DE10016315A1

DE10016315A1 - Vorrichtung zur Messung von Schichtdicken

Info

Publication number: DE10016315A1
Application number: DE10016315A
Authority: DE
Inventors: Axel Schmitz-Huebsch; Joerg Gros
Original assignee: G Lufft Mess und Regeltechnik GmbH
Current assignee: G Lufft Mess und Regeltechnik GmbH
Priority date: 2000-03-31
Filing date: 2000-03-31
Publication date: 2001-10-11
Anticipated expiration: 2020-04-01
Also published as: ES2435922T3; DE10016315B4; EP1275014A2; AU2001260172A1; WO2001073472A2; WO2001073472A3; EP1275014B1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der Dicke eines Belags auf einer Oberfläche, insbesondere eines Belags aus Wasser oder Eis, Die Vorrichtung zeichnet sich aus durch eine Einrichtung zum Senden von Radarsignalen durch die zu messenden Schicht, eine Einrichtung zum Empfangen der Radarsignale, die von der der Oberfläche abgewandten Grenzfläche des Belags reflektiert worden sind, und eine Einrichtung zum Ermitteln der Dicke des Belags aus einem Phasenvergleich der von der Einrichtung zum Senden gesendeten Radarsignale und der von der Einrichtung zum Empfangen empfangenen Radarsignale. Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Messung der Dicke eines Belags auf einer Oberfläche, insbesondere eines Belags aus Wasser oder Eis, mit einem in Richtung des zu messenden Belags offenen dielektrischen Resonator, einer an den dielektrischen Resonator gekoppelten Auswerteeinrichtung zur Speisung des dielektrischen Resonators mit einer variablen Frequenz, einer Detektionseinrichtung zum Ermitteln der Amplitude des dielektrischen Resonators in Abhängigkeit von der eingespeisten Frequenz, und einer Einrichtung zum Ermitteln der Dicke des Belags aus der ermittelten Amplitude des dielektrischen Resonators und der eingespeisten Frequenz. Weiterhin betrifft die Erfindung Steuereinrichtung für eine Abtauvorrichtung mit einer derartigen Vorrichtung und einer Einrichtung, die ein Signal an die Abtaueinrichtung zur Inbetriebnahme derselben abgibt, wenn durch die ...

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der Dicke eines Belags auf einer Oberfläche, insbesondere eines Belags aus Wasser oder Eis.

Stand der Technik

Im Stand der Technik sind eine Vielzahl von Vorrichtungen zur Messung der Dicke von Schichten bekannt. Allerdings findet sich im Stand der Technik keine Vorrich tung, die in die Oberfläche integrierbar ist und mit der sich eine veränderliche Dicke eines auf der Oberfläche befindlichen Belags ermitteln lässt.

Beschreibung der Erfindung

Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung zu schaffen, die eine Messung einer sich verändernden Dicke eines Belags ermöglicht.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Messung der Dicke eines Be lags auf einer Oberfläche, insbesondere eines Belags aus Wasser oder Eis, mit einer Einrichtung zum Senden von Radarsignalen durch den zu messenden Belag, einer Einrichtung zum Empfangen der Radarsignale, die von der der Oberfläche abge wandten Grenzfläche des Belags reflektiert werden, und einer Einrichtung zum Er mitteln der Dicke des Belags aus einem Phasenvergleich der von der Einrichtung zum Senden gesendeten Radarsignale und der von der Einrichtung zum Empfangen empfangenen Radarsignale.

Dadurch dass die Radarstrahlen so emittiert werden, dass sie durch den Belag laufen und an der von der der Oberfläche abgewandten Grenzfläche des Belags reflektiert werden, lässt sich die erfindungsgemäße Vorrichtung so in der Oberfläche integrieren, dass die Dicke eines sich auf der Oberfläche befindlichen Belags, beispielsweise aus Wasser oder Eis, auf einfache Weise ermittelt werden kann.

Entsprechend einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kann die Einrichtung zum Ermitteln der Dicke die von der Einrichtung zum Senden gesendeten Radarsi gnale und die von der Einrichtung zum Empfangen empfangenen Radarsignale mi schen. Mit einer zuvor ermittelte Beziehung zwischen Phasendifferenz und Dicke des Belags lässt sich schließlich eine gemessene Phasendifferenz einer bestimmten Dic ke des Belags zuordnen und sich somit die Dicke des Belags ermitteln.

