JP4555574B2 - 閉じ込められている物体の位置を求める方法および装置 - Google Patents
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Description
本発明は請求項1の上位概念記載の閉じ込められている物体の位置を求める方法および請求項13の上位概念記載の閉じ込められている物体の位置を求める装置に関する。
媒質中に閉じ込められている物体の位置を求める本発明の方法は、容量式センサ装置で形成された検出信号、例えば調査すべき媒質中に浸透する電場が、閉じ込められている物体によって変化する性質を利用している。媒質中に閉じ込められている物体は容量式センサ装置の電極間の電場に作用し、測定コンデンサの容量を変化させる。これにより例えば測定コンデンサの変位電流を検出するかまたは変位電流に相関する測定量を求めることにより、閉じ込められている物体に基づく容量変化を求めることができる。容量変化を正確に解析することにより、閉じ込められている物体の測定センサに対する位置に関する情報を抽出することもできる。
本発明の実施例を図示し、以下に詳細に説明する。図およびその説明や本発明の方法およびこれを利用した測定装置に係る特許請求の範囲には種々の特徴が相互に関連して含まれている。当該の技術分野の技術者はこれらの特徴を個々に捉えることも有意に組み合わせて捉えることもできる。
図1には本発明の方法が適用されるないしは本発明の測定装置が利用される典型的な測定状況が概略的に示されている。容量式センサ装置14を用いて媒質10に閉じ込められている物体12を検出する。閉じ込められている物体12はこれを包囲する媒質10の表面16から距離dのところに位置している。例えば容量式センサ装置14を含む測定装置18が物体12を包囲している媒質10の表面16に載置される。容量式センサ装置14は主として測定コンデンサ20から成り、これは2つのコンデンサ電極22,24を備える。測定原理をわかりやすく図示するために当該のコンデンサ電極22,24は図1では上下に並べて表してある。実際の容量式センサ装置では測定コンデンサの各電極は相互にほぼ平行に配置されている。測定コンデンサ20の電場の所望の配向作用は相応の電極またはジオメトリ手段によって得られる。
M = M(ω) = α(ω)+β(ω)*I(ω)
が成り立つ。
V(f) = v(f)*exp(iφ(f))
は式
W(T) = Re(exp(i*2π*f*T)*V(f))
にしたがってサンプリング回路の後方で測定される電圧W(T)に関係している。サンプリング時点Tのオフセットから周波数fでの電圧Vの大きさおよび位相を推定することができる。
M−10°(ω) =γ0(ω)*(M20°(ω))+γ1(ω)
が成り立つのである。
E(ω) ≪ UG(ω)
が成り立つ。
Iv(ω)(封入物あり) = ξ*Iv(ω)(下地)*exp(i*2π/λ(ω)*Lv−L)
が成り立つ。
E(ω) = (Iv(ω)(封入物あり)−Iv(下地))
= (1−ξ)*exp(i*2π/λ(ω)*(Lv−L))*Iv(ω)(下地)
が成り立つ。
2π/λ(ω)*(Lv−L) = −Φ(ω)+Ψ(ω)
が成り立つ。
λ(ω)/2π*(−Φ(ω)+Ψ(ω))+L = Lv
によって、関係する電気力線の長さLvを逆に推定することができる。関係する電気力線の長さは、ジオメトリファクタG(ω,L)を介して物体の深さに関係している。
Claims (15)
- 少なくとも1つの容量式センサ装置を用いて検出信号を形成し、これが調査すべき媒質中に浸透するようにし、
該検出信号によってインピーダンスの測定を行うことにより、媒質中に閉じ込められている物体の情報を得る、
媒質中に閉じ込められている物体の位置を求める方法において、
前記検出信号を形成する容量式センサ装置を横方向に移動させ、距離センサによって当該の容量式センサ装置の移動量を測定し、該移動量の関数として前記検出信号を評価し、
前記検出信号を評価する際に、媒質に基づく信号成分と媒質中に閉じ込められている物体に基づく信号成分とを分離するアルゴリズムを用いる
ことを特徴とする媒質中に閉じ込められている物体の位置を求める方法。 - 所定のインピーダンスに即した複数回すなわちn回の基準測定により複数個すなわちn個の材料パラメタを取得し、包囲している媒質の材料とn個の材料パラメタとの関係を特性マップのかたちで記憶し、評価アルゴリズムによる問い合わせを行い、測定信号のうち媒質に基づく信号成分を求める、請求項1記載の方法。
- 少なくとも1回の基準測定を既知の基準材料に即して行う、請求項2記載の方法。
- 少なくとも1回の基準測定を検出信号の短絡により行う、請求項2記載の方法。
- 包囲している媒質の材料を求めるために、媒質のn個の材料パラメタの重みを設定してモデルとし、形成されたモデルと媒質の測定信号とを比較し、モデルの値と測定信号の値とのあいだの最適化が達成されるようにn個の材料パラメタのなかから選択された重みを変更する、請求項2から4までのいずれか1項記載の方法。
- モデルのn個の材料パラメタを用いて測定した材料の測定値の補間から、包囲している媒質を形成する材料の誘電率値を求める、請求項5記載の方法。
- 包囲している媒質の材料について求められた誘電率値を用いて媒質中に閉じ込められている物体の深さ情報を得る、請求項6記載の方法。
- 包囲している媒質の誘電率を用いて、測定信号のうち媒質中に閉じ込められている物体に基づく信号成分の位相測定から、閉じ込められている物体の深さ情報を得る、請求項7記載の方法。
- 2つ以上の測定周波数に依存して測定信号を測定し評価する、請求項1から8までのいずれか1項記載の方法。
- 請求項1から9までのいずれか1項記載の媒質中に閉じ込められている物体の位置を求める方法を実施するために、
容量式センサ装置と、該容量式センサ装置に対する検出信号を形成する手段と、検出信号から測定値を求める制御評価ユニットと、求められた測定値を出力する出力装置とを有する、
ハンドヘルド型の位置測定装置において、
距離センサにより、前記検出信号を形成する容量式センサ装置を横方向に移動させた移動量が測定され、
前記制御評価ユニットにより、前記移動量の関数として前記検出信号が評価され、前記検出信号を評価する際に、媒質に基づく信号成分と媒質中に閉じ込められている物体に基づく信号成分とを分離するアルゴリズムが用いられる
ことを特徴とするハンドヘルド型の位置測定装置。 - さらに測定信号に対する少なくとも1つの内部較正装置を有する、請求項10記載の装置。
- 較正装置は少なくとも1つの所定のインピーダンスに即した測定を行う、請求項11記載の装置。
- 較正装置は所定のインピーダンスを形成するための短絡スイッチを有している、請求項11または12記載の装置。
- さらに、材料データすなわち既知の材料の誘電率を記憶した記憶手段を有する、請求項10から13までのいずれか1項記載の装置。
- さらに、計算された測定結果すなわち媒質中に閉じ込められている物体の横方向位置および深さをその位置がわかるように測定装置の出力装置上に表示する、請求項10から14までのいずれか1項記載の装置。
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