DE102007041612A1 - Method for measurement of impedance of specimen with accurate amplitude and phase, involves impressing alternate current in specimen, where impression with alternate current is carried out at two locations with device for impression - Google Patents

Method for measurement of impedance of specimen with accurate amplitude and phase, involves impressing alternate current in specimen, where impression with alternate current is carried out at two locations with device for impression Download PDF

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Abstract

The method involves impressing an alternate current on a specimen (16), where an impression with alternate current is carried out at two locations with a device for the impression. The resulting electromagnetic signal is measured with another unit. Another impression of alternate current with amplitudes and phases that are alternate to the previous measurement is carried out at the same two locations of the specimen and the resulting signal is measured again. An independent claim is included for a device for measurement of the impedance of a specimen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur amplituden- und phasengenauen Messung der Impedanz einer Probe.The The invention relates to a method for amplitude and phase accuracy Measurement of the impedance of a sample.

Im Rahmen geoelektrischer Messungen wird die mehrdimensionale Leitfähigkeitverteilung in Böden in der Regel mittels Stromeinspeisungen und Messung der elektrischen Potentiale bestimmt. Zu diesem Zweck wird der Boden, oder allgemein, eine mehr oder minder heterogene Probe, mit einer großen Zahl von Elektroden kontaktiert. Über jeweils zwei Elektroden wird ein Strom in die Probe eingeprägt. Jede Einprägung erzeugt eine zugehörige elektrische Potentialverteilung und Magnetfeldverteilung als Funktion der elektrischen Leitfähigkeit des Mediums. An weiteren Elektroden bzw. Magnetfeldsensoren werden die elektrischen Potentiale bzw. Magnetfelder gemessen. Aus den gemessenen elektrischen Potentialen/Magnetfeldern, oder allgemein, elektromagnetischen Signalen für hinreichend viele unterschiedliche Einspeisungen des Stromes wird mittels spezieller Lösungsmethoden abschließend die Leitfähigkeitsverteilung des Mediums berechnet.in the Geoelectric measurements become the multidimensional conductivity distribution in soils usually by means of power supply and measurement the electrical potentials determined. For this purpose, the soil, or in general, a more or less heterogeneous sample, with a contacted by a large number of electrodes. About each two electrodes, a current is impressed into the sample. Each impression generates an associated electrical Potential distribution and magnetic field distribution as a function of the electrical Conductivity of the medium. At further electrodes or Magnetic field sensors become the electrical potentials or magnetic fields measured. From the measured electrical potentials / magnetic fields, or in general, electromagnetic signals for sufficient many different feeds of electricity are made by means of special Solution methods finally the conductivity distribution of the medium.

Aus DE 102 38 824 A1 ist ein Verfahren zur schnellen tomographischen Messung der Leitfähigkeitsverteilung in einer Probe mittels Einsprägung elektrischer Anregungssignale in die Probe bekannt. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Anregungssignale gleichzeitig in die Probe eingespeist werden und eine Zuordnung gemessener Potentialdifferenzen/Magnetfeldstärken anteilmäßig zu den eingeprägten elektrischen Anregungssignalen erfolgt. Die elektrischen Signale werden dabei als orthogonale Signale in die Probe eingespeist.Out DE 102 38 824 A1 is a method for rapid tomographic measurement of the conductivity distribution in a sample by means of impressing electrical excitation signals in the sample known. The method is characterized in that the electrical excitation signals are fed simultaneously into the sample and an assignment of measured potential differences / magnetic field strengths takes place in proportion to the impressed electrical excitation signals. The electrical signals are fed as orthogonal signals in the sample.

Aus DE 10 2004 059 152 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung der Impedanztomographie und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bekannt.Out DE 10 2004 059 152 A1 For example, a method for determining impedance tomography and an apparatus for carrying out the method are known.

Aus Sasaki ( Sasaki, Y. (1994). 3-D resistivity inversion using the finite-elementmethod. Geophysics, 59, 12: 1839–1848 .) sind iterative 3D-Inversionsverfahren an synthetischen Datensätzen bekannt. Die dort offenbarten Verfahren liefern näherungsweise gute Ergebnisse, sind aber unzuverlässig bei der Rekonstruktion oberflächennaher Datensätze.From Sasaki ( Sasaki, Y. (1994). 3-D resistivity inversion using the finite element method. Geophysics, 59, 12: 1839-1848 .), iterative 3D inversion methods on synthetic data sets are known. The methods disclosed there provide approximately good results, but are unreliable in the reconstruction of near-surface data sets.

Aus Chen et al. ( Chen, J., Haber, E., Oldenburg, D. W. (2002). Three-dimensional numerical modelling and inversion of magnetometric resistivity data. Geophysical Journal International. 149: 679–697 .) ist ein 3D-numerisches Modell und eine Inversionsrechnung für die Bestimmung des magnetometrischen Widerstands (MMR) in einer Probe bekannt.From Chen et al. ( Chen, J., Haber, E., Oldenburg, DW (2002). Three-dimensional numerical modeling and inversion of magnetometric resistivity data. Geophysical Journal International. 149: 679-697 .) is a 3D numerical model and an inversion calculation for the determination of the magnetometric resistance (MMR) in a sample known.

Nachteilig führen bei den bisher bekannten Vorrichtungen parasitäre Impedanzen, im wesentlichen Kapazitäten, zwischen den Kabeln und dem Massepotential oder der Probe und dem Massepotential zu großen Messfehlern. Bei der elektrischen Impedanztomographie verfälschen diese parasitären Kapazitäten bei höheren Frequenzen die Phasenwerte der gemessenen bzw. berechneten komplexen Leitfähigkeitsverteilung. Bei der magnetischen Impedanztomographie verursachen unter anderem, parasitäre, korrelierte externe Magnetfelder, die von der eigenen Messapparatur generiert werden, ebenfalls große Messfehler.adversely lead in the previously known devices parasitic Impedances, essentially capacitances, between the cables and the ground potential or the sample and the ground potential large measurement errors. In electrical impedance tomography falsify these parasitic capacitances at higher frequencies, the phase values of the measured or calculated complex conductivity distribution. In the magnetic impedance tomography cause, inter alia, parasitic, correlated external magnetic fields generated by the own measuring apparatus are generated, also large measurement errors.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur amplituden- und phasengenauen Messung der Impedanz einer Probe bereit zu stellen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bereit zu stellen.task The invention is therefore a method for amplitude and phase accuracy To provide measurement of the impedance of a sample. Another The object of the invention is a device for carrying out to provide the procedure.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Vorrichtung gemäß Nebenanspruch gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den darauf jeweils rückbezogenen Ansprüchen.The The object is achieved by a method according to claim 1 and a device solved according to additional claim. advantageous Embodiments result from the respective back referenced Claims.

Das Verfahren zur amplituden- und phasengenauen Messung der Impedanz einer Probe sieht eine Einprägung von Wechselströmen in die Probe vor, wobei eine erste Einprägung von Wechselströmen an jeweils zwei Orten mit ersten Mitteln zur Einprägung durchgeführt und das resultierende elektromagnetische Signal mit mindestens einem zweiten Mittel gemessen wird.The Method for measuring amplitude and phase accuracy of the impedance a sample sees an impression of alternating currents into the sample, with a first impression of alternating currents in each case in two places with first means for embossing performed and the resulting electromagnetic signal is measured with at least a second average.

