DE102014116497A1 - Method for measuring the local effective permittivity of electrically non-conductive or weakly conductive materials - Google Patents

Method for measuring the local effective permittivity of electrically non-conductive or weakly conductive materials

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DE102014116497A1
DE102014116497A1 DE201410116497 DE102014116497A DE102014116497A1 DE 102014116497 A1 DE102014116497 A1 DE 102014116497A1 DE 201410116497 DE201410116497 DE 201410116497 DE 102014116497 A DE102014116497 A DE 102014116497A DE 102014116497 A1 DE102014116497 A1 DE 102014116497A1
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der lokalen effektiven Permittivität von Untersuchungsobjekten (7), die mindestens ein elektrisch nicht leitendes und/oder schwach leitendes Material aufweisen. The invention relates to a method for measuring the effective permittivity of local objects to be examined (7) having at least one electrically non-conductive and / or weakly conductive material. Mittels eines oder mehrerer induktiver Bauteile (13) wird ein hochfrequentes elektromagnetisches Wechselfeld in einem Frequenzbereich von vorzugsweise 1 MHz bis 100 MHz erzeugt, dessen Veränderung, hervorgerufen durch das Untersuchungsobjekt (7), mittels induktiver, ggf. differentiell verschalteter Sensoren (3) gemessen wird. Using one or more inductive components (13) a high-frequency alternating electromagnetic field in a frequency range of preferably 1 MHz is generated to 100 MHz, the change caused by the examination object (7), by means of inductive, optionally differentially of interconnected sensors (3) is measured ,
Die Messungen können kontaktfrei oder mit schleifender Berührung des Untersuchungsobjektes (7) durchgeführt werden, wobei es ausreicht, zum Untersuchungsobjekt (7) von einer Seite Zugang zu haben. The measurements can be carried out free of contact or with contact touch of the examination object (7), it is sufficient (7) for examination object from one side to have access. Außerdem ist die Prüfung von komplexen Bauteilen ermöglicht. In addition, the testing of complex components is possible. Vorteil des Verfahrens ist die Möglichkeit der Charakterisierung von leitfähigen und nicht-leitenden Untersuchungsobjekten (7), da die verwendeten Frequenzen unterhalb des Mikrowellenbereiches liegen. Advantage of the method is the possibility of characterization of conductive and non-conductive objects to be examined (7), because the frequencies used lie below the microwave range.
Mit einem nach diesem Verfahren arbeitenden Messgerät (1) können lokale Aussagen bzw. Homogenitätskarten (durch scannende Messungen) bezüglich dielektrischer Materialeigenschaften, Materialzusammensetzung, Materialzustand und/oder geometrische Eigenschaften abgeleitet werden. With a working according to this method, measuring device (1) can be derived local statements or homogeneity map (by scanning measurements) with respect to the dielectric material properties, material composition, material condition and / or geometrical properties.

Description

  • [0001]
    Die Erfindung betrifft die Charakterisierung der effektiven Permittivität von nicht oder schwach leitenden Feststoffen (z. B. Polymeren, Keramik, Beton etc.), Flüssigkeiten, und Gasen in Einstoffsystemen, in Schichtsystemen und /oder in Kombination mit einem oder mehreren anderen elektrisch leitenden oder nicht-leitenden Materialien (z. B. dielektrische Schichten auf Metall, Verbundwerkstoffe wie glasfaserverstärkte oder kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe, textilen Werkstoffen oder Halbzeugen, Garnsystemen, Faserbündeln etc.) und umfasst die relative und absolute Bestimmung der Permittivität, die Charakterisierung einer Permittivitätsänderung über der Zeit sowie ein Permittivitätsmapping (dh die Messung von Permittivitätswerten an einer Vielzahl von Positionen auf der Oberfläche des Untersuchungsgegenstandes) zur Identifikation lokaler Permittivitätsabweichungen oder -änderungen. The invention does not relate to the characterization of the effective permittivity of or weakly conducting solid materials (eg. As polymers, ceramics, concrete, etc.), liquids, and gases in one-component systems, in coating systems and / or in combination with one or more other electrically conducting or non-conductive materials (eg. B. dielectric layers on metal, composite materials such as fiberglass-reinforced or carbon-fiber reinforced plastics, textile materials or semi-finished yarn systems, fiber bundles, etc.) and includes the relative and absolute determination of the permittivity, the characterization of a permittivity over time, and a Permittivitätsmapping (ie the measurement of permittivity values ​​at a plurality of positions on the surface of the inspection object) for identifying local Permittivitätsabweichungen or changes. Bei konstanter Permittivität umfasst sie die Bestimmung des Materialvolumens, der Geometrie bzw. der Materialzusammensetzung im Messbereich, relativ oder absolut (zB Dickenmessung), bzw. als Veränderung über die Zeit oder den Ort (z. B. Defektoskopie). At a constant permittivity it comprises the determination of the volume of material, the geometry and the material composition in the measuring range, absolute or relative (eg thickness measurement) or as a change over time or the place (z. B. Defektoskopie). Bei elektrisch schlecht leitfähigen Materialien/Materialverbunden umfasst die Erfindung zudem die parallele Charakterisierung von Permittivität und Leitfähigkeit. In poorly electrically conductive materials / material compounds, the invention also includes the parallel characterization of permittivity and conductivity.
  • [0002]
    Zur Messung der Permittivität von Materialien sind bereits verschiedene Verfahren bekannt. To measure the permittivity of materials, various methods are already known. Man unterscheidet dabei kapazitive Verfahren und Mikrowellen-/Terahertzbasierte Verfahren. capacitive methods and microwave / terahertz-based methods A distinction.
  • [0003]
    Zu den kapazitiven Verfahren zählen die Frequenzbereichsspektroskopie, bei der das zu untersuchende Material einem elektromagnetischen Wechselfeld ausgesetzt wird, und die Polarisations-/Depolarisationsstrommessung, bei der das zu untersuchende Material einem elektrostatischen Feld ausgesetzt wird. To the capacitive methods include the frequency-domain spectroscopy in which the material to be examined is exposed to an alternating electromagnetic field, and in which the material to be examined is subjected to an electrostatic field, the polarization / Depolarisationsstrommessung. Mit einem Amperemeter und kontaktierend positionierten Elektroden wird jeweils der durch das zu untersuchende Material fließende Wechselstrom gemessen. With an ammeter and contacting positioned electrodes, the current flowing through the material to be examined alternating current is measured in each case.
  • [0004]
    Kapazitive Verfahren zur Permittivitätsmessung weisen zahlreiche Nachteile auf. Capacitive method for permittivity have numerous disadvantages. Beispielsweise ist zumeist ein direkter Kontakt der Elektroden zum Material erforderlich. For example, a direct contact of the electrodes to the material is usually required. Die Nutzung paralleler Platten als Elektroden ist meist nicht am Bauteil selbst, sondern nur an dünnen Materialproben möglich. The use of parallel plates as electrodes is usually not possible on the component itself, but only on thin material samples. Die hierfür notwendige Probenpräparation ist sehr aufwendig (gesputterte Oberfläche für guten Kontakt zur Elektrode, hohe Anforderungen bezüglich Planheit etc.) und damit fehleranfällig. The necessary sample preparation is very expensive (sputtered surface for good contact with the electrode, high requirements in terms of flatness, etc.) and thus error-prone. Für Messungen an Werkstücken oder Bauteilen, die nur einseitigen Zugang erlauben, werden einseitige Elektroden wie zB Interdigitalelektroden verwendet. For measurements on parts or components that allow only single-sided access, one-sided electrodes such as interdigital electrodes. Von außen aufgesetzt haben Sie nur eine geringe Eindringtiefe oder eine schlechte Ortsauflösung bei höherer Eindringtiefe. placed from the outside you have only a small depth of penetration or poor spatial resolution at higher penetration depth. Wenn die Elektroden bei der Fertigung mit eingearbeitet werden, kann das z. When the electrodes are incorporated in the production with which z can. B. eine Beeinflussung der mechanischen Eigenschaften nach sich ziehen. B. Pull an influence on the mechanical properties after himself. Zudem wird nur punktuell, dh in der unmittelbaren Umgebung der Elektroden, gemessen. In addition, only selectively, ie in the immediate vicinity of the electrodes is measured. Bei leitfähigen Materialien kommt es zudem unabhängig von der Elektrodenform zu einer Elektrodenpolarisation, die die Messergebnisse verfälscht. With conductive materials, it is also independent of the electrode shape to electrode polarization, which distorts the measurement results.