Hierdurch kann auf einfache und kostengünstige Weise eine Einrichtung zum Ermit teln der Dicke implementiert werden. Insbesondere kann hierzu auf einfache und be kannte Verfahren im Gebiet der Elektronik zurückgegriffen werden.

Vorteilhafterweise können die gesendeten Radarsignale vor dem Mischen mit einer Phasenverschiebung von π/2 versehen werden. Durch diese Maßnahme werden die gesendeten und die empfangenen Signale weiter gegeneinander verschoben, so dass die Messgenauigkeit erhöht werden kann.

Die zuvor beschriebenen Ausführungen können dahingehend vorteilhaft weitergebil det werden, dass die gesendeten und/oder empfangenen Radarsignale zur Ermittlung der Dicke des Belags quadriert werden. Hierdurch wird eine Verdopplung des Be reichs erzielt, in dem eine Phasendifferenz zwischen gesendetem und empfangenen Signal auf eindeutige Weise einer Belagsdicke zugeordnet werden kann.

Die Einrichtung zum Senden von Radarsignalen und die Einrichtung zum Empfangen der reflektierten Radarsignale sind für einen Frequenzbereich von 1 bis 100 GHz ausgelegt. Hierdurch ist es auf einfache Weise möglich einen Messbereich in einer Größenordnung von einigen Millimetern zu realisieren. Darüber hinaus stehen in die sem Frequenzbereich Sende- und Empfangseinrichtungen zur Verfügung.

Vorteilhafterweise arbeitet die Einrichtung zum Senden der Radarsignale und die Ein richtung zum Empfangen der reflektierten Radarsignale in dem ISM-Band. Dieses Band ist weltweit freigegeben, so dass die erfindungsgemäße Vorrichtung ohne Pro bleme einsetzbar ist. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführung wird eine Fre quenz von 2,45 GHz verwendet. Aufgrund dieser relativ niedrigen Frequenz können die Kosten für die Herstellung der Vorrichtung vergleichsweise (im Gegensatz zu hö heren Frequenzen) relativ gering gehalten werden, so dass ein universeller Einsatz der Vorrichtung auch bei kostenkritischen Anwendungen ermöglicht wird.

Die Vorrichtung kann so ausgelegt werden, dass sie eine Ortsauflösung im Sub-mm- Bereich, vorzugsweise mindestens 0,1 mm, aufweist. In diesem Bereich lassen sich durch die Vorrichtung optimale Ergebnisse erzielen.

Entsprechend einer anderen Weiterbildung der zuvor beschriebenen Vorrichtungen können die Einrichtung zum Senden und die Einrichtung zum Empfangen für Dauer strichbetrieb ausgelegt sein. Durch diese Maßnahme lässt sich insbesondere die Ein richtung zum Senden auf einfache Weise und daher kostengünstige Weise ausbilden.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausbildung aller zuvor beschriebenen Vorrichtun gen können die Einrichtung zum Senden der Radarsignale und die Einrichtung zum Empfangen der reflektierten Radarsignale eine gemeinsame Antenneneinrichtung aufweisen. Hierdurch kann eine kleine Bauhöhe der Vorrichtung sichergestellt wer den, so dass sich der mögliche Einsatzbereich der Vorrichtung dadurch vergrößert. Außerdem vereinfacht sich dadurch, dass ein Bauelement von zwei Einrichtungen gemeinsam benutzt wird, der Aufbau der Vorrichtung, so dass die Vorrichtung auch zu geringeren Kosten hergestellt werden kann.

Entsprechend einer anderen höchst vorteilhaften Weiterbildung aller zuvor beschrie benen Vorrichtungen kann diese so ausgebildet sein, dass sie bündig mit der Ober fläche, auf der die Dicke eines Belags gemessen werden soll, vorsehbar ist. Im Zu sammenhang mit der im letzten Absatz beschriebenen Ausführung kann vorteilhaf terweise die Antenneneinrichtung entsprechend der Oberfläche, auf der die Dicke des Belags gemessen werden soll, ausgebildet sein. Durch diese Maßnahme kann die Vorrichtung vollständig integriert werden, was einerseits zu einem erhöhten Schutz der Vorrichtung gegen Beschädigung führt und andererseits eine Messung ohne Be einflussung der Oberflächenform führt, wie dies in einer Vielzahl von Anwendungen erforderlich ist.

