JPH10319111A - パルス伝搬時間法による電磁波を用いた距離測定方法および距離測定装置 - Google Patents
パルス伝搬時間法による電磁波を用いた距離測定方法および距離測定装置Info
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- JPH10319111A JPH10319111A JP10123419A JP12341998A JPH10319111A JP H10319111 A JPH10319111 A JP H10319111A JP 10123419 A JP10123419 A JP 10123419A JP 12341998 A JP12341998 A JP 12341998A JP H10319111 A JPH10319111 A JP H10319111A
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
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- G—PHYSICS
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- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
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- G01F23/28—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring the variations of parameters of electromagnetic or acoustic waves applied directly to the liquid or fluent solid material
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- G—PHYSICS
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- G01S13/103—Systems for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse modulated waves particularities of the measurement of the distance
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 任意のサンプリング関数を適用することがで
き、適用されるサンプリング関数の各所望の変形が可能
であるように構成することである。 【解決手段】 周期的な送信時点でそれぞれ１つの短い
電磁送信パルスを送信し、選択された送信期間で送信時
点後に得られた受信信号をサンプリングし、当該サンプ
リングは、前記送信期間の各々において、送信時点に対
してサンプリング関数により定められた遅延時間を有す
るサンプリング時点で、それぞれサンプリング間隔をお
いて行い、前記サンプリング時点は送信時点に対して種
々異なる遅延時間を有しており、遅延時間を定めるサン
プリング関数は計算回路によって形成する。
き、適用されるサンプリング関数の各所望の変形が可能
であるように構成することである。 【解決手段】 周期的な送信時点でそれぞれ１つの短い
電磁送信パルスを送信し、選択された送信期間で送信時
点後に得られた受信信号をサンプリングし、当該サンプ
リングは、前記送信期間の各々において、送信時点に対
してサンプリング関数により定められた遅延時間を有す
るサンプリング時点で、それぞれサンプリング間隔をお
いて行い、前記サンプリング時点は送信時点に対して種
々異なる遅延時間を有しており、遅延時間を定めるサン
プリング関数は計算回路によって形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、パルス伝搬時間法
による、電磁パルスを用いた距離測定に関する。このパ
ルス伝搬時間法では、周期的な送信時点でそれぞれ１つ
の短い電磁送信パルスが発射され、送信時点後の各送信
期間で得られる受信信号から有効エコーパルスが求めら
れる。このエコーパルスは対象物で反射されたものであ
り、この対象物の距離を測定する。有効エコー信号の伝
搬時間が測定すべき距離に対する尺度として検出され
る。
による、電磁パルスを用いた距離測定に関する。このパ
ルス伝搬時間法では、周期的な送信時点でそれぞれ１つ
の短い電磁送信パルスが発射され、送信時点後の各送信
期間で得られる受信信号から有効エコーパルスが求めら
れる。このエコーパルスは対象物で反射されたものであ
り、この対象物の距離を測定する。有効エコー信号の伝
搬時間が測定すべき距離に対する尺度として検出され
る。
【０００２】
【従来の技術】ＰＣＴ国際公開ＷＯ９６／０７９２８お
よびＷＯ９６／１９７３７からとりわけ非常に短い距離
測定に対して、送信時点後の順次連続する送信期間で得
られる受信信号をストロボスコープで走査することが公
知である。これは各送信期間で、鋸歯関数により定めら
れたサンプリング時点でサンプリング値を取り出すこと
により行われ、このサンプリング時点は順次連続する送
信期間の送信時点に対して、鋸歯関数の線形上昇縁によ
り定められる次第に増加する遅延を有している。順次得
られるサンプリング値からサンプリングされた受信信号
の時間的に展開されたシミュレーションが得られる。こ
の公知の方法では、鋸歯関数が鋸歯発生器により形成さ
れた鋸歯信号によって定義される。従って鋸歯関数は鋸
歯発生器の構成によって定められる。従ってこの関数を
測定結果に依存して、種々異なる適用条件に適合した
り、または偏差を補正するために変化させることはでき
ない。同じように鋸歯関数の代わりに他のサンプリング
関数を用いることも不可能である。
よびＷＯ９６／１９７３７からとりわけ非常に短い距離
測定に対して、送信時点後の順次連続する送信期間で得
られる受信信号をストロボスコープで走査することが公
知である。これは各送信期間で、鋸歯関数により定めら
れたサンプリング時点でサンプリング値を取り出すこと
により行われ、このサンプリング時点は順次連続する送
信期間の送信時点に対して、鋸歯関数の線形上昇縁によ
り定められる次第に増加する遅延を有している。順次得
られるサンプリング値からサンプリングされた受信信号
の時間的に展開されたシミュレーションが得られる。こ
の公知の方法では、鋸歯関数が鋸歯発生器により形成さ
れた鋸歯信号によって定義される。従って鋸歯関数は鋸
歯発生器の構成によって定められる。従ってこの関数を
測定結果に依存して、種々異なる適用条件に適合した
り、または偏差を補正するために変化させることはでき
ない。同じように鋸歯関数の代わりに他のサンプリング
関数を用いることも不可能である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、前記
の形式の方法において任意のサンプリング関数を適用す
ることができ、適用されるサンプリング関数の各所望の
変形が可能であるように構成することである。
の形式の方法において任意のサンプリング関数を適用す
ることができ、適用されるサンプリング関数の各所望の
変形が可能であるように構成することである。
【０００４】本発明の別の課題は、本発明の方法を実施
するための装置を提供することである。
するための装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この課題は本発明によ
り、パルス伝搬時間法による電磁波を用いた距離測定方
法において、周期的な送信時点でそれぞれ１つの短い電
磁送信パルスを送信し、選択された送信期間で送信時点
後に得られた受信信号をサンプリングし、当該サンプリ
