尤其是用于金属和介电目标物体的距离测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术描述了一种尤其是用于金属或介电目标物体的距离测量装置，所述距离测量装置具有传感器，该传感器具有谐振腔和谐振结构，其中谐振结构具有由介电材料构成的元件，该元件具有边缘侧的狭窄部，其中谐振腔的谐振频率依赖于元件与目标物体之间的距离。

Distance measuring device, in particular for metal and dielectric target objects

The invention relates to a distance measuring device especially for metal or dielectric objects, the distance measuring device has a sensor, the sensor has a resonant cavity resonant structure, which is composed of dielectric resonator material element, the element has a narrow part edge side, wherein the resonant frequency of the cavity depends on the distance between the element and the object.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】尤其是用于金属和介电目标物体的距离测量装置
本专利技术涉及一种尤其是用于金属和介电目标物体的距离测量装置。从EP1000314B中已知一种具有传感器和分析电子设备的距离测量装置，在所述距离测量装置中传感器具有空腔谐振器形式的谐振器，例如利用流体材料、例如空气或惰性气体来填充该谐振器。
技术介绍
可替代地，将电感式传感器、电容式传感器、光学传感器和超声传感器用于近区（Nahbereich）中的测量。电感式传感器基于交变磁场原理，并且仅仅在金属目标的情况下起作用，其中为了达到高的测量精确度必须已知材料及其大小。直接并排地安装的电感式传感器相互影响，因为其探测区域包括直至180°的角度范围。此外，静态和动态磁场可能损害传感器的功能性。测量精确度也随着温度波动。在电容式传感器的情况下，为了可靠的距离测量，目标的物体大小以及材料都必须是已知的。此外，测量精确度受到空气湿度、温度和电磁场影响。光学传感器仅能以有限规模用于工业应用中，因为在受污染的环境中不保证所述光学传感器的功能性。在超声传感器的情况下，测量精确度强烈地依赖于环境条件、诸如空气湿度和温度。
技术实现思路
利用本专利技术，提供根据专利权利要求1所述的距离测量装置，该距离测量装置尤其是能够用于金属目标和介电目标，但是也能够用于诸如所涂层的塑料材料之类的其它目标材料并且特点是非常好的测量特性。此外，利用本专利技术提供根据专利权利要求16所述的装置、例如距离测量装置，该装置的特点是特殊的谐振特性或谐振模式。若干扩展方案在从属权利要求中加以说明。在根据本专利技术的距离测量装置或根据本专利技术的距离测量方法的一个、多个或所有实施例中，实现如下优点：实现了显著的作用距离提升，也就是说，传感器与目标物体之间的可测量的距离与相同结构尺寸的电感式接近传感器相比明显提高为例如2至3倍。在此，同时也可以遵循所期望的设计要求，比如尽可能大的频率范围中的模式纯度（Modenreinheit）；电磁波到谐振器中容易的耦合输入或耦合输出；和/或传感器在介电材料与空气之间的界面处的小的集肤电流（Wandstrom）。在根据本专利技术的距离测量装置或根据本专利技术的距离测量方法的一个、多个或所有实施例中，使用如下传感器，所述传感器例如可以被构造为因子1传感器（Faktor-1-传感器）。在例如涉及金属并且目标面的大小不显著低于传感器的直径或传感器面时，这样的传感器可以在所有目标的情况下具有相同的测量曲线。在此，传感器可以在一个、多个或所有实施例中由于特殊的构造结构而具有小的安装缝隙，并且因此相对于包围传感器的组件在高度方面向上或向下仅仅稍微偏置或者完全不偏置。根据本专利技术的一方面，提供一种距离测量装置，所述距离测量装置尤其是能够用于金属目标物体或介电目标物体并且具有拥有谐振腔和谐振结构的传感器，其中谐振结构具有由介电材料构成的元件，该元件具有边缘侧的狭窄部。谐振腔的谐振频率依赖于元件与目标物体之间的距离。边缘侧的狭窄部可以是例如以缺口或凹槽形式的环绕的（umlaufend）、例如旋转对称的狭窄部，所述狭窄部例如可以具有矩形横截面。该元件可以被构造成有角的或圆柱形的。狭窄部例如可以具有元件高度的5至25%或者10至20%或者大致15%的高度，或者可以是0.2至1.0mm或可选地为0.5至0.7mm或大致0.6mm高。另外或可替代地，狭窄部例如可以具有元件宽度的5至25%或者10至20%或者大致15%的深度，或者可以是1.0至3.8mm或可选地为1.6至3.2mm或大致2.4mm深。狭窄部可以布置在元件的上三分之一中、在套管边缘（如果存在的话）之上。元件的下部区域——可选地包括狭窄部的边缘面——可以完全、部分或大部分地被金属化，并且元件的外部区域和/或上部区域可以用塑料来挤压包封。传感器的谐振结构可以至少部分地布置在套管中，并且元件在套管中被定位，使得元件的上部区域部分地位于套管之上。在距离测量装置的一个、多个或所有实施例中，可以设置用于产生可选地经频率调制的信号的信号发生器，该信号被耦合输入到谐振结构中，其中在谐振结构的另一位置处在存在谐振的情况下耦合输出一个信号。距离测量装置可以具有装置以便将从谐振结构中耦合输出的信号降混频（heruntermischen）到基带中、对所述信号进行放大、滤波和/或模数转换。