电测量设备、方法以及计算机程序产品的制作方法

专利名称：电测量设备、方法以及计算机程序产品的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于执行电阻抗测量的电测量设备，包括被提供了被测阻抗的测量单元；以及连接至该测量单元的无源谐振电路，用于在接收到由分离的有源发送及接收单元发送的询问信号时，产生要由该分离的有源发送及接收单元接收的测量信号，以确定电阻抗。
背景技术：
美国专利公布US 6 870 376描述了为了确定例如植物生根的土壤或基质中的湿度水平的目的而执行电阻抗测量的电测量设备。该阻抗基本上是根据电容器附近的湿度而变化的电容器。因此，以电的方式，可以局部地确定湿度水平。
例如，从禾斗学文章"Remote Query Resonant-Circuit Sensors forMonitoring of Bacteria Growth: Application to Food Quality Control" byKeat Ghee Ong and others, published in Sensors, pp.219-232， 2002进一步获知，根据本文开头段落的电测量设备，其中，被设计为电容器的阻抗是测量单元的无源谐振电路的一部分，该测量单元与发送并接收电磁场的分离的发送及接收单元的元件电去耦合。通过将发送及接收单元电磁耦合到谐振电路，可以获得关于电容器的信息，这是因为电容器的电容值(其顺次依赖于例如局部湿度水平)影响谐振电路的性能。可以采用该测量设备来检査例如食物中的细菌生长。
在测量设备的操作期间，发送及接收单元发送电磁询问信号，于是无源谐振电路产生反射测量信号，该反射测量信号从而由分离的发送及接收单元接收并分析。测量信号的峰值频率可以根据电容器的实际值而变化，因此获得对测量单元中的电容器附近的湿度的测量。
这样的无接触阻抗测量的优点主要是每测量单元的低制造成本以及由于无源组件的使用而导致的相对长的寿命，以及在执行测量中易于使用，这是因为用户几乎不需要(如果也会需要的话)执行任何耗时且易于导致测量误差的机械操作，例如将测量单元放置于样本中以及从样本中移除测量单元。
为了获得质量好的无接触阻抗测量，使用参考测量来校准测量单元，其中，阻抗位于受调节的空间中。在将测量单元放置在原位之前执行这样的参考测量。
这涉及以下问题在放置测量单元时，实际上不再可能有参考测量，而谐振电路的参数可能漂移，例如通过老化。这使得阻抗测量不那么纯。此外，经过体验，执行参考测量是对用户不友善的且劳动量大的。

发明内容
本发明的目的是提供本文根据开头段落的电测量设备，由此，在保持优点的同时，消除所提到的缺点。特别地，本发明的目的是提供根据本文开头段落的电测量设备，由此，提高了阻抗测量的精度。为此，测量单元还被配置为，根据询问信号，借助于谐振电路，产生要由有源发送及接收单元接收的参考信号。
通过提供测量设备，由此在参考测量期间，根据询问信号，借助于谐振电路，产生要由有源发送及接收单元接收的参考信号，那么在提供了该测量设备的情况下，可以有利地在任何位置和时间进行参考测量，也可以在要执行阻抗测量处进行参考测量。基于根据需要且每当期望时就可进行的参考测量，可以校准阻抗，使得阻抗测量的精度提高。
此外，实现了对谐振电路的漂移参数的校正。此外，测量单元被置于受调节的空间时的参数测量已变得多余，这在很大程度上增强了使用的容易性并降低了放置测量单元方面的额外成本。此外，关于谐振电路中的元件的制造公差可能不太严格，这有助于进一步降低成本价格。
当单个发送及接收单元与多个测量单元结合使用时，这就带来了成本优势，这是因为测量单元可以由相对少的、不昂贵的组件组成，而用于分析测量信号和参考信号的相对复杂的电子装置可以在发送及接收单元中实现。