  • [0005]
    Nicht-kontaktierende kapazitive Verfahren ermöglichen ein Permittivitätsmapping an planaren, elektrisch nicht-leifähigen Proben. Non-contacting capacitive methods allow Permittivitätsmapping of planar, electrically non-leifähigen samples. WO 2007/137404 A1 WO 2007/137404 A1 beschreibt ein dafür geeignetes Gerät, mit dem Differenzen in der Permittivität zwischen unterschiedlichen Punkten auf der Oberfläche von Papier oder anderem folienartigem Material gemessen werden können. describes a suitable therefor device, with the differences in the permittivity between different points on the surface of paper or other sheet-material can be measured. Eine andere Möglichkeit ist single-sided stray-field capacitive imaging. Another option is single-sided stray-field capacitive imaging. Es ermöglicht ein Permittivitätsmapping an planaren, elektrisch nicht-leifähigen Proben beliebiger Dicke oder Sandwichstrukturen. It allows a Permittivitätsmapping of planar, electrically non-leifähigen samples of any thickness or sandwich structures. Das Verfahren hat allerdings eine vergleichsweise schlechte Ortsauflösung. However, the method has a relatively poor spatial resolution. Eine bessere Ortsauflösung kann nur durch kleinere Elektroden erreicht werden, was gleichzeitig einen Verlust an Eindringtiefe und Sensitivität bedeutet und daher nur begrenzt möglich ist. A better spatial resolution can only be achieved through smaller electrodes, which also means a loss of depth and sensitivity, and is therefore limited. Bei der Anwendung an leitfähigen Materialien kommt es zur Ansammlung von Ladungsträgern auf der Oberfläche, sodass nur eine Charakterisierung der Oberflächenstruktur möglich ist. In the application of conductive materials, it is the accumulation of charge carriers on the surface, so that only a characterization of the surface structure is possible. Die kapazitive Prüfung von Bauteilen mit komplexer dreidimensionaler Form ist derzeit nicht möglich. The capacitive testing of components with complex three-dimensional shape is not currently possible.
  • [0006]
    Hochfrequente elektromagnetische Verfahren, wie die Mikrowellenspektroskopie oder die Terahertzspektroskopie, arbeiten im Frequenzbereich oberhalb 300 MHz bzw. oberhalb 300 GHz. High-frequency electromagnetic methods, such as microwave spectroscopy, or the terahertz spectroscopy, operating in the frequency range above 300 MHz or above 300 GHz. Bei den Mikrowellenverfahren gibt es offene und geschlossene Anordnungen zur Bestimmung der Permittivität. In the microwave process, there are open and closed arrangements for determining the permittivity. Geschlossene Anordnung wie Wellenleiterverfahren oder Hohlraumresonatoren erfordern ebenfalls direkten Kontakt zur Probe bzw. arbeiten mit speziell präparierten Probenzellen. Closed arrangement as waveguide method or cavities also require direct contact with the sample or work with specially prepared sample cells. In diesem Fall können sie nur im Labormaßstab bzw. nach zerstörender Probenentnahme eingesetzt werden. In this case, they can be used only on a laboratory scale or after destructive sampling. Die Prüfung ist damit ebenfalls nur punktuell; The test is thus also only selectively; eine Prüfung kompletter Bauteile ist nicht möglich. an examination of complete components is not possible. Offene Anordnungen erlauben prinzipiell eine zerstörungsfreie und bildgebende Permittivitätsmessung von zweidimensionalen oder teils sogar dreidimensionalen Strukturen. Open arrays allow in principle a non-destructive and imaging permittivity of two-dimensional or sometimes even three-dimensional structures. Im Fernfeld ist die Auflösung jedoch auf etwa eine halbe Wellenlänge beschränkt. In the far field the resolution is limited to about half a wavelength. Hohe Auflösungen im Fernfeld können daher nur mit sehr hochfrequenten Mikrowellengeräten oder zumeist mit Terahertzmessungen erzielt werden. High resolutions in the far field can therefore only be achieved with very high frequency microwave devices or mostly with terahertz measurements. Diese Technologien sind dann entsprechend sehr kostenintensiv. These technologies are then correspondingly costly. Meist wird daher das elektromagnetische Nahfeld zur Permittivitätsmessung mit Mikrowellen genutzt. therefore usually the electromagnetic near field is used for permittivity with microwaves. Hier hängt die mögliche Ortsauflösung von der Probengeometrie ab. Here the possible spatial resolution of the sample geometry depends. Mit steigender Ortsauflösung sinkt, wie bei den kapazitiven Verfahren, die Eindringtiefe. With increasing spatial resolution, the depth of penetration decreases with the capacitive method. Bei vielen Mikrowellenverfahren können aber bei gleicher Eindringtiefe höhere Ortsauflösungen erreicht werden. Many microwave method but a higher spatial resolution can be achieved at the same depth. US 3,510,764 A US 3,510,764 A beschreibt ein Verfahren zur Messung einer Permittivitätsänderung unter Verwendung von Mikrowellen-Frequenzbändern. describes a method for measuring a permittivity using microwave frequency bands. Ebenso beschreiben also describe US 5,233,306 A US 5,233,306 A und and WO 2000/077501 A1 WO 2000/077501 A1 Verfahren und Vorrichtungen zur Messung der Permittivität im Mikrowellenfrequenzbereich. Methods and apparatus for measurement of the permittivity in the microwave frequency range.
  • [0007]
    Mikrowellenverfahren bzw. Terahertzverfahren eignen sich fast ausschließlich für die Charakterisierung elektrisch isolierender Materialien. Microwave method or terahertz methods are almost exclusively for the characterization of electrically insulating materials. Bei Messungen an elektrisch leitfähigen oder schwach leitfähigen Materialien ist die Eindringtiefe der elektromagnetischen Wellen, und damit die einer Messung zugängliche Schichtdicke unterhalb der Probenoberfläche, auf Grund des bei hohen Frequenzen auftretenden Skin-Effekts minimal. For measurements on electrically conductive or weakly conductive material is the skin depth of electromagnetic waves, and thus the layer thickness of a measurement accessible below the sample surface, minimal due to the occurring at high frequencies the skin effect. Eine Ausnahme bildet die Mikrowellenspektroskopie an unidirektionalen kohlestofffaserverstärkten Kunststoffen. An exception is the microwave spectroscopy of unidirectional carbon-fiber reinforced plastics. Diese können charakterisiert werden, wenn die Polarisation des elektrischen Feldes lotrecht zu den Kohlefasern ausgerichtet ist. These may be characterized when the polarization of the electric field is oriented perpendicular to the carbon fibers. Die Gerätetechnik der Hochfrequenzverfahren ist sehr anfällig gegenüber Umgebungseinflüssen, wie beispielsweise Temperatur und Luftfeuchtigkeit. The instrumentation of the high-frequency method is very susceptible to environmental influences such as temperature and humidity. Diese zum Teil sehr ausgeprägten Umgebungseinflüsse lassen sich nur mit zusätzlichen Mechanismen kompensieren. These sometimes very pronounced environmental influences can be compensated only with additional mechanisms. In In EP 1377887 A1 EP 1377887 A1 sind zum Beispiel eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Kompensation eines Temperatureinflusses beschrieben. For example, an apparatus and a method for compensating for a temperature influence are described.
  • [0008]
    Da bereits vielfältigen Ausführungsformen an Verfahren zur Messung der Permittivität existieren, sind auch viele Anwendungsgebiete für eine Permittivitätsmessung bekannt. As already various embodiments exist for methods of measuring the permittivity, and many application areas for a permittivity are known. Beispielweise beschreibt For example, describes WO 2002/065127 A2 WO 2002/065127 A2 eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung der absoluten Permittivität eines Materials über Vergleichsmessungen. an apparatus and a method for determining the absolute permittivity of a material on comparison measurements.
