传感器。
[0019] 在A ·施特尔茨（A. Stelzer)等人的"具有亚毫米级准确性的微波位置传感器（A Microwave Position Sensor with Submillimeter Accuracy)" 的技术稿件（IEEE 微波理 论和技术期刊（IEEE Transaction on Microwave Theory and Techniques)，第 47 卷，第 12期，1999年12月）中，描述了混合法，其中干涉测量方法与已知雷达方法、例如FMCW方 法（频率调制连续波）组合。虽然此类方法再次使得能够进行明确距离确定，但此方法不 易用于工业领域中来替代已知电感式距离传感器。主要原因在于，通常最小可能测量距离 通过操作频率的带宽来确定，使得无法测量直至达位置零。此外，必须遵循与电磁辐射发射 有关的适用要求。操作只可在ISM带内，出于这个原因，带宽及从其中所得到的最小距离无 法自由决定。例如，对于完全使用24GHz下的ISM带的250MHz的可容许带宽的标准系统， 得到60cm的最小距离。
[0020] 本发明的目标在于指定接近度传感器以及使用宽度检测范围测量与物体的距离 的方法，此外，它们实际上与要检测的金属物体的渗透率无关。
[0021] 所述目标通过相应独立权利要求中确定的特征解决。
【发明内容】
[0022] 本发明是基于用于测量物体与接近度传感器的距离的接近度传感器。接近度传感 器包含提供传输波作为输出信号的微波振荡器，接近度传感器在物体方向上发射所述传输 波作为自由空间传输波，导电或具有至少一个导电表面的物体反射所述自由空间传输波作 为自由空间反射波，并且接近度传感器接收所述自由空间传输波作为反射波，其中从传输 波和反射波确定反射系数，接近度传感器提供所述反射系数作为对距离的测量。根据本发 明的接近度传感器显著之处在于传输波在波导中被引导为波导传输波，传输波注入到具有 波模式的波导中，这会使得在波导前端的孔处波导传输波分离成自由空间传输波并将自由 空间波朝向物体传播。
[0023] 与例如电感式接近度传感器相比，根据本发明的接近度传感器提供可大至10倍 的显著更广测量范围以及更大线性范围。
[0024] 例如，与按照原理具有零至最小距离的盲区的根据标准雷达原理的接近度传感器 相比，根据本发明的接近度传感器可检测到零至几厘米范围的极小距离。
[0025] 与使用特性共振性质的接近度传感器相比，省去对共振频率的部分耗时搜索且带 宽与距离测量范围无关，其中极薄带操作或甚至具有零带宽的操作是可能的。
[0026] 由于省去传输波的调制并且省去微波振荡器的间歇操作，根据本发明的接近度传 感器只需较小高频带宽。因此甚至于零带宽是可能的。因此，根据本发明的接近度传感器 遵循适用EMV准则而无问题。
[0027] 根据本发明的接近度传感器的另外显著优势是测量结果基本上与物体的渗透率 无关。
[0028] 针对生产而言，有利的是，根据本发明的接近度传感器能够在标准结构形式的已 知电感式接近度传感器中实施。
[0029] 根据本发明的接近度传感器的实施方式具有波导，具有波模式的传输波可注入到 波导中，这会使得在波导前端的孔处波导传输波分离成自由空间传输波并将自由空间传输 波朝向物体传播，使得能够在一方面影响发射自由空间传输波的传播方向并在另一方面提 供具有尽可能低功率的传输波。
[0030] 根据本发明的接近度传感器的有利实施方式和发展各自为从属装置权利要求的 主题。
[0031] 传播自由空间传输波通过分配至圆形波导的TEll模式的波导传输波的相当简单 的刺激来实现。
[0032] 波导在原则上可设计成长方形或圆形柱形。有利实施方式规定波导被设计成圆形 柱形。因此，根据本发明的接近度传感器可以使用已知电感式接近度传感器的当前部件以 成本有效方式实施。此外，常规电感式传感器与根据本发明的接近度传感器的直接互换在 不必对测量装置进行改变的情况下是可能的。
[0033] 根据本发明的接近度传感器的另一有利实施方式规定在波导前端的孔处提供电 介质窗。电介质窗防止污物进入波导。替代性地或尤其另外地，整个波导可用电介质材料 填充。通过这种措施，可将当前优选的模式变换器直接固定于波导中。
