[發(fā)明專利]接近度傳感器和用于測量與物體的距離的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380074940.9
• 申請日: 2013-07-01
• 公開（公告）號: CN105051567B
• 公開（公告）日: 2018-03-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 索林·費(fèi)里斯安;馬克·埃貝赫
• 申請（專利權(quán)）人: 巴魯夫公司
• 主分類號: G01S13/32
• 分類號: G01S13/32;G01S13/36
• 代理公司: 北京律誠同業(yè)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11006
• 代理人: 徐金國,吳啟超

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求所述類型的接近度傳感器和測量與物體的距離的方法。

背景技術(shù)

柱形距離測量設(shè)備描述于專利說明書EP 1 000 314 B1中，其是基于確定空腔共振器的共振頻率。共振器由共振器外殼和要檢測的物體形成。因此，實(shí)際的共振器長度主要是由共振器外殼的長度以及與物體的距離組成。如果超過要檢測的物體的最小尺寸，共振頻率與共振器的長度直接相關(guān)，從而可推斷出物體距離。共振器長度與共振頻率之間確切的相關(guān)性是取決于當(dāng)前的場分布，因此是取決于使用的波導(dǎo)波模式。在此，波導(dǎo)填充的電容率作為設(shè)計(jì)中的決定因素得到。如果此值增加，在一方面，共振器的結(jié)構(gòu)長度以及所需的橫截面減少，但在另一方面，距離測量設(shè)備范圍也隨著增加的電容率而減少。

在所描述的概念的情況下，金屬化電介質(zhì)提供作為共振器的后壁，評估電子器件位于所述后壁上的外側(cè)。共平面槽耦合或微波帶狀線被提出來將電子器件耦合至共振器。如果例如出于熱退耦的原因，評估電子器件與共振器脫離組裝狀態(tài)，那么借助微波帶狀線進(jìn)行注入是尤其有用的。另外，根據(jù)共振器是用于傳輸還是反射操作，可以實(shí)現(xiàn)一或兩個(gè)耦合位置。

為了確定共振頻率，評估電子器件包含可調(diào)節(jié)振蕩器，其頻率線性調(diào)諧至某一帶寬并觀察共振器所得的反射或傳輸系數(shù)。在共振頻率的情況下，這些系數(shù)具有較強(qiáng)變化，這些變化可通過相對于頻率來區(qū)分而系統(tǒng)識別。由于在電路方面上，在頻率與時(shí)間之間因控制而存在線性相關(guān)關(guān)系，因此關(guān)于頻率的導(dǎo)數(shù)可通過關(guān)于時(shí)間的導(dǎo)數(shù)來獲得。如果由此所獲得的二次導(dǎo)數(shù)超過預(yù)定閾值，那么共振得以識別，并且頻率并未發(fā)生任何進(jìn)一步的失諧，而實(shí)際上保持恒定并且其當(dāng)前值借助頻率計(jì)數(shù)器來確定。

作為頻率確定的替代方法，在專利說明書EP 1 000 314 B1中，提出基于鎖相閉環(huán)(PLL)概念。在此，標(biāo)稱頻率預(yù)定作為經(jīng)由直接、數(shù)字合成器(DOS)的PLL的引導(dǎo)值。如果檢測電路現(xiàn)在識別共振，那么頻率直接通過數(shù)字合成器的調(diào)節(jié)獲知，其中測量的循環(huán)時(shí)間可明顯縮短。

不管如何確定共振頻率，通過此共振器方法，要檢測的距離范圍直接提供工作頻率的所需帶寬的事實(shí)是不利的。對工業(yè)傳感器而言，可用帶寬固定提供并且因此距離范圍也是如此。

不論可容許的ISM帶(工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)學(xué)帶)，提出1-100GHz之間的操作的頻率范圍，其中帶寬應(yīng)分別相當(dāng)于大約2GHz或10％。另外，能夠使用此共振器概念來實(shí)施較大距離范圍證明很難。此原因是，在一方面，在距離變得較大的情況下，共振頻率變化變得較小。另外，共振器質(zhì)量降低只會(huì)導(dǎo)致反射或傳輸系數(shù)的顯著較弱的最小值，在這種情況下，對相應(yīng)共振頻率的檢測容易出錯(cuò)。如果共振頻率位置展示為在復(fù)頻面中，這種情況下是明顯的。隨著質(zhì)量降低，復(fù)合本征頻率遠(yuǎn)離ω軸，其中在振蕩器失諧的情況下，可能不再通過奇點(diǎn)。有限范圍另外是由選擇所使用的TE01模式造成，因?yàn)樵谶@種情況下，場分布具有圍繞波導(dǎo)的主要漸消失波，其隨著距離增加而迅速減退。

在S·伯納爾茨(S.Bonerz)、W·貝克特勒(W.Bechteler)、J·格雷夫(J.Greif)的“Sensorsystem zurder Werkzeugplananlage auf Basis von Keramikresonatoren und Hohleiterstrukturen”(用于基于陶瓷共振器和波導(dǎo)結(jié)構(gòu)監(jiān)測工具計(jì)劃系統(tǒng)的傳感器系統(tǒng)(Sensor system for monitoring the tool plan system on the basis of ceramic resonators and waveguide structures))的技術(shù)稿件(ANSYS會(huì)議和第29次CADFEM使用者會(huì)議，2011年10月19-21日)中，提供物體與距離傳感器的距離的確定同樣基于波導(dǎo)共振器的方法。另外，在此，要測量的距離確定共振器的長度，因此確定共振器的共振頻率。使用的波導(dǎo)波模式在此為圓形柱形波導(dǎo)的基本模式TE11。共振頻率借助共振器的記錄的有效功率的測量值通過掃頻確定。