用于测量与目标相距的距离的接近传感器和方法

摘要

接近传感器(10)及测量目标(12)距离(D)的方法。接近传感器(10)含供透射波(16)为输出信号(54)的微波振荡器(52)，接近传感器(10)沿目标(12)方向发射透射波(16)为自由空间透射波(16c)，导电或具导电表面的目标(12)反射自由空间透射波(16c)为自由空间反射波(30a)且接近传感器(10)接收自由空间反射波(30a)为反射波(30)，根据透射波(16)和反射波(30)确定距离(D)。透射波(16)在波导(22)引导为波导透射波(16b)。通过波模耦合透射波(16)到波导(22)中，波模导致波导(22)前端孔隙(26)处波导透射波(16b)分离成自由空间透射波(16c)且导致自由空间透射波(16c)传到目标(12)。接近传感器(10)和方法由以下区分：在波导(22)提供引导透射波(16)为波导透射波(16b)的发射路径(80)及从发射路径(80)电磁去耦并设置为引导反射波(30)为波导反射波(30b)的接收路径(82)。

权利要求

1.用于测量目标(12)的距离(D)的接近传感器，其具有微波振荡器(52)，所述微波振荡器(52)提供透射波(16)作为输出信号(54)，所述接近传感器(10)沿所述目标(12)的方向发射所述透射波(16)作为自由空间透射波(16c)，导电或至少具有导电表面的所述目标(12)反射所述自由空间透射波(16c)作为自由空间反射波(30a)，并且所述接近传感器(10)接收所述自由空间反射波(30a)作为反射波(30)，其中提供了根据所述透射波(16)和所述反射波(30)确定所述距离(D)，其中所述透射波(16)在波导(22)中被引导作为波导透射波(16b)，并且其中波模提供将所述透射波(16)耦合到所述波导(22)中，所述波模导致将所述波导(22)前端上的孔隙(26)处的所述波导透射波(16b)分离成所述自由空间透射波(16c)，并且导致将所述自由空间透射波(16c)传播到所述目标(12)，其特征在于，在所述波导(22)中，提供用于引导作为波导透射波(16b)的所述透射波(16)的发射路径(80)，并且提供用于引导作为波导反射波(30b、30d)的所述反射波(30)的与所述发射路径(80)电磁去耦的至少一个接收路径(82)。

2.如权利要求1所述的接近传感器，其特征在于，所述波导(22)具有用于所述发射路径(80)和所述至少一个接收路径(82)的两个单独波导。

3.如权利要求1所述的接近传感器，其特征在于，通过圆偏振波导透射波(16b)以及在另一个旋转方向上圆偏振的波导反射波(30b)，实现已经彼此去耦的两个路径(80、82)，其中所述偏振方向在所述目标(12)上的旋转通过反射进行。

4.如权利要求3所述的接近传感器，其特征在于，提供波模变换器(20)以便提供所述圆偏振波导透射波(16b)并且接收所述波导透射波(30b)，所述波模变换器(20)被实现为隔膜偏振器。

5.如权利要求1所述的接近传感器，其特征在于，当使用圆柱形波导(22)时，所述TE11模式被设置为所述波模。

6.如权利要求1所述的接近传感器，其特征在于，所述波导管(22)被形成为圆柱形。

7.如权利要求1所述的接近传感器，其特征在于，介电窗口(28)设置在所述波导(22)的所述前端上的所述孔隙(26)处。

8.如权利要求1所述的接近传感器，其特征在于，所述波导(22)填充有介电材料。

9.如权利要求1所述的接近传感器，其特征在于，至少一个波模变换器(20)设置在所述波导管(22)中以用于建立所述波导透射波(16b)的所述波模。

10.如权利要求1所述的接近传感器，其特征在于，提供正交混频器(58)以根据所述透射波(16)和所述反射波(30)来确定所述反射系数(Γ)。

11.如权利要求1所述的接近传感器，其特征在于，提供6门技术以根据所述透射波(16)和所述反射波(30)来确定所述反射系数(Γ)。

12.如权利要求1所述的接近传感器，其特征在于，所述波导(22)、所述波模变换器(20)和信号处理布置(14)形成一部分单元，其壳体优选为所述波导(22)。

13.用于测量目标(12)的距离(D)的方法，其中微波振荡器(52)的输出信号(54)被设置成透射波(16)，所述透射波(16)沿所述目标(12)的方向发射作为自由空间透射波(16c)，导电或至少具有导电表面的所述目标(12)反射所述自由空间透射波(16c)作为自由空间反射波(30a)，并且所述自由空间反射波(30a)被接收作为反射波(30)，其中所述透射波(16)在波导(22)中被引导作为波导透射波(16b)，并且其中波模提供将所述透射波(16)耦合到所述波导(22)中，利用所述波模进行将所述波导(22)前端上的孔隙(26)处的所述波导透射波(16b)分离成所述自由空间透射波(16c)，并且所述波导导致将所述自由空间透射波(16c)传播到所述目标(12)，其特征在于，在所述波导(22)中，所述透射波(16)在发射路径(16)中被以引导作为波导透射波(80b)，并且所述反射波(30)在与所述发射路径(80)电磁去耦的至少一个接收路径(82)中被引导作为波导反射波(30b)。

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，根据所述反射系数(Γ)或所述透射系数(tr)确定所述距离(D)。

15.如权利要求13所述的方法，其特征在于，根据所述反射系数(Γ)和所述透射系数(tr)确定所述距离(D)。

16.如权利要求13所述的接近传感器，其特征在于，当使用圆柱形波导(22)时，所述TE11波模被设置为所述波模。

17.如权利要求13所述的方法，其特征在于，在所述透射波(16)的频率和波模下进行所述距离(D)的确定。

18.如权利要求13所述的方法，其特征在于，为了确定所述距离(D)，所述微波振荡器(52)的调整在所述透射波(16)的至少两个不同频率上交替地进行，并且所述距离(D)的确定在至少两个不同的频率和一个波模上进行。

19.如权利要求13所述的方法，其特征在于，除了所述第一波模之外，至少一个第二波模被设置用于将所述透射波(16)耦合到所述波导(22)中。

20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，在所述透射波(16)的一个频率下并且以至少在两种不同波模进行所述距离(D)的确定。

21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，预定这种另外波模，所述另外波模导致在所述波导(22)前方的广泛消逝场分布。

22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，当使用圆柱形波导(22)时，TM01模式被设置为至少一个另外的波模。

23.如权利要求18或20所述的方法，其特征在于，所述距离(D)的确定在至少两种不同类型上进行，并且提供了根据不同类型确定的所述结果的合理性检查。

24.如权利要求13所述的方法，其特征在于，对所述波导(22)的孔隙(26)上产生的反射系数(Γ3)提供根据所述透射波(16)和所述反射波(30)确定的第一反射系数(Γ)的反向计算。

25.如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述反向计算通过保角映射(38)进行。

26.如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述反射系数(Γ)的相位(PhΓ)的确定被设置作为所述距离(D)的测量。