此外，通过借助于谐振电路发送测量信号和参考信号，很好地节约了组件。
注意，术语阻抗可被理解为包括多种类型的无源离散电元件，如电容器、电感器和/或电阻器、以及显示出电容、电感和/或电阻性能的材料。在这一点上，诸如材料的电介质性能或导电性之类的术语也是惯常的。作为对物理变化的测量的、测量电阻抗的技术有时叫作阻抗谱法。
参考信号是根据询问信号而产生的。这种依赖性可以以各种方式实现。因此，例如，询问信号的频率和/或幅度可以改变以使得在期望时产生测量信号或参考信号。此外，可以向询问信号提供用于产生测量信号或参考信号的代码。在这一点上，也可以选择将询问信号设计为使得既产生测量信号又产生参考信号。
优选地，由测量单元发送的信号是窄带的。然后，测量信号和单个或多个参考信号位于有限带宽中，以使得实际上，可在可用频带中使用电测量设备。因此，例如，测量信号的频率与单个或多个参考信号的频率可以相互间有几个百分点或更小的差异。
有利地，测量单元可以被配置为，根据询问信号，借助于谐振电路，从多个参考信号中产生特定参考信号。通过实现多个参考信号的发送，测量系统的更多信息可以在分离的发送及接收单元处变得可用于例如改进测量或可用于获得关于测量单元的其他信息，例如测量单元的识别信息。
根据本发明的一方面，测量单元和分离的有源发送及接收单元被配置用于无线相互信号传送，从而允许无接触测量。因此，电测量设备的使用的容易性增大，这是因为在分离的有源发送及接收单元与测量单元之间建立信号传送不需要线连接。然而，备选地，信号传送也可借助于线连接实现，以便例如实现成本的节约或改进信号传送的可靠性和/或灵敏度。
根据本发明的一方面，测量单元还可以包括参考电路，用于根据询问信号，借助于谐振电路，产生参考信号。通过由此以受控制的 方式影响幅度特性，可以用额外测量来执行绝对校准。
根据本发明的另一方面，谐振电路的电性质保持不变，同时，测 量单元还被配置为，根据询问信号，借助于谐振电路，产生具有与测 量信号的中心频率不同的中心频率的参考信号。这样，关于该特性的 额外信息变得可用，使得同样可以执行绝对校准。
通过将附加参考电路连接至谐振电路，电路可用于既产生测量信 号又产生参考信号，因此可以节约测量单元的电组件的数目。然而， 备选地，附加参考电路也可以是分离的谐振电路的一部分，以使得分 别产生测量信号和参考信号。
通过经由开关元件将被测阻抗或附加参考电路连接至谐振电路， 可以根据开关元件的状态来产生测量信号或参考信号。开关元件的状 态可以受询问信号影响，以获得期望的信号。
附加参考电路可以被置于至少部分受调节的空间中，优选地使得 与被测阻抗的相应性质化相比，参考电路的电特性实质上不变，以获 得有意义的参考测量。
通过用无源设计制造附加参考电路，可以特别便宜地制造测量单 元的电路，同时，使用寿命实际上是无限的。然而，附加参考电路也 可被设计成具有紧致的能源，以使得可以实现要分析的信号的复杂度 的简化。
此外，本发明涉及一种方法。
此外，本发明涉及一种计算机程序产品。
本发明的其他有利实施例表示在从属权利要求中。


基于附图中表示的示例性实施例，将进一步阐明本发明。在附图
中
图1示出了根据本发明的电测量设备的第一实施例的电路； 图2示出了根据本发明的电测量设备的第二实施例的电路； 图3示出了根据本发明的电测量设备的第三实施例的电路；图4示出了出现在图3电路中的信号的时域图； 图5示出了图3的信号的幅度谱；
图6示出了根据本发明的电测量设备的第四实施例的电路； 图7示出了经过线圈的电流的幅度谱；
图8示出了根据本发明的电测量设备的第五实施例的电路；