ングは、前記送信期間の各々において、送信時点に対し
てサンプリング関数により定められた遅延時間を有する
サンプリング時点で、それぞれサンプリング間隔をおい
て行い、前記サンプリング時点は送信時点に対して種々
異なる遅延時間を有しており、遅延時間を定めるサンプ
リング関数は計算回路によって形成するように構成して
解決される。
り、パルス伝搬時間法による電磁波を用いた距離測定方
法において、周期的な送信時点でそれぞれ１つの短い電
磁送信パルスを送信し、選択された送信期間で送信時点
後に得られた受信信号をサンプリングし、当該サンプリ
ングは、前記送信期間の各々において、送信時点に対し
てサンプリング関数により定められた遅延時間を有する
サンプリング時点で、それぞれサンプリング間隔をおい
て行い、前記サンプリング時点は送信時点に対して種々
異なる遅延時間を有しており、遅延時間を定めるサンプ
リング関数は計算回路によって形成するように構成して
解決される。
【０００６】
【発明の実施の形態】サンプリング関数の形成を計算回
路、例えばマイクロプロセッサにより行うことによっ
て、各所望のサンプリング関数を使用することができ、
このことにより受信信号のサンプリングを任意に変化す
ることができる。サンプリングはまた測定結果に依存し
て変更することができる。これは例えば、対象領域での
サンプリング数を高め、他の領域では低減するためであ
る。さらに実際に得られた遅延時間を正確に前記の目標
値に制御することができる。
路、例えばマイクロプロセッサにより行うことによっ
て、各所望のサンプリング関数を使用することができ、
このことにより受信信号のサンプリングを任意に変化す
ることができる。サンプリングはまた測定結果に依存し
て変更することができる。これは例えば、対象領域での
サンプリング数を高め、他の領域では低減するためであ
る。さらに実際に得られた遅延時間を正確に前記の目標
値に制御することができる。
【０００７】本発明の別の構成では、パルス伝搬時間法
による電磁波を用いた距離測定方法において、周期的な
送信時点でそれぞれ１つの短い電磁送信パルスを送信
し、選択された送信期間で送信時点後に得られた受信信
号をサンプリングし、当該サンプリングは、前記送信期
間の各々において、送信時点に対してサンプリング関数
により定められた遅延時間を有するサンプリング時点
で、それぞれサンプリング間隔をおいてサンプリング値
を取り出すことにより行い、前記サンプリング時点は送
信時点に対して種々異なる遅延時間を有しており、遅延
時間を定めるサンプリング関数は階段関数であり、該階
段関数の段は複数のサンプリング間隔の長さを有してお
り、サンプリング時点は複数の順次連続するサンプリン
グ間隔で、送信時点に対して同じ遅延時間を有してい
る。
による電磁波を用いた距離測定方法において、周期的な
送信時点でそれぞれ１つの短い電磁送信パルスを送信
し、選択された送信期間で送信時点後に得られた受信信
号をサンプリングし、当該サンプリングは、前記送信期
間の各々において、送信時点に対してサンプリング関数
により定められた遅延時間を有するサンプリング時点
で、それぞれサンプリング間隔をおいてサンプリング値
を取り出すことにより行い、前記サンプリング時点は送
信時点に対して種々異なる遅延時間を有しており、遅延
時間を定めるサンプリング関数は階段関数であり、該階
段関数の段は複数のサンプリング間隔の長さを有してお
り、サンプリング時点は複数の順次連続するサンプリン
グ間隔で、送信時点に対して同じ遅延時間を有してい
る。
【０００８】この方法により、受信信号の反復サンプリ
ングが同じ測定距離に相応する所定のサンプリング時点
で行われる。このことによって複数の順次連続するサン
プリング値の積分が可能であり、これにより比較的に大
きなリアルタイム信号振幅が得られる。さらに感度が高
まり、ノイズの影響が低減される。
ングが同じ測定距離に相応する所定のサンプリング時点
で行われる。このことによって複数の順次連続するサン
プリング値の積分が可能であり、これにより比較的に大
きなリアルタイム信号振幅が得られる。さらに感度が高
まり、ノイズの影響が低減される。
【０００９】パルス伝搬時間法による電磁波を用いた本
発明の距離測定装置は、送受信装置と、送信パルス発生
器と、送信クロック発生器と、サンプリング回路と、サ
ンプリングパルス発生器と、遅延制御回路と、計算回路
とを有し、前記送受信装置は、短い電磁送信パルスを周
期的な送信時点で送信し、反射されたエコーパルスを含
む受信信号を送出し、前記送信パルス発生器は、送信パ
ルスを形成し、前記送信クロック発生器は、周期的な送
信クロック信号を形成し、該送信クロック信号は送信パ
ルス発生器に供給され、送信時点を定め、前記サンプリ
ング回路では、受信信号が順次連続する送信期間におい
てサンプリングパルスによる制御の下でサンプリングさ
れ、前記サンプリングパルス発生器は、すべてのまたは
選択された送信期間でそれぞれ１つのサンプリングパル
スをサンプリング時点で形成し、該サンプリング時点は
サンプリング関数によって定められた遅延時間を送信時
点に対して有しており、前記遅延制御回路は、送信クロ
ック信号およびサンプリング関数を表す関数信号を受信
し、サンプリングパルス発生器にサンプリング時点を定
めるサンプリング制御信号を送出し、前記計算回路は、
関数信号を計算回路にファイルされたサンプリング関数
に基づいて形成する。
発明の距離測定装置は、送受信装置と、送信パルス発生
器と、送信クロック発生器と、サンプリング回路と、サ
ンプリングパルス発生器と、遅延制御回路と、計算回路
とを有し、前記送受信装置は、短い電磁送信パルスを周
期的な送信時点で送信し、反射されたエコーパルスを含
む受信信号を送出し、前記送信パルス発生器は、送信パ
ルスを形成し、前記送信クロック発生器は、周期的な送
信クロック信号を形成し、該送信クロック信号は送信パ
ルス発生器に供給され、送信時点を定め、前記サンプリ
ング回路では、受信信号が順次連続する送信期間におい
てサンプリングパルスによる制御の下でサンプリングさ
れ、前記サンプリングパルス発生器は、すべてのまたは
選択された送信期間でそれぞれ１つのサンプリングパル
スをサンプリング時点で形成し、該サンプリング時点は
サンプリング関数によって定められた遅延時間を送信時
点に対して有しており、前記遅延制御回路は、送信クロ
ック信号およびサンプリング関数を表す関数信号を受信
し、サンプリングパルス発生器にサンプリング時点を定
めるサンプリング制御信号を送出し、前記計算回路は、
関数信号を計算回路にファイルされたサンプリング関数
に基づいて形成する。
【００１０】
【実施例】図１は概略的に、パルス伝搬時間法により動
作する距離測定装置のブロック回路図を示す。この距離
測定装置は送信クロック発生器１０を有し、このクロッ
ク発生器は有利には水晶制御され、出力側に送信クロッ
ク信号ＳＴを送出する。このクロック信号は送信パルス
発生器１２の制御入力側１２ａに供給される。送信パル
ス発生器１２は、送信クロック信号ＳＴにより定められ
た時間間隔でそれぞれ１つの非常に短い送信パルスＩＳ
を形成する。この送信パルスはその出力側１２ｂから送
受信スイッチ１４を介してアンテナ２６に供給される。
アンテナ１６は同時に、送信アンテナとしても受信アン
テナとしても用いる。アンテナは順次連続する送信期間
で、送信パルス発生器１２から送出された送信パルスＩ
Ｔを短いマイクロ波パルスの形態で発射する。前記の送
信期間の持続時間は送信クロック信号ＳＴにより定めら
れる。アンテナはまた、各送信パルスに続く各送信期間
の一部で、アンテナ１６に到来したマイクロ波信号を受
信する。このマイクロ波信号にはとりわけ、対象物で反
射された有効エコー信号が含まれており、この対象物の
距離が測定装置によって測定されるのである。さらに受
信されたマイクロ波信号は、他の物体により反射された