Die oben beschriebene Aufgabe wird ausserdem gelöst durch eine Vorrichtung zur Messung der Dicke eines Belags auf einer Oberfläche, insbesondere eines Belags aus Wasser oder Eis, mit einem in Richtung des zu messenden Belags offenen die lektrischen Resonator, einer an den dielektrischen Resonator gekoppelten Auswerte einrichtung zur Speisung des dielektrischen Resonators mit einer variablen Frequenz, einer Detektionseinrichtung zum Ermitteln der Amplitude des dielektrischen Resona tors in Abhängigkeit von der eingespeisten Frequenz, und einer Einrichtung zum Er mitteln der Dicke des Belags aus der ermittelten Amplitude des dielektrischen Reso nators und der eingespeisten Frequenz.

In dieser Vorrichtung tritt an der offenen Seite des dielektrischen Resonators ein Streufeld aus, das durch die elektrischen Eigenschaften des Mediums des Belags, also beispielsweise durch die Dicke und das Belagsmaterial, beeinflusst wird. Anders ausgedrückt wird durch den dielektrischen Resonator und das angrenzende Medium ein Resonanzkreis ausgebildet, dessen Frequenz von der Permittivität des angren zenden Mediums abhängt. Weiterhin wird die Güte des Resonanzkreises in Abhän gigkeit von der Beschaffenheit des Mediums verändert, was zu einer Änderung der Amplitude führt. Auf diese Weise können durch Messung der Frequenz und der Am plitude die Dicke des Belags ermittelt werden. Ausserdem erlaubt die Messung der beiden Größen eine erhöhte Differenzierbarkeit zwischen verschiedenen Medien.

Wie auch mit der ersten oben beschriebene Lösung und im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen kann mit diesen erfindungsgemä ßen Vorrichtungen die Dicke des Belags von der Oberflächenseite her bestimmt wer den. Hieraus ergibt sich insbesondere der Vorteil, dass Störeinflüsse minimiert werden, die beispielsweise von Reflektionen von Gegenständen, die sich in der Nähe des Belags befinden, herrühren.

Insbesondere bei der zweiten Lösung ist das erzeugte Streufeld räumlich sehr be grenzt, so dass Störeinflüsse, beispielsweise beim Einsatz der Vorrichtung zur Mes sung der Dicke von Wasser oder Eis auf einem Strassenbelag Störeinflüsse von ei nem Fahrzeugboden, vernachlässigbar sind.

Vorteilhafterweise kann hierbei der Resonator eine Keramikscheibe mit hoher Per meabilität aufweisen. Dadurch ist es möglich, den Resonator auf einfache und ko stengünstige Weise auszubilden.

Die Keramikscheibe kann hierbei vorteilhafterweise eine Zylinderform haben.

Entsprechend einer vorteilhaften Weiterbildung kann die Keramikscheibe mit Aus nahme der dem Belag zugewandten Seite metallisiert sein. Dies führt dazu, dass das an der dem Belag zugewandten Seite austretende Streufeld verstärkt wird, was somit zu einer höheren Sensitivität der Vorrichtung führt.

Weiterhin kann dem Belag abgewandte Seite Aussparungen in der Metallisierung aufweisen. Dies hat den Vorteil, dass das von der Auswerteeinrichtung erzeugte Feld leichter in den dielektrischen Resonator eingekoppelt werden kann, was ebenfalls zu einer erhöhten Sensitivität der Vorrichtung führt.

Vorteilhafterweise kann der Resonator für das ISM-Band, vorzugsweise für eine Fre quenz von 5,8 GHz, ausgelegt ist.

Gemäß eine weiteren vorteilhaften Ausbildung kann die Detektionseinrichtung einen Diodendetektor aufweisen. Mit einem derartigen Diodendetektor lässt sich die Ampli tude des Resonators auf einfache Weise ermitteln. Darüber hinaus stellt ein Dioden detektor eine einfache Möglichkeit dar, die Amplitude des Resonators zu ermitteln, was seinerseits zu geringen Kosten der Vorrichtung führt.