27.如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述反射系数(Γ)的相位(PhΓ)和量|Π的确定被设置作为所述距离(D)的测量。

28.如权利要求27所述的方法，其特征在于，当在所述预定测量区内存在所述反射系数(Γ)的所述相位(PhΓ)模糊度时，通过所述反射系数(Γ)的量值来提供根据所述反射系数(Γ)的所述相位(PhΓ)明确确定所述距离(D)。

29.如权利要求13所述的方法，其特征在于，进行粗略校准。

30.如权利要求13所述的方法，其特征在于，进行精细校准。

31.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述距离(D)被设置为模拟信号。

32.如权利要求13所述的方法，其特征在于，提供一个开关信号，所述开关信号发出信号通知已经超过或尚未达到特定距离(D)。

说明书

用于测量与目标相距的距离的接近传感器和方法

技术领域

[0001] 本发明基于一种用于根据独立权利要求的类型来测量与目标相距的距离的接近传感器和方法。

背景技术

[0002] 在专利说明书EP 1 000 314 B1中，描述了一种圆柱形测距装置，所述圆柱形测距装置基于确定空腔谐振器的谐振频率。谐振器由谐振器壳体和要检测的目标形成。因此，物理谐振器长度由谐振器壳体的长度和到目标的距离构成。如果超过了待检测目标的最小尺寸，则谐振器频率立即链接到谐振器长度，从所述长度可以推断出目标距离。谐振器长度与谐振频率之间的特定依赖关系取决于当前场分布，并且因此取决于所使用的波导波模。因此，波导填充的电容率被包括作为设计中的决定因素。如果这个值增加，则一方面，谐振器结构长度和所需的横截面都变小。另一方面，然而测距装置的范围也随着电容率的增加而减小。

[0003] 利用所描述的概念，金属化电介质被设置为谐振器后壁，评估电子系统位于所述金属化电介质的外部上。为了将电子系统耦合到谐振器，提出了共面狭缝耦合或微带线。当例如因为热去耦而在远离谐振器处装配评估电子系统要时，那么通过微带线来耦合首先是有用的。附加地，可以取决于是在透射操作中还是在反射操作中使用谐振器来实现一个或两个耦合点。

[0004] 为了确定谐振频率，评估电子系统包含可调振荡器，所述可调振荡器的频率在特定带宽内被线性调谐，并且观察到所得的谐振器反射系数或透射系数。在一个谐振频率附近，这些系数具有强性变分，其可以通过相对于频率进行区分来系统地识别。由于频率与时间之间因控制而以电路方式存在线性连接，因此可以通过相对于时间的推导来获得相对于频率的推导。导数如果以这种方式获得的第二推导超过预定阈值，则识别出谐振并且频率不进一步失谐而是保持恒定，并且其当前值通过频率计数器来确定。

[0005] 作为用于确定频率的替代性方法，在专利说明书EP 1 000 314B1中，提出了一种基于闭锁相环(PLL)的概念。在这样做时，标称频率通过直接数字合成器(DOS)被预定为PLL的参考变量。如果检测电路现在识别出谐振，则因为数字合成器的设置而立即知道频率，从而可以明显缩短测量的循环持续时间。

[0006] 无论如何确定谐振频率，在使用这种谐振器方法的情况下，以下事实是不利的：要立即确定的距离区预先确定操作频率的必要带宽。工业传感器的可用带宽是固定预定的，并且因此距离区也是这样。

[0007] 不管所允许的ISM范围(工业科学卫生范围)如何，为操作提出了1GHz至100GHz之间的频率范围，其中带宽应当大致为2GHz或10％。此外，已经证明难以通过这种谐振器概念来实现大距离范围。这一点的原因是，一方面，随着距离越来越大，谐振频率的改变越来越小。附加地，谐振器质量不断恶化仍然仅导致反射系数或透射系数中的微弱最小值，从而相关联谐振频率的检测变得容易出错。当看到谐振频率在复频率平面中的位置时，这是明显的。随着质量下降，可以从ω轴移除复数本征频率，从而当使振荡器失谐时，奇异性不再能够运行通过检查。附加地，受限范围是由选择所使用的TE01波模而引起的，这是由于在这种情况下波导周围的场分布具有广泛的消散波，其随着移除的增加而迅速消失。

[0008] 在2011年10月19日至21日的ANSYS大会和第29届CADFEM用户会议，由S.Bonerz，W.Bechteler，J.Greif评审的“Sensorsystem Werkzeugplananlage auf Basis von Keramikresonatoren und Hohlleiterstrukturen”中，提出了一种方法，其中目标与距离传感器相距的距离的确定也基于波导谐振器。这里，待测量距离也确定了谐振器长度，并且从而确定其谐振频率。这里，所使用的波导波模是圆柱形波导的基模TE11。通过测量谐振器的接收有功功率，谐振频率由频率扫描确定。

[0009] 在2011年10月的IEEE微波杂志第6期、第12卷、第110-119页，由T.F.Bechteler、A.S.A.Bechteler评审的“The Groove-Guide Oscillator”中，描述了一种测距方法，其基于也对应于谐振器概念的所谓沟槽引导振荡器。尽管在这里，测距问题同样也可追溯到确定谐振器的本征频率，然而，这种系统在谐振器结构方面以及所提出的谐振频率确定方面与专利说明书EP 1 000 314 B1中描述的解决方案基本上不同。已知距离传感器的核心形成沟槽引导振荡器。原则上，在微波技术中，沟槽引导应当被理解为包括彼此相对的两个板的波导，在每种情况下沿波传播方向将具有矩形横截面的凹口引入到所述板中。整个布置相对于一个平面是对称的，所述平面的法线与两个板的连接线重合。在从凹口和导电板产生的空腔中，在凹口方向上可能存在能够传播的波模。因为所需的对称性以及传播特性对板距离的强烈依赖关系，所以这个波导对制造准确度有很高的要求。

[0010] 替代性可用的“半对称”波导的制造实质上更容易，其中一半的布置完全被导电平面替代。

[0011] 具有距离传播常数的所描述波导中也存在的依赖关系用于确定距离。因此，为了实现谐振器，引入了凹口以使它不再是直的而是圆形的，从而使得产生圆形导体环路。然后，当导波长度的整数倍精确地对应于导体周长时，精确地出现谐振。由于导波长度是板距离和频率的函数，所以可以在特定带宽内满足不同距离的谐振条件，并且因此可以获得有关距离的信息。

[0012] 振荡器通过Gunn元件供能，从而振荡器以其本征频率振荡。然后，频率确定通过外差系统进行，其中将下混频的本征频率供应给频率计数器。因为结构，所描述的距离传感器具有较大的总体尺寸，这是由于必须将谐振器直径选为比较大的以便保持径向辐射损耗是较小的。对于8-12GHz之间的操作，所描述的谐振器的直径为60mm，其中板尺寸为200mm×200mm。由此获得的测量区从13-15mm延伸。如果板距离进一步增加，则在所观察的频率区中可能发生较高的波模，从而产生模糊度。

