[发明专利]用于通过电磁高频信号定位包围在介质中的物体的测量仪和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于通过频率范围在1至5GHz的电磁高频信号定 位包围在介质中的物体的测量仪和方法。

背景技术

为了定位包围在介质中的物体在原先除了使用早就公知的感应传 感器以外也使用电磁高频信号。相应的测量仪具有例如用于发射高频雷 达信号或微波的天线。

用于确定地检测物体如墙壁中的导线或管的装置的天线通常优化 到发射或接收高频(HF)雷达信号。例如由DE 10104863 A1已知这种 天线。

DE 10104863 A1的天线是一体的、平面天线，它以高度机械稳定性 固定在电路板上并且具有相对对称的方向图，它具有很大程度减小的旁 瓣最大值或旁波瓣。已知的天线由导电板组成，它在相互对置的边缘上 具有两个折弯的侧面段，它们作为导线臂用于使天线耦联在馈给网上。

具有天线的定位仪可以特别多方面地使用，因为它们根本不受到磁 材料或存在电压的限制，而是记录要被检查的物质的介电常数的变化， 由此在测量期间例如也可以检测塑料管、空气夹杂或空心空间。

但是这种仪器的缺陷是，受到墙体、顶板或地板结构、即已被包围 的物体的周围材料结构的影响。这种影响可能相对较大，部分地还可能 大于被包围物体本身的影响。因此对于雷达仪难以区分墙体结构与物体 的不均质性。

发明内容

按照本发明的用于定位包围在介质中的物体的具有权利要求1特征 的测量仪、它尤其作为手持测量仪与已知的同样通过电磁高频信号定位 物体的测量仪相比具有优点，测量仪的高频传感器具有至少两个天线部 件，其中由这个天线发射或接收的电磁波的极化面相向地旋转。

因此建议，以有利的方式使用多天线系统，其中这样设置多个天线， 使得发射或接收通过这些天线部件在不同的极化面上延伸，这些极化面 尤其相互旋转，使得这种传感器的测量信号通过各向异性的、即例如长 形的物体不同强度地交互作用。

为此例如可以使天线部件本身、或天线部件的对称面相互旋转。这 一点尤其是有利的，因此天线几何形状或对称性也影响发射波的极化 面。也可以选择通过两个在两个天线部件上给出的高频信号的相对相位 移改变发射平面并由此尤其也改变极化面。但是在此各个天线的接收面 总是保持相同。

具有许多天线部件的高频传感器具有优点，其中由天线部件发射或 接收的波极化面相互旋转，天线部件不仅在唯一的平面、例如水平面进 行测量，而且可以在多个平面中接收相应的测量信号。这一点在静态测 量时以有利的方式导致，包围在介质中的物体通过形成高频传感器不同 测量通道的测量信号差易于被发现。由此在测量信号只在一个平面中发 出的单个天线部件中传感器(或者也可以选择物体本身)必需移动，因 为通过这种测量仪只能获得介电常数中的差别。如果一个物体例如水平 地位于墙体里面，则一个水平的极化测量信号发现远比例如垂直极化测 量信号检测到的强烈得多的返回信号或振幅，因为后者实际上只测量墙 体或墙体结构的反射。因此这种具有两个天线部件或至少两个天线部件 的至少两个相向旋转的极化面的高频传感器在原则上不需要运动，其中 天线部件的发射或接收平面相向旋转。

对于活动的传感器具有按照本发明的多天线系统的高频传感器以 有利的方式也有助于从测量信号有效地计算出墙体结构。例如对于双天 线系统，其中天线相互正交地对准并且使测量信号通过相应地相互间直 角取向的极化面发送，由两个天线检测到的、即进入到高频传感器的两 个测量通道里面的每个信号是墙体结构的组成部分。如果两个天线部件 的测量信号是不同的，则检测到的物体位于一个极化面的优选方向(“信 号各向异性”)。

在层式结构中、例如在具有组合的地面暖气的地面中的层式结构在 每个层(瓷砖、顶板、聚苯乙烯泡沫塑料、管、混凝土)产生一个信号， 因为由于材料的介电常数的各自变化导致发出信号的反射。在这种系统 中通过形成测量信号差使地下效应最小，由此可以更有效和更容易找到 管道。

如果使测量仪仅通过一个天线部件平行于物体移动，则这个测量仪 可能找不到物体，因为检测不到介电常数变化。在具有许多相向旋转的 天线或相向旋转的由天线发出的高频测量信号的极化面的测量仪中持 续地得到一个在这些天线部件的测量通道之间的信号差并且可以通过 有利的方式更容易地找到物体。