Zweckmässigerweise kann die Auswerteeinrichtung einen digitalen Synthesizer, der so vorgesehen ist, dass er eine variable Frequenz in den Resonator einkoppelt, um fassen. Hierdurch ist ebenfalls eine vergleichsweise einfache Realisierung der Vor richtung möglich.

Entsprechend eine bevorzugten Weiterbildung der zuvor beschriebenen Vorrichtun gen werden die Auswerteeinrichtung und die Detektionseinrichtung durch einen µ- Prozessor gesteuert.

Vorteilhafterweise können alle oben beschriebenen Vorrichtungen eine Einrichtung zur Erfassung der Temperatur des Belags, beispielsweise in Form eines an der Ober fläche angeordneten Temperatursensors, aufweisen. Hierdurch ist eine Messung der Temperatur des Belags möglich, die eine Diskriminierung des Aggregatszustands des Belags ermöglicht. Beispielsweise kann so auf einfache Weise unterschieden werden, ob es sich bei dem Belag um Wasser oder Eis handelt.

Alternativ oder zusätzlich hierzu kann auch eine Einrichtung zur Erfassung des Salz gehalts des Belags vorgesehen sein. In der alternativen Ausbildung ist neben der Er mittlung der Dicke des Belags auch eine Diskriminierung des Stoffs, aus dem der Be lag gebildet ist, möglich. In der Ausbildung mit einem Temperatursensor kann durch die Messung des Salzgehalts der Aggregatszustand mit größerer Sicherheit bestimmt werden, insbesondere wenn sich der Belag in dem Temperaturbereich befindet, in welchem im Belag durch erhöhten Salzgehalt eine Gefrierpunktserniedrigung auftre ten kann und somit die Temperatur kein eindeutiges Kriterium für den Aggregatszu stand darstellt.

Vorteilhafterweise kann die Einrichtung zur Erfassung des Salzgehalts in Form von zwei an der Oberfläche angeordneten und mit dem Belag in Kontakt tretenden Elek troden und einer Einrichtung zum Messen des Widerstands zwischen den beiden Elektroden vorgesehen sein. Hierdurch ist eine einfache Ausbildung dieser Vorrich tung möglich; darüber hinaus kann diese Struktur auch einfach in der Oberfläche integriert werden, so dass die bereits zuvor beschriebenen Vorteile erzielt werden kön nen.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der zuvor beschriebenen Vorrichtungen können diese so ausgelegt sein, dass die ermittelte Dicke des Belags und/oder die erfasste Temperatur und/oder der erfasste Salzgehalt an eine Verkehrbeeinflus sungsvorrichtung übermittelbar sind.

Vorteilhafterweise kann die Vorrichtung mit einer zusätzlichen Einrichtung zur Erfas sung der Temperatur und/oder einer zusätzlichen Einrichtung zur Erfassung des Salzgehalts in einer Steuereinrichtung für eine Abtauvorrichtung eingesetzt werden. Neben einer der zuvor beschriebenen Vorrichtungen weist diese Steuereinrichtung eine Einrichtung auf, die ein Signal an die Abtaueinrichtung zur Inbetriebnahme der selben abgibt, wenn durch die Einrichtung zur Erfassung der Temperatur und/oder durch die Einrichtung zur Erfassung des Salzgehalts ermittelt worden ist, dass es sich bei dem Belag um Eis handelt.

Die zuvor beschriebenen Vorrichtungen können in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden. Besonders vorteilhaft ist hierbei die Verwendung der zuvor be schriebenen Vorrichtung zur Bestimmung der Niederschlagshöhe von Wasser, Eis und/oder Schnee auf einem Fahrbahnbelag. Hierdurch kann auf einfache Weise, be sonders an kritischen Stellen, Information über die Fahrbahnbeschaffenheit ermittelt und zur Verfügung gestellt werden. Dadurch kann die Sicherheit für ein sich auf der Fahrbahn bewegendes Fahrzeug erhöht werden.

