(57)【要約】  本発明は、壁（１８）を透過する電磁測定フィールド（１２）の形成用の送信ユニット（１０，４２）と、電磁測定フィールド（１２）の少なくとも一部分の検出用の受信ユニット（１４）と、受信ユニット（１４）によって検出される信号（２０）の評価用の評価ユニット（１６）を有する測定装置に関する。評価ユニット（１６）は、壁（１８）に沿って測定フィールド（１２）の位置依存性の少なくとも1つの特徴量（ｔ１−ｔ３，ｔ１２，ｔ１３）を求め、特徴量（ｔ１−ｔ３，ｔ１２，ｔ１３）に依存して壁（１８）の壁厚（Ｄ）を測定するように設けられている。
2009501322.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
壁（１８）を透過する電磁測定フィールド（１２）の形成用の送信ユニット（１０，４２）と、前記電磁測定フィールド（１２）の少なくとも一部分の検出用の受信ユニット（１４）と、前記受信ユニット（１４）によって検出される信号（２０）の評価用の評価ユニット（１６）を有する測定装置において、評価ユニット（１６）は、壁（１８）に沿って測定フィールド（１２）の位置依存性の少なくとも1つの特徴量（ｔ１−ｔ３，ｔ１２，ｔ１３）を求め、前記特徴量（ｔ１−ｔ３，ｔ１２，ｔ１３）に依存して前記壁（１８）の壁厚（Ｄ）を測定するように設けられていることを特徴とする測定装置。
【請求項２】
評価ユニット（１６）は、特徴量（ｔ１−ｔ３，ｔ１２，ｔ１３）の測定のために、少なくとも３つの異なる測定点（２２，２４，２６）で信号（２０）を検出するように設けられている請求項1記載の測定装置。
【請求項３】
評価ユニット（１６）は、信号経過時間（ｔ１，ｔ２，ｔ３）の測定のために、検出された信号（２０）の少なくとも1つの自己相関関数（Ｒ１１）を評価するように設けられている請求項１又は２記載の測定装置。
【請求項４】
評価ユニット（１６）は、経過時間差（ｔ１２，ｔ１３）の測定のために、異なった測定位置（２２−２６）で求められた２つの信号（２０）の、少なくとも１つの相互相関関数（Ｒ１２，Ｒ１３）を測定するように設けられている請求項１から３迄の何れか１記載の測定装置。
【請求項５】
時間依存信号（２０）の変換用の少なくとも１つのフーリエ変換関数部（２８）を有する請求項1から3迄の何れか1記載の測定装置。
【請求項６】
評価ユニット（１６）は、信号（２０）の、少なくとも1つの位相（Φ１，Φ２，Φ３）を測定するように設けられている請求項1から５迄の何れか1記載の測定装置。
【請求項７】
送信ユニット（１０，４２）及び／又は受信ユニット（１４）の変位の変位路（ｄ１，ｄ２）の検出用の手段（３０）を有する請求項1から６迄の何れか1記載の測定装置。
【請求項８】
測定フィールド（１２）を、ギガヘルツ周波数領域内の周波数の高周波フィールドとして形成する請求項1から７迄の何れか1記載の測定装置。
【請求項９】
反磁性の壁（１８）を透過する測定フィールド（１２）の形成用の送信ユニット（１０，４２）、前記測定フィールド（１２）の少なくとも一部分の検出用の受信ユニット（１４）を有する測定装置によって前記反磁性の壁（１８）の壁厚（Ｄ）を測定するための方法において、評価ステップで、壁（１８）に沿った測定フィールド（１２）の位置依存性用の、少なくとも1つの特徴量（ｔ１−ｔ３，ｔ１２，ｔ１３）を求め、前記特徴量（ｔ１−ｔ３，ｔ１２，ｔ１３）に依存して、前記壁（１８）の壁厚（Ｄ）を測定することを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
従来技術
本発明は、請求項１の上位概念に記載された、壁を透過する電磁測定フィールドの形成用の送信ユニットと、電磁測定フィールドの少なくとも一部分の検出用の受信ユニットと、受信ユニットによって検出される信号の評価用の評価ユニットを有する測定装置と、請求項9の上位概念に記載された、反磁性の壁を透過する測定フィールドの形成用の送信ユニット、測定フィールドの少なくとも一部分の検出用の受信ユニットを有する測定装置によって反磁性の壁の壁厚を測定するための方法に関する。