[0034] 注入具有其预定波模式的传输波以最简单的方式来使用将线路传输波转录成波 导传输波的模式变换器实现。
[0035] 为从反射系数确定距离测量，可尤其有利地使用正交混频器（quadrature mixer) 或6栅极技术（德语：6-T〇r-TeChnik)，这归因于作为完整技术解决方案的可用性。
[0036] 根据本发明的测量与物体的距离的方法，其中微波振荡器的输出信号提供作为在 物体方向上发射作为自由空间传输波的传输波，所述传输波由导电或具有至少一个导电表 面的物体反射作为自由空间反射波，并且接收为反射波，其中反射系数从传输波和反射波 确定并且提供作为对距离的测量，所述方法显著之处在于传输波在波导中被引导为波导传 输波，传输波注入到波导中使用一波模式进行，这使在波导前端的孔处波导传输波分离成 自由空间传输波并使自由空间传输波朝向物体传播。
[0037] 根据本发明的方法可替代地称为用于根据本发明的接近度传感器的操作的方法。 因此，关于根据本发明的接近度传感器已呈现的优势同样存在于根据本发明的方法中。
[0038] 根据本发明的用于测量与物体的距离的方法的有利实施方式和发展各自为从属 方法权利要求的主题。
[0039] 有利地，分配至圆形波导的TEll模式提供为波模式。
[0040] 根据本发明的方法使得能够在传输波的仅一个频率和仅一个预定波模式的情况 下确定距离。
[0041] 替代或另外的实施方式规定，为了确定距离，执行在传输波的至少两个不同频率 之间交替的微波振荡器的调谐。因此，对距离的确定可在传输波的至少两个不同频率以及 在一个单波模式的情况下进行。
[0042] -个实施方式规定，至少一个第二波模式提供用于相对于第一波模式交替地将传 输波注入到波导中。
[0043] 通过这个措施，根据另一替代或另外的实施方式，规定的是，对距离的确定在传输 波的单个频率以及至少在两个不同的波模式的情况下进行。
[0044] 在这个实施方式中，例如，提供至少一个此类另外的波模式，这导致了波导前面分 布主要渐消失场，其明显不同于自由空间传输波的传播情况，使得差异尽可能大。尤其适于 这种情况的是分配至圆形波导的TMOl模式。
[0045] 使用所描述的实施方式，对距离的确定在至少两个不同方式上是可能的，使得不 同方式中确定的结果可检查似真性和/或清晰度可产生。
[0046] 对于在波导孔中出现的反射系数，物体与波导孔的距离的直接测量借助来自传输 波和反射波的所确定的反射系数的反演计算来获得。反演计算优选使用预留角度的保形映 射来进行，使得不会损失必要相位信息。
[0047] 在此，对距离的测量可能已经仅从反射系数的相位来获得。此外，优选的是考虑反 射系数的绝对值。具体地说，如果在预定测量范围内存在反射系数的相位的不确定性，对反 射系数的相位的距离的明确确定则可通过反射系数的绝对值获得。
[0048] 有利发展在一方面提供粗略校准，并且如果必要，还会提供精细校准。
[0049] 根据一个实施方式，可以规定，距离提供作为模拟信号。
[0050] 另外或替代地，根据一个实施方式，可以规定，提供开关信号，所述信号以信号来 表面已超过或低于所确定的距离。
[0051] 根据本发明的接近度传感器以及根据本发明的用于测量与物体的距离的方法的 其他有利实施方式和发展从以下描述中产生。
[0052] 本发明示例性实施方式描绘在附图中并且在以下描述中更详细地解释。
【附图说明】
[0053] 图1示出根据本发明的接近度传感器的略图，
[0054] 图2a示出第一刺激期间波导的横截面中的电场强度的图，
[0055] 图2b示意性地示出在根据图2a的刺激期间在波导和自由场中所得场强度分布，
[0056] 图3a示出第二刺激期间波导的横截面中的电场强度的图，
[0057] 图3b示意性地示出在根据图3a的刺激期间在波导和自由场中所得场强度分布，
[0058] 图4a示出信号处理系统的方框图，
[0059] 图4b示出正交混频器的方框图，
[0060] 图4c示出6栅极技术的方框图，
[0061] 图5a示出测量到的复反射系数的绝对值，
[0062] 图5b示出测量到的复反射系