用于測量與目標相距的距離的接近傳感器和方法與流程
本發(fā)明基于一種用于根據(jù)獨立權(quán)利要求的類型來測量與目標相距的距離的接近傳感器和方法。
背景技術：
在專利說明書ep1000314b1中，描述了一種圓柱形測距裝置，所述圓柱形測距裝置基于確定空腔諧振器的諧振頻率。諧振器由諧振器殼體和要檢測的目標形成。因此，物理諧振器長度由諧振器殼體的長度和到目標的距離構(gòu)成。如果超過了待檢測目標的最小尺寸，則諧振器頻率立即鏈接到諧振器長度，從所述長度可以推斷出目標距離。諧振器長度與諧振頻率之間的特定依賴關系取決于當前場分布，并且因此取決于所使用的波導波模。因此，波導填充的電容率被包括作為設計中的決定因素。如果這個值增加，則一方面，諧振器結(jié)構(gòu)長度和所需的橫截面都變小。另一方面，然而測距裝置的范圍也隨著電容率的增加而減小。
利用所描述的概念，金屬化電介質(zhì)被設置為諧振器后壁，評估電子系統(tǒng)位于所述金屬化電介質(zhì)的外部上。為了將電子系統(tǒng)耦合到諧振器，提出了共面狹縫耦合或微帶線。當例如因為熱去耦而在遠離諧振器處裝配評估電子系統(tǒng)要時，那么通過微帶線來耦合首先是有用的。附加地，可以取決于是在透射操作中還是在反射操作中使用諧振器來實現(xiàn)一個或兩個耦合點。
為了確定諧振頻率，評估電子系統(tǒng)包含可調(diào)振蕩器，所述可調(diào)振蕩器的頻率在特定帶寬內(nèi)被線性調(diào)諧，并且觀察到所得的諧振器反射系數(shù)或透射系數(shù)。在一個諧振頻率附近，這些系數(shù)具有強性變分，其可以通過相對于頻率進行區(qū)分來系統(tǒng)地識別。由于頻率與時間之間因控制而以電路方式存在線性連接，因此可以通過相對于時間的推導來獲得相對于頻率的推導。導數(shù)如果以這種方式獲得的第二推導超過預定閾值，則識別出諧振并且頻率不進一步失諧而是保持恒定，并且其當前值通過頻率計數(shù)器來確定。
作為用于確定頻率的替代性方法，在專利說明書ep1000314b1中，提出了一種基于閉鎖相環(huán)(pll)的概念。在這樣做時，標稱頻率通過直接數(shù)字合成器(dos)被預定為pll的參考變量。如果檢測電路現(xiàn)在識別出諧振，則因為數(shù)字合成器的設置而立即知道頻率，從而可以明顯縮短測量的循環(huán)持續(xù)時間。
無論如何確定諧振頻率，在使用這種諧振器方法的情況下，以下事實是不利的：要立即確定的距離區(qū)預先確定操作頻率的必要帶寬。工業(yè)傳感器的可用帶寬是固定預定的，并且因此距離區(qū)也是這樣。
不管所允許的ism范圍(工業(yè)科學衛(wèi)生范圍)如何，為操作提出了1ghz至100ghz之間的頻率范圍，其中帶寬應當大致為2ghz或10％。此外，已經(jīng)證明難以通過這種諧振器概念來實現(xiàn)大距離范圍。這一點的原因是，一方面，隨著距離越來越大，諧振頻率的改變越來越小。附加地，諧振器質(zhì)量不斷惡化仍然僅導致反射系數(shù)或透射系數(shù)中的微弱最小值，從而相關聯(lián)諧振頻率的檢測變得容易出錯。當看到諧振頻率在復頻率平面中的位置時，這是明顯的。隨著質(zhì)量下降，可以從ω軸移除復數(shù)本征頻率，從而當使振蕩器失諧時，奇異性不再能夠運行通過檢查。附加地，受限范圍是由選擇所使用的te01波模而引起的，這是由于在這種情況下波導周圍的場分布具有廣泛的消散波，其隨著移除的增加而迅速消失。
在2011年10月19日至21日的ansys大會和第29屆cadfem用戶會議，由s.bonerz，w.bechteler，j.greif評審的“sensorsystem
在2011年10月的ieee微波雜志第6期、第12卷、第110-119頁，由t.f.bechteler、a.s.a.bechteler評審的“thegroove-guideoscillator”中，描述了一種測距方法，其基于也對應于諧振器概念的所謂溝槽引導振蕩器。盡管在這里，測距問題同樣也可追溯到確定諧振器的本征頻率，然而，這種系統(tǒng)在諧振器結(jié)構(gòu)方面以及所提出的諧振頻率確定方面與專利說明書ep1000314b1中描述的解決方案基本上不同。已知距離傳感器的核心形成溝槽引導振蕩器。原則上，在微波技術中，溝槽引導應當被理解為包括彼此相對的兩個板的波導，在每種情況下沿波傳播方向?qū)⒕哂芯匦螜M截面的凹口引入到所述板中。整個布置相對于一個平面是對稱的，所述平面的法線與兩個板的連接線重合。在從凹口和導電板產(chǎn)生的空腔中，在凹口方向上可能存在能夠傳播的波模。因為所需的對稱性以及傳播特性對板距離的強烈依賴關系，所以這個波導對制造準確度有很高的要求。
替代性可用的“半對稱”波導的制造實質(zhì)上更容易，其中一半的布置完全被導電平面替代。
具有距離傳播常數(shù)的所描述波導中也存在的依賴關系用于確定距離。因此，為了實現(xiàn)諧振器，引入了凹口以使它不再是直的而是圓形的，從而使得產(chǎn)生圓形導體環(huán)路。然后，當導波長度的整數(shù)倍精確地對應于導體周長時，精確地出現(xiàn)諧振。由于導波長度是板距離和頻率的函數(shù)，所以可以在特定帶寬內(nèi)滿足不同距離的諧振條件，并且因此可以獲得有關距離的信息。
振蕩器通過gunn元件供能，從而振蕩器以其本征頻率振蕩。然后，頻率確定通過外差系統(tǒng)進行，其中將下混頻的本征頻率供應給頻率計數(shù)器。因為結(jié)構(gòu)，所描述的距離傳感器具有較大的總體尺寸，這是由于必須將諧振器直徑選為比較大的以便保持徑向輻射損耗是較小的。對于8-12ghz之間的操作，所描述的諧振器的直徑為60mm，其中板尺寸為200mm×200mm。由此獲得的測量區(qū)從13-15mm延伸。如果板距離進一步增加，則在所觀察的頻率區(qū)中可能發(fā)生較高的波模，從而產(chǎn)生模糊度。
在專利說明書de102010009664a1中，描述了一種距離傳感器，其一方面用于監(jiān)測工具機的工作主軸與工具機的靜止部分之間的距離，另一方面用于控制工具與面部的接觸。附加地，關于工作主軸的轉(zhuǎn)速和主軸安裝件的質(zhì)量的結(jié)論是可能的。
