(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
媒体または媒体中の対象物の明細を推定する方法であって、
送信信号（Ｔｘ）を生成することであって、前記送信信号（Ｔｘ）が、少なくとも２つのトーンを含む信号をもたらす、第１の基準周波数（ｆｒ）と混合された周波数を有する周期的なベースバンド入力信号を使用することによって供給される、生成することと、
前記対象物及び／または媒体を介して前記送信信号を送信することと、
位相シフト（Φ０）を含む受信信号（Ｒｘ）をもたらす、前記対象物及び／または媒体を介して送信され、得られた送信信号を受信することであって、
前記位相シフト（Φ０）を含む前記受信信号（Ｒｘ）が前記第１の基準周波数（ｆｒ）と混合され、結果として、前記送信信号（Ｔｘ）が同じ基準周波数を用いて生成され、かつ、前記受信信号（Ｒｘ）が同じ基準周波数を用いて処理され、その結果、前記第１の基準周波数（ｆｒ）を共有することを特徴とする、受信することと、
前記位相シフト（Φ０）を推定し、前記媒体及び／または対象物の明細を推定するように、前記推定された位相シフトを前記媒体及び／または対象物の明細に関連させることと、を含む方法。
【請求項２】
前記推定された位相シフトを前記媒体及び／または対象物の明細に関連させるためにモデルが使用され、前記モデルは、数学的表現、または経験的に得られたルックアップテーブルであり得る、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記受信信号（Ｒｘ）を前記第１の基準周波数（ｆｒ）と前記混合することは、前記受信信号（Ｒｘ）を同相（Ｉ）及び／または直交（Ｑ）成分に変換することを含む、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
デジタル化するステップをさらに含み、前記デジタル化するステップは、前記同相（Ｉ）及び／または直交（Ｑ）成分をデジタル化することを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記デジタル化ステップは、第２の基準周波数（ｆｒ’）を供給することを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記第２の基準周波数（ｆｒ’）が前記第１の基準周波数（ｆｒ）に等しい、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記推定される対象物の前記明細は、前記対象物の厚さ、または前記対象物の重量、または前記対象物の塗装の厚さ、または前記対象物の誘電状態、及び／もしくは屈折率、及び／もしくは誘電率を示すパラメータのうちの少なくも１つである、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記対象物の厚さは、前記同相成分（Ｉ）、前記直交成分（Ｑ）、またはそれらの両方の組み合わせの振幅値を用いて推定される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記推定が実行される前記対象の環境パラメータが取得される監視ステップをさらに含む、請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記環境パラメータは、圧力、温度及び／または湿度である、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
較正ステップをさらに含む、請求項１〜１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
前記較正ステップは、前記送信信号の遅延を送信器内で電気的に調整することを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記較正ステップは、前記受信信号の遅延を受信器内で電気的に調整することを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記較正ステップは、送信信号を生成する手段と前記受信信号を受信する手段との間の全距離（Ｄ）を機械的に調整または掃引することを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記較正ステップは、送信信号を生成する手段と反射する手段との間の全距離（Ｄ’）を機械的に調整または掃引することを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記較正ステップは角度の調整を含み、前記角度の調整は、例えば、送信信号を生成する手段への反射を防止するために、信号経路の角度を最適値に微調整することを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
前記対象物は、マイクロメートルからセンチメートルの範囲の厚さを有するシート物質である、請求項１〜１６のいずれかに記載の方法。
【請求項１８】
前記対象物及び媒体は、ミリメートルまたはテラヘルツ波を少なくとも部分的に透過するように適合される、請求項１〜１７のいずれかに記載の方法。
【請求項１９】
前記第１の基準周波数（ｆｒ）は、０．１ＭＨｚ〜３ＴＨｚの範囲である、請求項１〜１８のいずれかに記載の方法。
【請求項２０】
制御ユニットで実行されたときに、請求項１〜１９のいずれかに記載の方法を行う、コンピュータプログラム製品。
【請求項２１】
請求項２０に記載のコンピュータプログラム製品を記憶する、データキャリア。
【請求項２２】
請求項１〜１９のいずれかに記載の方法を行うためにプログラムされた、制御ユニット。
【請求項２３】
媒体または媒体中の対象物（１００）を特徴付けるためのシステムであって、
少なくとも２つのトーンを含む信号をもたらす、第１の基準周波数（ｆｒ）と混合された周波数を有する周期的なベースバンド入力信号を使用することによって供給される送信信号を生成し、前記媒体または前記媒体中の前記対象物（１００）を介して前記送信信号を送信する少なくとも１つの手段と、
前記媒体または前記媒体中の前記対象物（１００）を通して送信された前記送信信号を受信して、したがって位相シフト（Φ０）を含む受信信号（Ｒｘ）を取得するための少なくとも１つの手段と、
制御ユニット（５１０）であって、
前記受信信号（Ｒｘ）を前記第１の基準周波数（ｆｒ）と混合し、結果として、前記送信信号（Ｔｘ）が同じ基準周波数を用いて生成され、かつ、前記受信信号（Ｒｘ）が同じ周波数と混合され、その結果、前記第１の基準周波数（ｆｒ）を共有し、
前記位相シフト（Φ０）を推定し、かつ、
前記媒体及び／または対象物の明細を推定するように、前記推定された位相シフトを前記媒体及び／または対象物の明細に関連させるためにプログラムされた、制御ユニットと、を備える、システム。
【請求項２４】
前記システムは、ある周波数を有する周期的なベースバンド入力信号を生成するように適合されたデジタルプラットフォーム（２２０）を含む、請求項２３に記載のシステム。
【請求項２５】
前記送信信号を生成するための少なくとも１つの手段（１１、１２、１３、１４、１５）と、受信するための前記少なくとも１つの手段（２１、２２、２３、２４、２５）が、互いに対向して設けられ、間隔（Ｄ）を有する開口を画定する、請求項２３または２４に記載のシステム。
【請求項２６】
前記受信するための手段及び前記送信信号を生成するための手段は互いに隣接して配置され、前記得られた送信信号を反射するための手段をさらに備え、前記受信するための手段及び前記送信信号を生成するための手段は、前記反射手段に対向して配置され、距離（Ｄ’）を有する開口を画定する、請求項２３または２４に記載のシステム。
【請求項２７】
前記画定された開口（Ｄ、Ｄ’）が調節可能である、請求項２４〜２６のいずれかに記載のシステム。
【請求項２８】
前記送信信号を生成するための少なくとも１つの手段（１１、１２、１３、１４、１５）と、受信するための前記少なくとも１つの手段（２１、２２、２３、２４、２５）が、Ｃ、Ｕ、またはＯフレーム上に設けられる、請求項２３〜２７のいずれかに記載のシステム。
【請求項２９】
送信信号を生成するための手段と受信手段の複数の対（１１，２１、１２，２２、１３，２３、１４，２４、１５，２５）を備え、前記送信信号を生成するための複数の手段及び受信手段が、調整可能な開口（Ｄ、Ｄ’）を画定するフレーム（６００、７００）上に設けられる、請求項２３〜２８のいずれかに記載のシステム。
【請求項３０】
前記送信信号を生成するための少なくとも１つの手段（１１、１２、１３、１４、１５）と受信手段（２１、２２、２３、２４、２５）が、使用時に対象物に対して同じ方向に移動するように適合される、請求項２３〜２９のいずれかに記載のシステム。
【請求項３１】
前記システムは、複数のセンサーヘッド対を有するＯフレーム（７００）を備え、各対が送信信号を生成する手段（１１、１２、１３、１４、１５）と、受信手段（２１、２２、２３、２４、２５）を有し、各対は距離Ｄだけ離れている、請求項２３〜３０のいずれかに記載のシステム。
【請求項３２】
複数対の送受信手段（１１，２１；１２，２２；１３；２３、１４；２４、１５；２５）であって、前記送信信号を生成するための複数の手段と受信手段とが調整可能な開口（Ｄ、Ｄ’）を画定するフレーム（６００、６００）上に設けられている、複数対の送受信手段と、
請求項１〜１９のいずれかに記載の方法を行うための制御ユニット（５１０）と、を備えたシステム。
【請求項３３】
対象物の厚さ及び／または重量を測定するための、請求項２３〜３２のいずれか１項に記載のシステムの使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ミリメートルまたはテラヘルツ波感知に関する。より詳細には、本発明は、例えば、（生産ラインにおける検査などの）インライン検査を可能にする感知のためのセンサー及び感知方法に関し、好ましくは、密度、重量、厚さ、均質性、内部欠陥、（例えば２Ｄトポロジーのような）構造、気孔率、水分含有量、誘電状態、及び治癒状態などの巨視的及び／または顕微鏡的特性に関して、対象物、例えば、布地、紙、プラスチック及び他の誘電体などの薄いシート状誘電体物質の連続的な監視を含むが、これに限定されることはない。より詳細には、本発明は、少なくとも２つのトーンを含む信号を使用するセンサー及び計器システムに関し、好ましくは、信号の少なくとも２つのトーンが搬送周波数の周りに対称的に離間される。
【背景技術】
【０００２】
物質の厚さまたは重量を感知するためのいくつかの方法が当技術分野で知られている。これらは、核放射線、Ｘ線法、レーザー三角測量に基づく光学法、飛行時間に基づく音響法などに基づくことができる。
【０００３】
民生用電子機器の分野におけるミリ波通信技術の重要性の高まりから、ミリ波及びテラヘルツ信号への関心が感知用途に示されている。ミリ波及びテラヘルツベースの感知用途は、業界標準の核ベースの技術に関して一定の利点を有する。放射能ソリューションは、使用される放射線タイプの有害性のために高い間接所有コストを有するが、ミリ波及びテラヘルツ放射線は非電離性である。その上、（例えばヨーロッパのように）安全規制の現在の傾向は重要であると消費者を導く一方で、電離放射線に基づく新たな原子力システムのライセンスを取得している。
【０００４】
対応する波長は、最大数ミリメートルであり、精密かつ正確な感知のための興味深い用途をもたらす。重要な条件は、信号の位相値が、感知概念が基礎とする物理的パラメータとしてそれらを使用するのに十分に信頼できることである。