【０００２】
米国特許第５４３４５００号明細書から、壁を透過する電磁測定フィールド、つまり、静磁場の形成用の送信ユニットを有する測定装置が公知である。測定装置は、測定フィールドの少なくとも一部分を検出するために、各々２つの検出器の２対を備えた受信ユニットを有している。評価ユニットは、異なった検出器によって検出される測定フィールドの相対強度を測定する。それにより、操作者は、送信ユニットの位置乃至当該送信ユニットを、壁の対向面上に投射した位置を見つけることができる。このような測定装置によって、壁の貫通部乃至貫通孔の出口位置を予測することができる。
【０００３】
発明の利点
本発明は、壁を透過する電磁測定フィールドの形成用の送信ユニットと、電磁測定フィールドの少なくとも一部分の検出用の受信ユニットと、受信ユニットによって検出される信号の評価用の評価ユニットを有する測定装置に基づく。
【０００４】
評価ユニットは、壁に沿って測定フィールドの位置依存性の少なくとも1つの特徴量を求め、特徴量に依存して壁の壁厚を測定するように設けられていることが提案される。各特徴量を適切に選択することによって、少なくともほぼ、壁の誘電特性に依存せずに、壁厚を測定することができる。更に、鉄筋、水道管又は比較可能な不均一部のある壁の厚みも、十分な測定精度で測定することができる。
【０００５】
「設けられている(vorgesehen)」とは、ここでは、「敷設されている(ausgelegt)」および「設備されている(ausgestattet)」と理解されたい。殊に、空間的乃至空間時間的な位置依存性の特徴量として、殊に、空間のテーラー列(raeumlichen Taylorreihe)、又は、比較可能な列展開の係数、又は、そのような各係数の組み合わせが考慮される。測定フィールドの「位置依存性(Ortsabhaengigkeit)」ということで、測定信号の、信号経過時間によって生起する遅れの位置依存性も示される。測定フィールドの位置依存性は、受信ユニット及び／又は送信ユニットの変位によって求めることができるか、又は、例えば、枠縁状(leistenformigen)の受信ユニット上の検出ユニットの相応の空間配分によって求めることができる。本発明の形式のコスト上有利で、小型に作られた測定装置では、測定フィールドの経過特性を、壁に沿ってセンサユニットを動かす(変位する)ことによって求められる。
【０００６】
送信ユニットを受信ユニットとは別個に、測定すべき壁の対向面上に設ける、本発明の実施例の他に、測定信号がレフレクタによって反射され、又は、トランスミッタによって受信されてから再放射される、本発明の別の実施例も可能である。後者の場合には、送信ユニット及び受信ユニットは、壁の同じ面上に設けられ、特に有利には、共通の構成群にまとめられる。
【０００７】
本発明の別の実施例では、評価ユニットは、特徴量の測定のために、少なくとも３つの異なる測定点で信号を検出するように設けられていることが提案される。そうすることにより、有利には、壁材の誘電定数及び／又は透磁率を除いて、壁厚の測定の際に、誘電定数及び／又は透磁率の測定時の誤差によるエラーを回避することができる。誘電定数及び／又は透磁率の測定を、有利に、全く行わなくてよい。ほぼ連続的な測定となるように各測定点の個数を更に多くすることによって、測定の尤度を更に高め、精度を向上させることができる。
【０００８】
評価ユニットが、信号経過時間の測定のために、検出された信号の少なくとも1つの自己相関関数を評価するように設けられている場合、障害となる影響を更に最小にすることができ、場合によっては生じる、壁の媒体の不均一性が平均化された信号経過時間を正確に(Praezisionsgewinn)求めることができる。信号経過時間は、例えば、信号の時間依存表示で当該信号の自己相関関数の最大値を形成することによって特定することができる。