ノイズエコーパルスや別のノイズ信号を含んでいること
がある。アンテナ１６により受信されたこのマイクロ波
信号全体が受信信号ＳＥを形成し、この受信信号は送受
信スイッチ１４を介して測定装置の受信部に供給され
る。距離測定は、マイクロ波パルスがアンテナ１６から
反射箇所へ、そしてまたアンテナへ戻るまでの伝搬時間
の検出によって行われる。この伝搬時間は同時にまた、
送信パルスの送信と有効エコー信号の受信との間の時間
である。測定された伝搬時間と既知の電磁波伝播速度と
の積は同時に、測定装置と反射箇所との間隔の２倍であ
る。
作する距離測定装置のブロック回路図を示す。この距離
測定装置は送信クロック発生器１０を有し、このクロッ
ク発生器は有利には水晶制御され、出力側に送信クロッ
ク信号ＳＴを送出する。このクロック信号は送信パルス
発生器１２の制御入力側１２ａに供給される。送信パル
ス発生器１２は、送信クロック信号ＳＴにより定められ
た時間間隔でそれぞれ１つの非常に短い送信パルスＩＳ
を形成する。この送信パルスはその出力側１２ｂから送
受信スイッチ１４を介してアンテナ２６に供給される。
アンテナ１６は同時に、送信アンテナとしても受信アン
テナとしても用いる。アンテナは順次連続する送信期間
で、送信パルス発生器１２から送出された送信パルスＩ
Ｔを短いマイクロ波パルスの形態で発射する。前記の送
信期間の持続時間は送信クロック信号ＳＴにより定めら
れる。アンテナはまた、各送信パルスに続く各送信期間
の一部で、アンテナ１６に到来したマイクロ波信号を受
信する。このマイクロ波信号にはとりわけ、対象物で反
射された有効エコー信号が含まれており、この対象物の
距離が測定装置によって測定されるのである。さらに受
信されたマイクロ波信号は、他の物体により反射された
ノイズエコーパルスや別のノイズ信号を含んでいること
がある。アンテナ１６により受信されたこのマイクロ波
信号全体が受信信号ＳＥを形成し、この受信信号は送受
信スイッチ１４を介して測定装置の受信部に供給され
る。距離測定は、マイクロ波パルスがアンテナ１６から
反射箇所へ、そしてまたアンテナへ戻るまでの伝搬時間
の検出によって行われる。この伝搬時間は同時にまた、
送信パルスの送信と有効エコー信号の受信との間の時間
である。測定された伝搬時間と既知の電磁波伝播速度と
の積は同時に、測定装置と反射箇所との間隔の２倍であ
る。
【００１１】この形式の測定装置に対する公知の適用分
野は容器内の充填状態の測定である。この測定はレーダ
ー原理に従って次のように行われる。すなわち、アンテ
ナ１６が容器内の最高の充填状態よりも上側に配置さ
れ、マイクロ波パルスが果報に向かって発射され、マイ
クロ波パルスは自由空間を通って充填物表面に達し、こ
れに続いて充填物表面で反射されたエコーパルスが再び
自由空間を通ってアンテナに戻るのである。これは図１
に示された実施例の場合である。欧州特許公開ＥＰ０１
６２８２１Ａ１から、アンテナと管状導波体の一方の端
部を接続し、他方の端部を充填物に漬け、マイクロ波を
アンテナから管状導波体の内部空間に放射し、ここから
中空導波体の形式に従って導くことが公知である。充填
物表面は管状導波体の内部空間で外側と同じレベルにあ
り、充填物表面で反射されたエコーはは管状導波体を通
ってアンテナに戻る。
野は容器内の充填状態の測定である。この測定はレーダ
ー原理に従って次のように行われる。すなわち、アンテ
ナ１６が容器内の最高の充填状態よりも上側に配置さ
れ、マイクロ波パルスが果報に向かって発射され、マイ
クロ波パルスは自由空間を通って充填物表面に達し、こ
れに続いて充填物表面で反射されたエコーパルスが再び
自由空間を通ってアンテナに戻るのである。これは図１
に示された実施例の場合である。欧州特許公開ＥＰ０１
６２８２１Ａ１から、アンテナと管状導波体の一方の端
部を接続し、他方の端部を充填物に漬け、マイクロ波を
アンテナから管状導波体の内部空間に放射し、ここから
中空導波体の形式に従って導くことが公知である。充填
物表面は管状導波体の内部空間で外側と同じレベルにあ
り、充填物表面で反射されたエコーはは管状導波体を通
ってアンテナに戻る。
【００１２】ドイツ特許出願ＤＥ４４０４７４５Ｃ２に
は、別の充填状態測定装置が記載されている。この測定
装置はマイクロ波の放射および受信用のアンテナを有し
ていない。この装置ではマイクロ波は導波体に沿って充
填物表面まで導かれる。このような導波体は“Goubau-L
eitung”の商標で知られている。Goubau-Leitungはダブ
ル管の形式の２つの平行な管路または同軸管路を有する
ことができる。またこの管路はシングル管によっても構
成することができる。いずれの場合でもマイクロ波はGo
ubau-Leitungから充填物表面へ達し、マイクロ波はそこ
で発生するインピーダンス変化によって少なくとも一部
反射され、マイクロ波の反射成分はGoubau-Leitung 上
を入力結合箇所まで戻る。レーダー原理による測定で
は、マイクロ波送信パルスが固定の搬送波周波数で送信
されるが、これとは異なりGoubau-Leitung を使用する
場合は各送信パルスは有利には周波数帯域の広い短い針
状パルスである。
は、別の充填状態測定装置が記載されている。この測定
装置はマイクロ波の放射および受信用のアンテナを有し
ていない。この装置ではマイクロ波は導波体に沿って充
填物表面まで導かれる。このような導波体は“Goubau-L
eitung”の商標で知られている。Goubau-Leitungはダブ
ル管の形式の２つの平行な管路または同軸管路を有する
ことができる。またこの管路はシングル管によっても構
成することができる。いずれの場合でもマイクロ波はGo
ubau-Leitungから充填物表面へ達し、マイクロ波はそこ
で発生するインピーダンス変化によって少なくとも一部
反射され、マイクロ波の反射成分はGoubau-Leitung 上
を入力結合箇所まで戻る。レーダー原理による測定で
は、マイクロ波送信パルスが固定の搬送波周波数で送信
されるが、これとは異なりGoubau-Leitung を使用する
場合は各送信パルスは有利には周波数帯域の広い短い針
状パルスである。
【００１３】レーダー原理による充填物測定の際にも、
Goubau-Leitung を使用する際にも、マイクロ波パルス
の伝搬時間、すなわち送信パルスの送信と充填物表面で
反射されたエコーパルスの受信との間の時間から、アン
テナないしはGoubau-Leitungの入力結合箇所と充填物表
面との距離が得られる。そして測定すべき充填状態はこ
の距離と入力結合箇所の既知の取付レベルから容易に算
出される。
Goubau-Leitung を使用する際にも、マイクロ波パルス
の伝搬時間、すなわち送信パルスの送信と充填物表面で
反射されたエコーパルスの受信との間の時間から、アン
テナないしはGoubau-Leitungの入力結合箇所と充填物表
面との距離が得られる。そして測定すべき充填状態はこ
の距離と入力結合箇所の既知の取付レベルから容易に算
出される。
【００１４】図１に示された測定装置はレーダー原理に
よる距離測定に対しても、Goubau-Leitung を使用した
間隔測定に対しても適用することができる。なぜならど
のようにしてマイクロ波パルスが伝送されるかは重要で
はないからである。
よる距離測定に対しても、Goubau-Leitung を使用した
間隔測定に対しても適用することができる。なぜならど
のようにしてマイクロ波パルスが伝送されるかは重要で
はないからである。
【００１５】例として以下の説明では、送信クロック信
号ＳＴが２ＭＨｚの周波数を有していると仮定する。従
って送信クロック信号により定められる送信期間の持続
時間は０．５μｓである。送信パルス発生器１２により
形成された送信パルスＩＳは、Goubau-Leitung を使用
する場合には短い針状パルスであり、このパルスは例え
ば１００ｐｓの持続時間と約１ＭＨｚから４ＧＨｚまで