距離傳感器包含連接到振蕩器和反射測量裝置的高頻線。工作主軸相對于高頻線的位置影響反射特性，以使得可以根據(jù)所確定的反射系數(shù)計算距離。高頻線例如被實現(xiàn)為微帶線，其由通過粘合固定在工具機固定部分表面上的柔性材料制成。
由振蕩器提供的高頻傳輸信號耦合到高頻線中。傳輸信號的一部分與第一定向耦合器去耦并且被供應給功率檢測器。傳輸信號的主要部分在通過第二定向耦合器之后被饋送到高頻線中。
從目標反照的反射信號與傳輸信號疊加。反射信號的一部分與第二定向耦合器去耦并且被供應給第二功率檢測器。兩個功率檢測器連接到評估單元，所述評估單元確定并且發(fā)射兩個功率的比率(即反射系數(shù))，可以根據(jù)所述比率來指定目標距離的測量。
附加地，可以提供導致距離傳感器的顯著諧振特性的另一個介電諧振器。目標與介電諧振器相距的距離的改變導致介電諧振器的諧振頻率的偏移。然后，附加地或可替代地，確定目標的距離可以基于頻率改變的評估。
在springer-verlag2012，由c.nguyen,s.kim評審的“analysisanddesignofrfinterferometricsensors”中，描述了一種用于操作距離傳感器的干涉測量方法。在這個該方法中，為了獲得距離信息，對發(fā)送信號與接收信號之間的相移進行評估。在這樣做時，不再可以從相位長度中清楚地識別距離傳感器與目標之間的距離，所述距離大于信號波長的一半。在評審中，提出了通過信號處理算法獲得清晰的相位信息片段。然而，這里有必要的是，將目標從開始偏移到待測量的位置，其中相位被連續(xù)記錄。絕對測距距離傳感器不能通過這一點來實現(xiàn)。
在1999年12月的有關微波理論和技術的ieee交易第12其、第47卷，由astelzer等人評審的“microwavepositionsensorwithsubmillimeteraccuracy”中，描述了一種混合方法，其中干涉測量方法與已知的雷達方法組合，例如fmcw方法(調(diào)頻連續(xù)波)。雖然這種方法再次允許清楚的距離確定，但所述方法不能簡單地用于替代工業(yè)領域中的已知感應距離傳感器。其這一點的主要原因通常是，通過工作頻率的帶寬來確定最小可能的測量距離，以使得它不能被測量直到位置零。此外，必須遵守與電磁輻射排放相關的適用規(guī)則。操作只能在ism范圍內(nèi)，這就是為什么其不能在帶寬和所得的最小距離上自由決定。例如，標準系統(tǒng)的最小距離為60厘米，所述標準系統(tǒng)完全使用24ghz的ism范圍的250mhz的可用帶寬。
在非預先公布的專利申請pct/de2013/000342中，描述了一種用于確定目標的位置或距離的傳感器，還通過所述傳感器來使用用于確定位置或距離的微波技術。所描述的接近傳感器包含微波振蕩器，所述微波振蕩器提供透射波作為輸出信號，接近傳感器沿目標方向輻照所述透射波作為自由空間透射波，導電或至少具有導電表面的目標反射所述自由空間透射波作為自由空間反射波，并且接近傳感器接收所述自由空間反射波作為反射波。提供了根據(jù)透射波和反射波確定反射系數(shù)，接近傳感器提供其作為距離的測量。所描述的接近傳感器的特征在于，波導中的透射波的耦合被引導作為波導透射波，波模提供將透射波耦合到波導中，所述波模導致將波導前端上的孔隙處的波導透射波分離成自由空間透射波，并且導致將自由空間透射波傳播到目標?？梢约僭O用較高分辨率的測量以及用較低分辨率的測量，以便在更大的距離上獲得清晰度。隨著距離的增加，出現(xiàn)復反射系數(shù)的相位角的模糊度。因此，如果在預定測量區(qū)內(nèi)存在反射系數(shù)的相位模糊度，則通過考慮反射系數(shù)的量值來提供根據(jù)反射系數(shù)的相位清楚地確定距離。
在互聯(lián)網(wǎng)鏈接http://www.w1ghz.org/antbook/conf/septum.pdf,處，描繪了一種能夠分離在波導中運行的電磁波的隔膜偏振器。隔膜是導電隔離壁，其就孔隙而言布置在波導的后端并且沿波傳播方向排列。在側(cè)視圖中，隔膜的前限制線具有連續(xù)或階梯式進程，以使得隔膜表面沿孔隙方向變小。
在隔膜區(qū)中的波導兩側(cè)上存在連接，其中可以使用用于饋入高頻信號的連接、以及用于去耦高頻信號的相反連接。隔膜的特殊形成的前限制線在圓柱形波導中引導到被激發(fā)的兩個正交te11波模，所述波模以這種方式形成，使得另一個波模的電場被對準成垂直于隔膜，并且另一個波模的電場平行于隔膜。在隔膜被形成為薄的條件下，垂直于隔膜的波模不受隔膜的影響，而平行于隔膜的波模的相位速度可能受到前限制線的影響。例如，形成為階梯形的限制線以這種方式選擇，使得兩個波模具有90度的相移，從而其疊加就導致圓偏振波。由于兩個不同半部中的垂直分量彼此相對排列，一半的激發(fā)導致右旋圓偏振波，而在另一半中，左旋圓偏振波由于激發(fā)而產(chǎn)生。
本發(fā)明的目的是指定其用于測量具有寬檢測范圍的目標的距離的接近傳感器和方法，此外其與待檢測的金屬目標的磁導率無關，并且能夠通過不同的方法來確定距離。
所述目的通過獨立權(quán)利要求中的每種情況中所述的特征來解決。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明基于用于測量目標與接近傳感器相距的距離的接近傳感器。接近傳感器包含提供透射波作為輸出信號的微波振蕩器，接近傳感器沿目標方向發(fā)射所述透射波作為自由空間透射波，導電或至少具有導電表面的目標反射所述自由空間透射波作為自由空間反射波，并且接近傳感器接收所述自由空間反射波作為反射波，其中提供了根據(jù)透射波和反射波來確定距離。透射波被引導到波導中作為波導透射波。波模提供將透射波耦合到波導中，所述波模導致將波導透射波分離并且導致相對于目標傳播自由空間透射波。根據(jù)本發(fā)明的接近傳感器的特征在于，在波導中提供：用于引導透射波作為波導透射波的發(fā)射路徑、以及用于引導反射波作為波導反射波的從發(fā)射路徑電磁去耦的至少一個接收路徑。
