frequency ramps which, based on their center frequency, which is preferably above 50 GHz and/or below 1 THz, sweep over frequencies that, based on a center frequency, have a bandwidth of more than 5%, 10% or 15%.
  • the measurement preferably takes place coherently.
  • transmission and reception signals are preferably converted with mutually coherent (in particular local oscillator-stabilized) signals.
  • Coherent signals are signals that have the same frequency and phases with a known phase relationship to each other - specifically the same phase.
  • both amplitudes and phase measurement values can be detected as a function of frequency and/or time.
  • the proposed system is preferably homodyne or the transmitter and receiver are operated homodyne.
  • the advantageously (supplementary) detection of the phase relationship or phase measurement values is of particular value due to a significantly improved measurement accuracy as a result.
  • the present invention takes a new approach here, in that both reflected components and transmitted components of an emitted radar transmission signal are detected, ie received and converted into a measurement result.
  • the components measured independently of one another contain information that is (linearly) independent of one another. This can enable the particularly advantageous measures explained below, in particular a correction of the measurement result, for example by eliminating portions of the measurement result that are foreign to the measurement object, and/or the particularly precise determination or modeling of properties of the measurement object, and/or the determination of a transfer function and /or one or more physical parameters of the measurement object.
  • a measurement result within the meaning of the present invention represents the received radar signals, ie the reflected and transmitted components of the transmitted radar signal.
  • a measurement object within the meaning of the present invention is preferably an object and very particularly preferably a product that is in the manufacturing process. The measurement object can preferably be positioned and/or produced by a positioning or production system.
  • the measurement object is very particularly preferably a product that can be manufactured and/or is being manufactured in a continuous process, for example a strand such as a pipe or another extruded and/or extruded product.
  • the measurement object can also be another product that can preferably be produced with an industrial production plant, a semi-finished product, a fluid, a fluidizable solid (dust), a liquid, a paste or the like.
  • the measurement result can have the reflected and transmitted components of the radar transmission signal or parameters representing them or be formed by them. Alternatively or additionally, however, the measurement result can also be derived from these and directly or indirectly represent the radar reception signals. This can particularly preferably take place in that two-port parameters or a matrix having the two-port parameters is or is formed as a measurement result on the basis of the radar reception signals.
  • Two-port parameters are, in particular, scattering parameters, transmission parameters and/or chain parameters.
  • the two-port parameters preferably have information on the wave transmission and/or on the wave reflection of the radar transmission signal on the measurement object or in the measurement area.
  • Scattering parameters S parameters
  • transmission parameters Z parameters
  • ABCD parameters chain parameters
  • S parameters Scattering parameters
  • Z parameters transmission parameters
  • ABCD parameters chain parameters
  • the received radar signals and the corresponding measurement result preferably contain (according to the characteristics or the bandwidth of the transmitted radar signal) components of different frequencies and/or a time profile that corresponds to a frequency profile, in particular can be proportional thereto.
  • the latter is the case in particular with FMCW radar transmission signals due to the frequency ramps they contain.
  • the radar transmission signal is a signal whose frequency changes over time, and the same applies to the radar reception signals and the measurement result representing them, which particularly preferably has a frequency dependency.
  • a time dependency does not necessarily have to be represented directly by the measurement result if the measurement result is frequency-dependent, or vice versa, the frequency dependency does not necessarily have to be represented directly if a time dependency is taken into account, since the frequency dependency and the time dependency in many cases and especially with FMCW - signals correspond to each other due to the linear frequency ramps. It is therefore preferably sufficient if either a time dependency or a frequency dependency of the components or radar reception signals is represented in the measurement result.
  • the measurement result preferably has at least either a time dependency or a frequency dependency.
  • the reflected component of the radar transmission signal is preferably a portion of the radar transmission signal that is reflected by the measurement object. There are different transmission options for the transmitted component of the radar transmission signal.
  • the transmitted component can be a part of the radar transmission signal that is transmitted once (completely) through the measurement area or the measurement object, which is therefore received on the side of the measurement area or measurement object that faces away from the radar emitter arrangement or its antenna.
  • the transmitted component can be a double-transmitted component that can be generated by the fact that on the side of the measurement object or measurement area that faces away from the radar emitter arrangement or its antenna, the (completely) through the measurement area or the Measurement object transmitted component of the radar transmission signal is reflected by a reflector and the measurement object or the measurement area happened again to get to the radar detector array or its antenna.
  • portions of the radar transmission signal are both reflected and transmitted at the same time.
  • radar receivers can be arranged and/or aligned at different angles to the measurement area or measurement object. In particular, this can be provided in such a way that the reflected and transmitted components of the radar transmission signal can be measured or extracted with the different radar receivers.
  • Several radar receivers can therefore be mirror images or diametrically opposite in relation to the measurement area, but alternatively or additionally can also be directed onto the measurement area in a different way or detect components of the radar transmission signal that are reflected and/or transmitted from other, different directions.
  • two different measurements with different boundary conditions can preferably be carried out with the same radar detector arrangement, the same radar receiver or the same radar antenna, i.e. for example with an active reflector for the detection of the (double) transmitted component and a deactivated reflector for the detection of the reflected component.
  • a double-transmitted component with a superimposed reflected portion of the radar transmission signal also counts as a transmitted component. This is because it is possible to separate the components from one another by subtracting a previously detected, for example, reflected component from the transmitted component with a superimposed reflected component, or by taking the relationships into account when determining the measurement result.
  • the radar detector arrangement can either be designed to detect the different components at different positions, for example by means of different antennas or receivers, or the radar detector arrangement is supplemented by a reflector on a side of the measuring range facing away from the antennas of the radar detector arrangement , so that the radar detector arrangement can detect the double-transmitted component as the transmitted component of the radar transmission signal, which has therefore passed through the measurement object or the measurement area twice in preferably opposite directions.
  • a reflection measurement for detecting the reflected component and a transmission measurement for detecting the transmitted component are preferably carried out.
  • a reflection measurement within the meaning of the present invention is preferably a detection of components of the radar transmission signal reflected on the measurement object or in the measurement area.
  • the reflection here therefore takes place on the measurement object or on boundary surfaces of the measurement object. It can also be a matter of reflections at different locations, which may overlap.
  • the reflection measurement has portions of the radar transmission signal that initially partially entered the measurement object, were reflected within the measurement object and form part of the reflected component of the radar transmission signal through back transmission.
  • the reflected component preferably represents conclusions about portions reflected at different locations through its frequency bandwidth.
  • a transmission measurement within the meaning of the present invention is initially the detection of that component of the radar transmission signal which crosses the measurement object at least once, preferably completely. Not be ruled out are superimposed, multiply reflected components of the radar transmission signal. Furthermore, a detection of a double transmission, ie the double crossing of the measurement object with the radar transmission signal in preferably opposite directions, is also preferably valid as a transmission measurement.
  • variants (1) of the detection of the component that simply completely crossed the measurement area or the measurement object (single transmission) and (2) the detection of the component that crossed the measurement area or the measurement object several times (double transmission), i.e. the variants (1 ) with two radar receivers on different sides of the measurement area or measurement object and (2) with a reflector can also be realized separately and can represent individual inventive complexes.
  • variant (1) can have advantages due to improved independence of the components and/or variant (2) due to less effort or use of materials.
  • the variants can also be combined so that both the singly and the doubly transmitted components are detected or detectable and/or represented by the measurement result.
  • the components preferably each have at least information on magnitude and phase.
  • a measurement setup within the meaning of the present invention is designed to emit the radar transmission signal into the measurement area and to detect both reflected and transmitted components of the radar transmission signal (separately from one another). Accordingly, the measurement setup has at least one radar emitter arrangement for generating and radiating the radar transmission signal into the measurement area and at least one radar detector arrangement for receiving both at least one component reflected by the measurement object or in the measurement area and at least one component reflected at least once through the measurement object and/or the component of the radar transmission signal that is (completely) transmitted through the measuring range.
  • a measuring range within the meaning of the present invention is a range in which the radar transmission signal is emitted or can be emitted and in which the measurement object is arranged or can be arranged, preferably movable or moved.
  • the measuring range preferably extends between an antenna interface of the radar Emitter arrangement and either an antenna interface of the radar detector arrangement or the reflector in the case of double transmission.
  • the measurement result is corrected, as a result of which a corrected measurement result is determined by compensating for parts of the measurement result that can be attributed to the measurement setup without the measurement area.
  • the measurement result represents both components reflected by the measurement object and components transmitted through the measurement object, it has surprisingly been shown that the independence of these components also allows compensation for the parts of the measurement result that can be traced back to the measurement setup in the case of radar signals.
  • a calibration variable is particularly preferably used to correct the measurement result, in particular to compensate for the portions of the measurement result that are attributable to the measurement setup without the measurement area or the measurement object.
  • the measurement result is processed with the calibration variable in order to (at least partially) compensate for the proportions of the measurement result that are caused by the measurement setup outside the measurement range.
  • the calibration variable can be or have a vector or a matrix which, when calculated with the measurement result, in particular multiplied, leads to the corrected measurement result.
  • a calibration variable within the meaning of the present invention is preferably a measurement result representing the measurement setup without the measurement area or the measurement object.
  • the calibration variable like the measurement result, can be present in particular in the form of a (complex) transfer function and/or two-port parameters.
  • a calibration variable in the form of two-port parameters it is possible to interpret the calibration variable as a so-called error two-port and to use appropriate vector- or matrix-based calculation operations to remove the calibration variable or the error two-port from the measurement result, which can ultimately lead to the compensation of the parts of the measurement result that caused by the measurement setup outside the measurement range or outside the measurement object.
  • the representation of the measurement result as a matrix of two-port parameters is particularly advantageous, since established mathematical methods are known for this, for bringing about or calculating the compensation by means of a mathematical operation.
  • both the measurement result and the calibration variable are represented here by a matrix of two-port parameters, so that the correction can take place with a calculation based on the matrices.
  • the calibration variable very particularly preferably has parameters that describe at least one error two-port that represents the behavior of the measurement setup.
  • the components of the radar reception signals or the measurement result that can be attributed to the measurement setup are preferably components on the transmission side, which are attributable to the radar emitter arrangement having a radar antenna, a feed line to the radar antenna and a radar signal generator, and/or components on the reception side, which can be traced back to a radar detector arrangement having an antenna, a supply line and a radar receiver and, if appropriate, a filter contained there.
  • scattering parameters and transmission parameters or scattering matrices and transmission matrices and/or so-called chain matrix parameters or chain matrices or ABCD parameters or ABCD matrices can be used for this purpose.
  • At least one parameter set representing an error two-port is or is determined as the calibration variable, which represents the influences of the measurement setup without the measurement area or the measurement object.
  • the error two-port(s) can in turn be represented by two-port parameters, for example in matrix notation.
  • Transmitter-side components and receiver-side components can each be interpreted as an error two-gate and, if necessary, expressed by corresponding parameters or matrices.
  • a calibration measurement within the meaning of the present invention is a measurement that is used to determine the calibration variable. Accordingly, these are measurements that enable conclusions to be drawn about the properties or the behavior of the measurement setup, so that the parts of the measurement result that can be attributed to the measurement setup outside the measurement range can be compared with the calibration large ones can be compensated.
  • the calibration measurements can be used to determine a transfer function or two-port parameters, which in turn describe the behavior of the measurement setup without the measurement range.
  • the calibration variable can be determined by carrying out at least two, preferably at least three, calibration measurements with the measurement setup with different, respectively known, properties of the measurement area. The calibration variable can then be determined using the measurement results determined here on the basis of the known properties or can be determined as a result.
  • Calibration measurements have proven to be particularly advantageous, reproducible and accurate, which in any case have a reflection measurement in which the measurement result is determined with a reflecting measurement object of known properties arranged in the measurement area as the first reference measurement object. Furthermore, the position of the measurement object or the reflection is preferably known.
  • the first reference measurement object for the reflection measurement is preferably a measurement object that at least essentially completely reflects the radar transmission signal.
  • the calibration measurements preferably include a transmission measurement in which the measurement result is determined when the measurement area is empty or when the second reference measurement object is located in the measurement area and deviates from the first reference measurement object and/or is transparent to the radar transmission signal .
  • the calibration variable can be determined by a calibration method.
  • a preferred example are reference measurement-based calibration methods such as SOLT (Short Open Load Through) and/or TRL (Thru Reflect Line) calibration methods.
  • So-called de-embedding can be carried out on the basis of the calibration variable, i.e. the removal of the influences caused by the measurement setup.
  • the measurement area or the device under test can be understood as a two-port whose properties are to be determined, and the measurement setup without a measurement area or device under test can be described by error two-ports.
  • the measurement setup without a measurement area or device under test can be described by error two-ports.
  • one, two or more error two-port(s) can be detected by means of the calibration measurements ) can be determined as a calibration variable and on this basis the two-port parameters of the test object or test setup can then be calculated as a corrected measurement result.
  • the error two-port can be described by two-port parameters such as scatter parameters, transmission parameters or chain parameters, preferably by a corresponding scatter matrix, transmission matrix or chain matrix, and can be determined using the mathematics known from the aforementioned sources.
  • calibration measurements for the present invention are preferably carried out with suitable reference measurement objects.
  • an object that reflects radar transmission signals can be arranged in the measurement area, in particular a metal plate or the like.
  • a particularly dielectric object that is permeable to the radar transmission signal can be used as Object can be arranged in the measuring area.
  • a measurement can be carried out in which reflections of the radar transmission signal are suppressed, for example by using an absorber in the measurement area.
  • one or more of the following calibration measurements can be used as a basis for determining the calibration variable:
  • a reflection measurement as a calibration measurement is preferably generated by a reference measurement object that reflects at least essentially completely and accordingly does not transmit, ie preferably a mirror.
  • Reflectance measurements can be viewed as short or open measurements, particularly depending on the position of the reflection plane.
  • a transmission measurement, through measurement or line measurement as a calibration measurement can be carried out with an empty measuring range or, in connection with a double transmission measurement, with a mirror in a different position than for the reflection measurement, preferably outside the measuring range and/or with the reflector on the end of the measuring range.
  • An open measurement as a calibration measurement can be achieved with an absorber material as the measurement object or by diverting the radar transmission signal out of the measurement area so that no component of the radar transmission signal is detected.
  • a load measurement as a calibration measurement can be carried out using a measurement object with known reflection and transmission properties in the measurement range.
  • a line measurement as a calibration measurement can be achieved by a measurement object that is permeable to the radar transmission signal and generates a delay, in particular due to a propagation speed of the radar transmission signal that differs from that in air.
  • one or more further calibration measurements can be carried out by arranging measurement objects with known properties at possibly different, known locations in the measurement area.
  • the reflection measurement described can also be referred to as a full reflection measurement and the transmission measurement as a full transmission measurement.
  • a transfer function of the measurement object is particularly preferably determined, preferably calculated, on the basis of the received radar signals or using the measurement result corrected with the calibration variable.
  • This is very particularly preferably a complex transfer function which, in addition to amount information, also contains phase information and/or polarization transfer information.
  • the (corrected) measurement result can be formed by the (complex) transfer function.
  • the transfer function and in particular the complex transfer function describes the properties of the measurement object in a way that is particularly well suited, directly or indirectly, to be further analyzed, corrected and/or used as a model or for modeling.
  • the transfer function or two-port parameters preferably correspond to the received radar signals and, in the context of the present invention, represent a special form of presentation or representation of the measurement result.
  • the calibration variable can also be a transfer function. This makes it possible to correct the transfer function or two-port parameter corresponding to the measurement result by means of the transfer function or two-port parameter representing the calibration variable and thereby to obtain the corrected measurement result as a corrected transfer function or two-port parameter.
  • the (complex) transfer function or two-port parameters of the measurement result and the (complex) transfer function that represents/represents the calibration variable can be calculated.
  • the measurement result can alternatively or additionally be corrected by determining the overall transfer function of the measurement setup including the measurement area and, if applicable, the measurement object from the measurement result and using calibration measurements to determine and calculate the transfer function of the measurement setup without the measurement object or measurement area.
  • a further aspect of the present invention which can be implemented independently of the compensation of portions of the measurement result that can be attributed to the measurement setup without the measurement area or the measurement object, but which can advantageously be combined with this, relates to the transformation of the measurement result or the corrected one Measurement result and subsequent suppression of parts of the transformation result, ie the transformed, detected or corrected measurement result.
  • This allows a section of the transformed measurement result to be selected or adjacent sections to be suppressed in order to correct the measurement result. In other words, a part of the measurement result originating from a section of the measurement range can be eliminated or selected.
  • the transformation result can be filtered for this purpose.
  • a time or frequency profile of the measurement result is transformed into a spatial profile and a region is selected from the spatial profile by suppressing adjacent spatial regions. It is thus possible to limit the measurement result to a spatial section that contains the measurement object or a part of the measurement object that is relevant for the measurement. Portions of the measurement result that can be traced back to parts of the measurement area or measurement object that are irrelevant for the measurement can be hidden in this way.
  • the measurement result can be processed both with the calibration variable in order to hide parts of the measurement result that are due to the measurement setup without the measurement area, and also, preferably subsequently, transformed, whereby by hiding areas of the Transformation result parts of the measurement result, in particular parts of the measurement result that are due to parts or sections of the measurement object that ultimately should not affect the measurement result, are suppressed.
  • the transformation result (transformed measurement result) can be retransformed after using a filter, such as a selection filter or suppressing parts.
  • a spatial profile can be converted by inverse transformation into a time-dependent or frequency-dependent profile of the measurement result, which then represents a corrected measurement result due to the suppression of undesired components.
  • the time profile or frequency profile of the measurement result is preferably transformed into a spatial profile, an area is selected from the spatial profile in which neighboring spatial areas are suppressed, and then the selected area is converted back into a time or frequency-dependent profile of the measurement result is transformed back (time gating).
  • the phase and amplitude profile of the measurement result can preferably be obtained, limited to the spatial section that contains the measurement object or a part of the measurement object that is relevant for the measurement.
  • a frequency- and/or time-dependent analysis or evaluation of the signal reflected and/or transmitted in this spatial section can preferably be carried out. This is particularly advantageous, for example it can compensate for the frequency-dependent properties of the antenna, frequency-dependent (transit time) changes (e.g. frequency-dependent curves of the permittivity of materials) can be assessed or included in the measurement, etc.
  • the measurement result is then corrected twice, with the correction methods complementing each other synergistically in that they act or are particularly effective in different spatial areas, namely that of the measurement setup or the measurement area .
  • a physical parameter of the device under test is preferably determined from the (measured or corrected) measurement result or the transfer function determined therefrom or the two-port parameters determined therefrom.
  • the physical parameter is a dimension of the measurement object and/or a material parameter of a material at least partially forming the measurement object.