の周波数帯域をとる。
号ＳＴが２ＭＨｚの周波数を有していると仮定する。従
って送信クロック信号により定められる送信期間の持続
時間は０．５μｓである。送信パルス発生器１２により
形成された送信パルスＩＳは、Goubau-Leitung を使用
する場合には短い針状パルスであり、このパルスは例え
ば１００ｐｓの持続時間と約１ＭＨｚから４ＧＨｚまで
の周波数帯域をとる。
【００１６】例えば充填状態測定の場合のように距離が
非常に短い場合、測定される時間は非常に短い。例えば
１５ｍの測定距離は１００ｎｓのパルス伝搬時間に相当
する。短い時間の測定を所要の精度で行うことは非常に
コストがかかるから、この測定装置では時間伸長をスト
ロボスコープサンプリングによって行う。このようなサ
ンプリングは、ＴＤＲ（Time Domain Reflectometry）
として公知である。このストロボスコープサンプリング
は、選択された送信期間内でそれぞれ１つのサンプリン
グ値を受信信号から取り出し、サンプリング時点を送信
期間の開始に対して次第に増加的にずらしていく。サン
プリングは送信期間の時間領域にわたって行われ、この
時間領域は最小到達距離から最大到達距離までの被検出
距離領域に相当する。受信信号はサンプリング期間全体
で、実質的に変化しないと仮定すれば、合成されたサン
プリング値は受信信号のシミュレーションである。しか
しその時間尺度はリアルタイム受信信号の時間尺度に対
して係数分だけ伸長されている。直接順次連続する送信
期間でそれぞれ１回のサンプリングが行われるなら、時
間伸長の係数は受信信号の期間を完全に検出するための
サンプリング数と同じであり、サンプリング間隔、すな
わち２つの順次連続するサンプリング間の時間間隔は、
送信時点に対する僅かな時間シフトの変化を無視すれ
ば、送信期間の持続時間と同じである。さらに大きな時
間伸長は次のようにして達成される。すなわちサンプリ
ング値を各送信期間で取り出すのではなく、各ｎ番目の
送信期間でだけ取り出すのである。この場合サンプリン
グ間隔はｎ個の順次連続する送信期間の持続時間と同じ
である。また時間伸長の係数は、受信信号の期間の完全
な検出に対するサンプリング数と各サンプリング間隔に
置ける送信区間の数ｎとの積と同じである。
非常に短い場合、測定される時間は非常に短い。例えば
１５ｍの測定距離は１００ｎｓのパルス伝搬時間に相当
する。短い時間の測定を所要の精度で行うことは非常に
コストがかかるから、この測定装置では時間伸長をスト
ロボスコープサンプリングによって行う。このようなサ
ンプリングは、ＴＤＲ（Time Domain Reflectometry）
として公知である。このストロボスコープサンプリング
は、選択された送信期間内でそれぞれ１つのサンプリン
グ値を受信信号から取り出し、サンプリング時点を送信
期間の開始に対して次第に増加的にずらしていく。サン
プリングは送信期間の時間領域にわたって行われ、この
時間領域は最小到達距離から最大到達距離までの被検出
距離領域に相当する。受信信号はサンプリング期間全体
で、実質的に変化しないと仮定すれば、合成されたサン
プリング値は受信信号のシミュレーションである。しか
しその時間尺度はリアルタイム受信信号の時間尺度に対
して係数分だけ伸長されている。直接順次連続する送信
期間でそれぞれ１回のサンプリングが行われるなら、時
間伸長の係数は受信信号の期間を完全に検出するための
サンプリング数と同じであり、サンプリング間隔、すな
わち２つの順次連続するサンプリング間の時間間隔は、
送信時点に対する僅かな時間シフトの変化を無視すれ
ば、送信期間の持続時間と同じである。さらに大きな時
間伸長は次のようにして達成される。すなわちサンプリ
ング値を各送信期間で取り出すのではなく、各ｎ番目の
送信期間でだけ取り出すのである。この場合サンプリン
グ間隔はｎ個の順次連続する送信期間の持続時間と同じ
である。また時間伸長の係数は、受信信号の期間の完全
な検出に対するサンプリング数と各サンプリング間隔に
置ける送信区間の数ｎとの積と同じである。
【００１７】図示の測定装置では、ストロボスコープサ
ンプリングがサンプルアンドホールド回路２０によって
行われる。この回路は受信信号ＳＥを信号入力側２０ａ
で受信する。サンプリングアンドホールド回路２０の制
御入力側２０ｂはサンプリングパルス発生器２２の出力
側と接続されている。サンプリングパルス発生器２２か
ら制御入力側２０ｂに送出される各サンプリングパルス
ＩＡごとに、サンプリングアンドホールド回路２０は受
信信号ＳＥの瞬時値をサンプリングする。得られたサン
プリング値は保持され、次のサンプリングまでサンプリ
ングアンドホールド回路２０の出力側２０ｃで使用され
る。
ンプリングがサンプルアンドホールド回路２０によって
行われる。この回路は受信信号ＳＥを信号入力側２０ａ
で受信する。サンプリングアンドホールド回路２０の制
御入力側２０ｂはサンプリングパルス発生器２２の出力
側と接続されている。サンプリングパルス発生器２２か
ら制御入力側２０ｂに送出される各サンプリングパルス
ＩＡごとに、サンプリングアンドホールド回路２０は受
信信号ＳＥの瞬時値をサンプリングする。得られたサン
プリング値は保持され、次のサンプリングまでサンプリ
ングアンドホールド回路２０の出力側２０ｃで使用され
る。
【００１８】サンプリングを前に説明したように、送信
期間の開始に対して増加的な遅延時間Δｔをもって実行
されるようにするため、サンプリングパルス発生器２２
からのサンプリングパルスは遅延制御回路２４による制
御で形成される。遅延制御回路２４は入力側２４ａに送
信クロック信号ＳＴを受信し、入力側２４ｂに関数信号
ＳＴを受信する。この関数信号が遅延時間Δｔの所望の
時間経過を定める。この遅延時間は順次連続するサンプ
リングパルスＩＡの各々が、サンプリングが行われる送
信期間の開始に対して有しているものである。最も簡単
な場合この遅延時間Δｔはサンプリングパルスごとに線
形に増加する。関数信号ＳＴは周期的な鋸ゴリは信号と
することができ、これは図２に示されている。鋸歯信号
ＳＦの瞬時値は、該当するサンプリング時点に対する遅
延時間Δｔを表す。このサンプリング時点は例えば０か
ら５００ｎｓの検出領域にある。また期間持続時間ＴＦ
は送信期間全体の持続時間に相当する。この送信期間に
わたって受信信号の期間の完全な検出が伸長している。
例えばサンプリングが２ｍｓごとにのみ行われるなら
ば、すなわちこの実施例では各４０００番目の送信期間
で行われるなら、受信信号ＳＥの１期間の完全な検出は
１０００回のサンプリングによって行われることにな
り、関数信号ＳＦは２ｓの期間持続時間ＴＦを有する。
期間の開始に対して増加的な遅延時間Δｔをもって実行
されるようにするため、サンプリングパルス発生器２２
からのサンプリングパルスは遅延制御回路２４による制
御で形成される。遅延制御回路２４は入力側２４ａに送
信クロック信号ＳＴを受信し、入力側２４ｂに関数信号
ＳＴを受信する。この関数信号が遅延時間Δｔの所望の
時間経過を定める。この遅延時間は順次連続するサンプ
リングパルスＩＡの各々が、サンプリングが行われる送
信期間の開始に対して有しているものである。最も簡単
な場合この遅延時間Δｔはサンプリングパルスごとに線
形に増加する。関数信号ＳＴは周期的な鋸ゴリは信号と
することができ、これは図２に示されている。鋸歯信号
ＳＦの瞬時値は、該当するサンプリング時点に対する遅
延時間Δｔを表す。このサンプリング時点は例えば０か
ら５００ｎｓの検出領域にある。また期間持続時間ＴＦ
は送信期間全体の持続時間に相当する。この送信期間に
わたって受信信号の期間の完全な検出が伸長している。
例えばサンプリングが２ｍｓごとにのみ行われるなら
ば、すなわちこの実施例では各４０００番目の送信期間
で行われるなら、受信信号ＳＥの１期間の完全な検出は
１０００回のサンプリングによって行われることにな