  • [0009]
    Es gibt aber auch Anwendungsgebiete, die bisher mit dem aktuellen Stand der Technik nicht erschließbar waren. But there are also application areas that were previously not explore using the latest technology. Dazu zählt z. To such matters. B. das hochauflösende Permittivitätsmapping im Frequenzbereich unterhalb der Mikrowellenspektroskopie, wobei die Permittivität an einer Vielzahl von Punkten auf der Oberfläche eines Werkstücks bestimmt wird, um quasi eine „Karte“ der Permittivität des Werkstücks zu erhalten. For example, the high-resolution Permittivitätsmapping in the frequency range below the microwave spectroscopy, wherein the permittivity is determined at a plurality of points on the surface of a workpiece to obtain quasi a "map" of the permittivity of the workpiece. Besonders hervorzuheben ist die Permittivitätsmessung an elektrisch (schwach) leitfähigen Materialien und Materialverbunden mit guter Eindringtiefe (z. B. etwa 8 mm in multidirektionalem CFK), bzw. die parallele Bestimmung von permittivitäts- und leitfähigkeitsbezogenen Eigenschaften eines Materials. Particularly noteworthy is the permittivity of electrically (weak) conductive materials and composite materials with good depth of penetration (eg., About 8 mm in multi-directional CFRP), or the parallel determination of permittivity and conductivity-related properties of a material.
  • [0010]
    Induktive Messverfahren, bei denen in einem (elektrisch leitfähigen) Material ein elektrischer Strom induziert wird, sind hingegen zur Charakterisierung der Permittivität von nicht-metallischen oder elektrisch schwach leitenden Werkstoffen bislang noch nicht eingesetzt worden. however, inductive measuring method in which an electric current is induced in a (electrically conductive) material, have not yet been used for the characterization of the permittivity of non-metallic or electrically weakly conductive materials. In üblicher Weise wird bei induktiven Messverfahren die Permittivität eines Materials vernachlässigt. Commonly the permittivity of a material is neglected in inductive measuring method.
  • [0011]
    Zusammenfassend wird festgestellt, dass es bisher kein Verfahren zur Bestimmung der effektiven Permittivität bzw. für die dielektrische Charakterisierung gibt, das sowohl zerstörungsfrei arbeitet, keinen Kontakt zur Probe erfordert, keine Probenpräparation verlangt, eine hohe Ortsauflösung ermöglicht, für die Charakterisierung komplexer Bauteile geeignet ist und auch an elektrisch (schwach) leitfähigen Materialien einsetzbar ist. In summary, it is found that to date there is no method for determining the effective permittivity or for the dielectric characterization that works with both non-destructive, no contact with the sample requires no sample preparation requires allows a high spatial resolution, suitable for the characterization of complex components and can also be used to electrically (weak) conductive materials.
  • [0012]
    Aufgabe der Erfindung ist es, die zerstörungsfreie, berührungslose Messung dielektrischer Eigenschaften von elektrisch nicht bzw. schwach leitfähigen Materialien (umfassend Feststoffe, Flüssigkeiten, Gase und Materialverbunde wie zB Verbundwerkstoffe) mit guter Eindringtiefe und bei Bedarf hochauflösend sowohl punktuell als auch als Mapping (dh Messungen an einer Vielzahl unterschiedlicher Positionen) über zumindest Teilbereiche ihrer dreidimensional strukturierten Oberfläche, mit geringem Aufwand hinsichtlich Zeit-/Personaleinsatz und Präparation der Materialproben zu ermöglichen. The object of the invention is non-destructive, non-contact measurement of dielectric properties of electrically non-or weakly conductive materials (including solids, liquids, gases, and composite materials such as composites) with good penetration and if necessary (high resolution both selectively and as a mapping ie measurements at a plurality of different positions) over at least partial regions of their three-dimensionally structured surface to allow low-cost in terms of time / labor and preparation of the material samples. Die hierbei eingesetzte Messtechnik soll robust, mappingfähig, inlinefähig (dh in der Produktionslinie zur laufenden Messung des Produktes bzw. Überwachung des Produktionsprozesses verwendbar) und an Rohmaterialien, Halbzeugen und Bauteilen unabhängig von deren äußerer Form einsetzbar sein. The measurement technique employed here is to be used and of raw materials, semi-finished products and components, regardless of their outer form (ie, usable in the production line for the continuous measurement of the product or monitoring of the production process) robust mapping capable inline capable.
  • [0013]
    Die Aufgabe der Erfindung wird mit einem Verfahren zur Permittivitätsmessung gemäß der Merkmale nach Anspruch 1 und eine Messanordnung gemäß der Merkmale nach Anspruch 7 gelöst; The object of the invention is achieved with a method of permittivity measurement in accordance with the features of claim 1 and a measuring arrangement according to the features of claim 7; weitere vorteilhafte Ausführungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 6 sowie 8 bis 11. further advantageous embodiments of the invention result from claims 2 to 6 and 8 to. 11
  • [0014]
    Erfindungsgemäß ist zur Lösung dieser Aufgabe ein induktives Messverfahren vorgesehen, bei dem ein zu untersuchendes Objekt aus einem Werkstoff, der ein elektrisch nicht bzw. schwach leitfähiges (z. B. nicht-metallisches) Material umfasst, einem hochfrequenten elektromagnetischen Wechselfeld ausgesetzt wird, wobei eine aufgrund einer Wechselwirkung mit dem Material verursachte Änderung des elektromagnetischen Wechselfelds zur Charakterisierung der Permittivität genutzt wird. an inductive measuring method according to the invention is provided to solve this problem, in which a subject to be examined object from a material that includes material is an electrically non-or weakly conductive (non-metallic z. B.), is exposed to a high-frequency electromagnetic alternating field, wherein a change in the alternating electromagnetic field caused due to an interaction with the material used for the characterization of the permittivity.
  • [0015]
    Das Untersuchungsobjekt, dessen effektive Permittivität gemessen werden soll, kann ein Stück oder eine vorher präparierte Probe eines elektrisch nicht bzw. schwach leitfähigen Materials oder ein Werkstück aus einem elektrisch nicht bzw. schwach leitfähigen Material sein. The examination object, its effective permittivity is to be measured, a piece or a previously prepared sample of an electrically non-or weakly conductive material or a workpiece of an electrically non-conductive or weakly material may be. Die mit der Erfindung charakterisierbaren Materialien können zum Beispiel nicht-metallische Feststoffe (wie beispielsweise Garne oder Verbundwerkstoffe), Flüssigkeiten und/oder Gase sein. The characterizable with the invention materials may be, for example, non-metallic solids (such as yarns or composite materials), liquids and / or gases. Beispielsweise kann es sich bei dem Werkstück um ein Teil aus einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff handeln. For example, it may be made of a carbon fiber-reinforced plastic wherein the workpiece is a part.
  • [0016]
    Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst im Wesentlichen die folgenden Schritte: In essence, the inventive method comprises the steps of:
    Das Untersuchungsobjekt wird einem elektromagnetischen Wechselfeld ausgesetzt. The object under examination is exposed to an alternating electromagnetic field. Die Frequenz des Wechselfelds liegt in einem Bereich von 1 MHz bis 100 MHz. The frequency of the alternating field lies in a range from 1 MHz to 100 MHz. Diese Frequenz gewährleistet eine hinreichende Eindringtiefe des Feldes auch in elektrisch schwach leitfähige Materialien. This frequency ensures sufficient penetration depth of the field in electrically weakly conductive materials. Durch die Interaktion des elektromagnetischen Wechselfeldes mit dem Werkstoff kommt es zu einer Veränderung des Feldes (Polarisationseffekte, Verschiebeströme und bei leitfähigen Werkstoffen Wirbelströmen). By the interaction of the electromagnetic alternating field with the material there is a change in the field (polarization effects, and displacement currents in conductive materials the eddy currents). Diese eben beschriebenen Veränderungen des gesamten elektromagnetischen Wechselfelds durch das Untersuchungsobjekt werden im Folgenden als Antwort des Untersuchungsobjekts bezeichnet. This changes the entire alternating electromagnetic field through the subject just described are hereinafter referred to as a response of the inspection object. Diese Antwort wird sodann gemessen, das Messsignal aufbereitet (z. B. verstärkt und entrauscht) und mittels geeigneter Auswertealgorithmen die effektive Permittivität bestimmt (kalibriert oder unkalibriert). This response is then measured, the measurement signal is processed (z. B. amplified and denoised) and by means of suitable evaluation algorithms, the effective permittivity determined (calibrated or uncalibrated). Diese kann je nach Messaufgabe genutzt werden, um Aussagen bezüglich dielektrischer Materialeigenschaften, dem Materialzustand, der Materialzusammensetzung und/oder geometrischer Eigenschaften des Untersuchungsobjektes abzuleiten. This can be used, depending on the measurement task to derive statements regarding dielectric material properties of the material condition of the material composition and / or geometric properties of the object under examination.