[0013] 在专利说明书DE 10 2010 009 664 A1中，描述了一种距离传感器，其一方面用于监测工具机的工作主轴与工具机的静止部分之间的距离，另一方面用于控制工具与面部的接触。附加地，关于工作主轴的转速和主轴安装件的质量的结论是可能的。

[0014] 距离传感器包含连接到振荡器和反射测量装置的高频线。工作主轴相对于高频线的位置影响反射特性，以使得可以根据所确定的反射系数计算距离。高频线例如被实现为微带线，其由通过粘合固定在工具机固定部分表面上的柔性材料制成。

[0015] 由振荡器提供的高频传输信号耦合到高频线中。传输信号的一部分与第一定向耦合器去耦并且被供应给功率检测器。传输信号的主要部分在通过第二定向耦合器之后被馈送到高频线中。

[0016] 从目标反照的反射信号与传输信号叠加。反射信号的一部分与第二定向耦合器去耦并且被供应给第二功率检测器。两个功率检测器连接到评估单元，所述评估单元确定并且发射两个功率的比率(即反射系数)，可以根据所述比率来指定目标距离的测量。

[0017] 附加地，可以提供导致距离传感器的显着谐振特性的另一个介电谐振器。目标与介电谐振器相距的距离的改变导致介电谐振器的谐振频率的偏移。然后，附加地或可替代地，确定目标的距离可以基于频率改变的评估。

[0018] 在Springer-Verlag 2012，由C.Nguyen,S.Kim评审的“Analysis and Design of RF Interferometric Sensors”中，描述了一种用于操作距离传感器的干涉测量方法。在这个该方法中，为了获得距离信息，对发送信号与接收信号之间的相移进行评估。在这样做时，不再可以从相位长度中清楚地识别距离传感器与目标之间的距离，所述距离大于信号波长的一半。在评审中，提出了通过信号处理算法获得清晰的相位信息片段。然而，这里有必要的是，将目标从开始偏移到待测量的位置，其中相位被连续记录。绝对测距距离传感器不能通过这一点来实现。

[0019] 在1999年12月的有关微波理论和技术的IEEE交易第12其、第47卷，由A Stelzer等人评审的“Microwave Position Sensor with Submillimeter Accuracy”中，描述了一种混合方法，其中干涉测量方法与已知的雷达方法组合，例如FMCW方法(调频连续波)。虽然这种方法再次允许清楚的距离确定，但所述方法不能简单地用于替代工业领域中的已知感应距离传感器。其这一点的主要原因通常是，通过工作频率的带宽来确定最小可能的测量距离，以使得它不能被测量直到位置零。此外，必须遵守与电磁辐射排放相关的适用规则。操作只能在ISM范围内，这就是为什么其不能在带宽和所得的最小距离上自由决定。例如，标准系统的最小距离为60厘米，所述标准系统完全使用24GHz的ISM范围的250MHz的可用带宽。

[0020] 在非预先公布的专利申请PCT/DE2013/000342中，描述了一种用于确定目标的位置或距离的传感器，还通过所述传感器来使用用于确定位置或距离的微波技术。所描述的接近传感器包含微波振荡器，所述微波振荡器提供透射波作为输出信号，接近传感器沿目标方向辐照所述透射波作为自由空间透射波，导电或至少具有导电表面的目标反射所述自由空间透射波作为自由空间反射波，并且接近传感器接收所述自由空间反射波作为反射波。提供了根据透射波和反射波确定反射系数，接近传感器提供其作为距离的测量。所描述的接近传感器的特征在于，波导中的透射波的耦合被引导作为波导透射波，波模提供将透射波耦合到波导中，所述波模导致将波导前端上的孔隙处的波导透射波分离成自由空间透射波，并且导致将自由空间透射波传播到目标。可以假设用较高分辨率的测量以及用较低分辨率的测量，以便在更大的距离上获得清晰度。随着距离的增加，出现复反射系数的相位角的模糊度。因此，如果在预定测量区内存在反射系数的相位模糊度，则通过考虑反射系数的量值来提供根据反射系数的相位清楚地确定距离。

[0021] 在互联网链接http://www.w1ghz.org/antbook/conf/SEPTUM.pdf,处，描绘了一种能够分离在波导中运行的电磁波的隔膜偏振器。隔膜是导电隔离壁，其就孔隙而言布置在波导的后端并且沿波传播方向排列。在侧视图中，隔膜的前限制线具有连续或阶梯式进程，以使得隔膜表面沿孔隙方向变小。

[0022] 在隔膜区中的波导两侧上存在连接，其中可以使用用于馈入高频信号的连接、以及用于去耦高频信号的相反连接。隔膜的特殊形成的前限制线在圆柱形波导中引导到被激发的两个正交TE11波模，所述波模以这种方式形成，使得另一个波模的电场被对准成垂直于隔膜，并且另一个波模的电场平行于隔膜。在隔膜被形成为薄的条件下，垂直于隔膜的波模不受隔膜的影响，而平行于隔膜的波模的相位速度可能受到前限制线的影响。例如，形成为阶梯形的限制线以这种方式选择，使得两个波模具有90度的相移，从而其叠加就导致圆偏振波。由于两个不同半部中的垂直分量彼此相对排列，一半的激发导致右旋圆偏振波，而在另一半中，左旋圆偏振波由于激发而产生。

[0023] 本发明的目的是指定其用于测量具有宽检测范围的目标的距离的接近传感器和方法，此外其与待检测的金属目标的磁导率无关，并且能够通过不同的方法来确定距离。

[0024] 所述目的通过独立权利要求中的每种情况中所述的特征来解决。

发明内容

[0025] 本发明基于用于测量目标与接近传感器相距的距离的接近传感器。接近传感器包含提供透射波作为输出信号的微波振荡器，接近传感器沿目标方向发射所述透射波作为自由空间透射波，导电或至少具有导电表面的目标反射所述自由空间透射波作为自由空间反射波，并且接近传感器接收所述自由空间反射波作为反射波，其中提供了根据透射波和反射波来确定距离。透射波被引导到波导中作为波导透射波。波模提供将透射波耦合到波导中，所述波模导致将波导透射波分离并且导致相对于目标传播自由空间透射波。根据本发明的接近传感器的特征在于，在波导中提供：用于引导透射波作为波导透射波的发射路径、以及用于引导反射波作为波导反射波的从发射路径电磁去耦的至少一个接收路径。

[0026] 根据本发明的接近传感器通过两个路径来实现使得除反射系数之外或代替反射系数还能够确定透射系数，所述两个路径彼此电磁去耦并且设置在波导中，一方面用于波导透射波并且另一方面用于波导反射波，其中根据一个路径内的反射波与透射波的比率来计算反射系数，并且根据接收路径中的反射波相对于发射路径中的透射波的比率来计算透射系数。通常，可以根据独立门处的出波与入波的比率来确定透射系数。