【０００９】
信号の経過時間差、従って、信号の経路差は、評価ユニットが、経過時間差の測定のために、異なった測定位置で求められた２つの信号の、少なくとも１つの相互相関関数を測定するように設けられている場合、簡単且つ確実に測定することができる。
【００１０】
測定装置乃至評価ユニットが、少なくとも１つのフーリエ変換関数、殊に、「高速フーリエ変換」という名称で知られているタイプのフーリエ変換関数を、時間依存信号の変換に用いると、壁の媒体の分散効果(Dispersionseffekten)を補償することができる。
【００１１】
評価ユニットが、信号の、少なくとも1つの位相を、殊に、信号のフーリエ変換された形式で測定するように設けられている場合、択一的な経過時間測定を達成することができる。
【００１２】
本発明の別の実施例では、測定装置は、送信ユニット及び／又は受信ユニットの変位の変位路の検出用の手段を有する。それにより、測定フィールドの位置依存性乃至測定フィールドに依存する量の位置依存性を確実に記録することができる。手段は、例えば、回転発信器付きローラ(Rolle)として、又は、光学的なコンピュータマウスから公知のタイプの画像処理ベースの経路センサとして構成することができる。
【００１３】
測定フィールドがギガヘルツ領域内の周波数を有する高周波フィールドとして形成されている場合、鉄筋コンクリート壁によっても良好に透過され、良好な信号／雑音比を達成することができる。その際、２ギガヘルツから５ギガヘルツの測定周波数は、コスト上有利な周波数発生器によって達成可能であり、それにも拘わらず、大きな浸透深度(Eindringtiefe)を有することができ、その際、有利には、２ＧＨｚ以上の範囲の周波数が使用される。
【００１４】
更に、本発明は、反磁性の壁を透過する測定フィールドの形成用の送信ユニット、測定フィールドの少なくとも一部分の検出用の受信ユニットを有する測定装置によって、反磁性の壁の壁厚を測定するための方法に関しており、その際、評価ステップで、壁に沿った測定フィールドの位置依存性用の、少なくとも1つの特徴量が求められ、特徴量に依存して、壁の壁厚が測定される。本発明の方法により、有利には、壁材の誘電特性及び／又は反磁性特性が、測定結果の質に及ぼす影響を少なくとも大幅に除去することができる。
【００１５】
図面
さらなる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。当業者であればこれらの特徴を有利には単独でも考慮し、またそれらの特徴を有意にさらに組み合わせるであろう。
【００１６】
その際：
図１は、送信ユニット及び受信ユニットを有する測定装置を示し、
図２は、図１の測定装置で実行される、壁厚の測定用のプログラムの流れ図を示し、
図３は、測定装置で実行される、択一構成のプログラムの流れ図を示す。
【００１７】
実施例の説明
図１は、壁１８を透過する電磁測定フィールド１２の形成用の送信ユニット１０と、壁１８を透過する測定フィールド１２の部分を検出するために構成された受信ユニット１４を有する測定装置を示す。送信ユニット１０及び受信ユニット１４は、共通のケーシング３８内に設けられている。
【００１８】
更に、測定装置は、三脚上に設けられた、又は、壁１８に取り付けられたトランスポンダ４２を有しており、トランスポンダは、送信ユニット１０に対向する壁１８の側面上に設けられている。トランスポンダ４２は、測定フィールド１２を受信し、壁１８によって受信ユニット１４の方に返信する。本発明の構成によると、トランスポンダ４２は、能動又は受動のユニットとして構成されている。トランスポンダ４２は、第２の送信ユニットを形成する。
【００１９】
操作者は、トランスポンダ４２の位置乃至壁１８の対向する表面上の、この位置の投影を壁１８を透過して見つけるために、壁１８の表面上を自由に移動するローラ７６を有する、携帯可能な受信ユニット１４を動かすことができる。測定フィールド１２は、送信ユニット１０の位置に相応する測定位置２２のところで最大値を測定する。信号経過時間は、最小となる。