  • [0017]
    Im Folgenden wird unter dem Begriff „Erfassen eines Messwertes“ (bzw. „Messwerterfassung“) die Detektion einer physikalischen Größe mittels eines geeigneten Sensors, die Aufbereitung (inklusive Verstärkung) des Messsignals bis hin zur Digitalisierung verstanden. In the following, the term "detecting a measured value" (or "data acquisition") is meant the detection of a physical quantity by means of a suitable sensor, the treatment (including amplification) of the measurement signal and the digitalisation.
  • [0018]
    Das Messen der Antwort kann lokal an einer oder mehreren Positionen auf der Oberfläche des Untersuchungsobjektes geschehen, wobei sowohl eine reflektive (dh, Wechselfelderzeugung und Messung erfolgen bezüglich des zu charakterisierenden Untersuchungsobjektes auf derselben Seite) als auch eine transmissive (dh, das zu charakterisierende Untersuchungsobjekt ist zwischen Wechselfelderzeuger und Messsensor angeordnet) Anordnung möglich sind. The measurement of the response can be done locally at one or more positions on the surface of the object to be examined, wherein both a reflective (ie, take place alternating field generation and measurement with respect to the to characterize the object under examination on the same side) and a transmissive (ie, which is to be characterized examination object between alternating field generator and the measuring sensor is arranged) arrangement are possible. Auch kann das Messen durch Eintauchen mindestens eines Sensors in das Untersuchungsobjekt erfolgen. Also, the measuring can be carried out in the examination object by dipping at least one sensor.
  • [0019]
    In einer vorteilhaften Ausgestaltungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Erfassen der Antwort berührungslos. In an advantageous embodiment variant of the method the detection of the response is non-contact. Ein berührungsloses Erfassen der Antwort wird vorzugsweise induktiv erfolgen, wobei z. A non-contact detecting of the response is preferably inductively, wherein z. B. die in einer Spule durch das Wechselfeld erzeugte (Wechsel-)Spannung oder der daraus resultierende (Wechsel-)Strom gemessen wird. B. generated in a coil by the alternating field (AC) voltage or the resulting (alternating) current is measured.
  • [0020]
    Vorzugsweise erfolgt das induktive Erfassen der Antwort mittels differentiell verschalteter Spulen, wobei die resultierende/verbleibende gemessene Antwort verstärkt werden kann, um eine höhere Sensitivität zu erreichen. Preferably, the inductive response by detecting the differential of interconnected coils, the resulting / remaining measured response may be enhanced to achieve higher sensitivity occurs.
  • [0021]
    In einer weiteren Ausgestaltungsvariante des Verfahrens kann das Erfassen der Antwort mittels der die Oberfläche des Untersuchungsobjekts kontaktierenden Sensoren erfolgen. In a further embodiment variant of the method the detection of the response may be carried out by means of the surface of the object-contacting sensors. Dies bietet bei federnd gelagerten Sensoren den Vorteil eines konstanten Abstands zwischen Sensor und Oberfläche des Untersuchungsobjekts, ohne dass eine aktive z-Achsen Nachführung erforderlich ist. This offers the advantage of a constant distance between the sensor and the surface of the examination object without an active z-axis tracking is required for spring-mounted sensors. Die (z. B. induktiv arbeitenden) Sensoren können beispielsweise für jede Messung auf die Oberfläche des Untersuchungsobjekts aufgesetzt werden. The (z. B. inductively operating) sensors may be placed on the surface of the object to be examined, for example, for each measurement. Sie können aber beispielsweise auch schleifend über die Oberfläche des Untersuchungsobjekts bewegt werden, wobei mehrfach während der Bewegung die effektive Permittivität gemessen werden kann. but they can also be moved dragging across the surface of the object, for example, the effective permittivity can be measured several times during the movement.
  • [0022]
    Eine Ausgestaltungsvariante des Verfahrens sieht ein Erfassen der Antwort an mehreren Positionen auf der Oberfläche des Untersuchungsobjekts vor. An embodiment variant of the method provides for detecting the response at a plurality of positions on the surface of the inspection object. Diese Positionen können beispielsweise, in Abhängigkeit von der Größe des Untersuchungsobjekts und der zu charakterisierenden Fläche, in einem Raster mit einigen Mikrometern Abstand angeordnet sein. These positions may, for example, depending on the size of the object and the surface to be characterized, be arranged in a grid with a few microns spacing. Auf diese Weise wird es möglich, eine Karte der Verteilung der effektiven Permittivität über die charakterisierte Oberfläche des Untersuchungsobjekts zu erstellen (Permittivitätsmapping). In this way it is possible to create a map of the distribution of the effective permittivity on the characterized surface of the object (Permittivitätsmapping). So können lokale Änderungen der effektiven Permittivität (z. B. verursacht durch Geometrieabweichungen, Abweichungen der Materialzusammensetzung, Abweichungen des Materialzustands) aufgezeigt werden. Thus, local changes in the effective permittivity (z. B. caused by geometry deviations, deviations of the material composition, variations in the material state) can be demonstrated.
  • [0023]
    Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass die Messung der Permittivität kontaktlos, und damit zerstörungsfrei, erfolgen kann, wobei das Messobjekt in einer Variante lediglich von einer Seite frei zugänglich sein muss. An advantage of the present process that the measurement of the permittivity without contact, and therefore non-destructive, can be carried out, the measuring object must be freely accessible from one side only in a variant. Somit können auch Messungen an Untersuchungsobjekten mit einer beliebigen äußeren geometrischen Form, also auch an vielen komplexen 3D Objekten, durchgeführt werden. Thus, also be carried out measurements on objects to be examined with any external geometrical shape, thus also in many complex 3D objects.
  • [0024]
    Der für das Verfahren vorzugsweise vorgesehene Frequenzbereich mit im Vergleich zu Mikrowellenverfahren geringen Frequenzen von maximal 100 MHz erlaubt die reproduzierbare Messung an nicht und elektrisch schwach leitfähigen Proben, z. The preferably provided for the process frequency range with low compared to microwave method frequencies up to 100 MHz does not allow the reproducible measurement and electrically weakly conductive samples z. B. Verbundwerkstoffen mit leitfähigen Bestandteilen, Strukturen oder Schichten, da eine ausreichende Eindringtiefe der elektromagnetischen Strahlung in das Untersuchungsobjekt gewährleistet wird, wobei aufgrund der Verwendung von induktiven Sensoren trotzdem eine gute Sensitivität gegenüber der effektiven Permittivität erzielbar ist. B. composites with conductive components, structures, or layers, because a sufficient depth of penetration of the electromagnetic radiation is ensured in the object under examination, wherein due to the use of inductive sensors still a good sensitivity to the effective permittivity can be achieved.
  • [0025]
    Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird vor, während und/oder nach der Permittivitätsmessung des Untersuchungsobjekts die Permittivität einer in unmittelbarer Nähe zu dem Untersuchungsobjekt angeordneten Kalibrierprobe mit bekannter und zeitlich konstanter effektiver Permittivität gemessen. According to one embodiment of the method, during and / or after the permittivity of the object is the permittivity of which is arranged in close proximity to the examination object calibration sample with a known and constant over time effective permittivity measured before. Somit können eine Bestimmung der absoluten Permittivität eines hinreichend dicken Untersuchungsobjekts durchführbar sein, die Dicke eines Untersuchungsobjekts mit konstanter Permittivität quantifiziert, ein bestimmter Materialzustand identifiziert oder die Zusammensetzung eines Verbundmaterials angegeben werden. Thus, a determination of the absolute permittivity of a sufficiently thick object under examination to be carried out, quantifies the thickness of an inspection object with permittivity constant, a certain state of the material identified or the composition of a composite material can be given. Diese Kalibriermessungen können zum Beispiel mit einem zweiten Sensor an der neben dem Untersuchungsobjekt angeordneten Kalibrierprobe erfolgen, sodass Kalibrierprobe und Untersuchungsobjekt gleichzeitig gemessen werden. These calibration measurements can be carried out, for example, with a second sensor on the arranged next to the examination object calibration sample, so that calibration sample and the examination object are measured simultaneously. Eine Kalibrierung kann auch mit nur einem Sensor erfolgen, mit dem abwechselnd Untersuchungsobjekt und Kalibrierprobe gemessen werden, wobei der Sensor zum Beispiel bewegbar angeordnet sein kann, sodass er für jede Messung an die Position von Untersuchungsobjekt bzw. Kalibrierprobe bewegt werden kann. Calibration can also be carried out using only one sensor, are measured alternately with the object under examination and calibration sample, wherein the sensor may be arranged to be movable, for example, so that it can be moved for each measurement at the position of the object under examination or calibration sample.