  • de-embedding is preferably carried out.
  • data in the form of the measurement result measured in the measurement setup is freed from the effects of the measurement setup, in particular so that the data can be related to more useful reference planes using (vector) measurements of known standards.
  • a measurement can be de-embedded such that the reference planes are interfaces of the radar antennas, the measurement area, or the measurement object; this data can be used to create a model of the measurement object or measurement area.
  • time gating is carried out.
  • Time gating isolates part of a time data set (measurement result in the time domain or spatial run) for further consideration and analysis.
  • Time gating is used in particular to analyze non-stationary signals or parts of stationary signals, e.g. B. Burst signals.
  • De-embedding and time gating are preferably combined.
  • the time gating particularly preferably takes place after the de-embedding.
  • a physical parameter within the meaning of the present invention is preferably a physical property of the measurement object. This is very particularly preferably a dimension and/or a material parameter.
  • the physical parameter can be or have a layer thickness and/or a material property such as a (complex) permittivity, material density, mixing ratio, absorption behavior, polarization behavior, roughness and/or the like.
  • the physical parameter can be determined by comparing it with a previously known reference measurement result, by comparing it with a previously known reference transfer function and/or by processing based on correlation, artificial intelligence, machine learning Method and/or a regression method, particularly preferably a neural network, which is associated with physical parameters.
  • a dependency of the physical parameter on the measurement result or the transfer function can be determined or has been determined in advance and this relationship can be used as a basis for the comparison or assignment in order to derive the physical parameter on the basis of the measurement result.
  • Processing based on a correlation can be a correlation in the mathematical sense on the one hand, but alternatively or additionally also another assignment taking into account or using the property that a correlation is present. For example, it is possible to draw conclusions about the (complex) To draw permittivity or layer thicknesses or dimensions.
  • the (in particular corrected) measurement result or the transfer function derived therefrom or the physical parameter determined herewith can be used to control a positioning and/or production system.
  • a control variable for controlling the positioning and/or production system for the measurement object can be determined using the previously corrected measurement result or the transfer function determined thereby or the physical parameter determined.
  • the positioning and/or production system is preferably designed for the continuous or discontinuous production of a preferably strand-shaped product.
  • the product can be located in the measuring area and act accordingly as a measuring object.
  • the product particularly preferably moves in the measuring area and is preferably continuously monitored in the sense of an inline measurement.
  • the physical parameters of the product are ultimately monitored directly or indirectly. If the physical parameter deviates from a specification, the control variable can be adjusted automatically.
  • the positioning and/or production system is then preferably controlled or regulated on the basis of the control variable.
  • the product which is preferably in the form of a rope, can continuously pass through the measuring area.
  • the physical parameter or the transfer function corresponding thereto or the measurement result corresponding thereto can be determined for different positions of the product and the control variable can be tracked in such a way that the physical parameter, the transfer function and/or the measurement result are kept constant, readjusted or set to a setpoint is/are regulated.
  • a virtual model can be formed from the measurement object located in the measurement area, i.e. in particular the product, preferably on the basis of the physical parameter, a predicted, in particular extrapolated, physical parameter, the current and/or a previous physical parameter.
  • the use of a virtual model for the measurement object enables a particularly precise and efficient control or regulation, in particular of the positioning and/or production system.
  • the virtual model in particular as a "digital twin" of the physical properties that is being modeled and the state of, for example, in updated model held in a data memory based on the measurement result.
  • the physical parameter can be derived and/or identified via a parameter for the (quality of) agreement or correlation between the measurement result and reference and/or the parameter for the quality of (quality of) agreement or correlation of the "digital twin" model and be determined by reality.
  • the positioning and/or production system is preferably controlled by a target value comparison of the measurement result, the transfer function determined therefrom, the parameter determined from the measurement result or the transfer function and/or on the basis of the virtual model.
  • the positioning and/or production system is preferably controlled or regulated on this basis or on the basis of the control variable determined thereby such that a predetermined or predeterminable physical property of the measurement object or product is set.
  • the measurement result can be determined at different locations on the measurement object or at different times, preferably continuously over different locations and/or times. In particular, it is therefore an inline measurement of the measurement result with optional evaluation by correction, determination of the transfer function and/or the physical parameter during an ongoing manufacturing process.
  • the measurement ie the detection of the components, preferably takes place at different positions of the product that is moving in the measurement area and forms the measurement object. This can be achieved by the product moving relative to the measurement setup.
  • the measurement setup can therefore be part of the positioning and/or production system and the (relative) movement can be achieved or caused by a continuous production process for a strand, in particular by an extrusion or extrusion process or the like.
  • Another aspect of the present invention that can also be implemented independently relates to a system that is designed to carry out the proposed method.
  • the system has a radar emitter arrangement for emitting the radar transmission signal into the measurement area of the measurement setup in which the measurement object is arranged or can be moved.
  • the system has a radar detector arrangement for detecting both the components of the radar transmission signal transmitted by the measurement object and those reflected by the measurement object, which form the measurement result.
  • the system preferably also has an evaluation device for determining the corrected measurement result, in that the evaluation device is designed to compensate for parts of the detected measurement result that are attributable to the measurement setup without the measurement area or the measurement object.
  • the evaluation device is designed to correct the measurement result by transforming a time profile of the detected or corrected measurement result and hiding parts of the transformed, detected or corrected measurement result.
  • Another aspect of the present invention that can also be implemented independently relates to the use of a—preferably FMCW or pulse-based—radar transmission signal for determining a preferably complex transfer function having both absolute value information and phase information and/or polarization information of a measurement object.
  • a—preferably FMCW or pulse-based—radar transmission signal for determining a preferably complex transfer function having both absolute value information and phase information and/or polarization information of a measurement object.
  • 2A shows a simplified schematic representation of a reflection measurement
  • 2B shows a simplified schematic representation of a single transmission measurement
  • 2C shows a simplified schematic representation of a double transmission measurement
  • FIG. 3 shows a diagram showing the normalized amplitude over time and the frequency corresponding thereto of a reflecting or transmitting component of the radar transmission signal
  • FIG. 4 shows the transformed signal from FIG. 5 in a diagram in which the amplitude is plotted against the distance
  • FIG. 6 shows a schematic block diagram of a radar transceiver having a proposed radar emitter arrangement and a proposed radar detector arrangement.
  • the system 1 shows a schematic view of a proposed system 1 for radar-based measurement.
  • the system 1 has a radar emitter arrangement 2 for emitting a radar transmission signal 3 into a measurement area 4 of a measurement setup 5 in which a measurement object 6 is arranged or can be arranged.
  • the radar emitter arrangement 2 preferably has at least one radar signal generator 7 , a radar antenna 8 and a supply line 9 for coupling the radar signal generator 7 to the radar antenna 8 .
  • the radar emitter assembly 2 is designed accordingly to direct the radar transmission signal 3 formed by the radar signal generator 7 via the feed line 9 to the radar antenna 8, via which the radar transmission signal 3 is radiated.
  • the radar transmission signal 3 is directed into the measurement area 4 so that the measurement object 6 located in the measurement area 4 is exposed to the radar radiation of the radar transmission signal 3 .
  • the measurement object 6 can be movable or can be moved in the measurement area 4 .
  • the measurement object 6 is particularly preferably a product or intermediate product whose manufacturing process can be monitored by the proposed system 1 .
  • the proposed system 1 preferably also has a radar detector arrangement 10 .
  • the radar detector arrangement 10 can have a radar receiver 11 . This can share the radar antenna 8 and/or feed line 9 with the radar emitter arrangement 2 or have a separate radar antenna or feed line.
  • the radar receiver 11 has a radar antenna 8 on the same side of the measurement area 4 or measurement object 6 on which the radar antenna 8 is also arranged, via which the radar emitter arrangement 2 transmits the radar transmission signal 3 emitted.
  • the radar detector arrangement 10 can have a second radar receiver 12 .
  • This has a second radar antenna 13 which is coupled to the second radar receiver 12 via a second supply line 14 .
  • the second radar antenna 13 is preferably provided on a side of the measurement area 4 or measurement object 6 that faces away from the radar antenna 8 of the radar emitter arrangement 2 .
  • the second radar receiver 12 is synchronized or can be synchronized with the (clock of) the radar receiver(s) 11 via a synchronization connection 15 .
  • an oscillator of the second radar receiver 12 can be disciplined or is disciplined to the cycle or oscillations of an oscillator of the radar receiver 11 .
  • a received signal can thus be converted with the clock which can correspond to or correspond to the radar transmission signal 3 .
  • local oscillator signals from mixers of the respective radar receiver 11, 12 for converting the radar reception signals are synchronized or can be synchronized with one another in such a way that they have the same frequency and preferably the same phase or a fixed phase relationship to one another.
  • a reflector 16 can be provided as an alternative or in addition to the second radar receiver 12 with its second radar antenna 13 and second supply line 14 .
  • the reflector 18 preferably has a transposing effect for all or part of the frequency range of the radar transmission signal.
  • the reflector 16 is preferably suitable or designed to reflect the radar transmission signal 3 or parts thereof on a side of the measurement area 4 or measurement object 6 facing away from the radar antenna 8 of the radar emitter arrangement 2 back in the direction of the radar antenna 8 of the radar Receiver 11 to reflect the radar detector arrangement 10 or back to the measurement area 4 or measurement object 6 .
  • the radar transmission signal 3 is preferably partially reflected on the measurement object 6 in the measuring range 4 , resulting in a reflected component 17 of the radar transmission signal 3 which can be detected by the radar receiver 11 .
  • a portion of the radar transmission signal 3 that penetrates the measurement area 4 or the measurement object 6 reaches the second radar antenna 13 of the second radar receiver 12 as a transmitted component 18 of the radar transmission signal 3 and is detected by it (cf . Fig. 2A) or to the reflector 16, which reflects the transmitted component 18 so that it passes through the measurement area 4 or the measurement object 6 again and can ultimately be detected by the radar receiver 11 as a doubly transmitted component 19 (cf. 2B).
  • the reflected component 17 and the transmitted component 18 can be detected by the different radar receivers 11, 12 independently of one another. If the reflector 16 is provided instead of the second radar receiver 12, the reflected component 17 and the doubly transmitted component 19 are superimposed on the radar receiver 11 (cf. FIG. 2C). In order to detect the reflected component 17 and the transmitted component 18 independently of one another, the reflector 16 can therefore optionally be controllable in such a way that the doubly transmitted component 19 is enabled or suppressed.
  • the reflection of the transmitted component 18 can be suppressed, for example by changing the direction of the reflection and/or by using an absorber 47, as indicated in FIG. 2A.
  • a measurement result 20 is formed, which represents the reflected component 17 and the transmitted component 18, 19 detected independently of one another.
  • the measurement result can directly represent the respective component 17, 18, 19 of the radar transmission signal 3, for example through amplitude and phase responses of corresponding reception signals or the like.
  • the measurement result 20 is particularly preferably in a processed form or received signals are processed accordingly, in particular with an evaluation device 21 , so that the measurement result 20 continues to represent both the reflected component 17 and the transmitted component 18 , 19 .
  • the measurement result 20 can very particularly preferably be present as a (complex) transfer function and/or two-port parameter or be/are converted into them.
  • One way of presenting the measurement result 20 as a two-port parameter, in particular a scattering parameter, is to relate the reflected component 17 as the reflected wave bi to the incoming wave ai in the form of the known radar transmission signal 3 and thereby calculate Sn. It is also possible to use the transmitted component 18, 19 as the transmitted wave b? to interpret, to also relate this to the radar transmission signal 3 and thereby to determine S21.
  • the (complex) transfer function can then be calculated taking into account the calculated by the system 1 and correspondingly known reference characteristic impedances.
  • the radar transmission signal 3 preferably has frequency ramps and/or pulses and therefore preferably includes a spectrum or a frequency range.
  • This frequency range is preferably also represented in measurement result 20 as a corresponding frequency dependency.
  • the measurement result 20 thus preferably has a frequency dependency or includes components of the different frequencies of the radar transmission signal 3, ie in particular a frequency-dependent transfer function or frequency-dependent two-port parameters such as the scattering parameters just discussed as examples.
  • the measurement result 20 has information regarding the amplitude, phase and/or polarization of the reflected component 17 or the transmitted component 18, 19. This information can be present in particular in the form of a correspondingly complex transfer function or complex two-port parameters.
  • other forms of representation are also possible, in particular a transfer function separated according to absolute value and phase or the like.
  • a corrected measurement result 22 is preferably determined from the measurement result 20 .
  • two different measures which can, however, be combined with one another in a synergistic manner are proposed.
  • portions of the measurement result 20 that are attributable to the measurement setup 5 without the measurement area 4 or the measurement object 6 are compensated.
  • the resulting corrected measurement result 22 is correspondingly more accurate and reliable because the influences of the measurement setup 5 are compensated for, while it is otherwise usual to minimize the influences of the measurement setup 5 before or during the measurement and to live with the resulting error.
  • the measurement result 20 is transformed, in particular with a Fourier transformation. It is therefore a matter of a mathematical transformation of the measurement result 20, which can be implemented in particular as an FFT or DFT. Parts of the transformation result are then suppressed or non-suppressed parts are selected. A time or frequency profile of the measurement result 20 is preferably transformed into a spatial profile and a spatial area is selected from the spatial profile by suppressing adjacent spatial areas.
  • the correspondingly filtered transformation result can already represent the corrected measurement result 22 .
  • the filtered transformation result is preferably inverse-transformed, so that it is present in particular as a (complex) transfer function and/or two-port parameter.
  • the time signal 23 is preferably measured by the radar detector arrangement 10 on the basis of an FMCW radar transmission signal 3, in particular a frequency ramp of such a signal. According to the ramp profile, the time axis corresponds to the frequency axis via the gradient of the frequency ramp. Furthermore, a normalized amplitude of the time signal 23 is shown graphically here by way of example.
  • the time signal 23, in particular the reflected component 17 and/or the transmitted component 18, 19, is then correspondingly transformed by a transformation, in particular a Fourier transformation, into a spatial region, as illustrated in FIG.
  • the transformation result 24 is plotted over a distance in meters from the radar antenna 8 .
  • the amplitude of the transformation result is shown in FIG. 4 by way of example.
  • the transformation result 24 is preferably filtered with a filter function 25.
  • This is preferably a filter to select a specific area of the transformation result 24 in that neighboring areas, in particular the rest of the transformation result 24, are masked out or suppressed.
  • the filter function 25 After application of the filter function 25, only an area remains from the transformation result 24, around the first peak at 1 m in the example shown, while the neighboring areas are zeroed out.
  • the filtered transformation result 24 can be transformed again, in particular back-transformed.
  • a resulting transfer function is shown in FIG. 5 , which ultimately represents the properties of the measurement area 4 or measurement object 6 or of sections thereof by hiding certain areas of the transformation result 24 . Because parts of the measurement result 20 are eliminated that are of little or no interest for a later evaluation, a corrected measurement result 22 results, here by way of example in the form of the transfer function.
  • the amplitude 26, phase 27, polarization and/or amplitude 26 or phase 27 for each polarization plane (as a curve over the frequency of the detected for different frequencies of the radar transmission signal 3) and represented by the measurement result 22.
  • the aforementioned measurement results of the components 17, 18 are preferably also evaluated, corrected or used in the following.
  • the combination of the two methods for correcting the measurement result 20 is also particularly advantageous due to the fact that the compensation of portions of the measurement result 20 that can be attributed to the measurement setup 5 enables errors outside the measurement area 4 to be eliminated, while the transformation and Subsequent filtering makes it possible to limit the measurement result 20 to a section of the measurement area 4, ie to suppress interference or errors occurring in the measurement area 4. It is precisely the combination of these measures that leads to a particularly precise, meaningful, corrected measurement result 22.
  • the compensation of components of the measurement result 20 that can be traced back to the measurement setup 5 without the measurement area 4 or the measurement object 6 can be carried out using a calibration variable 28 .
  • the measurement result 20 can be processed with the calibration variable 28 in order to compensate for the portions of the measurement result 20 that are caused by the measurement setup 5 outside the measurement area 4 .
  • the calibration variable 28 preferably represents a transfer function, two-port parameters or corresponding information of the measurement setup 5 without the measurement area 4.
  • the calibration variable 28 is preferably in a form that corresponds to the form of the measurement result 20 and/or enables the measurement result 20 to be corrected by calculation, for example as a transfer function or (scatter) matrix.
  • Calibration variable 28 can describe influences caused by radar emitter arrangement 2 and radar detector arrangement 10 .
  • Disturbance variables which are generated, for example, by the radar signal generator 7, the radar antenna 8 and/or the feed line 9 on the transmitter side and in the area of the radar receiver 11 and optionally in the area of the second radar receiver 12, the second radar antenna 13 and the second lead 14 are caused, so preferably have precipitation in the calibration variable 28, so that processing the measurement result 20 with the calibration variable 28 leads to the compensation described.
  • the compensation does not have to be complete here, but it can also be a partial compensation of corresponding components, especially since parasitic effects and uncertainties in the calibration variable 28 always mean that a compensation can never be completely complete. However, it is preferably predominantly.
  • calibration measurements are preferably carried out with the system 1.
  • measurement results 20 are determined under different known conditions, ie properties of the measurement area 4 .
  • the measurement area 4 can be empty, have an absorber 47 or a deflection for the radar transmission signal 3, so that both the reflected component 17 and the transmitted component 18, 19 are eliminated and the measurement result 20 only shows the effects of the measurement setup 5 without the measurement area 4 represented.
  • at least one reflection measurement is carried out, in which a reflector at least essentially reflects the radar transmission signal 3 at a predetermined or known position in the measurement area 4 so that it reaches the radar receiver 11 at least almost completely.
  • a further calibration measurement can be carried out in the form of a transmission measurement, which in the case in which the second radar receiver 12 is provided with its supply line 14 and antenna 13 can simply be carried out with an empty measurement area 4 . If the double-transmitted component 19 is measured by the radar receiver 11, the transmission measurement can be made with the reflector 16.
  • one or more calibration measurements can be carried out with reference measurement objects 6 in the measurement area 4, of which the reflection and transmission properties are known.
  • transit time changes due to a change in the position of a reflector 16 used in the measurement area 4 or provided for the double transmission measurement can be provided or used for calibration measurements and/or a dielectric measurement object 6 with known properties shortens or lengthens the transit time for electromagnetic waves in the measurement area 4 to a known extent.
  • the calibration measurements can then be used to determine the calibration variable 28 .
  • the calibration variable 28 can be determined on the basis of two-port parameters by eliminating certain of the reflected component 17, the transmitted component 18 and/or the double-transmitted component 19 or by using a suitable reference measurement object 6 to a previously known value or a previously known value Ratio are brought and on the basis of the previously known information, conclusions can then be drawn about the properties of the measurement setup 5, which are described by the calibration variable 28.