[0027] 由于透射系数是能够取决于目标的距离而测量的量，因此描述了由波导中的发射路径、到目标并再次返回的路径路由、以及波导中的接收路径形成的信号路径。因此，在反射系数和透射系数中包括传感器与目标之间的双重路径；然而，其路径在波导中是不同的，根据这一点导致不同的测量值。

[0028] 在这样做时，波导内的波导成形可影响到目标的距离对透射系数量值产生影响的方式。例如，可能以这种方式形成传感器头，以使得发射路径和接收路径彼此分开运行直到传感器的有效边缘，从而当目标线在有效表面上向上时，透射系数变为零。在这种情况下，目标中断发射路径与接收路径之间的信号路径，然而反射因数变为最大。可替代地，即使在有效表面的前方也可以将发射路径和接收路径引导到一起，从而最大量值可以偏移直到较小的距离值。

[0029] 例如，与感应式接近传感器相比，根据本发明的邻近传感器提供了相当宽的测量区，所述测量区可以变大到10倍以及可以是更大的线性区。

[0030] 与根据标准雷达原理的具有从零到最小距离的盲区的接近传感器相比，根据本发明的接近传感器可以在零至几厘米的区内检测非常小的距离。

[0031] 与使用特征谐振特性的接近传感器相比，不再需要对谐振频率的部分时间密集尝试，并且带宽与测距区无关，其中非常窄频带的操作或甚至带宽为零的操作是可能的。

[0032] 因为透射波的调制损耗和微波振荡器的非连续工作的损耗，所以根据本发明的接近传感器仅要求窄的高频带宽。因此，带宽甚至可能为零。因此，接近传感器符合相关EMV要求而没有问题。

[0033] 根据本发明的接近传感器的另一个实质优点是测量结果广泛地与目标磁导率无关。

[0034] 以制造为目的，以下是优点：可能以已知感应式接近传感器的标准结构形式来实现根据本发明的接近传感器。

[0035] 根据本发明的实施方式一方面使得能够印象所辐照的自由空间透射波的传播方向，并且另一方面使得能够用最低可能功率规定透射波，在所述实施方式中，接近传感器具有波导，其中波模提供了透射波的耦合，所述波模导致将波导前端上的孔隙处的波导透射波分离成自由空间透射波，并且导致将自由空间透射波传播到目标。

[0036] 根据本发明的接近传感器的有利实施方式和发展分别是从属装置权利要求的主题。

[0037] 一个实施方式提供了波导具有用于发射路径和接收路径的两个单独波导。在本实施方式中，两个波导的波导模式是相同的，并且在本实施方式中，透射波还导致自由空间中的扩散波。对于透射波，一个波导是可用的，而两个波导可以用于接收波。

[0038] 另一实施方式提供了通过圆偏振波导透射波以及在另一旋转方向上圆偏振的波导反射波来实现彼此去耦的两个单独路径。在目标的导电表面上发生自由空间透射波的偏振方向的旋转。

[0039] 例如，波导透射波是右旋或左旋的圆偏振波，而波导反射波是左旋或右旋的圆偏振波。根据TE11波导模式围绕波导轴的旋转而出现两种波形。

[0040] 本实施方式的实质优点是波导的整个表面可用于发射路径和接收路径。因为扩大的表面，所以有利地改善了波导的辐照特性和接收特性。这个属性基于以下事实：所观察的传感器头是所谓的孔隙辐射器。因此，散热器的孔隙对应于传感器头的有效表面。根据天线理论，孔隙辐射器专门沿一个空间方向辐照电磁能量并且能够接收电磁能量的能力直接由孔隙尺寸确定，并且从而由传感器头的有效表面确定。

[0041] 本实施方式的发展提供了隔膜偏振器被设置用于提供圆偏振波导透射波，并且用于将圆偏振波导透射波从类似圆偏振的波导反射波去耦。以上已经描述的隔膜偏振器可以在光刻工艺中作为平面结构来生产，并且因此直接集成在波导内的电子系统的电路板上。

[0042] 波导可能以这种方式形成，使得透射系数的进程从质量方面看对应于反射系数的进程。这种情况提供以下优点：仅透射系数的评估足以确定距离，从而可以省略通过定向耦合器进行的信号分离。在这样做时，与反射系数相关的详细描述中包含的实施方式也适用于透射系数。

[0043] 通过相对简单地激发属于波导透射波的一个圆柱形波导的TE11波模来获得传播的自由空间透射波。

[0044] 原则上，波导可以形成为矩形或圆柱形。一个有利的实施方式提供了波导形成为圆柱形。因此，可以利用已知感应式接近传感器的现有部件成本有效地实现根据本发明的接近传感器。此外，根据本发明的接近传感器与传统感应式传感器的直接交换是可能的，而不必对测量设备进行结构改变。

[0045] 根据本发明的接近传感器的另一个有利实施方式提供了介电窗口布置在波导前端上的孔隙处。介电窗口防止污物渗透到波导中。可替代地或特别地，附加地，整个波导可以用介电材料来填充。这种测量使得可能固定直接在波导中转换的优选存在的波形。

[0046] 利用将电路透射波转换成波导透射波的波模变换器最容易实现通过预定波模将透射波耦合到波导中。利用这种波模变换器，例如以阶梯方式形成的上述隔膜偏振器，也可以提供圆偏振波导透射波并且可以移除圆偏振波导反射波。

[0047] 为了确定距离的测量(例如根据反射系数)，因为已完成技术解决方案的可用性，所以可以特别有利地使用正交混频器或者可替代地使用6门技术。

[0048] 根据本发明的用于测量目标距离的方法提供了微波振荡器的输出信号被设置为透射波，沿目标方向辐照所述透射波作为自由空间透射波，导电或至少具有导电表面的目标反射所述自由空间透射波作为自由空间反射波，并且所述自由空间反射波被接收作为反射波，其中根据透射波和反射波确定距离，其中透射波在波导中被引导作为波导透射波，并且其中将透射波耦合到波导中通过波模而发生，所述波模导致在波导前端上的孔隙处分离波导透射波，并且导致将自由空间透射波传播到目标。根据本发明的方法的特征在于，在波导中，透射波在发射路径中被引导作为波导透射波，并且反射波在从发射路径电磁去耦的至少一个接收路径中被引导作为波导反射波。

[0049] 根据本发明的方法可以替代性地被称为用于操作根据本发明的接近传感器的方法。因此，与根据本发明的接近传感器相关的已经呈现的优点也存在于根据本发明的方法中。

[0050] 根据本发明的用于测量目标距离的方法的有利实施方式和发展分别是从属方法权利要求的主题。

[0051] 根据本发明的方法的有利实施方式提供了仅使用反射系数或仅使用透射系数来确定距离。

[0052] 根据本发明的方法的另一个有利实施方式提供了除反射系数之外，还使用透射系数来确定距离。因此，可以对测量结果进行真实性检查。

[0053] 实验证实，根据透射系数确定距离比根据反射系数确定距离对外部干扰影响的鲁棒性更大。

[0054] 有利地，属于圆柱形波导的TE11模式被设置为波模。

[0055] 根据本发明的方法使得能够仅利用透射波的一个频率以及仅利用一个预定波模来确定距离。

[0056] 替代性或附加的实施方式提供了在透射波的至少两个不同频率上交替地进行微波振荡器的调整以便确定距离。因此，可以进行根据透射波的至少两个不同频率以及通过一个单波模来确定距离。

