(57)【要約】  本発明は、測定信号（２２．１，２２．２）を測定に整合されている測定周波数領域（６０，６２，６８，７０）において送信するための信号ユニット（２０）と、該測定信号（２２．１，２２．２）によって励振される評価信号（３４．１，３４．２）を測定結果にスペクトル評価するための評価ユニット（３６）とを備えた測定装置から出発している。測定装置が、生成周波数領域（４８）にある、測定信号（２２．１，２２．２）を生成するための生成信号（２６）を生成周波数領域（４８）から測定周波数領域（６０，６２，６８，７０）へシフトするように設定されている信号処理ユニット（３０）を有していることが提案される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定信号（２２．１，２２．２）を測定に整合されている測定周波数領域（６０，６２，６８，７０）において送信するための信号ユニット（２０）と、該測定信号（２２．１，２２．２）によって励振される評価信号（３４．１，３４．２）を測定結果にスペクトル評価するための評価ユニットとを備えた測定装置において、
生成周波数領域（４８）にある、測定信号（２２．１，２２．２）を生成するための生成信号（２６）を生成周波数領域（４８）から測定周波数領域（６０，６２，６８，７０）へシフトするように設定されている信号処理ユニット（３０）を備えて成る
ことを特徴とする測定装置。
【請求項２】
前記信号ユニット（２０）は超広帯域作動するように設定されている
請求項１記載の測定装置。
【請求項３】
前記信号評価ユニット（３６）は湿気特性量（Ｆ）を決定するように設定されている
請求項１または２記載の測定装置。
【請求項４】
前記信号処理ユニット（３０）は生成信号（２６）を少なくとも２つの測定周波数領域（６０，６２，６８，７０）にシフトするように設定されている
請求項１から３までのいずれか１項記載の測定装置。
【請求項５】
それぞれ特性量（Ｐ，Ｆ）の測定のために設定されておりかつ測定領域（６０，６２）の１つに割り当てられている少なくとも２つの測定モードを備えて成る
請求項４記載の測定装置。
【請求項６】
前記信号処理ユニット（３０）は生成信号（２６）を少なくとも実質的に同時に測定周波数領域（６０，６２，６８，７０）にシフトするように設定されている
請求項４または５記載の測定装置。
【請求項７】
測定周波数領域（６８，７０）は繋がっている測定周波数部分（６６）を形成している
請求項４から６までのいずれか１項記載の測定装置。
【請求項８】
前記信号処理ユニット（３０）は生成信号（２６）を少なくとも１つの変調信号で変調するための変調ユニットを有している
請求項１から７までのいずれか１項記載の測定装置。
【請求項９】
前記評価ユニット（３６）に、作動時に生成信号（２６）をシフトするように設定されている、前記信号処理ユニット（３０）の処理信号（５６，５８）が供給される
請求項１から８までのいずれか１項記載の測定装置。
【請求項１０】
位置決定装置（１０）として構成されている
請求項１から９までのいずれか１項記載の測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
従来の技術
本発明は、請求項１の上位概念記載の信号ユニットを備えた測定装置から出発している。
【０００２】
測定の目的のために測定信号を所定の周波数領域において送信することが公知であり、この信号は検査物体との相互作用後に評価信号として測定装置によって受信されかつ評価される。評価の際、測定信号のスペクトル解析に基づいて所望の測定結果が求められる。
【０００３】
発明の利点
本発明は、測定に整合されている測定周波数領域において測定信号を送信するための信号ユニットと、測定信号によって励振された評価信号を測定結果にスペクトル評価するための評価ユニットとを備えた測定装置から出発している。
【０００４】