Ein anderes vorteilhaftes Einsatzgebiet ist die Messung der Dicke von Eisschichten auf Windkrafträdern. Insbesondere im Zusammenhang mit einer Abtaueinrichtung, ist es möglich die Windkrafträder eisfrei zu halten und damit deren Einsatz auch bei niedrigen Temperaturen und hoher Luftfeuchtigkeit zu gewährleisten.

Ein weiteres vorteilhaftes Einsatzgebiet ist die Messung der Dicke von Eisschichten auf Tragflächen von Fluggeräten. Durch diese Information können wichtige Erkennt nisse über den Zustand der Tragflächen gewonnen werden und entsprechende Maß nahmen ergriffen werden. Insgesamt lässt sich so die Flugsicherheit erhöhen.

Die zuvor beschriebenen bevorzugten Einsatzgebiete sind in keiner Weise als be schränkend zu verstehen, sondern stellen lediglich Einsatzbereiche dar, in denen die Vorrichtung besonders vorteilhaft eingesetzt werden kann. Selbstverständlich kann die Vorrichtung auch in anderen Gebieten der Technik eingesetzt werden, in denen die Dicke eines Belags auf einer Oberfläche gemessen werden soll.

Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung be vorzugter Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der vorliegen den Erfindung,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der vorliegen den Erfindung, und

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform der vorliegen den Erfindung.

In Fig. 1 ist eine Vorrichtung zur Messung der Dicke d eines Belags B auf einer Oberfläche E gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar gestellt.

Die Vorrichtung umfasst eine Einrichtung 10 zum Senden eines Radarsignals, die mit einer Antenneneinrichtung 40 verbunden ist. Dieses Radarsignal läuft durch den Be leg B und wird an der Grenzfläche G des Belags reflektiert. Das reflektierte Signal wird wiederum von der Antenneneinrichtung 40, die mit einer Einrichtung zum Empfangen der Radarsignale 20 verbunden ist, aufgenommen und zu dieser Einrichtung zum Empfangen der Radarsignale 20 geführt.

In der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform ist vor der Antenneneinrichtung 40 eine Schutzeinrichtung 41, durch welche die Radarstrahlung nur gering beeinflusst wird, vorgesehen. Diese Schutzeinrichtung vermeidet eine Beschädigung der Antennenein richtung 40 und kann vorzugsweise aus Kunststoff oder Keramik gebildet sein.

Weiterhin umfasst die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung eine Einrichtung zum Ermitteln der Dicke 30 des Belags. Diese Einrichtung 30 nimmt von der Einrichtung zum Sen den von Radarsignalen 10 zwei Signale, eines ohne Phasenverschiebung und eines, dessen Phase in der vorliegenden Ausführungsform um π/2 verschoben ist, ab und mischt diese beiden Signale mit dem von der Einrichtung zum Empfangen der Radar signale 20 aufgenommenen Signal, das der Grenzfläche G des Belags B reflektiert worden ist. Diese beiden gemischten Signale werden an die Einrichtung zum Ermitteln der Dicke abgegeben. Aus diesen beiden Signalen wird durch einen Vergleich der Phasen des gesendeten und des empfangenen Radarsignals die Dicke d ermittelt. Die Einrichtung zum Ermitteln der Dicke 30 erzeugt hierbei ein Ausgabesignal A, das die Dicke d des Belags B repräsentiert. Dieses Signal A kann zur Ausgabe der Dicke d verwendet werden oder geeignet weiterverarbeitet werden, um beispielsweise einen Prozess in Abhängigkeit von der ermittelten Dicke d zu steuern.

Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung ist bündig in die Oberfläche O eingelassen, so dass zum einen ein Schutz der Vorrichtung gegen Beschädigung gegeben ist und zum anderen eine Messung ohne Beeinflussung der Oberflächenform gewährleistet ist.

Die Einrichtung zum Senden der Radarsignale 10 und die Einrichtung zum Empfan gen der von der Grenzfläche reflektierten Radarsignale 20 sind in der vorliegenden Ausführungsform so ausgelegt, dass sie mit einer Frequenz von 2,45 GHz arbeiten.

Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung ist lediglich beispielhaft zu verstehen, insbesonde re sind eine Vielzahl von Abwandlungen möglich.