Als erstes Mittel zur Einprägung von Wechselströmen in die Probe können Stromelektroden verwendet werden und zwar mindestens zwei Stromelektroden. Es wäre aber auch denkbar an Stelle der Stromelektroden eine einzige Antenne zu verwenden, die mittels Wirbelströmen an mindestens zwei Orten Ströme einprägt. Die Erfindung ist in diesem Sinne also nicht auf die Verwendung von Stromelektroden eingeschränkt.When first means of impressing alternating currents In the sample current electrodes can be used and Although at least two current electrodes. It would be too conceivable to use a single antenna instead of the current electrodes, the currents by means of eddy currents in at least two locations impresses. The invention is therefore not in this sense restricted to the use of current electrodes.

Durch Einprägen von Wechselströmen wird in der Probe ein Stromfluss in Abhängigkeit von der Beschaffenheit der Probe induziert. Im Resultat, wird ein elektromagnetisches Signal induziert. Dieses ist messbar als Magnetfeld, elektrisches Feld oder als Spannungsabfall. Jede Einprägung erzeugt somit eine zugehörige elektrische Potentialverteilung und Magnetfeldverteilung als Funktion der elektrischen Leitfähigkeit der Probe.By impressing alternating currents, a current flow in the sample is dependent on the Be Induced the quality of the sample. As a result, an electromagnetic signal is induced. This can be measured as a magnetic field, electric field or as a voltage drop. Each impression thus generates an associated electrical potential distribution and magnetic field distribution as a function of the electrical conductivity of the sample.

Mit mindestens einem zweiten Mittel wird das Magnetfeld, das elektrische Feld, das elektromagnetische Feld oder das elektrische Potential gemessen.With At least one second means is the magnetic field, the electric Field, the electromagnetic field or the electric potential measured.

Sofern das magnetische oder das elektrische Feld gemessen wird, ist es vorteilhaft, die Messwerte in Form einer Spannung auszugeben, bzw. in Spannungswerte umzuwandeln, um die Impedanz der Probe zu ermitteln.Provided the magnetic or electric field is measured, it is advantageous to output the measured values in the form of a voltage, or into voltage values to determine the impedance of the sample.

Es ist im Sinne der Erfindung ausreichend, wenn der Spannungsabfall in Form einer Potentialdifferenz mittels zweier Potentialelektroden gemessen wird. Eine Anordnung aus lediglich zwei Stromelektroden und zwei Potentialelektroden ist vorteilhaft sehr kostengünstig realisierbar. Es ist vorteilhaft leicht möglich, die beiden Potentialelektroden in der Probe anzuordnen und den Spannungsabfall zwischen den beiden Potentialelektroden nach Einprägung der Wechselströme zu messen.It is sufficient for the purposes of the invention, when the voltage drop in the form of a potential difference by means of two potential electrodes is measured. An arrangement of only two current electrodes and two potential electrodes is advantageously very inexpensive realizable. It is advantageous easily possible, the two To arrange potential electrodes in the sample and the voltage drop between the two potential electrodes after impressing the alternating currents to eat.

Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass an denselben zwei Orten über die ersten Mittel eine zweite Einprägung von Wechselströmen mit zur ersten Messung vertauschten Amplituden und Phasen durchgeführt und das resultierende Signal erneut mit dem mindestens einem zweiten Mittel gemessen wird.The Method is characterized in that at the same two places over the first means a second impression of alternating currents performed with amplitudes and phases exchanged for the first measurement and the resulting signal again with the at least one second one Means is measured.

Hierzu kann beispielsweise in einer geeigneten Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens lediglich eine Stromquelle mittels Wechselschalter vertauscht werden. Dieser beispielhafte Verfahrensschritt ermöglicht vorteilhaft eine deutlich Verringerung der Messfehler, wie nachfolgend erläutert wird.For this For example, in a suitable device for carrying out the method only a power source by means of a changeover switch be reversed. This exemplary method step advantageously allows a significant reduction in measurement errors, as explained below becomes.

Es werden nacheinander jeweils zwei Wechselströme je beispielsweise einem Stromelektrodenpaar als erste Mittel in die Probe eingeprägt. Im Vergleich zur ersten Messung sind die Phasen und Amplituden der Wechselströme bei der zweiten Einprägung aber vertauscht und es werden die resultierenden elektromagnetischen Signale jeweils gemessen.It in turn, each two alternating currents each, for example a current electrode pair impressed as first means in the sample. Compared to the first measurement are the phases and amplitudes of the alternating currents but reversed at the second imprint and it will be the resulting electromagnetic signals are measured.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird aus den Messwerten der beiden Messungen jeweils die Transferimpedanz berechnet, welche eine Normierung der Signale auf den eingeprägten Strom darstellt, und anschließend die mittlere Transferimpedanz berechnet, siehe die Gleichungen 1 bis 4.In Another embodiment of the invention will become apparent from the measured values the two measurements each calculate the transfer impedance, which a normalization of the signals to the impressed current and then the mean transfer impedance calculated, see equations 1 to 4.

Sehr vorteilhaft sind auf diese Weise Fehler aufgrund von elektrischen Leck- oder Anregungsströmen, welche über parasitäre Impedanzen zwischen der Probe und dem Massepotential fließen, minimierbar. Es sind auch Fehler aufgrund parasitärer, elektrischer oder magnetischer Anregungsfelder auf diese Weise minimierbar.Very advantageous in this way are errors due to electrical Leak or excitation currents, which via parasitic Impedances between the sample and the ground potential flow, minimized. There are also errors due to parasitic, electrical or magnetic excitation fields can be minimized in this way.

In Hinblick auf die Gleichungen 1 bis 4 ist es aber auch denkbar, ohne Amplituden und Phasen der Ströme genau zu kennen, zuerst die Differenzen der beiden Spannungsmesswerte zu bilden, um auf diese Weise den externen, parasitären Anregungsstrom zu eliminieren.In With regard to equations 1 to 4, it is also conceivable without To know exactly the amplitudes and phases of the currents, first to form the differences of the two voltage readings to this way the external parasitic excitation current eliminate.

Die nachfolgenden Ausführungen beziehen sich ebenfalls auf ein Verfahren, bei dem der Spannungsabfall zwischen zwei Potentialelektroden unmittelbar gemessen wurde und somit für eine bestimmte Messkonfiguration aus ersten und zweiten Mitteln in der Probe bekannt ist. Es ist aber ohne weiteres möglich, die Spannung erst nach Messung eines Magnetfeldes oder eines elektrischen Feldes zu ermitteln, siehe die weiteren Ausführungen unten.The subsequent versions also refer to a method in which the voltage drop between two potential electrodes was measured directly and thus for a specific Measurement configuration of first and second means known in the sample is. But it is easily possible, the tension only after measuring a magnetic field or an electric field determine, see the further remarks below.

Im allgemeinen Fall, kann der Spannungsabfall gegen Masse mittels zweier Potentialelektroden als zweiten Mitteln gemessen werden, wobei auch mehr als zwei Potentialelektroden verwendet werden können.in the general case, the voltage drop to ground by means of two Potential electrodes are measured as second means, wherein also more than two potential electrodes can be used.