【０００５】
ＵＳ５８８６５３４は、薄いシートの誘電体物質の非破壊検査のためのミリメートル波センサーを提供する。後者を有効にするために、ＵＳ’５３４は、薄いシートの誘電体物質の表面から反射される信号を生成する単一のアンテナを使用する。これは、（例えば、物質が高い屈折率を有するときに）薄いシートの誘電体物質上での反射量が多い場合、センサーは主として薄いシートの表面状態を測定することを意味する。
【０００６】
ＤＥ１０２０１１００２４１３は、中間周波信号を相関信号と相関させることによって出力信号を生成するロックイン増幅器を含む後方散乱撮像装置を記載している。ＤＥ’４１３は、送信器から放出された放射線に基づいて受信信号を生成する異種受信器または従来の相関受信システムを使用する。この目的のために、装置は、搬送波周波数を有する搬送波信号に基づいて放射線を放出する送信器を備える。装置は、受信信号と、搬送波周波数とは異なる調整信号を混合することによって受信信号と中間周波数信号を生成する。
【０００７】
したがって、ミリメートル波検出方法及び装置が必要とされている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の実施形態の目的は、ミリ波及びテラヘルツ信号に基づいて良好な感知を達成するための方法及び装置を提供することである。
【０００９】
本発明の実施形態の利点は、対象物、媒体、または媒体中の対象物の電気的長さを推定するための良好な解決策及び実施形態が提供されることである。この対象物、媒体、または媒体中の対象物の電気的長さは、対象物の物理的寸法（すなわち、長さ、厚さ、凹凸など）に次に関連し得る。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的は、本発明による方法及び装置によって達成される。
【００１１】
本発明の実施形態の利点は、良好な、例えば、改良された、対象物の電気的長さを推定し、かつ、ある対象物の物理的長さの導出を可能にする装置を提供することである。
【００１２】
本発明の実施形態の利点は、電気的に明確な媒体に置かれた対象物の非侵襲的または非接触的な特徴付けを可能にする無線感知装置が提供されることである。対象物の特徴付けは、対象物、例えば試験サンプル上の特定の測定スポットの厚さ、重量または表面粗さであり得る。複数の測定スポットが組み合わされるとき、これは、有益なことに、地形上の２Ｄマップをもたらす。
【００１３】
本発明の実施形態の利点は、非電離性であり、したがって、電離化影響なしに多くの物質及び生体組織に浸透することができるミリメートルまたはテラヘルツ波が使用されることである。ミリ波は非核性かつ非放射性である。本発明の実施形態の利点は、これらは、人の安全と保護を保証する法律に容易に準拠できることである。
【００１４】
本発明の実施形態の利点は、精密かつ正確な感知ソリューションが提供されることである。
【００１５】
本発明の実施形態の利点は、対象物、例えば薄いシート誘電体のインライン検査に使用できるミリ波またはテラヘルツセンサーが提供されることである。
【００１６】
本発明の実施形態の利点は、コンパクトで小型アンテナを有し、かつ、自己較正する装置が提供されることである。
【００１７】
本発明の実施形態の利点は、様々な種類の物質（例えば、合成物、紙、ウェブ、生物学的物質など）が特徴付けられ、及び感知され得ることである。本発明の実施形態は、製造または加工中に、平らなシート状またはフィルム状表面のパラメータの工業的感知分野で効果的に適用できることである。これらの物質を検査する必要がある産業の例は、例えば、製紙産業、繊維産業、合成産業（発泡体、フィルム、シート、ＰＣＢ、フィルター、テープなど）、複合産業、ガラス産業、ゴム業界、グラスウール及びミネラルウール生産、ロックウール生産である。これらの産業では、以下のパラメータ、すなわちシート重量とシート厚さのいずれかまたは両方が重要である。本発明の実施形態において言及されるシートは、固体シート、多孔質シートまたはウェブ状シートであり得る。
【００１８】
本発明の実施形態の利点は、インライン生産環境においてシート物質の厚さを測定、より具体的には推定するために装置を使用できることである。さらなる実施形態では、本発明の実施形態を使用して、担体上に提供される塗装の厚さを測定することができる。この技術は、このように適用して、物質の厚さを連続的に把握し、生産停止時間と生産物質損失をもたらす生産誤差を防止することができる。このような用途では、ミリ波またはテラヘルツ信号は、対象物内、好ましくはシート物質内への十分な浸透を必要とする。シート物質は、以下の産物、すなわち、紙、織物、不ウェブ、プラスチックシート及びフィルム、フォーム、ガラス、ゴム、ガラス強化プラスチック、特定の生物学的物質、ＰＣＢ、フィルター材料、テープ、グラスウール、ミネラルウール等のうちの１つであってもよい。しかしながら、本発明の実施形態は、ここに列挙したシートタイプに限定されないことに留意されたい。
【００１９】
本発明の実施形態は、今日の原子力測定装置のための強力な代替物を提供し、それは政府によって推奨されていない。その上、本発明の実施形態は、以下の利点、すなわち、（１）高精度の厚みと坪量測定、（２）マシン横断方向の物質の高度走査、（３）２５０メートル／分の速度までの物質プロファイル測定、及び（４）光と環境に鈍感で生産現場の条件に堅牢、という利点を提供する。
【００２０】
第１の態様において、本発明は、媒体または媒体中の対象物の明細を推定する方法を提供し、この方法は、
送信信号（Ｔｘ）を生成し、それにより、第１の基準周波数（ｆｒ）と混合された周波数を有する周期的ベースバンド入力信号を使用することによって、少なくとも２つのトーンを含む信号になる送信信号（Ｔｘ）が供給されることと、
対象物及び／または媒体を介して送信信号を送信することと、
対象物及び／または媒体を介して送信され、得られた送信信号を受信して、受信信号（Ｒｘ）になり、それにより、受信信号が位相シフト（Φ０）を含むことと、を含み、
位相シフト（Φ０）を含む受信信号（Ｒｘ）が第１の基準周波数（ｆｒ）と混合され、その結果、送信信号（Ｔｘ）が生成され、かつ、受信信号（Ｒｘ）が同じ基準周波数を用いて処理され、したがって第１の基準周波数（ｆｒ）を共有するということを特徴とし、また、
位相シフト（Φ０）を推定し、推定された位相シフトを媒体及び／または対象物の詳細に関連させて、媒体及び／または対象物の明細を推定すること、を含む。
【００２１】
本発明の実施形態の利点は、送信信号と受信信号が同じ基準周波数（ｆｒ）を共有することである。より具体的には、本発明の実施形態では、アップ及びダウン変換は、同じ共有周波数（ｆｒ）によって実行される。本発明の実施形態の利点は、共有または同じ基準周波数が信頼できるセンサー値を提供することである。本発明の実施形態のさらなる利点は、アップ及びダウン変換のための周波数が互いに対してドリフトすることができず、較正オーバーヘッドを低減するので、測定における潜在的なドリフトが最小限に低減することである。
【００２２】
推定された位相シフトを媒体及び／またはオブジェクトの明細に関連付けるためにモデルを使用することができ、モデルは、数学的表現または経験的に得られたルックアップテーブルとすることができる。
【００２３】
好ましい実施形態では、受信信号（Ｒｘ）を基準周波数（ｆｒ）と混合すると、同相（Ｉ）及び／または直交（Ｑ）成分の受信信号（Ｒｘ）に変換される。
【００２４】
本発明による方法の実施形態は、さらに、デジタル化ステップを含むことができ、デジタル化ステップは、同相成分（Ｉ）及び／または直交成分（Ｑ）をデジタル化するステップを含む。好ましくは、デジタル化ステップは、第２の基準周波数（ｆｒ’）を提供することを含む。
【００２５】
好ましい実施形態では、第２の基準周波数（ｆｒ’）は第１の基準周波数（ｆｒ）から引き出されるか、またはその逆であるか、または両方（第１及び第２）は第３の基準周波数（ｆｒ’’）引き出され得る。
【００２６】
好ましい実施形態では、推定される対象物の明細は、対象物の厚さ及び／または重量、または対象物の塗装の厚さ、または対象物の誘電状態及び／または屈折率及び／または誘電率を示すパラメータである。好ましくは、対象物の厚さは、同相成分、直交成分または両方の組み合わせの振幅値を使用して推定される。
【００２７】
好ましい実施形態では、本発明による方法は、較正ステップまたは調整ステップをさらに含む。較正ステップは、受信器内で受信信号の遅延を電気的に調整することを含み得る。較正ステップは、送信信号を生成する手段と受信信号を受信する手段との間の全距離（Ｄ）を機械的に調整または掃引することを含み得る。
【００２８】
較正ステップは、送信信号を生成する手段と反射する手段との間の全距離（Ｄ’）を機械的に調整または掃引することを含み得る。
【００２９】
較正ステップは、角度の調整を含むことができ、角度の調整は、送信信号を生成する手段への反射を防止するように、信号経路の角度を最適値に微調整することを含む。
【００３０】
この方法は、推定が実行される対象物の環境パラメータを取得される監視ステップを含むことができる。
【００３１】
さらに好ましい実施形態では、感知される対象物は、マイクロメートルからセンチメートルの範囲の厚さを有するシート物質である。
【００３２】
さらに別の好ましい実施形態では、対象物及び媒体は、光を少なくとも部分的に通過させ、かつ／または電磁波を少なくとも部分的に透過するように適合される。
【００３３】
好ましい実施形態では、第１の基準周波数（ｆｒ）は、０．１ＭＨｚ〜３ｅ１２Ｈｚ、好ましくは１ＧＨｚ〜３００ＧＨｚ、より具体的には１０ＧＨｚ〜１５０ＧＨｚまたは３０ＧＨｚ〜３００ＧＨｚのオーダー内である。
【００３４】
本発明の実施形態の利点は、第１の周波数を含む電磁波が、ある範囲の非金属物質を少なくとも部分的に貫通することができることである。高周波数は、高精度の距離感知、または光学測定システムが感知できない物質の厚さ、または重量（例えば、基本重量）のような感知量を可能にする。
【００３５】
本発明の実施形態の利点は、透明な物質、及び（とりわけ）不透明な物質を感知できることである。その上、どのように粗く光沢のある表面だけでなく、どのような色の物質でも少なくとも部分的に貫通することができることである。そのような物質の例は、例えば、ＡＢＳ、（乾燥）紙、ＥＶＡ、ガラス、ガラス繊維／エポキシ樹脂ベースの複合材、ＨＤＰＥ、ＬＤＰＥ、ＰＡ（ナイロン）、ＰＥ、ＰＭＭＡ、ＰＭＰ、ポリカーボネート、ポリエチレンベースの物質、ＰＰ、ＰＰＳ、ＰＶＣ被覆紙、ＰＶＤＦ及びガラス及び鉱物ウォールである。
【００３６】
第２の態様では、本発明は、制御ユニットに実装される場合に、本発明の第１の態様による方法を実行するためのコンピュータプログラム製品を提供する。
【００３７】