根據(jù)本發(fā)明的接近傳感器通過兩個路徑來實現(xiàn)使得除反射系數(shù)之外或代替反射系數(shù)還能夠確定透射系數(shù)，所述兩個路徑彼此電磁去耦并且設置在波導中，一方面用于波導透射波并且另一方面用于波導反射波，其中根據(jù)一個路徑內(nèi)的反射波與透射波的比率來計算反射系數(shù)，并且根據(jù)接收路徑中的反射波相對于發(fā)射路徑中的透射波的比率來計算透射系數(shù)。通常，可以根據(jù)獨立門處的出波與入波的比率來確定透射系數(shù)。
由于透射系數(shù)是能夠取決于目標的距離而測量的量，因此描述了由波導中的發(fā)射路徑、到目標并再次返回的路徑路由、以及波導中的接收路徑形成的信號路徑。因此，在反射系數(shù)和透射系數(shù)中包括傳感器與目標之間的雙重路徑；然而，其路徑在波導中是不同的，根據(jù)這一點導致不同的測量值。
在這樣做時，波導內(nèi)的波導成形可影響到目標的距離對透射系數(shù)量值產(chǎn)生影響的方式。例如，可能以這種方式形成傳感器頭，以使得發(fā)射路徑和接收路徑彼此分開運行直到傳感器的有效邊緣，從而當目標線在有效表面上向上時，透射系數(shù)變?yōu)榱?。在這種情況下，目標中斷發(fā)射路徑與接收路徑之間的信號路徑，然而反射因數(shù)變?yōu)樽畲?。可替代地，即使在有效表面的前方也可以將發(fā)射路徑和接收路徑引導到一起，從而最大量值可以偏移直到較小的距離值。
例如，與感應式接近傳感器相比，根據(jù)本發(fā)明的鄰近傳感器提供了相當寬的測量區(qū)，所述測量區(qū)可以變大到10倍以及可以是更大的線性區(qū)。
與根據(jù)標準雷達原理的具有從零到最小距離的盲區(qū)的接近傳感器相比，根據(jù)本發(fā)明的接近傳感器可以在零至幾厘米的區(qū)內(nèi)檢測非常小的距離。
與使用特征諧振特性的接近傳感器相比，不再需要對諧振頻率的部分時間密集嘗試，并且?guī)捙c測距區(qū)無關，其中非常窄頻帶的操作或甚至帶寬為零的操作是可能的。
因為透射波的調(diào)制損耗和微波振蕩器的非連續(xù)工作的損耗，所以根據(jù)本發(fā)明的接近傳感器僅要求窄的高頻帶寬。因此，帶寬甚至可能為零。因此，接近傳感器符合相關emv要求而沒有問題。
根據(jù)本發(fā)明的接近傳感器的另一個實質(zhì)優(yōu)點是測量結(jié)果廣泛地與目標磁導率無關。
以制造為目的，以下是優(yōu)點：可能以已知感應式接近傳感器的標準結(jié)構(gòu)形式來實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的接近傳感器。
根據(jù)本發(fā)明的實施方式一方面使得能夠印象所輻照的自由空間透射波的傳播方向，并且另一方面使得能夠用最低可能功率規(guī)定透射波，在所述實施方式中，接近傳感器具有波導，其中波模提供了透射波的耦合，所述波模導致將波導前端上的孔隙處的波導透射波分離成自由空間透射波，并且導致將自由空間透射波傳播到目標。
根據(jù)本發(fā)明的接近傳感器的有利實施方式和發(fā)展分別是從屬裝置權(quán)利要求的主題。
一個實施方式提供了波導具有用于發(fā)射路徑和接收路徑的兩個單獨波導。在本實施方式中，兩個波導的波導模式是相同的，并且在本實施方式中，透射波還導致自由空間中的擴散波。對于透射波，一個波導是可用的，而兩個波導可以用于接收波。
另一實施方式提供了通過圓偏振波導透射波以及在另一旋轉(zhuǎn)方向上圓偏振的波導反射波來實現(xiàn)彼此去耦的兩個單獨路徑。在目標的導電表面上發(fā)生自由空間透射波的偏振方向的旋轉(zhuǎn)。
例如，波導透射波是右旋或左旋的圓偏振波，而波導反射波是左旋或右旋的圓偏振波。根據(jù)te11波導模式圍繞波導軸的旋轉(zhuǎn)而出現(xiàn)兩種波形。
本實施方式的實質(zhì)優(yōu)點是波導的整個表面可用于發(fā)射路徑和接收路徑。因為擴大的表面，所以有利地改善了波導的輻照特性和接收特性。這個屬性基于以下事實：所觀察的傳感器頭是所謂的孔隙輻射器。因此，散熱器的孔隙對應于傳感器頭的有效表面。根據(jù)天線理論，孔隙輻射器專門沿一個空間方向輻照電磁能量并且能夠接收電磁能量的能力直接由孔隙尺寸確定，并且從而由傳感器頭的有效表面確定。
本實施方式的發(fā)展提供了隔膜偏振器被設置用于提供圓偏振波導透射波，并且用于將圓偏振波導透射波從類似圓偏振的波導反射波去耦。以上已經(jīng)描述的隔膜偏振器可以在光刻工藝中作為平面結(jié)構(gòu)來生產(chǎn)，并且因此直接集成在波導內(nèi)的電子系統(tǒng)的電路板上。
波導可能以這種方式形成，使得透射系數(shù)的進程從質(zhì)量方面看對應于反射系數(shù)的進程。這種情況提供以下優(yōu)點：僅透射系數(shù)的評估足以確定距離，從而可以省略通過定向耦合器進行的信號分離。在這樣做時，與反射系數(shù)相關的詳細描述中包含的實施方式也適用于透射系數(shù)。
通過相對簡單地激發(fā)屬于波導透射波的一個圓柱形波導的te11波模來獲得傳播的自由空間透射波。
原則上，波導可以形成為矩形或圓柱形。一個有利的實施方式提供了波導形成為圓柱形。因此，可以利用已知感應式接近傳感器的現(xiàn)有部件成本有效地實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的接近傳感器。此外，根據(jù)本發(fā)明的接近傳感器與傳統(tǒng)感應式傳感器的直接交換是可能的，而不必對測量設備進行結(jié)構(gòu)改變。
根據(jù)本發(fā)明的接近傳感器的另一個有利實施方式提供了介電窗口布置在波導前端上的孔隙處。介電窗口防止污物滲透到波導中?？商娲鼗蛱貏e地，附加地，整個波導可以用介電材料來填充。這種測量使得可能固定直接在波導中轉(zhuǎn)換的優(yōu)選存在的波形。