Für ein lineares elektrisches System kann die komplexe Spannung U12 zwischen zwei beliebigen Potentialelektroden, mit zwei Kopplungsparametern Z1 and Z2 als Impedanzen sowie zwei komplexen Strömen Ii1 and Ii2 bestimmt werden. Zusätzlich wird der unabhängige, parasitäre, komplexe Strom Iext als Verursacher von Messfehlern mit dem Kopplungsparameter Z3 als Impedanz in der Gleichung 1 berücksichtigt: U12 = ii1Z1 + Ii2Z2 + IextZ3 Gleichung 1 For a linear electrical system, the complex voltage U 12 between any two potential electrodes, with two coupling parameters Z 1 and Z 2 as impedances and two complex currents I i1 and I i2 can be determined. In addition, the independent, parasitic, complex current I ext is taken into account as the cause of measurement errors with the coupling parameter Z 3 as impedance in equation 1: U 12 = i i1 Z 1 + I i2 Z 2 + I ext Z 3 Equation 1

U12 bezeichnet die komplexe Spannung; Ii1 bezeichnet den Anregungsstrom am ersten Ort; Z1 bezeichnet einen ersten Kopplungsparameter; Ii2 bezeichnet den Anregungsstrom am zweiten Ort; Z2 bezeichnet einen zweiten Kopplungsparameter; Iext bezeichnet den unabhängigen, parasitären komplexen Strom; Z3 bezeichnet einen dritten Kopplungsparameter.U 12 denotes the complex voltage; I i1 denotes the excitation current at the first location; Z 1 denotes a first coupling parameter; I i2 denotes the excitation current at the second location; Z 2 denotes a second coupling parameter; I ext denotes the independent parasitic complex current; Z 3 denotes a third coupling parameter.

Es könnte auch ein Magnetfeld oder ein elektrisches Feld sein, das die Wirkung Iext auf U12 hat.It could also be a magnetic field or an electric field having the effect I ext on U 12 .

Im Rahmen der Erfindung wurde erkannt, dass der Fehler aufgrund des Stromes Iext maximal wird, wenn dessen Frequenz mit der Frequenz der Anregungsströme Ii1, Ii2 übereinstimmt. Die Spannung U12 kann, wie oben beschrieben, auch die Sensorspannung eines Magnetfeldsensors oder eines Sensors für elektrische Felder sein. Die Transferimpedanz, welche zur Rekonstruktion der Leitfähigkeitsbilder benötigt wird, wird aus dem Quotienten der jeweiligen Spannung U12 zwischen den Elektroden und dem Strom durch die Probe, in diesem Fall dem Mittelwert aus dem hin- und zurückfließenden Anregungsströmen Ii1 und Ii2, gebildet. Die mittlere Transferimpedanz, welche eine Normierung der Elektrodenspannung auf den Anregungsstrom darstellt, berechnet sich zu:

Figure 00060001
In the context of the invention, it has been recognized that the error due to the current I ext becomes maximum when its frequency coincides with the frequency of the excitation currents I i1 , I i2 . As described above, the voltage U 12 can also be the sensor voltage of a magnetic field sensor or an electric field sensor. The transfer impedance, which is needed to reconstruct the conductivity images, is formed from the quotient of the respective voltage U 12 between the electrodes and the current through the sample, in this case the mean value of the excitation currents I i1 and I i2 flowing back and forth. The mean transfer impedance, which represents a normalization of the electrode voltage to the excitation current, is calculated as:
Figure 00060001

Die Gleichung 2 zeigt deutlich die nachteilige Abhängigkeit der Transferimpedanz von den Strömen Ii1, Ii2 und Iext.Equation 2 clearly shows the disadvantageous dependence of the transfer impedance on the currents I i1 , I i2 and I ext .

Das Verfahren zeichnet sich daher durch die zweite Messung mit erfindungsgemäß in Bezug auf Amplituden und Phasen vertauschten Anregungsströmen Ii1 und Ii2(Ii1 → Ii2, Ii2 → Ii1) aus. Es gilt:

Figure 00060002
The method is therefore characterized by the second measurement with excitation currents I i1 and I i2 (I i1 → I i2 , I i2 → I i1 ) which are exchanged according to the invention with respect to amplitudes and phases. The following applies:
Figure 00060002

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird aus den beiden Messungen (siehe Gleichung 2 und Gleichung 3) der Mittelwert aus ZT12 and ZT21 gebildet.In a further embodiment of the invention, the mean value of Z T12 and Z T21 is formed from the two measurements (see equation 2 and equation 3).

Besonders vorteilhaft ist auf diese Weise die mittlere Transferimpedanz für diese Messkonfiguration ermittelbar.

Figure 00060003
In this way, the average transfer impedance for this measurement configuration can be determined particularly advantageously.
Figure 00060003

Besonders vorteilhaft wird mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens die Abhängigkeit der mittleren Transferimpedanz ZT von den Strömen Ii1, Ii2 und Iext und damit von den Fehlern aufgrund parasitärer Impedanzen, parasitärer externer Ströme oder elektrischer und magnetischer Felder vermieden.The dependence of the average transfer impedance Z T on the currents I i1 , I i2 and I ext and thus on the errors due to parasitic impedances, parasitic external currents or electric and magnetic fields is particularly advantageously avoided by means of the method according to the invention.

In Hinblick auf die Gleichungen 1 bis 4 ist es aber auch denkbar, wie oben erwähnt, ohne Amplituden und Phasen der Ströme genau zu kennen, zuerst die Differenzen der beiden Spannungsmesswerte zu bilden, um auf diese Weise den externen, parasitären Anregungsstrom zu eliminieren.In With regard to equations 1 to 4, it is also conceivable how mentioned above, without amplitudes and phases of the currents to know exactly, first the differences of the two voltage readings to form in this way the external, parasitic To eliminate excitation current.

Das Verfahren kann, wie erwähnt, auch angewendet werden, wenn anstelle der Spannungen magnetische oder elektrische Felder mittels Sensoren als Spannung U(B) oder U(E) gemessen werden, z. B. das Feld B1 an einer beliebigen Position. Es gilt dann:

Figure 00070001
The method can, as mentioned, also be applied if instead of the voltages magnetic or electric fields are measured by means of sensors as voltage U (B) or U (E), z. B. the field B 1 at any position. It then applies:
Figure 00070001

Die Gleichung 5 entspricht somit der Gleichung 2. Analog können demnach die Gleichungen 3 bis 4 auf den Fall der Messung eines Magnetfeldes übertragen werden.The Equation 5 thus corresponds to Equation 2. Analogous Accordingly, equations 3 to 4 are transmitted to the case of measuring a magnetic field become.

Mit Berechnung des Mittelwertes bzw. der mittleren Transferimpedanz ist für die spezielle Messkonfiguration, bestehend aus zwei Mitteln zur Einprägung der Wechselströme in die Probe und mindestens einem Mittel zur Messung des resultierenden elektromagnetischen Signals das erfindungsgemäße Verfahren abgeschlossen.With Calculation of the mean value or the mean transfer impedance is made up for the special measurement configuration two means for impressing the alternating currents into the sample and at least one means of measuring the resulting electromagnetic signal of the invention Procedure completed.