  • [0026]
    Es kann auch vorgesehen sein, eine Kalibrierkurve der Frequenzabhängigkeit der Permittivität zu erstellen, indem Kalibriermessungen an der Kalibrierprobe für eine Auswahl an Einzel-Frequenzen des Wechselfeldes oder einen Frequenzbereich durchgeführt werden. It can also be provided to create a calibration curve of the frequency dependence of the permittivity by calibration measurements are performed on the calibration sample for a variety of individual frequencies of the alternating field or a frequency range. Es kann auch vorgesehen sein, eine Kalibrierkurve der Permittivität für eine feste Frequenz zu erstellen, indem Kalibriermessungen an einer Anzahl von Kalibrierproben mit bekannter, aber von Kalibrierprobe zu Kalibrierprobe unterschiedlicher Permittivität durchgeführt werden. It can also be provided to create a calibration curve of the permittivity for a fixed frequency by calibration measurements are carried out on a number of calibration samples with known, but of calibration sample calibration sample at different permittivity. Auch kann vorgesehen sein, Kalibrierproben mit bekannten Permittivitäten und Leitfähigkeiten zu verwenden, um diese Eigenschaften voneinander trennen zu können. It can also be provided to use calibration samples with known permittivities and conductivities in order to separate them from each other characteristics.
  • [0027]
    Weiterhin kann vorgesehen sein, das erfindungsgemäße Verfahren für Langzeitmessungen zu verwenden. Furthermore, it can be provided to use the inventive method for long-term measurements. Die Dauer einer Langzeitmessung kann hierbei beispielsweise im Bereich von wenigen Minuten bis zu mehreren Tagen liegen. The duration of a long-term measurement may in this case be, for example ranging from a few minutes to several days. Langzeitmessungen können zum Beispiel zur Bestimmung der zeitlichen Veränderung der Permittivität des Untersuchungsobjektes herangezogen werden. Long-term measurements can be used for instance for determining the temporal change of the permittivity of the examination object. Um systematische Drifts in der Messvorrichtung und/oder Veränderungen in der Umgebung (z. B. Temperatur) ausschließen zu können, können bei dieser Variante des Verfahrens regelmäßig (zwischen den Messungen der Langzeitmessung) Kalibriermessungen durchgeführt werden. To systematic drifts in the measurement device and / or changes to (temperature z. B.) rule in the area, regularly can be performed with this variant of the process (between the measurements of long-term measurements) calibration measurements. Hierfür wird ebenfalls eine Kalibrierprobe mit bekannter und zeitlich konstanter Permittivität benötigt. For this, a calibration sample with a known and constant over time permittivity is also required. Eine Kontrolle von systematischen Drifts in der Messvorrichtung kann auch wieder durch abwechselndes oder gleichzeitiges Messen von Untersuchungsobjekt und Kalibrierprobe mit einem, beispielsweise beweglich angeordnetem, oder mehreren Sensoren erfolgen. A control of systematic drifts in the measuring device can also be effected again by alternately or simultaneously measuring object under examination and with a calibration sample, for example movably arranged, or more sensors. Somit wird eine gesicherte Bestimmung der zeitlichen Änderung der Permittivität des Untersuchungsobjektes möglich. Thus, an assured determination of the temporal change of the permittivity of the object under examination becomes possible.
  • [0028]
    Die zur Durchführung dieses erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehene Messanordnung wird im Folgenden als Messgerät bezeichnet. The device provided for carrying out this process according to the invention measuring arrangement is referred to as measuring device. Unter dem Messgerät wird also eine Anordnung zur Messung der lokalen, effektiven Permittivität nach dem erfindungsgemäßen Verfahren verstanden. Under the meter so an arrangement for measuring the local effective permittivity is understood by the inventive process. Das Messgerät umfasst eine Steuereinheit, ein oder mehrere induktive Bauteile zur Erzeugung eines elektromagnetischen Wechselfeldes, vorzugsweise Spulen, und mindestens einen induktiven Sensor, der auch in Form einer Spule ausgebildet sein kann. The measuring device comprises a control unit, one or more inductive components for generating an alternating electromagnetic field, preferably coil, and at least one inductive sensor can also be constructed in the form of a coil. Die Steuereinheit und die mit dieser verbundenen ein oder mehrere induktiven Bauteile sind derart gestaltet, dass hochfrequente, dh in einem Frequenzbereich von 1 MHz bis 500 MHz, vorzugsweise 10 MHz bis 100 MHz, elektromagnetische Wechselfelder erzeugbar sind. The control unit and connected thereto one or more inductive components are configured such that high-frequency, that is, in a frequency range from 1 MHz to 500 MHz, preferably 10 MHz to 100 MHz, alternating electromagnetic fields can be generated. Die Steuereinheit und der mit dieser verbundene mindestens eine induktive Sensor sind derart gestaltet, dass Veränderungen der hochfrequenten elektromagnetischen Wechselfelder, hervorgerufen durch eine Wechselwirkung derselben mit dem zu charakterisierenden Untersuchungsobjekt, messbar sind. The control unit and associated with this at least one inductive sensor are designed such that changes in the high-frequency alternating electromagnetic fields caused by an interaction thereof can be measured with the inspection object to be characterized.
  • [0029]
    Mit einem derartigen Messgerät können die lokalen dielektrischen Eigenschaften bzw. die Veränderungen der effektiven Permittivität von Feststoffen (z. B. Polymeren, Keramik etc.), Flüssigkeiten, Gasen und Verbundwerksstoffen entsprechend des erfindungsgemäßen Verfahrens charakterisiert werden. With such a meter, the local dielectric properties or the changes in the effective permittivity of solids can be characterized according to the inventive process liquids, gases, and composite materials (eg. As polymers, ceramics etc.).
  • [0030]
    Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass dieses Messgerät einen oder mehrere Aktoren aufweist, mit denen Bewegungen vom Untersuchungsobjekt, dem mindestens einen Sensor, der ein oder mehreren induktiven Bauteile und/oder Baugruppen des Messgeräts in bis zu sechs Freiheitsgraden ermöglicht werden. It may also be envisaged that this meter comprises one or more actuators, with which movements of the object under examination, at least one sensor, the one or more inductive components and / or assemblies of the measuring device in up to six degrees of freedom are made possible. Die Aktoren sind vorzugsweise mittel- oder unmittelbar an dem mindestens einen Sensor angekoppelt, sodass dieser beispielsweise relativ zum Untersuchungsobjekt bewegbar ist und/oder zwischen Untersuchungsobjekt und Kalibrierprobe hin und her gefahren werden kann. The actuators are preferably medium or directly coupled to the at least one sensor, so that it is, for example, movable relative to the examination subject and / or can be driven between the examination object and calibration sample back and forth.
  • [0031]
    Durch die Möglichkeit der Bewegung der ein oder mehreren induktiven Bauteile, des mindestens einen Sensors und/oder Baugruppen des Messgeräts mittels Aktoren kann der Messabstand zwischen dem mindestens einen Sensor und Untersuchungsobjekt frei eingestellt werden. The possibility of movement of the one or more inductive components, the at least one sensor and / or assemblies of the measuring device by means of actuators of the measured distance between the at least one sensor can and the examination object can be freely set. Es kann auch der mindestens eine Sensor für eine Messung zu einer Oberfläche des Untersuchungsobjekts hin bewegt werden, wobei auch ein direkter Kontakt eines Sensors mit der Oberfläche des Untersuchungsobjekts möglich sein kann. It can also be moved at least one sensor for a measurement to a surface of the examination subject out, whereby a direct contact of a sensor with the surface of the inspection object may be possible.