測定装置が、生成周波数領域にある、測定信号を生成するための生成信号を生成周波数領域から測定周波数領域にシフトするように設定されている信号処理ユニットを有していることが提案される。これにより測定装置の用途におけるフレキシビリティを簡単に高めることができる。殊に、既存の測定装置の測定機能性を僅かな手間でコスト面で有利に拡大することができる。その際既存のコスト面で有利な、生成信号を形成するための信号生成手段を、これを測定周波数領域に固有に調整する必要なしに使用することができる。周波数領域にある信号はその周波数スペクトルにおいて有利には周波数領域のそれぞれの周波数値に対して、１より大きい信号対雑音比を有している。このことは周波数領域のすべての周波数値に対して、例えばパルスの生成によるように、同時に生じる可能性がある。択一的に、周波数領域の周波数値を所定の時間間隔内で、例えば周波数領域内の周波数シャープな信号の周波数変調により、標本化することができる。生成信号のシフトの際にその周波数スペクトルを周波数スケールにおける１周波数だけシフトすることができ、その際測定周波数領域および生成周波数領域は同じ幅を有している。択一的に、生成信号は測定周波数領域にシフトされることができ、その際測定周波数領域は異なっている、殊に比較的大きな幅を有している。測定信号の「測定に整合された測定周波数領域」とは殊に、測定信号と、測定に関連する特性量を検出するための物質との相互作用を評価することができる周波数領域と理解すべきである。更に、信号の「スペクトル評価」は殊に、信号スペクトルの特徴の検出により評価結果が得られる信号評価と理解されるべきである。このために信号の経過の解析を周波数の関数として、例えばピーク位置またはピーク振幅の検出により実施することができる。択一的にまたは付加的に、信号の経過を時間の関数として、信号の送信と信号の受信との間の信号の形状の変化を検出することによって解析することができる。測定信号が所定のパターン、例えば矩形またはガウスパターンを有するとき、測定信号と物質との相互作用により生成される、評価信号におけるパターンの変形を検出しかつ評価することができる。この時間的なメソッドは信号の上に説明した周波数解析と等価である。このことはフーリエ定理から公知であり、ここに詳しく説明するには及ばない。
【０００５】
更に、信号ユニットが超広帯域作動に対して設定されていることが提案される。これにより僅かなスペクトル電力密度で申し分ない測定結果を実現することができる。超広帯域作動として、少なくとも５００ＭＨＺまたは周波数領域の中心周波数の少なくとも１５％の帯域幅を有する周波数領域の利用と理解される。中心周波数は有利には、１ＧＨｚ乃至１５ＧＨｚの周波数領域において選択されている。
【０００６】
超広帯域作動は、パルス列の送信により、所謂疑似ノイズ列の送信により、周波数変調された連続信号によりまたは周波数シフトシステムにより実施することができる。
【０００７】
評価ユニットが湿気特性量を決定するように設定されていれば、高度な操作快適さを実現することができる。評価ユニットは有利には、湿度決定するための信号処理ユニットと協働するように設定されている。殊に生成信号は、披検体の水分子との相互作用が湿度を決定するための評価ユニットによって評価することができる測定周波数領域にシフトすることができる。
【０００８】
本発明の別の実施形態において、信号処理ユニットが生成信号を少なくとも２つの測定周波数領域にシフトするように設定されることが提案される。これにより測定信号の評価の際に高いフレキシビリティを実現することができる。
【０００９】
フレキシブルな測定過程は殊に、測定装置が少なくとも、それぞれ特性量を測定するように設定されておりかつ測定周波数領域の１つに割り当てられている２つの測定モードを有していることに実現することができる。
【００１０】
信号処理ユニットが、生成信号を少なくとも実質的に同時に、測定周波数領域にシフトするように設定されている場合には、少なくとも２つの測定周波数領域にわたって延在している広域の測定信号を実現することができる。
【００１１】
これら測定領域は相互に別個であってよい。これにより、周波数スケールの所定の領域を省くことができ、その際測定に整合されていない周波数領域を介する測定信号の所望しない電力分配およびフィルタリングの手間を回避することができる。
【００１２】
有利には、測定周波数領域は繋がっている測定周波数部分を形成する。これにより、生成周波数領域を拡張するための手間のかかる拡張メソッドを有利にも回避することができる。
【００１３】