第３の態様では、本発明は、本発明の第７の態様によるコンピュータプログラム製品を格納するデータキャリアを提供する。「データキャリア」という用語は、「キャリア媒体」または「コンピュータ可読媒体」という用語に等しく、実行のためにプロセッサに命令を提供することに関与する任意の媒体をいう。そのような媒体は、非揮発性媒体、揮発性媒体、及び伝送媒体を含むが、これに限定されない多くの形をとることができる。不揮発性媒体には、例えば、大容量記憶装置の一部である記憶装置などの光学ディスクまたは磁気ディスクが含まれる。揮発性媒体には、ＲＡＭなどの動的メモリが含まれる。コンピュータ可読媒体の一般的な形には、例えば、フロッピーディスク、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ、または任意の他の磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭ、任意の他の光媒体、パンチカード、紙テープ、穴のパターンを有する任意の他の物理媒体、ＲＡＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＦＬＡＳＨ−ＥＰＲＯＭ、任意の他のメモリチップまたはカートリッジ、以下に記載するような搬送波、またはコンピュータが読み取ることができる任意の他の媒体が含まれる。様々な形のコンピュータ可読媒体は、１つ以上の命令の１つ以上のシーケンスを実行のためにプロセッサに搬送することを必要とする。例えば、命令は、初めのうちはリモートコンピュータの磁気ディスクに担持されていてもよい。リモートコンピュータは、命令をそのダ動的メモリにロードし、モデムを使用して電話回線を介して命令を送信することができる。コンピュータシステムに対するローカルモデムは、電話線上のデータを受信し、赤外線送信器を使用してデータを赤外線信号に変換することができる。バスに結合された赤外線検出器は、赤外線信号で運ばれたデータを受信し、そのデータをバス上に置くことができる。バスは主メモリにデータを運び、そこからプロセッサは命令を取り出して実行する。メインメモリによって受信された命令は、任意選択で、プロセッサによる実行の前または後のいずれかに、記憶装置に格納することができる。命令は、ＬＡＮ、ＷＡＮまたはインターネットなどのネットワークにおいて、搬送波を介して送信することもできる。伝送媒体は、電波及び赤外線データ通信中に生成されるような音響波または光波の形をとることができる。伝送媒体には、コンピュータ内にバスを形成するワイヤを含んで、同軸ケーブル、銅線及び光ファイバが含まれる。
【００３８】
第４の態様では、本発明は、本発明の第２の態様によるコンピュータプログラム製品を、ネットワークを介して伝送することを提供する。
【００３９】
第５の態様では、本発明は、媒体または媒体中の対象物を特徴付けるためのシステムを提供し、装置は、
媒体または媒体中の対象物を介して信号を送信するための送信信号を生成するための少なくとも１つの手段と、
媒体または媒体中の対象物を介して送信された送信信号を受信するための少なくとも１つの手段と、
第１の態様による方法を実行するようにプログラムされて、本発明の実施形態の計算部分（アルゴリズム）を実行するコントローラと、を備える。
【００４０】
それは、また、媒体または媒体中の対象物を特徴付けるためのシステムに関連してもよく、システムは、
少なくとも２つのトーンを含む信号をもたらす第１の基準周波数（ｆｒ）と混合された周波数を有する周期的ベースバンド入力信号を使用して供給される送信信号を生成し、媒体または媒体中の対象物を介して送信信号を送信するための少なくとも１つの手段と、
媒体または媒体中の対象物を介して送信された送信信号を受信して、位相シフト（Φ０）を含む受信信号（ＲＸ）を得るための少なくとも１つの手段と、
送信信号（Ｔｘ）が生成され、かつ、受信信号（Ｒｘ）が同じ周波数と混合されて第１の基準周波数（ｆｒ）を共有するように、受信信号（Ｒｘ）を第１の基準周波数（ｆｒ）と混合し、位相シフト（Φ０）を推定し、推定された位相シフトを媒体及び／または対象物の明細に関連させて、媒体及び／または対象物の明細を推定するようにプログラムされた制御ユニットと、を備える。好ましい実施形態では、システムは、送信器及び受信器をさらに備え、送信器及び受信器は、それぞれ、送信信号として使用するための信号を準備し、受信信号を処理するためのエレクトロニクスを備える。好ましい実施形態では、送信器または受信器は、本発明の実施形態による、それぞれアップまたはダウン変換を実行するように適合されたエレクトロニクスを備える。さらに、受信器及び送信器の両方は、増幅段を付加的に含むことができる。実施形態では、送信信号を生成するための複数の手段を、１つの送信器または複数の送信器に接続することができる。他の実施形態では、複数の受信手段が、１つの受信器または複数の受信器に接続されてもよい。さらに好ましい実施形態では、送信信号を生成するための手段は、送信器に隣接、例えば、送信器の前または後に設けられ、かつ、受信手段は受信器に隣接して設けられる。好ましい実施形態では、送信信号を生成し受信する手段は、アンテナ手段、例えば電磁波を送信または受信するように設計されたアンテナまたはトランスデューサである。
【００４１】
実施形態では、システムは、
ある周波数を有する周期的なベースバンド入力信号を供給するように構成されたデジタルプラットフォームをさらに含む。
【００４２】
実施形態では、システムは、受信信号をデジタル化するように構成されたデータ取得装置をさらに備えることができる。好ましい実施形態では、データ取得装置は、好ましくは受信信号に基準周波数（ｆｒ）を乗算した後に受信信号をサンプリングするように適合される。
【００４３】
送信器は、周期的なベースバンド入力信号を第１の基準周波数（ｆｒ）と混合して、少なくとも２つのトーンを含む信号をもたらすように構成することができる。
【００４４】
受信器は、送信信号（Ｔｘ）が生成され、受信信号（Ｒｘ）が同じ基準周波数（ｆｒ）によって処理されるように、その信号を第１の基準周波数（ｆｒ）と混合するように適合されてもよい。
【００４５】
好ましい実施形態では、送信信号を生成するための少なくとも１つの手段と、受信するための少なくとも１つの手段が、互いに対向して設けられて、距離（Ｄ）を有する開口を画定する。
【００４６】
代りの好ましい実施形態では、受信手段と送信手段は互いに隣接して配置され、送信信号を反射するための少なくとも１つの手段をさらに含み、受信手段及び送信手段は反射手段とは反対の同じ距離に配置されて、距離（Ｄ’）を有する開口を画定する。
【００４７】
好ましい実施形態では、画定された開口（Ｄ、Ｄ’）を調整することができる。
【００４８】
さらに好ましい実施形態では、システムはフレーム、より具体的にはＣ、Ｕ、またはＯフレームで提供され、ここで、フレームは好ましくは金属フレームである。
【００４９】
さらなる代りの実施形態では、受信手段及び送信手段のみ、ならびに任意選択で受信手段及び送信手段のための保護手段または吸収手段がフレーム、より具体的にはＣ、ＵまたはＯフレームに設けられる。
【００５０】
さらに好ましい実施形態では、受信手段、送信手段またはその両方の近くに少なくとも１つの電波吸収物質が設けられる。
【００５１】
さらに好ましい実施形態では、システムは、他のセンサーから得られた情報を組み合わせて、
より信頼性の高い測定、及び／または
用途の関心内にある対象物以外の他の対象物の特性に対する交差感度を相殺すること、及び／または
スタンドアロンシステムによって測定可能なものよりも多くの対象物特性の測定
を可能にする。
【００５２】
システムは、送信信号を生成するため手段と受信手段の複数対を備え、送信信号を生成するための手段、及び受信手段を調節可能な開口（Ｄ、Ｄ’）を画定するフレーム上に設ける。
【００５３】
送信信号を生成するための少なくとも１つの手段及び受信手段は、使用中に対象物に対して同じ方向に移動するように適合されてもよい。
【００５４】
装置は、複数のセンサーヘッド対を有するＯフレームを備え、各対は送信信号を生成するための手段及び受信手段を含み、各対は距離Ｄだけ離れている。
【００５５】
本発明は、送信及び受信手段の複数の対を備えるシステムにも関し、複数の、送信信号を生成するための手段、及び受信手段を調整可能な開口（Ｄ、Ｄ’）を画定するフレーム上に設け、
制御ユニット（５１０）が上記の方法を実行する。第６の態様では、本発明は、対象物の厚さ及び／または重量を測定及び推定するための本発明の実施形態によるシステムの使用法を提供する。
【００５６】
一実施形態では、本発明は、媒体中の対象物の明細を推定する方法に関し、この方法は、
送信信号（Ｔｘ）を生成し、それにより、少なくとも２つのトーンを含む信号をもたらす第１の基準周波数（ｆｒ）と混合された周波数を有する周期的な入力信号を使用することによって送信信号（Ｔｘ）が供給されることと、
対象物及び媒体を介して送信信号を送信することと、
位相シフト（Φ０）を含む受信信号（Ｒｘ）をもたらす、媒体（Ｒｘ）を介して送信され、得られた送信信号を受信することと、を含み、
送信信号（Ｔｘ）と受信信号（Ｒｘ）が基準周波数（ｆｒ）を共有するように、位相シフト（Φ０）を含む受信信号（Ｒｘ）が第１の基準周波数（ｆｒ）と混合されることを特徴とする。
【００５７】
別の態様では、本発明は、媒体を特徴付けるための装置であって、装置は、
媒体を介して信号を送信するための少なくとも１つの手段と、
送信信号を、媒体を介して受信するための少なくとも１つの手段と、
デジタルプラットフォームと、
データ取得装置と、を備える。
【００５８】
本発明の実施形態は、センサー、インラインシステムまたはハンドヘルドシステムを提供し、センサーは、送信信号を生成するための複数の手段、受信手段、送信器、受信器、デジタルプラットフォーム及びデータ取得装置を備え、それによってセンサーはいくつかの試験サンプルを評価することができる。代りの実施形態では、複数の送信器及び受信器が設けられてもよく、それによって、デジタルプラットフォーム及び／またはデータ取得装置などの処理手段を共有する。
【００５９】
本発明の特定の好ましい態様は、添付の独立請求項及び従属請求項に記載されている。従属請求項の特徴は、独立請求項の特徴及び他の従属請求項の特徴と適切に組み合わせられ、その請求項に明示的に記載されているだけではない。
【００６０】
本発明のこれらの、及び他の態様は、以下に記載される実施形態を参照して明らかになり、かつ説明されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１Ａ】図１Ａ及び図１Ｂは、本発明の実施形態による送信器及び受信器を備える装置によって提供される信号経路を概略的に示す。図１Ａは、送信手段と受信手段、例えば、それぞれ送信器と受信器が互いに対向して配置され、例えば試験サンプルのような対象物が供給される開口Ｄを画定する、信号経路を規定する本発明の実施形態を示す。
【図１Ｂ】送信器と受信器が互いに隣接して配置され、少なくとも１つの反射器をさらに備え、送信器及び受信器または反射器が、例えば試験サンプルなどの物体、媒体のような対象物が供給される媒体開口Ｄ’を画定する、信号経路を規定する本発明の代りの実施形態を示す。
【図２】本発明の実施形態による測定システムのブロック図を概略的に示す。
【図３】本発明の実施形態に従って、上部に、送信信号（Ｔｘ）を生成するために使用される周期的なベースバンド入力信号を示し、中央部に送信信号（Ｔｘ）が示され、下部に、周期的なベースバンド出力信号、例えば、送信され受信器で受信され、かつダウン変換後の信号（Ｒｘ）を示す。
【図４】本発明の実施形態による媒体としての真空中で送信器と受信器間の距離（Ｄ、Ｄ’）が変化する電気的長さ、物理的長さ及び位相シフト（Φ０）の関係を示す。
【図５】本発明の実施形態による、送信器における周期的なベースバンド入力信号（上の図）、及び２つの異なる電気的長さについての受信器の対応する周期的なベースバンド出力信号（中央及び下の図）を示す。
【図６】本発明の実施形態による方法が実装されたエンドユーザグラフィカルユーザインターフェースを示す。
【図７】本発明の装置の一実施形態を概略的に示す。
