專利名稱：用于通過電磁高頻信號定位包圍在介質(zhì)中的物體的測量儀和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于通過頻率范圍在1至5GHz的電磁高頻信號定 位包圍在介質(zhì)中的物體的測量儀和方法。
背景技術(shù)：
為了定位包圍在介質(zhì)中的物體在原先除了使用早就公知的感應(yīng)傳 感器以外也使用電磁高頻信號。相應(yīng)的測量儀具有例如用于發(fā)射高頻雷 達(dá)信號或微波的天線。
用于確定地檢測物體如墻壁中的導(dǎo)線或管的裝置的天線通常優(yōu)化 到發(fā)射或接收高頻(HF)雷達(dá)信號。例如由DE 10104863 Al已知這種 天線。
DE 10104863 Al的天線是一體的、平面天線，它以高度機(jī)械穩(wěn)定性 固定在電路板上并且具有相對對稱的方向圖，它具有很大程度減小的旁 瓣最大值或旁波瓣。已知的天線由導(dǎo)電板組成，它在相互對置的邊緣上 具有兩個折彎的側(cè)面段，它們作為導(dǎo)線臂用于使天線耦聯(lián)在饋給網(wǎng)上。
具有天線的定位儀可以特別多方面地使用，因為它們根本不受到磁 材料或存在電壓的限制，而是記錄要被檢查的物質(zhì)的介電常數(shù)的變化， 由此在測量期間例如也可以檢測塑料管、空氣夾雜或空心空間。
但是這種儀器的缺陷是，受到墻體、頂板或地板結(jié)構(gòu)、即已被包圍 的物體的周圍材料結(jié)構(gòu)的影響。這種影響可能相對較大，部分地還可能 大于被包圍物體本身的影響。因此對于雷達(dá)儀難以區(qū)分墻體結(jié)構(gòu)與物體 的不均質(zhì)性。

發(fā)明內(nèi)容
按照本發(fā)明的用于定位包圍在介質(zhì)中的物體的具有權(quán)利要求1特征 的測量儀、它尤其作為手持測量儀與已知的同樣通過電磁高頻信號定位 物體的測量儀相比具有優(yōu)點(diǎn)，測量儀的高頻傳感器具有至少兩個天線部 件，其中由這個天線發(fā)射或接收的電磁波的極化面相向地旋轉(zhuǎn)。
因此建議，以有利的方式使用多天線系統(tǒng)，其中這樣設(shè)置多個天線，尤其相互旋轉(zhuǎn)，使得這種傳感器的測量信號通過各向異性的、即例如長 形的物體不同強(qiáng)度地交互作用。
為此例如可以-使天線部件本身、或天線部件的對稱面相互旋轉(zhuǎn)。這 一點(diǎn)尤其是有利的，因此天線幾何形狀或?qū)ΨQ性也影響發(fā)射波的極化
移改變發(fā)射平面并由此尤其也改變極化面。但是在此各個天線的接收面 總是保持相同。
具有許多天線部件的高頻傳感器具有優(yōu)點(diǎn)，其中由天線部件發(fā)射或 接收的波極化面相互旋轉(zhuǎn)，天線部件不僅在唯一的平面、例如水平面進(jìn) 行測量，而且可以在多個平面中接收相應(yīng)的測量信號。這一點(diǎn)在靜態(tài)測 量時以有利的方式導(dǎo)致，包圍在介質(zhì)中的物體通過形成高頻傳感器不同 測量通道的測量信號差易于被發(fā)現(xiàn)。由此在測量信號只在一個平面中發(fā) 出的單個天線部件中傳感器(或者也可以選擇物體本身)必需移動，因 為通過這種測量儀只能獲得介電常數(shù)中的差別。如果一個物體例如水平 地位于墻體里面，則一個水平的極化測量信號發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)比例如垂直極化測 量信號檢測到的強(qiáng)烈得多的返回信號或振幅，因為后者實(shí)際上只測量墻 體或墻體結(jié)構(gòu)的反射。因此這種具有兩個天線部件或至少兩個天線部件 的至少兩個相向旋轉(zhuǎn)的極化面的高頻傳感器在原則上不需要運(yùn)動，其中 天線部件的發(fā)射或接收平面相向旋轉(zhuǎn)。
對于活動的傳感器具有按照本發(fā)明的多天線系統(tǒng)的高頻傳感器以 有利的方式也有助于從測量信號有效地計算出墻體結(jié)構(gòu)。例如對于雙天 線系統(tǒng)，其中天線相互正交地對準(zhǔn)并且使測量信號通過相應(yīng)地相互間直 角取向的極化面發(fā)送，由兩個天線檢測到的、即進(jìn)入到高頻傳感器的兩 個測量通道里面的每個信號是墻體結(jié)構(gòu)的組成部分。如果兩個天線部件 的測量信號是不同的，則檢測到的物體位于 一 個極化面的優(yōu)選方向("信 號各向異性")。