In Hinblick auf die Gleichungen 1, 6 und 7 ist es denkbar, ohne die Amplituden und Phasen der eingeprägten Ströme exakt zu kennen, zuerst die Differenzen der beiden Spannungsmesswerte U12 und U21 zu bilden, um auf diese Weise den externen, parasitären Anregungsstrom zu eliminieren. U21 = Ii2Z1 + Ii1Z2 + IextZ3 Gleichung 6 UT = (U12 – U21)/2 = (Z1 – Z2)(Ii1 – Ii2)/2 Gleichung 7 With regard to the equations 1, 6 and 7, it is conceivable, without knowing the amplitudes and phases of the impressed currents exactly, first to form the differences between the two voltage measurement values U 12 and U 21 , in order in this way to supply the external, parasitic excitation current eliminate. U 21 = I i2 Z 1 + I i1 Z 2 + I ext Z 3 Equation 6 U T = (U 12 - U 21 ) / 2 = (Z 1 - Z 2 ) (I i1 - I i2 / 2 Equation 7

Die weitere Normierung von Gleichung 7 auf den mittleren Strom (Ii1 – Ii2)/2 liefert entsprechend der Gleichung 8 wieder die mittlere Transferimpedanz, vergleiche Gleichung 4. Dieser Schritt eliminiert zusätzlich die Abhängigkeiten von den Strömen Ii1 und Ii2.

Figure 00080001
The further normalization of Equation 7 to the average current (I i1 - I i2 ) / 2 returns the mean transfer impedance according to Equation 8 again, compare Equation 4. This step additionally eliminates the dependencies on the currents I i1 and I i2 .
Figure 00080001

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es auch denkbar, anstelle der Ströme zwei Wechselspannungen Ui1, Ui2 mit der Amplitude A1, A2 und der Phase P1, P2 gegen Massepotential an den Elektroden anzulegen und so die Wechselströme zu erzeugen und einzuprägen um dann die Amplituden und Phasen der Wechselspannung zu tauschen. U12 = Ui1K1 – Ui2K2 + IextZ3 Gleichung 9 U21 = Ui2K1 – Ui1K2 + IextZ3 Gleichung 10 In a further embodiment of the invention, it is also conceivable, instead of the currents, to apply two alternating voltages U i1 , U i2 with the amplitude A1, A2 and the phase P1, P2 against ground potential at the electrodes and thus to generate and impress the alternating currents in order to then generate the To change amplitudes and phases of the AC voltage. U 12 = U i1 K 1 - U i2 K 2 + I ext Z 3 Equation 9 U 21 = U i2 K 1 - U i1 K 2 + I ext Z 3 Equation 10

K1 und K2 an Stelle von Z sind die Probenkonstanten. Die Differenz der beiden Messungen entsprechend Gleichung 9, 10 und 11 eliminiert Fehler aufgrund des parasitären externen Stromes. UT = (U12 – U21)/2 = (K1 + K2)(Ui1 – Ui2)/2 Gleichung 11 K1 and K2 instead of Z are the sample constants. The difference of the two measurements according to Equations 9, 10 and 11 eliminates errors due to the parasitic external current. U T = (U 12 - U 21 ) / 2 = (K 1 + K 2 ) (U i1 - U i2 / 2 equation 11

Sofern die Gleichung 11 auf den Strom normiert wird, erhält man wiederum eine Transferimpedanz.Provided equation 11 is normalized to the current, one obtains again a transfer impedance.

Als weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es auch denkbar, anstelle der beiden Wechselspannungsquellen nur eine Wechselspannung Ui = (Ui1 – Ui2) mit der Amplitude A und der Phase P zwischen den Elektroden anzulegen und die Phase P für die zweite Messung um 180 Grad drehen. Es gilt dann: U12 = UiK + IextZ3 Gleichung 12 U21 = –UiK + IextZ3 Gleichung 13 As a further embodiment of the invention, it is also conceivable, instead of the two alternating voltage sources , to apply only one alternating voltage U i = (U i1 -U i2 ) with the amplitude A and the phase P between the electrodes and the phase P for the second measurement by 180 degrees rotate. It then applies: U 12 = U i K + I ext Z 3 Equation 12 U 21 = -U i K + I ext Z 3 Equation 13

K ist die Probenkonstante. Die Differenz der beiden Messungen entsprechend Gleichung 12, 13 und 14 eliminiert Fehler aufgrund des parasitären externen Stromes. UT = (U12 – U21)/2 = KUi Gleichung 14 K is the sample constant. The difference of the two measurements according to Equations 12, 13 and 14 eliminates errors due to the parasitic external current. U T = (U 12 - U 21 ) / 2 = KU i Equation 14

Sofern die Gleichung 14 auf den Strom normiert wird, erhält man wiederum eine Transferimpedanz.Provided equation 14 is normalized to the current, one obtains again a transfer impedance.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung, werden die resultierenden elektromagnetischen Signale an mehreren Orten nacheinander oder gleichzeitig gemessen. Die Einprägung der Wechselströme an zwei Orten der Probe führt in Abhängigkeit von der Beschaffenheit der Probe zu unterschiedlichen elektromagnetischen Signalen an verschiedenen Orten der Probe. In geeigneter Weise werden diese Signale durch eine Anordnung, umfassend möglichst viele zweite Mittel zur Messung der Signale gemessen.In a further advantageous embodiment of the invention, be the resulting electromagnetic signals at multiple locations measured consecutively or simultaneously. The imprint the alternating currents at two locations of the sample leads depending on the nature of the sample to different electromagnetic Signals at different locations of the sample. Be suitable these signals by an arrangement comprising as possible many second means of measuring the signals measured.

Es können ohne weiteres bis zu 100 Potentialelektroden oder Magnetfeldsensoren als zweite Mittel oder sogar eine noch höhere Anzahl gleichzeitig die resultierenden elektromagnetischen Signale messen, um die Beschaffenheit der Probe bezüglich der Leitfähigkeit möglichst umfassend zu ermitteln. Ein Fachmann wird also ohne weiteres von den Impedanzen auf die die komplexe Leitfähigkeit der Probe schließen.It can easily up to 100 potential electrodes or Magnetic field sensors as second means or even higher Number simultaneously the resulting electromagnetic signals measure the nature of the sample for conductivity to determine as comprehensively as possible. A specialist will be so easily from the impedances to the the complex conductivity close the sample.

Es ist in einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung denkbar, dass das Verfahren für verschiedene Anregungsfrequenzen wiederholt wird. Mögliche Frequenzen können zwischen wenigen Hz und einigen hundert kHz liegen. Auf diese Weise wird sehr vorteilhaft ein Spektrum der Leitfähigkeitsverteilung der Probe bereit gestellt.It is conceivable in a further particularly advantageous embodiment of the invention that the method is repeated for different excitation frequencies. Possible frequencies can be between a few Hz and a few hundred kHz. In this way, a spectrum of the conductivity is very advantageous distribution of the sample provided.

In einer ganz besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das Verfahren bezüglich der Einprägung von Wechselströmen auch für andere Einprägeorte der Probe wiederholt. Die Einprägung von Wechselströmen wird somit an verschiedenen Orten für verschiedene Paare von Stromelektroden durchgeführt. Es werden hierfür nacheinander Elektrodenpaare zur Einprägung der Wechselströme aktiv hinzugeschaltet.In a very particularly advantageous embodiment of the invention the procedure concerning the impressing of alternating currents also repeated for other injection locations of the sample. The impression of alternating currents is thus on different places for different pairs of current electrodes carried out. There are successively pairs of electrodes activated to impress the alternating currents.

Zu diesem Zweck können sehr vorteilhaft viele erste Mittel, also z. B. eine Vielzahl an Stromelektroden über beispielsweise einen Multiplexer in den aktiven Zustand geschaltet und auf diese Weise Wechselströme über einen Signalweg, ausgehend von einer Wechselspannungs- oder Wechselstromquelle über verschiedene Anregungsstromelektroden in die Probe eingeprägt werden.To For this purpose, many first means So z. B. a plurality of current electrodes over, for example a multiplexer switched to the active state and on this Alternating currents via a signal path, starting from an AC or AC source impressed different excitation current electrodes into the sample become.