【図８】本発明の実施形態で使用される反射器を含むボックスを模式的に示しており、反射器は金属シートを含むか、または金属シートからなる。
【図９】本発明の実施形態による装置を概略的に示し、感知される媒体は誘電体である。
【図１０】本発明の実施形態による装置を概略的に示しており、受信器及び送信器がＣフレームの各アームに取り付けられている。
【図１１】本発明の実施形態で使用されるキャリアケージを概略的に示す。
【図１２】Ｃフレームに取り付けられた本発明の実施形態による装置を概略的に示す。
【図１３】受信器及び送信器がＯフレームの各アームに取り付けられている、本発明の実施形態による装置を概略的に示している。
【図１４】例えば紙のシートが本発明の実施形態を用いて検知されたときの測定結果を概略的に示す。
【図１５Ａ】本発明の実施形態における使用のための別の受信手段または送信手段、例えばアンテナを示す概略図である。
【図１５Ｂ】本発明の実施形態における使用のための別の受信手段または送信手段、例えばアンテナを示す概略図である。
【図１５Ｃ】本発明の実施形態における使用のための別の受信手段または送信手段、例えばアンテナを示す概略図である。
【図１６】能動領域の近傍に適用された放射吸収物質のシートの両方を有する送信手段と受信手段の両方を示す技術的な図を示す。
【図１７】本発明の実施形態によるアレイに設けられた複数の受信器及び送信器を含むＯフレームを概略的に示す。
【図１８】受信器及び送信器のアレイを使用する本発明の実施形態のブロック図を示す。
【図１９Ａ】本発明の実施形態によるアレイに設けられた複数の受信器及び送信器を含むＯフレームを示す。
【図１９Ｂ】本発明の実施形態によるアレイに設けられた複数の受信器及び送信器を含むＯフレームを示す。
【００６２】
図面は概略的なものに過ぎず、限定的ではない。図面において、要素のいくつかのサイズは、説明のために誇張されており、縮尺通りに描かれていない場合がある。特許請求の範囲のいずれの参照符号も、その範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。異なる図面において、同じ参照符号は、同じまたは類似の要素を指す。
【発明を実施するための形態】
【００６３】
本発明は、特定の実施形態に関し、かつ、特定の図面を参照して記載されるが、本発明はそれに限定されず、請求項によってのみ限定される。記載された図面は概略的なものに過ぎず、限定的ではない。図面において、要素のいくつかのサイズは、説明のために誇張されており、縮尺通りに描かれていない場合がある。寸法及び相対的な寸法は、本発明の実施に対して実際の縮小に対応していない。
【００６４】
さらに、明細書及び特許請求の範囲における第１、第２などの用語は、類似の要素を区別するために使用され、必ずしも時間的に、空間的に、ランク付けで、またはその他の方法でシーケンスを記載するために使用されるものではない。そのように使用される用語は、適切な状況下で交換可能であり、本明細書に記載されている本発明の実施形態は、本明細書に記載または図示されている以外の順序で動作可能であることを理解されたい。
【００６５】
さらに、説明及び特許請求の範囲における用語「上」、「下」などは、説明目的で使用されており、必ずしも相対的な位置を説明するためではない。そのように使用される用語は、適切な状況下で交換可能であり、本明細書に記載された本発明の実施形態は、本明細書に記載または図示された以外の考え方で動作することができることを理解されたい。
【００６６】
特許請求の範囲で使用される用語「コンプライジング」は、その後に列挙される手段に限定されるものとして解釈されるべきではなく、したがって他の要素またはステップを排除するものではないことに留意されたい。したがってそれは、指された特徴、整数、ステップまたは構成要素の存在を指定するものとして解釈されるが、１つ以上の他の特徴、整数、ステップまたは構成要素、またはそれらのグループの存在または追加を排除するものではない。したがって、「構成要素Ａ及びＢを備えた装置」という表現の範囲は、構成要素Ａ及びＢのみを備えた装置に限定されるべきではない。これは、本発明に関して、装置の最適な関連する構成要素がＡ及びＢであることを意味する。
【００６７】
本明細書を通した「一実施形態」または「実施形態」への参照は、その実施形態に関連して記載される特定の特徴、構造または特性が本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書の様々な箇所における「一実施形態において」または「実施形態において」という句の出現は、必ずしも全てが同じ実施形態を参照している訳ではないが、そうであってもよい。さらに、特定の特徴、構造または特性は、１つ以上の実施形態において、本開示から当業者に明らかであるように、任意の適切な方法で組み合わせることができる。
【００６８】
同様に、本発明の例示的な実施形態の説明において、本発明の様々な特徴は、開示を合理化し、１つ以上の本発明の態様の理解を助けるために、単一の実施形態、図、またはその説明において一緒にグループ化されることがあることを理解されたい。しかしながら、開示のこの方法は、請求された発明が各請求項に明示的に記載されたより多くの特徴を必要とするという意図を反映するものと解釈されるべきではない。むしろ、以下の特許請求の範囲が反映するように、本発明の態様は、単一の先に開示された実施形態の全ての特徴よりも少ないものである。したがって、詳細な説明に続く請求項は、この詳細な説明に明示的に組み込まれ、各請求項は、本発明の別個の実施形態として独立して成り立っている。
【００６９】
さらに、本明細書で説明されるいくつかの実施形態は、他の実施形態に含まれるいくつかの特徴を含むが、他の特徴を含まず、異なる実施形態の特徴の組み合わせは、本発明の範囲内であり、当業者に理解されるように異なる実施形態を形成することを意味する。例えば、以下の特許請求の範囲において、特許請求された実施形態のいずれかは、任意の組み合わせで使用することができる。
【００７０】
本明細書で提供される説明では、多くの具体的な詳細が述べられている。しかし、本発明の実施形態は、これらの特定の詳細なしに実施され得ることが理解される。他の例では、周知の方法、構造及び技術は、この説明の理解を不明瞭にしないために詳細に示されていない。
【００７１】
本発明の実施形態において、「スルー」が参照される場合、対象物の一方の側へ、及び他方の側から移動することが参照される。実施形態では、これは、対象物を通過する、または言い換えると、十分な量の電力が媒体中の対象物を介して伝達され、後者を有効にする（例えば、１００％反射性でない）信号を指すことができる。
【００７２】
本発明の実施形態が「オブジェクト」が参照される場合、好ましくはシート状、例えばウェブベースのシートまたは緻密なシートである物質を含む対象物が参照される。生物学的物質の層も特徴付けることができる。さらに、限定するものではないが、光信号を送信するように適合され、したがって光信号を少なくとも部分的に透過する物質が参照される。好ましい実施形態では、光信号は電磁信号である。好ましい実施形態では、対象物は、光及び／または電磁波を、部分的に透過することが可能であるか、または適合される。
【００７３】
マイクロ波という用語は、３ＭＨｚ〜３００，０００ＭＨｚ（３００ＧＨｚ）の範囲を占める電磁（ＥＭ）周波数スペクトルを示す。１センチメートル未満の波長を有するこの帯域の上位デケイドは、ミリメートル波領域と呼ばれる。例えば誘電媒体を含む対象物の内部の電磁エネルギーの浸透、及び比較的大きな帯域幅の利用可能性と結合した物質媒体の微小変化の感度は、ミリ波システムの非破壊評価用途にとって非常に重要である。密度、均質性、例えば内部欠陥、構造、気孔率、水分含量、硬化状態、及び分子構造のような巨視的及び顕微鏡的特性の両方が、固体、液体及び気相の物質において調べられている。ＥＭフィールドと媒体との相互作用は、一般に、伝導電子または分子双極子のいずれかによって進行波の減衰及び位相変化を生じる。非磁性物質媒体の電気的特性は、相対複素誘電率と呼ばれる構成パラメータεｒ＝ε’ｒ−ｊε”ｒの項で記述することができる。一旦、透過放射線の変化に基づいて測定されたこの量は、媒体の電気的特性に関する正確な情報を提供することができ、その後、様々な物質特性に関連する。さらに、コヒーレント電磁波の偏光依存性は、配向関連特性、例えば、複合体における内部欠陥または繊維強化材の配向に関する情報を提供することができる。
【００７４】
本発明の実施形態において「テラヘルツ」が参照される場合、０．３〜３テラヘルツ（ＴＨｚ、１ＴＨｚ＝１ｅ１２Ｈｚ）の指定周波数帯域内の電磁波が参照される。テラヘルツ帯の放射の波長は、それに応じて１ｍｍから０．１ｍｍ（または１００μｍ）の範囲である。テラヘルツ放射は１ミリメートルの波長で始まり、より短い波長に続くので、それはサブミリ波帯域として知られ、かつ、サブミリ波としての放射として知られている。
【００７５】
本発明に記載された全ての実施形態は、ミリ波またはテラヘルツ波と交換して使用することができる。ミリ波は、光線よりも著しく長い波長を示すので、粗い表面上の散乱には向いていないことが有利である。さらに、ミリメートル波は、霧、ほこり及び変化する光条件に直面するときに堅牢である。
【００７６】
本発明の実施形態において「電気的長さ」が参照される場合、媒体内を伝播する信号の波長の数として表される伝送媒体の長さが参照される。例えば、電磁波は自由空間よりも媒体中では、よりゆっくりと伝搬するので、媒体を通過する波は自由空間内で同じ距離を伝播する同じ周波数の波よりも多くの波長を要する。あるいは、一方の媒体は、別の媒体よりも物理的に長くするのが可能である。しかし、第２の媒体が第１の媒体よりも電気的に長い状況が起こり得る。好ましい実施形態において、本発明は、電気的長さを測定することが可能な方法及び装置を提供する。媒体の電気的特性を知っていれば、この電気的長さから物理的長さを抽出することができる。これを行うには、以下の式を使用する。
電気的長さ＊λ＝物理的長さ                    （式１）
ここで、λは、電気的長さ、及び／または物理的長さが測定される媒体における周波数の波長である。その結果、物理的な長さを取り出すためには、波の波長（λ）を知る必要がある。これは以下のように計算することができる。Ｃ＝λ＊ｆ、ここで、Ｃは媒体中の光の速度である。都合の良いことに、本発明の実施形態では、ｆは、適用される搬送波の周波数であるので、既知である。媒体中の光の速度（すなわち、媒体の電気的特性）を知っていれば、λ、したがって物理的長さを知ることができる。物理的な長さを取り出すには、媒体中の光の速度を知る必要がある。
【００７７】
また、図１Ａ及び１Ｂは、本発明の実施形態によるセンサーの信号経路を概略的に示す。図１Ａは、送信信号生成手段１１及び受信手段２１、例えばアンテナが、対向する側部に配置されて、間に、例えば試験サンプルのような対象物を供給することができる開口（Ｄ）を画定している、一実施形態を示す。実施形態では、センサーは、送信信号生成手段及び受信手段にそれぞれ接続された送信器及び受信器（図示せず）をさらに備え、送信器及び受信器は、送信信号生成手段及び受信手段のエレクトロニクスを備える。好ましい実施形態では、送信手段及び受信手段のみが、関心のある媒体または媒体中の対象物の近傍に配置され、必ずしも送信器及び／または受信器は近傍に配置する必要がない。実施形態において、送信信号生成手段／受信手段と送信器／受信器は、単一のユニットまたは装置として提供されてもよく、送信信号生成手段と送信器、及び受信手段と受信器が接続される。代りの実施形態では、送信信号生成手段／受信手段と送信器／受信器は、別個の搬送台上に設けられてもよい（例えば、送信信号生成手段／受信手段はフレーム上に設けられるのに、送信器／受信器は別個の処理コンテナに設けられ、しかし、送信信号生成手段／受信手段と送信器／受信器は、例えばケーブルまたは無線を介して接続される）。