利用將電路透射波轉(zhuǎn)換成波導透射波的波模變換器最容易實現(xiàn)通過預定波模將透射波耦合到波導中。利用這種波模變換器，例如以階梯方式形成的上述隔膜偏振器，也可以提供圓偏振波導透射波并且可以移除圓偏振波導反射波。
為了確定距離的測量(例如根據(jù)反射系數(shù))，因為已完成技術解決方案的可用性，所以可以特別有利地使用正交混頻器或者可替代地使用6門技術。
根據(jù)本發(fā)明的用于測量目標距離的方法提供了微波振蕩器的輸出信號被設置為透射波，沿目標方向輻照所述透射波作為自由空間透射波，導電或至少具有導電表面的目標反射所述自由空間透射波作為自由空間反射波，并且所述自由空間反射波被接收作為反射波，其中根據(jù)透射波和反射波確定距離，其中透射波在波導中被引導作為波導透射波，并且其中將透射波耦合到波導中通過波模而發(fā)生，所述波模導致在波導前端上的孔隙處分離波導透射波，并且導致將自由空間透射波傳播到目標。根據(jù)本發(fā)明的方法的特征在于，在波導中，透射波在發(fā)射路徑中被引導作為波導透射波，并且反射波在從發(fā)射路徑電磁去耦的至少一個接收路徑中被引導作為波導反射波。
根據(jù)本發(fā)明的方法可以替代性地被稱為用于操作根據(jù)本發(fā)明的接近傳感器的方法。因此，與根據(jù)本發(fā)明的接近傳感器相關的已經(jīng)呈現(xiàn)的優(yōu)點也存在于根據(jù)本發(fā)明的方法中。
根據(jù)本發(fā)明的用于測量目標距離的方法的有利實施方式和發(fā)展分別是從屬方法權(quán)利要求的主題。
根據(jù)本發(fā)明的方法的有利實施方式提供了僅使用反射系數(shù)或僅使用透射系數(shù)來確定距離。
根據(jù)本發(fā)明的方法的另一個有利實施方式提供了除反射系數(shù)之外，還使用透射系數(shù)來確定距離。因此，可以對測量結(jié)果進行真實性檢查。
實驗證實，根據(jù)透射系數(shù)確定距離比根據(jù)反射系數(shù)確定距離對外部干擾影響的魯棒性更大。
有利地，屬于圓柱形波導的te11模式被設置為波模。
根據(jù)本發(fā)明的方法使得能夠僅利用透射波的一個頻率以及僅利用一個預定波模來確定距離。
替代性或附加的實施方式提供了在透射波的至少兩個不同頻率上交替地進行微波振蕩器的調(diào)整以便確定距離。因此，可以進行根據(jù)透射波的至少兩個不同頻率以及通過一個單波模來確定距離。
一個實施方式提供了，除了第一波模之外，至少一個第二波模被設置用于將透射波耦合到波導中。
利用這種措施，根據(jù)另一個替代方案或根據(jù)附加的實施方式提供了，進行根據(jù)一個單頻率的透射波并且至少以兩個不同波模來確定距離。
利用這個實施方式，例如，提供至少一個這種另外波模，所述另外波模在波導前方導致明顯不同于傳播的自由空間透射波的廣泛消逝場分布，以使得差異盡可能大。為此，屬于圓柱形波導的tm01模式是特別合適的。
因為所描述的實施方式，可能以至少兩種不同的方式確定距離，以使得根據(jù)不同方式確定的結(jié)果也可以被認為是合理的和/或可以產(chǎn)生清晰度。
通過對波導孔隙處的反射系數(shù)進行根據(jù)透射波和反射波而確定的反射系數(shù)的反向計算，獲得目標與波導孔隙相距的距離的即時測量。反向計算優(yōu)選通過保角映射來進行，所述保角映射是保角的以使得基本相位信息不會丟失。
在這樣做時，只能從反射系數(shù)的相位獲得距離的測量。此外，優(yōu)選地考慮反射系數(shù)的量值。具體而言，當在預定測量區(qū)內(nèi)存在反射系數(shù)的相位模糊度，則可以通過反射系數(shù)的量值來獲得根據(jù)反射系數(shù)的相位清楚地確定距離。
有利發(fā)展在一方面提供粗略校準，并且在適當?shù)那闆r下還提供精細校準。
根據(jù)一個實施方式，可以提供了將距離設置為模擬信號。
附加地或可替代地，根據(jù)一個實施方式，可以提供切換信號被設置成已經(jīng)超過或尚未達到特定距離的信號。
從以下描述產(chǎn)生根據(jù)本發(fā)明的接近傳感器和根據(jù)本發(fā)明的用于測量目標距離的方法的進一步有利的實施方式和發(fā)展。
在附圖中描繪并且在以下描述中更詳細地說明本發(fā)明的示例性實施方式。
附圖說明
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的接近傳感器的簡圖，
圖2a示出了在第一激發(fā)下的波導橫截面中的電場強度的圖，
圖2b示意性地示出了在根據(jù)圖2a的激發(fā)下的波導中和自由空間中的所得場強分布，
圖3a示出了在第二激發(fā)下的波導橫截面中的電場強度的圖，
圖3b示意性地示出了在根據(jù)圖3a的激發(fā)下的波導中和自由空間中的所得場強分布，
圖4a示出了信號處理系統(tǒng)的方框接線圖，
圖4b示出正交混頻器的方框接線圖，
圖4c示出了6門技術的方框接線圖，
圖5a示出了測量的復反射系數(shù)的量值，
圖5b示出了測量的復反射系數(shù)的相位角，
圖6a示出了在保角映射之后的測量的復反射系數(shù)的量值，
圖6b示出了在保角映射之后的測量的復反射系數(shù)的相位角，以及
圖7示出了在保角映射之后的兩個不同頻率中的測量反射系數(shù)。
圖8示出波導中的彼此去耦的信號路徑，其中提供了發(fā)射路徑和至少一個接收路徑，
圖9示出了兩個路徑中的場分布，
圖10示出了其中通過圓偏振波進行信號路徑的去耦的波導，
圖11示出了波導的孔隙上的頂視圖，波導具有指示的圓偏振自由空間透射波并且具有沿相對方向圓偏振的指示的自由空間反射波，以及
圖12示出了將測量其距離的目標上的頂視圖，目標具有指示的自由空間目標透射波和指示的自由空間反射波。
具體實施方式
圖1示出了根據(jù)非預先公開的專利申請pct/de2013/000342的對應于現(xiàn)有技術的接近傳感器10的簡圖，所述接近傳感器10檢測接近傳感器10與目標12之間的距離d。已知布置用作以下描述的基礎，然而以下描述類似地表征了根據(jù)本發(fā)明的接近傳感器。結(jié)合圖8-12所示布置的描述來揭露已知布置與根據(jù)本發(fā)明的接近傳感器之間的結(jié)構(gòu)差異。