[0057] 一个实施方式提供了，除了第一波模之外，至少一个第二波模被设置用于将透射波耦合到波导中。

[0058] 利用这种措施，根据另一个替代方案或根据附加的实施方式提供了，进行根据一个单频率的透射波并且至少以两个不同波模来确定距离。

[0059] 利用这个实施方式，例如，提供至少一个这种另外波模，所述另外波模在波导前方导致明显不同于传播的自由空间透射波的广泛消逝场分布，以使得差异尽可能大。为此，属于圆柱形波导的TM01模式是特别合适的。

[0060] 因为所描述的实施方式，可能以至少两种不同的方式确定距离，以使得根据不同方式确定的结果也可以被认为是合理的和/或可以产生清晰度。

[0061] 通过对波导孔隙处的反射系数进行根据透射波和反射波而确定的反射系数的反向计算，获得目标与波导孔隙相距的距离的即时测量。反向计算优选通过保角映射来进行，所述保角映射是保角的以使得基本相位信息不会丢失。

[0062] 在这样做时，只能从反射系数的相位获得距离的测量。此外，优选地考虑反射系数的量值。具体而言，当在预定测量区内存在反射系数的相位模糊度，则可以通过反射系数的量值来获得根据反射系数的相位清楚地确定距离。

[0063] 有利发展在一方面提供粗略校准，并且在适当的情况下还提供精细校准。

[0064] 根据一个实施方式，可以提供了将距离设置为模拟信号。

[0065] 附加地或可替代地，根据一个实施方式，可以提供切换信号被设置成已经超过或尚未达到特定距离的信号。

[0066] 从以下描述产生根据本发明的接近传感器和根据本发明的用于测量目标距离的方法的进一步有利的实施方式和发展。

[0067] 在附图中描绘并且在以下描述中更详细地说明本发明的示例性实施方式。

附图说明

[0068] 图1示出了根据本发明的接近传感器的简图，

[0069] 图2a示出了在第一激发下的波导横截面中的电场强度的图，

[0070] 图2b示意性地示出了在根据图2a的激发下的波导中和自由空间中的所得场强分布，

[0071] 图3a示出了在第二激发下的波导横截面中的电场强度的图，

[0072] 图3b示意性地示出了在根据图3a的激发下的波导中和自由空间中的所得场强分布，

[0073] 图4a示出了信号处理系统的方框接线图，

[0074] 图4b示出正交混频器的方框接线图，

[0075] 图4c示出了6门技术的方框接线图，

[0076] 图5a示出了测量的复反射系数的量值，

[0077] 图5b示出了测量的复反射系数的相位角，

[0078] 图6a示出了在保角映射之后的测量的复反射系数的量值，

[0079] 图6b示出了在保角映射之后的测量的复反射系数的相位角，以及

[0080] 图7示出了在保角映射之后的两个不同频率中的测量反射系数。

[0081] 图8示出波导中的彼此去耦的信号路径，其中提供了发射路径和至少一个接收路径，

[0082] 图9示出了两个路径中的场分布，

[0083] 图10示出了其中通过圆偏振波进行信号路径的去耦的波导，

[0084] 图11示出了波导的孔隙上的顶视图，波导具有指示的圆偏振自由空间透射波并且具有沿相对方向圆偏振的指示的自由空间反射波，以及

[0085] 图12示出了将测量其距离的目标上的顶视图，目标具有指示的自由空间目标透射波和指示的自由空间反射波。

具体实施方式

[0086] 图1示出了根据非预先公开的专利申请PCT/DE2013/000342的对应于现有技术的接近传感器10的简图，所述接近传感器10检测接近传感器10与目标12之间的距离D。已知布置用作以下描述的基础，然而以下描述类似地表征了根据本发明的接近传感器。结合图8-12所示布置的描述来揭露已知布置与根据本发明的接近传感器之间的结构差异。

[0087] 信号处理布置14提供透射波16，所述透射波16在高频线18中被引导作为线透射波16a直到到达波模变换器20。波模变换器20将线透射波16a的线束双线波模(QTEM)转换成预定波导波模，并将线透射波16a耦合到波导22中。

[0088] 波导22具有例如可以是矩形或圆柱形的预定横截面。在必要时，圆柱形结构是有利的，其中与本发明的接近传感器10相比，以简单的方式直接交换具有圆柱形壳体的现有感应式接近传感器变得可能。特别地，可以使用可用的支架。

[0089] 激发的波导透射波16b在波导22中延伸，到达波导22的前端上的开口或孔隙26，并且确定孔隙26的区域中的场分布。

[0090] 在波导22中行进的波导透射波16b(其波前在图1中绘出)在波导22的孔隙26处出现作为辐照的主导自由空间透射波16c(其波前也被绘出)。波导22的孔隙26对应于接近传感器10的有效表面。

[0091] 波导22可以在前端上的其孔隙26处具有介电窗口28。介电窗口28防止污物渗透到波导22中。可以考虑介电材料作为介电窗口28的材料，所述材料对于波导透射波16b具有尽可能小的透射损耗。例如，合适的材料是特氟隆或氧化铝。这里，材料的电容率作为选择标准，这是由于这个值与直径d一起还包括波导波模的波阻抗。

[0092] 填充有介电材料的波导的波阻抗ZHLεr从未填充波导的波阻抗ZHLε0产生：

[0093]

[0094] 原则上，应当以这种方式设置值，以使得波导透射波16b的传播模式的特征波阻抗对应于波导22前方的自由空间ZF0＝377Ω的波阻抗。因此，确保了进行从波导透射波16b到辐照的自由空间透射波16c的反射-弱转换。

[0095] 替代具有介电窗口28的实施方式或除其之外，波导管22(在适当情况下包括波模变换器20)可以用介电材料来填充。已经证明这个实施方式是特别有利的，这是因为在这样做时，波模变换器20可以机械固定在波导22中。在图1中，示出了实施方式，其中出于技术描绘原因，从透射波16的方向看，波模变换器20位于波导22的外部。

[0096] 辐照的自由空间透射波16c与目标12相遇，所述目标12位于波导22的孔隙26前方的确定距离D处。根据本发明的接近传感器10确定并且提供波导22的孔隙26与目标12之间的距离D的测量。

[0097] 完全由导电材料制成或具有由导电材料制成的至少一个表面的目标12，反射在波导22外部行进的自由空间透射波16c，以使得出现首先以自由空间反射波30a的形式的反射波30，图1中绘制了来自其的波前。自由空间反射波30穿过孔隙26回到波导22中，在所述波导22中反射波30作为波导反射波30b存在，其中再次绘出波导反射波30b的波前。