り、関数信号ＳＦは２ｓの期間持続時間ＴＦを有する。
【００１９】遅延制御回路２４は出力側２４ｃにサンプ
リング制御信号ＳＡを出力する。このサンプリング制御
信号は入力側２４ａに供給される送信クロック信号ＳＴ
と同じ周波数を有するが、この送信クロック信号ＳＴに
対して遅延時間Δｔを有している。この遅延時間は関数
信号ＳＦの瞬時値によって定められた値を有する。この
サンプリング制御信号ＳＡは、サンプリングパルス発生
器２２の制御入力側２２ａに供給される。従ってサンプ
リングパルス発生器２２は送信クロック信号ＳＡの各期
間で出力側にサンプリングパルスＩＡを形成する。この
サンプリングパルスは、同じ送信期間で送信パルス発生
器１２により形成された送信パルスＩＳに対してこの遅
延時間Δｔだけ遅れている。後続の各サンプリングパル
スＩＡに対して遅延時間Δｔは、関数信号ＳＦの上昇に
相応して、期間持続時間ＴＦの終了に達するまで増大す
る。次に遅延時間は再び初期値にジャンプし、新たに増
大を始める。鋸歯信号の各期間に含まれるサンプリング
値は、受信信号ＳＥの走査領域期間のシミュレーション
である。
リング制御信号ＳＡを出力する。このサンプリング制御
信号は入力側２４ａに供給される送信クロック信号ＳＴ
と同じ周波数を有するが、この送信クロック信号ＳＴに
対して遅延時間Δｔを有している。この遅延時間は関数
信号ＳＦの瞬時値によって定められた値を有する。この
サンプリング制御信号ＳＡは、サンプリングパルス発生
器２２の制御入力側２２ａに供給される。従ってサンプ
リングパルス発生器２２は送信クロック信号ＳＡの各期
間で出力側にサンプリングパルスＩＡを形成する。この
サンプリングパルスは、同じ送信期間で送信パルス発生
器１２により形成された送信パルスＩＳに対してこの遅
延時間Δｔだけ遅れている。後続の各サンプリングパル
スＩＡに対して遅延時間Δｔは、関数信号ＳＦの上昇に
相応して、期間持続時間ＴＦの終了に達するまで増大す
る。次に遅延時間は再び初期値にジャンプし、新たに増
大を始める。鋸歯信号の各期間に含まれるサンプリング
値は、受信信号ＳＥの走査領域期間のシミュレーション
である。
【００２０】図１の測定装置の特徴は、関数信号が計算
回路によって形成されることである。計算回路は図示の
実施例ではマイクロコンピュータ３０により形成され、
マイクロコンピュータには関数信号の時間経過を定める
サンプリング関数が記憶されている。マイクロコンピュ
ータ３０は出力側３０ａにデジタル信号を出力する。こ
のデジタル信号は関数信号の時間経過を表し、Ｄ／Ａ変
換器２６によってアナログ関数信号ＳＦに変換される。
変換されたアナログ関数信号ＳＦは遅延制御回路２４に
供給される。サンプリング関数は、マイクロコンピュー
タ３０に記憶された計算規則によって形成される。この
ことは例として図２に示された線形鋸歯関数では容易に
可能である。または関数が複雑な経過をする場合、マイ
クロコンピュータ３０にテーブルの形態でファイルする
こともできる。
回路によって形成されることである。計算回路は図示の
実施例ではマイクロコンピュータ３０により形成され、
マイクロコンピュータには関数信号の時間経過を定める
サンプリング関数が記憶されている。マイクロコンピュ
ータ３０は出力側３０ａにデジタル信号を出力する。こ
のデジタル信号は関数信号の時間経過を表し、Ｄ／Ａ変
換器２６によってアナログ関数信号ＳＦに変換される。
変換されたアナログ関数信号ＳＦは遅延制御回路２４に
供給される。サンプリング関数は、マイクロコンピュー
タ３０に記憶された計算規則によって形成される。この
ことは例として図２に示された線形鋸歯関数では容易に
可能である。または関数が複雑な経過をする場合、マイ
クロコンピュータ３０にテーブルの形態でファイルする
こともできる。
【００２１】関数信号ＳＦをマイクロコンピュータ３０
により形成することの大きな利点は、サンプリング制御
信号ＳＡが送信クロック信号ＳＴに対して与えられた遅
延時間Δｔが正確に被検サンプリング時点に相当してい
るか否かを簡単に監視できることであり、これにより検
出された偏差を除去することができる。この目的のため
に時間差測定回路３２が設けられており、この時間差測
定回路は一方の入力側に送信クロック信号ＳＴを、他方
の入力側にサンプリング制御信号ＳＡを受信し、出力側
に時間差信号ＳＤを出力する。この時間差信号は信号Ｓ
ＡとＳＴとの間の時間差Δｔを表す。アナログ時間差信
号ＳＤはＡ／Ｄ変換器３４でデジタル信号に変換され、
変換されたデジタル信号はマイクロコンピュータ３０の
入力側３０ｂに供給される。マイクロコンピュータ３０
は測定された時間差Δｔを瞬時のサンプリング時点に対
して設定された目標値と比較し、偏差する場合には出力
側３０ａに出力された関数値に補正を施し、この補正に
よって偏差は除去される。種々異なるサンプリング時点
に対して検出された補正値はマイクロコンピュータ３０
に記憶され、後でのサンプリングの際に使用される。
により形成することの大きな利点は、サンプリング制御
信号ＳＡが送信クロック信号ＳＴに対して与えられた遅
延時間Δｔが正確に被検サンプリング時点に相当してい
るか否かを簡単に監視できることであり、これにより検
出された偏差を除去することができる。この目的のため
に時間差測定回路３２が設けられており、この時間差測
定回路は一方の入力側に送信クロック信号ＳＴを、他方
の入力側にサンプリング制御信号ＳＡを受信し、出力側
に時間差信号ＳＤを出力する。この時間差信号は信号Ｓ
ＡとＳＴとの間の時間差Δｔを表す。アナログ時間差信
号ＳＤはＡ／Ｄ変換器３４でデジタル信号に変換され、
変換されたデジタル信号はマイクロコンピュータ３０の
入力側３０ｂに供給される。マイクロコンピュータ３０
は測定された時間差Δｔを瞬時のサンプリング時点に対
して設定された目標値と比較し、偏差する場合には出力
側３０ａに出力された関数値に補正を施し、この補正に
よって偏差は除去される。種々異なるサンプリング時点
に対して検出された補正値はマイクロコンピュータ３０
に記憶され、後でのサンプリングの際に使用される。
【００２２】補正は種々異なる仕方で実行することがで
きる。エラーの原因は、温度変化、電圧変動、構成素子
の老化等であり、通常は緩慢に変化するので、比較的に
大きな時間間隔で、例えば５分おきに補正を行えば普通
は十分である。図２に示した鋸歯関数のような線形関数
の場合は、エラーの検出と補正を２点で行い、関数全体
を補正するので十分である。
きる。エラーの原因は、温度変化、電圧変動、構成素子
の老化等であり、通常は緩慢に変化するので、比較的に
大きな時間間隔で、例えば５分おきに補正を行えば普通
は十分である。図２に示した鋸歯関数のような線形関数
の場合は、エラーの検出と補正を２点で行い、関数全体
を補正するので十分である。
【００２３】関数信号ＳＦをマイクロコンピュータ３０
により形成することの別の利点は、図２に示したよな線
形鋸歯関数の代わりに任意の他の関数を受信信号ＳＥの
サンプリングに使用できることである。例として図３に
は階段関数が示されている。この関数では段が複数のサ
ンプリング間閣の長さを有している。わかりやすくする
ため図３には階段関数の期間の開始領域と終了領域だけ
が時間尺度で示されている。この時間尺度は図３の鋸歯
関数の時間尺度よりも格段に大きい。この階段関数を使
用することによって受信信号ＳＥを複数の選択された送
信期間で順次、同じ遅延時間Δｔにより、すなわち同じ
測定距離に相当するサンプリング時点で、遅延時間Δｔ
の次の値に移行するまで複数回サンプリングすることが
できる。同じ遅延時間Δｔに対して得られたサンプリン
グ値は評価の前に積分することができる。このことによ
って測定精度が高まり、ノイズの影響が低減される。さ
らに種々異なる階段持続時間および／または階段レベル
を使用することによって、受信信号のサンプリングを種
々異なる条件に適合させ、最適化することができる。サ