在層式結(jié)構(gòu)中、例如在具有組合的地面暖氣的地面中的層式結(jié)構(gòu)在 每個層(瓷磚、頂板、聚苯乙烯泡沫塑料、管、混凝土)產(chǎn)生一個信號， 因為由于材料的介電常數(shù)的各自變化導(dǎo)致發(fā)出信號的反射。在這種系統(tǒng) 中通過形成測量信號差使地下效應(yīng)最小，由此可以更有效和更容易找到管道。如果使測量儀僅通過一個天線部件平行于物體移動，則這個測量儀 可能找不到物體，因為檢測不到介電常數(shù)變化。在具有許多相向旋轉(zhuǎn)的 天線或相向旋轉(zhuǎn)的由天線發(fā)出的高頻測量信號的極化面的測量儀中持 續(xù)地得到一個在這些天線部件的測量通道之間的信號差并且可以通過 有利的方式更容易地找到物體。
此外通過使現(xiàn)有的天線部件差動地驅(qū)動，可以盡可能優(yōu)選地適配于 高頻傳感器的敏感性。在此派生的測量信號幾乎不增加。在只有一個天 線部件的測量儀中存在由于墻體反射和類似反射存在過控制的問題，它 使信號評價和實(shí)際包圍的物體的定位更加困難。因此只有通過多天線系 統(tǒng)和尤其具有相互旋轉(zhuǎn)的橫截面的系統(tǒng)能夠形成測量信號差也以有利 的方式提高定位測量的動態(tài)特性。
在從屬權(quán)利要求中給出在權(quán)利要求1中給出的測量儀的有利改進(jìn)方 案和擴(kuò)展結(jié)構(gòu)。
按照本發(fā)明的測量儀的優(yōu)選實(shí)施例使測量儀具有多個n天線部件， 其極化面分別以 一個角度a相互旋轉(zhuǎn)。在此尤其有利地選擇一個角度a =180°/n,由此使發(fā)射或接收在不同的極化面(垂直、水平、30°和類似 的)中延伸，由此使測量信號的交替作用通過各向異性的、即長形物體 不同程度地析出。
按照優(yōu)選的實(shí)施例每個天線部件由至少兩個、例如三角形的導(dǎo)電天 線段組成，它們相對于測量點(diǎn)對稱地設(shè)置并且分別徑向?qū)χ?。尤其是?可以使天線段信號分開，因此使天線部件是兩體的。以有利的方式使相 鄰的天線段盡可能相互去耦聯(lián)。
由此在相應(yīng)地激勵這個天線l殳時形成分離的電》茲場，由此形成一個 天線。在此這樣形成按照本發(fā)明的結(jié)構(gòu)的幾何形狀，使得一個分離的電
重要的中斷或旁瓣最大值并且在一個極化面中發(fā)送。
按照本發(fā)明的測量儀以有利的方式具有控制機(jī)構(gòu)或信號分配機(jī)構(gòu)， 它們能夠?qū)⒁粋€一次性產(chǎn)生的發(fā)射信號分配到各個天線部件上。由此例 如在使用兩個測量或極化方向時、即例如在使用兩個相互旋轉(zhuǎn)的相同形
分配到兩個用于控制兩個天線部件的測量通道上。為了減少產(chǎn)生兩個信 號的費(fèi)用，可以事后分配一個產(chǎn)生的發(fā)送信號。在分配到兩個方向上時可以使發(fā)送信號以必需的功率分配。在標(biāo)準(zhǔn)情況下以有利的方式使功率 以發(fā)送信號的輸入功率與分配的數(shù)量的比例分開。但是同樣能夠?qū)崿F(xiàn)其 它的分配。
按照一個優(yōu)選的實(shí)施例使天線結(jié)構(gòu)的天線部件同相地控制。但是也
能夠使天線部件通過確定的例如90°或180。的相位差控制。
在按照本發(fā)明的測量儀的另 一優(yōu)選的改進(jìn)方案中這個測量儀具有 第二天線結(jié)構(gòu)，它本身也配有多個m天線部件，其中由這個天線部件發(fā) 射或接收的高頻信號的極化面相互旋轉(zhuǎn)。這一點(diǎn)尤其由此實(shí)現(xiàn)，使天線
以特別有利的方式能夠?qū)崿F(xiàn)一個測量儀或定位儀，其中m = n。在 這種具有兩個天線結(jié)構(gòu)的測量儀中，天線部件本身分別具有相同數(shù)量的 天線部件，通過使這個高頻電路部分的信號由轉(zhuǎn)換器有選擇地傳導(dǎo)或者
通過相應(yīng)的信號分配機(jī)構(gòu)同時傳導(dǎo)到天線結(jié)構(gòu)的各個天線部件，測量儀 的各個高頻電路部分可以控制兩個天線結(jié)構(gòu)。
以有利的方式使這種高頻電路部分具有許多測量通道，其中測量通 道的數(shù)量等于天線結(jié)構(gòu)的天線部件的數(shù)量。
在按照本發(fā)明的測量儀的有利實(shí)施例中這個測量儀具有 一 個路徑 傳感器，它能夠使測量儀的高頻測量信號附屬于測量儀的位置。通過這 種方式例如能夠使按照本發(fā)明的測量儀的測量結(jié)果例如圖形地這樣在 輸出單元中示出，使得可以準(zhǔn)確地給出關(guān)于定位的對應(yīng)物體的位置，因 為除了對應(yīng)物體定位的事實(shí)以外也檢測到其在與測量儀連接的路徑傳 感器上的位置。
