[发明专利]电子多用途材料平面高度传感器

权利要求书

1．一种测定材料表面和交界面高度的传感器，包括如下组合：

一个产生电发射脉冲的收发信机；

一条至少部份地浸入材料的导线；

一个与所述收发信机和所述导线电耦合的导体；

一块在所述导线的所述耦合上与所述导体相连接的发射板；

所述的发射脉冲在整个所述导体内传导到所述的发射板，所述的发射板起着发射天线的地平面的作用，且在接近的区域内帮助发射所述的电脉冲，引导电磁(EM)波，产生基准脉冲回传给收发信机；

所述的反射EM波沿着所述导线向所述的发射板回传，所述的发射板起着接收天线的地平面的作用，从而所述的反射EM波作为反射脉冲向所述的收发信机传送；

所述的收发信机测定所述基准脉冲和反射脉冲之间的时间延迟，因而确定相对于所述发射板的表面或交界面的平面高度。

2．按照权利要求1的传感器，其中所述的导体是一条同轴电缆，它有一个内导体和一个外屏蔽，所述的发射板与所述的外屏蔽相连以防止产生电缆上的镜象电压，所述的内导体与导线相连。

3．按照权利要求2的传感器，进一步包括一个阻抗，连接在所述的发射板和所述的导线之间，提供一个局部的阻抗不连续点，引起所述EM波的部分反射以产生所述的基准脉冲，这样，在所述基准脉冲和所述反射脉冲之间所作的测量减小了由所述同轴电缆引入的误差和漂移。

4．按照权利要求1的传感器，其中所述的收发信机测量所述基准脉冲和反射脉冲环线运行时间并产生一个等效时间(ET)门去给计数器；并且，其中所述ET门的时间随着所述发射板和材料表面或交界面之间距离的增加而增加。

5．按照权利要求1的传感器，其中所述的收发信机包括一个脉冲重复频率/脉冲重复时间间隔(PRF/PRI)发生器和调制所述PRF/PRI发生器的噪声发生器，这是为了产生一个有10KHZ-10MHZ平均值以及在关于所述平均值有1-10％随机变化(抖动)的PRF；

其中，抖动电路把所述发射板的发射频谱展开以便减小RF频谱用户的潜在干扰，也使出现在所述导线上的外来干扰信号的取样随机化。

6．按照权利要求1的传感器，其中所述的收发信机包括对所述反射脉冲的取样和平均的设备，这样，随机化的取样平均是0，基本上消除了从其他源本来的干扰。

7．按照权利要求1的传感器，其中所述的收发信机包括一个脉冲重复频率/脉冲重复时间间隔(PRF/PRI)发生器，同时接到发射通路和门控通路。

8．按照权利要求7的传感器，其中所述的收发信机进一步包括一个脉冲发生器与所述的PRF/PRI发生器相连，提供一个上升时间小于10ns的阶跃脉冲；

一个对所述阶跃脉冲作边沿微分的微分器，使之成为一个脉宽小于10ns的脉冲；

其中所述的脉冲加到所述的同轴电缆，进而加到所述的发射板。

9．按照权利要求1的传感器，其中所述的导线是一种微波条状传输线。

10．一种传感材料表面或交界面高度的方法包括如下步骤：

导体与导线电耦合；

所述导体和导线之间连接发射板；

所述导线至少部分地浸入材料之中；

将电发射脉冲输入到所述导体中，所述发射脉冲在整个所述导体内传送到所述发射板，所述发射板起着发射天线地平面的作用并帮助所述的电脉冲在接近的区域内向所述导线发射，引导电磁(EM)波，还产生基准脉冲给导体；

等待一个周期的时间(T_SAMP)；

所述EM波沿所述的导线传播，并至少部分地被表面或交界面反射；

所述的反射EM波沿所述的导线向所述的发射板回传，所述的发射板起着接收天线地平面的作用，从中所述反射EM波作为反射脉冲向所述的导体发射；

打开门，允许所述的反射脉冲被取样；

以大约10KHZ-10MHZ的速率重复所述的等待和打开步骤，允许在TSAMP增加之前，大约10-10000个反射脉冲被平均；

测定所述基准脉冲和反射脉冲之间的时间延迟，确定相对于所述发射板的表面或交界面的平面高度。

11．权利要求10的方法，其中所述发射脉冲的上升时间小于约10ns。