更に、既存のコスト面で有利な回路を、それが生成信号を少なくとも１つの変調信号により変調するための変調ユニットを有しているとき、信号処理ユニットのために使用することができる。
【００１４】
更に、評価ユニットに作動時に、生成信号のシフトのために設定されている、信号処理ユニットの処理信号が供給されるようにすることが提案される。これにより、評価信号を処理するための構成部を有利にも節約することができる。
【００１５】
有利には測定装置は位置決定装置として実現されている。これにより物体の位置決定を高い精度で実現することができる。
【００１６】
図面
その他の利点は以下の図面の説明から明らかとなる。図面には本発明の実施例が示されている。図面、明細書および請求項は多数の特徴および組み合わせを含むものである。当業者であればこれらの特徴を単独でも考慮し、またそれらの特徴を更に有意に組み合わせることができる。
【００１７】
図中：
図１は壁につけられた位置決定装置を示し、
図２は図１の位置決定装置の測定ユニットを詳細に示し、
図３は広帯域の信号を振幅−時間表示において示し、
図４は２つの測定周波数領域にシフトされている測定信号の周波数スペクトルを示し、かつ
図５は測定信号の別の周波数スペクトルを示している。
【００１８】
実施例の説明
図１には、位置決定装置１０として実現されている測定装置が図示されている。第１の測定モードにおいて位置決定装置１０は、探索対象、例えば壁、床、天井等の中または後ろに隠れている物体に関する情報を供給する。これらの物体に対する例は水道管、電気ケーブルなどである。図において壁１２が略示されており、壁の中にこの種の物体１４が配置されている。壁１２に接近している位置決定装置１０により、操作者は探索中の壁１２、物体１４のポジションとして実現されている、壁１２中の特性量Ｐ、物体１４の拡がりおよび／または深さをディスプレイ１６上にビジュアル化させることが可能である。このことは、高周波信号の処理によりこれらの情報を決定するように設定されている測定ユニット１８を用いて実現される。このために測定ユニット１８は信号ユニット２０を有しており、該信号ユニットにより、高周波の測定信号２２．１，２２．２が生成されかつ壁１２に入力結合される。物体１４の特性量を決定しかつ壁の構造をビジュアル化するために、２つの測定方向３２，３３にそれぞれ測定信号２２．１もしくは２２．２が送信される。測定装置３２における送信は、アンテナエレメントとして実現されているセンサ手段２４．１を介して行われ、一方測定信号２２．２は同じくアンテナエレメントとして実現されているセンサ手段２４．２を介して送信される。分かり易くするために図１には、１つの測定方向３２もしくは１つのセンサ手段２４．１しか図示されていない（図２も参照）。測定方向３２，３３は例えば水平の方向および垂直の方向として実現されていてよい。別の形態において、２つの測定方向３２，３３における送信をセンサ手段、例えばアンテナエレメントとして実現されているセンサ手段２４．１によって行うことが考えられる。測定信号がただ１つの方向、例えば方向３２において送信されることも考えられる。更にセンサ手段２４．１，２４．２は単安定および／または双安定のアンテナエレメントとして実現されていてよい。
【００１９】
伝送された測定信号２２．１，２２．２は信号ユニット２０において、信号生成ユニット２８において形成されかつ信号処理ユニット３０において処理される生成信号２６によって生成される。測定信号２２．１，２２．２は壁１２中に評価信号３４．１，３４．２を励振し、これらがセンサ手段２４．１，２４．２によって受信される。
【００２０】
受信後、これらは評価ユニット３６に供給される。評価ユニット３６は評価信号３４．１，３４．２の周波数スペクトルの評価を実施して測定結果に形成し、測定結果はディスプレイ１６上に指示される。ディスプレイ１６上には、壁１２、物体１４の特性量Ｐ、位置決定装置１０自体並びに壁１２に対して相対的な位置決定装置の移動方向が分かるようになっている。
【００２１】