按照本發(fā)明的測量儀的 一個特別有利的實(shí)施例通過在測量儀的外 殼里面或上面組合附加的傳感器給出。因此例如可以在外殼里面或上面 組合附加的紅外傳感器或電容傳感器、電感傳感器或電壓傳感器。尤其 是為了檢測地面暖氣、墻體暖氣或頂板暖氣有利的是，除了高頻傳感器 以外通過其天線部件例如使用一個或多個紅外傳感器，因為它們保證熱 檢測的可能性并例如也可以檢測這種暖氣的流動方向。
通過在按照本發(fā)明的測量儀中使用不同的傳感器可以保證檢測例 如在非常難以檢測的環(huán)境中的暖氣管道。由此改善使用的可靠性，尤其
是在可能損害這種管道的方面。
通過按照本發(fā)明的用于定位包圍在介質(zhì)中的物體的高頻方法能夠以有利的方式使設(shè)置在相應(yīng)的測量儀中的多個天線部件有選擇地作為 測量信號的發(fā)射器或接收器運(yùn)行。尤其是在按照本發(fā)明的方法中具有機(jī) 構(gòu)，它能夠使測量信號的發(fā)送和/或接收通過不同數(shù)量的天線部件進(jìn)行。 尤其是能夠在不同的平面中實(shí)現(xiàn)發(fā)送和接收，因為這樣構(gòu)成天線部件， 使測量信號可以通過不同的極化面發(fā)送和接收。由此例如可以使測量信 號在所有相向旋轉(zhuǎn)的測量或極化面中同時發(fā)送。也可以選擇使測量信號 例如只在一個方向、例如垂直地發(fā)送。也可以實(shí)現(xiàn)一種方法，其中測量 信號盡管在多個極化方向上發(fā)送，但是先后地實(shí)現(xiàn)發(fā)送。因此例如有意
義的是，只在極化方向上發(fā)送并且在多個、例如兩個方向上接收，因為 例如墻體或包圍在墻體里面的物質(zhì)可能旋轉(zhuǎn)測量信號的相位。還可以設(shè) 想，例如使金屬的物體產(chǎn)生測量信號的相突變，也在物體特性方面，即 區(qū)分金屬/非金屬通過高頻信號得到其它正面的附加信息，它們通過相應(yīng) 的測量信號的信號評價以有利的方式計算。在此也有意義的是，通過比 接收測量信號使用更少數(shù)量的天線部件發(fā)送測量信號。
一個能夠先后發(fā)送并先后接收的系統(tǒng)是有利的，因為在這種情況下 排除橫向敏感性和發(fā)送與接收元件之間的過響應(yīng)。但是這種方法也有缺 陷，需要長的時間以及測量系統(tǒng)的高成本，因為必需使用高頻開關(guān)，用 于在不同的天線部件(水平、垂直)之間轉(zhuǎn)換。與此相反同時地發(fā)送和 接收可以節(jié)省時間地、有利地轉(zhuǎn)換并且只與微少的數(shù)據(jù)量有關(guān)，但是產(chǎn) 生發(fā)送通道與接收通道之間過響應(yīng)的趨勢。
以有利的方式使這種發(fā)送系統(tǒng)由此無校準(zhǔn)地保持，對于每個測量通 道、即例如在雙天線系統(tǒng)中水平和垂直地在發(fā)送端建立一個基準(zhǔn)路徑， 它能夠例如通過一個轉(zhuǎn)換開關(guān)使測量信號直接接通到天線上或者導(dǎo)引 到基準(zhǔn)路徑上。通過這種方式能夠計算溫度漂移和測量信號的其它變化 的信號分量，由此可以避免誤測量或在短的時間間隔中經(jīng)常地使用者校 準(zhǔn)。因此按照本發(fā)明的測量儀或按照本發(fā)明的用于通過電磁高頻信號定 位包圍在介質(zhì)中的物體的方法能夠以有利的方式通過許多天線部件的
適合布置和布線達(dá)到改善的定位，尤其是更好地區(qū)分測量信號與被包圍 的物體和周圍的介質(zhì)。
由下面幾個實(shí)施例的描述給出按照本發(fā)明的測量儀以及按照本發(fā)
明的用于定位包圍在介質(zhì)中的物體的方法的其它優(yōu)點(diǎn)。


在附圖中示出按照本發(fā)明的測量儀和按照本發(fā)明的方法的實(shí)施例， 它們在下面的描述中詳細(xì)解釋。附圖、其描述以及權(quán)利要求包括大量特
附圖中、。\ 、" ，"、、 ，、
圖1示出按照本發(fā)明的用于定位儀高頻傳感器的天線結(jié)構(gòu)， 圖2以示意圖示出按照圖1的天線結(jié)構(gòu)的截面圖， 圖3示出表明按照本發(fā)明的方法的方框圖，
圖4以簡化示意圖示出按照本發(fā)明的測量儀的可選擇傳感器布置， 圖5以立體圖示出按照本發(fā)明的測量儀。
具體實(shí)施例方式
圖1示出按照本發(fā)明的測量儀的天線結(jié)構(gòu)10的第一實(shí)施例。按照 圖1實(shí)施例的天線結(jié)構(gòu)10包括兩個天線部件12和14,它們以90°角相 互設(shè)置。該天線結(jié)構(gòu)IO機(jī)械固定在支承裝置16、例如電路板上并且與 電3各板電4妻通。
天線部件12和14本身仍然分別由兩個相互分開的、基本上三角形 的天線段121和122 (對于天線部件12)或141和142 (對于天線部件
