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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der dielektrischen Eigenschaften eines Substrats, mit einer über eine zu untersuchende Oberfläche führbaren Tastsonde, die ein Empfangs-Antennensystem mit einer Sendeantenne und einer Empfangsantenne aufweist, wobei die Sendeantenne mit einem Hochfrequenzgenerator und die Empfangsantenne mit einer Detektoreinheit verbunden ist. Die Vorrichtung dient zur hoch auflösenden, kontinuierlichen Vermessung der Dichteverteilung in elektrisch nicht leitenden, inhomogenen Materialien, wie z. B. Holz, in einer nicht-destruktiven Weise.
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Die wachstumsbedingte Dichtevariation von Holz ist ein wesentliches Strukturmerkmal von Bäumen und somit maßgebend für die Entstehung von Jahrringen und Zuwachszonen anderer Periodizität. Die Ermittlung des Radialzuwachses und der Dichteverteilung von Holzstrukturen z. B. in Stammquerschnitten ist von großem Interesse in der Dendrochronologie, Dendroökologie und Dendroklimatologie, in der Klima- und Umweltforschung. Ein anderes wichtiges Einsatzgebiet der Bestimmung der Dichteverteilung liegt in der Forstwirtschaft bei der Bewertung der Qualität der Baumstämme für die Weiterverwertung des Holzes z. B. in der Papierindustrie, in der Parkettfertigung, im Möbelbau und im Bausektor.
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Mehrere verschiedene Methoden der Dichte-Bestimmung wurden bisher in Industrie und Labor erarbeitet. Die gravimetrische Methode, bei der eine Probe geschliffen und gewogen wird und anschließend nach kleinen Abspanschritten gemessen wird, ist die direkteste Methode, aber auch die langwierigste.
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Eine viel verwendete, hoch auflösende, jedoch zeitaufwenige Methode zur Messung der wachstumsbedingten Dichtevariation in Holzpräparaten stellt das röntgendensitometrische Verfahren dar. Varianten dieses Verfahrens werden beispielsweise in den Patentschriften
SI 9700184 A und
US 5 970 116 sowie einem Fachartikel von Schweingruber offengelegt. Hierzu werden meist sorgfältig senkrecht zur Baumachse orientierte und dickenkalibrierte Präparate aus Baumscheiben herausgesägt. Anschließend wird mit Lösungsmitteln der Ligninanteil aus dem Zellverbund herausgeschwemmt. Vom verbleibenden Zellulosegerüst der Zellen wird dann mittels einer nahezu punktförmigen, weit entfernten Röntgen-Lichtquelle ein Schatten der Holzstruktur auf einen für Röntgen-Strahlung sensibilisierten, dicht unterhalb des Holzpräparates angebrachten Planfilmstreifen geworfen, der nach Maßgabe der Absorption der Röntgen-Strahlung durch die unterschiedlichen morphometrischen Eigenschaften der Holzzellen mehr oder weniger stark belichtet wird. Nach der chemischen Entwicklung des Filmstreifens gibt dieser im Schwärzungsbild die reziproke Dichteverteilung der Holzzellen wieder. Schließlich wird in einem Mikrodensitometer der belichtete Filmstreifen hinsichtlich der Schwärzungs-Dichteverteilung mit Hilfe eines sehr feinen Blendenspaltes abgetastet und die aus der lokalen Filmschwärzul 1 g über ein Kalibrierverfahren ermittelte Holzdichte gegen den Abtastweg aufgetragen.
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Wie man erkennt, sind diese röntgendensitometrischen Meßverfahren sowohl präparativ als auch apparativ sehr aufwendig und damit kostenintensiv. Zudem lassen sich nur relativ kleine Ausschnitte aus Baumscheiben in einem Arbeitsgang untersuchen, nicht jedoch große und insbesondere ganze Stammquerschnitte. Für das lückenlose Zusammenfügen röntgendensitometrisch gewonnener Dichtedaten ganzer Stammscheiben ist folglich ein zusätzlicher Aufwand nötig, der, ebenso wie die verschiedenartigen Präparationsschritte an der Holzprobe und am Röntgen-Film zu geometrischen Fehlern führen kann.