ンプリングの数は、比較的に長い階段によって所定の距
離領域で高められ、比較的に短い階段によって別の距離
領域で低減される。階段を比較的に低くすることによ
り、サンプリングされる距離点をさらに相互に密におく
ことができ、これによりこの領域での分解能が高められ
る。一方、階段を比較的に高くすることにより、他の領
域での分解能を低減することができる。このことにより
使用者は、種々の要求にサンプリングを非常に柔軟に適
合させることができる。
により形成することの別の利点は、図２に示したよな線
形鋸歯関数の代わりに任意の他の関数を受信信号ＳＥの
サンプリングに使用できることである。例として図３に
は階段関数が示されている。この関数では段が複数のサ
ンプリング間閣の長さを有している。わかりやすくする
ため図３には階段関数の期間の開始領域と終了領域だけ
が時間尺度で示されている。この時間尺度は図３の鋸歯
関数の時間尺度よりも格段に大きい。この階段関数を使
用することによって受信信号ＳＥを複数の選択された送
信期間で順次、同じ遅延時間Δｔにより、すなわち同じ
測定距離に相当するサンプリング時点で、遅延時間Δｔ
の次の値に移行するまで複数回サンプリングすることが
できる。同じ遅延時間Δｔに対して得られたサンプリン
グ値は評価の前に積分することができる。このことによ
って測定精度が高まり、ノイズの影響が低減される。さ
らに種々異なる階段持続時間および／または階段レベル
を使用することによって、受信信号のサンプリングを種
々異なる条件に適合させ、最適化することができる。サ
ンプリングの数は、比較的に長い階段によって所定の距
離領域で高められ、比較的に短い階段によって別の距離
領域で低減される。階段を比較的に低くすることによ
り、サンプリングされる距離点をさらに相互に密におく
ことができ、これによりこの領域での分解能が高められ
る。一方、階段を比較的に高くすることにより、他の領
域での分解能を低減することができる。このことにより
使用者は、種々の要求にサンプリングを非常に柔軟に適
合させることができる。
【００２４】有利には関数信号の形成に対して、ストロ
ボスコープサンプリングにより得られる時間伸長受信信
号の評価を行うのと同じマイクロコンピュータを使用す
る。従って図１に示された測定装置では、サンプリング
アンドホールド回路２０の出力信号は、増幅器３６での
増幅後、Ａ／Ｄ変換器３８によりデジタル信号に変換さ
れ、このデジタル信号がマイクロコンピュータ３０の入
力側３０ｃに供給される。マイクロコンピュータ３０は
デジタル化されたサンプリング信号から受信信号の中で
有効エコーパルスの位置を検出し、さらにこのエコーパ
ルスの伝搬時間を検出し、そこから測定すべき距離を求
める。ここでは有利には、時間差測定回路３２から送出
された時間差信号ＤＳが基準信号として用いられる。時
間差信号ＤＳは各サンプリング時点ごとに正確に送信時
点からの時間間隔を表す。これによりマイクロコンピュ
ータ３０は有効エコーパルスが検出されたサンプリング
時点に対して送信時点からの正確な時間間隔、およびひ
いてはマイクロ波パルスの伝搬時間を時間差信号ＤＳか
ら求めることができる。
ボスコープサンプリングにより得られる時間伸長受信信
号の評価を行うのと同じマイクロコンピュータを使用す
る。従って図１に示された測定装置では、サンプリング
アンドホールド回路２０の出力信号は、増幅器３６での
増幅後、Ａ／Ｄ変換器３８によりデジタル信号に変換さ
れ、このデジタル信号がマイクロコンピュータ３０の入
力側３０ｃに供給される。マイクロコンピュータ３０は
デジタル化されたサンプリング信号から受信信号の中で
有効エコーパルスの位置を検出し、さらにこのエコーパ
ルスの伝搬時間を検出し、そこから測定すべき距離を求
める。ここでは有利には、時間差測定回路３２から送出
された時間差信号ＤＳが基準信号として用いられる。時
間差信号ＤＳは各サンプリング時点ごとに正確に送信時
点からの時間間隔を表す。これによりマイクロコンピュ
ータ３０は有効エコーパルスが検出されたサンプリング
時点に対して送信時点からの正確な時間間隔、およびひ
いてはマイクロ波パルスの伝搬時間を時間差信号ＤＳか
ら求めることができる。
【００２５】さらにマイクロコンピュータ３０は評価結
果に依存してサンプリングを変形することができる。例
えばマイクロコンピュータはサンプリング数を、有効エ
コーパルスの周辺では増大させ、そこから離れた領域で
は低減することができる。またはマイクロコンピュータ
はサンプリングを有効エコーパルスのある時間的評価窓
に制限することができる。また測定すべき距離が変化す
る場合には、この評価窓を有効エコーパルスの位置に追
従させる。図３に示された階段関数を使用する場合に
は、マイクロコンピュータは種々異なる階段の長さを用
いることにより、同じ測定時点の順次連続するサンプリ
ングの数を有効エコーパルスの領域で増大させ、他の領
域で低減させることができる。
果に依存してサンプリングを変形することができる。例
えばマイクロコンピュータはサンプリング数を、有効エ
コーパルスの周辺では増大させ、そこから離れた領域で
は低減することができる。またはマイクロコンピュータ
はサンプリングを有効エコーパルスのある時間的評価窓
に制限することができる。また測定すべき距離が変化す
る場合には、この評価窓を有効エコーパルスの位置に追
従させる。図３に示された階段関数を使用する場合に
は、マイクロコンピュータは種々異なる階段の長さを用
いることにより、同じ測定時点の順次連続するサンプリ
ングの数を有効エコーパルスの領域で増大させ、他の領
域で低減させることができる。
【００２６】前記の実施例で各送信期間においてサンプ
リング値が形成される場合、サンプリング値は２ＭＨｚ
の送信クロック信号ＳＴの周波数で、すなわち０．５μ
ｓの間隔で順次連続する。しかし通常用いられるマイク
ロコンピュータは格段に低い周波数、例えば５００Ｈ
ｚ、すなわち２ｍｓの時間間隔のサンプリング値しか記
録することができない。このことは、サンプリングを各
送信期間で行うのではなく、各ｎ番目の送信期間、例え
ば各４０００ｎ番目の送信期間で行う重要な理由であ
る。しかし送信クロック発生器１０は送信信号ＳＴを相
変わらず２ＭＨｚの周波数で送出し、従って遅延制御回
路２４も同じ周波数のサンプリング制御信号ＳＡを出力
するから、時間差測定回路３２はこれら信号間の時間さ
Δｔを同じ周波数で測定することができる。すなわち例
えば、４０００の時間差測定が２つのサンプリング間の
サンプリング間隔で行われる。図３に示した階段曲線を
使用する場合には、時間差Δｔはこの時間間隔では変化
しない。従って４０００個の同じ測定値が得られる。従
って有利には、サンプリング間隔で得られた時間差Δｔ
に対する測定値を時間差測定回路３２で積分し、積分値
を時間差信号ＳＤとして出力する。このことによって時
間差測定に対する測定精度が高まり、ノイズの影響が低
減され、信号振幅が増大される。
リング値が形成される場合、サンプリング値は２ＭＨｚ
の送信クロック信号ＳＴの周波数で、すなわち０．５μ
ｓの間隔で順次連続する。しかし通常用いられるマイク
ロコンピュータは格段に低い周波数、例えば５００Ｈ
ｚ、すなわち２ｍｓの時間間隔のサンプリング値しか記
録することができない。このことは、サンプリングを各
送信期間で行うのではなく、各ｎ番目の送信期間、例え
ば各４０００ｎ番目の送信期間で行う重要な理由であ
る。しかし送信クロック発生器１０は送信信号ＳＴを相
変わらず２ＭＨｚの周波数で送出し、従って遅延制御回
路２４も同じ周波数のサンプリング制御信号ＳＡを出力
するから、時間差測定回路３２はこれら信号間の時間さ
Δｔを同じ周波数で測定することができる。すなわち例
えば、４０００の時間差測定が２つのサンプリング間の
サンプリング間隔で行われる。図３に示した階段曲線を
使用する場合には、時間差Δｔはこの時間間隔では変化
しない。従って４０００個の同じ測定値が得られる。従