  • [0032]
    Weiterhin ist vorgesehen, die Steuereinheit des Messgeräts mittels Steuer- und Messsoftware derart zu konfigurieren, dass neben Punktmessungen, dh einer Messung an einer Position auf der Oberfläche des Untersuchungsobjektes, auch scannende Messungen, dh mehrere nacheinander an unterschiedlichen Positionen auf der Oberfläche des Untersuchungsobjektes durchgeführte Messungen, möglich sind. Furthermore, it is provided to configure the control unit of the measuring device by means of control and measurement software in such a way that in addition to point measurements, that is, a measurement on a position on the surface of the object to be examined, also scanning measurements, ie several carried out at different positions on the surface of the object to be examined one after the other measurements , possible are. Die Steuereinheit kann derart konfiguriert sein, dass mehrere, an verschiedenen Positionen auf der Oberfläche eines Untersuchungsobjektes aufgenommene Messdaten nachfolgend zu einem Bild zusammensetzbar sind. The control unit may be configured such that a plurality of recorded at different positions on the surface of an examination object data are subsequently assembled to form an image. Auf diese Art kann mittels der Steuereinheit auch eine zweidimensionale Karte (Mapping) der effektiven Permittivität auf der Untersuchungsobjektoberfläche erstellt werden, womit lokale Unterschiede in der effektiven Permittivität aufgezeigt werden können. In this way, a two-dimensional map (mapping) of the effective permittivity on the inspection object surface can be created by means of the control unit, which local differences in the effective permittivity can be demonstrated. Permittivitätsmapping kann beispielsweise zur Identifikation lokaler Aushärtedefekte („Hot-Spots“) an elektrisch leitfähigen Verbundwerkstoffen (z. B. Kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen – CFK) eingesetzt werden. Permittivitätsmapping, for example, to identify local Aushärtedefekte ( "hot spots") of electrically conductive composite materials (e.g., carbon fiber reinforced plastics -. CFRP) can be used.
  • [0033]
    Für die scannenden Messungen kann auch vorgesehen sein, nicht nur den mindestens einen Sensor und/oder das mindestens eine induktive Bauteil zur Erzeugung des elektromagnetsichen Feldes, sondern auch das Untersuchungsobjekt oder den Träger, auf welchem das Untersuchungsobjekt angeordnet ist, oder Träger und Untersuchungsobjekt in mindestens einem Freiheitsgrad zu bewegen. For the scanning measurements can also be provided, not only at least one sensor and / or at least one inductive component to produce the solenoid Sichen field, but also the object of inspection or the carrier on which the examination object is arranged, or carrier, and the examination object in at least one degree of freedom to move.
  • [0034]
    Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Messgeräts ist, dass durch die Möglichkeit der Messung an verschiedenen Punkten auf der Oberfläche des Untersuchungsobjektes eine hochauflösende, zweidimensionale Karte der Permittivität erstellt werden kann. One advantage of the inventive measuring device that a high-resolution, two-dimensional map of the permittivity can be created by the possibility of measuring at different points on the surface of the object to be examined. Außerdem können auch Untersuchungsobjekte, die eine unregelmäßige Oberflächentopologie, dh keine plane Oberfläche, aufweisen, durch die Möglichkeit der Positionierung des mindestens einen Sensors mit einem definierten Abstand bezüglich der Oberfläche des Untersuchungsobjektes scannend gemessen werden. In addition, objects to be scanned, an irregular surface topology, ie, have no plane surface, are measured in a scanning by the possibility of positioning the at least one sensor with a defined distance relative to the surface of the examination subject. Can
  • [0035]
    Die Steuereinheit kann weiterhin derart konfiguriert sein, dass sie eine Umrechnung von gemessenen Rohdaten in Daten zur lokalen effektiven Permittivität und deren Auswertung, beispielsweise hinsichtlich dielektrischer Materialeigenschaften, dem Materialzustand, der Materialzusammensetzung und/oder geometrischer Eigenschaften des Untersuchungsobjektes, mit speziellen Algorithmen durchführen und die durch die Auswertung erhaltenen Daten über eine Schnittstelle ausgeben oder auf einem Anzeigegerät, beispielsweise einem internen oder externen Monitor oder einem Plotter, darstellen kann. The control unit may be further configured so as to perform a conversion from measured raw data in data to the local effective permittivity and their evaluation, for example with respect to the dielectric material properties of the material condition of the material composition and / or geometric properties of the object under examination with special algorithms and by output or the evaluation of data obtained through an interface on a display device, such as an internal or external display or a plotter, can represent.
  • [0036]
    Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das Untersuchungsobjekt auf einem Lauf bzw. Transportband positioniert ist, wobei das erfindungsgemäße Messgerät zur Messung der Permittivität über und/oder unter oder neben dem Transportband in der Art angeordnet ist, dass mittels des mindestens einen Sensors Permittivitätsmessungen des Untersuchungsobjekts durchführbar sind. Furthermore, it can be provided that the inspection object is positioned on a conveyor or conveyor belt, wherein the inventive measuring device for measuring the permittivity above and / or below or next to the conveyor belt in the manner is that carried out by means of the at least one sensor permittivity of the object to be examined are. Beispielsweise kann das Messgerät in einer Produktionslinie in Brückenbauweise über einer Bahnware, z. For example, the meter in a production line of bridge over a railway goods such. B. nach Auftragen des Harzes auf Verstärkungstextil, installiert sein. B. applying the resin to be installed on the reinforcement fabric. Durch die Positionierung des Untersuchungsobjekts auf einem Laufband ist zusätzlich eine Bewegung des Untersuchungsobjekts in mindestens einem Freiheitsgrad realisierbar. By positioning the examination subject on a treadmill a movement of the object in at least one degree of freedom is also feasible.
  • [0037]
    Die Erfindung kann weiter vorteilhaft wie folgt ausgebildet sein, dass das mindestens eine induktive Bauteil zur Erzeugung des elektromagnetischen Feldes und der mindestens eine Sensor auf derselben Seite bezüglich des Untersuchungsobjektes angeordnet sind, beispielsweise sind beide nebeneinander in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet, sodass in Reflexion gemessen wird. The invention may further be advantageously formed as follows, that the examination object are arranged at least one inductive component for generating the electromagnetic field and at least one sensor on the same side with respect to, for example, both are arranged side by side in a common housing, so that measurements in reflection , Es kann aber auch vorgesehen sein, dass das Untersuchungsobjekt zwischen dem mindestens einen induktiven Bauteil und dem mindestens einen Sensor positioniert ist, sodass in Transmission gemessen wird. but it can also be provided that the examination object between the at least one inductive component and a sensor is positioned at least so that measurements in transmission.
  • [0038]
    Es kann auch vorgesehen sein, dass das Messgerät eine Probenträgereinrichtung, beispielsweise einen Arbeitstisch oder einen Behälter, aufweist, auf welcher das Untersuchungsobjekt für die Messung der Permittivität angeordnet und/oder fixiert, bzw. bei flüssigen oder semiflüssigen oder gasförmigen Untersuchungsobjekten hineingegeben wird. It can also be provided that the measuring device has a sample carrier means, such as a work table or a container on which is arranged the object to be examined for the measurement of permittivity and / or fixed, or is placed therein in liquid or semi-liquid or gaseous objects to be examined. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Probenträgereinrichtung von mindestens einem Aktor in mindestens einem Freiheitsgrad bewegt werden kann. Furthermore, it can be provided that the sample carrier can be moved by at least one actuator in at least one degree of freedom. Bei Untersuchungsobjekten mit einfacher Geometrie oder Messungen auf nur einer Seite des Untersuchungsobjektes können hierbei zum Beispiel herkömmliche xy-Tische für die Erzeugung der Bewegung genutzt werden. When examining objects with simple geometry or measurements on only one side of the object to be examined here as conventional xy tables may be used for the production of motion. Es können aber auch beispielsweise bekannte Wirbelstrom-Geräte verwendet werden, welche initial nicht für die Charakterisierung von nicht oder schlecht leitfähigen Werkstoffen konzipiert worden waren. but it can also be used, for example, known eddy-current devices, which were not initially designed for the characterization of untreated or poorly conductive materials.