[0098] 波导反射波30b在波模变换器20中转换成线反射波30c，并且作为反射波30进入信号处理布置14。

[0099] 信号处理布置14与目标12之间的整体布置可分段看作高频线，其在图1的下部分中示意性地绘出。输入阻抗Z1、Z2、Z3或反射系数Γ1、Γ2、Γ3可以分配给每个部分。理想情况下，目标12的导电表面上存在短路，所述短路导致反射系数ΓD的量值至少约为1，并且自由空间透射波与自由空间反射波30a之间的相位PhΓD的相移至少为约180°。

[0100] 根据一个实施方式，可以通过测量波导22的孔隙处存在的阻抗Z1或反射系数Γ1来确定距离D的测量。取决于透射波16的已知频率，反射系数Γ1的相位PhΓ1描绘了距离D的初始模糊测量。

[0101] 在所示的示例性实施方式中，第一阻抗Z1或第一反射系数Γ1在波导22的孔隙26处出现。此外，假设空气存在于自由空间中，其波阻抗至少为约377Ohm。然而，可以代替空气提供不同的介质(例如介电壁)，其中然后对应地更改波阻抗。

[0102] 在波导22的孔隙26处直接测量反射系数Γ(具体地作为第一反射系数Γ1的测量)在技术上将是非常复杂的。因此，优选在信号处理布置14的位置处，在高频线18的开始处测量第三反射系数Γ3。实质优点是可以在信号处理布置14内执行测量。

[0103] 根据线理论，信号处理布置14与目标12之间的整体布置可以被描绘为不同线段32、34、36的级联。在忽略波模变换器20的情况下，线段32、34、36由取决于距离D的自由空间、波导22和高频线18形成。每个线段32、34、36具有特定波阻抗、(输入)阻抗Z1、Z1、Z3和(输入)反射系数Γ1、Γ2、Γ3。

[0104] 因此，反射系数Γ1、Γ2、Γ3各自基于对应区段32、34、36的波阻抗。例如，第一反射系数Γ1从在沿目标12的方向观看的波导管22的孔隙26处确定的(输入)阻抗Z1和自由空间的波阻抗产生。

[0105] 如果在第一线段32中，从自由空间假定的平面波是局部的，则第一反射系数Γ1的相位具有与距离D的截面线性功能连接。随着距离D的增加，产生第一反射系数Γ1的量值的单调下降函数。

[0106] 对应于波导22的最近线段34将阻抗Z1变换成阻抗Z2。

[0107] 高频线18的线段36的第三(输入)反射系数Γ3进而从Z2的变换产生并易于测量。

[0108] 通过保角映射38，表示距离D的测量的对应于Γ1的反射系数可以从在信号处理布置14中确定的第三反射系数Γ3得出。反射系数Γ是复尺寸，并且被定义为适合相同门的反射波30和透射波16的商。反射系数Γ1可以例如根据保角映射通过以下上下文来确定，其中Zref是可以通过以下描述的粗略校准来设置的归一化阻抗：

[0109]

[0110] 其中

[0111] Zref＝a+jb

[0112] 为了能够检测最大可能距离D，根据示例性实施方式，在波导22的孔隙26前方的区中存在对自由空间透射波16c尽可能少的消逝贡献，这是由于这些随着距离的增加而迅速消退，并且只在短距离D内为场分配提供小贡献。因此提供了，自由空间透射波16c至少有时对沿目标12方向传播的平面波具有主导作用以便确定距离D.

[0113] 孔隙26中的场分布由波导22中的波模分布预定。因此，激发波模，其明确广泛地导致沿目标12方向传播的自由空间透射波16c。然后，波导透射波16b应当在孔隙26处以尽可能少的反射转换成自由空间透射波16c。此外，波导波模的波阻抗必须尽可能地对应于自由空间的波阻抗，以及其场分布必须尽可能地对应于一个平面波。例如，这些条件可以通过矩形或圆柱形波导22的基波模来实现。

[0114] 在对应于感应式接近传感器的有效范围下，预定了圆柱形结构形状。利用接近传感器10的规范的类似应用，这意味着波导22优选地被实现为优选具有圆形横截面的圆柱形波导22。在没有考虑到这个规范严格来说仅适用于感应式接近传感器的情况下，然而也可以纯粹地原则上提供波导22的可自由选择的不同横截面，例如矩形横截面。

[0115] 在图2a-3b中，描绘了两个不同的场分布作为圆柱形波导22的示例。在这两个示例中，场分布从圆柱形波导22中的单峰激发产生。

[0116] 图2a示出了属于圆柱形波导的TE11模式中的激发40。在图2a中，在波导22的横截面中绘出电场强度40，其量值和方向由所指示的三角形表示。

[0117] 在图2b中以顶视图描绘了波导22内的对应场分布42和波导22的孔隙26前方的自由空间中的场分布44。TE11模式中的激发主要导致沿目标12方向传播的期望的自由空间透射波16c。这种传播自由空间透射波16c应当至少有时提供接近传感器10。

[0118] 图3a示出了属于圆柱形波导的TM01模式中的第二激发。在图3a中，在波导22的横截面中绘出电场强度46，其量值和方向由所指示的三角形表示。

[0119] 在图3b中以顶视图描绘了波导22内的对应第二场分布48和波导22的孔隙26前方的自由空间中的场分布50。在TM01模式中的激发导致孔隙26前方的自由空间中的广泛消逝的场分布50。

[0120] 反射系数Γ(特别是第三反射系数Γ3)的确定在信号处理布置14中进行，其框接线图如图4a所示。

[0121] 对应于图1所示部分的图4a所示的部分设置有相同的参考数字。

[0122] 其部件能够布置在波导管22的后端中以便对应于有利实施方式的信号处理布置14包含微波振荡器52，为定向耦合器56和正交混频器58提供其输出信号54。定向耦合器56进一步在波模变换器20上通过高频线18引导微波振荡器52的输出信号54。此外，定向耦合器56使反射波30去耦，并且进一步在正交混频器58上引导对应于反射波30的反射信号60。

[0123] 必要时提供开关62。开关62使得能够从微波振荡器52的输出信号54的第一频率切换到至少一个另外的频率。

[0124] 在定向耦合器56中，透射波16与反射波30分离。定向耦合器56可能以平面线技术实现，例如在微带技术中。

[0125] 可以基于分离的波16、30，例如通过正交混频器58中的正交混频来确定反射系数Γ(特别是第三反射系数Γ3)。

[0126] 正交混频器58的框接线图如图4b所示。正交混频器58通过将反射波30与透射波16混合而形成同相I和正交分量Q。正交混频使得能够基于参考信号(这里是输出信号54)的幅度和相位，确定要分析的信号(这里是反射信号60)的复包络的实部和虚部。