的天線段分開。按照圖1的天線結(jié)構(gòu)的各個板121， 122, 141, 142通 過地腳23釬焊到支承裝置16里面，由此通過安裝所有四個天線段形成 天線結(jié)構(gòu)。為了減少在基本上三角形的天線段中的渦流效應(yīng)按照圖l具 有縫隙或空隙18,它們優(yōu)選沿著天線段10的鏡像軸或?qū)ΨQ軸延伸。基 本上三角形的天線段121, 122, 141和142在形成正方形的天線結(jié)構(gòu)的 外側(cè)面上過渡到基本垂直于支承裝置16延伸的導(dǎo)電屏蔽壁20。
在天線結(jié)構(gòu)20的屏蔽壁20中還具有空隙22,其中在橫向中加入兩 個輪軸24, 26。這些輪軸24, 26以及與這些輪軸連接的、為了清晰在 圖1中未示出的滾動體是按照本發(fā)明的測量儀的路徑接收系統(tǒng)的組成部 分，借助于它們一方面可以使測量儀在要被檢查的表面上移動。另一方 面這個路徑接收系統(tǒng)能夠精確地接收路徑，由此對于每個檢測的測量信 號也可以將定位信息傳遞到測量儀的相應(yīng)評價單元。
位于天線結(jié)構(gòu)中心點(diǎn)28處的三角形尖部30與在圖1中未示出的支承裝置16的高頻信號接頭接通。因此天線結(jié)構(gòu)的這個中心點(diǎn)28也形成
結(jié)構(gòu)的測量點(diǎn)。
圖2示出通過天線部件12鏡像軸的示意截面圖，該天線部件由基 本上三角形的天線段121和122以及屏蔽壁20組成。在屏蔽壁20與自 身的天線段121, 122之間分別具有過渡段32。
在圖2中通過彎曲的箭頭34簡示出電磁變化場，它由相應(yīng)的高頻 信號饋入。沿著天線軸38電磁波在一個平面、極化面中傳播，該極化 面在圖2中對應(yīng)于紙面。在此電》茲波優(yōu)選位于1至5GHz頻率的雷達(dá)范 圍。HF信號或高頻信號的稱謂涉及這個頻率范圍。
兩個徑向?qū)χ玫腍F信號接頭30例如可以分別以約180°相互相位移 的HF信號差動地激勵。由此使裝置以兩個不同的、優(yōu)選以約90。相互4昔 開的極化面運(yùn)行。附屬于天線段的分別對置的接頭在幾何形狀上幾乎相 鄰并且對于天線軸38具有優(yōu)選平行的方向。 一個天線段的屏蔽壁20在 其下端部上在支承裝置16處平面地或者至少部分平面地與系統(tǒng)地線、 優(yōu)選是基準(zhǔn)電位連接。
由此在徑向?qū)χ玫奶炀€段121與122或141與142之間形成電磁場， 它以公知的方式分開。這樣形成天線結(jié)構(gòu)的幾何形狀，使分開的電磁場 在橫截面與在縱截面中 一樣在天線結(jié)構(gòu)上方?jīng)]有中斷地構(gòu)成。在此直接 緊鄰的天線段盡可能相互去耦聯(lián)。
以有利的方式這樣控制按照圖l的天線結(jié)構(gòu)，它具有兩個相互間以 90。旋轉(zhuǎn)的天線部件12和14，使得饋入或發(fā)出的HF信號相位相同。除 了這個優(yōu)選的實(shí)施例以外，其中兩個天線部件同相位地運(yùn)行，原則上也 可以使兩個天線部件或者在使用多于兩個天線部件時相互間發(fā)出以90。 或例如180。相位差的HF信號。
下面借助于圖3詳細(xì)解釋用于通過電磁HF信號定位的相應(yīng)方法如 何應(yīng)用到按照本發(fā)明的測量儀里面。
所述測量儀具有一個中央信號處理器和測量儀控制器50,它例如可 以組合到DSP和微計算機(jī)里面。這個測量儀控制器定標(biāo)并處理路徑傳感 器系統(tǒng)52的信息，該路徑傳感器系統(tǒng)能夠通過輪軸24, 26確定測量儀 的位置。此外該測量儀控制器50也控制測量儀的輸出單元，它例如通 過一個顯示器54以圖形顯示的形式在測量儀的外殼中實(shí)現(xiàn)。此外中央 信號處理器或測量儀控制器50處理相應(yīng)的使用者輸入，它借助于在測量儀上構(gòu)成的操作單元傳遞到測量儀控制器。借助于操作單元56按照 本發(fā)明的測量儀的使用者可以起動例如不同的測量程序。
在按照圖3的實(shí)施例中按照本發(fā)明的測量儀具有兩個天線結(jié)構(gòu)10 和11,它們分別具有兩個以90。角相互設(shè)置的天線部件12和14 (對于 天線結(jié)構(gòu)10)或13和15 (對于天線結(jié)構(gòu)11 )。天線結(jié)構(gòu)10和11可以 對應(yīng)于在圖1中所述的結(jié)構(gòu)。