  • [0039]
    Es können auch auf der Probenträgereinrichtung an einer von den die Bewegung der Trägereinrichtung und/oder des mindestens einen Sensors steuernden Aktoren während des Betriebs des Messgeräts für den mindestens einen Sensor erreichbaren Position eine oder mehrere Kalibrierproben mit bekannter Permittivität angeordnet sein. It may also be arranged on the sample carrier device on one of the controlling the movement of the carrier device and / or the at least one sensor actuators during operation of the measuring device for the at least one sensor accessible position one or more calibration samples of known permittivity. Diese Kalibrierproben können elektrisch leitfähig und/oder isolierend sein. These calibration samples may be electrically conductive and / or insulating. Somit wird es möglich, durch Messung der Kalibrierproben sowie gegebenenfalls Erstellen einer Kalibrierkurve und anschließende bzw. vorherige Messung des Untersuchungsobjektes eine absolute Permittivität zu bestimmen bzw. den optimalen Phasenwinkel zur Trennung von leitfähigkeitsbezogenen und permittivitätsbezogenen Probeneigenschaften zu identifizieren. Thus, it becomes possible to determine an absolute permittivity by measuring the calibration samples, and optionally Creating a calibration curve and subsequent or previous measurement of the object to be examined or to identify the optimal phase angle for the separation of conductivity and related permittivitätsbezogenen sample properties.
  • [0040]
    Diese Kalibrierproben können auch zur Bestimmung von systematischen Drifts des Messgeräts bzw. der Sensoren zur Messung der Permittivität über einen vorgegebenen Zeitraum herangezogen werden. These calibration samples may be used to measure the permittivity over a predetermined period also for the determination of systematic drift of the measuring device or of the sensors.
  • [0041]
    Es kann auch vorgesehen sein, dass entweder nur der mindestens eine Sensor oder den mindestens einen Sensor umfassende Baugruppen des Messgeräts oder auch das komplette Messgerät an einer Kinematik, wie beispielsweise einem Roboterarm oder einer Parallelkinematik in Form eines Hexapods, befestigt ist, wobei die Kinematik eine Bewegung in mindestens einem Freiheitsgrad erlaubt. It can also be provided, that either only the at least one sensor or the at least one sensor comprising components of the measuring device or the entire device at a kinematics, such as a robot arm or a parallel kinematics in the form of a hexapod, is attached, wherein the kinematics of a movement allowed in at least one degree of freedom. Mit Hilfe der Kinematik kann somit vor jeder Messung der mindestens eine Sensor in Bezug zu der Oberfläche des Untersuchungsobjektes positioniert werden. Using the kinematics of at least one sensor in reference can thus be positioned to the surface of the object under examination prior to each measurement. Insbesondere bei Verwendung einer Kinematik mit fünf oder sechs Freiheitsgraden kann für Messungen an Untersuchungsobjekten mit nicht-planaren Oberflächen oder für ein Mapping eines Teils oder der gesamten Oberfläche eines Untersuchungsobjektes mit komplexer äußerer Form der mindestens eine Sensor mit Hilfe der Kinematik beliebig im Raum positioniert werden. In particular, when using a kinematic system with five or six degrees of freedom can be positioned with the help of the kinematic anywhere in the room for measurements on objects to be examined with non-planar surfaces or for mapping a portion or the entire surface of an examination object with complex external shape of the at least one sensor.
  • [0042]
    In einer Ausgestaltungsvariante des Messgeräts kann vorgesehen sein, den mindestens einen Sensor als differentiell verschaltete Spulen auszuführen und somit eine Erhöhung der Sensitivität des Messgeräts zu ermöglichen. In a variant embodiment, the measuring device may be provided to execute the at least one sensor interconnected as differential coils and thus allow an increase in the sensitivity of the meter.
  • [0043]
    In einer anderen Ausgestaltungsvariante des Messgeräts kann vorgesehen sein, dass das mindestens eine induktive Bauteil zur Erzeugung des elektromagnetischen Feldes und der mindestens eine Sensor als ein einziges Bauteil ausgeführt sind (als eine sogenannte Absolutspule). In another variant embodiment, the measuring device can be provided that the at least one inductive component for generating the electromagnetic field and at least one sensor designed as a single component (as a so-called absolute coil).
  • [0044]
    Die Erfassung der lokalen effektiven Permittivität des von der Messanordnung erfassten Volumens eines Untersuchungsobjektes ermöglicht lokale Aussagen oder ein Erstellen von Homogenitätskarten über dielektrische Materialeigenschaften, Materialzusammensetzung, Materialzustand und/oder geometrische Eigenschaften sowie über Änderungen dieser Eigenschaften über der Zeit. The detection of the local effective permittivity of the detected by the measuring arrangement volume of an examination subject permits local statements or creating homogeneity maps of dielectric material properties, material composition, material condition and / or geometric properties as well as changes in these characteristics over time. Wenn nötig, werden Daten zur lokalen effektiven Permittivität von anderen Einflüssen, z. If necessary, data on local effective permittivity of other influences, such are. B. der lokalen Leitfähigkeit, des Untersuchungsobjektes getrennt. B. the local conductivity of the object to be examined separately. Somit ermöglichen das erfindungsgemäße Verfahren und das Messgerät zur Durchführung des Verfahrens, einschließlich ihrer unterschiedlichen Ausgestaltungen, folgende Anwendungen: Thus, the inventive method and the measuring device allowing to perform the method, including their different configurations, the following applications:
    • – Qualitative bzw. quantitative, zeitliche Überwachung des Permittivitätsverlaufes: z. - Qualitative and quantitative, time monitoring of the Permittivitätsverlaufes: z. B. zur Aushärteprozesskontrolle. B. to Aushärteprozesskontrolle. So kann eine Permittivitätsmessung während des Aushärtevorgangs eines Polymers die Topfzeit und den Zeitpunkt der vollständigen Aushärtung bestimmen und so den Prozess steuern bzw. überwachen. So can determine the pot life and the time of complete curing and thus control and monitor the process a permittivity during the curing of a polymer.
    • – Quantitative Permittivitätsmessung: z. - Quantitative permittivity: z. B. zur Charakterisierung neuer Werkstoffe im Labor. As for the characterization of new materials in the laboratory.
    • – Sollwertprüfung der Permittivität eines Materials: z. - Setpoint examination of the permittivity of a material: z. B. Permittivitätsbestimmung eines Polymers nach der Aushärtung als Indikator für den erreichten Vernetzungsgrad bzw. Aushärtegrad und Vergleich mit einem definierten Sollwert. B. Permittivitätsbestimmung a polymer after curing as an indicator of the achieved degree of crosslinking or curing degree and compared with a defined set point.
    • – Homogenitätsprüfung des Materials bzw. der Materialzusammensetzung eines Werkstücks oder Bauteils: z. - homogeneity testing of the material or the material composition of a workpiece or component: z. B. Permittivitätsmessung nach der Aushärtung eines Polymers zur Identifikation lokaler Aushärtefehler wie „Hot-Spots“ (Permittivitätsmapping, Homogenitätsprüfung der Permittivität). B. permittivity after curing of a polymer to identify local Aushärtefehler as "hot spots" (Permittivitätsmapping, homogeneity testing of the permittivity).
    • – Struktur- und Texturanalyse von Verbundwerkstoffen, die mit elektrisch nicht leitfähigen Fasern verstärkt sind (z. B: Glasfaserverstärkte Kunststoffe) durch hochauflösendes Mapping lokaler Permittivitätsunterschiede, die durch Permittivitätsunterschiede zwischen Matrixmaterial und Verstärkungsfaser herrühren - structural and textural analysis of composites which are reinforced with electrically non-conductive fibers (for example: glass fiber reinforced plastics.) By high-resolution mapping of local Permittivitätsunterschiede arising by Permittivitätsunterschiede between matrix material and reinforcing fiber
    • – Analyse des Temperaturverhaltens der Permittivität: z. - analysis of the temperature behavior of the permittivity: z. B. zur Charakterisierung von Glasübergangstemperaturen bei Polymeren. As for the characterization of glass transition temperatures in polymers.