って有利には、サンプリング間隔で得られた時間差Δｔ
に対する測定値を時間差測定回路３２で積分し、積分値
を時間差信号ＳＤとして出力する。このことによって時
間差測定に対する測定精度が高まり、ノイズの影響が低
減され、信号振幅が増大される。
【００２７】しかし同じ積分を、図２の鋸歯信号を使用
する場合に適用することもできる。すなわちこの場合、
時間差Δｔはサンプリング間隔内で常時変化するが、こ
の変化は非常に小さく（なぜならこの変化はわずか１つ
サンプリング段である）、また変化は線形である。従っ
て積分によって平均値を得ることができ、この平均値は
正確に、先行するサンプリング時点の時間差Δｔと後続
のサンプリング時点の時間差Δｔとの中央にある。この
平均値は従ってマイクロコンピュータ３０で、時間差補
正のためのサンプリング時点の正確な時間差Δｔと同じ
良いように、パルス伝搬時間の検出の際に基準として用
いることができる。同じことが他の任意のサンプリング
関数に対しても当てはまる。サンプリング関数はマイク
ロコンピュータには既知であるから、マイクロコンピュ
ータは積分値と測定すべき時間差との関係を計算し、時
間差補正の際とパルス伝搬時間検出の際に考慮すること
ができる。
する場合に適用することもできる。すなわちこの場合、
時間差Δｔはサンプリング間隔内で常時変化するが、こ
の変化は非常に小さく（なぜならこの変化はわずか１つ
サンプリング段である）、また変化は線形である。従っ
て積分によって平均値を得ることができ、この平均値は
正確に、先行するサンプリング時点の時間差Δｔと後続
のサンプリング時点の時間差Δｔとの中央にある。この
平均値は従ってマイクロコンピュータ３０で、時間差補
正のためのサンプリング時点の正確な時間差Δｔと同じ
良いように、パルス伝搬時間の検出の際に基準として用
いることができる。同じことが他の任意のサンプリング
関数に対しても当てはまる。サンプリング関数はマイク
ロコンピュータには既知であるから、マイクロコンピュ
ータは積分値と測定すべき時間差との関係を計算し、時
間差補正の際とパルス伝搬時間検出の際に考慮すること
ができる。
【００２８】サンプリングが各送信期間では行われず、
各ｎ番目の送信期間でだけ行われる場合に対して、図１
にさらに別の手段が示されている。この手段はサンプリ
ング関数の形成に基づいてマイクロコンピュータ３０に
より可能であり、電力を節約する目的を有する。前に述
べた実施例で各送信区間で１つの送信パルスが形成され
るなら、各４０００番目の送信パルスだけが評価に使用
され、他の送信パルスは使用されないままである。しか
し測定装置が消費する電力の大部分は送信パルスの形成
に対して用いられる。
各ｎ番目の送信期間でだけ行われる場合に対して、図１
にさらに別の手段が示されている。この手段はサンプリ
ング関数の形成に基づいてマイクロコンピュータ３０に
より可能であり、電力を節約する目的を有する。前に述
べた実施例で各送信区間で１つの送信パルスが形成され
るなら、各４０００番目の送信パルスだけが評価に使用
され、他の送信パルスは使用されないままである。しか
し測定装置が消費する電力の大部分は送信パルスの形成
に対して用いられる。
【００２９】従って図１の構成ではマイクロコンピュー
タ３０は出力側３０ｄに阻止信号を出力し、この阻止信
号は送信パルス発生器１２の制御入力側１２ｃとサンプ
リングパルス発生器２２の制御入力側２２ｃに供給され
る。これにより、送信パルスＩＳとサンプリングパルス
ＩＡの形成がすべての送信期間で阻止され、不要のサン
プリングが行われなくなる。このようにして大きな電力
節約が達成され、しかも測定装置の機能が損なわれるこ
とはない。電力節約はとりわけ２線給電の測定装置にお
いて重要である。この装置では測定装置のエネルギー供
給が中央から２線線路を介して行われ、この２線線路を
介して反対方向に測定信号が４から２０ｍＡの可変電流
の形態で伝送される。このような測定装置では、測定装
置のエネルギー供給に使用できる電流が４ｍＡに制限さ
れており、従って電力節約のあらゆる手段を利用すべき
である。
タ３０は出力側３０ｄに阻止信号を出力し、この阻止信
号は送信パルス発生器１２の制御入力側１２ｃとサンプ
リングパルス発生器２２の制御入力側２２ｃに供給され
る。これにより、送信パルスＩＳとサンプリングパルス
ＩＡの形成がすべての送信期間で阻止され、不要のサン
プリングが行われなくなる。このようにして大きな電力
節約が達成され、しかも測定装置の機能が損なわれるこ
とはない。電力節約はとりわけ２線給電の測定装置にお
いて重要である。この装置では測定装置のエネルギー供
給が中央から２線線路を介して行われ、この２線線路を
介して反対方向に測定信号が４から２０ｍＡの可変電流
の形態で伝送される。このような測定装置では、測定装
置のエネルギー供給に使用できる電流が４ｍＡに制限さ
れており、従って電力節約のあらゆる手段を利用すべき
である。
【００３０】図１の測定装置の種々の変形が当業者には
容易である。とりわけマイクロコンピュータ３０の代わ
りに他のいずれの計算回路でも、これが関数信号ＳＦを
サンプリング関数に基づいて形成することができれば使
用することができる。これは例えばアナログ計算回路の
場合である。
容易である。とりわけマイクロコンピュータ３０の代わ
りに他のいずれの計算回路でも、これが関数信号ＳＦを
サンプリング関数に基づいて形成することができれば使
用することができる。これは例えばアナログ計算回路の
場合である。
【図１】本発明の方法を実施するための装置のブロック
回路図である。
回路図である。
【図２】本発明の方法で適用することのできるサンプリ
ング関数のタイムチャートである。
ング関数のタイムチャートである。
【図３】本発明の方法で適用することのできる別のサン
プリング関数のタイムチャートである。
プリング関数のタイムチャートである。
１０ 送信クロック発生器 １２ 送信パルス発生器 １４ 送受信スイッチ １６ アンテナ
Claims (31)
- 【請求項１】 パルス伝搬時間法による電磁波を用いた
距離測定方法において、 周期的な送信時点でそれぞれ１つの短い電磁送信パルス
を送信し、選択された送信期間で送信時点後に得られた
受信信号をサンプリングし、 当該サンプリングは、前記送信期間の各々において、送
信時点に対してサンプリング関数により定められた遅延
時間を有するサンプリング時点で、それぞれサンプリン
グ間隔をおいて行い、 前記サンプリング時点は送信時点に対して種々異なる遅
延時間を有しており、 遅延時間を定めるサンプリング関数は計算回路によって
形成する、ことを特徴とする距離測定方法。 - 【請求項２】 遅延時間を定めるサンプリング関数をマ
イクロコンピュータにより形成する、請求項１記載の方
法。 - 【請求項３】 サンプリング関数をマイクロコンピュー
タに記憶された計算規則によって形成する、請求項２記
載の方法。 - 【請求項４】 サンプリング関数をマイクロコンピュー
タにテーブルの形態でファイルする、請求項２記載の方
法。 - 【請求項５】 サンプリング関数は線形鋸歯関数であ
る、請求項１記載の方法。 - 【請求項６】 サンプリング関数は階段関数であり、該
階段関数の段は複数のサンプリング間隔の長さを有して
おり、サンプリング時点は複数の順次連続するサンプリ
ング間隔において、送信時点対して同じ遅延時間を有し
ている、請求項１記載の方法。 - 【請求項７】 階段関数の１つの段の持続時間中に得ら
れたサンプリング値を積分する、請求項６記載の方法。 - 【請求項８】 サンプリング時点が送信時点に対して同
じ送信期間で有する遅延時間を測定し、測定値を計算回
路で目標値と比較し、偏差する場合にはサンプリング関
数を、偏差を除去するために補正する、請求項１記載の
方法。 - 【請求項９】 サンプリング関数を補正するために得ら
れた補正値を計算回路に記憶し、後でのサンプリングの