按照本發(fā)明的測量儀或相應(yīng)的按照本發(fā)明的方法不局限于使用一 個或兩個天線結(jié)構(gòu)，因此圖3僅僅用于描述基本原理。按照本發(fā)明的方 法以及相應(yīng)的測量儀原則上可以通過任意數(shù)量的天線結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。此外每 個天線結(jié)構(gòu)也不局限于在一個天線結(jié)構(gòu)中只使用兩個天線部件。與圖1 中或圖3中僅僅示例性示出的實(shí)施例不同也可以使按照本發(fā)明的測量儀 或按照本發(fā)明的方法具有任意數(shù)量天線部件的天線結(jié)構(gòu)。在此這些天線 部件尤其以確定的角度a相互旋轉(zhuǎn)。優(yōu)選這樣選擇這個角度a，在n個 天線部件時天線部件之間、即這個天線部件的對稱軸之間的角度a通過 a= 1807n確定。例如在一個天線結(jié)構(gòu)中^f吏用三個天線部件時〗吏天線部 件分別以60。的角度相互旋轉(zhuǎn)。按照本發(fā)明的測量儀或按照本發(fā)明的方 法也不局限于使用基本上三角形的天線段。例如也可以使天線段由一體 的、例如矩形的平面天線構(gòu)成。
下面示例性地詳細(xì)解釋具有兩個天線結(jié)構(gòu)、分別具有兩個天線部件 的實(shí)施例。在此按照圖3的實(shí)施例的天線部件12和14或13和15這樣 設(shè)置，使輻射在不同的平面(垂直，水平)中延伸，由此一個具有各向 異性、即長形物體的HF信號不同強(qiáng)度地交互作用。在此使用的且一般 位于1至5GHz的頻率范圍中的信號可以是脈沖信號或者也可以是 FMCW (頻率調(diào)制連續(xù)波)信號。此外也可以使用偽噪聲信號。原則上 在按照本發(fā)明的方法中可以使用各種形式的微波輻射。
按照圖3實(shí)施例的按照本發(fā)明的測量儀的中央測量儀控制器50控 制HF電路部分58,它對應(yīng)于所使用的天線部件具有多個測量通道。因 此在圖3的實(shí)施例中該HF電路部分具有兩個用于天線部件12， 14或 13， 15的測量通道。所產(chǎn)生的HF信號通過測量通道給到天線部件上， 由此如同結(jié)合圖2描述的那樣在一個平面中發(fā)出各天線結(jié)構(gòu)的高頻電磁 波。
在使用如圖3的實(shí)施例中的多個天線結(jié)構(gòu)時可以在HF電路部分58與天線結(jié)構(gòu)之間(在實(shí)施例中的10, 11)具有一個轉(zhuǎn)換開關(guān)60,它使 高頻信號有選擇或同時地給到不同的天線結(jié)構(gòu)10或11上。
為了避免產(chǎn)生兩個高頻信號的費(fèi)用也可以在HF電5^部分58中或者 在這個HF電路部分前面4叉僅產(chǎn)生一個HF信號，它以相應(yīng)的相位饋入 到各天線結(jié)構(gòu)10或11的兩個(或多個)測量通道上。在分配在兩個方 向或兩個天線部件上時可以使HF發(fā)送信號以必需的功率分配。在標(biāo)準(zhǔn) 情況下這個功率以輸入功率與分配數(shù)量的比例分開。同樣能夠?qū)崿F(xiàn)其它 分配。饋入到天線部件上的HF信號例如可以同相位地或者也可以配有 相位差。由此例如能夠使給到天線結(jié)構(gòu)的天線部件上的分信號配有90。 或180。的相位差。
對于在一個天線結(jié)構(gòu)中使用兩個(或三個、四個等)天線部件時發(fā) 送或接收以有利的方式產(chǎn)生下面的可能性
用于定位被包圍物體的HF信號可以在兩個方向(天線部件12和 14)同時發(fā)送。也可以選才奪在兩個方向上串耳關(guān)地、即先后地發(fā)送。此外 原則上也能夠與天線結(jié)構(gòu)中的天線部件的數(shù)量無關(guān)地只在一個方向、例 如垂直方向發(fā)送。如同已經(jīng)描述過的那樣，如果在兩個方向發(fā)射，天線 的饋入是不同的。因此可以使發(fā)送在兩個方向上、即通過兩個天線部件 同相位地實(shí)現(xiàn)。同樣能夠使兩個天線部件發(fā)射的HF信號配有90°或180° 的相位差。
以類似的方式可以在天線結(jié)構(gòu)的不同配置中實(shí)現(xiàn)在介質(zhì)上反射的 或者在包圍在介質(zhì)中的物體上反射的HF信號的接收。例如在兩個方向 上并且同時接收反射的信號。也可以選擇在兩個方向上、但是先后地接 收反射的測量信號。也可以僅僅使天線結(jié)構(gòu)的一個天線部件用于發(fā)送， 但是多個天線部件用于接收。
此外有意義的是，只在一個方向上、即在測量通道(12或14以及 13或15 )發(fā)送并且在兩個方向上(12和14或13和15 )接收，因為要 被定位的物體本身或者周圍的介質(zhì)例如墻體可能使測量信號的相位旋 轉(zhuǎn)。例如金屬的物體產(chǎn)生相位突變，由此通過不同的發(fā)送或接收配置也 可以區(qū)別關(guān)于物體特性如金屬/非金屬的附加信息，通過例如不僅只通過 接收通道而且附加地通過兩個接收通道進(jìn)行信號評價。