[0127] 确定反射系数Γ的另一机会提供了6门技术。图4c中示出了6门技术的实现示例。6门技术还提供了同相I和正交分量IQ。

[0128] 通过测量沿接线段的持续波，用于确定反射系数Γ的另一替代机会是可能的。

[0129] 两个分量I、Q被供应给计算单元64，其因此确定复反射系数Γ(特别是第三反射系数Γ3)，并且优选地采用以下进一步描述的校准和测量评估。

[0130] 计算单元64优选地还包含用于将第三复反射系数Γ3变换成第一复反射系数Γ1的保角映射38。计算单元64的输出信号66可以被直接评估作为距离D的测量。

[0131] 根据接近传感器10的有利实施方式，微波振荡器52、波模变换器20、定向耦合器56、正交混频器58和计算单元64布置在单个电路板，所述单个电路板由能够具有高频率的基材(例如玻璃纤维增强的特氟纶)制成。

[0132] 按照测量原理，提供了保角映射38，其描绘了以参考波阻抗为中心点的螺旋中的复平面中的第一反射系数Γ1，这对应于将波形阻抗归一化。因此，孔隙26与目标12之间的自由空间中的所有平面波在主导前进行波中组合。由于这个波由于损耗和辐照而失去功率，所以其传播常数和波阻抗都是复数的，这因此导致了接着产生复参考波阻抗。

[0133] 如果第一反射系数Γ1的参考波阻抗对应于等效线的波阻抗，则在复平面中的短路线的第一反射系数Γ1描述了一个运行的螺旋，其中距离沿着螺旋内部方向从短路增加。

[0134] 在不考虑波模变换器20的进一步影响的情况下，第三反射系数Γ3的进程描述了作为距离D的函数的复反射系数平面中的螺旋，其位置由单独变换产生。虽然原则上仍然存在一个螺旋进程，因此在通常的极坐标描绘中，可以产生用于第三个复反射系数Γ3的复杂进程。为了说明这一点，应当简单地假设螺旋完全在笛卡尔反射系数平面的第一象限中。通过假设这一点，极坐标中的反射系数Γ1的角度的值范围是0到π/2。根据先前随着距离D的增加而线性下降的相位进程，现在出现具有部分累积相位值而没有相位间隙的曲线。类似地，反射系数Γ3的不同的最大值和最小值从变换产生。最后，保角映射38的目的是通过归一化消除阻抗变换的影响,并且从而将螺旋进程的中心点移动到反射系数平面的原点。

[0135] 在图5a中，在保角映射之前示出第三反射系数Γ3的量值，并且在图6a中，在保角映射之后示出第三反射系数Γ3的量值。

[0136] 在图5b中，在保角映射之前示出第三反射系数Γ3的相位PhΓ1，并且在图6b中，在保角映射之后示出第三反射系数Γ3的相位PhΓ1。

[0137] 可以看出，在第三反射系数Γ3的量值的保角映射之后，产生了距离D与相位PhΓ3之间的单调下降函数和线性关系。

[0138] 在图7中，以Smith图示出第三复反射系数Γ(特别是第三反射系数Γ3)，其中示出了适用于透射波16的两个不同频率的两个曲线进程，通过开关62可以周期性地在所述两个曲线进程之间切换透射波16。

[0139] 目标12的距离D可以通过透射波16的相位常数从线性相位进程立即得出。如图7所示，当接近传感器10的检测区超过透射波16的波长的一半时，距离D与相位PhΓ之间的相关性因为相位进程PhΓ的周期性最初并不清楚。为了能够也为距离D的更大的测量区实现明确的解决方案，附加地评估反射系数Γ的参考进程，并且从而消除纯相评估的模糊性。由于保角映射38描绘了处于单调下降进程的所确定的第一反射系数Γ1的幅度，因此成功地执行该评估。

[0140] 为了实现传感器概念，根据有利的实施方式，至少提供粗略校准，但是优选提供粗略校准和精细校准。

[0141] 对于保角映射进行粗略校准：

[0142]

[0143] 必要归一化阻抗：

[0144] Zref＝a+jb

[0145] 得以确定。作为粗略校准的结果，Γ1描述了复反射系数平面原点周围的螺旋，因此出现如图6a和图6b所示的单调下降反射系数量值和近似线性下降相位。尽管进程的运行方式看起来是线性的，但是与这个理想进程的偏差几乎是不可避免的。优选地另外提供的精细校准的目的是，一方面通过随后提供用于故障补偿的测量评估的多项式来接近这些偏差。另一方面，在精细校准期间，发展|Γ1(D)|的多项式描述，通过其移除了相位测量的模糊性。

[0146] 两个校准的基础形成复反射系数Γ3的值(参考值)，其在沿着检测区D产生传感器之后被接收和存储一次。因此，要获得的值对的数量主要由要实现的传感器精确度确定。

[0147] 粗略校准可以例如以下面方式进行：

[0148] 为了能够考虑沿着线段36、34、32的所有寄生影响，不尝试根据等效电路图分析性地确定归一化阻抗，而是直接从已完成传感器的参考值获得Zref。从以下开始：

[0149] Zref＝a+jb,

[0150] 保形映射是

[0151]

[0152] 其中a和b以这种方式通过|Γ1|随着距离D的增加单调下降的迭代过程来确定。

[0153] 为了这样做，|Γ1(D)|被认为是具有两个参数a和b的D的函数。对单调的需求与|Γ1(D)|的局部最大值的消失是同等重要的。通过以下方式可以找到根据其该函数达到最大值的k位置Di≠0：

[0154]

[0155] 以及条件：

[0156]

[0157] 数值优化过程的目的是现在以这种方式确定a和b，使得|Γ1(Di)变得最小并且在理想情况下k＝0。

[0158] 作为迭代的起始值，

[0159]

[0160] 可用于选择并且从而用于计算|Γ1|。

[0161] 根据一个实施方式，提供了以这种方式形成波模变换器20以使得这样直接执行Z1的阻抗变换，从而可以大大简化或甚至完全省略保角映射。

[0162] 优选地另外提供的精细校准可以例如按照下面方式进行：

[0163] 在精细校准的第一步骤中，发展插值多项式或函数|Γ1(D)|，其程度决定近似的质量。多项式的程度进而受限于发展点的数量，所述发展点是测量的参考点。然而，由于可能以测量技术方式接收任何数量的点，因此也可以针对任何精确度找到插值多项式。这个多项式的目的是通过反射系数Γ的测量参考来对距离D进行粗略测量。这个测量仅用于确定相位的正确间隔。

[0164] 在实践中，尽管保角映射而仍在相位进程中出现的非线性直接形成在确定距离D时预期的准确性。为了减少测量误差，在确定距离D时，从而优选执行后续的线性化。

[0165] 基于保角映射之后的反射系数Γ的相位进程，通过|Γ|将不变相位进程转换成恒定和清晰的函数。各个参考位置处的相位值由传感器评估确定，并且确定实际值与期望值之间的差异。沿着检测区的相位的所有偏差再次由多项式描绘。这里，可以通过任意数量的测量点来实现任意高度并且因此实现任意精确度。

[0166] 如果由于确定距离D而确定和存储多项式，则可以确定精确相位的偏差并且可以校正测量结果。

[0167] 在这一点上，再一次指出，根据本发明的接近传感器10的校准所必需的数据被确定并存储在图4中未更详细示出的存储装置中。接近传感器10提供绝对距离D的测量，并且在操作中不需要任何参考。