第２の測定モードにおいて操作者は更に、壁１２の湿度として実現されている特性量Ｆが情報として得られるようにすることができる。このために生成信号２６は信号処理ユニット３０において、測定信号２２．１，２２．２が壁１２中の特性量Ｆの測定に整合されているように処理されている。信号処理ユニット３０の構成および機能の仕方は図２から分かる。操作者は操作ユニット３８を介して種々の測定過程を選択することができる。例えば第１の測定モードだけ、すなわち物体１４の位置決定だけがスイッチインされる測定過程、第２の測定モードだけが、すなわち特性量Ｆの決定がスイッチインされる測定過程または両方の測定モードがスイッチインされる測定過程がある。択一的にまたは付加的に、この第２の測定モードにおいて壁１２中の湿気分布を決定することができる。
【００２２】
図２には測定ユニット１８が略示されている。この段落において説明は図３乃至図５も参照する。図１に図示のエレメントのうち、信号生成ユニット２８、信号処理ユニット３０および信号ユニットのセンサ手段２４．１，２４．２並びに評価ユニット３６が見て取れる。
【００２３】
操作者が操作ユニット３８を介して、第１および第２の測定モードが実施される測定過程を選択するものとする。第１の測定モードにおいて殊に、物体１４が製造されている所定の種類の合成物質が物体１４の位置決定のために検出されるようになっており、一方において壁１２の特性量Ｆが第１の測定モードにおいて決定されるようになっている。
【００２４】
まず、ＳＲダイオード（Step-Recovery-Diode）として実現されている信号生成ユニット２８は制御ユニット４０によって作動される。信号生成ユニット２８によって形成される生成信号２６、つまり、ＵＷＢ信号（Ultra-Wide-Band-Signal または超広帯域信号）として実現されている生成信号は図３において振幅−時間特性曲線にて図示されている。それはパルス４４の列４２を有しており、その際それぞれ０．５ｎｓのパルス持続時間Δｔを有するパルス４４が生成されかつこれらは規則的に相前後して続く。これらのパルス４４を生成するために、トランジスタまたはトランジスタ回路の使用も考えられる。この実施例においては一定に選択されている２つの直接相前後して続くパルス４４間の時間間隔はランダム変数として実現されていてもよい。例えば列はＰＮ列（Pseudo-Noise-Folge または Pseudorauschfolge）として実現されていてよい。パルス４４の生成に対して択一的に、生成信号２６は周波数変調された連続信号（ＦＭＣＷまたは Frequency Modulated Continuous Wave）として形成されてもよい。
【００２５】
形成後に生成信号２６はフィルタ４６に供給される。フィルタリング後、生成信号２６は図４の振幅−周波数線図において示されている周波数スペクトルを有している。生成信号２６は５ＧＨｚの中心周波数νＥＭを有しておりかつ、該中心周波数νＥＭの周りの２ＧＨｚの帯域幅Δνに相応する生成周波数領域４８を介して延在している。その際生成周波数領域４８の下側周波数νＥＵ＝１ＧＨｚであり、上側周波数はνＥＯ＝３ＧＨｚである。ここで説明する周波数値はすべて例値である。別の周波数値も勿論考えられる。
【００２６】
生成信号２６は引き続いて信号処理ユニット３０に供給される。このユニットは、信号生成ユニット５０、スイッチング装置５２および混合ユニット５４を有している変調ユニットとして構成されている。信号生成ユニット５０は誘電式発振器として構成されておりかつ２つの処理信号５６，５８を生成する。２つの処理信号は周波数ｆ１＝４ＧＨｚもしくはｆ２＝６．５ＧＨｚを有しておりかつスイッチング装置５２に供給される。信号生成ユニット５０は択一的に、電圧によって制御される発振器（ＶＣＯまたは Voltage Controlled Oscillator）として、振動回路として、クオーツを有する容量ダイオードとしてまたは例えばＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）のようなデジタル回路として実現されていてよい。スイッチング装置５２により、処理信号５６，５８の１つは生成信号２６の変調のための変調信号として実現されるようにできるかまたは生成信号２６を変調信号として実現されている２つの処理信号５６，５８によって処理することができる。２つの処理信号より多くの数の処理信号により生成信号２６を処理することも考えられる。この実施例において処理信号５６もしくは５８は第１もしくは第２の測定モードに割り当てられている。