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Weiterhin wird das lokale Auflösungsvermögen der röntgendensitometrischen Dichtemessung u. a. durch die Abbildungseigenschaften des Schattenwurfs bestimmt. Auch bei Verwendung idealer, punktförmiger Röntgen-Lichtquellen und bei parallelem Lichteinfall wird infolge der unvermeidbaren Volumen-Streuung der Röntgen-Strahlung im Holzpräparat das anfangs enge Lichtbündel beim Durchtritt durch die mm-dicke Holzprobe aufgeweitet und somit die Schärfe des Schattenwurfs verschmiert. Zudem wird die Abbildungsqualität durch die wachstumsbedingte Fehlorientierung der Zellanordnungen längs der Jahresringgrenzen parallel zur Baumachse verschlechtert.
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Für den Belichtungsvorgang wird eine Strahlungsquelle benötigt und dies birgt die bekannten Gefahren der Verwendung ionisierender oder Röntgen-Strahlung von Gesundheitsschäden für die Anwender dieses Verfahrens.
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Ein weiterer Nachteil der bisherigen Technik ist die Zerstörung der Probe im Vorbereitungsprozess, was den Einsatz dieser Methoden weitgehend limitiert. Auch haben die Geräte hohe Anschaffungskosten und eine genaue Kenntnis der Gerätehandhabung durch den Benutzer ist unerläßlich.
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In der Patentschrift
SE 9601083 wird eine zerstörungsfreie Meßmethode offengelegt, aber auch hier werden Röntgenstrahlen mit ihrem bekannten gesundheitlichen Gefahrenpotential benutzt.
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Aus
US 3,784,905 ist ein Meßverfahren zur Bestimmung der dielektrischen Eigenschaften von Asphaltaufbauten in Straßen bekannt, bei dem ein großer schlittenartiger Kondensator über die zu untersuchende Oberfläche geführt wird. Die Kapazität des Kondensators wird durch die dielektrischen Eigenschaften des Straßenaufbaus beeinflußt. Die hierdurch verursachte Veränderung der Kondensatorkapazität bewirkt die Verstimmung eines Meßschwingkreises, wobei die Frequenzverschiebung des Schwingkreises als ein Maß für die dielektrischen Eigenschaften des Straßenaufbaus bewertet wird. Das Verfahren arbeitet mit einer Frequenz um 10
5 Hz. Die Kondensatorfläche liegt im Bereich um einen halben Quadratmeter. Eine Anwendung dieses Verfahrens zur Bestimmung der Dichtevariationen in Holz wird nicht beschrieben und würde wegen der Konstruktion des Messkondensators auch nicht die geforderte Auflösung bieten.
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Mit dem gleichen Ziel der Bewertung von Asphaltaufbauten arbeitet das in
US 5,900,736 vorgestellte Verfahren, bei dem die Impedanzänderung eines großen Messkondensators ausgewertet wird, die sich im dabei verwendeten Frequenzbereich von 50 Hz bis 50 kHz ergeben, wenn der Messkondensator über die Oberflache bewegt wird. Auch hier ist die für die Untersuchung von Holz geforderte Auflösung nicht zu erwarten.
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Aus aus
DE 199 15 016 A1 ist eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bekannt, die eine über eine zu untersuchende Oberfläche führbare Tastsonde hat, welche ein Empfangs-Antennensystem mit einer Sendeantenne und einer Empfangsantenne aufweist. Die Sendeantenne ist mit einem getakteten Hochfrequenzgenerator und die Empfangsantenne mit einer Detektoreinheit verbunden. Die Vorrichtung kann zum Erkennen von Fremdkörpereinschlüssen in Holz verwendet werden.