際に使用する、請求項８記載の方法。 - 【請求項１０】 サンプリング値の評価を測定すべき距
離の検出のために計算回路で行い、遅延時間の測定値を
計算回路で、測定すべき距離の検出のための基準値とし
て用いる、請求項８記載の方法。 - 【請求項１１】 計算回路はサンプリング関数をサンプ
リング値の評価に依存して変形する、請求項１０記載の
方法。 - 【請求項１２】 各サンプリング間隔は複数の送信期間
の持続時間を有しており、サンプリングはそれぞれ複数
の順次連続する送信期間で１回だけ行い、 遅延時間の測定をサンプリングが行われない送信期間で
も行い、 ２つの順次連続するサンプリング間で得られた遅延時間
の測定値を積分する、請求項８記載の方法。 - 【請求項１３】 計算回路は送信パルスの送信と受信信
号のサンプリングを、サンプリングが行われる送信期間
でだけ実行する、請求項１２記載の方法。 - 【請求項１４】 パルス伝搬時間法による電磁波を用い
た距離測定方法において、 周期的な送信時点でそれぞれ１つの短い電磁送信パルス
を送信し、選択された送信期間で送信時点後に得られた
受信信号をサンプリングし、 当該サンプリングは、前記送信期間の各々において、送
信時点に対してサンプリング関数により定められた遅延
時間を有するサンプリング時点で、それぞれサンプリン
グ間隔をおいてサンプリング値を取り出すことにより行
い、 前記サンプリング時点は送信時点に対して種々異なる遅
延時間を有しており、 遅延時間を定めるサンプリング関数は階段関数であり、 該階段関数の段は複数のサンプリング間隔の長さを有し
ており、 サンプリング時点は複数の順次連続するサンプリング間
隔で、送信時点に対して同じ遅延時間を有している、こ
とを特徴とする測定方法。 - 【請求項１５】 階段関数の段の持続時間中に得られた
サンプリング値を積分する、請求項１４記載の方法。 - 【請求項１６】 遅延時間を定める階段関数を計算回路
によって形成する、請求項１４記載の方法。 - 【請求項１７】 遅延時間を定める階段関数をマイクロ
コンピュータによって形成する、請求項１６記載の方
法。 - 【請求項１８】 サンプリング時点が送信時点に対して
同じ送信期間で有する遅延時間を測定し、 該測定値を計算回路で目標値と比較し、 偏差する場合、偏差を除去するために階段関数を補正す
る、請求項１６記載の方法。 - 【請求項１９】 階段関数を補正するために求められた
補正値を計算回路に記憶し、後でのサンプリングの際に
使用する、請求項１８記載の方法。 - 【請求項２０】 サンプリング値の評価を測定すべき距
離の検出のために計算回路で行い、 遅延時間の測定値を計算回路で、測定すべき距離の検出
のための基準値として使用する、請求項１６記載の方
法。 - 【請求項２１】 計算回路はサンプリング関数を、サン
プリング値の評価に依存して変形する、請求項２０記載
の方法。 - 【請求項２２】 各サンプリング間隔は複数の送信期間
の持続時間を有しており、サンプリングを複数の順次連
続する送信期間の１つでだけそれぞれ行い、 遅延時間の測定をサンプリングが行われない送信期間で
も行い、 ２つの順次連続するサンプリング間に含まれる遅延時間
の測定値を積分する、請求項１８記載の方法。 - 【請求項２３】 計算回路は、送信パルスの送信と受信
信号のサンプリングを、サンプリングが行われる送信期
間でだけ実行する、請求項２２記載の方法。 - 【請求項２４】 パルス伝搬時間法による電磁波を用い
た距離測定装置において、 送受信装置と、送信パルス発生器と、送信クロック発生
器と、サンプリング回路と、サンプリングパルス発生器
と、遅延制御回路と、計算回路とを有し、 前記送受信装置は、短い電磁送信パルスを周期的な送信
時点で送信し、反射されたエコーパルスを含む受信信号
を送出し、 前記送信パルス発生器は、送信パルスを形成し、 前記送信クロック発生器は、周期的な送信クロック信号
を形成し、該送信クロック信号は送信パルス発生器に供
給され、送信時点を定め、 前記サンプリング回路では、受信信号が順次連続する送
信期間においてサンプリングパルスによる制御の下でサ
ンプリングされ、 前記サンプリングパルス発生器は、すべてのまたは選択
された送信期間でそれぞれ１つのサンプリングパルスを
サンプリング時点で形成し、該サンプリング時点はサン
プリング関数によって定められた遅延時間を送信時点に
対して有しており、 前記遅延制御回路は、送信クロック信号およびサンプリ
ング関数を表す関数信号を受信し、サンプリングパルス
発生器にサンプリング時点を定めるサンプリング制御信
号を送出し、 前記計算回路は、関数信号を計算回路にファイルされた
サンプリング関数に基づいて形成する、ことを特徴とす
る距離測定装置。 - 【請求項２５】 計算回路はマイクロコンピュータであ
る、請求項２４記載の装置。 - 【請求項２６】 時間差測定回路を有し、該時間差測定
回路は第１の入力側に送信クロック信号を受信し、第２
の入力側にサンプリング制御信号を受信し、出力側に前
記２つの信号間の時間差を表す時間差信号を出力し、 該時間差信号は計算回路に供給される、請求項２４記載
の装置。 - 【請求項２７】 計算回路では、時間差信号によって表
された時間差が目標値と比較され、偏差する場合には関
数信号が偏差を除去するために変更される、請求項２６
記載の装置。 - 【請求項２８】 計算回路では、時間差信号によって表
された時間差が基準値として測定すべき距離の検出に用
いられる、請求項２６記載の装置。 - 【請求項２９】 電磁送信パルスを放射し、対象物で反
射されたエコーパルスを受信するためのアンテナをさら
に有している、請求項２４記載の装置。 - 【請求項３０】 アンテナが容器に最高充填状態よりも
上に配置されており、 該アンテナは電磁送信パルスを充填物表面に向かって送
信し、充填物表面で反射されたエコーパルスを受信す
る、容器内の充填状態を測定するための請求項２９記載
の装置。 - 【請求項３１】 導波管を有し、該導波管は最高充填状
態よりも情報にある入力結合箇所から下方に向かって延
在して充填物に漬かっており、 該導波管を介して電磁送信パルスが充填物表面に伝送さ
れ、充填物表面で反射されたエコーパルスが入力結合箇
所まで伝送されて戻る、容器内の充填状態を測定するた
めの請求項２４記載の装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US4546397P | 1997-05-02 | 1997-05-02 | |
| US60/045463 | 1997-05-02 |
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|---|---|
| JPH10319111A true JPH10319111A (ja) | 1998-12-04 |
| JP3217749B2 JP3217749B2 (ja) | 2001-10-15 |
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| JP12341998A Expired - Fee Related JP3217749B2 (ja) | 1997-05-02 | 1998-05-06 | パルス伝搬時間法による電磁波を用いた距離測定方法および距離測定装置 |
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|---|---|
| US (1) | US6122602A (ja) |
| EP (1) | EP0875772B1 (ja) |
| JP (1) | JP3217749B2 (ja) |
| CA (1) | CA2236500C (ja) |
| DE (1) | DE59813568D1 (ja) |
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