[0168] 根据接近传感器10的发展或者用于测量目标12的距离D的方法，提供了确定反射系数Γ并因此确定距离D，而不是通过具有至少两个不同频率的微波振荡器54的预定频率。为了在频率之间切换，提供开关62，所述开关62致使微波振荡器52交替地给输出信号54提供第一频率和至少一个另外频率。在这样做时，如先前结合图7所述，产生了进一步的螺旋进程68、70，其中反射系数Γ的正确保角映射38用于另外的频率。因此，理论上，随着目标12的距离D的增加从两个不同频率处的评估看出增加的相位差PhΓ，可以从所述相位差获得清晰度。这个实施方式对于很大的距离D是特别有利的，这是因为这里反射系数Γ的参考进程是更平坦的，并且因此在必要时其确定变得更容易出错。

[0169] 原则上，通过用两个不同频率和一个单波模来测量距离D，可以对确定的距离D进行合理性检查或验证。

[0170] 另一个有利发展提供了，代替单峰激发，附加地在波导22中产生另外的波模，并且以不同波模确定反射系数Γ。结果，获得至少一个另外的独立复尺寸，其可以用于确定距离D和/或移除相位PhΓ中的模糊性。在这种发展中，需要若干个波模变换器20。

[0171] 在这样做时，也可以对确定的距离D进行真实性检查或验证。

[0172] 如果需要的话，为了确定距离D，可以使用透射波18的至少两个不同频率和至少两个不同的波模。

[0173] 对应于输出信号66的距离D的确定测量值被设置为模拟信号。可替代地或附加地，输出信号66可以被设置为开关信号，所述开关信号发出信号通知已经超过或尚未达到特定距离D。

[0174] 用于确定距离D的先前描述的布置和先前描述的过程不仅适用于已知的接近传感器，而且还特别地以相同的方式适用于根据本发明的接近传感器10。

[0175] 根据本发明的接近传感器10偏离了从公开的专利申请PCT/DE2013/000342已知的接近传感器，这是因为：根据本发明，提供了在波导22中彼此电磁去耦的两个路径、用于波导透射波16b的发射路径80、以及用于波导反射波30b的至少一个接收路径82。

[0176] 波导透射波16b仅在发射路径80中被引导并且在孔隙26处被辐照。自由空间透射波16c在目标12上被反射，并且由目标物体12辐照作为沿波导22方向的自由空间反射波30a。

[0177] 自由空间反射波30a在波导22的接收路径82中传播。在所示的示例性实施方式中，假设自由空间反射波30a不仅在一个接收路径82中传播，而且还在发射路径80中传播，所述发射路径80由此同时是发射路径80和接收路径82。由此，波导22的整个孔隙26可用于接收自由空间反射波30a。

[0178] 在本实施方式中，波模变换器20以这种方式形成，使得一方面它将线透射波16a变换成波导透射波16b，并且将发射路径80中的反射波16a再次转化成线束波；以及另一方面，它将接收路径82中出现的中空反射波30b在接收门处转换成线束波。波模变换器20在所示的示例性实施方式中被实现为隔膜偏振器，其操作模式已被广泛描述。

[0179] 因此，在发射路径80中的接收波与透射波之间的反射系数Γ、以及接收路径82中的接收波与发射路径82中的透射波之间的透射系数tr、和发射路径80中的透射波可以根据线束波来确定。因此，反射系数Γ由一个门处反射波和透射波的商定义，并且透射系数tr由两个不同门处的接收波和透射波的商定义。

[0180] 实现在波导22中彼此电磁去耦的发射路径80和接收路径82的实质优点是，除了反射系数Γ之外或代替反射系数Γ，可以确定透射系数tr。

[0181] 利用图8所示的示例性实施方式，通过波导22中可由导电分隔壁84提供的两个分开波导，在发射路径80与接收路径82之间进行去耦。

[0182] 假设波导22被实现为圆柱形波导22，则图9示出了发射路径80中的波导透射波16b以及接收路径82中的波导反射波30b的场分布。

[0183] 图10示出了用于实现发射路径80以及与发射路径80电磁分离的接收路径82的波导22的有利实施方式。在本实施方式中，波导22的整个体积对于波导透射波16b和波导反射波30b都是可用的。波导透射波16b和波导反射波30b都可以使用由波导22提供的整个开口。在发射路径80和接收路径82中的分离发生在被实现为隔膜偏振器的波模变换器20的区中，其中路径80、82在隔膜偏振器的两侧上形成。因此，波导22的整个孔隙26可用于每个信号路径80、82，以使得在给定外径处优化波导22的辐照和接收特性。

[0184] 基于图10中的线A-A'，图11示出了波导22的孔隙26上的顶视图A-A'。在所示的示例性实施方式中，假设波导透射波16b被偏振为向右旋转(从后方到波的传播方向上的观察方向)，并且被辐照作为对应的右旋圆偏振自由空间透射波16c。

[0185] 基于图10中的线B-B'，图12示出了目标12上的顶视图。因为目标12的导电表面，所以右旋圆偏振自由空间透射波16c被反射为左旋圆偏振自由空间波30a。因为图12中的镜面反转描绘的顶视图，基于图11，相反地指示波的旋转方向。

[0186] 左旋圆偏振自由空间反射波30a进一步在波导22中出现作为左旋圆偏振波导反射波30b。

[0187] 波模变换器22在具有圆偏振波的实施方式中实现，优选地作为隔膜偏振器。在所示的示例性实施方式中，被实现为隔膜偏振器的波模变换器具有阶梯式平面结构，其优选地通过光刻工艺制成，并且因此可以直接集成在包括其他电子部件的板上。以上已经更详细地解释了电子部件在波导22中的集成。

[0188] 如前所述，本发明的实质优点是电磁去耦信号路径80、82的实现，并且除了反射系数Γ之外或代替其，透射系数tr可以被检测作为能够被测量并且取决于到目标12的距离D的测量。

[0189] 透射系数tr描述信号路径，所述信号路径由波导22中的发射路径80、到目标12并再次返回波导22中的接收路径82的路径进程形成。

[0190] 距离D与透射系数tr的量值之间的连接可以被波导22内的波导成形影响。例如，最大量值的位置受以下的影响：发射轨道80和接收轨道82是仅在接近传感器10的有效表面上一起被引导还是仍然在圆柱形波导22内部。如果两个路径80、82彼此分开延伸直到有效表面，则在目标距离为零时，透射系数tr为零。

[0191] 相比之下，也可能以这种方式形成波导或传感器头，使得当目标距离为零时(例如当使用隔膜偏振器和圆偏振波时是可能的)，产生透射系数tr的量值最大值。

[0192] 因此，特别地，波导22可能以这种方式形成，使得透射系数的进程从质量方面看对应于反射系数Γ的进程。

[0193] 这种情况带来了相当大的优点，即距离D的确定可以仅基于透射系数tr的确定。在这样做时，由于透射波16和反射波都已经分开存在，所以不需要通过定向耦合器56进行的信号分离。