图8A示出了方波信号；
图8B示出了基本谐波和两个二阶级波；
图9示出了根据本发明的电测量设备的第六实施例的电路； 图IO示出了由测量设备产生的信号的第一幅度谱； 图11示出了由测量设备产生的信号的第二幅度谱； 图12示出了测量单元的第一示意框图；以及 图13示出了测量单元的第二示意框图。
附图仅是本发明的优选实施例的示意表示。在附图中，相同的或 相应的部件由同样的参考标记指定。
具体实施例方式
图1示出了根据本发明的电测量设备的第一实施例的电路1。
电路l被配置为执行无接触阻抗测量。电路包括两个线圈2、 3， 这两个线圈是电隔离的并在测量设备的操作期间实现电磁耦合K。第 一线圈2被配置在分离的有源发送及接收单元中，第二线圈3是测量 单元中的无源谐振电路4的一部分。通过电磁耦合，可以执行在机械 上无接触的测量。注意，电磁耦合或无线电连接也可以以其他方式实 现，例如，使用电偶极子和/或磁偶极子。
如图1所示，谐振电路4是无源的，因此测量单元可以被有利地 设计成没有电池。
与谐振电路4的线圈3并联的是参考电容器5和被测阻抗6。参 考电容器5是附加无源参考电路的可能实施方式。处于两个阻抗电极 6A、 6B之间的被测阻抗6可经由开关9连接并已被建模成互相并联 的电容器7和测量电阻器8，例如，典型地，其可以分别具有大约100 pF和大约1,000 Q的值。这些值可以依赖于被测量的材料、电极的表面和电极之间的距离，以及依赖于谐振频率。
测量设备的操作如下。发送及接收单元的线圈2发送电磁询问信
号，例如具有1 MHz频率的无线电波，其由谐振电路4的线圈3捕获， 谐振电路4被调谐为使得根据开关9的状态来产生测量信号或参考信 号。测量信号或参考信号从而由发送及接收单元的线圈2捕获，以用 于分析。通过确定测量信号或参考信号的特性(例如谱和/或幅度信 息)，可以确定关于谐振电路4电性质的信息。阻抗电极6A、 6B可以 被置于要检查的材料中，以使得可以确定阻抗电极6A、 6B之间的材 料的电介质变化。为了可持续使用的目的，将谐振电路4的其他组件 容纳于外壳(也称作包装)中。
当打开开关9时，谐振电路仅由线圈3和参考电容器5形成，从 而获得参考信号。在开关9的闭合状态下，谐振电路4的特性还由阻 抗6形成，从而获得测量信号。因此，通过测量电容器7的影响，可 以使峰值频率失谐，而通过测量电阻器8的影响，可以减小最大谱幅 度和/或可以发生谱淡化。
通过根据询问信号对开关元件9迸行操作并且改变询问信号的频 率，例如利用频移(也称作频率扫描)，可以检测到失谐的峰值频率。
根据本发明的电测量设备可以有利地用于对局部材料特性进行 无接触测量，这是因为材料的条件影响被测阻抗的电性能并因此影响 由谐振电路产生的测量信号。材料中的变化与例如湿量、酸度和/或矿 物浓度有关。此外，例如陶瓷的介电常数可以用于测量外部水湿张力。 此外，在基质上提供的塑料层可以对诸如温度、气体浓度或pH值等 周围环境影响敏感。因此，测量设备例如可以被实现为用于花、植物 和/或其他农作物生根的土壤和/或基质的水量传感器。于是，例如， 在生长物的盆栽中或在农地中，测量设备可用于监控的目的。可选地， 测量设备可以耦合至灌溉系统。
另外，可想到其他领域的应用，例如，在生物纳米技术领域中用 于观察生物基质的变化。这一点的具体示例是用于食品工业的传感器， 例如，用于检验牛奶质量、果汁随时间的变化和/或肉类产品中的细菌 生长的传感器。当然，可想到更多应用，例如用于确定诸如沙子或水泥等多孔材料的水量、医学应用、水管理以及在石油工业的使用。
因此，实际上，测量单元可被置于被测环境中。分离的发送及接 收单元可被包括在移动的、可选地为便携式的模块中，并可由用户随 身携带。因此，同一个发送及接收单元可以无接触地耦合至多个测量 单元以执行无接触测量。因此，可以更进一步利用测量单元中组件的 节省。