【００７８】
送信信号生成手段１１は、ＥＭフィールドにおいて放射線を放出または送信するように適合され、一方、受信手段２１は、ＥＭフィールドにおいて放射線を受信するように適合される。開口もしくは間隙Ｄは、対象物が存在しない電気的長さを表す。送信信号生成手段１１と受信手段２１は、送信端と受信端をそれぞれ備えることができ、対向側に設けられた場合、端部は、互いに実質的に共通軸に沿って向かい合う。図示されているように、信号経路は、送信器が信号を生成し、送信手段を介して信号を送信するときに提供され、その信号は、信号経路に提供されたときに媒体または媒体中の物体（例えば、試験サンプル）１００を通過し、次に受信手段によって受信され、受信器によってさらに処理される。物体が信号経路に挿入されると、電気的長さは増加するが、ギャップ開口Ｄは固定されたままである。図１Ｂは、送信信号生成手段１１と受信手段２１が互いに隣接して配置されている本発明の代りの実施形態を示す。送信信号生成手段と受信手段は、互いに隣接して設けられたときに端部が同じ方向を指し示すように、それぞれ送信端及び受信端を備えることができる。実施形態では、送信信号生成手段と受信手段は、フレア端を備えたアンテナとすることができる。信号経路によって示されるように、送信器（図示せず）で処理された後の信号は、送信信号生成手段１１によって送信され、送信信号は、信号経路に供給されると試験サンプル１００を通過し、次に、少なくとも１つの反射手段３１３を備えることによって反射され、それにより送信信号生成手段／受信手段と少なくとも１つの反射器が開口（Ｄ’）をさらに画定する。両方の実施形態（図１Ａ及び１Ｂ）において、反射された信号は、その後、受信手段によって受信される。両方の実施形態において、受信器側で得られた受信信号は、物体１００（例えば、試験サンプル）及び試験サンプルが供給される媒体を少なくとも部分的に通過した後に得られる。したがって、本発明の実施形態は、試験サンプルの厚さ及び／または重量情報及び／または媒体の情報及び／または物体が提供される環境パラメータの情報を効果的に提供することができる。
【００７９】
本発明の好ましい実施形態では、送信信号生成手段と受信手段、及び任意選択で少なくとも１つの反射器によって画定される開口（Ｄ、Ｄ’）は、１０〜６０ｃｍ、より好ましくは６０ｃｍを超える。好ましい実施形態では、物体は、送信信号生成手段と受信手段との間、または送信信号生成手段／受信手段と反射器との間、より好ましくはその中間に、送信信号生成手段と受信手段との間、または送信信号生成手段／受信手段と反射器との間の実質的に等しい距離に供給される。
【００８０】
本発明の実施形態では、送信信号は、好ましくは、少なくとも２つのトーンを含む信号をもたらす、第１の基準周波数（ｆｒ）と混合された周波数を有する周期的なベースバンド入力信号を使用することによって、例えば送信器により供給される。さらに好ましい実施形態では、送信信号は、アップ変換またはアップ混合された信号を含む。次に、送信信号は、媒体または物体または媒体中の物体を介して送信される。次に、物体、媒体、または媒体中の物体を介して送信された送信信号は、受信されて、位相シフト（Φ０）を含む受信信号（Ｒｘ）となる。好ましい実施形態では、位相シフト（Φ０）を含む受信信号（Ｒｘ）は、例えば受信器によって第１の基準周波数（ｆｒ）と混合され、送信信号（Ｔｘ）が生成され、受信信号（Ｒｘ）は同じ周波数で処理され、したがって第１の基準周波数（ｆｒ）を共有する。最後のステップでは、位相シフト（Φ０）が推定され、物体の明細を推定するように物体の明細に関連付けられる。
【００８１】
図２は、図１Ａに示したような（反射手段のない）信号経路を有する本発明の実施形態によるセンサーを可能にすることができる機器設定を概略的に示す。図２は、本発明の実施形態による機器設定の一般的なブロック図を提供する。機器設定は、好ましくは、デジタルプラットフォーム２２０と、データ取得装置（ＤＡＱ）２４０と、送信信号（Ｔｘ）を処理し送信することを可能にする送信器１１０及び送信信号生成手段１１である、送信手段１１と、送信器１１０と、受信信号（Ｒｘ）を受信し処理することを可能にする受信手段２１及び受信器１２０である、受信手段２１と、受信器１２０とを備える。好ましい実施形態では、送信信号を生成する手段と受信手段はアンテナを含むことができる。送信信号生成手段と受信手段は、チャネル２３０をさらに画定し、チャネル２３０は、送信信号生成手段と受信手段との間の開口（Ｄ）の表現であって、媒体または媒体中の物体、例えば試験サンプルを含む。実施形態では、送信信号生成手段１１と受信手段２１は、送信器１１０と受信器１２０を電子的または無線的にさらに備えるか、またはそれらに接続されてもよく、それによって、送信器と受信器は、それぞれエレクトロニクスなどの送信処理手段と受信処理手段を備える。好ましい実施形態では、（距離Ｄの）チャネル２３０の電気的長さは、例えば、開口（Ｄ）の長さが変更されるように機械的に調整することができる。後者は、調整可能伝送線シンボル２３０によって図２に概略的に示されている。例えば、アップ変換された少なくとも２トーンの信号を含む送信信号は、好ましくはチャネルを介して無線送信される。デジタルプラットフォームは、次に処理され送信されるベースバンド入力信号、例えば周期信号を生成するために、送信信号生成手段を介してその信号を送信する前に提供されるのが好ましい。他の実施形態では、デジタルプラットフォーム、例えば、ベースバンド入力信号を生成するために発振器が提供されてもよい。デジタルプラットフォームまたは発振器は、周波数Δｆ／２において有意な周波数寄与を有する周期的なベースバンド入力信号を生成する（図３（ａ）参照）ことが好ましい。この入力信号は、例えば入力信号を第１の周波数、例えば搬送周波数ｆｃであってもよい、好ましくは共有基準周波数と混合することによって、ミリ波またはテラヘルツ帯信号にアップ変換される送信器１１０（Ｔｘ）に供給されるのが好ましい。このアップ変換は完全直交ではないことに注意されたい。代わりに、例えば、単一のミキサーのみが使用されてもよい。アップ変換の結果は、周波数ｆｃ＋Δｆ／２及びｆｃ−Δｆ／２で電力を有する少なくとも２トーンの信号である（図３（ｂ）参照）。送信器は、送信器１１０に接続された送信信号生成手段１１を介し、図１Ａ及び１Ｂに示すような信号経路に沿って、媒体及び／または媒体中の物体を通って、少なくとも２トーンの信号を無線送信する。時間シフトされたバージョンの信号が受信側で検出される。その理由は、信号が通過する媒体及び／または物体による遅延である。これは、媒体及び／または物体の電気的長さに一義的に関連している。受信器が、受信器１２０に接続された受信手段２１を介して、アップ変換され時間シフトされた信号を直接または少なくとも１つの反射器を通じて間接的に受信すると、受信器は、受信信号を、図３（ｃ）に示すように、それぞれＩチャネル及びＱチャネルを介して供給される同相成分（Ｉ）及び直交成分（Ｑ）の両方にダウン変換する。ダウン変換は、同じ第１の周波数、または例えば搬送周波数（ｆｃ）のような共有基準周波数による直交混合によって実現されるのが好ましい。混合を可能にするために、２つのミキサーが適用するのが好ましい。媒体の電気的長さは、好ましくは、Ｉチャネル、Ｑチャネル、またはＩチャネルとＱチャネルとの組み合わせの振幅値から導出される。図４は、本発明の実施形態によって、送信信号生成手段と受信手段の間の距離（Ｄ，Ｄ’）を（媒体のような）真空中で変化させたときの、電気的長さ（実線、左手ｙ軸）、物理的長さと、位相シフト（Φ０）（破線、右手ｙ軸）の関係を示している。
【００８２】
好ましい実施形態では、送信器（Ｔｘ）と受信器（Ｒｘ）の両方が同じタイミング情報を共有するので、それらは（例えば搬送波周波数ｆｃのような）同じ基準周波数を共有することが好ましい。実際の実施形態では、これは、送信器（Ｔｘ）におけるアップ変換及び受信器（Ｒｘ）におけるダウン変換を実行する同じ発振源を送信器または受信器のどちらかが共有すること、または送信器（Ｔｘ）及び受信器（Ｒｘ）は、本発明の実施形態によるアップ及びダウン変換を実行するために互いに関して位相ロックされた２つの異なる発振源を使用する、ということを意味する。本発明の実施形態の利点は、共有または同じ基準周波数が信頼できるセンサー値を提供することである。本発明の実施形態のさらなる利点は、アップ及びダウン変換のための周波数が互いに関してドリフトするはずがなく、較正オーバーヘッドを低減するので、測定における潜在的なドリフトが最小限に抑えられることである。
【００８３】
電気的及び／または物理的長さ測定の問題の実用的に有用な分解能を得るために、この共有された基準の周波数は高いことが好ましい。１０ｍｍから１ｍｍの範囲の波長に対しては、ミリメートル波周波数（例えば、３０〜３００ＧＨｚの範囲）で、サブミリメートルの電気的及び／または物理的な長さ推定精度を達成することができる。この帯域の周波数は、提案された測定システムの基準周波数として使用できる。さらに、一般にテラヘルツ波と呼ばれる３００ＧＨｚよりも高い周波数も、本発明の実施形態にとって好ましい。
【００８４】
少なくとも２つの送信トーン以外の他の信号が受信器のフロントエンドに存在しないと仮定すると、本発明のセンサーの動作は、以下のように記載することができる。Ａを、下側（ｆｃ−Δｆ／２）及び上側（ｆｃ＋Δｆ／２）の支配的なスペクトルピークの両方の振幅に比例する値とし、ｆｃは搬送周波数である。これらのピークは周波数Δｆだけ離間していることに留意されたい。媒体の電気的長さのために、アップ及びダウン変換は同じ波形ｓ（ｔ）に対して行われない。代わりに、波形はΔｔの時間シフトを受けて、ｓ（ｔ−Δｔ）を生じる。ｔは時間を表す。
ｓ（ｔ−Δｔ）＝Ａ．ｃｏｓ（２π（−Δｆ／２＋ｆｃ）．（ｔ−Δｔ）＋Ａ．ｃｏｓ（２π（Δｆ／２＋ｆｃ）．（ｔ−Δｔ）                        （式２）
送信器（Ｔｘ）における非直交アップ変換の基準周波数をｒｅｆｕｐ（ｔ）とし、直交ダウン変換の基準周波数をｒｅｆｄｏｗｎ（ｔ）とする。以下の式を前提とし、
ｒｅｆｕｐ（ｔ）＝ｃｏｓ［２πｆｃ．ｔ］，                  （式３）
本発明の実施形態によるダウン変換のための完全な直交位相の基準を考慮に入れると、ダウン変換のための基準周波数は以下のように表すことができる。
ｒｅｆｄｏｗｎ（ｔ）＝ｅｘｐ（Ｉ．２πｆｃ．ｔ）．            （式４）
ここで、Ｉは虚数部である。
【００８５】
この時間シフトΔｔは、以下の条件を満たす位相シフトΦ０として表すことができる。
Φ０＝ｍｏｄ（−２πｆｃ．Δｔ，２π）．                    （式５）
後者の数式において、ｍｏｄ（ｘ，ｙ）はモジュロ演算子を表す。電気的長さと物理的長さと位相シフトΦ０との間の関係は、送信信号生成手段と受信手段との間の距離（Ｄ、Ｄ’）が真空環境で変化する場合に図４に示されている。Φ０の推定により、電気的長さに関する情報が明らかになって有益である。
【００８６】
受信された直交ダウン変換信号は、次式に等しい。
Ｓｒｅｃｅｉｖｅｄ（ｔ）＝Ａ’．ｅｘｐ（Ｉ．［２πΔｆ／２．（ｔ−Δｔ）＋Φ０］）＋Ａ’．ｅｘｐ（Ｉ．［−２πΔｆ／２．（ｔ−Δｔ）＋Φ０］）      （式６）