So können beispielsweise sowohl für die Einrichtung zum Senden als auch für die Einrichtung zum Empfangen jeweils eine Antenneneinrichtung vorgesehen werden.

Weiterhin kann, falls dies nicht erforderlich ist, auf eine Schutzeinrichtung für die An tenneneinrichtung verzichtet werden.

Darüber hinaus muss durch die Einrichtung zum Ermitteln der Dicke des Belags ledig lich gewährleistet sein, dass ein Phasenvergleich der von der Einrichtung zum Sen den 10 gesendeten Radarsignale und der von der Einrichtung zum Empfangen emp fangenen Radarsignale gewährleistet ist. Hierzu sind eine Vielzahl aus dem Stand der Technik bekannter Verarbeitungsverfahren möglich.

Die Form der Vorrichtung aus Fig. 1 zeigt lediglich eine schematische Darstellung. Insbesondere kann die Form den verschiedenen Erfordernissen, beispielsweise der Dicke der Oberfläche, der Form der Oberfläche und dergleichen angepasst werden.

Es ist darüber hinaus nicht erforderlich, die Vorrichtung bündig in der Oberfläche vor zusehen, solange sichergestellt ist, dass der Abstand zwischen der Antenneneinrich tung (mit oder ohne Schutzeinrichtung) zur Oberfläche bekannt ist.

In Fig. 2 ist eine zweite Ausführungsform einer Vorrichtung zur Messung der Dicke eines Belags auf einer Oberfläche gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Diese Vorrichtung unterscheidet sich von der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung da durch, dass eine Einrichtung 50 zur Erfassung der Temperatur T des Belags und eine Einrichtung 60 zur Erfassung des Salzgehalts S des Belags vorgesehen ist.

Die Einrichtung zur Erfassung der Temperatur ist in Form eines Temperatursensors, der in Kontakt mit dem Belag B tritt, ausgebildet. Dieser Temperatursensor gibt ein der Temperatur T entsprechendes Signal an die Einrichtung zur Ermittlung der Dicke des Belags 30 ab.

Die Einrichtung zur Erfassung des Salzgehalts 60 ist in Form von zwei an der Ober fläche angeordneten und mit dem Belag in Kontakt tretenden und voneinander iso lierten Elektroden 61a und 61b ausgebildet. Durch Messung des Widerstands zwi schen den beiden Elektroden kann schließlich der Salzgehalt S des Belags bestimmt werden. Die Einrichtung 60 gibt ein dem Salzgehalt S des Belags B entsprechendes Signal an die Einrichtung zum Ermitteln der Dicke des Belags 30 ab.

Die Einrichtung zum Ermitteln der Dicke des Belags 30 ist in der in Fig. 2 darge stellten Ausführungsform weiterhin dazu vorgesehen, aus der Temperatur T und dem Salzgehalt S den Aggregatszustand des Belags zu ermitteln.

Die Einrichtung 30 gibt demgemäß ein Signal A' ab, das zum einen die Information über die Dicke d des Belags B und zum anderen die Information über den Aggregats zustand des Belags B umfasst.

Die übrigen Komponenten der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform entsprechen den bereits im Zusammenhang in Fig. 1 beschriebenen Komponenten. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird deshalb lediglich auf die Beschreibung der Komponenten im Zusammenhang mit Fig. 1 verwiesen. Hierzu bleibt anzumerken, dass die einan der entsprechenden Komponenten gleiche Bezugszeichen tragen.

Auch die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform stellt lediglich eine bevorzugte Aus gestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung dar und kann auf vielfältige Weise abgewandelt oder verändert werden.

So können beispielsweise die Einrichtung zur Erfassung des Salzgehalts sowie die Einrichtung zur Erfassung der Temperatur, je nach Bedarf, einzeln eingesetzt werden.

Die Einrichtung zum Ermitteln der Dicke kann auch Signale abgeben, Informationen enthalten, die über die Information im Signal A' hinausgehen. Beispielsweise können auch die Merkmale der Temperatur T und der Salzgehalt S direkt ausgegeben wer den.

Weiterhin sind auch beliebige andere Verfahren zur Ermittlung der Temperatur und des Salzgehalts, wie sie im Stand der Technik bekannt sind, möglich.

Im übrigen lassen sich auch die im Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebenen Ab wandlungen bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform analog einsetzen.