【００２７】
第１の測定モードにおいて処理信号５６は混合ユニット５４に供給され、これにより生成信号２６は生成周波数領域４８から第１の測定周波数領域６０へシフトされる。このことは図4では、実線の矢印を用いて示されている。この第１の測定周波数領域６０へシフトされる生成信号２６は測定信号２２を表している。測定信号は分割後測定信号２２．１，２２．２として送信される。生成信号２６は周波数ｆ１による処理の際にシフトされる。それ故に測定信号２２は６ＧＨｚの中心周波数νＭ１を有しておりかつ帯域幅Δν＝２ＧＨｚを有する第１の測定周波数領域６０にわたって延在している。第１の測定周波数領域６０は、壁１２に入力結合された測定信号２２．１，２２．２が検出されるべき合成樹脂の分子と相互作用しかつこれにより物体１４のポジションＰを決定するために評価信号３４．１，３４．２の周波数スペクトルに基づいた評価が可能になるように選択されている。第１の測定モードの実施後、制御ユニット４０によるスイッチング装置５２の制御により処理信号５８は混合ユニット５４に供給され、これにより生成信号２６は生成周波数流域４８から第２の測定周波数領域６２へシフトされる。このことは鎖線の矢印によって図示されている。生成された測定信号２２は８．５ＧＨｚの中心周波数νＭ２を有しておりかつ同様に帯域幅Δν＝２ＧＨｚを有する第２の測定周波数領域６２にわたって延在している。第２の測定周波数領域６２は、測定信号２２．１，２２．２が壁１２の水分子と相互作用するように調整されており、これにより、相応の評価信号３４．１，３４．２のスペクトル評価による特性量Ｆの決定が可能である。
【００２８】
位置決定装置１０には別の測定過程を備えている。この過程において生成信号２６は同時に生成周波数領域４８から２つの測定周波数領域へシフトされる。第１の例において生成信号２６は同時に、２つの処理信号５６，５８をスイッチング装置５２により混合ユニット５４に供給することにより、測定周波数領域６０，６２にシフトされる。択一的に信号生成ユニット３０は、それぞれ生成信号２６を処理信号によって変調するために用いられる２つの変調ユニットを有していることができる。これらは直列に接続されていてもよく、その際生成信号２６は連続的に変調されるが、または並列に接続されていてもよく、その場合には生成信号２６は２つの部分信号に分割され、これら部分信号はそれぞれ処理信号によって変調されかつ変調後に相互に組み合わされる。処理信号の選択により、所定の測定に意図して構成されている、周波数スケールの測定周波数部分を簡単にかつ大きなフレキシビリティを以て実現することができる。この第１の、図４に図示されている例において、測定周波数部分６４は相互に分離されている測定周波数領域６０，６２によって形成されている。これにより殊に、周波数スケールの間隔、ここでは測定には整合されていない間隔Δｆを意図的に除くことが可能で、この場合には信号フィルタリングコストが回避されかつ信号電力の特別効果的な利用を実現することができる。
【００２９】
別の、図５に図示されている例において、繋がっている測定周波数部分６６は２つのオーバラップしている測定周波数領域６８，７０によって形成されており、これら領域において生成信号２６は（図では鎖線で示されている）信号処理ユニット３０によって同時にシフトされる。これにより、そのために面倒な、周波数領域４８を拡幅するためのメソッドを使用する必要なしに、測定に対する周波数スケールの幅広の間隔を簡単に実現することができる。別の例において、生成信号２６を測定信号２２のシフトなしに、信号処理ユニット３０を遮断するかまたは生成信号２６を一定の処理信号によって変調することによって表示することができる。
【００３０】