  • the calibration variable 28 can be, for example, two-port parameters, in particular scatter, transmission and/or chain parameters.
  • the calibration variable 28 can be a two-port matrix such as a scatter matrix or chain matrix for the radar emitter arrangement 2 and the radar detector arrangement 10 and the errors described by the calibration variable 28 can then be eliminated from the measurement result 20, which is also present in a two-port matrix, in particular a scatter matrix or chain matrix, by means of appropriate matrix operations.
  • the measurement result 20 can be corrected or the corrected measurement result 22 can be formed by the evaluation device 21 using the calibration variable 28 , as indicated in FIG. 1 .
  • a physical parameter 29 is determined on the basis of the measurement result 20, particularly preferably on the basis of the corrected measurement result 22.
  • This is very particularly preferably a geometric or material parameter of the measurement object 6.
  • it is a material property such as a permittivity and/or a geometric property such as a layer thickness or wall thickness.
  • the physical parameter 29 can be determined in that the preferably corrected measurement result 20, 22 is compared or examined, taking into account a correlation with a previously known reference or a known physical relationship, and the physical parameter 29 is thereby determined on the basis of the preferably corrected measurement result 20, 22 is determined or assigned.
  • the measurement result 20, 22 can be processed on the basis of a correlation using artificial intelligence (AI), for example a machine learning-based method, using a neural network, using a regression method or the like.
  • AI artificial intelligence
  • Another aspect of the present invention relates to the control or regulation of a positioning and/or production system 30 based on the measurement result 20, 22, preferably using the physical parameter 29.
  • the measurement result 20, 22 or the physical parameter 29 can be a comparison device 31, a control variable 32 can be determined, with which the positioning and/or production system 30 can be controlled.
  • the positioning and/or production system 30 is represented as an extruder for the extrusion of a product as a measurement object 6 .
  • the positioning and/or production system 30 can also be any other type of industrial system in which a product is manufactured and/or positioned.
  • the product as the measurement object 6 is preferably monitored with regard to the physical parameter 29 and the control variable 32 is automatically determined or predicted in such a way that the positioning and/or production system 30 is set or can be set with the control variable 32, so that the physical parameters 29 corresponds to a setpoint.
  • a position can be specified and the physical parameter 29 can represent a position, while the physical parameter 29 is particularly preferably a material property and/or dimension of the measurement object 6 or corresponds thereto.
  • control variable 32 is determined by the measurement result 20, 22, preferably by determining the physical parameter 29, using a virtual model 33 of the measurement object 6.
  • the virtual model 33 can represent materials and/or geometries of the measurement object 6, for example.
  • the virtual model 33 can be used as a basis for determining the control variable 32 in that the virtual model 33 is generated or adapted using the measurement result 20 , 22 or physical parameters 29 , so that it represents the measurement object 6 .
  • a virtual model 33 of a specified measurement object 6 or product can be used to generate a comparison value for determining control variable 32 .
  • a target value in particular a target value for the physical parameter 29 and/or the measurement result 20, 22, can be determined, calculated, in particular simulated, with the virtual model 33.
  • the virtual model 33 can be modeled as an analytical model with the physical parameters 29 as the input variables and the measurement result 20, in particular in the form of the preferably complex transfer function, as the output variable.
  • the virtual model 33 can be generated by simulation by simulating a modeled physical parameter and/or a modeled measurement result or corresponding model parameter 34, with the model parameter 34 preferably corresponding to the physical parameter 29 or the measurement result 20, 22.
  • the virtual model 33 can simulate the measurement object 6 in whole or in part.
  • the control variable 32 can be calculated using the virtual model 33 by comparing the properties of the virtual model 33 such as a layer thickness, wall thickness or another physical parameter 29 of the virtual model 33, in particular with a target value, the control variable 32 can be determined.
  • control variable 32 is determined by comparing the measurement result 20, 22 in the form of a transfer function with a known or calculated transfer function of an object or virtual model 33 whose physical properties are known and can be assigned accordingly by the comparison.
  • the virtual model 33 can be compared with the measurement result 20, 22 and/or the physical parameter 29, in particular by means of the comparison device 31.
  • the result of this comparison can be used by an adaptation device 35 to (dynamically) adapt the virtual model 33 in such a way that it corresponds to the measurement object 6 .
  • the control variable 32 for controlling the positioning and/or production system 30 can in turn be derived from the (adapted) virtual model 33 .
  • a physical or other model parameter 34 derived from the virtual model 33 can be compared by the comparison device 31 with the physical parameter 29 determined from the measurement result 20, 22, and the control variable 32 can be determined on this basis. This is then preferably used to control the positioning and/or production system 30 .
  • control variable 32 can be derived directly from virtual model 33 . This can be done in particular after the virtual model 33 has been adapted by means of the adaptation device 35 by a control device 36 .
  • control device 36 can derive the control variable 32 , which in turn is used to control or regulate the positioning and/or production system 30 .
  • the positioning and/or production system 30 is preferably controlled or regulated with the control variable 28 in such a way that a predetermined or predeterminable physical property 29 of the product functioning as the measurement object 6 is established.
  • a so-called inline measurement can be carried out with the system 1, i.e. a determination of the measurement result 20, 22 or the physical parameter 29, the virtual model 33 adapted on this basis and/or the control variable 32 derived from it of a measurement object 6, the represents a product in the ongoing manufacturing process.
  • the positioning and/or production system 30 embodied as an extrusion system in FIG. 22, the positioning and/or production system 30, in this case the extrusion system, can be controlled in such a way that the physical parameter 29 is set as desired, for example a specific, predetermined tube and/or profile geometry.
  • the present invention allows the positioning and/or production system 30 to be controlled Radar detector arrangement 10 examined.
  • the reflected component 17 and/or the transmitted component 18, 19 of the radar transmission signal 3 are detected, with the detection preferably taking place at different locations of the measurement object 6 and/or at different times.
  • the parts of the reflected component 17 and the transmitted component 18, 19 or the variables determined therefrom that can be traced back to the measurement object 6 are separated.
  • a physical property of the measurement object 6 can be inferred and based on this, the positioning and/or production system 30 can be controlled, in particular regulated.
  • a production quality can be assessed or ensured.
  • the control of the positioning and/or production system 30 is therefore not mandatory, since alternatively quality assurance can take place on the basis of the method aspects explained above.
  • a positioning function of the positioning and/or production system 30 can also be controlled or regulated.
  • a position, location, alignment or the like of the measurement object 6 can be determined from the measurement result 20, 22 and a target value can be approximated by reducing the distance.
  • the present invention is also suitable for monitoring flow velocities and/or for (complex) permittivity measurement in the radar beam for flow measurement.
  • Fig. 6 shows a schematic block diagram with the radar signal generator 7 and the radar receiver 11.
  • the radar signal generator 7 preferably has an oscillator 37 .
  • the oscillator 37 can be stabilized via a phase-locked loop using a reference oscillator 38 .
  • the phase-locked loop has a divider 39, which divides the output signal of the oscillator 37, in this case the radar transmission signal 3, and forwards it to a phase-frequency discriminator 40, which compares the divided radar transmission signal 3 with the reference signal of the reference oscillator 38. one through
  • the oscillator control variable generated by the phase-frequency discriminator 40 is filtered by a loop filter and used to control the oscillator 37 .
  • the oscillator 37 is a voltage-controlled oscillator, but in principle it can also be an oscillator controlled in some other way.
  • the radar transmission signal 3 is preferably routed via the feed line 9 to the radar antenna 8 and radiated into the measurement area 4 via this.
  • the measurement object 6 can be located at a distance r in the measurement range 4, which reflects parts of the radar transmission signal 3 and thus forms the reflected component 17, which in turn is received again in the present exemplary embodiment by the radar antenna 8 and the radar receiver 11 is forwarded.
  • the radar receiver 11 can also receive other components of the radar transmission signal 3 and/or have a separate antenna/supply line.
  • a directional coupler 42 can decouple the radar transmission signal 3 received by the radar antenna 8 and route it to the radar receiver 11 .
  • the radar receiver 11 preferably has a mixer 43 which, particularly preferably with the radar transmission signal 3 as a local oscillator signal, mixes the radar reception signal. It can then optionally be filtered by a filter 44 and/or converted into a digital signal by an analog-to-digital converter 45 .
  • control device 46 which can have the evaluation device 21 or be coupled to it.
  • the radar signal generator 7 can be controlled with the control device 46 in order to generate the radar transmission signal 3 .
  • the control device 46 controls the divider 39 in such a way that the oscillator 37 generates frequency ramps or pulses as an FMCW or pulse radar signal.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur radarbasierten Messung aufweisend eine Emission eines – vorzugsweise FMCW- oder pulsbasierten – Radar-Sendesignals in einen Messbereich eines Messaufbaus, in dem das Messobjekt anordenbar oder angeordnet ist, und Detektion sowohl mindestens einer von dem Messobjekt reflektierten Komponente des Radar-Sendesignals als auch mindestens einer von dem Messobjekt transmittierten Komponente des Radar-Sendesignals un-abhängig voneinander als Radar-Empfangssignale, aus denen ein Messergebnis gebildet wird, das die Radar-Empfangssignale repräsentiert.

Description

Verfahren, System und Verwendung zur radarbasierten Messung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur radarbasierten Messung, ein System sowie eine Verwendung.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung die radarbasierte Messung eines in einem Messbereich eines Messaufbaus anordenbaren oder angeordneten Messobjekts mit einem Radar-Sendesignal.
Bei dem Radar-Sendesignal handelt es sich besonders bevorzugt um ein FMCW- Radar-Sendesignal. Es kann sich alternativ oder zusätzlich um ein pulsbasiertes Radar-Sendesignal handeln. Es handelt es sich vorzugsweise um ein breitbandiges Radar-Sendesignal, beispielsweise mit einer Bandbreite, die mehr als 5 % oder 10 % der Mittenfrequenz beträgt. Das Radar-Sendesignal kann zwecks Messung in den Messbereich emittiert werden. Vorzugsweise weist das Radar-Sendesignal hingegen keine THz-Pulse auf.
Die DE 10 2017 125 740 B4 betrifft ein THz-Messgerät zum Messen mindestens einer Schichtdicke eines entlang einer Förderrichtung geförderten Prüflings. Hierbei erfolgt die Messung mit elektromagnetischen Wellen einer Frequenz, wie sie auch in Radar-Systemen zum Einsatz kommt und zur Charakterisierung eines Prüflings, der ein Messobjekt darstellt, in einer Messvorrichtung, die ein Messaufbau darstellt. Es handelt sich bei dem System jedoch nicht um ein radarbasiertes System, da die verwendeten Signale keine Radar-Signale sind, insbesondere keine FMCW- oder Puls- Radarsignale.
Die DE 10 2016 105 599 A1 betrifft ein THz-Messgerät und ein THz-Messverfahren, wobei durch Messung von reflektierter THz-Strahlung gezielt Fehlstellen des Prüfobjekts detektiert werden können. Auch hierbei handelt es sich nicht um ein radarbasiertes System, da die verwendeten Signale keine Radar-Signale sind, insbesondere keine FMCW- oder Puls-Radarsignale. Ferner findet keine Korrektur des Messergebnisses statt, um Anteile, die auf den Messaufbau und/oder unerhebliche Teile des Messbereichs bzw. Messobjekts und/oder Variationen über der Frequenz zurückzuführen sind, zu kompensieren und/oder um separiert frequenz- und/oder zeitaufgelöst zu analysieren. Bekannt sind im Stand der Technik also auf der einen Seite Messsysteme, die mit Radar-Signalen arbeiten, jedoch regelmäßig beschränkt sind auf die Auswertung reflektierter Signal-Anteile insbesondere zur Abstandsdetektion und/oder Bestimmung einer Relativgeschwindigkeit. Getrennt hiervon zu sehen sind solche Systeme, bei denen THz-Strahlung zur Materialcharakterisierung eingesetzt werden, wobei die THz-Strahlung regelmäßig nicht in Form von Radar-Signalen vorliegt.
Die DE 10 2019 008 595 A1 benutzt ein FMCW-Radar-Verfahren, um die Dicke und/oder Dielektrizitätskonstante eines Objekts zu bestimmen. Hierfür werden Chirp- Signale mittels eines Sender-Empfängers ausgesandt, die mittels eines Reflektors zweifach durch das Objekt transmittiert werden. Bei der Auswertung werden ausschließlich die transmittierten Signale verwendet. Bei der Auswertung kann zwar auch eine Phase berücksichtigt werden, hierbei handelt es sich allerdings um eine über den gesamten Frequenzbereich gebildete bzw. gemittelte Phase. Eine frequenzabhängige Phasenauswertung findet nicht statt. Ferner findet keine Korrektur des Messergebnisses statt, um Anteile, die auf den Messaufbau und/oder unerhebliche Teile des Messbereichs bzw. Messobjekts und/oder Variationen über der Frequenz zurückzuführen sind, zu kompensieren und/oder um separiert frequenz- und/oder zeitaufgelöst zu analysieren.
Die WO 2020/078866 A1 benutzt FMCW-Wellen, um Fehlstellen in der Isolation eines Kühlgeräts zu detektieren, wobei ein zweifach transmittiertes Signal ausgewertet wird. Reflektierte Strahlung wird lediglich benutzt, um den Abstand zwischen Messobjekt und Senderempfänger zu ermitteln, jedoch nicht für die Detektion der Fehlstellen. Ferner findet keine Korrektur des Messergebnisses statt, um Anteile, die auf den Messaufbau und/oder unerhebliche Teile des Messbereichs bzw. Messobjekts und/oder Variationen über der Frequenz zurückzuführen sind, zu kompensieren und/oder um separiert frequenz- und/oder zeitaufgelöst zu analysieren.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Messung sowie ein System zur Durchführung des Verfahrens und eine Verwendung anzugeben, bei der die Messung eines in einem Messbereich eines Messaufbaus anordenbaren oder angeordneten Messobjekts mit hochfrequenter elektromagnetischer Strahlung verbessert werden kann. Die Erfindung wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 , ein System gemäß Anspruch 14 oder eine Verwendung gemäß Anspruch 15 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Gemäß einem ersten, unabhängig realisierbaren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Radar-Sendesignal - vorzugsweise FMCW- oder pulsbasiertes Radar-Sendesignal - in einen Messbereich eines Messaufbaus emittiert, in dem ein Messobjekt anordenbar oder angeordnet ist.
Darüber hinaus erfolgt eine Detektion sowohl mindestens einer von dem Messobjekt reflektierten Komponente des Radar-Sendesignals als auch mindestens einer von dem Messobjekt transmittierten Komponente des Radar-Sendesignals unabhängig voneinander als Radarempfangssignale, aus denen ein Messergebnis gebildet wird oder ist, das die Radarempfangssignale repräsentiert.
Zunächst liegt ein wesentlicher Unterschied zu den bekannten Systemen darin, dass ein Radar-Signal verwendet wird.
Radar-Signale sind im Sinne der vorliegenden Erfindung ganz besonders bevorzugt sogenannte FMCW-Signale, also Signale, die eine oder mehrere Frequenzrampen aufweisen bzw. eine zumindest im Wesentlichen kontinuierliche oder lineare Frequenzänderung über der Zeit aufweisen. Alternativ oder zusätzlich können Radar- Signale Pulse aufweisen, wie sie in Puls-Radar-Systemen Verwendung finden. In beiden Fällen sind die Radar-Signale grundsätzlich dazu geeignet, eine funkbasierte Erkennung, Abstands- und/oder (Relativ-) Geschwindigkeitsbestimmung zu ermöglichen.
Radar-Signale im Sinne der vorliegenden Erfindung sind weiter besonders bevorzugt Hochfrequenzsignale bzw. Signale mit Frequenzen größer als 50 GHz und/oder geringer als 1 THz.
Weiter sind Radar-Signale im Sinne der vorliegenden Erfindung ganz besonders bevorzugt breitbandige Signale, enthalten also insbesondere Frequenzanteile in einem Frequenzbereich, der bezogen auf eine Mittenfrequenz eine Bandbreite von mehr als 5 %, bevorzugt mehr als 10 %, insbesondere mehr als 15 %, der Mittenfrequenz aufweist. Insbesondere weist ein Radar-Signal im Sinne der vorliegenden Erfindung also eine oder mehrere Frequenzrampen auf, die, bezogen auf ihre Mittenfrequenz, die vorzugsweise über 50 GHz und/oder unter 1 THz liegt, Frequenzen überstreicht, die bezogen auf eine Mittenfrequenz eine Bandbreite von mehr als 5 %, 10 % oder 15 % ergeben.
Bei dem vorschlagsgemäßen Verfahren bzw. System erfolgt die Messung vorzugsweise kohärent. Hierzu werden Sende- und Empfangssignale vorzugsweise mit zueinander kohärenten (insbesondere Lokaloszillator-stabilisierten) Signalen umgesetzt. Bei kohärenten Signalen handelt es sich um Signale, die dieselbe Frequenz sowie Phasen mit einer bekannten Phasenbeziehung zueinander - insbesondere dieselbe Phase - haben. Somit können (für ein Radar-Ziel) frequenz- und/oder zeitabhängig sowohl Amplituden als auch Phasenmesswerte detektiert werden. Das vorschlagsgemäße System ist hierzu vorzugsweise homodyn bzw. Sender und Empfänger werden homodyn betrieben. Anders als bei Ansätzen, die nur eine Amplitudeninformation ermitteln können, ist die in vorteilhafter Weise (ergänzende) Detektion der Phasenbeziehung bzw. Phasenmesswerte von besonderem Wert aufgrund einer erheblich verbesserten Messgenauigkeit hierdurch.
In der Radartechnik ist es üblich, lediglich reflektierte Anteile eines Radar-Sendesignals zu empfangen und auszuwerten. Dies gilt insbesondere bei sämtlichen klassischen Radar-Anwendungen wie im Automobil- oder Flugsicherungsbereich, jedoch auch im Bereich der industriellen Messtechnik. Die vorliegende Erfindung schlägt hier einen neuen Weg ein, indem sowohl reflektierte Anteile als auch transmittierte Anteile eines emittierten Radar-Sendesignals detektiert, also empfangen und in ein Messergebnis gewandelt werden.