In Fig. 3 ist eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die se Vorrichtung weist mit den zuvor beschriebenen Ausführungsformen dahingehend eine Gemeinsamkeit auf, dass im Gegensatz zum Stand der Technik die Messung der Belagsdicke von Oberflächenseite her durchgeführt wird. Ansonsten arbeitet die Vor richtung nach einem anderen Prinzip, nämlich mit einem offenen dielektrischen Reso nator, der vorzugsweise im Mikrowellenbereich anregbar ist.

Die in Fig. 3 dargestellte Vorrichtung umfasst hierzu einen offenen dielektrischen Resonator 80, der vorzugsweise durch eine zylinderförmige Keramikscheibe gebildet ist. Vorteilhafterweise ist dieser Resonator 80, abgesehen von der offenen, dem zu messenden Belag zugewandten Seite metallisiert und weist an seiner Unterseite Aus sparungen der Metalliserung zum Einkoppeln eines elektrischen Feldes, das mit va riabler Frequenz von einer Auswerteeinrichtung 82, die durch einen digitalen Synthe sizer gebildet ist, auf.

Darüberhinaus umfasst die Vorrichtung eine Detektionseinrichtung 81 zum Ermitteln der Amplitude des Resonators in Abhängigkeit von der eingespeisten Frequenz. Vor liegend ist diese Detektionseinrichtung 81 durch einen Diodendetektor ausgebildet.

Zur Steuerung des digitalen Synthesizers 82 und zur Messung des Ausgangssignals des Resonators 80 ist eine µ-Prozessoreinrichtung 83 vorgesehen. Das analoge Signal des Diodendetektors 81 wird in diesem Fall durch einen A/D-Wandler 84 in digi tale Signale umgewandelt, so dass es von der µ-Prozessoreinrichtung 83 verarbeitet werden kann.

In der in Fig. 3 gezeigten Vorrichtung tritt an der offenen Seite des dielektrischen Resonators 80 ein Streufeld aus, das durch die elektrischen Eigenschaften des Medi ums des Belags, also beispielsweise durch die Dicke und das Belagsmaterial, beein flusst wird.

Auf diese Weise wird durch den dielektrischen Resonator und das angrenzende Me dium ein Resonanzkreis gebildet, dessen Frequenz von der Permittivität des angren zenden Mediums abhängt. Darüberhinaus wird die Güte des Resonanzkreises in Ab hängigkeit von der Beschaffenheit des Mediums verändert, was zu einer Änderung der Amplitude führt. Auf diese Weise kann durch Messung der Frequenz in dem Syn thesizer 82 und durch Messung der Amplitude durch den Diodendetektor 81 mittels des µ-Prozessor die Dicke des Belags ermittelt werden.

In der gezeigten Vorrichtung ist die räumliche Ausdehnung des erzeugten Streufeldes so gering, dass eine Beeinflussung durch Störeffekte, die durch Gegenstände in der Nähe des Belags hervorgerufen werden können, vernachlässigbar ist.

Claims

1. Vorrichtung zur Messung der Dicke (d) eines Belags (B) auf einer Oberfläche (O), insbesondere eines Belags aus Wasser oder Eis, mit
einer Einrichtung zum Senden von Radarsignalen (10) durch den zu messenden Belag (B),
einer Einrichtung zum Empfangen der Radarsignale (20), die von der der Ober fläche abgewandten Grenzfläche (G) des Belags (B) reflektiert werden, und
einer Einrichtung zum Ermitteln der Dicke des Belags (30) aus einem Phasen vergleich der von der Einrichtung zum Senden (10) gesendeten Radarsignale und der von der Einrichtung zum Empfangen (20) empfangenen Radarsignale.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, in welcher die Einrichtung zum Ermitteln der Dicke die von der Einrichtung zum Senden gesendeten Radarsignale und die von der Einrichtung zum Empfangen empfangenen Radarsignale mischt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, in welcher die gesendeten Radarsignale vor dem Mischen mit einer Phasenverschiebung von π/2 versehen werden.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, in welcher die gesendeten und/oder empfangenen Radarsignale zur Ermittlung der Dicke des Belags qua driert werden.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, in welcher die Einrichtung zum Senden von Radarsignalen (10) und die Einrichtung zum Empfangen der reflek tierten Radarsignale (20) für einen Frequenzbereich von 1 bis 100 GHz ausge legt sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, in welcher die Einrichtung zum Senden der Ra darsignale und die Einrichtung zum Empfangen der reflektierten Radarsignale für das ISM-Band, vorzugsweise für eine Frequenz von 2,45 GHz, ausgelegt sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, die so ausgelegt ist, dass sie eine Ortsauflösung im Sub-mm-Bereich, vorzugsweise von mindestens 0,1 mm, aufweist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, in welcher die Einrichtung zum Senden und die Einrichtung zum Empfangen für Dauerstrichbetrieb ausgelegt sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, in welcher die Einrichtung zum Senden der Radarsignale und die Einrichtung zum Empfangen der reflektierten Radarsignale eine gemeinsame Antenneneinrichtung (40) aufweisen.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, die bündig mit der Oberfläche vorsehbar ist.