処理後、測定信号２２は引き続いて信号分割器７２に供給され、そこで信号は２つの測定信号２２．１，２２．２に分割される。分割度、測定信号２２．１，２２．２は、測定信号２２の１／２の電力によって与えられている実質的に同じ信号電力を有している。測定信号２２の信号電力を測定信号２２．１，２２．２に分割する択一的な手法も考えられる。分割の際に更に、測定信号２２．１，２２．２の１つが別の測定信号２２．２もしくは２２．１に対して相対的に位相のずれを有しているようにしてもよい。その後測定信号２２．１，２２．２はそれぞれ、信号分離ユニット７４．１もしくは７４．２を介してスイッチング装置７６．１もしくは７６．２に供給される。制御ユニット４０によって制御可能であるスイッチング装置７６．１もしくは７６．２により、測定信号２２．１，２２．２は位置決定装置１０を較正するための参照回路７８またはそれぞれ測定方向３２もしくは３３において送信するためにセンサエレメント２４．１もしくは２４．２に供給されるようにすることができる。電磁放射の形でセンサエレメント２４．１，２４．２から送信される測定信号２２．１，２２．２は異なっている偏極方向を有している。更に、信号ユニット１３がそれぞれの測定周波数領域、例えば測定信号２２の測定周波数領域６０，６２に対するセンサ手段を有しているようにすることも考えられる。
【００３１】
測定信号２２．１，２２．２は評価信号３４．１もしくは３４．２を励振し、これらがセンサエレメント２４．１，２４．２によって受信される。評価信号３４．１，３４．２はそれぞれ、サーキュレータとして実現されている信号分離ユニット７４．１もしくは７４．２において測定信号２２．１，２２．２から分離されかつ評価ユニット３６に供給される。評価ユニット３６は評価信号３４．１，３４．２を復調するための２つの変調ユニット８０，８２を有している。変調ユニット８０，８２は信号処理ユニット３０に接続されている。変調ユニット８０，８２に線路８４を介して、例えば処理信号５６および／または処理信号５８のような生成信号２６の処理のために利用される少なくとも１つの処理信号が供給される。復調後、評価信号３４．１，３４．２は信号処理装置８６に供給される。信号処理装置はＡ／Ｄ変換器８８および、評価信号３４．１，３４．２をスペクトル評価するように設定されているデータ処理ユニット９０を含んでいる。データ処理ユニットはＤＳＰユニット（Digital Signal Processing または digitale Signalverarbeitung）として実現されている。デジタル変換の前に任意選択的に、評価信号３４．１，３４．２の平均値を形成することができ、これにより信号対雑音比を高めることができる。
【００３２】
生成信号２６に対してＰＮ列が生成されると、任意選択的に信号処理装置８６において評価信号３４．１，３４．２の、参照信号９２との相関を実施することができる。相関結果は引き続いて標本化されかつＡ／Ｄ変換される。この変換の前に同様に、評価信号３４．１，３４．２の平均値および／または高い周波数成分のフィルタリングを実施することができる。参照信号９２としてこの実施例において生成信号２６が使用される。択一的に測定信号２２を使用することができる。別の変形形態において評価信号３４．１，３４．２はＡ／Ｄ変換後に参照信号９２と、例えばデータ処理ユニット９０において相関されるようにすることができる。相関の前に、測定結果を改善することができるデジタルフィルタの使用が考えられる。評価信号３４．１，３４．２の評価後、評価結果をディスプレイ１６に供給し（図１）かつ評価結果はこれによって指示される。位置決定装置１０の別の形態において、隠れている物体の検知の際の機能性を拡張するために、測定ユニット１８に対して付加的に、誘導および／または容量式のメソッドに基づいている別の測定ユニットを使用することができる。これらの測定ユニットと測定ユニット１８との間の切換は操作者が手動でまたは自動的に行われるようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】壁につけられた位置決定装置を示す略図
【図２】図１の位置決定装置の測定ユニットを詳細に示す図
【図３】広帯域の信号を振幅−時間表示において示す略図
【図４】２つの測定周波数領域にシフトされている測定信号の周波数スペクトルを示す線図
【図５】測定信号の別の周波数スペクトルを示す線図
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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