信號處理布置14提供透射波16，所述透射波16在高頻線18中被引導作為線透射波16a直到到達波模變換器20。波模變換器20將線透射波16a的線束雙線波模(qtem)轉(zhuǎn)換成預定波導波模，并將線透射波16a耦合到波導22中。
波導22具有例如可以是矩形或圓柱形的預定橫截面。在必要時，圓柱形結(jié)構(gòu)是有利的，其中與本發(fā)明的接近傳感器10相比，以簡單的方式直接交換具有圓柱形殼體的現(xiàn)有感應式接近傳感器變得可能。特別地，可以使用可用的支架。
激發(fā)的波導透射波16b在波導22中延伸，到達波導22的前端上的開口或孔隙26，并且確定孔隙26的區(qū)域中的場分布。
在波導22中行進的波導透射波16b(其波前在圖1中繪出)在波導22的孔隙26處出現(xiàn)作為輻照的主導自由空間透射波16c(其波前也被繪出)。波導22的孔隙26對應于接近傳感器10的有效表面。
波導22可以在前端上的其孔隙26處具有介電窗口28。介電窗口28防止污物滲透到波導22中。可以考慮介電材料作為介電窗口28的材料，所述材料對于波導透射波16b具有盡可能小的透射損耗。例如，合適的材料是特氟隆或氧化鋁。這里，材料的電容率作為選擇標準，這是由于這個值與直徑d一起還包括波導波模的波阻抗。
填充有介電材料的波導的波阻抗zhlεr從未填充波導的波阻抗zhlε0產(chǎn)生：
原則上，應當以這種方式設置值，以使得波導透射波16b的傳播模式的特征波阻抗對應于波導22前方的自由空間zf0＝377ω的波阻抗。因此，確保了進行從波導透射波16b到輻照的自由空間透射波16c的反射-弱轉(zhuǎn)換。
替代具有介電窗口28的實施方式或除其之外，波導管22(在適當情況下包括波模變換器20)可以用介電材料來填充。已經(jīng)證明這個實施方式是特別有利的，這是因為在這樣做時，波模變換器20可以機械固定在波導22中。在圖1中，示出了實施方式，其中出于技術描繪原因，從透射波16的方向看，波模變換器20位于波導22的外部。
輻照的自由空間透射波16c與目標12相遇，所述目標12位于波導22的孔隙26前方的確定距離d處。根據(jù)本發(fā)明的接近傳感器10確定并且提供波導22的孔隙26與目標12之間的距離d的測量。
完全由導電材料制成或具有由導電材料制成的至少一個表面的目標12，反射在波導22外部行進的自由空間透射波16c，以使得出現(xiàn)首先以自由空間反射波30a的形式的反射波30，圖1中繪制了來自其的波前。自由空間反射波30穿過孔隙26回到波導22中，在所述波導22中反射波30作為波導反射波30b存在，其中再次繪出波導反射波30b的波前。
波導反射波30b在波模變換器20中轉(zhuǎn)換成線反射波30c，并且作為反射波30進入信號處理布置14。
信號處理布置14與目標12之間的整體布置可分段看作高頻線，其在圖1的下部分中示意性地繪出。輸入阻抗z1、z2、z3或反射系數(shù)γ1、γ2、γ3可以分配給每個部分。理想情況下，目標12的導電表面上存在短路，所述短路導致反射系數(shù)γd的量值至少約為1，并且自由空間透射波與自由空間反射波30a之間的相位phγd的相移至少為約180°。
根據(jù)一個實施方式，可以通過測量波導22的孔隙處存在的阻抗z1或反射系數(shù)γ1來確定距離d的測量。取決于透射波16的已知頻率，反射系數(shù)γ1的相位phγ1描繪了距離d的初始模糊測量。
在所示的示例性實施方式中，第一阻抗z1或第一反射系數(shù)γ1在波導22的孔隙26處出現(xiàn)。此外，假設空氣存在于自由空間中，其波阻抗至少為約377ohm。然而，可以代替空氣提供不同的介質(zhì)(例如介電壁)，其中然后對應地更改波阻抗。
在波導22的孔隙26處直接測量反射系數(shù)γ(具體地作為第一反射系數(shù)γ1的測量)在技術上將是非常復雜的。因此，優(yōu)選在信號處理布置14的位置處，在高頻線18的開始處測量第三反射系數(shù)γ3。實質(zhì)優(yōu)點是可以在信號處理布置14內(nèi)執(zhí)行測量。
根據(jù)線理論，信號處理布置14與目標12之間的整體布置可以被描繪為不同線段32、34、36的級聯(lián)。在忽略波模變換器20的情況下，線段32、34、36由取決于距離d的自由空間、波導22和高頻線18形成。每個線段32、34、36具有特定波阻抗、(輸入)阻抗z1、z1、z3和(輸入)反射系數(shù)γ1、γ2、γ3。
因此，反射系數(shù)γ1、γ2、γ3各自基于對應區(qū)段32、34、36的波阻抗。例如，第一反射系數(shù)γ1從在沿目標12的方向觀看的波導管22的孔隙26處確定的(輸入)阻抗z1和自由空間的波阻抗產(chǎn)生。
如果在第一線段32中，從自由空間假定的平面波是局部的，則第一反射系數(shù)γ1的相位具有與距離d的截面線性功能連接。隨著距離d的增加，產(chǎn)生第一反射系數(shù)γ1的量值的單調(diào)下降函數(shù)。
對應于波導22的最近線段34將阻抗z1變換成阻抗z2。
高頻線18的線段36的第三(輸入)反射系數(shù)γ3進而從z2的變換產(chǎn)生并易于測量。
通過保角映射38，表示距離d的測量的對應于γ1的反射系數(shù)可以從在信號處理布置14中確定的第三反射系數(shù)γ3得出。反射系數(shù)γ是復尺寸，并且被定義為適合相同門的反射波30和透射波16的商。反射系數(shù)γ1可以例如根據(jù)保角映射通過以下上下文來確定，其中zref是可以通過以下描述的粗略校準來設置的歸一化阻抗：
其中
zref＝a+jb
為了能夠檢測最大可能距離d，根據(jù)示例性實施方式，在波導22的孔隙26前方的區(qū)中存在對自由空間透射波16c盡可能少的消逝貢獻，這是由于這些隨著距離的增加而迅速消退，并且只在短距離d內(nèi)為場分配提供小貢獻。因此提供了，自由空間透射波16c至少有時對沿目標12方向傳播的平面波具有主導作用以便確定距離d.