Ａ’は比例定数である。図３（ｂ）は、直交ダウン変換された信号のスペクトルを示す。２つの支配的なピークは、式６で表される。
【００８７】
この複素受信信号の実数部と虚数部をそれぞれとると、それぞれ同相受信信号Ｉと直交受信信号Ｑの両方が得られる。
ＳｒｅｃｅｉｖｅｄＩ（ｔ）＝２．ｃｏｓ（２πΔｆ／２．（ｔ−Δｔ））．ｃｏｓΦ０．Ａ’
（式７）
ＳｒｅｃｅｉｖｅｄＱ（ｔ）＝２．ｃｏｓ（２πΔｆ／２．（ｔ−Δｔ））．ｓｉｎΦ０．Ａ’
（式８）
Ｉ信号とＱ信号の両方の振幅は、次のように書くことができる。
｜ＳｒｅｃｅｉｖｅｄＩ（ｔ）｜＝｜２．ｃｏｓΦ０．Ａ’｜          （式９）
｜ＳｒｅｃｅｉｖｅｄＱ（ｔ）｜＝｜２．ｓｉｎΦ０．Ａ’｜          （式１０）
これらの振幅は、位相Φ０を推定するために使用することができる。
Φ０＝ａｃｏｓ（｜ＳｒｅｃｅｉｖｅｄＩ（ｔ）｜／２Ａ’）          （式１１）
Φ０＝ａｓｉｎ（｜ＳｒｅｃｅｉｖｅｄＱ（ｔ）｜／２Ａ’）          （式１２）
Φ０＝ａｔａｎ（｜ＳｒｅｃｅｉｖｅｄＱ（ｔ）｜／｜ＳｒｅｃｅｉｖｅｄＩ（ｔ）｜）  （式１３）
Ａ’は受信信号電力が増加するにつれて単調に増加する。測定は、受信電力に依存しないことが好ましい。したがって、Φ０の推定は、式１３で与えられる式ａｔａｎに基づいて行われるのが好ましい。式ａｔａｎを用いると、推定値はＡ’の関数ではなくなる。
【００８８】
図４に示すように、Φ０は媒体の電気的長さに関係する。Φ０が限られた範囲内で変化することが許される場合、それは媒体の電気的長さに１対１で関連する。ｃｏｓ（Φ０）とｓｉｎ（Φ０）の符号に関する情報が失われているため、推定位相Φ０はあいまいさを受けることに留意されたい。式１３の式ａｔａｎが使用される場合、λ／４でのあいまいさ、またはπ／２でのあいまいさがわかる。式ａｃｏｓまたはａｓｉｎが使用される場合、λ／２でのあいまいさ、またはπでのあいまいさがわかる。
【００８９】
図５は、送信器（Ｔｘ）側と受信器（Ｒｘ）側の両方のベースバンド信号を２つの異なる電気的長さに対して示す。図５の上の図は、周期的なベースバンド入力信号を示しており、中央の図及び下の図は、それぞれ１００．５８４及び１００．７８４の電気的長さに対して受信側での（ベースバンド出力信号、したがってダウン変換後の）応答信号を示す。実線は受信ベースバンド出Ｉ信号を示し、破線は受信ベースバンド出力Ｑ信号を示す。それは、変化する電気的長さに対する受信されたＩ及びＱ信号の振幅の高い感度を明確に示しており、有用である。Ｉ及びＱ振幅は、Φ０または媒体の電気的長さの推定値を計算することを可能にする。本実施形態における搬送周波数（ｆｃ）は、６０ＧＨｚに設定することが好ましい。この例ではΔｆは２ＧＨｚである。なお、図５のｘ軸において、「Ｄｆ」はΔｆを表す。受信信号にΔｔが存在することにより、電気的長さを測定する別の方法が可能になることに注意されたい。しかし、Δｔの推定に基づく電気的長さ推定は、Φ０の推定に基づいた推定よりもはるかに正確ではない。
【００９０】
以下では、本発明の実施形態による、物体、例えば誘電体の明細としての物体の厚さの推定が提供される。位相Φ０または媒体の電気的長さは、送信器と受信器との間の信号経路内の媒体に置かれる誘電体の厚さδと関連付けることができる。物体が実現される物質の屈折率ｎｍａｔｅｒｉａｌは既知である。物体の厚さを感知することは用途の重要な分野であるが、本発明はこの種の用途にそれ自体を限定するだけではない。本発明の実施形態によって得られた、推定されたΦ０を物体の厚さに結び付け、または関連付けるには適切なモデルを必要とする。このモデルは、数学的表現であっても、経験的に得られたルックアップテーブルであってもよい。反射器が存在しない図１Ａに示した本発明の実施形態に示されているような設定を前提とすると、真空（または空気）と物体との間の境界面上の反射は無視できるとさらに仮定することができる。この仮定は、以下の場合、すなわち、物質が１に近い誘電率ｎｍａｔｅｒｉａｌを有する、誘電体の損失が大きい、いずれかの場合に有効である。波または信号が通過する媒体の電気的長さに関連する位相Φ０は、２つの寄与、すなわち、環境（例えば、空気または真空）における伝播による位相寄与、及び厚さδを有する試験物体における伝搬による位相寄与の関数である。数学的には、次のように書くことができる。
Φ０＝（２π（Ｄ−δ）．ｆｃ）／Ｃ０ ＋（２πδ．ｆｃ．ｎｍａｔｅｒｉａｌ）／Ｃ０
（式１４）
ここで、Ｄは、送信信号生成手段と受信手段との間の距離であり、Ｃ０ は真空中の光の速度である。後者が図１Ｂに示すような設定に適用される場合、その設定に従って、Ｄは２Ｄ’、及びδは２δに置き換えられ、波は（図１Ｂから導き出せるように）物体を２度通って移動する。式１４を解くと、Φ０ の関数であるδを得ることができる。
δ＝（Ｃ０ Φ０ −２π．ｆｃ．Ｄ）／（２πｆｃ．［ｎｍａｔｅｒｉａｌ−１］）
（式１５）
【００９１】
その結果、透過測定に基づいて、物体の厚さの特徴付けのための技術の実施形態が提供される。使用されるこの例のモデルは単純な一次モデルであるが、本発明の実施形態はこの単純化モデルの使用に限定されない。より複雑なモデルを使用することができ、物体の厚さをより正確に見ることができる。実施形態では、物質料の密度がわかっている場合、物体の厚さは物質の重量に関連付けることができる。式１５を用いた物質の厚さ検出のアプローチは、適用される波に対する物質の屈折率ｎｍａｔｅｒｉａｌの値が既知であると仮定している。知られていない場合、センサー概念を使用するセンサーは、その物質の厚さδと、ｎｍａｔｅｒｉａｌのその値に対する感度両方が損なわれる。厚さと物質特性（ｎｍａｔｅｒｉａｌ）の両方に対する、このいわゆる交差感度は、その厚さとその重量の両方の特徴付けを意味する発泡体の特徴付けに利用することができる。実験では、ｎｆｏａｍはｎｇａｓとｎｐｏｙｍｅｒの間の十分な加重平均であり、それらの重量は発泡体物質の体積分率に比例することが示された。ｎｇａｓは発泡体ガスの屈折率である。ｎｐｏｙｍｅｒは、発泡体の固体物質、一般にはポリマーの屈折率である。したがって、ｎｆｏａｍは発泡体の重量の単調関数である。例えば（接触キャリパなど）厚さセンサーと装置の測定値とを組み合わせれば、装置が発泡体重量を感知することを可能にする。接触キャリパの他に、対象物の厚さの測定を補助するために、レーザー三角測量、超音波、ここに提示された発明ではあるが異なる搬送周波数を用いて適用される他のいくつかの技術（ここに列挙された技術に限定されない）を適用することができる。
【００９２】
しかしながら、二次効果のために、電気的長さと検出された位相Φ０との間の線形関係が制限される可能性がある。そのような場合、信号経路に挿入された物体のない媒体の電気的長さは、直線性が最大である、その動作点で動作するように較正または調整することができる。したがって、本発明の好ましい実施形態によれば、基準位相値の慎重な較正または調整が提供される。後者は、例えば以下のような様々な実施形態を使用して可能にすることができる。
（１）送信信号の遅延を送信器内で電気的に調整することであって、例えば位相シフト回路によって行うことができる。
（２）受信信号の遅延を受信器内で電気的に調整する。これは、位相シフト回路によって行うことができる。及び／または、
（３）送信信号生成手段と受信手段との間の全距離（Ｄ、Ｄ’）を機械的に調整し、かつ、任意選択で、送信信号生成手段への反射を防止するように、信号経路の角度を最適値に微調整することもできる。
【００９３】
送信信号生成手段と受信手段の間の全距離（Ｄ）、または送信信号生成手段／受信手段と反射器の間の全距離（Ｄ’）を調整することは、例えば、２つの可能な方法で実現することができ、送信信号生成手段と受信手段が互いに対向して位置し、かつ反射器が使用されていない、図１Ａに示された機器設定を使用する場合は、送信信号生成手段−受信手段距離（Ｄ）を直接的に生成する。図１Ｂのように反射器が設けられ、送信信号生成手段と受信手段が隣接する実施形態では、調整目的で反射器の位置、したがってＤ’を変更する。後者の実施形態は、送信信号生成手段及び受信手段は静的に保つことができ、少なくとも１つの反射器のみを移動させる必要があるという、さらなる利点を有する。調整は、（例えば人とのやりとりによって）手動で行うことができ、または自動制御システムの一部であり得て、センサーを特定の動作点に保つことができる。後者は、超高直線性が要求される場合に特に興味深い。しかし、装置の応答時間は、ある意味では増すので、測定速度要件がそれほど厳しくないアプリケーションにのみ適している。
【００９４】
距離（ＤまたはＤ’）の掃引及び調整の高度に可能なアプローチにより、装置が完全に較正される、より最適な状況がもたらされる。上記の「調整」は、装置の構成要素の１つを線形性が最大化される動作点に機械的に移動させることについて説明しているが、以下のアプローチは、特定の測定範囲において線形性が悪く、かつ、速度要件は厳しい場合であっても、装置がより正確に応答することを可能にする。しかし、それは僅かに時間のかかる較正操作を犠牲にしている。この高度なアプローチ（完全較正）について、ここで説明する。この完全較正動作の周期的な実行は、上述した「調整アプローチ」によって対抗されるように、（不完全なＩＱ不均衡、近接場効果〜によって引き起こされる）装置の直線性を解決するだけでなく、温度変化、湿度変化及び圧力変動の影響にも対抗する。それは、ギャップＤ（またはＤ’）の異なる（しかし既知の）値で、装置自体によって送信信号生成手段と受信手段との間のギャップＤ（またはＤ’）の電気的長さを測定することに基づいている。これは、ギャップＤ（最終動作点）が極値Ｄ１とＤ２との間のどこかに位置する範囲［Ｄ１、Ｄ２］のギャップを掃引すること（機械的掃引と呼ばれる技術）によって行われることが好ましい。掃引は、典型的には数ミリメートルの距離（使用される波の約１波長）を含むステップ内で実行される。上記のように説明のために、Ｄは必要に応じてＤ’で置き換えることができることに留意されたい。掃引は、典型的には、自動的に実行され、かつ、モータによって次々に駆動されるリニア駆動ユニットに送信手段または受信手段のいずれかを配置することによって実現される。装置は、掃引中にデータをキャプチャし、測定点のベクトル（ｍｖｅｃ）とリニア駆動ユニットから読み取られた位置データのベクトル（ｐｖｅｃ）を生成する。この掃引は、既知の物体パラメータを有する物体がギャップに存在する場合、またはギャップに何も存在しない場合の両方で実行することができる。収集されたｍｖｅｃ値及びｐｖｅｃ値は、実際の較正動作で使用される重要な値を提供し得る。他の実施形態では、ｐｖｅｃを得ることができ、ｍｖｅｃはギャップＤ（またはＤ’）を掃引するためではなく、Ｄ（またはＤ’）の少数離散値（少なくとも２つ）のためのｍｖｅｃデータを収集する（離散変位の技法）ためだけに得る。これらの収集された値は、次に、実際の較正動作において使用されることができる。
【００９５】
上記のような完全較正アプローチでは、様々な幾何学的条件（機械的掃引または離散変位）で取得されたデータを使用するということが強調されるべきである。しかし、完全較正アプローチは、幾何学的条件のみを変化させることに限定されない。様々な電気的条件でキャプチャされたデータを用いて、同様の較正アプローチを設定することができる。これらの電気的条件は、典型的には、電気的遅延調整素子または電磁的遅延調整素子が導入されたときに実現される。
【００９６】