【００２０】
更に、測定装置は、受信ユニット１４によって検出された信号２０の評価用に汎用プログラミング可能なプロセッサとして構成された評価ユニット１６を有する。評価ユニット１６は、ここにははっきり示していないメモリユニットを有している。
【００２１】
評価ユニット１６は、評価ユニット１６と同様に受信ユニット１４のケーシング３８内に統合された測定装置のディスプレイ３６の制御用の相応のインターフェースによって構成されている。入力キー４０を介して、評価ユニット１６の操作者は、測定プログラムの選択用の制御命令を入力することができる。測定装置では、殊に、それ自体公知の位置測定プログラム及び壁厚測定プログラムが実行される。
【００２２】
ケーシング３８の下側には、受信ユニット１４及び送信ユニット１０の変位の変位路ｄ１，ｄ２の検出用の光学変位センサとして構成された手段３０が設けられている。
【００２３】
送信ユニット１０は、高周波発生器を有しており、受信ユニット１４によっても利用されるアンテナを介して測定フィールド１２を形成し、この測定フィールドは、ギガヘルツ周波数領域の周波数の高周波フィールドとして構成されている。壁厚測定プログラムでは、位置測定プログラムで、送信ユニット１０は、２ＧＨｚ〜例えば３ＧＨｚの周波数スペクトルで、数メガヘルツの繰り返し周波数の、ほぼ矩形のパルスを形成する。パルスは、受信ユニット１４によって検出される信号２０を形成する。
【００２４】
操作者が相応の入力キー４０の操作によって、壁厚測定プログラムを選択すると、操作者は、第１のステップ４４で、それ自体公知のやり方で、ディスプレイ３６での指示を介して、受信ユニット１４がトランスポンダ４２に対向する測定位置２２に案内される（図２）。ステップ４６では、評価ユニット１６は、以下の自己相関関数を特定する。
R11(t)=∫f1( )f1(t + )d
その際、関数f1(t )は、信号２０の時間依存性を記述する。評価ユニット１６は、自己相関関数R11(t)を、当然、上述の連続的な表現でではなく、当業者にとって有意義と思われる、積分の離散化された表現及びプロセッサのクロックによって設定される信号２０乃至関数f1(t )の離散化を利用する。
【００２５】
ステップ４８で、評価ユニット１６は、測定位置２２で検出されて、トランスポンダ４２によって反射された信号２０の信号経過時間ｔ１を示す自己相関関数R11(t)の最大値の位置を特定し、その際、トランスポンダ４２の反応時間が考慮される。評価ユニット１６は、検出された信号経過時間ｔ１及び信号２０の時間経過f1(t )をメモリユニット内に記憶する。信号経過時間t１は、壁厚Ｄに比例し、壁１８の材料内での光の速度cwに反比例する。
【００２６】
続いて、評価ユニット１６は、ステップ５０で操作者に、受信ユニット１４を壁１８に沿って動かすことを要求し、手段３０によって、第２の測定位置２４に至る迄変位の変位路d１を検出する。
ステップ５２で、評価ユニット１６は、測定位置２４によって受信された信号２０の時間依存性を記述する関数ｆ２（ｔ）を求め、ステップ５４で、第１の関数ｆ1（ｔ）と第２の関数ｆ２（ｔ）との相互相関関数Ｒ１２（ｔ）＝∫ｆ１（  ）ｆ２（t +  ）ｄを求める。
ステップ５６で、評価ユニット１６は、測定位置２２で受信された信号２０の信号経過時間 t１と、測定位置２４で受信された信号２０の信号経過時間t２との間の経過時間差t１２を示す相互相関関数R１２(t)の最大値の位置を特定する。
【００２７】
続いて、評価ユニット１６は、ステップ58で操作者に、受信ユニット１４を壁１８に沿って動かすことを要求し、手段３０によって、第２の測定位置26に至る迄変位の変位路d２を検出する。
【００２８】