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Mit Hilfe der Vorrichtung wird eine Radarwelle über die Sendeantenne durch eine Begrenzungsfläche in das Medium eingestrahlt und ein Übersprechsignal durch die zur Sendeantenne benachbart angeordnete Empfangsantenne erfasst. Das Übersprechsignal wird nach Voraufbereitung und Digitalisierung zur Bestimmung der relativen Dielektrizitätskonstante εr des Substrats mittels eines Algorithmus analysiert. Die Vorrichtung ermöglicht jedoch nur eine relativ geringe Messauflösung.
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Aus
DE 27 12 600 A1 ist ferner eine Vorrichtung zur Messung der dielektrischen Eigenschaften eines Holz-Substrats bekannt, die eine Sonde hat, welche eine mit einem Hochfrequenzgenerator verbundene Sendeantenne und mit einer Detektoreinheit verbundene Empfangsantennen aufweist. Zwischen der Sendeantenne und den Empfangsantennen ist jeweils ein als Abschirmung dienendes Erdungsteil vorhanden.
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Aus
US 6 756 789 B1 ist dem Fachmann bekannt, dass Kurz- oder Mikrowellen mit einer Frequenz von 0,5 GHz bis 20 GHz zum Scannen von Baumstämmen verwendet werden können, um Fehler zu detektieren.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine quasi-mikroskopische Charakterisierung der die elektrischen bzw. Dichteeigenschaften von glatten, bevorzugt ebenen, elektrisch nicht oder sehr schlecht leitenden Oberflächen, z. B. von großen Holzpräparaten ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
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Dabei wird zur Bestimmung der dielektrischen Eigenschaften weder die Verstimmung eines Messschwingkreises durch die Variation des Mediums welches im Messkondensatorfeld liegt, noch die Impedanzänderung ausgenutzt, vielmehr die Verkopplung der Energie zwischen einem Festfrequenzoszillator und einem Festfrequenzdetektor über ein aperiodisches Sende-Empfangs-Antennensystem.
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Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass bei geringern präparativen und apparativen Aufwand großflächige ebene Probenoberflächen mit hoher Geschwindigkeit hinsichtlich der Dichteverteilung abgetastet werden können. Die beim sonst üblichen Messverfahren (Röntgendensitometrie) benötige Zerteilung der Proben kann bei diesem Verfahren entfallen. Durch das erfindungsgemäße Messverfahren und die hierfür entwickelte Vorrichtung ließe sich z. B. die Holzdichte entlang von Radien auf eben gefrästen Stammscheiben mit hoher Messgeschwindigkeit abtasten und mit den Jahrringkoordinaten verknüpfen, wobei z. B. die Lage der Jahrringgrenzen, die periodischen Radialzuwächse und intraannuelle Dichteschwankungen mit hoher Genauigkeit bei geringem präparativen und zeitlichen Aufwand bestimmt werden können. Eine Gesundheitsgefahr durch ionisierende Strahlen besteht nicht.
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Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen ausführlicher beschrieben. Es zeigen
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1 die schematische Darstellung der Messvorrichtung,
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2 einen Messschrieb (a) nach Anwendung der röntgendensitometrischen und (b) nach Anwendung einer Meßmethode, bei der das Ausbreitungsverhalten von hochfrequenten elektromagnetischen Wellen in dem zu untersuchenden Medium ausgenutzt wird, auf den in (c) dargestellten Stammquerschnitt und
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3 exemplarische, schematische Darstellungen einiger möglicher Sondentypen, wobei „T” einen Sender, „C” eine Abschirmung und „R” einen Empfänger bezeichnet.
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Das erfindungsgemäße Messverfahren besteht darin, dass die Messvorrichtung einer speziellen, erfindungsgemäßen Tastsonde entlang der interessierenden Oberflächenstrukturen, z. B. Jahrringen und anderen Zuwachszonen, bewegt wird.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient der quasi-mikroskopischen Charakterisierung der dielektrischen bzw. Dichteeigenschaften von glatten, bevorzugt ebenen, elektrisch nicht oder sehr schlecht leitenden Oberflächen, z. B. von großen Holzpräparaten.
