介质边界的位置测量系统技术方案

本发明专利技术一种介质边界位置测量系统，基于电波的传播时间，测量被测定物与传播空间之间的介质边界的位置。具有：结构体；电波收发装置，在传播空间内收发电波；运算装置，执行电波收发装置的动作控制，并基于电波收发装置接收到的电波执行被测定物的位置测量处理，在结构体的传播空间内设有能够检测距电波收发装置的位置的多个电波反射机构，运算装置具有传播时间测量机构，测量从电波收发装置向被测定物发送电波，到电波到达电波反射机构的第1传播时间序列Tk(k＝1，2，…，N)、和到达与被测定物的边界面的第2传播时间Tn；位置测量机构，基于测量的传播时间，测量被测定物与传播空间的介质边界的位置。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术一种介质边界位置测量系统，基于电波的传播时间，测量被测定物与传播空间之间的介质边界的位置。具有：结构体；电波收发装置，在传播空间内收发电波；运算装置，执行电波收发装置的动作控制，并基于电波收发装置接收到的电波执行被测定物的位置测量处理，在结构体的传播空间内设有能够检测距电波收发装置的位置的多个电波反射机构，运算装置具有传播时间测量机构，测量从电波收发装置向被测定物发送电波，到电波到达电波反射机构的第1传播时间序列Tk(k＝1，2，…，N)、和到达与被测定物的边界面的第2传播时间Tn；位置测量机构，基于测量的传播时间，测量被测定物与传播空间的介质边界的位置。【专利说明】介质边界的位置测量系统
本专利技术涉及介质边界位置的测量系统，基于电波的传播速度之差来测量空间与被 测定物之间的边界的位置。
技术介绍
在使用电波测量被测定物的位置的测量装置中，有各种方式的装置。例如，已知有 线性调频（chirp)方式和FMCW(FrequencyModulatedContinuousWave:调频连续波）雷 达方式等。 FMCW雷达方式如图4所示那样，是在预先决定的固定时间（将该时间称为扫描时 间（T)。）中，一边扫描频率一边向测定地点发送电波的方式。在此将发送的电波的频率称 为扫描频率（F)。 将发送的电波在被测定物上反射并返回为止的往返时间设为t。如图5所示那样， 在往返时间t所经过的期间，发送频率仅被扫描FXt/T。混合反射波与接收到反射波的时 刻的发送波得到的差拍信号的频率（差拍频率Fb)是发送频率Ft与接收频率Fk之差。 往返时间t通过"t= (T/F)XFb"确定。如果已知上述差拍频率Fb，就能够计算 电波从发送地点至测定地点往返所需要的时间t。由于电波在自由空间中的传播速度为光 速C，所以能够通过"L=CXt/2 =CXTXFB/2F"（算式A)算出从发送地点至测定地点的 距离L。 关于使用以上说明的FMCW雷达方式的以往例的测量装置进行说明。图6示出了 以往的FMCW雷达方式的测定装置的功能模块的例子。在图6中，FMCW雷达方式的测定装 置100具有DSP(数字信号处理装置：DigitalSignalProcessor)101、数字/模拟转换器 (DAC) 102、VC0(电压控减振荡器）103、结合电路（HYB) 104、转换器（transducer) 106、混合 器（Mixer) 107、自动增益控制电路（AGC) 108、模拟/数字转换器（ADC) 109。包含DAC102和 VC0103的部分构成发送系统，从混合器107至ADC109的部分构成接收系统。 在DSP101中内置有存储器111。在存储器111中，存储有决定针对扫描时间T的 VC0103的振荡频率的数据。该数据是表示规定对VC0103的施加电压与扫描时间T之间的 关系的电压-时间曲线（V-T曲线）的电压-时间表（V-T表）。此外，在存储器111中存储 根据上述说明的FMCW雷达方式执行距离的测定处理的程序。 DSP101基于存储在存储器111中的程序读出V-T表。读出的V-T表通过DAC102 转换为伴随着时间的经过而连续变化的电压值（模拟信号）。该模拟信号成为VC0103的控 制电压。当该控制电压施加在VC0103上时，VC0103振荡的信号的频率（振荡频率）连续 地变化。该频率连续地变化的振荡信号经由HYB104后，在作为天线的转换器106中转换成 电波。电波从转换器106向测定地点（例如，如果是液位计则是液体的液面）发送。 被测定系统31介于从上述转换器106至测定地点之间。在测定地点反射的电波经 由被测定系统31后由上述转换器106接收。