Ｉ振幅とＱ振幅の両方の解析は、コンピューティングデバイス、好ましくはフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡデバイス）によって実行することができる。データ取得装置のサンプリング速度に応じて、本発明の実施形態は、ＰＣＢレベルのエレクトロニクス、ラップトップ、フルカスタムＡＳＩＣ、ＤＳＰプロセッサなど、より多くの技術で実現することができる。さらなる実施形態では、電気的長さと検出された位相Φ０との間の線形関係は、送信信号生成手段または受信手段のいずれか、またはその両方の近くに少なくとも１つの電波吸収物質を設けることによって増強させることができる。これは、図１６に示されている。少なくとも１つの電波吸収物質を設ける技術は、また、送信手段と受信手段との間の潜在的な定在波の存在を効果的に低減する。これは、代わりに、送信信号生成手段と受信手段の２つの間の物体位置に対する測定感度を抑制する可能性がある。
【００９７】
実施形態では、送信手段及び受信手段は、送信信号生成手段によって放出される放射線の方向が物体、例えばシート状の物体の表面に実質的に垂直であるように設けられ、配置される。あるいは、送信信号生成手段及び受信手段は、送信信号生成手段によって放出される放射線の方向が物質の表面に対して垂直でないように置くことができる。このようにして、表面反射及び潜在的な定在波の影響を低減することもできる。これは、代わりに、送信信号生成手段と受信手段の２つの間の物体の位置に対する測定感度を抑制する。
【００９８】
Ｉ信号とＱ信号の両方の振幅の解析は、専用プラットフォーム上でリアルタイムに処理されるのが好ましい。ホスト、例えば汎用ｐｃ、ラップトップまたは産業用ｐｃへの接続が必要な場合には、それは、市販のバスプロトコルの実装によって実現することができる。本発明の実施形態では、ＵＳＢ２．０がその現在の状態で使用されるが、後者に限定されない。測定データは、以下の方法、例えば、（ａ）本発明の一部としてカスタムＡＰＩをインターフェース接続すること、（ｂ）図６に示すようなエンドユーザのグラフィカルユーザインターフェースをインターフェース接続すること、のいずれかによってホストによって処理されることが好ましい。どちらの方法も、ホストに利用可能な１００Ｈｚを超える測定速度を使用可能にして効果的である。次に、ホストｐｃは、検出された位相Φ０を実際の厚さまたは重量に関連付けることができる誘電体のモデルを含むことができる。
【００９９】
本発明によるセンサーのための機器設定の第１の実施形態を図７に示し、そのようなセンサーのユーザインターフェースの実施例を図６に示す。図７は、密封された第１のコンテナ３００、例えばデジタルプラットフォーム、ＤＡＱ、送信器及び受信器（図示せず）のような、図２に設けられたような全ての電子構成ブロックを備え、より好ましくは含み、もしくは囲む、例えばボックスを概略的に示す。送信信号生成手段１１及び受信手段２１は、コンテナ、例えばボックスの外部に互いに隣接して（図１Ｂに類似して）設けられている。反射手段は示されていない。ボックスは、プレートと、例えば、ねじのような当技術分野で知られている（取り外し可能な）取り付け手段を用いて囲まれている。この実施形態では、送信信号生成手段及び受信手段は、アンテナとして設けられており、この特定の実施形態のアンテナは、ホーン形状であって端部で広がっている。予測されるセンサーの用途に応じて、図１５Ａ〜１５Ｃに概略的に示すように、代りのタイプ及び端部形状のアンテナを使用することができる。実施形態において、アンテナ手段は、サンプル物質のために選択的に設けられる小型のミリ波アンテナであってもよい。さらなる実施形態では、アンテナ手段は開放端導波管アンテナである。さらに別の実施形態では、アンテナ手段は、標準利得ピラミッドホーンアンテナまたは波形スカラーホーンアンテナである。ホーン形状で端部がフレア状のアンテナが使用される好ましい実施形態では、後者は、コンテナの外側に設けられた媒体及び／または物体にミリ波またはテラヘルツ信号の電力を最適に向けることができる。両方のアンテナの開放端側は、コンテナの外側で同様の方法で設けられ、方向付けられる。図７に示される実施形態は、送信手段及び受信手段が、図１Ｂに示されるような信号経路（２Ｄ’）を有する、互いに隣接して配置される場合である。本発明の実施形態で使用される送信信号生成手段及び受信手段は、好ましくは、高指向性の方法でミリ波またはテラヘルツ波を合成及び無線送信するように適合される。実施形態では、送信器、それぞれの受信器は、図１３に示すように、送信信号生成手段、それぞれの受信手段に取り付けられてもよい。代りの実施形態では、受信器、それぞれ送信器は、例えばケーブルを介して受信手段、それぞれの送信信号生成手段に接続され、受信器と受信手段、それぞれの送信器と送信信号生成手段は距離を置いて分離することができる。
【０１００】
図８は、少なくとも１つの反射手段もしくは反射器３１３、例えば金属シートを含む第２のコンテナ３１０、例えばボックスを概略的に示す図である。少なくとも１つの反射器、例えば金属シートの位置は、（例えば、調整ネジ３１２を使用して開口Ｄ’を微調整することにより）線形性が最適である動作点に測定値をもたらすために調整できるのが好都合である。空洞またはボックス３１０は、図７に示すようにエレクトロニクスを含んでボックスに取り付けることができるように構成される。矩形の開口３１１、例えば窓は、図７に示すように第１のコンテナ３００の外側に隣接して配置された送信器及び受信器のアンテナを、図８に示すようにボックス内に貫通させることができる。図９は、完全な手持ち式で容易に運搬可能な組立体４００を示しており、図７に示すように、エレクトロニクスならびに互いに隣接して配置した送信器及び受信器を備えたボックス３００が受信ボックス３１０、例えば、少なくとも開口ないしは窓を備える図８の受信ボックスに設けられている。図７のボックスの隣接するアンテナは、図８に示すボックスのアンテナの入口に設けられている。試験サンプルのような物体、例えば誘電体は、組み立てられたボックスの空洞１０内に配置することができ、それによって、試験サンプルは、少なくとも１つの反射器、例えば金属反射器と平行に配置されて効果的である。好ましい実施形態では、送信信号生成手段によって放出される放射線の方向が物体の表面に対して実質的に垂直であるように物体が供給されるが、先に示したように、本発明はこれに限定されない。図９の組立体は、試験サンプル、より好ましくは誘電体シートの厚さ／重量感知を可能にするのに好適である。電磁ミリメートル波またはテラヘルツ信号は、試験サンプルを効果的に２回通過し、それにより、厚さ／重量測定が可能であるように試験サンプルが信号経路２Ｄ’に供給される。これによって、良いことに１回の送信に対して約２倍の測定精度が得られる。
【０１０１】
産業用インライン測定用途では、図１０に概略的に示されるような装置を提供することができる。上記特定の実施形態では、本発明の実施形態による感知装置の構成要素は、フレーム６００、例えばこの実施形態ではｃ字形フレーム（ｃフレーム）である金属フレーム上に設けられてもよい。しかしながら、例えば、ｕ字形（ｕフレーム）またはｏ字形フレーム（ｏフレーム）のような代りの形状がよく使用される。好ましい実施形態では、フレームは、送信信号生成手段１１と受信手段２１（図示せず）が、例えばアンテナの形でフレーの反対側に配置されて、開口Ｄを画定するように構成される。実施形態では、送信器及び受信器（図示せず）をフレーム上に設け、また、送信信号生成手段及び受信手段にそれぞれ接続し取り付けることができる。代りの実施形態では、送信器及び受信器は、フレーム上には設けられないが、それぞれ送信信号生成手段及び受信手段に接続される。好ましい実施形態では、この距離または開口Ｄは、例えば、距離調整ノブ２６０を使用して調整することができる。そのような実施形態では、アンテナの形の送信信号生成手段と受信手段は、互いに反対の方向に取り付けられ、図１Ａで説明した測定原理を実現する。試験サンプル（例えば、ウェブ）の厚さまたは重量を感知するために、フレームの形状によって画定される開口は、試験サンプル１００（例えば工業用織ブ、シートまたはフィルム）の周りに置かれる。図１０において、ウェブを「被測定物体」と呼ぶ。図１０はｃフレーム解決策を表示するが、他のフレームを実現することが当業者にとっては簡単であることに留意されたい。好ましい実施形態では、ホーン形状のアンテナが使用され、これらのアンテナは、例えばキャリアケージ２５０、２５１内にそれらを設けるように保護手段２５０、２５１によって保護され、インラインの厳しい環境からそれらを保護する。その場合、キャリアケージは、ミリ波に対して好ましくは部分的に半透明である開口または窓または物質を有することが好ましい。キャリアケージは、金属で実現されるのが好ましい。アンテナの内側部分を保護するために、キャリアケージに設けられた開口または窓に誘電体窓を追加することができ、キャリアケージを完全に密閉することが効果的である。図１１は、保護手段、例えば、本発明の実施形態による開口を備えた（図１０の一部でもある）キャリアケージの好ましい実現例を拡大して示している。図面は、内部にあるアンテナが見えるように切断された保護手段を表していることに留意されたい。この場合のアンテナはピラミッドホーンである。アンテナの開口の前には、誘電体窓（ここでは、図示されていない）及び／または図１６に示すような電波吸収物質５３０を適用してもよい。
【０１０２】
本発明の実施形態によるセンサーの全体の機器設定が図１２に示されている。図１２は、例えば図７に示した装置のようなハードウェアを含むボックス５００を示しているが、アンテナが互いに隣接して設けられていないので、装置はインライン設定に使用できるｃフレーム６００に接続され、それによって、ｃフレーム６００は、完全に統合された静的インライン測定の解決策を得るために、前述の図７のボックスではなく、フレームの向かい合う側に送信信号生成手段１１と受信手段２１を備え、そこで、測定対象物は移動する。図１２では、送信信号生成手段及び受信手段は、キャリアケージ２５０、２５１によって保護されているので図示されていない。さらに、送信器と受信器との間の距離もしくは開口Ｄを調整することができる。さらに、フレームの形状によって画定される開口は、試験サンプル１００の周りに置かれる。あるいは、送信器及び受信器は、コンテナ５００の代わりに（送信信号生成手段及び受信手段それぞれ介して）フレーム上に設けられてもよい。
【０１０３】
図１３は、フレアアンテナの形状の送信信号生成手段１１及び受信手段２１を備える電子プラットフォーム５１０を備え、電子プラットフォームは、図７に示されるコンテナに類似する、本発明の別の実施形態を示している。実施形態では、電子プラットフォーム５１０は送信器と受信器を備え、送信器と受信器は、送信信号生成手段及び受信手段ならびに図２に示したような他の構成要素にそれぞれ接続される。図１３の装置は電子プラットフォーム５１０の測定方向に垂直な自由平行移動を可能にする手段もしくは機構５２０をさらに備える。特定の実施形態では、電子プラットフォーム５１０は、様々な方向にフレーム上を移動するように適合されたカート上に搭載されるか、またはカート内に組み込まれてもよい。Ｍａｈｌｏによるカートは、例えば、以下のリンクに例示されているように本発明の実施形態で使用することができる。
http://www.mahlo.com/fileadmin/_migrated/pics/Qualiscan_QMS-12_WebProM_2_800x600.png