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Ein Ausführungsbeispiel der Messvorrichtung besteht aus folgenden funktionellen Einheiten (siehe ):
- – einem Hochfrequenz-Generator (1);
- – einer kurzen Verbindung (2) zwischen Generator (1) und Sendeantenne (3b) der Sonde (3);
- – der Sonde (3) mit Messspalt (3a), Sendeantenne (3b) und Empfangsantenne (3c);
- – einer kurzen Verbindung (4) zwischen der Empfangsantenne (3c) der Sonde (3) und der Detektoreinheit (5);
- – der Detektoreinheit (5);
- – dem Auswerterechner (6) sowie
- – dem Probentisch (8).
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Als Hochfrequenz-Generator (1) dient ein Oszillator, der beispielsweise eine quarzstabilisierte Festfrequenz im Bereich von 105 Hz bis 1010 Hz mit einer Leistung im Bereich von 5 mW bis 50 mW liefert. Die Ausgangsimpedanz des Generators muss dabei an die Impedanz der Sendeseite der Testsonde angepasst werden.
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Die kurzen Verbindungen (2) und (4) werden vorteilhafterweise durch ein Koaxialkabel geleistet. Diese Kabel sollten vorteilhaft eine möglichst geringe Kapazität aufweisen, weil sie zusammen mit der internen Sondenkapazität bei optimaler Abstrahlung mit dem Ausgangskreis des Generators möglichst in Resonanz sein sollten. Die Kabel sollten durch ein Außengeflecht, das hinreichend dicht ist, abgeschirmt sein, andernfalls kann durch die Maschen des Geflechts Störstrahlung zur Empfangsantenne gelangen. Bei höheren Frequenzen, oberhalb 109 Hz, sollte vorteilhafterweise anstelle eines Metallgeflechts eine massive Rohrabschirmung verwendet werden um das Übersprechen zwischen den Sende- und Empfangskabeln zu unterbinden.
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Die Meßvorrichtung der in exemplarisch dargestellt Tastsonde (3) für die Anwendung zur Messung von Dichtevariationen in Holzoberflächen besteht aus zwei sehr eng benachbarten, gleichartigen, parallelen dünnen Metallstreifen (3b und 3c), die gegeneinander durch eine weitere gleichartige Metallfolie (3d) abgeschirmt sind, wobei einer der Streifen als „Sendeantenne” (3b), der andere Streifen als „Empfangsantenne” (3c) fungiert. Die beiden Antennen (3b und 3c) sind in einer Ausführungsform aus sehr dünner Beryllium-Kupfer-Bronze-Folie (z. B. 25 μm Dicke) hergestellt und voreinander durch eine etwa gleich dicke Be-Cu-Bronze-Folie (3d) gegeneinander abgeschirmt. Diese Mittenabschirmung (3d) befindet sich auf Massepotential zusammen mit dem massiven Metallgehäuse (3f) der Sonde. Die beiden Antennen sind gegen Masse durch insgesamt vier sehr dünne, hochwertige dielektrische Folienstücke (3e) aus z. B. Glimmer elektrisch isoliert. Die Folien der beiden Antennen bilden so zusammen mit dem Koaxialkabel und dem Abschirmungen jeweils einen Kondensator von ca. 50 pF bis 150 pF. Eine andere Ausführungsform einer Sende- und Empfangsantennen-Kombination entsprechend dem Stand der Technik, z. B. in Dünnschichttechnologie, ist ebenfalls vorstellbar.
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Die beiden Antennen bilden zusammen mit der Metalltrennfolie und dem Gehäuse den eigentlichen Meßspalt (3a), der mit dem Gehäuseboden bündig sein soll, was beispielsweise durch Schleifen und Polieren erreicht werden kann.