在原理上有利的是，先后地發(fā)送并且先后地接收，因為由此在很大 程度上排除橫向敏感性和過響應(yīng)。但是這種方法的缺陷是，對于系統(tǒng)需要長時間并且還產(chǎn)生高成本，因為必需使用HF開關(guān)并增加數(shù)據(jù)量，它
們必需傳輸和處理。與此相反，同時發(fā)送和接收可以節(jié)省時間和成本有 利地轉(zhuǎn)換并且與少量數(shù)據(jù)有關(guān)，但是由于測量通道之間的過響應(yīng)存在信 號質(zhì)量更差的隱患。
同時發(fā)送但是先后接收對一個系統(tǒng)看起來是一個有意義的妥協(xié)，因 為這個系統(tǒng)僅僅在發(fā)送端需要信號分配并且在接收端只需一個接收器
(例如具有AD轉(zhuǎn)換器的取樣器)，但是此外無需開關(guān)。
通過高頻傳感器的兩個測量地點(diǎn)以及兩個測量方向能夠預(yù)言包圍 在介質(zhì)、例如墻體中的物體的位置和走向。通過測得對應(yīng)于天線結(jié)構(gòu)的 兩個空間方向的測量信號的兩個極化方向?qū)τ诿總€測量地點(diǎn)直接實(shí)現(xiàn) 地下照片，由此例如更好地檢測建筑材料中的塑料管。通過這種方式能 夠減少周圍介質(zhì)結(jié)構(gòu)、如墻體、頂板或地面的影響并由此也檢測例如塑 料管等物體，它們僅僅產(chǎn)生弱的信號。
按照本發(fā)明的發(fā)送系統(tǒng)以有利的方式由此盡可能保持無校準(zhǔn)，對于 每個測量通道(在圖3的實(shí)施例中例如水平和垂直通道)在發(fā)送端建立 一個基準(zhǔn)路徑，它能夠通過轉(zhuǎn)換開關(guān)使HF信號接通在基準(zhǔn)、例如一個 確定的終端電阻或者直接接通在相應(yīng)的天線部件上。通過這種方式通過 信號處理可以計算出溫度漂移或其它的變化的信號分量。這大多需要工 具或使用者校準(zhǔn)，但是避免誤測量。
除了上述的天線結(jié)構(gòu)以外按照本發(fā)明的測量儀可以具有其它傳感 器，它們易于定位包圍在介質(zhì)中的物體。例如可以具有其它感應(yīng)的或電 容的傳感器，它們在按照圖3的方框圖中總體以標(biāo)記符號62表示。感 應(yīng)的或電容的傳感器有助于，除了單純定位被包圍的物體以外也易于識 別物體材料。尤其有利地是使用紅外傳感器64，因為它們能夠薈別熱源。 尤其與檢測地面暖氣、墻體暖氣或頂板暖氣的準(zhǔn)確位置有關(guān)有利的是， 按照本發(fā)明的測量儀通過附加的紅外傳感器構(gòu)成。通過使用所有在儀器
改善應(yīng)用者S^:性，這涉及到管道的損、傷。例如、也能夠通過使用紅外 傳感器預(yù)言地面中的熱分布，例如抬，領(lǐng)'J熱量流動方向以及相應(yīng)的泄漏。 圖4以示意圖示出用于按照本發(fā)明的測量儀的可能的傳感器結(jié)構(gòu)。 該傳感器具有兩個天線結(jié)構(gòu)10和11,它們分別具有兩個天線部件12和 14以及13和15。在兩個天線結(jié)構(gòu)10和11之間設(shè)置一個紅外傳感器，它例如能夠通過第一紅外傳感器70確定物體熱量。通過一個附加的、空間上分開的、例如包括另兩個必要時差動評價的紅外傳感器的紅外傳感器72還能夠確定熱量分布。除了 HF傳感器10和11以及紅外傳感器 70和72以外按照圖4的實(shí)施例所述傳感器74還具有一個感應(yīng)傳感器的 線圈結(jié)構(gòu)76以及一個電容傳感器78。因此按照本發(fā)明的測量儀以及按照本發(fā)明的用于通過電磁HF信號 定位包圍在介質(zhì)中的物體的方法能夠有利地保證傳感器或者說相應(yīng)地 接通傳感器，尤其是能夠更好地使信號與墻體結(jié)構(gòu)和墻體建筑和被包圍 的物體分開。尤其能夠通過使用多個相向旋轉(zhuǎn)的天線部件更好地獲得物 體的位置和走向。圖5以外觀圖示出按照本發(fā)明的測量儀的實(shí)施例。圖5示出一個用 于檢測包圍在介質(zhì)中的物體的具有多重感應(yīng)器的手持定位儀80。這個定 位儀80的外殼82可以在兩個優(yōu)選相反的運(yùn)動方向84或86上移動，它 們垂直于測量儀外殼82的縱向88延伸。該定位儀80具有四個由輪子 構(gòu)成的滾動體90， 92, 94和96,它們在儀器縱向88上設(shè)置在對置的側(cè) 面98和100上，在儀器的一黃向設(shè)置在其外部部位。