所接收的反射波转换为接收信号，经由HYB104 向接收系统引导。在接收系统中，在混合器107中混合接收信号与接收到该接收信号的时 刻的振荡信号。通过接收信号与发送信号的混合，生成基于接收频率与发送频率之间的差 频率而得到的差拍信号。该差拍信号被输入到AGC108。将该差拍信号的频率称为差拍频率 Fb。 差拍信号在AGC108中控制为合适的振幅值之后，在ADC109中转换为数字信号， 作为振幅值向DSPlOl输入。在DSPlOl中，在扫描时间（T)的期间执行从V-T数据的读出 获取差拍信号的振幅值的处理。相对于在该扫描时间（T)的期间获取的作为时间轴数据 的差拍信号振幅值组，在进行过滤处理除去不需要的噪声成分后，进行FFT(FastFourier Transform:快速傅里叶变换）处理，提取差拍频率Fb。 存储在存储器111中的程序使用提取出的差拍频率Fb，执行基于上述算式A的计 算处理，计算到测定地点的距离L。 以上说明的FMCW雷达方式的测量装置用于储备在液体箱中的液体的液位测定 等。在图7中示出该例子。在图7中，在液体箱400a的顶板上设置有测量装置100a。液体 箱400a是储备液体401a的箱体。在液体箱400a的上部中，从液体箱400a的顶板朝向液 体401a的液面地设置有作为天线的转换器106a。从转换器106a向液体401a发送的电波 在液体箱400a内以光速C传播，在液体401a的液面反射后，由转换器106a接收。 如图7所示那样，当向液体箱400a内的空间发送电波时，液体401a的介电常数低 时，电波在液面上的反射强度（level)低，液位的测定精度降低。为了消除该现象，如图8 所示那样，将测量装置100设置在液体箱400的顶板上，从液体箱400的顶板朝向底面设置 圆筒形状的圆形波导管300。向该圆形波导管300内发送来自作为天线的转换器106的电 波，用转换器106接收在液体400的液面反射来的反射波。另外，液体401能够进入到圆形 波导管300内，使得液体箱400内的液体液位与圆形波导管300内的液体液位一致。 在此关于测量装置100的功能构成进行说明。图6是表示测量装置100的功能构 成的例子的框图。测量装置100是FMCW雷达方式的测量装置，在该测量装置100与圆形波 导管300的上端之间夹设有转换器106。转换器106作为将从上述测量装置100输出的高 频信号转换为电波并向圆形波导管300内发射的发送天线发挥功能，此外，还作为接收在 液体401的液面反射的电波的接收天线发挥功能。 测量装置100使用例如IOGHz带域的电波。将从上述顶板面至液体401的面的距 离设为L，将圆形波导管300的内径设为d。发送频率Ft表示从测量装置100朝向液面向 圆形波导管300内发射的电波的频率，接收频率Fk表示上述电波在液面反射并在圆形波导 管300内向测量装置100返回的电波的频率。 为了通过测量装置100计算距离L，必须知道发送的电波以及反射波的速度。在 图7所示的例子中，已知空间中的电波的传播速度与光速C相同。与此相对，如图8那样， 已知在使用圆形波导管300时，若将发送波的波长设为λ^，在圆形波导管300内的电波的 波长λ8Ε为"LXU^erUVOUXd))2)"2)"。在此，将圆形波导管300的内径设为 d，圆形波导管300内的传播模式的系数设为Kmn，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种介质边界的位置测量系统，具有：结构体，其形成向被测定物传播电波的传播空间；电波收发装置，其在所述传播空间内收发电波；以及运算装置，其执行所述电波收发装置的动作控制，并基于所述电波收发装置接收到的电波执行被测定物的位置测量处理，所述介质边界的位置测量系统的特征在于，在所述结构体的传播空间内设置有能够检测距所述电波收发装置的位置的多个电波反射构件，所述运算装置具有：传播时间测量机构，测量从所述电波收发装置向所述被测定物发送电波起，到所述电波到达所述电波反射机构的第1传播时间序列Tk(k＝1，2，…，N)、和从所述电波收发装置向所述被测定物发送电波起，到达与所述被测定物的边界面的第2传播时间Tn；位置测量机构，其基于所述测量的传播时间，测量所述被测定物与所述传播空间的介质边界的位置。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：泷泽由美，深泽敦司，阿部正治，
申请(专利权)人：姆萨西诺机器株式会社，深泽敦司，
类型：发明
国别省市：日本;JP