Die voneinander unabhängig gemessenen Komponenten enthalten voneinander (linear) unabhängige Informationen. Dies kann die im Folgenden erläuterten besonders vorteilhaften Maßnahmen ermöglichen, insbesondere eine Korrektur des Messergebnisses, beispielsweise durch Elimination von Messobjekt-fremden Anteilen des Messergebnisses, und/oder die besonders genaue Bestimmung oder Modellbildung von Eigenschaften des Messobjekts, und/oder die Bestimmung einer Übertragungsfunktion und/oder eines oder mehrerer physikalischer Parameter des Messobjekts. Ein Messergebnis im Sinne der vorliegenden Erfindung repräsentiert die Radar- Empfangssignale, also die reflektierte und transmittierte Komponente des Radar- Sendesignals. Ein Messobjekt im Sinne der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise ein Gegenstand und ganz besonders bevorzugt ein im Herstellungsprozess befindliches Produkt. Das Messobjekt ist vorzugsweise durch eine Positionier- oder Produktionsanlage positionierbar und/oder herstellbar. Ganz besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Messobjekt um ein bevorzugt in einem kontinuierlichen Prozess herstellbares und/oder in der Herstellung befindliches Produkt, beispielsweise um einen Strang wie ein Rohr oder ein sonstiges Extrusions- und/oder Strangpressprodukt. Das Messobjekt kann jedoch auch ein bevorzugt mit einer industriellen Produktionsanlage herstellbares sonstiges Produkt sein, ein Halbzeug, ein Fluid, ein fluidisierbarer Feststoff (Staub), ein Liquid, eine Paste oder dergleichen.
Das Messergebnis kann die reflektierte und transmittierte Komponente des Radar- Sendesignals bzw. diese repräsentierende Parameter aufweisen oder hierdurch gebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann das Messergebnis jedoch auch von diesen abgeleitet sein und die Radar-Empfangssignale unmittelbar oder mittelbar repräsentieren. Dies kann besonders bevorzugt dadurch erfolgen, dass auf Basis der Radar-Empfangssignale Zweitorparameter bzw. eine Matrix aufweisend die Zweitorparameter als Messergebnis gebildet wird oder ist.
Bei Zweitorparametern handelt es sich insbesondere um Streuparameter, Transmissionsparameter und/oder Kettenparameter. Die Zweitorparameter weisen vorzugsweise jedenfalls Informationen zur Wellenübertragung und/oder zur Wellenreflexion des Radar-Sendesignals dem Messobjekt bzw. im Messbereich auf.
Bevorzugt in diesem Zusammenhang sind Streuparameter (S-Parameter), Transmissionsparameter (Z-Parameter) und/oder Ketten para meter (ABCD-Parameter). Diese können als Elemente eines Vektors oder einer Matrix aufgefasst werden und/oder komplexe und/oder frequenzabhängige Werte sein oder aufweisen, also Parameter aufweisend Real- und Imaginärteil. Das Messergebnis kann also basierend auf den Zweitorparametern als Vektor oder Matrix dargestellt werden, insbesondere als Streumatrix, Transmissionsmatrix und/oder Kettenmatrix. Alternativ, zusätzlich oder im Anschluss an eine Darstellung des Messergebnisses mit Zweitorparametern kann auf Basis der Radar-Empfangssignale oder Zweitorparameter eine, bevorzugt komplexe, Übertragungsfunktion als Messergebnis ermittelt werden.
Die Radar-Empfangssignale und das entsprechende Messergebnis enthalten vorzugsweise (entsprechend der Charakteristik bzw. der Bandbreite des Radar-Sendesignals) Anteile unterschiedlicher Frequenzen und/oder einen zeitlichen Verlauf, der zu einem Frequenzverlauf korrespondieren, insbesondere proportional hierzu sein kann. Letzteres ist insbesondere bei FMCW-Radar-Sendesignalen aufgrund der enthaltenen Frequenzrampen der Fall. Hier ist also das Radar-Sendesignal ein über die Zeit frequenzveränderliches Signal und Entsprechendes gilt auch für die Radar- Empfangssignale und das diese repräsentierende Messergebnis, das besonders bevorzugt jedenfalls eine Frequenzabhängigkeit aufweist.
Eine Zeitabhängigkeit muss hingegen nicht zwingend unmittelbar durch das Messergebnis repräsentiert werden, wenn das Messergebnis frequenzabhängig ist, oder umgekehrt, die Frequenzabhängigkeit muss nicht zwingend unmittelbar repräsentiert werden, wenn eine Zeitabhängigkeit berücksichtigt ist, da die Frequenzabhängigkeit und die Zeitabhängigkeit in vielen Fällen und insbesondere bei FMCW- Signalen aufgrund der linearen Frequenzrampen einander entsprechen. Es ist also vorzugsweise ausreichend, wenn entweder eine Zeitabhängigkeit oder eine Frequenzabhängigkeit der Komponenten oder Radar-Empfangssignale in dem Messergebnis repräsentiert sind. Das Messergebnis weist jedoch bevorzugt zumindest entweder eine Zeit- oder eine Frequenzabhängigkeit auf.
Die reflektierte Komponente des Radar-Sendesignals ist vorzugsweise ein Anteil des Radar-Sendesignals, der von dem Messobjekt reflektiert wird. Für die transmittierte Komponente des Radar-Sendesignals bestehen unterschiedliche Möglichkeiten der Transmission.
Einerseits kann die transmittierte Komponente ein einmalig (vollständig) durch den Messbereich bzw. das Messobjekt transmittierter Anteil des Radar-Sendesignals sein, der also auf der der Radar-Emitteranordnung bzw. dessen Antenne abgewandten Seite des Messbereichs bzw. Messobjekts empfangen wird. Alternativ oder zusätzlich kann die transmittierte Komponente eine doppelt-transmit- tierte Komponente sein, die dadurch erzeugt werden kann, dass auf der der Radar- Emitteranordnung oder deren Antenne abgewandten Seite des Messobjekts bzw. Messbereichs, die (vollständig) durch den Messbereich bzw. das Messobjekt transmittierte Komponente des Radar-Sendesignals mittels eines Reflektors reflektiert wird und das Messobjekt bzw. den Messbereich erneut passiert, um zu der Radar- Detektoranordnung bzw. deren Antenne zu gelangen.
Durch ein mit dem Radar-Sendesignal bestrahltes Messobjektwerden in aller sowohl Anteile des Radar-Sendesignals reflektiert als auch gleichzeitig transmittiert. Es ist vorgesehen, dass die reflektierten und transmittierten Komponente unabhängig voneinander, vorzugsweise räumlich oder zeitlich getrennt voneinander, detektiert werden bzw. in dem Messergebnis repräsentiert sind. Vorzugsweise schließt dies die Möglichkeit ein, dass die reflektierte und transmittierte Komponente in einer Kombination, jedoch (mathematisch) voneinander trennbar vorliegen.
Alternativ oder zusätzlich können mehrere Radarempfänger in unterschiedlichen Winkeln zu dem Messbereich bzw. Messobjekt angeordnet und/oder ausgerichtet sein. Dies kann insbesondere so vorgesehen sein, dass mit den unterschiedlichen Radarempfängern die reflektierte und transmittierte Komponente des Radar-Sendesignals gemessen oder extrahiertwerden können. Mehrere Radarempfänger können also im Bezug auf den Messbereich spiegelbildlich bzw. diametral gegenüberliegen, alternativ oder zusätzlich jedoch auch in einer davon abweichenden Weise auf den Messbereich gerichtet sein bzw. aus anderen, unterschiedlichen Richtungen reflektierte und/oder transmittierte Komponenten des Radar-Sendesignals erfassen.
Im Fall der Detektion der einfach-transmittierten Komponente ist diese zumindest im Wesentlichen unabhängig von der reflektierten Komponente. Für den Fall der Doppel-Transmission können vorzugsweise mit derselben Radar-Detektoranordnung, demselben Radarempfänger bzw. derselben Radar-Antenne zwei unterschiedliche Messungen mit unterschiedlichen Randbedingungen durchgeführt werden, also beispielsweise mit aktivem Reflektor für die Detektion der (doppelt) transmittierten Komponente und deaktiviertem Reflektor für die Detektion der reflektierten Komponente.
Bei der Detektion der doppelt transmittierten Komponente des Radar-Sendesignals gilt gegebenenfalls zu berücksichtigen, dass bei der Detektion zusätzlich die nach wie vor reflektierte Komponente des Radar-Sendesignals überlagert sein kann. Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass auch eine doppelt-transmit- tierte Komponente mit einem überlagerten reflektierten Anteil des Radar-Sendesignals als transmittierte Komponente gilt. Denn es ist möglich, die Komponenten voneinander zu trennen, in dem eine, beispielsweise zuvor detektierte, reflektierte Komponente von der transmittierten Komponente mit überlagerter reflektierter Komponente subtrahiert wird oder die Zusammenhänge bei der Bestimmung des Messergebnisses Berücksichtigung finden.
Weiter kann die Radar-Detektoranordnung entweder zur Detektion der unterschiedlichen Komponenten an unterschiedlichen Positionen ausgebildet sein, beispielsweise durch unterschiedliche Antennen bzw. Empfänger, oder die Radar-Detek- toranordnung ist ergänzt durch einen Reflektor auf einer der Antennen der Radar- Detektoranordnung abgewandten Seite des Messbereichs, sodass die Radar-Detek- toranordnung als transmittierte Komponente des Radar-Sendesignals die doppelt- transmittierte Komponente detektieren kann, die also das Messobjekt oder den Messbereich in bevorzugt gegensätzliche Richtungen doppelt durchlaufen hat.
Vorzugsweise werden eine Reflexionsmessung zur Detektion der reflektierten Komponente und eine Transmissionsmessung zur Detektion der transmittierten Komponente durchgeführt.
Eine Reflexionsmessung im Sinne der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise eine Detektion von an dem Messobjekt bzw. im Messbereich reflektierter Komponenten des Radar-Sendesignals. Die Reflexion erfolgt hier also an dem Messobjekt bzw. an Grenzflächen des Messobjekts. Es kann sich auch um Reflexionen an unterschiedlichen Orten handeln, die sich gegebenenfalls überlagern. Möglich ist in diesem Zusammenhang, dass die Reflexionsmessung Anteile des Radar-Sendesignals aufweist, die zunächst teilweise in das Messobjekt eingetreten sind, innerhalb des Messobjekts reflektiert worden sind und durch Rücktransmission ein Teil der reflektierten Komponente des Radar-Sendesignals bilden. Bevorzugt repräsentiert die reflektierte Komponente Rückschlüsse auf an unterschiedlichen Orten reflektierte Anteile durch ihre Frequenzbandbreite.
Eine Transmissionsmessung im Sinne der vorliegenden Erfindung ist zunächst die Detektion derjenigen Komponente des Radar-Sendesignals, die das Messobjekt mindestens einmalig vorzugsweise vollständig durchquert. Nicht auszuschließen sind hierbei überlagerte, mehrfach-reflektierte Anteile des Radar-Sendesignals. Ferner gilt vorzugsweise auch eine Detektion einer Doppel-Transmission, also der doppelten Durchquerung des Messobjekts mit dem Radar-Sendesignal in bevorzugt entgegengesetzte Richtungen als Transmissionsmessung.
Die Varianten (1 ) der Detektion der einfach vollständig den Messbereich bzw. das Messobjekt durchquerten Komponente (Einfach-Transmission) und (2) der Detektion der den Messbereich bzw. das Messobjekt mehrfach durchquerten Komponente (Doppel-Transmission), also die Varianten (1) mit zwei Radar-Empfängern auf unterschiedlichen Seiten des Messbereichs bzw. Messobjekts und (2) mit einem Reflektor sind unabhängig voneinander auch separat realisierbar und können einzelne Erfindungskomplexe darstellen. Hierbei kann die Variante (1 ) Vorteile durch eine verbesserte Unabhängigkeit der Komponenten und/oder die Variante (2) durch geringeren Aufwand bzw. Materialeinsatz haben.
Die Varianten können auch kombiniert werden, sodass sowohl die einfach- als auch die doppelt transmittierte Komponente detektiert bzw. detektierbar und/oder vom Messergebnis repräsentiert werden/sind.
Die Komponenten weisen vorzugsweise jeweils zumindest Informationen zu Betrag und Phase auf.
Ein Messaufbau im Sinne der vorliegenden Erfindung ist dazu ausgebildet, das Radar-Sendesignal in den Messbereich zu emittieren und sowohl reflektierte als auch transmittierte Komponenten des Radar-Sendesignals (getrennt voneinander) zu de- tektieren. Entsprechend weist der Messaufbau zumindest eine Radar-Emitteranordnung zur Erzeugung und Abstrahlung des Radar-Sendesignals in den Messbereich und mindestens eine Radar-Detektoranordnung auf, die zum Empfang sowohl mindestens einer vom Messobjekt oder im Messbereich reflektierten Komponente als auch mindestens einer mindestens einmal durch das Messobjekt und/oder durch den Messbereich (vollständig) transmittierten Komponente des Radar-Sendesignals ausgebildet ist.
Ein Messbereich im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein Bereich, in den das Radar-Sendesignal emittiert wird oder emittierbar ist und in dem das Messobjekt angeordnet oder anordenbar, vorzugsweise bewegbar oder bewegt ist. Der Messbereich erstreckt sich vorzugweise zwischen einer Antennengrenzfläche der Radar- Emitteranordnung und entweder einer Antennengrenzfläche der Radar-Detektoran- ordnung oder dem Reflektor im Fall der Doppeltransmission.
In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird das Messergebnis korrigiert, wodurch ein korrigiertes Messergebnis ermittelt wird, indem Anteile des Messergebnisses kompensiert werden, die auf den Messaufbau ohne den Messbereich zurückzuführen sind.
Dadurch, dass das Messergebnis sowohl vom Messobjekt reflektierte als auch durch das Messobjekt transmittierte Komponenten repräsentiert, hat sich in überraschender Weise gezeigt, dass die Unabhängigkeit dieser Komponenten auch bei Radarsignalen eine Kompensation der Anteile des Messergebnisses erlaubt, die auf den Messaufbau zurückzuführen sind.
Zur Korrektur des Messergebnisses, insbesondere also zur Kompensation der Anteile des Messergebnisses, die auf den Messaufbau ohne den Messbereich bzw. das Messobjekt zurückzuführen sind, wird besonders bevorzugt eine Kalibriergröße verwendet. Das Messergebnis wird hierbei mit der Kalibriergröße verarbeitet, um die Anteile des Messergebnisses, die durch den Messaufbau außerhalb des Messbereichs hervorgerufen werden (zumindest teilweise) zu kompensieren. Dies kann insbesondere durch eine mathematische Operation erfolgen. Hierzu kann die Kalibriergröße ein Vektor oder eine Matrix sein oder aufweisen, die, mit dem Messergebnis verrechnet, insbesondere multipliziert, zu dem korrigierten Messergebnis führt.
Eine Kalibriergröße im Sinne der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise ein den Messaufbau ohne den Messbereich bzw. das Messobjekt repräsentierendes Messergebnis. Die Kalibriergröße kann entsprechend, wie auch das Messergebnis, insbesondere in Form einer (komplexen) Übertragungsfunktion und/oder Zweitorparametern vorliegen. Bei einer Kalibriergröße in Form von Zweitorparametern ist es möglich, die Kalibriergröße als sogenanntes Fehlerzweitor aufzufassen und durch entsprechende vektor- bzw. matrixbasierte Rechenoperationen das Messergebnis um die Kalibriergröße bzw. das Fehlerzweitor zu bereinigen, was letztendlich zur Kompensation der Anteile des Messergebnisses führen kann, die durch den Messaufbau außerhalb des Messbereichs bzw. außerhalb des Messobjekts hervorgerufen sind. Besonders vorteilhaft in diesem Zusammenhang ist die Darstellung des Messergebnisses als Matrix von Zweitorparametern, da hierfür etablierte mathematische Methoden bekannt sind, durch eine mathematische Operation die Kompensation zu bewirken bzw. zu berechnen. Insbesondere wird sowohl das Messergebnis als auch die Kalibriergröße hierbei durch eine Matrix von Zweitorparametern dargestellt, sodass die Korrektur mit einer Berechnung auf Basis der Matrizen erfolgen kann. Ganz besonders bevorzugt weist die Kalibriergröße Parameter auf, die mindestens ein Fehlerzweitor beschreiben, das das Verhalten des Messaufbaus repräsentiert.
Die auf den Messaufbau zurückzuführenden Anteile der Radar-Empfangssignale bzw. des Messergebnisses sind vorzugsweise sendeseitig Anteile, die auf die Radar- Emitteranordnung aufweisend eine Radar-Antenne, eine Zuleitung zu der Radar-Antenne und einen Radar-Signalgenerator, und/oder empfangsseitig Anteile, die auf eine Radar-Detektoranordnung aufweisend eine Antenne, eine Zuleitung und einen Radar-Empfänger sowie gegebenenfalls ein dort enthaltenes Filter zurückzuführen sind.
Bezüglich der Zweitorparameter können hierzu Streuparametern und Transmissionsparametern bzw. Streumatrizen und Transmissionsmatrizen und/oder sogenannte Kettenmatrix-Parameter bzw. Kettenmatrizen oder ABCD-Parameter bzw. ABCD-Matrizen verwendet werden.
Somit ist bevorzugt, dass als Kalibriergröße mindestens ein Fehlerzweitor repräsentierender Parametersatz bestimmt wird oder ist, der die Einflüsse des Messaufbaus ohne den Messbereich oder das Messobjekt repräsentiert. Das/die Fehlerzweitor(e) kann/können wiederum durch Zweitorparameter, beispielsweise in Matrixschreib- weise, repräsentiert werden. Senderseitige Anteile und empfangsseitige Anteile können jeweils als Fehlerzweitor aufgefasst und bedarfsweise durch entsprechende Parameter bzw. Matrizen ausgedrückt werden.
Eine Kalibrier-Messung im Sinne der vorliegenden Erfindung ist eine Messung, die der Bestimmung der Kalibriergröße dient. Entsprechend handelt es sich um Messungen, die Rückschlüsse auf Eigenschaften bzw. das Verhalten des Messaufbaus ermöglichen, sodass im Anschluss die Anteile des Messergebnisses, die auf dem Messaufbau außerhalb des Messbereichs zurückzuführen sind, mit der Kalibrier- große kompensierbar sind. Insbesondere können die Kalibrier-Messungen dazu dienen, eine Übertragungsfunktion oder Zweitorparameter zu bestimmen, die wiederum das Verhalten des Messaufbaus ohne den Messbereich beschreiben.
Die Kalibriergröße kann dadurch bestimmt sein oder werden, dass mindestens zwei, vorzugsweise mindestens drei, Kalibriermessungen mit dem Messaufbau bei unterschiedlichen, jeweils bekannten Eigenschaften des Messbereichs durchgeführt werden. Daraufhin kann die Kalibriergröße mit den hierbei ermittelten Messergebnissen auf Basis der bekannten Eigenschaften bestimmt werden oder hierdurch bestimmt sein.