In einer weiteren, ganz besonders vorteilhaften weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden orthogonal codierte Wechselströme eingeprägt, wie in DE 102 38 824 A1 beschrieben, deren Inhalt hiermit in die vorliegende Patentanmeldung übernommen wird.In a further, particularly advantageous further embodiment of the invention, orthogonally encoded alternating currents are impressed, as in DE 102 38 824 A1 described, the contents of which are hereby incorporated into the present patent application.

Dadurch wird ein besonders schnelles Verfahren zur Bestimmung der komplexen, mehrdimensionalen Leitfähigkeitsverteilung der Probe bereitgestellt, da es mittels der dort beschriebenen Technologie möglich ist, eine Vielzahl an Wechselströmen gleichzeitig in die Probe einzuprägen. Damit ist es auch denkbar, das Verfahren für mehr als zwei Einpräge- und Messorte und Frequenzen gleichzeitig durchzuführen. Vorteilhaft wird ein sehr schnelles tomographisches Bildgebungsverfahren zur Darstellung der mehrdimensionalen komplexen Leitfähigkeitsverteilung einer heterogenen Probe hierdurch bereitgestellt.Thereby will be a particularly fast method of determining the complex, provided multidimensional conductivity distribution of the sample, as it is possible by means of the technology described there is, a variety of alternating currents simultaneously in the Impress sample. Thus, it is also conceivable, the process for more than two imprinting and measuring locations and frequencies at the same time. Advantageously, a very fast Tomographic imaging method for displaying the multidimensional complex conductivity distribution of a heterogeneous sample provided thereby.

Das Verfahren ist auch hierauf noch nicht beschränkt. Vielmehr ist es denkbar, dass Wechselströme in die Probe nicht nur über zwei einander zugeordnete Orte der Probe mit Stromelektroden, sondern über drei oder mehr Orte mit Stromelektroden gleichzeitig und einander zugeordnet, eingeprägt werden.The Method is also not limited to this. Much more It is conceivable that alternating currents into the sample are not just about two associated locations of the sample with current electrodes, but over three or more places with current electrodes at the same time and each other assigned to be imprinted.

Vorteilhaft erhält man hierdurch eine homogenere Stromververteilung und eine geringere Stromdichte an einer Elektrode.Advantageous This gives a more homogeneous distribution of electricity and a lower current density at an electrode.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung die auch zur Durchführung des Verfahrens geeignet ist, weist zwei erste Mittel zur Einprägung von Wechselströmen an jeweils zwei Orten in eine Probe und mindestens ein zweites Mittel zur Messung des resultierenden elektromagnetischen Signals auf. Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie ein drittes Mittel zum Einstellen und Tauschen von Amplituden und Phasen der beiden Wechselströme in die zwei ersten Mittel und optional auch ein Mittel zur Messung der eingeprägten Wechselströme umfasst.A Device according to the invention also to carry out of the method has two first means for imprinting of alternating currents at two locations in a sample and at least a second means for measuring the resulting electromagnetic signal. The device is characterized that they have a third means for adjusting and swapping amplitudes and phases of the two alternating currents in the first two Means and optionally also means for measuring the imprinted Includes alternating currents.

Vorteilhaft umfasst die Vorrichtung weiterhin ein Mittel für die Ausführung und Speicherung notwendiger mathematischer Berechnungen.Advantageous The device further comprises a means for the execution and storage of necessary mathematical calculations.

Im Weiteren wird die Erfindung mittels Ausführungsbeispielen und der beigefügten Figuren näher beschreiben, ohne dass dies zu einer Einschränkung der Erfindung führt.in the Further, the invention by means of embodiments and the enclosed figures, without this leading to a limitation of the invention.

Es zeigen:It demonstrate:

1: Stark vereinfachter Schaltplan aus Probe und Messsystem. 1 : Highly simplified circuit diagram of sample and measuring system.

2: Vereinfachter Schaltplan aus Probe und Messsystem. 2 : Simplified wiring diagram of sample and measuring system.

3: Erste Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. a) = Signalweg der ersten Messung; b) = Signalweg der zweiten Messung 3 : First device for carrying out the method. a) = signal path of the first measurement; b) = signal path of the second measurement

4 Zweite Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. 4 Second device for carrying out the method.

In 3 und 4 bezeichnen identische Bezugszeichen identische Bauteile.In 3 and 4 Identical reference numerals designate identical components.

1 zeigt ein stark vereinfachtes Schaltbild zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens und den in der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorhandenen Komponenten. 1 shows a greatly simplified circuit diagram for explaining the method according to the invention and the components present in the device according to the invention.

Es wird eine erste Messung an der Probe 16 mit einer Wechselstromeinprägung an mindestens zwei Orten, hier den aktiven Elektroden E1 und E5, mittels zweier Wechselstromquellen 1a und 1b durchgeführt.It will be a first measurement on the sample 16 with an AC injection at at least two locations, here the active electrodes E1 and E5, by means of two AC sources 1a and 1b carried out.

An der Stromelektrode E1 fließt der Strom Ii1, und an der Stromelektrode E5 fließt der Strom Ii2 in die Probe 16. Es ist möglich, nur eine Wechselstromquelle oder aber in der Praxis noch häufiger, nur eine Wechselspannungsquelle zum Einprägen der Wechselströme zu verwenden.At the current electrode E1, the current I i1 flows , and at the current electrode E5, the current I i2 flows into the sample 16 , It is possible to use only one AC source or, more frequently in practice, only one AC source to impress the AC currents.

Die aktiven Elektroden E1 und E5 definieren die beiden Orte der Probe 16, an denen erfindungsgemäß die Einprägung der Wechselströme in die Probe 16 erfolgt. Ii1 ist ein Wechselstrom mit der Amplitude A1, der Phase P1 und der Frequenz f. Ii2 ist ein Wechselstrom mit der Amplitude A2, der Phase P2 und der gleichen Frequenz f.The active electrodes E1 and E5 define the two locations of the sample 16 in which, according to the invention, the impressing of the alternating currents into the sample 16 he follows. Ii1 is an alternating current with the amplitude A1, the phase P1 and the frequency f. Ii2 is an alternating current with the amplitude A2, the phase P2 and the same frequency f.

Als Sonderfall können die beiden Wechselströme Ii1 und Ii2 auch mit einer einzigen Strom- oder Spannungsquelle realisiert werden. In diesem Fall sind die Amplituden A1 und A2 gleich, und die Phasendifferenz ist P1 – P2 = 180 Grad.As a special case, the two alternating currents I i1 and I i2 can also be realized with a single current or voltage source. In this case, the amplitudes A1 and A2 are equal and the phase difference is P1 - P2 = 180 degrees.

Im Idealfall sind die Amplituden identisch, das heißt A1 = A2 und die Phasendifferenz P1 – P2 beträgt 180 Grad, so dass gilt: I1 = –I2. Dann ist gewährleistet, dass der Strom, welcher über Elektrode E1 in die Probe 16 hinein fließt, vollständig über die Elektrode E5 aus der Probe 16 hinaus fließt. Während der Einspeisung wird mindestens eine resultierende elektrische Wechselspannung, z. B., vorliegend an den Orten, welche den Elektroden E2 und E4 entsprechen, gemessen.Ideally, the amplitudes are identical, that is to say A1 = A2 and the phase difference P1 - P2 is 180 degrees, so that the following applies: I1 = -I2. Then it is ensured that the current, which via electrode E1 in the sample 16 flows completely through the electrode E5 from the sample 16 flows out. During the feed, at least one resulting electrical AC voltage, z. B., in the present case at the locations corresponding to the electrodes E2 and E4 measured.