孔隙26中的場分布由波導22中的波模分布預定。因此，激發(fā)波模，其明確廣泛地導致沿目標12方向傳播的自由空間透射波16c。然后，波導透射波16b應當在孔隙26處以盡可能少的反射轉(zhuǎn)換成自由空間透射波16c。此外，波導波模的波阻抗必須盡可能地對應于自由空間的波阻抗，以及其場分布必須盡可能地對應于一個平面波。例如，這些條件可以通過矩形或圓柱形波導22的基波模來實現(xiàn)。
在對應于感應式接近傳感器的有效范圍下，預定了圓柱形結(jié)構(gòu)形狀。利用接近傳感器10的規(guī)范的類似應用，這意味著波導22優(yōu)選地被實現(xiàn)為優(yōu)選具有圓形橫截面的圓柱形波導22。在沒有考慮到這個規(guī)范嚴格來說僅適用于感應式接近傳感器的情況下，然而也可以純粹地原則上提供波導22的可自由選擇的不同橫截面，例如矩形橫截面。
在圖2a-3b中，描繪了兩個不同的場分布作為圓柱形波導22的示例。在這兩個示例中，場分布從圓柱形波導22中的單峰激發(fā)產(chǎn)生。
圖2a示出了屬于圓柱形波導的te11模式中的激發(fā)40。在圖2a中，在波導22的橫截面中繪出電場強度40，其量值和方向由所指示的三角形表示。
在圖2b中以頂視圖描繪了波導22內(nèi)的對應場分布42和波導22的孔隙26前方的自由空間中的場分布44。te11模式中的激發(fā)主要導致沿目標12方向傳播的期望的自由空間透射波16c。這種傳播自由空間透射波16c應當至少有時提供接近傳感器10。
圖3a示出了屬于圓柱形波導的tm01模式中的第二激發(fā)。在圖3a中，在波導22的橫截面中繪出電場強度46，其量值和方向由所指示的三角形表示。
在圖3b中以頂視圖描繪了波導22內(nèi)的對應第二場分布48和波導22的孔隙26前方的自由空間中的場分布50。在tm01模式中的激發(fā)導致孔隙26前方的自由空間中的廣泛消逝的場分布50。
反射系數(shù)γ(特別是第三反射系數(shù)γ3)的確定在信號處理布置14中進行，其框接線圖如圖4a所示。
對應于圖1所示部分的圖4a所示的部分設置有相同的參考數(shù)字。
其部件能夠布置在波導管22的后端中以便對應于有利實施方式的信號處理布置14包含微波振蕩器52，為定向耦合器56和正交混頻器58提供其輸出信號54。定向耦合器56進一步在波模變換器20上通過高頻線18引導微波振蕩器52的輸出信號54。此外，定向耦合器56使反射波30去耦，并且進一步在正交混頻器58上引導對應于反射波30的反射信號60。
必要時提供開關62。開關62使得能夠從微波振蕩器52的輸出信號54的第一頻率切換到至少一個另外的頻率。
在定向耦合器56中，透射波16與反射波30分離。定向耦合器56可能以平面線技術實現(xiàn)，例如在微帶技術中。
可以基于分離的波16、30，例如通過正交混頻器58中的正交混頻來確定反射系數(shù)γ(特別是第三反射系數(shù)γ3)。
正交混頻器58的框接線圖如圖4b所示。正交混頻器58通過將反射波30與透射波16混合而形成同相i和正交分量q。正交混頻使得能夠基于參考信號(這里是輸出信號54)的幅度和相位，確定要分析的信號(這里是反射信號60)的復包絡的實部和虛部。
確定反射系數(shù)γ的另一機會提供了6門技術。圖4c中示出了6門技術的實現(xiàn)示例。6門技術還提供了同相i和正交分量iq。
通過測量沿接線段的持續(xù)波，用于確定反射系數(shù)γ的另一替代機會是可能的。
兩個分量i、q被供應給計算單元64，其因此確定復反射系數(shù)γ(特別是第三反射系數(shù)γ3)，并且優(yōu)選地采用以下進一步描述的校準和測量評估。
計算單元64優(yōu)選地還包含用于將第三復反射系數(shù)γ3變換成第一復反射系數(shù)γ1的保角映射38。計算單元64的輸出信號66可以被直接評估作為距離d的測量。
根據(jù)接近傳感器10的有利實施方式，微波振蕩器52、波模變換器20、定向耦合器56、正交混頻器58和計算單元64布置在單個電路板，所述單個電路板由能夠具有高頻率的基材(例如玻璃纖維增強的特氟綸)制成。
按照測量原理，提供了保角映射38，其描繪了以參考波阻抗為中心點的螺旋中的復平面中的第一反射系數(shù)γ1，這對應于將波形阻抗歸一化。因此，孔隙26與目標12之間的自由空間中的所有平面波在主導前進行波中組合。由于這個波由于損耗和輻照而失去功率，所以其傳播常數(shù)和波阻抗都是復數(shù)的，這因此導致了接著產(chǎn)生復參考波阻抗。
如果第一反射系數(shù)γ1的參考波阻抗對應于等效線的波阻抗，則在復平面中的短路線的第一反射系數(shù)γ1描述了一個運行的螺旋，其中距離沿著螺旋內(nèi)部方向從短路增加。
在不考慮波模變換器20的進一步影響的情況下，第三反射系數(shù)γ3的進程描述了作為距離d的函數(shù)的復反射系數(shù)平面中的螺旋，其位置由單獨變換產(chǎn)生。雖然原則上仍然存在一個螺旋進程，因此在通常的極坐標描繪中，可以產(chǎn)生用于第三個復反射系數(shù)γ3的復雜進程。為了說明這一點，應當簡單地假設螺旋完全在笛卡爾反射系數(shù)平面的第一象限中。通過假設這一點，極坐標中的反射系數(shù)γ1的角度的值范圍是0到π/2。根據(jù)先前隨著距離d的增加而線性下降的相位進程，現(xiàn)在出現(xiàn)具有部分累積相位值而沒有相位間隙的曲線。類似地，反射系數(shù)γ3的不同的最大值和最小值從變換產(chǎn)生。最后，保角映射38的目的是通過歸一化消除阻抗變換的影響,并且從而將螺旋進程的中心點移動到反射系數(shù)平面的原點。
在圖5a中，在保角映射之前示出第三反射系數(shù)γ3的量值，并且在圖6a中，在保角映射之后示出第三反射系數(shù)γ3的量值。
在圖5b中，在保角映射之前示出第三反射系數(shù)γ3的相位phγ1，并且在圖6b中，在保角映射之后示出第三反射系數(shù)γ3的相位phγ1。