Als besonders vorteilhaft und reproduzierbar sowie genau haben sich Kalibriermessungen erwiesen, die jedenfalls eine Reflexionsmessung aufweisen, bei der das Messergebnis bei im Messbereich angeordnetem, reflektierendem Messobjekt bekannter Eigenschaften als erstes Referenz-Messobjekt bestimmt wird. Ferner ist vorzugsweise die Position des Messobjekts bzw. der Reflexion bekannt. Bei dem ersten Referenz-Messobjekt zur Reflexionsmessung handelt es sich vorzugsweise um ein Messobjekt, das das Radar-Sendesignal zumindest im Wesentlichen vollständig reflektiert.
Alternativ oder zusätzlich weisen die Kalibrier-Messungen vorzugsweise eine T rans- missionsmessung auf, bei der das Messergebnis bei leerem Messbereich oder bei im Messbereich angeordneten, vom ersten Referenz-Messobjekt abweichendem und/oder für das Radar-Sendesignal durchlässigem zweiten Referenz-Messobjekt bestimmt wird.
Die Kalibriergröße kann durch ein Kalibrierverfahren ermittelt werden. Ein bevorzugtes Beispiel sind referenzmessungsbasierte Kalibrierverfahren wie SOLT- (Short-O- pen-Load-Through-) und/oder TRL- (Thru-Reflect-Line-) Kalibrierverfahren.
Auf Basis der Kalibriergröße kann ein sogenanntes De-Embedding erfolgen, also das Entfernen der durch den Messaufbau verursachten Einflüsse.
Hinsichtlich der anwendbaren Mathematik wird auf B. SCHIEK, „Grundlagen der Hochfrequenz-Messtechnik“, Springer-Verlag, 1999, Kapitel 4 verwiesen, wobei die im Zusammenhang mit Systemfehlerkorrekturen in anderem Kontext beschriebene zugrundeliegende Mathematik verwendet werden kann, um die Kompensation von Teilen des Messergebnisses, die auf den Messaufbau ohne den Messbereich zurückzuführen sind, durchzuführen.
Hierbei kann der Messbereich bzw. das Messobjekt als Zweitor aufgefasst werden, dessen Eigenschaften zu bestimmen sind, und der Messaufbau ohne Messbereich bzw. Messobjekt kann durch Fehler-Zweitore beschrieben werden. Auf Basis kaska- dierter Zweitore, insbesondere unter Verwendung von Parametern in der für lineare Zweitore üblichen Matrizenschreibweise, beispielsweise unter Verwendung von Streuparametern, Transferparametern oder Kettenparametern u. dgl., kann/können mittels der Kalibriermessungen ein, zwei oder mehrere Fehler-Zweitor(e) als Kalibriergröße bestimmt werden und auf dieser Basis können dann die Zweitor-Parameter des Messobjekts bzw. Messaufbaus als korrigiertes Messergebnis berechnet werden.
Ergänzend wird Bezug genommen auf Uwe Siart, „Kalibrierung von Netzwerkanalysatoren“, Version 1.60, 22.11.2016, http://www.siart.de/lehre/nwa.pdf. Die hier ebenfalls in anderem Zusammenhang offenbarten Kalibrierverfahren können zur Bestimmung der Korrekturgröße angewandt werden. Die in der Literatur zur Kalibrierung von Netzwerkanalysatoren beschriebene Mathematik lässt sich mit notwendigen Anpassungen zur Ermittlung des korrigierten Messergebnisses verwenden, wobei der Messaufbau ohne den Messbereich bzw. das Messobjekt als Fehlerzweitor beschrieben werden kann, dass die Kalibriergröße darstellt.
Das Fehlerzweitor kann durch Zweitorparameter wie Streuparameter, Transmissionsparameter oder Kettenparameter, vorzugsweise durch eine entsprechende Streumatrix, Transmissionsmatrix oder Kettenmatrix beschrieben werden und mit der aus den vorgenannten Quellen bekannten Mathematik bestimmt werden. Anstatt jedoch, wie bei den Netzwerkanalysatoren, Kalibriermessungen mit elektronischen Kalibrierstandards vorzunehmen, werden Kalibriermessungen für die vorliegende Erfindung vorzugsweise mit geeigneten Referenz-Messobjekten durchgeführt.
So kann für eine Reflexionsmessung ein Radar-Sendesignale reflektierendes Objekt im Messbereich angeordnet werden, insbesondere eine Metallplatte oder dergleichen Alternativ oder zusätzlich kann für die Transmissionsmessung ein insbesondere dielektrischer, für das Radar-Sendesignal durchlässiger Gegenstand als Mess- Objekt im Messbereich angeordnet werden. Alternativ oder zusätzlich kann eine Messung durchgeführt werden, bei der Reflexionen des Radar-Sendesignals unterbunden werden, beispielsweise durch Einsetzen eines Absorbers im Messbereich.
Es sind jedoch auch andere Kalibriermessungen alternativ oder zusätzlich möglich, beispielsweise durch Reflexionen an unterschiedlichen, bekannten Positionen im Messbereich und/oder Messungen von Transmissionen unterschiedlicher Eigenschaften, insbesondere unterschiedlicher Laufzeit, beispielsweise unter Verwendung unterschiedlich dicker, dielektrischer und für das Radar-Sendesignal durchlässiger Gegenstände.
Insbesondere können eine oder mehrere der folgenden Kalibrier-Messungen der Bestimmung der Kalibriergröße zugrunde gelegt werden:
• Eine Reflexionsmessung als Kalibrier-Messung wird vorzugsweise durch ein Referenz-Messobjekt erzeugt, das zumindest im Wesentlichen vollständig reflektiert und entsprechend nicht transmittiert, bevorzugt also ein Spiegel.
• Reflexionsmessungen können als Short- oder Open-Messungen betrachtet werden, insbesondere je nach Position der Reflexionsebene.
• Eine Transmissionsmessung, Through-Messung oder Line-Messung als Kalibriermessung kann mit leerem Messbereich erfolgen oder, im Zusammenhang mit einer Doppel-Transmissionsmessung, mit einem Spiegel an anderer Position als bei der Reflexionsmessung, bevorzugt außerhalb des Messbereichs und/oder mit dem Reflektor am Ende des Messbereichs.
• Eine Open-Messung als Kalibriermessung kann mit einem Absorbermaterial als Messobjekt oder durch Ausleiten des Radar-Sendesignals aus dem Messbereich erreicht werden, sodass keine Komponente des Radar-Sendesignals detektiert wird.
• Eine Load-Messung als Kalibriermessung kann durch ein Messobjekt bekannter Reflexions- und Transmissions-Eigenschaften im Messbereich erfolgen.
• Eine Line-Messung als Kalibriermessung kann durch ein für das Radar-Sendesignal durchlässiges Messobjekt erreicht werden, das eine Verzögerung erzeugt, insbesondere durch eine von Luft abweichende Ausbreitungsgeschwindigkeit des Radar-Sendesignals.
• Alternativ oder zusätzlich können eine oder mehrere weitere Kalibrier-Messungen dadurch erfolgen, dass Messobjekte mit bekannten Eigenschaften an gegebenenfalls unterschiedlichen, bekannten Orten in dem Messbereich angeordnet werden. Im Vergleich hierzu kann die beschriebene Reflexionsmessung auch als Voll-Reflexionsmessung und die Transmissionsmessung als Voll-Transmissions- messung bezeichnet werden.
Besonders bevorzugt wird auf Basis der Radar-Empfangssignale bzw. mit dem mit der Kalibriergröße korrigierten Messergebnisses eine Übertragungsfunktion des Messobjekts bestimmt, vorzugsweise berechnet. Ganz besonders bevorzugt handelt es sich hierbei um eine komplexe Übertragungsfunktion, die neben Betragsinformationen auch Phaseninformationen und/oder Polarisationsübertragungsinformationen enthält. Das (korrigierte) Messergebnis kann durch die (komplexe) Übertragungsfunktion gebildet sein oder werden.
Die Ermittlung der Übertragungsfunktion auf Basis des Messergebnisses bzw. als Messergebnis hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen. So beschreibt die Übertragungsfunktion und ganz besonders die komplexe Übertragungsfunktion die Eigenschaften des Messobjekts in einer Weise, die unmittelbar oder mittelbar besonders gut geeignet ist, weitergehend analysiert, korrigiert und/oder als Modell oder zur Modellbildung verwendet zu werden.
Die Übertragungsfunktion bzw. Zweitorparameter korrespondieren vorzugsweise zu den Radar-Empfangssignalen und stellen im Sinne der vorliegenden Erfindung eine besondere Form der Darstellung bzw. Repräsentation des Messergebnisses dar.
Auch die Kalibriergröße kann eine Übertragungsfunktion sein. Dies ermöglicht es, die zum Messergebnis korrespondierende Übertragungsfunktion bzw. Zweitorparameter mittels der die Kalibriergröße repräsentierenden Übertragungsfunktion bzw. Zweitorparameter zu korrigieren und hierdurch das korrigierte Messergebnis als korrigierte Übertragungsfunktion oder Zweitorpara meter zu erhalten. Hierzu können die (komplexe) Übertragungsfunktion bzw. Zweitorparameter des Messergebnisses und die (komplexe) Übertragungsfunktion, die die Kalibriergröße repräsentiert/repräsentieren, verrechnet werden.
Dies ermöglicht es, durch den Messaufbau hervorgerufene Teile der Übertragungsfunktion des gesamten Messaufbaus zu eliminieren und somit die Übertragungsfunktion des Messbereichs bzw. des hierin angeordneten Messobjekts zu selektieren.
Die Korrektur des Messergebnisses kann alternativ oder zusätzlich dadurch erfolgen, dass die Gesamt-Übertragungsfunktion des Messaufbaus einschließlich des Messbereichs und gegebenenfalls des Messobjekts aus dem Messergebnis bestimmt wird und mittels Kalibriermessungen die Übertragungsfunktion des Messaufbaus ohne Messobjekt bzw. Messbereich bestimmt und herausgerechnet wird.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung, der unabhängig von der Kompensation von Anteilen des Messergebnisses realisiert werden kann, die auf den Messaufbau ohne den Messbereich bzw. das Messobjekt zurückzuführen sind, jedoch in vorteilhafterweise hiermit kombiniert werden kann, betrifft die T ransformation des Messergebnisses oder korrigierten Messergebnisses und anschließendes Unterdrücken von Teilen des Transformationsergebnisses, also des transformierten de- tektierten oder korrigierten Messergebnisses. Hierdurch kann ein Ausschnitt des transformierten Messergebnisses selektiert werden bzw. angrenzende Abschnitte unterdrückt werden, um das Messergebnis zu korrigieren. Mit anderen Worten kann ein aus einem Abschnitt des Messbereichs stammender Teil des Messergebnisses eliminiert bzw. selektiert werden. Hierzu kann das Transformationsergebnis gefiltert werden.
Insbesondere wird ein zeitlicher oder Frequenz- Verlauf des Messergebnisses in einen räumlichen Verlauf transformiert und von dem räumlichen Verlauf wird ein Bereich selektiert, indem benachbarte räumliche Bereiche unterdrückt werden. So ist es möglich, das Messergebnis auf einen räumlichen Abschnitt zu beschränken, der das Messobjekt oder einen für die Messung relevanten Teil des Messobjekts enthält. Anteile des Messergebnisses, die für die Messung unerhebliche Teile des Messbereichs bzw. Messobjekts zurückzuführen sind, können auf diese Weise ausgeblendet werden. Bei einer synergistischen Kombination unterschiedlicher Aspekte der vorliegenden Erfindung kann das Messergebnis sowohl mit der Kalibriergröße verarbeitet werden, um Anteile des Messergebnisses auszublenden, die auf den Messaufbau ohne den Messbereich zurückzuführen sind, als auch, bevorzugt anschließend, transformiert werden, wobei durch Ausblenden von Bereichen des Transformationsergebnisses Anteile des Messergebnisses, insbesondere von Anteile des Messergebnisses, die auf Teile oder Abschnitte des Messobjekts zurückzuführen sind, die das Messergebnis letztendlich doch nicht beeinflussen sollen, unterdrückt werden.
So ist es möglich, bei einer Produktionsanlage, beispielsweise für Stränge bzw. Profile wie Rohre, das Messergebnis zu korrigieren und beispielsweise auf eine zu überwachende Schicht, Wand oder dergleichen zu fokussieren, dadurch, dass Messergebnis-Anteile des Messaufbaus und von Teilen des Produkts, also beispielsweise des Rohrs, ausgeblendet werden.
Optional kann das Transformationsergebnis (transformierte Messergebnis) nach Anwendung eines Filters, wie eines Selektionsfilters bzw. Unterdrücken von Teilen rücktransformiert werden. Insbesondere kann ein räumlicher Verlauf durch Rücktransformation in einen zeitlichen oder frequenzabhängigen Verlauf des Messergebnisses gewandelt werden, der dann aufgrund der Unterdrückung von unerwünschten Anteilen ein korrigiertes Messergebnis darstellt.
Mit anderen Worten wird vorzugsweise der zeitliche Verlauf oder Frequenz-Verlauf des Messergebnisses in einen räumlichen Verlauf transformiert, von dem räumlichen Verlauf wird ein Bereich selektiert, indem benachbarte räumliche Bereiche unterdrückt werden, und anschließend wird der selektierte Bereich wieder in einen zeitlichen oder frequenzabhängigen Verlauf des Messergebnisses rücktransformiert (Time-Gating).
Somit kann vorzugsweise der Phasen- und Amplitudenverlauf des Messergebnisses, beschränkt auf den räumlichen Abschnitt, der das Messobjekt oder einen für die Messung relevanten Teil des Messobjekts enthält, erhalten werden. Mit anderen Worten kann vorzugsweise eine frequenz- und/oder zeitabhängige Analyse bzw. Auswertung des in diesem räumlichen Abschnitt reflektierten und/oder transmittier- ten Signals erfolgen. Dies ist besonders vorteilhaft, beispielsweise kann hierdurch eine Kompensation der frequenzabhängigen Eigenschaften der Antenne erfolgen, frequenzabhängige (Laufzeit-)Änderungen (z. B. frequenzabhängige Verläufe der Permittivität von Materialien) können beurteilt werden bzw. in die Messung mit einfließen, etc.
Das Berücksichtigen der frequenzabhängigen Phase, was insbesondere durch die Kalibrierung und/oder das Time Gating ermöglicht wird, erlaubt vorzugsweise eine deutlich präzisere Auswertung und die Kompensation frequenzspezifischer Fehler und Artefakte. Zudem kann auch auf schnelle Änderungen, insbesondere während eines Pulses bzw. einer Frequenzrampe, z. B. spontane Bewegungen die schneller sind als die Dauer eines Pulses bzw. einer Frequenzrampe, zurückgeschlossen werden.
Wenn zusätzlich die Korrektur durch Kompensation von Anteilen mittels der Kalibriergröße erfolgt, ist das Messergebnis also im Anschluss doppelt korrigiert, wobei sich die Korrekturverfahren synergistisch dadurch ergänzen, dass sie in unterschiedlichen räumlichen Bereichen, nämlich dem des Messaufbaus bzw. des Messbereichs wirken oder besonders effektiv sind.
Aus dem (gemessenen oder korrigierten) Messergebnis oder der hieraus bestimmenden Übertragungsfunktion bzw. den hieraus bestimmten Zweitorparametern wird vorzugsweise ein physikalischer Parameter des Messobjekts bestimmt. Insbesondere handelt es sich bei dem physikalischen Parameter um eine Abmessung des Messobjekts und/oder einen Materialparameter eines das Messobjekt zumindest teilweise bildenden Materials.
Mit anderen Worten wird vorzugsweise ein De-Embedding durchgeführt. Beim De- Embedding werden Daten in Form des Messergebnisses, die im Messaufbau gemessen wurden, von den Auswirkungen des Messaufbaus befreit, insbesondere so dass die Daten mit Hilfe von (Vektor-) Messungen bekannter Standards auf nützlichere Bezugsebenen bezogen werden können. Zum Beispiel kann eine Messung so de-embeddet werden, dass die Bezugsebenen Grenzflächen der Radar-Antennen, des Messbereichs oder des Messobjekts sind; diese Daten können zur Erstellung eines Modells der Messobjekts bzw. Messbereichs verwendet werden.
Alternativ oder zusätzlich wird ein Time-Gating durchgeführt. Time gating isoliert einen Teil eines Zeitdatensatzes (Messergebnis im Zeitbereich bzw. räumlichen Ver- lauf) für die weitere Betrachtung und Analyse. Time Gating wird insbesondere verwendet, um nichtstationäre Signale oder Teile stationärer Signale zu analysieren, z. B. Burst-Signale.
Bevorzugt werden De-Embedding und Time-Gating kombiniert. Besonders bevorzugt erfolgt nach dem De-Embedding das Time-Gating.
Ein physikalischer Parameter im Sinne der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise eine physikalische Eigenschaft des Messobjekts. Ganz besonders bevorzugt handelt es sich hierbei um eine Abmessung und/oder um einen Materialparameter. Beispielsweise kann der physikalische Parameter eine Schichtdicke und/oder eine Stoffeigenschaft wie eine (komplexe) Permittivität, Materialdichte, Mischungsverhältnis, Absorptionsverhalten, Polarisationsverhalten, Rauigkeit und/oder dergleichen sein oder aufweisen.
Der physikalische Parameter kann dadurch bestimmt werden, dass ein Abgleich mit einem vorbekannten Referenz-Messergebnis erfolgt, dass ein Abgleich mit einer vorbekannten Referenz-Übertragungsfunktion erfolgt und/oder dass durch eine Verarbeitung auf Basis einer Korrelation, einer künstlichen Intelligenz, eines Machine- Learning basierten Verfahrens und/oder eines Regressionsverfahrens, besonders bevorzugt eines neuronalen Netzes, der physikalische Parameter zugeordnet wird. Hierzu kann eine Abhängigkeit des physikalischen Parameters vom Messergebnis bzw. der Übertragungsfunktion im Vorfeld ermittelt werden oder ermittelt worden sein und dieser Zusammenhang kann als Basis für den Abgleich oder die Zuordnung verwendet werden, um auf Basis des Messergebnisses den physikalischen Parameter abzuleiten.