Anschließend wird die zweite Messung an Probe 16 mit einer Wechselstromeinprägung an den gleichen Orten der Probe 16, nämlich wiederum an den Orten der Stromelektroden E1 und E5 durchgeführt, bei der die Amplituden und Phasen der Wechselströme vertauscht sind. In den Ort der Probe 16 an Elektrode E1 fließt somit der Strom Ii2 und in den Ort an Elektrode E5 fließt der Strom Ii1. Das heißt, in den Ort an Elektrode E1 fließt der Wechselstrom mit der Amplitude A2, der Phase P2 und der Frequenz f und in den Ort an Elektrode E5 fließt ein Wechselstrom mit der Amplitude A1, der Phase P1 und der gleichen Frequenz f.Subsequently, the second measurement on sample 16 with an AC injection at the same locations of the sample 16 , again performed at the locations of the current electrodes E1 and E5, in which the amplitudes and phases of the alternating currents are reversed. In the place of the rehearsal 16 At the electrode E1 thus flows the current I i2 and in the place at the electrode E5, the current I i1 flows . That is, in the location at the electrode E1, the alternating current having the amplitude A2, the phase P2 and the frequency f and into the location at the electrode E5 flows an alternating current having the amplitude A1, the phase P1 and the same frequency f.

Die durch Einprägung der Wechselströme induzierten elektromagnetischen Signale werden in 1 für beide Messungen über die Potentialelektroden E2 und E4, als Spannungsabfall U12 und U21 gemessen, wodurch das erfindungsgemäße Verfahren grundsätzlich abgeschlossen ist.The induced by impressing the alternating currents electromagnetic signals are in 1 for both measurements on the potential electrodes E2 and E4, measured as a voltage drop U 12 and U 21 , whereby the inventive method is basically completed.

Es erfolgt sodann aus den Messwerten U12 und U21 zur Messung 1 und zur Messung 2 (ZT12 und ZT21) die Ermittlung der mittleren Transferimpedanz der Probe, wie in den Gleichungen 1 bis 4 beschrieben. Hierbei wird vorausgesetzt, dass die Ströme Ii1 und Ii2 bekannt sind, da sie mittels der Stromquellen eingestellt wurden. In 1 ist Iext ein externer parasitärer Strom, der von außen störend einwirkt und Ileak ist ein parasitärer Ableitstrom.The measurement values U 12 and U 21 for measurement 1 and for measurement 2 (Z T12 and Z T21 ) are then used to determine the mean transfer impedance of the sample, as described in equations 1 to 4. Here it is assumed that the currents I i1 and I i2 are known, since they were adjusted by means of the current sources. In 1 I ext is an external parasitic current that is disturbing from the outside and I leak is a parasitic leakage current.

2 zeigt ein Schaltbild zur genaueren Beschreibung des Verfahrens, wie in 1 allerdings mit der Maßgabe, dass zwei Wechselspannungsquellen Ug1 und Ug2 vorgesehen sind. Die Anregungsströme werden mittels der Shunt-Widerstände Rs1 und Rs2 gemessen und z. B. mittels Gleichung 15 bestimmt:

Figure 00130001
2 shows a circuit diagram for a more detailed description of the method, as in 1 however, with the proviso that two AC voltage sources U g1 and U g2 are provided. The excitation currents are measured by means of the shunt resistors R s1 and R s2 and z. Determined by equation 15, for example:
Figure 00130001

Mittels der beiden Spannungen Ug1 und Ug2 werden die Ströme Ii1 und Ii2 eingestellt. Zc1 und Zc2 sind die bekannten Impedanzen der aktiven Stromkanäle gegen Massepotential gemessen. Wenn diese Stromkanäle, im wesentlichen Elektrodenzuleitungen, koaxial ausgeführt werden, sodass sie nur definierte Impedanzen gegen Massepotential aufweisen, dann können diese Impedanzen einfach bestimmt werden.By means of the two voltages U g1 and U g2 , the currents I i1 and I i2 are set. Z c1 and Z c2 are the known impedances of the active current channels measured against ground potential. If these current channels, essentially electrode leads, are made coaxial so that they have only defined impedances to ground potential, then these impedances can be easily determined.

3 zeigt ein vereinfachtes Schaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Mit dieser Vorrichtung werden jeweils zwei Messungen (a) und (b) mit zueinander vertauschten Amplituden und Phasen bei Einprägung der Wechselströme über die Wechselstromquellen 1a und 1b durchgeführt. 3 shows a simplified circuit diagram of a first embodiment of a device according to the invention. With this device, in each case two measurements (a) and (b) with mutually reversed amplitudes and phases when impressing the alternating currents via the alternating current sources 1a and 1b carried out.

In 3a) verläuft bei der ersten Messung der Signalweg entlang der Pfeile ausgehend von Wechselstromquelle 1a über den unteren Knoten in Schalter 2 zu Shunt-Widerstand 4, den Multiplexer 5 und hin zur Stromelektrode E5. An der zweiten aktiven Elektrode E1 verlässt der Strom die Probe 36, verläuft erneut über den Multiplexer 5 und sodann über den Shunt-Widerstand 3, den oberen Knoten in Schalter 2 und weiter zur Wechselstromquelle 1b (s. Pfeile).In 3a In the first measurement, the signal path is along the arrows starting from the AC source 1a over the lower node in switch 2 to shunt resistance 4 , the multiplexer 5 and towards the current electrode E5. At the second active electrode E1, the current leaves the sample 36 , runs again over the multiplexer 5 and then over the shunt resistor 3 , the upper node in switch 2 and continue to AC power source 1b (see arrows).

An den Shunt-Widerständen 3 und 4 werden die eingeprägten Ströme gemessen. Zwischen den Potentialelektroden E4 und E2 in der Probe 36 wird der Spannungsabfall mittels der Datenerfassungseinheit 9 gemessen. Gemäß der Gleichung 2 im allgemeinen Beschreibungsteil wird die Transferimpedanz ZT12 bei der ersten Messung ermittelt.At the shunt resistors 3 and 4 the impressed currents are measured. Between the potential electrodes E4 and E2 in the sample 36 the voltage drop is detected by the data acquisition unit 9 measured. According to the equation 2 in the general description part, the transfer impedance Z T12 is determined in the first measurement.

Für die erfindungsgemäße zweite Messung schaltet der Schalter 2 die beiden Kontakte nach unten (3b)). Ausgehend von Wechselstromquelle 1a verläuft der Signalweg dann über den oberen Knoten zu Shunt-Widerstand 3, den Multiplexer 5 und hin zur Stromelektrode E1. An der zweiten aktiven Elektrode E5 verlässt der Strom die Probe 36, verläuft erneut über die Zuleitung in den Multiplexer 5 und sodann über den Shunt-Widerstand 4 zu den unteren Knoten und weiter zur Wechselstromquelle 1b (s. Pfeile).For the second measurement according to the invention, the switch switches 2 the two contacts down ( 3b )). Starting from AC source 1a the signal path then passes through the upper node to shunt resistance 3 , the multiplexer 5 and towards the current electrode E1. At the second active electrode E5, the current leaves the sample 36 , runs again over the supply line in the multiplexer 5 and then over the shunt resistor 4 to the lower nodes and on to the AC source 1b (see arrows).

