[发明专利]用于测量与目标相距的距离的接近传感器和方法

说明书

接近传感器(10)及测量目标(12)距离(D)的方法。接近传感器(10)含供透射波(16)为输出信号(54)的微波振荡器(52)，接近传感器(10)沿目标(12)方向发射透射波(16)为自由空间透射波(16c)，导电或具导电表面的目标(12)反射自由空间透射波(16c)为自由空间反射波(30a)且接近传感器(10)接收自由空间反射波(30a)为反射波(30)，根据透射波(16)和反射波(30)确定距离(D)。透射波(16)在波导(22)引导为波导透射波(16b)。通过波模耦合透射波(16)到波导(22)中，波模导致波导(22)前端孔隙(26)处波导透射波(16b)分离成自由空间透射波(16c)且导致自由空间透射波(16c)传到目标(12)。接近传感器(10)和方法由以下区分：在波导(22)提供引导透射波(16)为波导透射波(16b)的发射路径(80)及从发射路径(80)电磁去耦并设置为引导反射波(30)为波导反射波(30b)的接收路径(82)。

技术领域

本发明基于一种用于根据独立权利要求的类型来测量与目标相距的距离的接近传感器和方法。

背景技术

在专利说明书EP 1 000 314 B1中，描述了一种圆柱形测距装置，所述圆柱形测距装置基于确定空腔谐振器的谐振频率。谐振器由谐振器壳体和要检测的目标形成。因此，物理谐振器长度由谐振器壳体的长度和到目标的距离构成。如果超过了待检测目标的最小尺寸，则谐振器频率立即链接到谐振器长度，从所述长度可以推断出目标距离。谐振器长度与谐振频率之间的特定依赖关系取决于当前场分布，并且因此取决于所使用的波导波模。因此，波导填充的电容率被包括作为设计中的决定因素。如果这个值增加，则一方面，谐振器结构长度和所需的横截面都变小。另一方面，然而测距装置的范围也随着电容率的增加而减小。

利用所描述的概念，金属化电介质被设置为谐振器后壁，评估电子系统位于所述金属化电介质的外部上。为了将电子系统耦合到谐振器，提出了共面狭缝耦合或微带线。当例如因为热去耦而在远离谐振器处装配评估电子系统要时，那么通过微带线来耦合首先是有用的。附加地，可以取决于是在透射操作中还是在反射操作中使用谐振器来实现一个或两个耦合点。

为了确定谐振频率，评估电子系统包含可调振荡器，所述可调振荡器的频率在特定带宽内被线性调谐，并且观察到所得的谐振器反射系数或透射系数。在一个谐振频率附近，这些系数具有强性变分，其可以通过相对于频率进行区分来系统地识别。由于频率与时间之间因控制而以电路方式存在线性连接，因此可以通过相对于时间的推导来获得相对于频率的推导。导数如果以这种方式获得的第二推导超过预定阈值，则识别出谐振并且频率不进一步失谐而是保持恒定，并且其当前值通过频率计数器来确定。

作为用于确定频率的替代性方法，在专利说明书EP 1 000 314B1中，提出了一种基于闭锁相环(PLL)的概念。在这样做时，标称频率通过直接数字合成器(DOS)被预定为PLL的参考变量。如果检测电路现在识别出谐振，则因为数字合成器的设置而立即知道频率，从而可以明显缩短测量的循环持续时间。

无论如何确定谐振频率，在使用这种谐振器方法的情况下，以下事实是不利的：要立即确定的距离区预先确定操作频率的必要带宽。工业传感器的可用带宽是固定预定的，并且因此距离区也是这样。

不管所允许的ISM范围(工业科学卫生范围)如何，为操作提出了1GHz至100GHz之间的频率范围，其中带宽应当大致为2GHz或10％。此外，已经证明难以通过这种谐振器概念来实现大距离范围。这一点的原因是，一方面，随着距离越来越大，谐振频率的改变越来越小。附加地，谐振器质量不断恶化仍然仅导致反射系数或透射系数中的微弱最小值，从而相关联谐振频率的检测变得容易出错。当看到谐振频率在复频率平面中的位置时，这是明显的。随着质量下降，可以从ω轴移除复数本征频率，从而当使振荡器失谐时，奇异性不再能够运行通过检查。附加地，受限范围是由选择所使用的TE01波模而引起的，这是由于在这种情况下波导周围的场分布具有广泛的消散波，其随着移除的增加而迅速消失。