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Da die Tastsonde bei der eigentlichen Messung in möglichst engem Kontakt mit der Holzoberfläche über die Probe bewegt wird, sollte zur Verminderung von Verschleiß die Bodenfläche der Sonde zusammen mit den beiden eingebetteten Antennen mit einem dielektrischen Hartstoff (z. B. Aluminiumnitrid oder Diamant) wenige Mikrometer dick plasmabeschichtet werden. Der Sondenkörper sollte aus einem elektrisch leitenden, hinreichend verschleißfesten Material bestehen (z. B. härtbarer Stahl). Zur optimalen Positionierung der Meßsonde relativ zur Probenoberfläche (7) kann die Meßsonde (3) wie in dargestellt, mittels eines Kugelgelenkes (9) justiert werden.
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Wird nun die Sendeantenne mit dem Hochfrequenzgenerator verbunden, so werden elektromagnetische Wellen in den freien Raum vor dem Meßspalt abgestrahlt und die gestreute Strahlung in sehr geringem Umfang von der benachbarten Empfangsantenne wieder aufgefangen. Der Abstand der im Meßspalt der Tastsonde parallel angeordneten Sende- bzw. Empfangsantenne bestimmt bei diesem Meßverfahren das laterale Auflösungsvermögen. Bei der Anwendung an Holzquerschnittsflächen z. B. sind die Abmessungen der Sende- und Empfangsantennen mit weniger als 2 mm Länge klein gegenüber der Wellenlänge von z. B. 30 mm bei der höchsten Frequenz von 1010 Hz, so daß die Antennen weitab vom Resonanzbetrieb aperiodisch arbeiten. Die äußere Form der Tastsonde ist zunächst ein Kegel, dessen Spitze, z. B. mittels Schleifen, in beliebige der Meßproblematik angepaßte Formen, z. B. auch ein konkretes Profil, gebracht werden kann. Die Meßvorrichtung der Tastsonde sollte mit geringer Kraft (wenige Newton) gegen die Oberfläche des Präparates gepreßt werden um sicherzustellen, daß die elektromagnetischen Wellen der Sendeantenne sich möglichst nur durch den zu untersuchenden Werkstoff zur Empfangsantenne ausbreiten, nicht jedoch durch einen möglichen Luftspalt. Zwischen der Sende- und Empfangsantenne erfolgt eine Kopplung der elektromagnetischen Strahlung und der Energietransport längs eines Feldraumes, das einerseits durch die geometrischen Abmessungen (Länge und Abstand der Antennen) des Meßspaltes und andererseits durch die dielektrischen Eigenschaften des durch den Feldbereich in der zu untersuchenden Probe bestimmt wird. Mit ansteigender Permittivitätszahl εr (= 1,00059 für Luft und 1,3 bis über 2,0 für unterschiedliche Holzarten) nimmt die Streukapazität zu, die durch den materiegefüllten Streukondensator zwischen den mikroskopisch kleinen Sende- und Empfangsantennen gebildet wird. Die Höhe der von der Sonde detektierten Feldstärke ergibt sich u. a. aus dem Wert der durch die Sonde gebildeten Koppelkapazität, d. h. aus der Pemittivitätszahl der Materie längs der Ausbreitungsstrecke zwischen Sende- und Empfangsantenne und den geometrischen Verhältnissen der Sende- und Empfangsantennen.