优选地，选择测量单元的线圈3和参考电容5的参数，以获得高
品质因数。此外，优选地，选择附加参考电路的组件的参数，以使得 测量信号的主频率和参考信号的主频率互相有大约几个百分点的差 异，以使得与发送及接收单元中的设备的带宽有关的要求保持有限， 并且次生效应不显著。然而，原则上，也可选择参数以使得所提到的 主频率彼此进一步远离。对于如图l所示的电路，在一方面的主频率 的比率和另一方面的电容器的比率之间存在平方关系。
图1中的开关元件9被设计为可经由外部场进行操作的机械开 关。因此，例如，簧片继电器由于外部磁场而进行切换。为此，例如， 分离的发送及接收单元可配备有用于产生外部磁场的激励器。
优选地，发送及接收单元使用自动幅度控制，从而校正由发送及 接收单元与测量单元之间的距离和物质引起的功率损失。
图2示出了根据本发明的电测量设备的第二实施例的电路，其中， 开关元件9被设计为半导体开关，具体地是MOSFET 9A，其是经由 带有二极管IO和电容器11的整流电路来实现的。在收到相对低幅度 的询问信号时，MOSFET 9A保持关断，从而产生参考信号。然而， 如果接收到相对高幅度的询问信号，则MOSFET 9A进入导通状态， 从而产生测量信号。当然，其他半导体开关也是可能的。此外，电路 可被配置以使得在收到相对低幅度的询问信号时产生测量信号，而在 收到相对高幅度的询问信号时产生参考信号。
此外，如图3所示，开关元件9可被设计为电非线性组件，例如 二极管9B。如上述MOSFET 9A的情况那样，当询问信号具有相对高 的幅度时，二极管9B进入导通状态。在接通和断开平稳询问信号期 间，分别出现导通和关断现象，其中，融合了测量信号和参考信号。为了谐振电路的适当操作，二极管9B优选地具有低二极管电压、
高反向电压以及低结电容。
图4和5分别示出了由图3所示的电路中的谐振电路4产生的信 号的时域图和频谱图。分别相对于时间t和频率f绘制电压V。信号 在谐振频率l MHz处具有参考分量12，并在接近大约0.85 MHz的偏 移频率周围具有测量分量13。测量分量13具有由测量电阻8引起的 一定谱宽度。
图6示出了根据本发明的电测量设备的第四实施例的电路。此处， 开关元件9被设计为具有两个分别连接至被测阻抗6和附加无源参考 电路的二极管9B、 9C的电路。与测量单元的线圈3并联的是共振电 容器16，以获得谐振电路4。附加的无源参考电路(也称作参考阻抗) 包括相互并联的参考电容器14和参考电阻器15。当然，也可以不同 地设计附加的无源参考电路，例如，设计为仅有电容器14或电阻器 15或者与附加线圈相结合。
通过电路的结构，将谐波询问信号的正部分呈现给被测阻抗6， 而将负部分呈现给参考阻抗14、 15。此外，出现询问信号的高次谐波。 高次谐波的幅度和相位包含关于被测阻抗6和参考阻抗14、15的信息。 在测量阻抗和参考阻抗7、 8; 14、 15相等的特定情况下，偶次谐波减 震(quench)。此外，在参考阻抗和测量阻抗14、 15; 6的其他情况下， 可以基于关于谐波的信息来确定测量阻抗6的参数。此处，可以使用
各种谱分量的幅度和相位信息。
图7示出了经过第二线圈3的电流的幅度谱，其被解释如下。由 于二极管的非线性，单独经过每个二极管分支的正弦形电流引起偶次 谐波。由于一个二极管在正弦的正部分期间导通且另一个在负部分期 间导通，所以如图8所示，这两个二极管分支中的偶次谐波抵消，而 在图8A和8B中关于第二线圈3和二极管9B、9C的各自端子18、18、 51、 52示出了诸如方波60、基本谐波61和两个二阶谐波62、 63等电 量。当二极管分支中的阻抗6、 19彼此相等时，因此仅从由第一线圈 2引起的原始方波60的奇次谐波建立经过第二线圈3的电流。当阻抗 6、 19不同时，这两个二极管分支中的偶次谐波不再相等，在第二线圈3中留下了差动电流。因此，经过第二线圈3的电流包括偶次谐波
和奇次谐波。于是幅度谱可能看上去例如图7所示，其中，将谐波 al、……、a10的幅度A作为归一化的频率f的函数示出。通常，偶 次谐波的幅度是阻抗6、 17的不等量和原始方波60的幅度的函数。为 此，从接收到的信号的幅度中，可以推导出这两个阻抗的不等量。奇 次谐波的幅度实质上专门是方波60的函数。
例如，可以通过在发送及接收单元处局部地产生高次谐波，并应 用同步检测以确定与由谐振电路产生的信号的谱分量的相位关系，来 获得相位信息。同步检测器具有非常高动态范围和低干扰灵敏度的优 点。
为了实现二极管的恒定操作点，可以将一次谐波的幅度控制为使 得所发送的奇次谐波中的一个的幅度保持与一次谐波的幅度形成固定 比率，而不管两个线圈2、 3之间的距离如何。偶次谐波与奇次谐波之 间的幅度比率从而一律固定并且是对阻抗间不等量的绝对测量。
两个分支的不等量也可以通过施加跨过或经过这两个阻抗的额 外电压或电流来实现，例如，通过使用具有不同基极发射极电压的二 极管。因此，可以用包含例如标识代码的另一信号来对偶次谐波进行 调制。
图9示出了根据本发明的电测量设备的第六实施例的电路，其中， 已将图3的电路扩展为包括与第二线圈3并联的额外支电路。该额外 支电路是两个二极管9D、 9E和额外阻抗20的串联。通过进一步提高 询问信号的幅度，还可以使额外支电路导通，以便响应于询问信号， 发送与测量信号和参考信号不同的又一信号，这是因为实际上也己经 另外连接了额外阻抗20。因此，可以执行额外测量(例如对温度)。 因此，询问信号的幅度级的设置允许在不同类型的响应信号之间进行 选择，从而允许测量单元的已编码的询问。更一般地，向测量单元提 供了额外电路，该额外电路用于根据询问信号来产生要由有源发送及 接收单元无线接收的额外信号。
在期望时，额外支电路的模式可以进一步继续为其中有三个或更 多个二极管串联的并联电路，。此外，这样的额外支电路也可与本发明的其他实施例(例如图2和6所示)结合使用。
优选地，向发送及接收单元提供了用于处理测量信号和参考信号 以确定电阻抗的处理器。
可以借助于特定处理器组件以及借助于特定程序来实施用于执 行这样的处理操作的方法。
可选地，可以在一个或多个所定义的谐波上对参考信号进行计 算，并且可以基于一个或多个其他谐波来对测量信号进行计算。
根据本发明的一方面，信号由分离的发送及接收单元进行处理， 以确定电阻抗。这可以以不同的方式执行。
在第一实施例中，在单个或多个参考测量期间，.通过使用一个或 多个开关接通或切断一个或多个参考电路，连接至谐振电路的阻抗可 以改变。因此，明显地，谐振电路的幅度特性改变。在固定频率处测 量每测量的这种特性变化。然而，原则上，在连续的测量中也可以选 择任何随机的其他频率。此外，可以确定每测量的幅度特性变化的峰 值频率。在该第一实施例中，幅度特性似乎可以作为频率的函数进行 偏移。
在根据本发明的实际实施例中，在多个接收到的信号处于固定的
预定频率的情况下，可以确定积分谐振电路阻抗的归一化幅度。图10 示出了作为频率f的函数的、具有三个幅度特性cl、 c2、 c3的第一幅 度谱A，其与已由测量单元产生的测量信号和两个参考信号相对应。 在固定频率fe处，确定积分谐振电路阻抗的相应的归一化幅度Al、 A2、 A3。可以基于三个参数(即，电阻率或电导率、电容以及感应率) 来对依赖于频率的积分谐振电路阻抗进行建模。此外，通过将谐振电 路阻抗乘以测量单元与分离的发送及接收单元之间的传送的标量转移 函数，来完成归一化。假设标量转移函数在各种测量信号期间是不变 的，并且假设作为谐振电路阻抗的特征的其他三个参数也是常量或通 过开关的操作以受控制的方式变化，那么，可以导出一组方程，从其 中可以求解出这三个参数以及标量转移函数。由此，可以确定被测阻 抗。假设感应率充分已知，那么，三个测量足以确定其他三个参数， 即，标量转移函数、电导率和电容。在该上下文中，注意到，测量的精度总体上可以通过更准确地预 先确定感应率来改进，例如，通过对感应率进行校准或修正。此外， 可以更好地确定诸如电导率和/或电容之类的其他参数，例如通过在空 气中的测量。此外，参考电容可被附加地包括在电路中，以获得通过 参考测量对感应率的更好估计。
注意，也可以执行不同数目的测量(而不是三个测量)来确定阻 抗，例如两个测量，其中通过外推，可以获得对第三个未知参数的 估计；或者多于三个测量，例如四个测量，以使得可以改进测量的精 度，例如，采用最小二乘法。
在用于处理信号的第二个实施例中，测量单元被配置为，根据询 问信号，借助于谐振电路，产生具有与测量信号的中心频率不同的中 心频率的参考信号。因此，被测电阻抗的值是可以通过确定不同频率 处的归一化谐振阻抗的幅度特性来确定的。图11示出了作为频率f 的函数的、具有单个幅度特性cl的第二幅度谱A，其与由测量单元产 生的测量信号和两个参考信号相对应。通过确定不同频率fcl、 fc2、 fc3处的幅度Al、 A2、 A3，可以基于上述建模来推导出电阻抗的值。 通过选择不同的频率(该不同频率处的幅度谱是在幅度谱的相对陡斜 率处测量的)，可以提高测量的分辨率。
根据本发明的另一方面，可以在第一频率(例如大约27 MHz) 处发送询问信号，而在不同的、第二频率处确定测量信号和/或参考信 号。为此，测量单元可被配置为，在第二频率(例如大约13.5MHz) 处发送测量信号。测量单元也可以发送实质上能量集中于第一频率周 围的测量信号，而接收单元在第二频率处测量测量信号。通过针对所 发送的信号和返回信号使用不同的频率，可以控制例如由于发送器单 元的电感而引起的干扰。此外，还可以控制高次谐波的影响。
图12示出了根据上述原理的测量单元的概略框图。测量单元70 包括接收器71，接收器71将接收到的信号传递给与其连接的接收器 电路72，接收器72被调谐至第一频率，在这种情况下例如为大约27 MHz。此外，单元70包括分频器73，分频器73由供电单元75供电， 供电单元75由接收器电路提供能量。此外，分频器73与多个分频器74相连接并与谐振电路77相连接，谐振电路77进而连接至测量电极 76。多个分频器74用于相继连接第一参考电路和第二参考电路79、 80，第一参考电路和第二参考电路79、 80中的每一个包括己知的参考 电容。因此，在每种情况下，测量单元70发送测量信号和两个参考信 号的序列。经由谐振电路77，将测量信号以及两个参考信号全部定向 至与其连接的发送器78，以便被发送，以使得分离的发送及接收单元 可以接收并处理这些信号。谐振电路77被调谐至13.5 MHz。在测量 单元的该实施例中，信号的频率因此保持恒定，而连接至谐振电路的 阻抗改变。
根据本发明的另一方面，询问信号包括调制后的信号，例如，处 于例如大约27 MHz的初始信号，该调制后的信号是已通过幅度调制 而在例如2.4 GHz的载波上进行调制的。可以在测量单元上对调制后 的信号进行解调，例如利用二极管电路，以使得响应于该调制后的信 号，测量单元可以发送测量信号和/或参考信号。
图13示出了根据上述原理的测量单元的示意框图。测量单元70 包括接收器71，接收器71将接收到的信号传递给与其连接的接收器 电路81，接收器电路81被调谐至第一频率，在这种情况下例如为2.4 GHz。将由此过滤的信号传递给幅度调制检测器(例如被设计成二极 管)，以提取基带信号，例如大约27 MHz的信号。经由发送器78发 送依赖于连接至测量电极的测量阻抗的该信号，以由分离的发送及接 收单元接收。除了27MHz的信号，当然也可以使用稍微变化的信号， 例如26.9 MHz或27.1 MHz。通过相继使用具有稍微变化的频率的信 号，从而可以使用使连接至谐振的阻抗的特性保持不变的方案，同时， 通过确定不同频率处的幅度谱来获得额外信息。
注意，电测量设备仅包括单个谐振电路，以使得仅需要相对小数 目的组件。此外，测量单元使相对紧致的。此外，执行窄带测量，以 使得实际上可以在小的带宽内可靠地执行测量。本发明不限于此处所 描述的示例性实施例。多种变型是可能的。
因此，可以以不同方式实现附加无源参考电路，例如，另外包括 参考电阻或者仅包括参考电阻。
16此外，充当开关元件的电非线性组件不仅可被设计成二极管，还 可被设计成晶闸管、三端双向可控硅开关、气体放电管、聚合体ESD 保护元件或非线性电阻。
此外，注意，在如图l所示的实施例中，附加无源参考电路和被 测阻抗原则上可以互换。
此外，除了基于并联线圈和电容器的谐振电路，还可以使用不同 的谐振电路，例如，使用两个或更多个线圈的谐振电路。
此外，注意，测量信号和参考信号可以由同一接收器单元接收， 或者由分离的接收器单元接收。
根据本发明的一方面， 一方面的分离的有源发送及接收单元与另 一方面的测量单元之间的通信也可以经由线连接来进行。为此，为了 执行测量的目的，分离的有源发送及接收单元可以例如用可拆卸的连 接模块来耦合至测量单元。
此外，可以向测量设备提供串联电路，以补偿由潮湿基质中的电 极引起的传输线效应。然而，备选地，这样的补偿也可以后来通过计 算机计算来进行。
此外，可以使用一个或多个电路来连接或切断一个或多个参考电 路，以使得测量设备适于测量具有相对大幅度范围的阻抗。
此外，注意，通过充当开关元件的二极管的反并联连接，可以不
建立可能妨碍二极管操作的、跨过二极管的DC电压。
对于本领域技术人员来说，这些变型将是清楚的，并且，这些变 型应被理解为落在如权利要求中限定的本发明范围之内。
权利要求
1、一种用于执行电阻抗测量的电测量设备，包括被提供了被测阻抗的测量单元；以及连接至所述测量单元的无源谐振电路，用于在接收到由有源发送及接收单元发送的询问信号时，产生要由分离的有源发送及接收单元接收的测量信号，以确定电阻抗；其中，所述测量单元还被配置为，根据询问信号，借助于谐振电路，产生要由有源发送及接收单元接收的参考信号。
2、 根据权利要求l所述的电测量设备，其中，由所述测量单元发 送的信号是窄带的。
3、 根据权利要求1或2所述的电测量设备，其中，所述测量单元 被配置为，根据询问信号，借助于谐振电路，从多个参考信号中产生 特定的参考信号。
4、 根据前述权利要求中任一项所述的电测量设备，其中，所述 测量单元和所述分离的有源发送及接收单元被配置用于无线相互信号 传送。
5、 根据前述权利要求中任一项所述的电测量设备，还包括:参 考电路，用于根据询问信号，借助于谐振电路，产生参考信号。
6、 根据前述权利要求中任一项所述的电测量设备，其中，所述 测量单元被配置为，根据询问信号，借助于谐振电路，产生具有与测 量信号的中心频率不同的中心频率的参考信号。
7、 根据前述权利要求l-6中任一项所述的电测量设备，其中，所述参考电路与谐振电路相连接。
8、 根据前述权利要求l-6中任一项所述的电测量设备，其中，所述被测阻抗或所述附加参考电路经由开关元件连接至谐振电路。
9、 根据前述权利要求中任一项所述的电测量设备，其中，所述 开关元件被设计成能够经由外部场进行操作的机械开关，或者被设计 成半导体开关。
10、 根据前述权利要求中任一项所述的电测量设备，其中，所述 开关元件被设计成电非线性组件。
11、 根据前述权利要求中任一项所述的电测量设备，其中，所述 附加参考电路被置于至少部分受调节的空间中。
12、 根据前述权利要求中任一项所述的电测量设备，其中，所述 附加参考电路包括作为谐振电路一部分的参考电容。
13、 根据前述权利要求中任一项所述的电测量设备，其中，所述被测阻抗和所述附加参考电路都经由开关元件连接至谐振电路。
14、 根据前述权利要求中任一项所述的电测量设备，其中，所述 附加参考电路包括相互并联的参考电容和参考电阻。
15、 根据前述权利要求中任一项所述的电测量设备，其中，附加 无源参考电路的组件的参数被选择为，使得测量信号的主频率与参考 信号的主频率相互有大约几个百分点的差异。
16、 根据前述权利要求中任一项所述的电测量设备，还包括有源 发送及接收单元。
17、 根据前述权利要求中任一项所述的电测量设备，其中，所述 有源发送及接收单元包括处理器，用于处理测量信号和参考信号， 以确定电阻抗。
18、 根据前述权利要求中任一项所述的电测量设备，其中，所述 测量信号和所述参考信号包括由电非线性组件产生的谐波的一个或多 个分量。
19、 根据前述权利要求中任一项所述的电测量设备，其中，所述 测量单元还被提供了额外电路，所述额外电路用于根据询问信号，产 生要由有源发送及接收单元无线接收的额外信号。
20、 根据前述权利要求中任一项所述的电测量设备，其中，所述 附加参考电路具有无源设计。
21、 一种用于执行电阻抗测量的方法，包括以下步骤.--借助于有源发送及接收单元来发送询问信号；-在接收到询问信号时，通过分离的测量单元的无源谐振电路来 产生测量信号，其中，谐振电路连接至被测阻抗；-借助于有源发送及接收单元来接收测量信号，以确定电阻抗； -在测量单元上执行参考测量，其中，所述参考测量是如下执行的根据询问信号，经由附加电路和谐振电路，产生要由有源发送及 接收单元接收的参考信号。
22、 一种计算机程序产品，能够由用于使参考测量在测量单元上 执行的处理单元所读取，所述测量单元形成用于执行电阻抗测量的测 量设备的一部分，所述测量单元被提供了被测电阻抗，并且，无源谐 振电路连接至所述测量单元，其中，执行参考测量在于，处理要由分 离的有源发送及接收单元接收的测量信号以及要由有源发送及接收单 元接收的参考信号，以确定电阻抗，其中，所述测量信号是在接收到 由有源发送及接收单元发送的询问信号时由谐振电路产生的，所述参 考信号是根据要由分离的发送及接收单元发送的询问信号、借助于附 加电路和谐振电路而产生的。
全文摘要
本发明涉及一种用于以无接触的方式执行电阻抗测量的电测量设备。该测量设备包括被提供了被测量的阻抗(7、8)的测量单元；以及连接至该测量单元的无源谐振电路(4)，用于在无线接收到由有源发送及接收单元发送的询问信号时，产生要由分离的有源发送及接收单元无线接收的测量信号，以确定电阻抗。此外，向该测量单元提供附加参考电路(5)，附加参考电路(5)优选地连接至谐振电路，以根据询问信号，产生要由有源发送及接收单元接收的参考信号。
文档编号G01D5/24GK101680778SQ200880001530
公开日2010年3月24日 申请日期2008年1月2日 优先权日2006年12月29日
发明者赫拉尔杜斯·科内利斯·玛丽亚·迈耶, 马克西姆斯·安德烈亚斯·希尔霍斯特 申请人:代尔夫特理工大学