このカートを、例えば、機械的なベアリング機構によって、ｏまたはｕフレーム上に置くと、産業用サンプルスキャナ、例えば、インライン走査装置を提供するウェブスキャナが実現される。この特定の実施形態では、測定対象物体は、フレームによって画定された開口において、送信手段１１及び受信手段２１の下を移動または移送される。互いに隣接して配置される、送信器と受信器に接続されたアンテナのフレア側は、同じ方向を指している。この実施形態では、使用される反射器３１３のために、図１Ｂに示すような信号経路が可能になる。実施形態では、反射器３１３は、金属のシートであることが好ましい。反射器が使用されていない、代りの実施態様では、受信アンテナ２１は、測定または感知対象物体（例えば、物質）の他の側、例えばフレームの他の側に置くことができる。さらなる実施形態では、アンテナを収容するためにキャリアケージ（図示せず）が設けられてもよく、キャリアケージは誘電体窓によって密封することができる開口を備える。キャリアケージは、アンテナの周囲に適用され、潜在的なインラインの厳しい環境から装置の部品を保護することができる。
【０１０４】
実施形態では、６０ＧＨｚの搬送周波数を使用することができる。しかしながら、ミリメートルもしくはテラヘルツ周波数を用いて同様の設定を行うことができる。実施形態はこの６０ＧＨｚに限定されない。
【０１０５】
図１４は、本発明の実施形態による感知装置において試験サンプルとして様々な用紙が供給される場合の典型的な測定結果を示す。紙の重量は１平方メートルあたり７５−２５０グラムの間で変えている。位相シフトΦ０は、様々な紙重量に対して非常に敏感であって、有意義である。モデルに基づいて、それらは対応する重み値に相関させることができる
【０１０６】
図１７は、複数の送信信号生成手段及び受信手段、より具体的には、送信信号生成手段と受信手段の複数の対を含むＯフレームを概略的に示す。例えば、装置は、５つのセンサーヘッド対を備えるＯフレームを備え、各対は送信手段（１１，１２，１３，１４，１５）と受信手段（２１，２２，２３，２４，２５）を備え、受信手段２２〜２５は図示されておらず、各対は距離Ｄだけ離れており、図１Ａに示すような信号経路を有している。Ｏフレームは、好ましくはセンサーヘッド対に隣接して設けられる較正経路８２０をさらに備える。好ましい実施形態では、複数の送信信号生成手段と受信手段は、アレイ状に対をなして配置される。図１７には、５つの送信信号生成手段と受信手段との特定の実施形態が示されている。当業者であれば、隣り合った、または隣接したセンサー対が設けられ（図１Ｂに示すような信号経路を有する）反射器を備えた装置を実現することは容易であろう。例えば、図７に示した装置のようなハードウェア５４０を含むがアンテナを備えていないボックスを使用することができ、それは、実施形態による方法を処理することができて処理エレクトロニクスとして使用することができるｏフレームに接続される。図１７に示す実施形態のセンサーヘッドのアレイは、ｏフレーム上に設けられているが、他の形状のフレームも同様に使用することができる。図１７の設定は、図１０に示す設定に類似しているが、送信信号生成手段と受信手段の複数の対が、距離Ｄだけ離れて、好ましくは各側で同じ距離を経て、隣り合うように繰り返し設けられる。言い換えれば、図１Ａで記載したように記載されるいくつかの設定が１対を提供し、いくつかの対が互いに隣り合って提供される。しかし、送信信号生成手段と受信手段の対のアレイよって提供される値を読み取るために、ただ１つのボックス５４０が設けられる。本発明の実施形態では、図１７に示すように、装置によって評価されている物体に欠陥があるか、及び／または例えば製造ライン内に他の問題が生じているかを示す警告手段８１０を設けてもよい。例えば、スタックライトを本発明の実施形態による警告装置８１０に使用することができる。全体の設定は、本発明の方法を自動的に実行することが可能であり、かつ、
図６に示すようなユーザインターフェースを使用することができる産業用コンピュータ８００を使用することによって監視することができる。
【０１０７】
送信信号生成手段と受信手段の対のアレイを含むこのようなＯフレームは、図１９ａお１９Ｂに示すように、リニア駆動ユニット７５０に搭載することができる。図１９Ａ及び１９Ｂを参照されたい。これにより、Ｏフレームによって画定された開口または窓に供給されるシート状物質のよう物体を、その完全な幅にわたって、さらに最小量の機械的変位しか必要とせずに走査することができる剛性の走査解決策が得られる。例えば図７に示した、アンテナを備えていない装置のようハードウェアを備えたコンテナもしくはボックス５００が、提供され、使用時には動きのあるＯフレームに取り付けられて、機械的振動及び変位の影響が最小限に抑えられる剛性構造を実現する。したがって、使用時には、ハードウェアを備えたコンテナまたはボックス５００がＯフレームとともに移動する。図１９Ａ及び図１９Ｂは、本発明の２つの代替実施形態、すなわち、前面プレートと黒色保護シートとを備えた対をほぼ完全に覆う、好ましくは電波吸収物質で覆われたものを示す、（図１９Ａに示される）第１の実施形態と、送信信号生成手段と受信手段との対が直接的に可視である、図１９Ｂに示す第２の代替例を示している。
【０１０８】
図１８は、図１７に示すように、送信手段１１、１２、１３と受信手段２１、２２、２３のアレイを使用する本発明の実施形態のブロック図を示す。そこにおいて、アレイは、各々が距離Ｄで分離された送信手段及び受信手段（１１，２１、１２，２２、１３，２３）の対を備えている。ブロック図は、好ましくは単一の筐体に結合される、デマルチプレクサ（２４１）と称される分離手段と、マルチプレクサ（２４２）と称される多重手段を示す。両方の装置２４１、２４２は、アレイ構成が実現されたときに、送信信号生成手段と受信手段の様々な対（１１，２１、１２，２２、１３，２３）によって実行される測定データを取り込むために適用される。デマルチプレクサ２４１は、１つを除いて全ての送信信号生成手段（１１、１２、１３）のシャットダウンを可能にする。マルチプレクサ２４２は、電子構成によるもの以外の受信手段（２１、２２、２３）に対する全ての手段のシャットダウンを可能にする。マルチプレクサ２４２とデマルチプレクサ２４１の両方が、対応する送信信号生成手段と受信手段を「選択」するように構成されている場合、これらの「選択」された送信信号生成手段と受信手段によって測定を行うことができる。アレイのうちの単一の送信信号生成手段及び受信手段に接続された処理ユニットがさらに設けられており、処理ユニットは信号生成装置２１５、デジタルプラットフォーム２２０及びＤＡＱ（２４０）を備える。マルチプレクサとデマルチプレクサの両方の電子構成は時間とともに変化し、様々な送信信号生成手段及び受信手段からのデータの測定を時間の関数として実現することができる。デマルチプレクサ及びマルチプレクサの両方は、システムの送信信号生成手段または受信手段の総計をｘとして、ＳＰｘＴ（単極ｘ投入）ミリ波スイッチによって実現されることが好ましい。例えばＳＰ４Ｔスイッチは、アレイ解決策に搭載される４つの送信信号生成手段及び受信手段を使用することを可能にする。あるいは、マルチプレクサ及びデマルチプレクサの両方を、好ましくはＤＰｘＴミリ波スイッチとして実現される単一の装置に組み込むことができ、ここでＤは「ダブル」を表す。
【０１０９】
本発明の実施形態では、システムの較正または調整を実行することができる。測定の較正または調整は、送信信号生成手段及び受信手段毎に実行されるのが好ましい。それは、上述のような方法の１つ（例えば、送信信号生成手段と受信手段との間の全距離（Ｄ、Ｄ’）を調整すること）で、または送信信号生成手段及び受信手段の別の対（＝基準対）から較正または同調情報を引き継ぐことによって、各対に対して行うことができる。実施形態によれば、これは、以下のいずれかによって行うことができる。
１．基準対からの較正情報（例えば、オフセット値または利得値〜）の正確なコピーを引き継ぎ、したがって、全ての対が、時間の経過とともに較正状態を破壊するのと同様の非理想に直面すると仮定すること。これは、精度の要件が厳しくない場合（電気的距離を０．０１λ以下の精度で測定する必要がある場合）には許容される較正方法である。
２．基準対からの較正データ（例えば、オフセット値または利得値）を、物質の幅にわたって、較正する必要のある特定の対にリプルさせること。これは、図１９に示すような構造を作成することによって行われるのが好ましい。図１９において、対は、リニア駆動ユニットのストロークよりも小さい距離で離間される。したがって、２つの隣接する対によって測定されるいくつかのスポットが物質の幅に沿って存在する。これらの測定ポイントは、基準対に近い対に関連する対の較正を可能にするなど、隣接ベースの較正動作に対して極めて有効である。したがって、その方法を使用して全ての対を較正することができる。
【０１１０】
本発明は、手段の特徴及び／またはそのような手段として記載された方法のプロセスステップに限定されず、かつ、方法は変更可能であると理解されるべきである。本明細書で使用する用語は、特定の実施形態のみを説明するためのものであり、限定することを意図するものではないことも理解されたい。また、文脈上他に明確に指示されない限り、複数形は単数形及び／または複数形の指示対象を含むことも理解されるべきである。さらに、数値によって区切られたパラメータ範囲が与えられる場合、範囲はこれらの制限値を含むとみなされることが理解されるべきである。
【０１１１】
上述の説明は、当業者に本発明を実施する方法を教示することを目的とするものであり、説明を読むことによって当業者には明らかになるであろう全ての明らかな変更及び変形を詳述することを意図するものではない。しかしながら、そのような明白な変更及び変形の全ては、以下の特許請求の範囲によって規定される本発明の範囲内に含まれることが意図される。特許請求の範囲は、文脈が特に反対を示す場合を除き、請求された構成要素及びステップを、意図された目的を達成するのに有効な任意の順序でカバーすることを意図している。
【０１１２】
参照
［１１、１２、１３、１４、１５］送信信号信号（Ｔｘ）生成手段
［２１、２２、２３、２４、２５］信号（Ｒｘ）受信手段
［Ｄ］送信器と受信器の間の距離
［Ｄ’］送信器／受信器と反射器との間の距離
［１００］物体
［１１０］送信信号生成手段のためのエレクトロニクスを備えた送信器
［１２０］信号受信手段のためのエレクトロニクスを備えた受信器
［２１５］入力信号生成器
［２２０］デジタルプラットフォーム
［２３０］調整可能な無線チャネル
［２４０］データ所得装置（ＤＡＱ）
［２４１］デマルチプレクサ
［２４２］マルチプレクサ
［２５０］キャリアケージ送信器
［２５１］キャリアケージ受信器
［２６０］距離調整ノブ
［３００］第１のコンテナ
［３１０］第２のコンテナ
［１０］第２のコンテナによって画定される空洞
［３１１］開口
［３１２］調整ネジ
［３１３］反射器
［４００］第１及び第２のコンテナならびに受信及び送信手段を備えた組立装置
［５００］第１及び第２のコンテナを備え、受信及び送信手段のない組立装置
［５１０］電子プラットフォーム
［５２０］測定方向に垂直な自由平行移動を可能にする手段
［５３０］電波吸収物質
［５４０］処理エレクトロニクス
［６００］ｃフレーム
［７００］ｏフレーム
［７５０］リニア駆動モジュール
［８００］コンピューティング手段
［８１０］スタックライト
［８２０］較正経路
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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