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Die Detektoreinheit (5) besteht beispielsweise aus einem Anpaßverstärker (5a) für das sehr schwache Streusignal der Empfangsantenne, einem Bandfilter (5b) für die Frequenz des Generators (1), einem mehrstufigen linearen, oder vorteilhafterweise logarithmischen Verstärker (5c) mit Gleichrichtung und hoher Dynamik (z. B. Meßumfang 80 bis 100 dB), hoher Linearität (Abweichung ±1 db) und hoher Empfindlichkeit (z. B. –90 dBm). Das verstärkte und mit einer logarithmischen Kennlinie gleichgerichtete Empfangssignal setzt sich aus einem Offset-Signal und dem eigentlichen Nutzsignal zusammen, das sich während der Abtastung der Jahrringe als überlagerte niederfrequente Wechselspannungskomponente ergibt. Diese Wechselspannungskomponente wird zunächst durch einen Tiefpaß (5d) von hochfrequenten Rauschanteilen, in einem Niederfrequenzverstärker (5e) von dem Gleichspannungs-offset-Signal befreit und schließlich auf einen Normpegel von 0 bis 10 Volt nachverstärkt.
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Ein anders aufgebauter Detektor mit im wesentlichen gleichen Eigenschaften ist ebenfalls vorstellbar und in dem Meßverfahren einsetzbar.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zur Bestimmung der dielektrischen Eigenschaften weder die Verstimmung eines Meßschwingkreises durch die Variation des Mediums welches im Meßkondensatorfeld liegt, noch die Impedanzänderung ausgenutzt, vielmehr die Verkopplung der Energie zwischen einem Festfrequenzoszillator und einem Festfrequenzdetektor über ein aperiodisches Sende-Empfangs-Antennensystem.
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Bei Holzoberflächen z. B. bestimmt das wachstumsbedingte Verhältnis von Zellulose und anderen Zellbestandteilen in den Zellwänden zu Luft in den Zell-Lumina die relative Permittivität der Zellstruktur längs der Zuwachszonen. Dichteunterschiede, die sich z. B. durch großlumige und engwandige Frühholzzellen im Vergleich zu kleinlumigen und dickwandigen Spätholzzellen ergeben, gehen somit direkt in die dielektrischen Eigenschaften des Holzes ein, d. h. je dichter die Holzstruktur ist, desto höher ist die Permittivität längs der Ausbreitungsstrecke zwischen Sende- und Empfangsantenne und damit die an der Empfangsantenne detektierte Feldstärke.
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Die an der Empfangsantenne induzierte hochfrequente Spannung wird in der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung verstärkt und mittels eines logarithmischen Detektors in eine Gleichspannung umgewandelt und registriert.
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Das so bearbeitete Meßsignal kann danach zur Registrierung einem Analog-Digitalwandler im Auswerterechner (6) zugeführt werden, der auch die Steuerung des Linearverschiebetisches (8) zur Positionierung und Vermessung der Lage der Jahrringe in der Holzprobe (7) übernimmt.
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Die Komponenten Hochfrequenz-Generator (1) und Detektoreinheit (5) können in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht werden, das durch die beiden Koaxialkabel (2) und (4) mit der eigentlichen Meßsonde (3) verbunden ist. Hierbei ist jedoch auf höchste gegenseitige Abschirmung zum Beispiel mittels überlappender Gehäusewände zu achten. Es muß verhindert werden, daß vagabundierende Strahlung des Generators über Lecks im Gehäuse zum Eingang des Detektors gelangen und diesen übersteuern kann.
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Die Montage der Komponenten der Meßsonde, die teilweise sehr geringe Abmessungen aufweisen, erfolgt unter einem Mikroskop. Andere Methoden der Herstellung sind aber auch denkbar. So läßt sich das Antennensystem der Meßsonde beispielsweise in Dünnschichttechnik herstellen, wodurch eine weitere Miniaturisierung mit erhöhtem örtlichen Auflösungsvermögen realisiert werden kann.
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In sind zum Vergleich Meßbeispiele wiedergegeben, die an einer Fichtenprobe an eng benachbarten Bereichen der gleichen Jahrringe gewonnen wurden, und zwar zeigt die mittels der Röntgendensitometrie gewonnene Meßkurve, die die mittels des hier vorgestellten, erfindungsgemäßen Verfahrens gewonnene Meßkurve und den entsprechenden Bereich der Holzoberfläche.