ステップ59で、評価ユニット１６は、測定位置26によって受信された信号２０の時間依存性を記述する第３の関数ｆ3（ｔ）を求め、ステップ60で、第１の関数ｆ1（ｔ）と第３の関数ｆ３（ｔ）との相互相関関数Ｒ１３（ｔ）＝∫ｆ１（  ）ｆ３（t+  ）ｄを求める。ステップ62で、評価ユニット１６は、測定位置２２で受信された信号２０の信号経過時間 t１と、測定位置26で受信された信号２０の信号経過時間t3との間の経過時間差t１3を示す相互相関関数R１3(t)の最大値の位置を特定する。
【００２９】
上述のやり方で求められた信号経過時間t1及び経過時間差t12 及び t13から、評価ユニット１６は、ステップ６４で、別の測定位置２４，２６で検出された信号２０の信号経過時間t2, t3を算出する。
【００３０】
求められた経過時間差t12 及び t13及び位置依存の経過時間 t1, t2, t3は、壁１８に沿った測定フィールドの位置依存性用の特性量を形成し、前述の経過時間差t12 及び t13及び経過時間 t1, t2, t3は全て、光速度cwに反比例する。
【００３１】
壁１８の壁厚Ｄは一定であるとすると、壁厚を特定するための式から光速度cwを除くことができる。簡単な幾何学的考察によって、壁厚Ｄに対して短縮した記述法xij = cw. tij/2 (図１参照)を用いると、表現D = (d12 - x122)/(2x12)及びD = (d22 - x132)/(2x13)が得られる。
【００３２】
補助量xij内のファクタ２は、トランスポンダ４２に往復するのに経過した経路の２倍によって得られる。
【００３３】
上述の式から、壁の媒体内の光速度cwに依存しない壁厚Ｄの値D = (d22 - B/A)/(2√(B/A))の短縮した記述法A = t12 / t13及びB = (d22  t12 - d12  t13)/(  t13 -  t12)が得られる。
【００３４】
評価ユニット１６は、ステップ６６で、上述の式により、壁厚Ｄの値を特定し、壁厚Ｄの値をディスプレイ３６上に表示する。
【００３５】
図３は、たいていの点で上述の測定プログラムに等しい、図２に示された測定プログラムの択一的な実施例を示す。従って、図３についての説明では、ほぼ、図２に示したプログラムとの相違点について説明する。同じ特徴に関しては、図１及び２の説明を参照されたい。同様の特徴部には、同じ参照番号を付けた。
【００３６】
図２に示された実施例とは異なり、評価ユニット１６は、経過時間t1 - t3及び経過時間差t12, t13を特定するために自己相関関数も、相互相関関数も求めず、ステップ６８−７２で、フーリエ変換関数２８を呼び出すことによって、各々、関数f1(t) - f3(t)のフーリエ変換されたものを形成し、各々、フーリエ変換関数の位相 Φ1 - Φ3 を求める。フーリエ変換は、デジタルフィルタリングによって、１．８ＧＨｚ〜３ＧＨｚの周波数領域に制限される。位相 Φ1 - Φ3 から、相応のフーリエモードの周波数での除算によって、異なったフーリエモードを介して求めることができる信号経過時間t1 - t3が得られる。信号経過時間t1 - t3から、評価ユニット１６は、ステップ７４で、経過時間差t12 - t2 - t1及びt13 = t3 - t1を算出する。
【００３７】
本発明の別の実施例では、評価ユニット１６は、信号経過時間を３個以上の測定点で求め、それにより、測定結果の尤度を高める(plausibilisiert)。求められた各値に一貫性がない場合、評価ユニット１６は、警告信号を送出する。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】送信ユニット及び受信ユニットを有する測定装置を示す図
【図２】測定装置で実行される、壁厚の測定用のプログラムの流れ図を示す図
【図３】測定装置で実行される、択一構成のプログラムの流れ図
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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