分別在縱向88對置 的滾動體90和94以及92和96通過剛性的軸24或26 (參見圖1 )抗 扭轉(zhuǎn)地相互連接，其中使剛性軸24或26這樣通過天線結(jié)構(gòu)導(dǎo)引，使得 這個天線結(jié)構(gòu)通過其固定體作為可移動的儀器80的軸導(dǎo)向。為了接收運(yùn)動特性參數(shù)該定位儀80具有一個傳感器單元，它具有 兩個傳感器，通過它們可以獲得運(yùn)動特性參數(shù)。為此在軸24或26上以 未詳細(xì)示出的方式插上扇形輪，它們在叉形光柵中移動，由此可以檢測 儀器的運(yùn)動方向。該測量儀80的外殼82在其頂面102上具有由弓形把手104構(gòu)成的 把持裝置106。該把持裝置在外殼82的縱向88上延伸。借助于這個保 持裝置106和輪子90, 92, 94和96可以使測量儀在要被檢查的介質(zhì)、 如墻體、地面或頂纟反的表面上移動。所述保持裝置106在其面對顯示器54的端部上具有第一操作單元 108，通過它可以起動或結(jié)束相應(yīng)的用于定位被包圍物體的測量過程。 在保持裝置106與由顯示器54構(gòu)成的儀器顯示屏之間設(shè)置一個鍵盤 110，它具有不同的測量4妄4建112, 114, 116,通過它們例如可以接通或 斷開測量儀多重傳感器的不同傳感器。按照本發(fā)明的天線結(jié)構(gòu)10或ll設(shè)置在背離保持裝置106的測量儀頭部118里面并且在圖5中只示意地虛線給出。在此天線部件12和14 以及12, 13,高頻傳感器14和15對準(zhǔn)在圖5中遮蓋的外殼82底面上。 按照本發(fā)明的測量儀、尤其是這種手持的用于檢測包圍在介質(zhì)中的 物體的定位儀具有多重傳感器，尤其是高頻傳感器，例如多個頻率范圍 在約1至5GHz的雷達(dá)天線。此外按照本發(fā)明的測量儀具有一個用于定 位金屬物體的感應(yīng)傳感器。高頻天線以及感應(yīng)傳感器的線圏結(jié)構(gòu)由機(jī)械 的支承裝置相互間相對地且也總體上作為多功能傳感器單元定位在測 量儀的外殼里面。在此機(jī)械的支承裝置直接固定在測量儀的電路板上， 它具有其它用于使測量儀運(yùn)行的電控制元件。其它傳感器如電容傳感 器、電壓檢測器、電容的和被動的、即可以不產(chǎn)生電場地檢測電壓功率 的交變電壓場的傳感器以及一個或多個電容高頻檢測器可以這樣設(shè)置 在機(jī)械的支承裝置或從
權(quán)利要求
1.用于通過電磁高頻信號定位包圍在介質(zhì)中的物體的測量儀、尤其是手持測量儀，具有一個外殼(82)和至少一個設(shè)置在這個外殼(82)中的高頻傳感器，該傳感器具有第一天線結(jié)構(gòu)(10)，它具有至少一個第一天線部件(12)，該天線部件優(yōu)選在第一極化面中發(fā)射和/或接收，其特征在于，所述天線結(jié)構(gòu)(10)具有至少一個另外的天線部件(14)，其極化面相對于第一天線部件(12)的極化面旋轉(zhuǎn)。
2. 如權(quán)利要求1所述的測量儀，其特征在于，所述測量儀(80)具 有第一數(shù)量n個天線部件(12, 14),其極化面相互旋轉(zhuǎn)。
3. 如權(quán)利要求2所述的測量儀，其特征在于，所述極化面分別以一 個角度a相互旋轉(zhuǎn)。
4. 如權(quán)利要求3所述的測量儀，其特征在于，a=180°/n。
5. 如權(quán)利要求1至4中任一項所述的測量儀，其特征在于，每個天 線部件(12, 14)由至少兩個、圍繞測量點(diǎn)(28)對稱設(shè)置的導(dǎo)電天線 段(121, 122, 141, 142)組成，它們相互間分別徑向設(shè)置。
6. 如上述權(quán)利要求中任一項所述的測量儀，其特征在于，存在控制 機(jī)構(gòu)(58)或信號分配機(jī)構(gòu)(58),它們能夠?qū)⒁粋€發(fā)射信號分配到多 個天線部件(12, 14)上。
7. 如上述權(quán)利要求中任一項所述的測量儀，其特征在于，存在控制 機(jī)構(gòu)(58)或信號分配機(jī)構(gòu)(58),它們能夠同相地控制天線結(jié)構(gòu)(10) 的天線部件(12, 14)。
8. 如權(quán)利要求1至6中任一項所述的測量儀，其特征在于，存在控 制機(jī)構(gòu)(58)或信號分配機(jī)構(gòu)(58),它們能夠以任意限定的相差控制 天線結(jié)構(gòu)(10)的天線部件(12, 14)。
9. 如上述權(quán)利要求中任一項所述的測量儀，其特征在于，在儀器 (80)的外殼(82)中設(shè)置第二天線結(jié)構(gòu)(11 ),它具有第二數(shù)量m個天線部件(13, 15)。