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Aus dem Basissystem der Meßsonde lassen sich weitere Sondentypen ableiten, die den analytischen Erfordernissen angepaßt werden können. In sind beispielsweise einige mögliche Spalttypen (3a) der Sonde (3) exemplarisch dargestellt. Die verwendeten Abkürzungen T, C und R stehen für Transmitter (Sender), Case (Abschirmung) und Receiver (Empfänger). Die –3.3 stellen lineare Meßspalte mit unterschiedlicher Spaltlänge dar. In 3.4 ist eine kolineare Antennenreihe (1 bis n Detektorkanäle), die unabhängig voneinander über die Kanäle 1 bis n die zu untersuchende Oberfläche analysieren kann, dargestellt. 3.5 zeigt eine bogenförmige Anordnung von Meßsonden für die simultane Messung der Dichtevariationen in einem gebogene, dreidimensionalen Körper. Des weiteren stellt 3.6 den Aufbau einer Antenne für die serielle Abtastung mittels einer Sonde dar, die auf unterschiedlichen Anregungsfrequenzen arbeitet und somit eine spektrale Analyse, z. B. mittels einem Spektralanalysator mit Trackinggenerator oder einem Vektoranalysator ermöglicht, woraus sich frequenzabhängige dielektrische Eigenschaften ableiten lassen. 3.7 und 3.8 zeigen den beispielsweisen Aufbau von rotationsförmigen Spaltsonden, wie sie beispielsweise für Bohrlochanalysen eingesetzt werden können. Diese Sonden können in ein- oder n-kanaliger Ausführung hergestellt werden. In 3.9ist eine Ausführungsform einer Sonde zur Analyse von Klüften wiedergegeben. Alle Darstellungen dienen der Anschauung und begründen keine Einschränkung der möglichen Antennenformen für allgemeine und spezielle Anwendungen.
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Beim Abtasten einer Stammquerschnittsfläche längs einer Linie quer zu den Jahrringen z. B., ergibt sich mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung z. B. auf diese Weise die Dichteverteilung der oberflächennahen Zone längs der Meßlinie, wobei die geometrische Auflösung in etwa den Abmessungen des Spaltes entspricht. Geht man von einer zylinderförmigen Feldverteilung im Meßspalt aus, so ist die Meßtiefe in etwa gleich dem Abstand zwischen Sende- und Empfangsantenne.
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Während der Messung muß der Meßspalt der Tastsonde in innigem Kontakt zum Werkstoff über dessen Oberfläche geführt werden, weil andernfalls durch den möglicherweise vorhandenen Luftspalt zu geringe Dichtewerte ermittelt werden. Diese Gefahr ist bei Holzpräparaten jedoch relativ gering, weil wegen der geringen Steifigkeit der Holzstruktur bereits bei geringer Anpreßkraft der Tastsonde der direkte Kontakt zu den Holzzellen hergestellt werden kann. Jedoch können auch für sehr steife Materialien mit charakteristischen Zuwachszonen, wie z. B. polierte Achatscheiben, abscheidungsbedingte Dichtevariationen ermittelt werden, wenn durch geeignete Formgebung der Sonde im Bereich des Meßspaltes für den notwendigen Kontakt gesorgt wird.
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Grundsätzlich gilt bei dem erfindungsgemäßen Meßverfahren, daß die zu untersuchenden Oberflächen hinreichend trocken sein müssen, weil freies Wasser wegen seiner hohen Permittivitätszahl (= 80) zu einer Verfälschung der Meßergebnisse führen würde. Dies wurde auch schon für die in
US 3,784,905 vorgestellte Dichtemessung beschrieben.
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Literaturverzeichnis:
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- Schweingruber, F. H. (1990): Radiodensitometry. In: Cook, E. R. & Kairiukstis, L. A.: Methods of Dendrochronology. Kluver, Dordrecht, 55–63.