可以看出，在第三反射系數(shù)γ3的量值的保角映射之后，產(chǎn)生了距離d與相位phγ3之間的單調(diào)下降函數(shù)和線性關系。
在圖7中，以smith圖示出第三復反射系數(shù)γ(特別是第三反射系數(shù)γ3)，其中示出了適用于透射波16的兩個不同頻率的兩個曲線進程，通過開關62可以周期性地在所述兩個曲線進程之間切換透射波16。
目標12的距離d可以通過透射波16的相位常數(shù)從線性相位進程立即得出。如圖7所示，當接近傳感器10的檢測區(qū)超過透射波16的波長的一半時，距離d與相位phγ之間的相關性因為相位進程phγ的周期性最初并不清楚。為了能夠也為距離d的更大的測量區(qū)實現(xiàn)明確的解決方案，附加地評估反射系數(shù)γ的參考進程，并且從而消除純相評估的模糊性。由于保角映射38描繪了處于單調(diào)下降進程的所確定的第一反射系數(shù)γ1的幅度，因此成功地執(zhí)行該評估。
為了實現(xiàn)傳感器概念，根據(jù)有利的實施方式，至少提供粗略校準，但是優(yōu)選提供粗略校準和精細校準。
對于保角映射進行粗略校準：
必要歸一化阻抗：
zref＝a+jb
得以確定。作為粗略校準的結(jié)果，γ1描述了復反射系數(shù)平面原點周圍的螺旋，因此出現(xiàn)如圖6a和圖6b所示的單調(diào)下降反射系數(shù)量值和近似線性下降相位。盡管進程的運行方式看起來是線性的，但是與這個理想進程的偏差幾乎是不可避免的。優(yōu)選地另外提供的精細校準的目的是，一方面通過隨后提供用于故障補償?shù)臏y量評估的多項式來接近這些偏差。另一方面，在精細校準期間，發(fā)展|γ1(d)|的多項式描述，通過其移除了相位測量的模糊性。
兩個校準的基礎形成復反射系數(shù)γ3的值(參考值)，其在沿著檢測區(qū)d產(chǎn)生傳感器之后被接收和存儲一次。因此，要獲得的值對的數(shù)量主要由要實現(xiàn)的傳感器精確度確定。
粗略校準可以例如以下面方式進行：
為了能夠考慮沿著線段36、34、32的所有寄生影響，不嘗試根據(jù)等效電路圖分析性地確定歸一化阻抗，而是直接從已完成傳感器的參考值獲得zref。從以下開始：
zref＝a+jb,
保形映射是
其中a和b以這種方式通過|γ1|隨著距離d的增加單調(diào)下降的迭代過程來確定。
為了這樣做，|γ1(d)|被認為是具有兩個參數(shù)a和b的d的函數(shù)。對單調(diào)的需求與|γ1(d)|的局部最大值的消失是同等重要的。通過以下方式可以找到根據(jù)其該函數(shù)達到最大值的k位置di≠0：
以及條件：
數(shù)值優(yōu)化過程的目的是現(xiàn)在以這種方式確定a和b，使得|γ1(di)變得最小并且在理想情況下k＝0。
作為迭代的起始值，
可用于選擇并且從而用于計算|γ1|。
根據(jù)一個實施方式，提供了以這種方式形成波模變換器20以使得這樣直接執(zhí)行z1的阻抗變換，從而可以大大簡化或甚至完全省略保角映射。
優(yōu)選地另外提供的精細校準可以例如按照下面方式進行：
在精細校準的第一步驟中，發(fā)展插值多項式或函數(shù)|γ1(d)|，其程度決定近似的質(zhì)量。多項式的程度進而受限于發(fā)展點的數(shù)量，所述發(fā)展點是測量的參考點。然而，由于可能以測量技術方式接收任何數(shù)量的點，因此也可以針對任何精確度找到插值多項式。這個多項式的目的是通過反射系數(shù)γ的測量參考來對距離d進行粗略測量。這個測量僅用于確定相位的正確間隔。
在實踐中，盡管保角映射而仍在相位進程中出現(xiàn)的非線性直接形成在確定距離d時預期的準確性。為了減少測量誤差，在確定距離d時，從而優(yōu)選執(zhí)行后續(xù)的線性化。
基于保角映射之后的反射系數(shù)γ的相位進程，通過|γ|將不變相位進程轉(zhuǎn)換成恒定和清晰的函數(shù)。各個參考位置處的相位值由傳感器評估確定，并且確定實際值與期望值之間的差異。沿著檢測區(qū)的相位的所有偏差再次由多項式描繪。這里，可以通過任意數(shù)量的測量點來實現(xiàn)任意高度并且因此實現(xiàn)任意精確度。
如果由于確定距離d而確定和存儲多項式，則可以確定精確相位的偏差并且可以校正測量結(jié)果。
在這一點上，再一次指出，根據(jù)本發(fā)明的接近傳感器10的校準所必需的數(shù)據(jù)被確定并存儲在圖4中未更詳細示出的存儲裝置中。接近傳感器10提供絕對距離d的測量，并且在操作中不需要任何參考。
根據(jù)接近傳感器10的發(fā)展或者用于測量目標12的距離d的方法，提供了確定反射系數(shù)γ并因此確定距離d，而不是通過具有至少兩個不同頻率的微波振蕩器54的預定頻率。為了在頻率之間切換，提供開關62，所述開關62致使微波振蕩器52交替地給輸出信號54提供第一頻率和至少一個另外頻率。在這樣做時，如先前結(jié)合圖7所述，產(chǎn)生了進一步的螺旋進程68、70，其中反射系數(shù)γ的正確保角映射38用于另外的頻率。因此，理論上，隨著目標12的距離d的增加從兩個不同頻率處的評估看出增加的相位差phγ，可以從所述相位差獲得清晰度。這個實施方式對于很大的距離d是特別有利的，這是因為這里反射系數(shù)γ的參考進程是更平坦的，并且因此在必要時其確定變得更容易出錯。
原則上，通過用兩個不同頻率和一個單波模來測量距離d，可以對確定的距離d進行合理性檢查或驗證。
另一個有利發(fā)展提供了，代替單峰激發(fā)，附加地在波導22中產(chǎn)生另外的波模，并且以不同波模確定反射系數(shù)γ。結(jié)果，獲得至少一個另外的獨立復尺寸，其可以用于確定距離d和/或移除相位phγ中的模糊性。在這種發(fā)展中，需要若干個波模變換器20。
在這樣做時，也可以對確定的距離d進行真實性檢查或驗證。