10. 如權(quán)利要求2和9所述的測量儀，其特征在于，m = n。
11. 如權(quán)利要求9或10中任一項所述的測量儀，其特征在于，具 有一個HF電路部分(58),它控制兩個天線結(jié)構(gòu)(10, 11),通過使 這個高頻電路部分(58)的信號由轉(zhuǎn)換器(60)有選擇地傳導(dǎo)或者通過 信號分配機(jī)構(gòu)同時傳導(dǎo)到天線結(jié)構(gòu)(10, 11)。
12. 如權(quán)利要求7至11中任一項所述的測量儀，其特征在于，所 述高頻電路部分(58)具有多個測量通道，其中測量通道的數(shù)量等于天 線結(jié)構(gòu)(IO, 11)的天線部件(12, 14; 11, 13)的數(shù)量。
13. 如上述權(quán)利要求中任一項所述的測量儀，其特征在于，在測量 儀(80)的外殼(82)上面或里面設(shè)置至少一個附加的紅外傳感器(64, 70， 72)。
14. 如上述權(quán)利要求中任一項所述的測量儀，其特征在于，所述測 量儀(80)具有一個路徑傳感器(24, 26, 52 ),它能夠使高頻測量信 號和/或紅外測量信號附屬于測量儀的位置。
15. 如上述權(quán)利要求中任一項所述的測量儀，其特征在于，所述測 量儀具有控制機(jī)構(gòu)，它能夠使高頻信號輸送到一個基準(zhǔn)網(wǎng)。
16. 用于通過電磁高頻信號定位包圍在介質(zhì)中的物體的方法，尤其 是用于使具有多個天線部件(12, 14; 11， 13)的手持定位儀(80)運(yùn) 行的方法，其特征在于，可以在不同的極化面中進(jìn)行測量信號的發(fā)射和 /或接收。
17. 如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，可以通過不同數(shù)量 的天線部件(12, 14; 13, 15)進(jìn)行測量信號的發(fā)射和/或接收。
18. 如權(quán)利要求16或17所述的方法，其特征在于，以比發(fā)射時更 少數(shù)量的天線部件進(jìn)行接收。
19. 如權(quán)利要求16或17所述的方法，其特征在于，以比接收時更 少數(shù)量的天線部件進(jìn)行發(fā)射。
20. 如權(quán)利要求16或17所述的方法，其特征在于，以至少兩個天 線部件先后地不僅發(fā)射而且接收。
21. 如權(quán)利要求16或17所述的方法，其特征在于，以至少兩個天 線部件同時地不僅發(fā)射而且接收。
22. 如權(quán)利要求16或17所述的方法，其特征在于，至少兩個天線 部件(12, 14; 13, 15)不僅可以起到發(fā)射器的作用而且可以起到接收 器的作用，其中至少兩個天線部件(12, 14; 13, 15)的^l化面相向地旋轉(zhuǎn)。
23. 如權(quán)利要求16至22中任一項所述的方法，其特征在于，在測 量儀中產(chǎn)生一個發(fā)射信號，它接著分配到發(fā)射天線部件上。
24. 如權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，所述發(fā)射信號在其功率上對應(yīng)于現(xiàn)有發(fā)射天線部件的數(shù)量以輸入功率與分配器數(shù)量的比 例分割。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于通過電磁高頻信號定位包圍在介質(zhì)中的物體的測量儀、尤其是手持測量儀，具有一個外殼(82)和至少一個設(shè)置在這個外殼(82)中的高頻傳感器，該傳感器具有第一天線結(jié)構(gòu)(10)，它具有至少第一天線部件(12)，該天線部件優(yōu)選在第一極化面中發(fā)射和/或接收。按照本發(fā)明建議，所述天線結(jié)構(gòu)(10)具有至少另一天線部件(14)，其極化面相對于第一天線部件(12)的極化面旋轉(zhuǎn)。本發(fā)明還涉及一種用于通過電磁高頻信號定位包圍在介質(zhì)中的物體的方法，尤其是用于使具有許多天線部件(12，14；11，13)的手持定位儀(80)運(yùn)行的方法，其中可以在不同的極化面中進(jìn)行測量信號的發(fā)射和/或接收。
文檔編號H01Q21/26GK101300505SQ200680040687
公開日2008年11月5日 申請日期2006年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月31日
發(fā)明者C·韋蘭德, H·布勞恩, M·馬勒, R·克拉普夫, U·霍夫曼 申請人:羅伯特·博世有限公司