Eine Verarbeitung auf Basis einer Korrelation kann einerseits eine Korrelation im mathematischen Sinne sein, alternativ oder zusätzlich jedoch auch eine sonstige Zuordnung unter Berücksichtigung bzw. unter Verwendung der Eigenschaft, dass eine Korrelation vorliegt. So ist es beispielsweise möglich, aus dem Messergebnis, insbesondere der Übertragungsfunktion und/oder den Zweitorparametern, eines Messobjekts, bevorzugt unter Berücksichtigung von Erkenntnissen über Reflexions- und/oder Transmissionseigenschaften des Materials, aus dem das Messobjekt gebildet ist, Rückschlüsse auf die (komplexe) Permittivität bzw. Schichtdicken oder Abmessungen zu ziehen. Das (insbesondere korrigierte) Messergebnis oder die hieraus abgeleitete Übertragungsfunktion bzw. der hiermit bestimmte physikalische Parameter kann zur Steuerung einer Positionier- und/oder Produktionsanlage verwendet werden. Insbesondere kann mit dem zuvor korrigierten Messergebnis oder der hiermit ermittelten Übertragungsfunktion bzw. dem ermittelten physikalischen Parameter eine Steuergröße zum Steuern der Positionier- und/oder Produktionsanlage für das Messobjekt ermittelt werden.
Die Positionier- und/oder Produktionsanlage ist vorzugsweise zur kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Herstellung eines bevorzugt strangförmigen Produkts ausgebildet. Das Produkt kann sich in dem Messbereich befinden und entsprechend als Messobjekt fungieren. Ganz besonders bevorzugt bewegt sich das Produkt in dem Messbereich und wird im Sinne einer Inline-Messung bevorzugt kontinuierlich überwacht. Überwacht wird insbesondere letztendlich unmittelbar oder mittelbar der physikalische Parameter des Produkts. Bei Abweichung des physikalischen Parameters von einer Vorgabe kann die Steuergröße automatisch angepasst werden. Die Positionier- und/oder Produktionsanlage wird dann vorzugsweise auf Basis der Steuergröße gesteuert oder geregelt.
Das bevorzugt strangförmige Produkt kann den Messbereich kontinuierlich durchlaufen. Hierbei kann der physikalische Parameter oder die hierzu korrespondierende Übertragungsfunktion bzw. das hierzu korrespondierende Messergebnis für unterschiedliche Positionen des Produkts bestimmt werden und die Steuergröße kann derart nachgeführt werden, dass der physikalische Parameter, die Übertragungsfunktion und/oder das Messergebnis konstant gehalten, nachgeregelt oder auf einen Sollwert geregelt wird/werden.
Von dem sich in dem Messbereich befindlichen Messobjekt, insbesondere also Produkt, kann ein virtuelles Modell gebildet sein oder werden, vorzugsweise auf Basis des physikalischen Parameters, eines prognostizierten, insbesondere extrapolierten, physikalischen Parameters, des aktuellen, und/oder eines vorherigen physikalischen Parameters. Die Verwendung eines virtuellen Modells für das Messobjekt ermöglicht eine besonders genaue und effiziente Steuerung bzw. Regelung, insbesondere der Positionier- und/oder Produktionsanlage.
Vorzugsweise wird das virtuelle Modell, insbesondere als digitaler Zwilling" der physikalischen Eigenschaften der modelliert wird und der Zustand des beispielsweise in einem Datenspeicher vorgehaltenen Modells anhand des Messergebnisses aktualisiert.
Über eine Kenngröße für die (Güte der) Übereinstimmung bzw. Korrelation zwischen Messergebnis und Referenz kann der physikalische Parameter abgeleitet und/oder identifiziert werden und/oder die Kenngröße für die Güte der (Güte der) Übereinstimmung bzw. Korrelation des „digitaler Zwilling“ Modells und der Realität bestimmt werden.
Eine Regelung der Positionier- und/oder Produktionsanlage erfolgt vorzugsweise durch einen Zielwertvergleich des Messergebnisses, der daraus bestimmten Übertragungsfunktion, des aus dem Messergebnis oder der Übertragungsfunktion bestimmten Parameters und/oder auf Basis des virtuellen Modells.
Die Positionier- und/oder Produktionsanlage wird auf dieser Basis bzw. auf Basis der dadurch ermittelten Steuergröße vorzugsweise so gesteuert bzw. geregelt, dass sich eine vorgegebene bzw. vorgebbare physikalische Eigenschaft des Messobjekts bzw. Produkts einstellt.
Wenn es sich bei dem Produkt um ein zumindest im Wesentlichen kontinuierlich hergestelltes Teil, insbesondere einen Strang oder dergleichen handelt, kann das Messergebnis an unterschiedlichen Orten des Messobjekts oder zu unterschiedlichen Zeiten, vorzugsweise kontinuierlich über unterschiedliche Orte und/oder Zeiten ermittelt werden. Insbesondere handelt es sich also um eine Inline-Messung des Messergebnisses mit optionaler Auswertung durch Korrektur, Ermittlung der Übertragungsfunktion und/oder des physikalischen Parameters während eines laufenden Herstellungsprozesses.
Hierbei erfolgt die Messung, also Detektion der Komponenten, vorzugsweise an unterschiedlichen Positionen des sich in dem Messbereich bewegenden, das Messobjekt bildenden Produkts. Dies kann dadurch erreicht werden, dass das Produkt sich relativ zu dem Messaufbau bewegt. Der Messaufbau kann also Teil der Positionier- und/oder Produktionsanlage sein und die (Relativ-)Bewegung kann durch einen kontinuierlichen Herstellungsprozess für einen Strang, insbesondere durch ein Strangpress- oder Extrusionsverfahren oder dergleichen, erreicht werden oder bedingt sein. Ein weiterer, auch unabhängiger realisierbarer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein System, das zur Durchführung des vorschlagsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist. Das System weist hierzu eine Radar-Emitteranordnung zur Emission des Radar-Sendesignals in den Messbereich des Messaufbaus auf, in dem das Messobjekt angeordnet oder bewegbar ist. Ferner weist das System eine Radar-Detek- toranordnung zur Detektion sowohl der von dem Messobjekt transmittierten als auch der von dem Messobjekt reflektierten Komponenten des Radar-Sendesignals auf, die das Messergebnis bilden.
Das System weist vorzugsweise weiter eine Auswerteeinrichtung zur Ermittlung des korrigierten Messergebnisses auf, indem die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet ist, Anteile des detektierten Messergebnisses, die auf den Messaufbau ohne den Messbereich bzw. das Messobjekt zurückzuführen sind, zu kompensieren. Alternativ oder zusätzlich ist die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet, durch Transformation eines zeitlichen Verlaufs des detektierten oder korrigierten Messergebnisses und Ausblenden von Teilen des transformierten detektierten oder korrigierten Messergebnisses das Messergebnis zu korrigieren.
Ein weiterer, auch unabhängiger realisierbarer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Verwendung eines - vorzugsweise FMCW- oder pulsbasierten - Radar- Sendesignals zur Bestimmung einer bevorzugt komplexen Übertragungsfunktion aufweisend sowohl Betragsinformationen als auch Phaseninformationen und/oder Polarisationsinformationen eines Messobjekts. Hierbei ist es bevorzugt, dass auf Basis der Übertragungsfunktion auf eine physikalische Eigenschaft des Messobjekts zurückgeschlossen und/oder eine Produktionsanlage gesteuert wird.
Weitergehende Vorteile und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung.
Es zeigt:
Fig. 1 ein vorschlagsgemäßes System;
Fig. 2A eine vereinfachte schematische Darstellung einer Reflexionsmessung; Fig. 2B eine vereinfachte schematische Darstellung einer Einfach-Transmissionsmessung;
Fig. 2C eine vereinfachte schematische Darstellung einer Doppel-Transmissionsmessung;
Fig. 3 ein Diagramm, in dem die normierte Amplitude über der Zeit und dazu korrespondierenden Frequenz einer reflektierenden oder transmittie- renden Komponente des Radar-Sendesignals dargestellt;
Fig. 4 das transformierte Signal aus Fig. 5 in einem Diagramm, in dem die Amplitude über der Distanz aufgetragen ist;
Fig. 5 ein Diagramm, in dem Betrag und Phase einer Übertragungsfunktion über die Frequenz aufgetragen sind; und
Fig. 6 ein schematisches Blockschaltbild eines eine vorschlagsgemäße Radar-Emitteranordnung und eine vorschlagsgemäße Radar-Detektoran- ordnung aufweisenden Radar-Transceivers.
Im Folgenden werden dieselben Bezugszeichen für gleiche oder ähnliche Teile verwendet, wobei dieselben oder ähnliche Eigenschaften und Vorteile erreicht werden können, auch wenn von einer Wiederholung zur Vermeidung von Redundanz abgesehen wird. Ferner können die eingangs beschriebenen Aspekte mit den im Folgenden, im Zusammenhang mit bevorzugten Ausführungsbeispielen erläuterten Aspekte kombiniert werden und vorteilhaft sein, auch wenn dies nicht explizit erwähnt wird.
Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht eines vorschlagsgemäßen Systems 1 zur radarbasierten Messung. Das System 1 weist eine Radar-Emitteranordnung 2 zur Emission eines Radar-Sendesignals 3 in einen Messbereich 4 eines Messaufbaus 5 auf, in dem ein Messobjekt 6 angeordnet oder anordenbar ist.
Die Radar-Emitteranordnung 2 weist vorzugsweise mindestens einen Radar-Signalgenerator 7, eine Radar-Antenne 8 sowie eine Zuleitung 9 zur Kopplung des Radar- Signalgenerators 7 mit der Radar-Antenne 8 auf. Die Radar-Emitteranordnung 2 ist entsprechend dazu ausgebildet, das mit dem Radar-Signalgenerator 7 gebildete Radar-Sendesignal 3 über die Zuleitung 9 zu der Radar-Antenne 8 zu leiten, über die das Radar-Sendesignal 3 abgestrahlt wird. Das Radar-Sendesignal 3 ist in den Messbereich 4 gerichtet, so dass es das in dem Messbereich 4 befindliche Messobjekt 6 der Radar-Strahlung des Radar-Sendesignals 3 aussetzt.
Das Messobjekt 6 kann in dem Messbereich 4 bewegbar sein oder bewegt werden. Bei dem Messobjekt 6 handelt es sich besonders bevorzugt um ein Produkt oder Zwischenprodukt, dessen Herstellungsprozess durch das vorschlagsgemäße System 1 überwachbar ist.
Das vorschlagsgemäße System 1 weist vorzugsweise weiter eine Radar-Detektoran- ordnung 10 auf. Die Radar-Detektoranordnung 10 kann einen Radar-Empfänger 11 aufweisen. Dieser kann sich die Radar-Antenne 8 und/oder Zuleitung 9 mit der Radar-Emitteranordnung 2 teilen oder eine separate Radar-Antenne bzw. Zuleitung aufweisen. Der Radar-Empfänger 11 weist jedenfalls eine bzw. die Radar-Antenne 8 auf derselben Seite des Messbereichs 4 bzw. Messobjekts 6 auf, auf der auch die Radar-Antenne 8 angeordnet ist, über die die Radar-Emitteranordnung 2 das Radar- Sendesignal 3 emittiert.
Die Radar-Detektoranordnung 10 kann einen zweiten Radar-Empfänger 12 aufweisen. Dieser weist eine zweite Radar-Antenne 13 auf, die über eine zweite Zuleitung 14 mit dem zweiten Radar-Empfänger 12 gekoppelt ist. Die zweite Radar-Antenne 13 ist vorzugsweise auf einer der Radar-Antenne 8 der Radar-Emitteranordnung 2 abgewandten Seite des Messbereichs 4 bzw. Messobjekts 6 vorgesehen. Hierbei ist bevorzugt, dass der zweite Radar-Empfänger 12 über eine Synchronisationsverbindung 15 mit dem (Takt des) Radar-Empfänger(s) 11 synchronisiert oder synchronisierbar ist. Insbesondere ist vorgesehen, dass ein Oszillator des zweiten Radar- Empfängers 12 auf den Takt bzw. Schwingungen eines Oszillators des Radar-Empfängers 11 disziplinierbar ist oder diszipliniert ist. So kann ein empfangenes Signal mit dem Takt umgesetzt werden, der dem Radar-Sendesignal 3 entsprechen oder dazu korrespondieren kann.
Insbesondere sind Lokaloszillatorsignale von Mischern des jeweiligen Radar-Empfängers 11 , 12 zum Umsetzen der Radar-Empfangssignale derart miteinander synchronisiert bzw. synchronisierbar, dass diese dieselbe Frequenz und vorzugsweise dieselbe Phase bzw. eine starre Phasenbeziehung zueinander aufweisen. Alternativ oder zusätzlich zu dem zweiten Radar-Empfänger 12 mit seiner zweiten Radar-Antenne 13 und zweiten Zuleitung 14 kann ein Reflektor 16 vorgesehen sein. Der Reflektor 18 wirkt vorzugsweise für den gesamten oder einen Teil des Frequenzbereichs des Radar-Sendesignals transponierend. Der Reflektor 16 ist vorzugsweise dazu geeignet oder ausgebildet, das Radar-Sendesignal 3 oder Teile hiervon auf einer der Radar-Antenne 8 der Radar-Emitteranordnung 2 abgewandten Seite des Messbereichs 4 bzw. Messobjekts 6 zurück in Richtung der Radar-Antenne 8 des Radar-Empfängers 11 der Radar-Detektoranordnung 10 bzw. zurück zu dem Messbereich 4 bzw. Messobjekt 6 zu reflektieren.
Im Folgenden wird ergänzend auf die in Fig. 2A bis 2C dargestellten, vereinfachten schematischen Darstellungen Bezug genommen, und zwar auf Fig. 2A bezüglich der Reflexion des Radar-Sendesignals 3, auf Fig. 2B bezüglich der Transmission des Radar-Sendesignals 3 und auf Fig. 2C bezüglich der Doppel-Transmission des Radar-Sendesignals 3.
Das Radar-Sendesignal 3 wird in dem Messbereich 4 vorzugsweise am Messobjekt 6 teilweise reflektiert, wodurch eine reflektierte Komponente 17 des Radar-Sendesignals 3 resultiert, die vom Radar-Empfänger 11 detektiert werden kann.
Ein Anteil des Radar-Sendesignals 3, das den Messbereich 4 bzw. das Messobjekt 6 durchdringt, gelangt als transmittierte Komponente 18 des Radar-Sendesignals 3 entweder zu der zweiten Radar-Antenne 13 des zweiten Radar-Empfängers 12 und wird durch diesen detektiert (vgl. Fig. 2A) oder zu dem Reflektor 16, der die transmittierte Komponente 18 reflektiert, sodass sie den Messbereich 4 bzw. das Messobjekt 6 erneut durchläuft und letztendlich als doppelt-transmittierte Komponente 19 von dem Radar-Empfänger 11 detektiert werden kann (vgl. Fig. 2B).
Wenn der zweite Radar-Empfänger 12 statt des Reflektors 16 vorgesehen ist, können die reflektierte Komponente 17 und die transmittierte Komponente 18 durch die unterschiedlichen Radar-Empfänger 11 , 12 unabhängig voneinander detektiert werden. Wenn statt des zweiten Radar-Empfängers 12 der Reflektor 16 vorgesehen ist, überlagern sich am Radar-Empfänger 11 die reflektierte Komponente 17 und die doppelt-transmittierte Komponente 19 (vgl. Fig. 2C). Um die reflektierte Komponente 17 und die transmittierte Komponente 18 unabhängig voneinander zu detektieren, kann also gegebenenfalls der Reflektor 16 derart steuerbar sein, dass die doppelt-transmittierte Komponente 19 ermöglicht oder unterdrückt wird. Dies ermöglicht Rückschlüsse auf die reflektierte Komponente 17 ohne den Anteil der doppelt-transmittierten Komponente 19 und hierdurch die optionale Kompensation der reflektierten Komponente 17 im Empfangssignal des Radar- Empfängers 11 zur Ermittlung der doppelt-transmittierten Komponente 19, die der transmittierten Komponente 18 entspricht oder zu dieser korrespondiert, sodass im Sinne der vorliegenden Erfindung auch die Detektion der doppelt-transmittierten Komponente 19 als auch der transmittierten Komponente 18 gilt.
Um die reflektierte Komponente 17 separat zu detektieren, kann die Reflexion der transmittierten Komponente 18 unterbunden werden, beispielsweise durch Richtungsänderung der Reflexion und/oder Einsätze eines Absorbers 47, wie in Fig. 2A angedeutet.
Bezugnehmend auf Fig. 1 wird oder ist ein Messergebnis 20 gebildet, das die unabhängig voneinander detektierte reflektierte Komponente 17 und transmittierte Komponente 18, 19 repräsentiert.
Das Messergebnis kann grundsätzlich die jeweilige Komponente 17, 18, 19 des Radar-Sendesignals 3 unmittelbar repräsentieren, beispielsweise durch Amplituden- und Phasengänge entsprechender Empfangssignale oder dergleichen. Das Messergebnis 20 liegt jedoch besonders bevorzugt in einer verarbeiteten Form vor bzw. Empfangssignale werden entsprechend verarbeitet, insbesondere mit einer Auswerteeinrichtung 21 , sodass das Messergebnis 20 weiterhin sowohl die reflektierte Komponente 17 als auch die transmittierte Komponente 18, 19 repräsentiert. Hierzu kann das Messergebnis 20 ganz besonders bevorzugt als (komplexe) Übertragungsfunktion und/oder Zweitorparameter vorliegen oder hierin umgewandelt sein/werden.
Eine Möglichkeit, das Messergebnis 20 als Zweitorparameter, insbesondere Streuparameter darzustellen, liegt darin, die reflektierte Komponente 17 als reflektierte Welle bi in Bezug zu setzen zur eingehenden Welle ai in Form des bekannten Radar-Sendesignals 3 und hierdurch Sn zu berechnen. Ferner ist es möglich, die transmittierte Komponente 18, 19 als übertragene Welle b? zu interpretieren, diese ebenfalls zum Radar-Sendesignal 3 in Bezug zu setzen und hierdurch S21 zu bestimmen. Die (komplexe) Übertragungsfunktion lässt sich dann unter Berücksichtigung der durch das System 1 vorgegebenen und entsprechend bekannten Bezugs-Wellenwiderstände berechnen.
Das Radar-Sendesignal 3 weist vorzugsweise Frequenzrampen und/oder Pulse auf und umfasst daher vorzugsweise ein Spektrum bzw. einen Frequenzbereich. Dieser Frequenzbereich ist vorzugsweise auch als entsprechende Frequenzabhängigkeit in dem Messergebnis 20 repräsentiert. Das Messergebnis 20 weist also vorzugsweise eine Frequenzabhängigkeit auf bzw. umfasst Anteile der unterschiedlichen Frequenzen es Radar-Sendesignals 3, also insbesondere eine frequenzabhängige Übertragungsfunktion bzw. frequenzabhängige Zweitorparameter wie die soeben exemplarisch diskutierten Streuparameter. Alternativ oder zusätzlich weist das Messergebnis 20 Informationen bezüglich der Amplitude, Phase und/oder Polarisation der reflektierten Komponente 17 bzw. transmittierte Komponente 18, 19 auf. Diese Informationen können insbesondere in Form einer entsprechend komplexen Übertragungsfunktion bzw. komplexen Zweitorparametern vorliegen. Möglich sind jedoch auch andere Darstellungsweisen, insbesondere eine nach Betrag und Phase getrennte Übertragungsfunktion oder dergleichen.