11. Vorrichtung zur Messung der Dicke (d) eines Belags (B) auf einer Oberfläche (O), insbesondere eines Belags aus Wasser oder Eis, mit
einem in Richtung des zu messenden Belags offenen dielektrischen Resonator (80),
einer an den dielektrischen Resonator (80) gekoppelten Auswerteeinrichtung (82) zur Speisung des dielektrischen Resonators mit einer variablen Frequenz,
einer Detektionseinrichtung (81) zum Ermitteln der Amplitude des dielektrischen Resonators (80) in Abhängigkeit von der eingespeisten Frequenz, und einer Einrichtung (83, 84) zum Ermitteln der Dicke des Belags aus der ermittel ten Amplitude des dielektrischen Resonators und der eingespeisten Frequenz.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, in welcher der Resonator eine Keramikscheibe mit hoher Permeabilität aufweist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, in welcher die Keramikscheibe eine Zylinderform aufweist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, in welcher die Keramikscheibe mit Aus nahme der dem Belag zugewandten Seite metallisiert ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, in welcher die dem Belag abgewandte Seite Aussparungen in der Metallisierung aufweist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, in welcher der Resonator für das ISM-Band, vorzugsweise für eine Frequenz von 5,8 GHz, ausgelegt ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, in welcher die Detektionsein richtung einen Diodendetektor aufweist.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, in welcher die Auswerteein richtung einen digitalen Synthesizer aufweist.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 18, in welcher die Auswerteein richtung und die Detektionseinrichtung von µ-prozessorgesteuert sind.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, in welcher eine Einrichtung zur Erfassung der Temperatur (T) des Belags vorgesehen ist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 13, in welcher die Einrichtung zur Erfassung der Temperatur des Belags in Form eines an der Oberfläche angeordneten Tempe ratursensors (50) ausgebildet ist.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, in welcher eine Einrichtung zur Erfassung des Salzgehalts (5) des Belags vorgesehen ist.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, in welcher die Einrichtung zur Erfassung des Salzgehalts (60) in Form von zwei an der Oberfläche angeordneten und mit dem Belag in Kontakt tretenden Elektroden (61a, 61b) und einer Einrichtung zum Messen des Widerstands zwischen den beiden Elektroden vorgesehen ist.

24. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, die so ausgelegt ist, dass die ermittelte Dicke des Belags und/oder die erfasste Temperatur und/oder der erfasste Salzgehalt an eine Verkehrbeeinflussungsvorrichtung übermittelbar sind.

25. Steuereinrichtung für eine Abtauvorrichtung mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 24, und einer Einrichtung, die ein Signal an die Abtauein richtung zur Inbetriebnahme derselben abgibt, wenn durch die Einrichtung zur Erfassung der Temperatur und/oder durch die Einrichtung zur Erfassung des Salzgehalts ermittelt worden ist, dass es sich bei dem Belag um Eis handelt.

26. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 24, zur Bestim mung der Niederschlagshöhe von Wasser, Eis und/oder Schnee auf einem Fahrbahnbelag.

27. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 24 zur Messung der Dicke von Eisschichten auf Windkrafträder.

28. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 24 zur Messung der Dicke von Eisschichten auf Tragflächen von Fluggeräten.