Es ist selbstverständlich, dass in den 3a) und 3b) Wechselströme dargestellt werden. Das heißt, dass die Pfeile in 3a) und 3b) diesen Wechselstrom nur lediglich in der Anfangsstromrichtung darstellt, und dass zum späteren Zeitpunkt bei gegebener Frequenz die Pfeile entsprechend wechseln.It goes without saying that in the 3a ) and 3b ) Alternating currents are displayed. That means the arrows in 3a ) and 3b ) represents this alternating current only in the initial current direction, and that at a later time at a given frequency, the arrows change accordingly.

An den Shunt-Widerständen 3 und 4 kann der eingeprägte Strom jeweils gemessen werden. Dies ist notwendig, wenn an Stelle der Stromquellen einstellbare Spannungsquellen verwendet werden, da in diesem Fall die Ströme von der Impedanz der Probe und der eingestellten Spannung abhängt.At the shunt resistors 3 and 4 the impressed current can be measured in each case. This is necessary if adjustable voltage sources are used instead of the current sources, since in this case the currents depend on the impedance of the sample and the set voltage.

Zwischen den Potentialelektroden E4 und E2 in der Probe 36 wird der Spannungsabfall mittels der Datenerfassungseinheit 9 gemessen. Gemäß der Gleichung 3 im allgemeinen Beschreibungsteil wird die Transferimpedanz ZT21 der zweiten Messung ermittelt.Between the potential electrodes E4 and E2 in the sample 36 the voltage drop is detected by the data acquisition unit 9 measured. According to the equation 3 in the general description part, the transfer impedance Z T21 of the second measurement is determined.

Der Schalter 2 wechselt also bei den beiden Messungen entsprechend die Pole. Die hin- und zurückfließenden elektrischen Ströme werden jeweils mittels Spannungsmessung an den Shunt-Widerständen 3 und 4 gemessen. Der Multiplexer 5 verzweigt die Ströme auf zwei beliebige koaxiale Elektrodenleitungen 7, die Ströme fließen durch die Probe 36 und über die Elektrodenleitungen 8 werden die Spannungsdifferenzen an den Elektroden abgegriffen und mittels der Datenerfassung 9 gemessen. Die Datenerfassung kann durch eine ADC-Karte gebildet werden.The desk 2 So changes in the two measurements according to the poles. The flowing back and forth electric currents are each by means of voltage measurement at the shunt resistors 3 and 4 measured. The multiplexer 5 branches the streams on any two coaxial electrode lines 7 , the currents flow through the sample 36 and over the electrode leads 8th The voltage differences are tapped at the electrodes and by means of the data acquisition 9 measured. The data acquisition can be formed by an ADC card.

Sodann wird gemäß der Gleichung 4, wie oben beschrieben, die mittlere Transferimpedanz gebildet.thereupon is calculated according to equation 4, as described above, the average transfer impedance is formed.

Es ist selbstverständlich, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung mehr als zwei Potentialelektroden bzw. zweite Mittel vorteilhaft gleichzeitig verwenden kann, beispielsweise bis zu 100, und die Spannungsabfälle im Sinne einer Elektrischen Impedanztomographie (EIT) wiederholt oder gleichzeitig mit verschiedenen Potentialelektroden messen kann. So kann selbstverständlich gleichzeitig nicht nur an dem Elektrodenpaar E2 und E4 sondern auch an dem Elektrodenpaar E2 und E6, E2 und E8, E4 und E6 usw. der Spannungsabfall gemessen werden, so dass alle Kombinationsmöglichkeiten an Potentialelektroden ausgeschöpft werden.It is understood that the inventive Device more than two potential electrodes or second means advantageous at the same time, for example up to 100, and the voltage drops in the sense of an electrical impedance tomography (EIT) repeatedly or simultaneously with different potential electrodes can measure. Of course, that's not possible at the same time only on the electrode pair E2 and E4 but also on the electrode pair E2 and E6, E2 and E8, E4 and E6, etc. the voltage drop measured so that all possible combinations of potential electrodes be exhausted.

Es ist auch selbstverständlich, dass die Vorrichtung gemäß 3 im Sinne der Bereitstellung eines Spektrums nacheinander oder auch gleichzeitig verschiedene Frequenzen hierzu durchmisst.It is also understood that the device according to 3 in the sense of providing a spectrum successively or simultaneously measures different frequencies for this purpose.

Auch die Einprägung der Wechselströme über die Elektrodenpaare E1 und E5 werden im einfachsten Falle nacheinander an verschiedenen Ortspaaren in die Probe eingeprägt. Es ist aber denkbar, über die Einprägung nicht nur an zwei, sondern auch an gleichzeitig an mehr Stromelektroden vorzunehmen.Also the impression of the alternating currents over the electrode pairs E1 and E5 are in the simplest case in succession stamped into the sample at different pairs of places. It But it is conceivable not only about the imprint at two, but also at the same time to make more current electrodes.

In 4 ist dasselbe Messverfahren an Hand einer modifizierten erfindungsgemäßen zweiten Vorrichtung wiedergegeben. Hinter den Shunt-Widerständen 3 und 4 ist ein Trenntransformator 10 angeordnet. Dies bewirkt vorteilhaft identische Ströme Ii1 und –Ii2 bezüglich ihrer Amplituden und eine potentialfreie Spannungs- oder Stromquelle 1a und 1b. Im Übrigen entspricht der Messaufbau der Vorrichtung gemäß der 4 dem der 3 und auch die beiden durchzuführenden Messungen verlaufen auf identischen Signalwegen wie bereits für 3 gezeigt.In 4 the same measuring method is reproduced with reference to a modified second device according to the invention. Behind the shunt resistors 3 and 4 is an isolation transformer 10 arranged. This advantageously causes identical currents I i1 and -I i2 with respect to their amplitudes and a potential-free voltage or current source 1a and 1b , Incidentally, the measurement setup of the device according to the 4 the the 3 and also the two measurements to be carried out on identical signal paths as already for 3 shown.

Es sind verschiedene Modifikationen an den Vorrichtungen gemäß der 3 und der 4 möglich, die nachfolgend beschrieben werden: So können in 4 die Shunt-Widerstände auch hinter dem Trafo 10 angeordnet werden.There are various modifications to the devices according to the 3 and the 4 possible, which are described below: So can in 4 the shunt resistors also behind the transformer 10 to be ordered.

Es können anstelle von Spannungsdifferenzen, auch Magnetfelder oder elektrische Felder mittels entsprechender Sensoren gemessen werden. Abschließend wird die Transferimpedanz entsprechend der oben genannten Gleichung 4 berechnet.Instead of voltage differences, it is also possible to use magnetic fields or electric fields by means of ent to be measured by speaking sensors. Finally, the transfer impedance is calculated according to equation 4 above.

Die Vorrichtungen können massebezogen realisiert sein, das heißt mit koaxialen Kabeln 7, 8 sowie Zuleitungen zu den ersten und zweiten Mitteln mit außen liegendem Massepotential und internen massebezogenem Aufbau, damit definierte parasitäre Kapazitäten gegen Masse erzwungen werden und die Wirkung der parasitären Kapazitäten zwischen den Leitungen, und damit ein Kanalübersprechen, minimiert wird.The devices can be realized on a mass basis, that is with coaxial cables 7 . 8th and leads to the first and second external ground potential and ground internal structure means for forcing defined parasitic capacitances to ground and minimizing the effect of parasitic capacitances between the leads, and thus channel cross talk.