距离测量装置可以包含：至少一个振荡器，其用于产生耦合输入到谐振结构中的信号以及本地振荡器信号（LO信号）；以及混频器，给所述混频器可以输送从谐振结构中耦合输出的信号和本地振荡器信号。谐振结构可以被构造为使得其可以被电激励和/或磁激励。在本专利技术的一个或多个实施例中或另一方面，具有谐振结构的装置在几何上可以被设计为使得在谐振结构中形成一种模式，该模式至少主要具有H111或TE111和H011或TE011模式的形式。这可以被用于距离测量，但也可以用于其它目的。模式可以包含如下分量，所述分量的形式如TM模式那样来形成。传感器边缘处的狭窄部可以如扼流圈那样起作用，并且将短路特性变换成空转特性。在一个或多个实施例中，可以为了实现旋转对称的传感器特性而设置至少两个谐振器耦合输入点，所述谐振器耦合输入点可以在几何上偏置确定的角度或距离。具有例如90°的确定的相位差、可选地具有相同幅度的信号可以被馈入到所述至少两个谐振器耦合输入点中，使得得出模式的循环。利用本专利技术的另一方面，提供了一种尤其是用于金属或介电目标物体的利用如下传感器的距离测量方法，该传感器具有谐振腔和谐振结构，其中谐振结构具有由介电材料构成的元件，该元件具有边缘侧的狭窄部，其中谐振腔的谐振频率依赖于元件与目标物体之间的距离。在一个位置处，信号可以被馈入到谐振结构中，并且在谐振结构的另一位置处，在存在谐振的情况下，信号可以被耦合输出。在例如距离测量方法之类的方法中，某一谐振结构或所述谐振结构在几何上被设计为使得在谐振结构中形成一种模式，该模式至少主要具有H011或TE011和/或H111或TE111模式的形式。旋转对称的传感器特性可以通过如下方式来实现：信号通过第一谐振器耦合输入点被馈入，并且通过与第一谐振器耦合输入点偏置地布置的第二谐振器耦合输入点被耦合输出。如果具有例如90°的相位差、可选地具有相同幅度的信号被馈入到所述至少两个谐振器耦合输入点或谐振器耦合点中，则得出模式的循环。附图说明下面根据在附图中所示出的实施方式来进一步描述本专利技术。图1示出了根据本专利技术的距离测量装置的一个实施例的框电路图；图2示出了能够在根据本专利技术的距离测量装置或距离测量中使用的谐振器结构的一个实施方式的截面图；图3示出了在根据图2的谐振器结构的情况下模式分量；图4示出了根据本专利技术的以循环模式工作的距离测量装置的一个实施例的框电路图；图5示出了循环或循环性模式的简化图示；图6示出了谐振频率关于目标距离的频率响应；以及图7至23示出了根据本专利技术的距离测量装置的实施例中的模拟设定和模拟结果以及频率曲线和场变化过程。具体实施方式传感器的原理在根据图1的一个、多个或所有实施例中在于，确定谐振腔的频率，该谐振腔通过位于传感器中的谐振结构、以及如下目标来定义，所述目标具有距传感器的确定的要检测的距离，所述距离在下面也被称为目标距离。目标距离可以基于谐振频率对目标距离的依赖性来确定。在此，谐振结本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种尤其是用于金属或介电目标物体的距离测量装置，所述距离测量装置具有传感器，所述传感器具有谐振腔和谐振结构，其中所述谐振结构具有由介电材料构成的元件，所述元件具有边缘侧的狭窄部，其中所述谐振腔的谐振频率依赖于所述元件与所述目标物体之间的距离。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.05.23 DE 102014007643.11.一种尤其是用于金属或介电目标物体的距离测量装置，所述距离测量装置具有传感器，所述传感器具有谐振腔和谐振结构，其中所述谐振结构具有由介电材料构成的元件，所述元件具有边缘侧的狭窄部，其中所述谐振腔的谐振频率依赖于所述元件与所述目标物体之间的距离。2.根据权利要求1所述的装置，其中所述边缘侧的狭窄部是环绕的旋转对称的狭窄部。3.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述边缘侧的狭窄部以缺口或凹槽的形式来构造。4.根据前述权利要求之一所述的装置，其中所述元件被构造为圆柱形的。5.根据前述权利要求之一所述的装置，其中所述狭窄部具有矩形的横截面。6.根据前述权利要求之一所述的装置，其中所述狭窄部具有元件高度的5至25%或者10至20%或者大致15%的高度，或者为0.2至1.0mm高或可选地为0.5至0.7mm高或大致0.6mm高。7.根据前述权利要求之一所述的装置，其中所述狭窄部具有元件宽度的5至25%或者10至20%或者大致15%的深度，或者为1.0至3.8mm深或可选地为1.6至3.2mm深或大致2.4mm深。8.根据前述权利要求之一所述的装置，其中所述狭窄部布置在所述元件的上三分之一中。9.根据前述权利要求之一所述的装置，其中所述元件的下部区域、可选地包括所述狭窄部的边缘面完全地、部分地或大部分地被金属化。10.根据前述权利要求之一所述的装置，其中所述元件的外部区域和/或上部区域用塑料来挤压包封。11.根据前述权利要求之一所述的装置，具有套管，所述传感器的谐振结构至少部分地布置在所述套管中，并且所述元件在所述套管中被定位为使得所述元件的上部区域部分地位于所述套管之上。12.根据前述权利要求之一所述的装置，具有用于产生可选地经频率调制的信号的信号发生器，所述信号被耦合输入到所述谐振结构中，其中在所述谐振结构的另一位置处在存在谐振的情况下耦合输出一个信号。13.根据前述权利要求之一所述的装置，具有如下装置，所述装置用于将能够从所述谐振结构中耦合输出的信号降混频到基带中、对所述信号进行放大、滤波和/或模数转换。14.根据前述权利要求之一所述的装置，所述装置具有：振荡器，其用于产生被耦合输入到所述谐振结构中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：S特鲁默，
申请(专利权)人：阿斯泰克斯有限责任公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE