DD278864A1 - SENSOR FOR HUMIDITY MEASUREMENT - Google Patents
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- G01N22/00—Investigating or analysing materials by the use of microwaves or radio waves, i.e. electromagnetic waves with a wavelength of one millimetre or more
- G01N22/04—Investigating moisture content
Abstract
Die Erfindung betrifft einen Sensor zur Feuchtemessung, bestehend aus einem Generator, einem Wellenleiter, einer Auskopplung und einer Antenne. Der Erfindung liegt als Aufgabe die Entwicklung einer Schaltung zugrunde, bei der eine Entkopplung der Baugruppen untereinander nicht erforderlich ist. Die Aufgabe wird erfindungsgemaess dadurch geloest, dass die Antenne als Seriendiskontinuitaet zwischen Generator und Auskopplung angeordnet ist, wobei der Realteil der Antennenimpedanz fuer einen bestimmten Feuchtegehalt gross gegen den Realteil der Eingangsimpedanz der Transformationsleitung ist, der Realteil der Eingangsimpedanz der Transformationsleitung ebenfalls gross gegen den Wellenwiderstand ist und die Laenge der Stichleitung und die Laenge der Transformationsleitung so gewaehlt werden, dass der Imaginaerteil der Eingangsimpedanz bei Aenderung der Feuchte des Messgutes annaehernd konstant bleibt. Fig. 1The invention relates to a sensor for moisture measurement, consisting of a generator, a waveguide, a coupling and an antenna. The invention is based on the task of developing a circuit in which a decoupling of the modules with each other is not required. The object is achieved according to the invention in that the antenna is arranged as a series discontinuity between generator and decoupling, wherein the real part of the antenna impedance for a certain moisture content is large against the real part of the input impedance of the transformation line, the real part of the input impedance of the transformation line is also large against the characteristic impedance and the length of the stub line and the length of the transformation line are chosen so that the imaginary part of the input impedance remains approximately constant when the humidity of the material to be measured changes. Fig. 1
Description
Hierzu 2 Seiten ZeichnungenFor this 2 pages drawings
Die Erfindung betrifft einen Sensor zur Feuchtemessung, bestehend aus einem Generator, einem Wellenleiter, einer Auskopplung und einer Antenne.The invention relates to a sensor for moisture measurement, consisting of a generator, a waveguide, a coupling and an antenna.
Es sind Verfahren bekannt, bei denen das betreffende Objekt durchstrahlt wird und der Feuchtegrad durch die Ermittlung der feuchteabhängigen Absorption von Mikrowellenstrahlung bestimmt wird.Methods are known in which the object in question is irradiated and the degree of moisture is determined by determining the moisture-dependent absorption of microwave radiation.
Nachteilig hierbei ist, daß Mikrowellenabsorptionsmessungen aufwendig und teuer sind. Sie benötigen getrennte Sende- und Empfangseinrichtungen.The disadvantage here is that microwave absorption measurements are complicated and expensive. You need separate transmitting and receiving devices.
Andere Lösungen nutzen den Zusammenhang zwischen Reflexionsgrad und Feuchtegehalt des zu messenden Obiektes.Other solutions use the relationship between reflectance and moisture content of the obiektes to be measured.
Ein derartiges Verfahren ist aus der DE-OS 3317200 bekannt. Dabei wird zur Messung der Feuchte bei Schüttgütern die Antenne in das Schüttgut hineingebracht. Die Antenne ist in Streifenleitertechnik ausgeführt. Wesentlich ist, daß die Antenne reflexionsfrei an das zu messende Medium angepaßt ist. Mit wachsendem Feuchtegehalt des Schüttgutes wird die Anpassung der Antenne verschlechtert. Die daraus resultierende Reflexion der HF-Energie an der Antenne wird zur Bestimmung des Feuchtegehaltes ausgenutzt.Such a method is known from DE-OS 3317200. In this case, the antenna is introduced into the bulk material for measuring the moisture content of bulk materials. The antenna is designed in stripline technology. It is essential that the antenna is adapted reflection-free to the medium to be measured. With increasing moisture content of the bulk material, the adaptation of the antenna is deteriorated. The resulting reflection of the RF energy at the antenna is used to determine the moisture content.
Von Nachteil ist, daß eine Reihe komplizierter und teurer Baugruppen erforderlich ist.The disadvantage is that a number of complicated and expensive modules is required.
Der Grund dafür ist, daß alle Baugruppen der Schaltung untereinander entkoppelt sind.The reason for this is that all components of the circuit are decoupled from each other.
Ziel der Erfindugn ist es, teure und komplizierte Baugruppen zu vermeiden.The aim of Erfindugn is to avoid expensive and complicated assemblies.
Der Erfindung liegt als Aufgabe die Entwicklung einer Schaltung zugrunde, bei der eine Entkopplung der Baugruppen untereinander nicht erforderlich ist.The invention is based on the task of developing a circuit in which a decoupling of the modules with each other is not required.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Antenne als Seriendiskontinuität zwischen Generator und Auskopplung angeordnet ist, wobei der Realteil der Antennenimpedanz für einen bestimmten Feuchtegehalt groß gegen den Realteil der Eingangsimpedanz der Transformationsleitung ist, der Realteil der Eingangsimpedanz der Transformatioribleitung ebenfalls groß gegen den Wellenwiderstand ist und die Länge der Stichleitung und die Länge der Transformation., leitung so gewählt werden, daß der Imaginärteil der Eingangsimpedanz bei Änderung der Feuchte des Meßgutes annähernd konstant bleibt.The object is achieved in that the antenna is arranged as a series discontinuity between generator and decoupling, wherein the real part of the antenna impedance for a certain moisture content is large against the real part of the input impedance of the transformation line, the real part of the input impedance of the transformer is also large against the characteristic impedance and the length of the stub line and the length of the transformation., Line are chosen so that the imaginary part of the input impedance remains approximately constant with change in the humidity of the measured material.
Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Lösung einfach in ihrem Aufbau und billig ist.The advantage of the invention is that the solution is simple in construction and cheap.
Ausführungsbeispielembodiment
Die Lösung soll nun an Hand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. Die dazugehörigen Zeichnungen haben folgende Bedeutung:The solution will now be explained in more detail with reference to an embodiment. The corresponding drawings have the following meaning:
Fig. 1: Aufbau der erfindungsgemäßen Schaltung, Fig. 2: äußere Meßanordnung.Fig. 1: Structure of the circuit according to the invention, Fig. 2: outer measuring arrangement.
Die Ausführung erfolgt in Streifenleitertechnik auf kupferkaschiertem Leiterplattenmaterial.The design is carried out in stripline technology on copper-clad circuit board material.
Wie aus der Figur hervorgeht, besteht die Schaltung aus einem Oszillatortransistor 1, einem Auskopplungstransistor 2 in Audior schaltung, einer Schlitzantenne 3, Va-Transformationsleitungen 4, Stichleitungen I1, Transformationsleitungen 1 und Widerständen 5.As is apparent from the figure, the circuit consists of an oscillator transistor 1, a coupling transistor 2 in audio circuit, a slot antenna 3, Va transformation lines 4, stubs I 1 , transformation lines 1 and resistors. 5
Die Emitter-Basis-Kapazität des Oszillatortransistor 1 bildet zusammen mit der Induktivität der Stichleitung 11.1 und dom Imaginärteil X2 der Eingangsimpedanz Z2 der Transformationsleitung 12.1 den frequenzbestimmenden Teil eines Mikrowellenoszillators, der in einen Wellenleiter (hier Streifenleiter), bestehend aus den Stichleitungen I1 und Transformationsleitungen I2, Energie in Form elektromagnetischer Wellen einkoppelt. Die Schlitzantenne 3 stellt eine Seriendiskontinuität im Wellenleiter dar und ist zwischen den Transformationsleitungen 12.1 und 12.? angeordnet.The emitter-base capacitance of the oscillator transistor 1, together with the inductance of the stub 11.1 and dom imaginary X 2 of the input impedance Z 2 of the transformation line 12.1 the frequency-determining part of a microwave oscillator, in a waveguide (stripline here), consisting of the stubs I 1st and transformation lines I 2 , energy in the form of electromagnetic waves coupled. The slot antenna 3 represents a series discontinuity in the waveguide and is between the transformation lines 12.1 and 12. arranged.
Am Ende der Transformationsleitung 12.2 befindet sich der Auskopplungstransistor 2, der zur Auskopplung und Gleichrichtung der HF-Energie sowie zur Verstärkung der gewonnenen Gleichspannung dient. Das Gleichspannungssignal wird am Widerstand 5.5 abgenommen und einer hier nicht gezeichneten Auswerteeinheit zugeführt.At the end of the transformation line 12.2 is the output transistor 2, which is used for decoupling and rectification of the RF energy and to amplify the DC voltage obtained. The DC voltage signal is removed at the resistor 5.5 and fed to an evaluation unit not shown here.
Die äußere Meßanordnung (Figur 2) besteht aus einen Sensor 6 und den Anpassungstransformatoren 7.1 und 7.2, zwischen denen das zu messende Objekt 8 durchgeführt oder angeordnet wird.The outer measuring arrangement (Figure 2) consists of a sensor 6 and the matching transformers 7.1 and 7.2, between which the object to be measured 8 is performed or arranged.
Zur Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung:For the operation of the device according to the invention:
Die Antennenimpedanz ZA liegt in Reihe mit der Eingangsimpe Janz Z3 der Transformationsleitung 12.2. Da der Realteil RA der Antennenimpedanz ZA groß gegen den Wellenwiderstand Zo c es Wellenleiters ist, ergibt sich für die vom Oszillatortransistor 1 kommende Welle ein großer Reflexionsfaktor r)# so daß die Welle zum größten Teil reflektiert wird. Der nicht reflektierte Teil teilt sich auf die Schlitzantenne 3 und die Transformationsleitung 12.2 entsprechend dem Verhältnis der Realteile der Impedanzen auf. Da der Realteil R4 der Antennenimpedanz ZA auch groß gegen den Realteil R3 der Eingangsimpedanz Z3 der Transformationsleitung 12.2 ist, erhält die Schlitzantenne 3 den größten Teil der Energie, während in die Transformationsleitung 12.2 sehr wenig eingekoppelt wird. Das heißt, die Auskopplung ist vom Oszillatortransistor 1 weitgehend entkoppelt und es liegt kein oder nur ein sehr kleines Signal an.The antenna impedance Z A is in series with the input impedance Janz Z3 of the transformation line 12.2. Since the real part R A of the antenna impedance Z A is large against the characteristic impedance Zo c it waveguide, resulting for the coming of the oscillator transistor 1 wave a large reflection factor r ) # so that the shaft is reflected for the most part. The non-reflected part is divided into the slot antenna 3 and the transformation line 12.2 in accordance with the ratio of the real parts of the impedances. Since the real part R 4 of the antenna impedance Z A is also large compared to the real part R 3 of the input impedance Z 3 of the transformation line 12.2, the slot antenna 3 receives most of the energy, while very little is coupled into the transformation line 12.2. That is, the decoupling is largely decoupled from the oscillator transistor 1 and there is no or only a very small signal.
Infolge Reflexion der abgestrahlten Welle am Objekt, dessen Feuchtegehalt bestimmt werden soll, ändert sich die Antennenimpedanz ZA. Da der Betrag des Reflexionsfaktors r2 mit wachsender Feuchte größer wird (bei 100% absoluter Feuchte sit r2 = -1), verkleinert sich der Realteil der Objektimpedanz und damit auch der Realteil der Antennenimpedanz ZA. Das erfolgt aber nur dann, wenn der Abstand von der Schlitzantenne 3 zum Objekt 8 kleiner als 1A der Wellenlänge ist. Dadurch verringert sich der Reflexionsfaktor η, das heißt. Schlitzantenne 3 und Transformationsleitung 12.1 entnehmen der ankommenden Welle mit wachsender Objektfeuchte mehr Energie. Außerdem entfällt auf die Transformationsleitung 12.1 mit kleiner werdenden Realteil RA der Antennenimpedanz ZA entsprechend dem geänderten Widerstandsverhältnis RA/Rs ein größerer Anteil der nicht reflektierten Energie.As a result of reflection of the radiated wave on the object whose moisture content is to be determined, the antenna impedance Z A changes . Since the amount of the reflection factor r 2 increases with increasing humidity (at 100% absolute humidity sit r 2 = -1), the real part of the object impedance and thus also the real part of the antenna impedance Z A decreases. However, this only takes place when the distance from the slot antenna 3 to the object 8 is less than 1 A of the wavelength. This reduces the reflection factor η, that is. Slot antenna 3 and transformation line 12.1 remove more energy from the incoming wave with increasing object moisture. In addition, the transformation line 12.1 with a decreasing real part R A of the antenna impedance Z A corresponding to the changed resistance ratio R A / Rs accounts for a larger proportion of the non-reflected energy.
Das bedeutet, daß die Transformationslcitung 12.1 mit wachsender Feuchte stärker angekoppelt wird und somit mehr Energie zur Auskopplung gelangt (wachsendes Signal).This means that the transformation line 12.1 is coupled more strongly with increasing humidity and thus more energy is output for decoupling (increasing signal).
Die Schaltung kann auch so ausgelegt werden, daß eine vorhandene Ankopplung von 12.1 mit wachsender Feuchte geringer wird (kleiner werdendes Signal).The circuit can also be designed so that an existing coupling of 12.1 becomes smaller with increasing humidity (decreasing signal).
Zur Anpassung an den Sensor bei verschiedenen Meßgütern mit verschiedenen Feuchtegehalten werden Materialien mit angepaßten Dielektrizitätszahlen und/oder angepaßten Abmessungen verwendet. Um Rückwirkungen auf die Frequenz des Oszillators klein zu halten, werden die Längen der Stichleitung 11.1 und der Transformationsleitung 12.1 so gewählt, daß der Imaginärteil X2 der Eingangsimpedanz Z2 der Transformationsleitung 11.1 im interessierenden Feuchtebereich annähernd konstant bleibt.In order to adapt to the sensor in different measured goods with different moisture contents materials with adapted dielectric constants and / or adapted dimensions are used. In order to minimize feedback effects on the frequency of the oscillator, the lengths of the stub 11.1 and the transformation line 12.1 are chosen such that the imaginary part X 2 of the input impedance Z 2 of the transformation line 11.1 remains approximately constant in the humidity range of interest.
Claims (2)
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Family Applications (1)
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Also Published As
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