Schalter 2 in den Vorrichtungen gemäß 3 oder 4 kann auch entfallen, und stattdessen die Anschlusspole für die Elektroden mittels des Multiplexers 5 getauscht werden. Im Übrigen kann die Vorrichtung wie im Ausführungsbeispiel zu 3 realisiert sein.switch 2 in the devices according to 3 or 4 can also be omitted, and instead the terminal poles for the electrodes by means of the multiplexer 5 it will be exchanged. Incidentally, the device as in the embodiment to 3 be realized.

Es ist denkbar, nur eine massebezogene Stromquelle oder Spannungsquelle 1a oder 1b zu verwenden. Die andere Quelle wird durch einen Kurzschluss gegen Masse ersetzt. Im Übrigen entspricht der Messaufbau dem in 3 oder 4. Es ist auch denkbar, nur eine Quelle ohne Massebezug zu verwenden.It is conceivable, only a ground-related power source or voltage source 1a or 1b to use. The other source is replaced by a short to ground. Incidentally, the measurement setup corresponds to that in 3 or 4 , It is also conceivable to use only one source without reference to ground.

Die Umschaltung der Amplituden und Phasen kann mittels einstellbarer Spannungs- oder Stromquellen durchgeführt werden, so dass der Schalter 2 wiederum entfällt. Es werden die gemessenen Stromwerte der ersten Messung bei der zweiten Messung vertauscht eingestellt. Im Übrigen entspricht der Messaufbau dem in 3 oder 4.The switching of the amplitudes and phases can be carried out by means of adjustable voltage or current sources, so that the switch 2 again omitted. The measured current values of the first measurement are interchanged during the second measurement. Incidentally, the measurement setup corresponds to that in 3 or 4 ,

Sofern Spannungsquellen verwendet werden, können sich, abhängig von der Probe, für Messung m1 und m2 unterschiedliche Stromwerte Ii1(m1) <> I12(m2) und Ii2(m1) <> Ii1(m2) einstellen. In diesem Fall sollten jedenfalls einstellbare Spannungsquellen verwendet werden um die Vertauschung der Ströme zu ermöglichen.If voltage sources are used, different current values I i1 (m1) <> I 12 (m2) and I i2 (m1) <> I i1 (m2) can be set for measurement m1 and m2, depending on the sample. In this case, adjustable voltage sources should be used to enable the exchange of currents.

Es ist denkbar, das Verfahren an Stelle der in den Ausführungsbeispielen gemessenen Signale in Form von Spannungen auch in Form von Strömen oder sonstigen Messwerten durchzuführen und anstelle der Transferimpedanzen auf den Strom normierte Messwerte darzustellen.It is conceivable, the method in place of in the embodiments measured signals in the form of voltages in the form of currents or other measurements and instead of the transfer impedances to represent measured values normalized to the current.

Es ist weiterhin denkbar, dass an Stelle der Wechselströme grundsätzlich auch Wechselsignale jedweder Art in die Probe eingeprägt werden, um das Verfahren zur amplituden- und phasengenauen Messung der Impedanz durchzuführen.It It is also conceivable that instead of the alternating currents In principle, alternating signals of any kind in the sample be embossed to the method of amplitude and phase accurate measurement of impedance.

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Claims (10)

Verfahren zur amplituden- und phasengenauen Messung der Impedanz einer Probe (16; 26; 36) durch Einprägung von Wechselströmen in die Probe, wobei eine erste Einprägung von Wechselströmen an jeweils zwei Orten mit ersten Mitteln zur Einprägung (E1, E3, E5, E7) durchgeführt und das resultierende elektromagnetische Signal mit mindestens einem zweiten Mittel (E2, E4, E6, E8) gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, dass an denselben zwei Orten der Probe eine zweite Einprägung von Wechselströmen mit zur ersten Messung vertauschten Amplituden und Phasen durchgeführt und das resultierende Signal erneut gemessen wird.Method for the amplitude and phase accurate measurement of the impedance of a sample ( 16 ; 26 ; 36 ) by impressing alternating currents into the sample, wherein a first impression of alternating currents is carried out in each case with two means for impressing (E1, E3, E5, E7) and the resulting electromagnetic signal with at least one second means (E2, E4, E6 , E8), characterized in that at the same two locations of the sample a second impression of alternating currents with amplitudes and phases exchanged for the first measurement is carried out and the resulting signal is measured again. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem aus den beiden Messungen die mittlere Transferimpedanz gebildet wird.Method according to one of the preceding claims, in which the mean transfer impedance is formed from the two measurements becomes. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die resultierenden elektromagnetischen Signale an mehreren Orten (E2, E4, E6, E8) nacheinander oder gleichzeitig gemessen werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the resulting electromagnetic Signals at several locations (E2, E4, E6, E8) consecutively or simultaneously be measured. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren für verschiedene Anregungsfrequenzen wiederholt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the method for various Excitation frequencies is repeated. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren bezüglich der Einprägung von Wechselströmen für andere Orte der Probe nacheinander oder gleichzeitig wiederholt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the method relates to the Imprinting of alternating currents for others Places the sample is repeated sequentially or simultaneously. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Spannungsabfall gegen Masse mittels zweier Potentialelektroden als zweite Mittel (E1, E3, E5, E7) gemessen wird.Method according to one of the preceding claims, in which the voltage drop to ground by means of two potential electrodes is measured as second means (E1, E3, E5, E7). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Amplituden und Phasen von Wechselströmen oder Wechselspannungen getauscht werden.Method according to one of the preceding claims, in which the amplitudes and phases of alternating currents or AC voltages are exchanged. Vorrichtung zur amplituden- und phasengenauen Messung der Impedanz einer Probe durch Einprägung von Wechselströmen in die Probe 16; 26; 36, mit zwei ersten Mitteln (E1, E3, E5, E7) zur Einsprägung von Wechselströmen an jeweils zwei Orten in die Probe und mindestens einem zweiten Mittel (E2, E4, E6, E8) zur Messung des resultierenden elektromagnetischen Signals, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein drittes Mittel zum Tauschen der Amplituden und Phasen der Wechselspannungen oder Wechselströme in die zwei ersten Mittel (E1, E3, E5, E7) umfasst.Device for the amplitude and phase accurate measurement of the impedance of a sample by impressing alternating currents in the sample 16 ; 26 ; 36 , comprising two first means (E1, E3, E5, E7) for injecting alternating currents at two locations into the sample and at least one second means (E2, E4, E6, E8) for measuring the resulting electromagnetic signal, characterized in that the device comprises a third means for exchanging the amplitudes and phases of the AC voltages or AC currents in the two first means (E1, E3, E5, E7). Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuleitungen zu den ersten und/oder zweiten Mitteln koaxial ausgeführt sind.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the supply lines to the first and / or second means are carried out coaxially. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Wechselstromquelle oder Wechselspannungsquelle und den ersten bzw. zweiten Mitteln ein Trenntransformator zur galvanischen Trennung der Spannung und Ströme angeordnet ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that between AC power source or AC power source and the first and second means, respectively, an isolating transformer for galvanic Separation of the voltage and currents is arranged.
DE200710041612 2007-09-03 2007-09-03 Method for measurement of impedance of specimen with accurate amplitude and phase, involves impressing alternate current in specimen, where impression with alternate current is carried out at two locations with device for impression Withdrawn DE102007041612A1 (en)

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