Aus dem Messergebnis 20 wird vorzugsweise ein korrigiertes Messergebnis 22 ermittelt. Hierzu werden zwei unterschiedliche, jedoch in synergistischer Weise miteinander kombinierbare Maßnahmen vorgeschlagen.
In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung werden Anteile des Messergebnisses 20 kompensiert, die auf den Messaufbau 5 ohne den Messbereich 4 bzw. das Messobjekt 6 zurückzuführen sind. Das hierbei resultierende korrigierte Messergebnis 22 ist entsprechend genauer und zuverlässiger dadurch, dass die Einflüsse des Messaufbaus 5 kompensiert werden, während es ansonsten üblich ist, Einflüsse des Messaufbaus 5 nach Möglichkeit vor oder bei der Messung gering zu halten und mit dem resultierenden Fehler zu leben.
Alternativ oder zusätzlich wird in einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung das Messergebnis 20 transformiert, insbesondere mit einer Fourier-Transformation. Es handelt sich also um eine mathematische Transformation des Messergebnisses 20, die insbesondere als FFT- oder DFT-Implementiert sein kann. Daraufhin werden Teile des Transformationsergebnisses unterdrückt bzw. nicht-unterdrückte Teile werden selektiert. Vorzugsweise wird ein zeitlicher oder Frequenz-Verlauf des Messergebnisses 20 in einen räumlichen Verlauf transformiert und von dem räumlichen Verlauf wird ein räumlicher Bereich selektiert, indem benachbarte räumliche Bereiche unterdrückt werden. Grundsätzlich kann bereits das entsprechend gefilterte Transformationsergebnis das korrigierte Messergebnis 22 darstellen. Bevorzugt wird das gefilterte Transformationsergebnis jedoch rücktransformiert, sodass es insbesondere als (komplexe) Übertragungsfunktion und/oder Zweitorparameter vorliegt.
In Fig. 3 ist beispielhaft ein gemessenes Zeitsignal einer reflektierten oder transmit- tierten Komponente 17, 18, 19 über der Zeit bzw. Frequenz dargestellt. Das Zeitsignal 23 ist vorzugsweise auf Basis eines FMCW-Radar-Sendesignals 3, insbesondere einer Frequenzrampe eines solchen Signals, durch die Radar-Detektoranordnung 10 gemessen worden. Entsprechend des Rampenverlaufs korrespondiert die Zeitachse zur Frequenzachse über die Steigung der Frequenzrampe. Des Weiteren ist hier beispielhaft von dem Zeitsignal 23 eine normierte Amplitude graphisch dargestellt.
Das Zeitsignal 23, insbesondere der reflektierten Komponente 17 und/oder der trans- mittierten Komponente 18, 19, wird dann entsprechend durch eine Transformation, insbesondere Fourier-Transformation, in einen räumlichen Bereich transformiert, wie in Fig. 4 dargestellt. Das Transformationsergebnis 24 ist in diesem Beispiel über einer Distanz in Metern von der Radar-Antenne 8 aufgetragen. Entsprechend ist im Transformationsergebnis 24 gut zu erkennen, dass Anteile von unterschiedlichen räumlichen Bereichen des Messbereichs 4 bzw. Abständen ausgehend von der Radar-Antenne 8 stammen. In Fig. 4 dargestellt ist in diesem Zusammenhang beispielhaft die Amplitude des Transformationsergebnisses.
Zwecks Ermittlung des korrigierten Messergebnisses 22 wird das Transformationsergebnis 24 vorzugsweise mit einer Filterfunktion 25 gefiltert. Hierbei handelt es sich vorzugsweise um ein Filter, um einen bestimmten Bereich des Transformationsergebnisses 24 zu selektieren, indem benachbarte Bereich, insbesondere das Transformationsergebnis 24 im Übrigen, ausgeblendet bzw. unterdrückt wird/werden. Nach Anwendung der Filterfunktion 25 verbleibt von dem Transformationsergebnis 24 also vorzugsweise nur ein Bereich, um den ersten Peak bei 1 m im Darstellungsbeispiel, während die benachbarten Bereiche ausgenullt sind. Optional kann das gefilterte Transformationsergebnis 24 abermals transformiert, insbesondere rücktransformiert werden. In Fig. 5 dargestellt ist eine resultierende Übertragungsfunktion, die durch Ausblenden bestimmter Bereiche des Transformationsergebnisses 24 letztendlich die Eigenschaften des Messbereichs 4 bzw. Messobjekts 6 oder von Abschnitten hiervon repräsentiert. Dadurch, dass Anteile des Messergebnisses 20 eliminiert werden, die für eine spätere Auswertung nicht oder weniger von Interesse sind, resultiert also ein korrigiertes Messergebnis 22, hier beispielhaft in Form der Übertragungsfunktion.
In Fig. 5 dargestellt ist einerseits die Amplitude 26 und andererseits die Phase 27 der resultierenden Übertragungsfunktion über der Frequenz. Der sägezahnförmige Verlauf der die Phase 27 beschreibenden Kurve resultiert daraus, dass die Kurve bei Erreichen einer Phase von 360°, was 0° entspricht, bei 0° fortgesetzt wird.
In Fig. 5 sind die vorhandenen Variationen des Betrags / der Amplitude 26 und der Phase 27 nahezu linear dargestellt. Es sind in der Praxis jedoch vorzugsweise und/oder in Abhängigkeit vom Messobjekt 6 hiervon abweichende Verläufe mit signifikanteren Schwankungen bzw. nicht-lineare Verläufe von Betrag/Amplitude 26, Phase 27 und/oder Polarisation möglich.
Vorzugsweise werden für mindestens eine, bevorzugt beide oder jede, Komponente^) 17, 18 bzw. jeden Empfänger n , 12 die Amplitude 26, Phase 27, Polarisation und/oder Amplitude 26 bzw. Phase 27 je Polarisationsebene (als Verlauf über der Frequenz der für unterschiedliche Frequenzen des Radar-Sendesignals 3) de- tektiert und von dem Messergebnis 22 repräsentiert. Weiter werden vorzugsweise die vorgenannten Messergebnisse der Komponenten 17, 18 im Weiteren auch ausgewertet, korrigiert bzw. verwendet.
Die Kombination der beiden Verfahren zur Korrektur des Messergebnisses 20 ist auch aufgrund der Tatsache besonders vorteilhaft, dass sich die Kompensation von Anteilen des Messergebnisses 20, die auf den Messaufbau 5 zurückzuführen sind, eine Elimination von Fehlern außerhalb des Messbereichs 4 ermöglicht, während die Transformation und anschließende Filterung es ermöglicht, das Messergebnis 20 auf einen Abschnitt des Messbereichs 4 zu beschränken, also im Messbereich 4 auftretende Störungen oder Fehler zu unterdrücken. Gerade die Kombination dieser Maßnahmen führt also zu einem besonders genauen, aussagekräftigen, korrigierten Messergebnis 22. Die Kompensation von Anteilen des Messergebnisses 20, die auf den Messaufbau 5 ohne den Messbereich 4 bzw. das Messobjekt 6 zurückzuführen sind, kann mittels einer Kalibriergröße 28 erfolgen. Hierzu kann das Messergebnis 20 mit der Kalibriergröße 28 verarbeitet werden, um die Anteile des Messergebnisses 20, die durch den Messaufbau 5 außerhalb des Messbereichs 4 hervorgerufen werden, zu kompensieren.
Vorzugsweise repräsentiert die Kalibriergröße 28 eine Übertragungsfunktion, Zweitorparameter oder eine entsprechende Information des Messaufbaus 5 ohne den Messbereich 4. Die Kalibriergröße 28 liegt vorzugsweise in einer Form vor, die der Form des Messergebnisses 20 entspricht und/oder eine Korrektur des Messergebnisses 20 durch Verrechnen ermöglicht, beispielsweise als Übertragungsfunktion oder (Streu-)Matrix.
Die Kalibriergröße 28 kann Einflüsse beschreiben, die durch die Radar-Emitteranordnung 2 und die Radar-Detektoranordnung 10 hervorgerufen werden. Störgrößen, die also beispielsweise durch den Radar-Signalgenerator 7, die Radar-Antenne 8 und/oder die Zuleitung 9 senderseitig und im Bereich des Radar-Empfängers 11 und optional im Bereich des zweiten Radar-Empfängers 12, der zweiten Radar-Antenne 13 und der zweiten Zuleitung 14 verursacht werden, haben also vorzugsweise Niederschlag in der Kalibriergröße 28, sodass eine Verarbeitung des Messergebnisses 20 mit der Kalibriergröße 28 zu der beschriebenen Kompensation führt. Die Kompensation muss hierbei nicht vollständig sein, sondern es kann sich auch um eine Teil-Kompensation entsprechender Anteile handeln, zumal parasitäre Effekte und Unsicherheiten bei der Kalibriergröße 28 stets dazu führen, dass eine Kompensation nie vollkommen vollständig sein kann. Bevorzugt ist sie jedoch überwiegend.
Zur Bestimmung der Kalibriergröße 28 werden vorzugsweise Kalibriermessungen mit dem System 1 vorgenommen. Hierzu werden Messergebnisse 20 unter unterschiedlichen bekannten Bedingungen, also Eigenschaften des Messbereichs 4, bestimmt.
So kann der Messbereich 4 leer sein, einen Absorber 47 oder eine Umlenkung für das Radar-Sendesignal 3 aufweisen, sodass sowohl die reflektierte Komponente 17 als auch die transmittierte Komponente 18, 19 eliminiert wird und das Messergebnis 20 lediglich Effekte des Messaufbaus 5 ohne den Messbereich 4 repräsentiert. Alternativ oder zusätzlich wird mindestens eine Reflexionsmessung durchgeführt, bei der an einer vorbestimmten oder bekannten Position im Messbereich 4 ein Reflektor das Radar-Sendesignal 3 zumindest im Wesentlichen reflektiert, sodass es zumindest annähernd vollständig den Radar-Empfänger 11 erreicht.
Eine weitere Kalibrier-Messung kann in Form einer Transmissionsmessung durchgeführt werden, die im Fall, in dem der zweite Radar-Empfänger 12 mit seiner Zuleitung 14 und Antenne 13 vorgesehen ist, schlicht bei leerem Messbereich 4 durchgeführt werden kann. Wenn die doppelt-transmittierte Komponente 19 durch den Radar-Empfänger 11 gemessen wird, kann die Transmissionsmessung mit dem Reflektor 16 vorgenommen werden.
Alternativ oder zusätzlich können ein oder mehrere Kalibrier-Messungen mit Referenz-Messobjekten 6 im Messbereich 4 durchgeführt werden, von denen die Reflexions- und Transmissionseigenschaften bekannt sind. Insbesondere können Laufzeitveränderungen durch eine Positionsänderung eines im Messbereich 4 eingesetzten oder des für die Doppel-Transmissionsmessung vorgesehenen Reflektors 16 für Kalibrier-Messungen vorgesehen sein bzw. verwendet werden und/oder ein dielektrisches Messobjekt 6 bekannter Eigenschaften verkürzt oder verlängert die Laufzeit für elektromagnetische Wellen im Messbereich 4 in bekanntem Umfang.
Die Kalibrier-Messungen können im Anschluss dazu verwendet werden, die Kalibriergröße 28 zu bestimmen.
Insbesondere kann die Bestimmung der Kalibriergröße 28 auf Basis von Zweitorparametern dadurch erfolgen, dass bestimmte der reflektierten Komponente 17, der transmittierten Komponente 18 und/oder der doppelt-transmittierten Komponente 19 eliminiert oder durch ein geeignetes Referenz-Messobjekt 6 auf einen vorbekannten Wert oder ein vorbekanntes Verhältnis gebracht werden und auf Basis der vorbekannten Informationen können dann Rückschlüsse auf die Eigenschaften des Messaufbaus 5 gezogen werden, die durch die Kalibriergröße 28 beschrieben werden.
Bei der Kalibriergröße 28 kann es sich beispielsweise um Zweitorparameter, insbesondere Streu-, Transmissions- und/oder Kettenparameter, handeln. Beispielsweise kann die Kalibriergröße 28 eine Zweitormatrix wie Streumatrix oder Kettenmatrix für die Radar-Emitteranordnung 2 und die Radar-Detektoranordnung 10 aufweisen und durch entsprechende Matrixoperationen können dann von dem ebenfalls in einer Zweitormatrix, insbesondere Streumatrix oder Kettenmatrix, vorliegenden Messergebnis 20 die durch die Kalibriergröße 28 beschriebenen Fehler eliminiert werden.
Die Korrektur des Messergebnisses 20 bzw. Bildung des korrigierten Messergebnisses 22 kann durch die Auswerteeinrichtung 21 unter Verwendung der Kalibriergröße 28 erfolgen, wie in Fig. 1 angedeutet.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird auf Basis des Messergebnisses 20, besonders bevorzugt auf Basis des korrigierten Messergebnisses 22, ein physikalischer Parameter 29 bestimmt. Ganz besonders bevorzugt handelt es sich hierbei um einen geometrischen oder Material-Parameter des Messobjekts 6. Beispielsweise handelt es sich um eine Materialeigenschaft wie eine Permittivität und/ oder um eine geometrische Eigenschaft wie eine Schichtdicke oder Wandstärke.
Der physikalische Parameter 29 kann dadurch ermittelt werden, dass das bevorzugt korrigierte Messergebnis 20, 22 verglichen oder unter Berücksichtigung einer Korrelation mit einer vorbekannten Referenz oder einem bekannten physikalischen Zusammenhang untersucht wird und der physikalische Parameter 29 hierdurch auf Basis des, bevorzugt korrigierten, Messergebnisses 20, 22 bestimmt oder zugeordnet wird.
Dies kann durch Abgleich mit einem vorbekannten Referenz-Messergebnis erfolgen, zu dem ein physikalischer Parameter bekannt ist. Alternativ oder zusätzlich kann eine Verarbeitung des Messergebnisses 20, 22 auf Basis einer Korrelation erfolgen, unter Verwendung einer künstlichen Intelligenz (Kl), beispielsweise eines Machine- Learning-basierten Verfahrens, unter Verwendung eines neuronalen Netzes, durch Anwendung eines Regressionsverfahrens oder dergleichen.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Steuerung oder Regelung einer Positionier- und/oder Produktionsanlage 30 auf Basis des Messergebnisses 20, 22, vorzugsweise unter Verwendung des physikalischen Parameters 29. Hierzu kann mit dem Messergebnis 20, 22 oder dem physikalischen Parameter 29 insbesondere durch eine Vergleichseinrichtung 31 eine Steuergröße 32 bestimmt werden, mit der die Positionier- und/oder Produktionsanlage 30 gesteuert werden kann. Im Darstellungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist die Positionier- und/oder Produktionsanlage 30 als Extruder zur Extrusion eines Produkts als Messobjekt 6 dargestellt. Bei der Positionier- und/oder Produktionsanlage 30 kann es sich jedoch auch um eine sonstige industrielle Anlage handeln, bei der ein Produkt hergestellt und/oder positioniert wird.
Mit dem vorschlagsgemäßen System 1 wird vorzugsweise das Produkt als Messobjekt 6 hinsichtlich des physikalischen Parameters 29 überwacht und die Steuergröße 32 wird automatisch so ermittelt oder prognostiziert, dass die Positionier- und/oder Produktionsanlage 30 mit der Steuergröße 32 eingestellt wird oder einstellbar ist, sodass der physikalische Parameter 29 einem Sollwert entspricht. Im Fall einer Positionieranlage 30 kann eine Position vorgegeben sein und der physikalische Parameter 29 eine Position darstellen, während der physikalische Parameter 29 besonders bevorzugt hingegen eine Materialeigenschaft und/oder Abmessung des Messobjekts 6 ist oder hierzu korrespondiert.
In einem weiteren, auch unabhängig realisierbaren Aspekt der vorliegenden Erfindung erfolgt die Ermittlung der Steuergröße 32 durch das Messergebnis 20, 22, bevorzugt unter Bestimmung des physikalischen Parameters 29, mittels eines virtuellen Modells 33 des Messobjekts 6.
Das virtuelle Modell 33 kann beispielsweise Materialien und/oder Geometrien des Messobjekts 6 repräsentieren. Das virtuelle Modell 33 kann der Ermittlung der Steuergröße 32 dadurch zugrunde gelegt werden, dass mit dem Messergebnis 20, 22 bzw. physikalischen Parameter 29 das virtuelle Modell 33 erzeugt oder angepasst wird, sodass es das Messobjekt 6 repräsentiert. Alternativ oder zusätzlich kann ein virtuelles Modell 33 eines vorgegebenen Messobjekts 6 bzw. Produkts dazu verwendet werden, einen Vergleichswert für die Ermittlung der Steuergröße 32 zu erzeugen. Insbesondere kann mit dem virtuellen Modell 33 ein Sollwert, insbesondere ein Sollwert für den physikalischen Parameter 29 und/oder das Messergebnis 20, 22 bestimmt, berechnet, insbesondere simuliert werden.
Das virtuelle Modell 33 kann als analytisches Modell mit den physikalischen Parametern 29 als Eingangsgrößen und dem Messergebnis 20, insbesondere in Form der bevorzugt komplexen Übertragungsfunktion, als Ausgangsgröße modelliert werden. Alternativ oder zusätzlich kann das virtuelle Modell 33 durch Simulation erzeugt werden, indem ein modellierter physikalischer Parameter und/oder ein modelliertes Messergebnis oder hierzu korrespondierender Modellparameter 34 simuliert wird, wobei der Modellparameter 34 vorzugsweise zu dem physikalischen Parameter 29 oder dem Messergebnis 20, 22 korrespondiert.
Das virtuelle Modell 33 kann ganz oder teilweise das Messobjekt 6 nachbilden. In diesem Fall, in dem das virtuelle Modell 33 das Messobjekt 6, vorzugsweise auf Basis des Messergebisses 20, 22 bzw. physikalischen Parameters 29, repräsentiert, kann mittels des virtuellen Modells 33 die Steuergröße 32 durch einen Vergleich der von Eigenschaften des virtuellen Modells 33 wie einer Schichtdicke, Wandstärke oder eines sonstigen physikalischen Parameters 29 des virtuellen Modells 33, insbesondere mit einem Sollwert, die Steuergröße 32 ermittelt werden.