如果需要的話，為了確定距離d，可以使用透射波18的至少兩個不同頻率和至少兩個不同的波模。
對應于輸出信號66的距離d的確定測量值被設置為模擬信號。可替代地或附加地，輸出信號66可以被設置為開關信號，所述開關信號發(fā)出信號通知已經(jīng)超過或尚未達到特定距離d。
用于確定距離d的先前描述的布置和先前描述的過程不僅適用于已知的接近傳感器，而且還特別地以相同的方式適用于根據(jù)本發(fā)明的接近傳感器10。
根據(jù)本發(fā)明的接近傳感器10偏離了從公開的專利申請pct/de2013/000342已知的接近傳感器，這是因為：根據(jù)本發(fā)明，提供了在波導22中彼此電磁去耦的兩個路徑、用于波導透射波16b的發(fā)射路徑80、以及用于波導反射波30b的至少一個接收路徑82。
波導透射波16b僅在發(fā)射路徑80中被引導并且在孔隙26處被輻照。自由空間透射波16c在目標12上被反射，并且由目標物體12輻照作為沿波導22方向的自由空間反射波30a。
自由空間反射波30a在波導22的接收路徑82中傳播。在所示的示例性實施方式中，假設自由空間反射波30a不僅在一個接收路徑82中傳播，而且還在發(fā)射路徑80中傳播，所述發(fā)射路徑80由此同時是發(fā)射路徑80和接收路徑82。由此，波導22的整個孔隙26可用于接收自由空間反射波30a。
在本實施方式中，波模變換器20以這種方式形成，使得一方面它將線透射波16a變換成波導透射波16b，并且將發(fā)射路徑80中的反射波16a再次轉(zhuǎn)化成線束波；以及另一方面，它將接收路徑82中出現(xiàn)的中空反射波30b在接收門處轉(zhuǎn)換成線束波。波模變換器20在所示的示例性實施方式中被實現(xiàn)為隔膜偏振器，其操作模式已被廣泛描述。
因此，在發(fā)射路徑80中的接收波與透射波之間的反射系數(shù)γ、以及接收路徑82中的接收波與發(fā)射路徑82中的透射波之間的透射系數(shù)tr、和發(fā)射路徑80中的透射波可以根據(jù)線束波來確定。因此，反射系數(shù)γ由一個門處反射波和透射波的商定義，并且透射系數(shù)tr由兩個不同門處的接收波和透射波的商定義。
實現(xiàn)在波導22中彼此電磁去耦的發(fā)射路徑80和接收路徑82的實質(zhì)優(yōu)點是，除了反射系數(shù)γ之外或代替反射系數(shù)γ，可以確定透射系數(shù)tr。
利用圖8所示的示例性實施方式，通過波導22中可由導電分隔壁84提供的兩個分開波導，在發(fā)射路徑80與接收路徑82之間進行去耦。
假設波導22被實現(xiàn)為圓柱形波導22，則圖9示出了發(fā)射路徑80中的波導透射波16b以及接收路徑82中的波導反射波30b的場分布。
圖10示出了用于實現(xiàn)發(fā)射路徑80以及與發(fā)射路徑80電磁分離的接收路徑82的波導22的有利實施方式。在本實施方式中，波導22的整個體積對于波導透射波16b和波導反射波30b都是可用的。波導透射波16b和波導反射波30b都可以使用由波導22提供的整個開口。在發(fā)射路徑80和接收路徑82中的分離發(fā)生在被實現(xiàn)為隔膜偏振器的波模變換器20的區(qū)中，其中路徑80、82在隔膜偏振器的兩側(cè)上形成。因此，波導22的整個孔隙26可用于每個信號路徑80、82，以使得在給定外徑處優(yōu)化波導22的輻照和接收特性。
基于圖10中的線a-a'，圖11示出了波導22的孔隙26上的頂視圖a-a'。在所示的示例性實施方式中，假設波導透射波16b被偏振為向右旋轉(zhuǎn)(從后方到波的傳播方向上的觀察方向)，并且被輻照作為對應的右旋圓偏振自由空間透射波16c。
基于圖10中的線b-b'，圖12示出了目標12上的頂視圖。因為目標12的導電表面，所以右旋圓偏振自由空間透射波16c被反射為左旋圓偏振自由空間波30a。因為圖12中的鏡面反轉(zhuǎn)描繪的頂視圖，基于圖11，相反地指示波的旋轉(zhuǎn)方向。
左旋圓偏振自由空間反射波30a進一步在波導22中出現(xiàn)作為左旋圓偏振波導反射波30b。
波模變換器22在具有圓偏振波的實施方式中實現(xiàn)，優(yōu)選地作為隔膜偏振器。在所示的示例性實施方式中，被實現(xiàn)為隔膜偏振器的波模變換器具有階梯式平面結(jié)構(gòu)，其優(yōu)選地通過光刻工藝制成，并且因此可以直接集成在包括其他電子部件的板上。以上已經(jīng)更詳細地解釋了電子部件在波導22中的集成。
如前所述，本發(fā)明的實質(zhì)優(yōu)點是電磁去耦信號路徑80、82的實現(xiàn)，并且除了反射系數(shù)γ之外或代替其，透射系數(shù)tr可以被檢測作為能夠被測量并且取決于到目標12的距離d的測量。
透射系數(shù)tr描述信號路徑，所述信號路徑由波導22中的發(fā)射路徑80、到目標12并再次返回波導22中的接收路徑82的路徑進程形成。
距離d與透射系數(shù)tr的量值之間的連接可以被波導22內(nèi)的波導成形影響。例如，最大量值的位置受以下的影響：發(fā)射軌道80和接收軌道82是僅在接近傳感器10的有效表面上一起被引導還是仍然在圓柱形波導22內(nèi)部。如果兩個路徑80、82彼此分開延伸直到有效表面，則在目標距離為零時，透射系數(shù)tr為零。
相比之下，也可能以這種方式形成波導或傳感器頭，使得當目標距離為零時(例如當使用隔膜偏振器和圓偏振波時是可能的)，產(chǎn)生透射系數(shù)tr的量值最大值。
因此，特別地，波導22可能以這種方式形成，使得透射系數(shù)的進程從質(zhì)量方面看對應于反射系數(shù)γ的進程。
這種情況帶來了相當大的優(yōu)點，即距離d的確定可以僅基于透射系數(shù)tr的確定。在這樣做時，由于透射波16和反射波都已經(jīng)分開存在，所以不需要通過定向耦合器56進行的信號分離。
- 還沒有人留言評論。精彩留言會獲得點贊！