In einem konkreten Beispiel wird die Steuergröße 32 dadurch bestimmt, dass das Messergebnis 20, 22 in Form einer Übertragungsfunktion verglichen wird mit einer bekannten oder berechneten Übertragungsfunktion eines Objekts oder virtuellen Modells 33, dessen physikalische Eigenschaften bekannt sind und entsprechend durch den Vergleich zugeordnet werden können.
Das virtuelle Modell 33 kann durch Vergleich mit dem Messergebnis 20, 22 und/oder dem physikalischen Parameter 29, insbesondere mittels der Vergleichseinrichtung 31 , verglichen werden. Das Ergebnis dieses Vergleichs kann durch eine Anpassungseinrichtung 35 dazu verwendet werden, das virtuelle Modell 33 (dynamisch) derart anzupassen, dass es dem Messobjekt 6 entspricht.
Aus dem (angepassten) virtuellen Modell 33 wiederum kann die Steuergröße 32 zur Steuerung der Positionier- und/oder Produktionsanlage 30 abgeleitet werden. Hierzu kann beispielsweise ein aus dem virtuellen Modell 33 abgeleiteter physikalischer oder sonstiger Modellparameter 34 durch die Vergleichseinrichtung 31 verglichen werden mit dem aus dem Messergebnis 20, 22 ermittelten physikalischen Parameter 29 und auf dieser Basis kann die Steuergröße 32 bestimmt werden. Diese wird dann vorzugsweise zur Steuerung der Positionier- und/oder Produktionsanlage 30 verwendet. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuergröße 32 unmittelbar aus dem virtuellen Modell 33 abgeleitet werden. Dies kann insbesondere nach Anpassung des virtuellem Modells 33 mittels der Anpassungseinrichtung 35 durch eine Steuereinrichtung 36 erfolgen.
Die Steuereinrichtung 36 kann basierend auf dem virtuellen Modell 33 die Steuergröße 32 ableiten, die wiederum zur Steuerung bzw. Regelung der Positionier- und/oder Produktionsanlage 30 Verwendung findet.
Die Positionier- und/oder Produktionsanlage 30 wird vorzugsweise mit der Steuergröße 28 derart gesteuert bzw. geregelt, dass sich eine vorgegebene oder vorgebbare physikalische Eigenschaft 29 des als Messobjekts 6 fungierenden Produkts einstellt.
Hierzu kann mit dem System 1 eine sogenannte Inline-Messung erfolgen, also eine Bestimmung des Messergebnisses 20, 22 bzw. des physikalischen Parameters 29, des auf dieser Basis angepassten virtuellen Modells 33 und/oder der hieraus abgeleiteten Steuergröße 32 von einem Messobjekt 6, das ein Produkt im laufenden Herstellungsprozess darstellt.
Beispielsweise kann die in Fig. 1 als Extrusionsanlage ausgebildete Positionier- und/oder Produktionsanlage 30 mittels des vorschlagsgemäßen Systems 1 überwacht werden, indem der physikalische Parameter 29 des als Messobjekts 6 fungierenden Produkts mehrfach oder kontinuierlich bestimmt wird und auf Basis des hieraus bestimmten Messergebnisses 20, 22 kann die Positionier- und/oder Produktionsanlage 30, hier also die Extrusionsanlage, so gesteuert werden, dass sich der physikalische Parameter 29 wie gewünscht einstellt, beispielsweise eine bestimmte, vorgegebene Rohr- und/oder Profilgeometrie.
Die vorliegende Erfindung erlaubt im Ergebnis die Steuerung der Positionier- und/ oder Produktionsanlage 30. Hierbei wird das Messobjekt 6 mittels Messstrahlung in Form des Radar-Sendesignals 3 im GHz- oder THz-Bereich durch einen abtastenden Radarsensor aufweisend die Radar-Emitteranordnung 2 und die Radar-Detek- toranordnung 10 untersucht. Die reflektierte Komponente 17 und/oder die transmittierte Komponente 18, 19 des Radar-Sendesignals 3 werden detektiert, wobei die Detektion vorzugsweise an unterschiedlichen Orten des Messobjekts 6 und/oder zu unterschiedlichen Zeiten erfolgt.
Weiter ist bevorzugt, dass die auf das Messobjekt 6 zurückzuführenden Teile der reflektierten Komponente 17 und transmittierten Komponente 18, 19 bzw. hieraus ermittelte Größen separiert werden.
Unter Berücksichtigung des Ergebnisses oder Abgleich des Ergebnisses mit Referenzdaten kann auf eine physikalische Eigenschaft des Messobjekts 6 geschlossen werden und auf Grundlage dessen kann die Positionier- und/oder Produktionsanlage 30 gesteuert, insbesondere geregelt werden.
Alternativ oder zusätzlich kann eine Produktionsqualität beurteilt oder sichergestellt werden. Die Steuerung der Positionier- und/oder Produktionsanlage 30 ist also nicht zwingend vorgesehen, da alternativ jedenfalls eine Qualitätssicherung auf Basis der zuvor erläuterten Verfahrensaspekte erfolgen kann.
Grundsätzlich kann auch die Steuerung bzw. Regelung einer Positionierfunktion der Positionier- und/oder Produktionsanlage 30 erfolgen. Hierzu kann aus dem Messergebnis 20, 22 eine Position, Lage, Ausrichtung oder dergleichen des Messobjekts 6 bestimmt und durch Abstandsverringerung einem Zielwert angenähert werden.
Neben einer Schichtdickenmessung eignet sich die vorliegende Erfindung auch für die Überwachung von Strömungsgeschwindigkeiten und/oder zur (komplexen) Per- mittivitätsmessung im Radarstrahl zur Durchflussmessung.
Fig. 6 zeigt ein schematisches Blockschaltbild mit dem Radar-Signalgenerator 7 und dem Radar-Empfänger 11.
Der Radar-Signalgenerator 7 weist vorzugsweise einen Oszillator 37 auf. Der Oszillator 37 kann über einen Phasenregelkreis mittels eines Referenzoszillators 38 stabilisiert werden. Der Phasenregelkreis weist vorliegend einen Teiler 39 auf, der das Ausgangssignal des Oszillators 37, vorliegend das Radar-Sendesignal 3, teilt und an einen Phasen-Frequenz-Diskriminator 40 weiterleitet, der das geteilte Radar-Sendesignal 3 mit dem Referenzsignal des Referenzoszillators 38 vergleicht. Eine durch den Phasen-Frequenz-Diskriminator 40 erzeugte Oszillator-Steuergröße wird durch ein Schleifenfilter gefiltert zur Steuerung des Oszillators 37 verwendet. Der Oszillator 37 ist vorliegend ein spannungsgesteuerter Oszillator, kann grundsätzlich jedoch auch ein auf andere Weise gesteuerter Oszillator sein.
Das Radar-Sendesignal 3 wird vorzugsweise über die Zuleitung 9 zu der Radar-Antenne 8 geleitet und über diese in den Messbereich 4 abgestrahlt.
In einer Distanz r kann sich in dem Messbereich 4 das Messobjekt 6 befinden, was Teile des Radar-Sendesignals 3 reflektiert und so die reflektierte Komponente 17 bildet, die wiederum im vorliegenden Ausführungsbeispiel erneut durch die Radar- Antenne 8 empfangen und dem Radar-Empfänger 11 zugeleitet wird. Der Radar- Empfänger 11 kann jedoch auch andere Komponenten des Radar-Sendesignals 3 empfangen und/oder eine separate Antenne/Zuleitung aufweisen.
Teilt sich der Radar-Empfänger 11 , wie im Darstellungsbeispiel, die Antenne 8 mit dem Radar-Sendesignal 3, kann ein Richtkoppler 42 das durch die Radar-Antenne 8 empfangene Radar-Sendesignal 3 auskoppeln und zum Radar-Empfänger 11 leiten.
Der Radar-Empfänger 11 weist vorzugsweise einen Mischer 43 auf, der, besonders bevorzugt mit dem Radar-Sendesignal 3 als Lokaloszillatorsignal, das Radar-Empfangssignal mischt. Im Anschluss kann es optional durch einen Filter 44 gefiltert und/oder durch einen Analog-Digital-Konverter 45 in ein digitales Signal gewandelt weiterverarbeitet werden.
Die Weiterverarbeitung kann durch eine Steuereinrichtung 46 erfolgen, die die Auswerteeinrichtung 21 aufweisen oder mit dieser gekoppelt sein kann. Alternativ oder zusätzlich kann der Radar-Signalgenerator 7 mit der Steuereinrichtung 46 gesteuert werden, um das Radar-Sendesignal 3 zu erzeugen. Insbesondere steuert die Steuereinrichtung 46 den Teiler 39 so, dass der Oszillator 37 im Ergebnis Frequenzrampen oder Pulse als FMCW- oder Pulsradar-Signal generiert.
Unterschiedliche Aspekte der vorliegenden Erfindung können auch einzeln oder in unterschiedlichen Kombinationen realisiert und vorteilhaft sein. Bezugszeichenliste:
1 System
2 Radar-Emitteranordnung
3 Radar-Sendesignal
4 Messbereich
5 Messaufbau
6 Messobjekt
7 Radar-Signalgenerator
8 erste Radar-Antenne
9 erste Zuleitung
10 Radar-Detektoranordnung
11 erster Radar-Empfänger
12 zweiter Radar-Empfänger
13 zweite Radar-Antenne
14 zweite Zuleitung
15 Synchronisationsverbindung
16 Reflektor
17 reflektierte Komponente
18 transmittierte Komponente
19 doppelt-transmittierte Komponente
20 Messergebnis
21 Auswerteeinrichtung
22 korrigiertes Messergebnis
23 Zeitsignal
24 Transformationsergebnis
25 Filterfunktion
26 Amplitude der Übertragungsfunktion
27 Phase der Übertragungsfunktion
28 Kalibriergröße
29 physikalischer Parameter
30 Positionier- und/oder Produktionsanlage
31 Vergleichseinrichtung
32 Steuergröße
33 virtuelles Modell
34 Modellparameter
35 Anpassungseinrichtung 36 Steuereinrichtung
37 Oszillator
38 Referenzoszillator
39 Teiler 40 PFD
41 Schleifenfilter
42 Richtkoppler
43 Mischer
44 Filter 45 ADC
46 Steuereinrichtung
47 Absorber r Distanz

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zur radarbasierten Messung aufweisend:
Emission eines - vorzugsweise FMCW- oder pulsbasierten - Radar-Sendesignals (3) in einen Messbereich (4) eines Messaufbaus (5), in dem das Messobjekt (6) anordenbar oder angeordnet ist, und
Detektion sowohl mindestens einer von dem Messobjekt (6) reflektierten Komponente (17) des Radar-Sendesignals (3) als auch mindestens einer von dem Messobjekt (6) transmittierten Komponente (18) des Radar-Sendesignals (3) unabhängig voneinander als Radar-Empfangssignale, aus denen ein Messergebnis (20) gebildet wird, das die Radar-Empfangssignale repräsentiert.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Messergebnis (20) ein korrigiertes Messergebnis (22) ermittelt wird durch:
Kompensieren von Anteilen des Messergebnisses (20), die auf den Messaufbau (5) ohne den Messbereich (4) zurückzuführen sind; und/oder
Transformieren, insbesondere Fouriertransformation, des Messergebnisses (20) und anschließendes Unterdrücken von Teilen des Transformationsergebnisses (24), vorzugsweise wobei ein zeitlicher oder Frequenz-Verlauf des Messergebnisses (20, 22) in einen räumlichen Verlauf transformiert und von dem räumlichen Verlauf ein räumlicher Bereich selektiert wird, indem benachbarte räumliche Bereiche unterdrückt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Messergebnis mit einer Kalibriergröße (28) verarbeitet wird, um die Anteile des Messergebnisses (20, 22), die durch den Messaufbau (5) außerhalb des Messbereichs (4) hervorgerufen werden, zu kompensieren, vorzugsweise wobei die Kalibriergröße eine Übertragungsfunktion oder Zweitorparameter des Messaufbaus (5) ohne den Messbereich (4) repräsentiert.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibriergröße (28) dadurch bestimmt wird oder ist, dass mindestens zwei, vorzugsweise mindestens drei, Kalibrier-Messungen mit dem Messaufbau (5) bei unterschiedlichen, jeweils bekannten Eigenschaften des Messbereichs (4) durchgeführt werden und die Kalibriergröße (28) mit den ermittelten Messergebnissen (20, 22) auf Basis der bekannten Eigenschaften bestimmt wird oder ist, vorzugsweise wobei die Kalibrier-Messungen
(a) eine Reflexionsmessung aufweisen, bei der das Messergebnis (20, 22) bei im Messbereich (4), vorzugsweise an einer bekannten Position, angeordnetem, vorzugsweise zumindest im Wesentlichen vollständig, reflektierender Referenz-Messobjekt (6) bekannter Eigenschaften als erstes Referenz-Messobjekt (6) bestimmt wird, und/oder
(b) eine Transmissionsmessung aufweisen, bei der das Messergebnis (20, 22) bei leerem Messbereich (4) oder bei im Messbereich (4) angeordnetem, vom ersten Referenz-Messobjekt (6) abweichendem und für das Radar-Sendesignal (3) durchlässigem zweitem Referenz-Messobjekt (6) bestimmt wird. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Messergebnis (20, 22) eine Übertragungsfunktion und/oder Zweitorparameter des Messobjekts (6) ist oder diese aus den Radar-Empfangssignalen bestimmt, vorzugweise berechnet, wird/werden - bevorzugt eine komplexe Übertragungsfunktion und/oder Zweitorparameter aufweisend sowohl Betragsübertragungsinformationen als auch Phasenübertragungsinformationen und/oder Polarisationsübertragungsinformationen. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Messergebnis (20, 22) ein physikalischer Parameter (29), insbesondere eine Abmessung und/oder ein Materialparameter, des Messobjekts (6) bestimmt wird. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der physikalische Parameter (29) dadurch bestimmt wird, dass der physikalische Parameter (29) durch einen Abgleich mit einem vorbekannten Referenz-Messergebnis und/ oder durch eine Verarbeitung auf Basis einer Korrelation, einer künstlichen Intelligenz, eines Machine Learning basierten Verfahrens, besonders bevorzugt eines neuronalen Netzes, und/oder eines Regressionsverfahrens bestimmt oder zugeordnet wird. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem bevorzugt korrigierten Messergebnis (22), insbesondere der Übertragungsfunktion oder den Zweitorparametern, und/oder dem ermittelten physikalischen Parameter (29) eine Steuergröße (32) zum Steuern einer Positionier- und/oder Produktionsanlage (30) für das Messobjekt (6) ermittelt wird, vorzugsweise wobei die Positionier- und/oder Produktionsanlage (30) zur kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Herstellung eines bevorzugt strangförmigen Produkts, das als sich in dem Messbereich (4) bevorzugt bewegendes Messobjekt (6) fungiert, auf Basis der Steuergröße (32) gesteuert oder geregelt wird. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass von dem sich in dem Messbereich (4) befindlichen Messobjekt (6) ein virtuelles Modell (33) gebildet wird oder ist, vorzugsweise auf Basis des aktuellen, vorherigen und/oder prognostizierten, insbesondere extrapolierten, physikalischen Parameters (29), vorzugsweise wobei das virtuelle Modell (33) auf Basis eines Korrelationsgrads des virtuellen Modells (33) mit dem Messergebnis (20, 22) oder dem physikalischen Parameter (29) verifiziert und/oder dessen Modellparameter (34) optimiert wird und/oder wobei die Steuergröße (32) von dem virtuellen Modell (33) abgeleitet wird oder ist. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass durch einen Zielwertvergleich des Messergebnisses (20, 22), insbesondere der Übertragungsfunktion und/oder der Zweitorparameter, und/oder des physikalischen Parameters (29) des Messobjekts (6) eine Regelung der Positionier- und/oder Produktionsanlage (30) erfolgt. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ermittlung des Messergebnisses (20, 22) an unterschiedlichen Orten des Messobjekts (6) oder zu unterschiedlichen Zeiten, vorzugsweise kontinuierlich über unterschiedliche Orte und/oder die Zeit, erfolgt. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Positionier- und/oder Produktionsanlage (30) auf Basis des Messergebnisses (20, 22), des physikalischen Parameters (29) und/oder der hiermit ermittelten Steuergröße (32) so gesteuert bzw. geregelt wird, dass sich eine vorgegebene oder vorgebbare physikalische Eigenschaft des als Messobjekt (6) fungierenden Produkts einstellt. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Messobjekt (6) ein kontinuierlich hergestelltes Produkt ist und das Messergebnis (20, 22) durch Inline-Messung während des laufenden Herstellungsprozesses des als Messobjekt (6) fungierenden Produkts an unterschiedlichen Positionen des sich in dem Messbereich (4) bewegenden, das Messobjekt (6) bildenden Produkts erfolgt. System (1) zur radarbasierten Messung nach einem der voranstehenden Ansprüche, aufweisend: eine Radar-Emitteranordnung (2) zur Emission eines Radar-Sendesignals (3) in einen Messbereich (4) eines Messaufbaus (5), in dem ein Messobjekt (6), bevorzugt bewegbar, angeordnet oder anordenbar ist, und eine Radar-Detektoranordnung (10) zur Detektion sowohl von dem Messobjekt (6) transmittierter Komponenten (18, 19) als auch von dem Messobjekt (6) reflektierter Komponenten (17) des Radar-Sendesignals (3), und zur Bildung eines Messergebnisses (20, 22), das sowohl die transmittierte Komponente (18, 19) als auch die reflektierte Komponente (18, 19) des Radar-Sendesignals (3) repräsentiert, und, vorzugsweise, eine Auswerteeinrichtung (21 ) zur Korrektur des Messergebnisses (20, 22) durch kompensieren von Anteilen des detektierten Messergebnisses (20, 22), die auf den Messaufbau (5) ohne den Messbereich (4) zurückzuführen sind; und/oder durch transformieren eines zeitlichen Verlaufs des Messergebnisses (20, 22) und Ausblenden von Teilen des Transformationsergebnisses (24). Verwendung eines - vorzugsweise FMCW- oder pulsbasierten - Radar-Sendesignals (3) zur Bestimmung einer bevorzugt komplexen Übertragungsfunktion oder von bevorzugt komplexen Zweitorparametern, aufweisend sowohl Betragsübertragungsinformationen als auch Phasenübertragungsinformationen eines Messobjekts (6), vorzugsweise wobei auf Basis der Übertragungsfunktion oder der Zweitorparameter auf eine physikalische Eigenschaft des Messobjekts (6) zurückgeschlossen wird.
PCT/EP2022/074478 2021-09-03 2022-09-02 Verfahren, system und verwendung zur radarbasierten messung WO2023031413A1 (de)

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