    • – Analyse des Frequenzverhaltens der Permittivität durch Messung mit verschiedenen Frequenzen - analysis of the frequency response of the permittivity by measurement with different frequencies
    • – Kontrolle der äußeren Form, Abmaße und Maßhaltigkeit von nicht-metallischen Bauteilen: z. - control of the external shape, dimensions and dimensional stability of non-metallic components: z. B. Dicke von Folien, Schichtdicke von low k und high k Dünnschichten, Maßhaltigkeit/Existenz von versteckten Bohrungen oder Nuten in Kunststoffteilen B. thickness of film, film thickness of low-k and high k films, dimensional stability / existence of hidden holes or grooves in plastic parts
    • – Analyse der volumenmäßigen Zusammensetzung, bzw. bei bekannter Dichte auch massemäßigen Zusammensetzung, von Materialverbunden/Verbundwerkstoffen: z. - analysis of the volumetric composition, or in the case of known density and weight percent composition of composite materials / composites: z. B. Bestimmung von Faser und Harzgehalt bei Kohlenstofffaser-Preprags, Halbzeugen und Fertigteilen bzw. von einem kombinierten Glasfaser- und Harzgehalt bei Kohlenstofffaser/Glasfaser-Verbunden. B. Determination of fiber and resin content in the carbon fiber-Preprags, semi-finished and finished products or from a combined fiber and resin content in the carbon fiber / glass fiber composites.
    • – Inline-Überwachung einer kompletten Prepregwarenbahn auf Harz- und Textilanteil. - in-line monitoring of a complete Prepregwarenbahn on resin and fabric content.
    • – Bestimmung des Wasser-/Feuchtegehalts eines Materials oder einer Schicht, z. - Determination of the water / moisture content of a material or layer such. B. zur Steuerung von Trocknungsprozessen B. for controlling drying processes
    • – Überwachung von Alterungs-/Wassereinlagerungsprozessen. - Monitoring of aging / water retention processes.
    • – Überwachung von chemischen und physikalischen Abbauprozessen/Alterungserscheinungen (wie z. B. Wassereinlagerungen, thermische Abbauprozesse/Schäden durch Blitzschlag, Abbauprozesse durch Strahlung, Delaminationen etc.), die während des Einsatzes an nicht-metallischen Werkstoffen bzw. Verbundwerkstoffen auftreten und sich in einer Permittivitätsänderung äußern. - monitoring of chemical and physical degradation processes / aging (., Such as water retention, thermal degradation processes / damage caused by lightning, degradation processes by radiation, delamination, etc.) occurring during the use of non-metallic materials or composite materials and in a express permittivity. Das erlaubt je nach Material Rückschlüsse auf den Schädigungsgrad bzw. die Bauteilsicherheit. This allows depending on the material to draw conclusions about the degree of damage or the component safety.
  • [0045]
    Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert; The invention is explained in more detail below with reference to embodiments; Dazu zeigen in schematischer Darstellung die These show a schematic representation of the
  • [0046]
    1 1 : das erfindungsgemäße Messgerät; : The inventive measuring device;
  • [0047]
    2 2 : das erfindungsgemäße Messgerät mit integriertem Sensor; : Device with integrated sensor according to the invention;
  • [0048]
    3 3 : das erfindungsgemäße Messgerät als Tischgerät für Langzeitmessung; : Meter as a desktop unit for long-term measurement of the present invention;
  • [0049]
    4 4 : das erfindungsgemäße Messgerät als Tischgerät mit integriertem Sensor; : Meter as a tabletop unit with integrated sensor according to the invention;
  • [0050]
    5 5 : das erfindungsgemäße Messgerät als Handgerät im Querschnitt; : Meter as a handheld device in cross-section of the invention;
  • [0051]
    6 6 : das erfindungsgemäße Messgerät als Tischgerät für Aushärtkontrollen im Querschnitt. : Meter as a desktop unit for Aushärtkontrollen in cross-section of the invention.
  • [0052]
    Das Messgerät the meter 1 1 zur Messung der Permittivität gemäß for measuring the permittivity according to 1 1 weist den Probentisch has the sample stage 2 2 und den induktiven Sensor and the inductive sensor 3 3 in Form einer Spule auf. in the form of a coil. Der Sensor the sensor 3 3 ist über eine Feder (nicht dargestellt) mit einer ersten Verfahreinrichtung (not shown) via a spring with a first traversing means 5.1 5.1 verbunden, die eine Bewegung des Sensors relativ zum Probentisch connected to the movement of the sensor relative to the sample table 2 2 in z-Richtung, dh senkrecht zur Oberfläche des Probentisches in the z-direction, ie perpendicular to the surface of the sample table 2 2 , ermöglicht. Allows. Die erste Verfahreinrichtung The first displacement 5.1 5.1 ist außerdem in der Art mit einer zweiten Verfahreinrichtung is also in the way with a second traverser 5.2 5.2 verbunden, dass die erste Verfahreinrichtung connected such that the first displacement 5.1 5.1 sowie der daran angeordnete Sensor eine Bewegung relativ zum Probentisch and the sensor mounted thereon to move relative to the sample table 2 2 in x-Richtung durchführen können. can perform in the x direction. Auf dem Probentisch On the sample stage 2 2 ist eine dritte Verfahreinrichtung a third movement device 5.3 5.3 angeordnet, die eine Bewegung der daran angeordneten zweiten arranged, the second movement of the arranged thereon 5.2 5.2 und der ersten Verfahreinrichtung and the first traversing means 5.1 5.1 sowie des Sensors and the sensor 3 3 relativ zum Probentisch relative to the sample table 2 2 in y-Richtung erlaubt. in the y direction allowed.
  • [0053]
    Auf dem Probentisch On the sample stage 2 2 liegt ein Untersuchungsobjekt is an examination subject 7 7 , dessen Permittivität vom Sensor Whose permittivity from the sensor 3 3 , der über die Verfahreinrichtungen That over the traversing units 5.2 5.2 und and 5.3 5.3 über die gesamte Oberfläche des Untersuchungsobjekts over the entire surface of the object to be examined 7 7 verfahrbar ist, messbar ist. is movable, is measurable. Neben der Messung einzelner Punkte auf der Oberfläche des Untersuchungsobjekts In addition to measuring of individual points on the surface of the object to be examined 7 7 ist mit diesem in is with this in 1 1 gezeigten Messgerät meter shown 1 1 auch ein Permittivitätsmapping, also das Erstellen einer zweidimensionalen Karte der Permittivität möglich. a Permittivitätsmapping, so creating a two-dimensional map of the permittivity possible.
  • [0054]
    In einer Variante in der in Transmission gemessen wird, wird ein Teil, also Felderzeugung oder Feldmessung in dem Probentisch In a variant in which is measured in transmission, a portion, that is field-generating or field measurement in the sample table 2 2 synkron mitverfahren (Verfahrachsen im Probentisch sind nicht dargestellt). synkron mitverfahren (linear tracks in the sample table are not shown).
  • [0055]
    Zu Kalibrierungszwecken sind auf dem Probentisch For calibration purposes are on the sample stage 2 2 noch zwei Kalibrierungsproben two calibration samples 9 9 vom Sensor from the sensor 3 3 über die Verfahreinrichtungen about traversing 5.3 5.3 und and 5.2 5.2 erreichbar angeordnet arranged reachable
  • [0056]
    Bei dem Messgerät When the meter 1 1 gemäß according to 2 2 sind Steuereinheit, ein induktives Bauteil (beide in are control unit, an inductive component (both in 2 2 nicht dargestellt) und Sensor not shown) and sensor 3 3 in den Probentisch in the sample table 2 2 integriert. integrated. Somit ist bei diesem Messgerät nur die Messung in Reflektion möglich. Thus, in this instrument only the measurement in reflection is possible. Der Sensor the sensor 3 3 ist aufgrund des festen Einbaus in den Probentisch is due to the fixed installation in the sample table 2 2 nicht beweglich. not movable. Stattdessen wird das Untersuchungsobjekt ggf. auf einem Schlitten (in the object under examination is necessary, instead, on a carriage (in 2 2 nicht dargestellt) mittels der Verfahreinrichtungen not shown) by means of the traversing 5.2 5.2 und/oder and or 5.3 5.3 über den Sensor hinwegbewegt, sodass auch mit diesem Messgerät ein Mapping des Untersuchungsobjektes möglich ist. passes over the sensor, so that a mapping of the examination subject is also possible with this instrument.
  • [0057]
    Diese Ausgestaltungsvariante des erfindungsmäßen Messgeräts This configuration variant of erfindungsmäßen meter 1 1 bietet sich insbesondere für den Laborbereich an, da es kompakt und robust, aber nur für planare oder leicht gewölbte Einzelproben geeignet ist. is particularly suitable for laboratory use, since it is compact and robust, but only suitable for planar or slightly curved single samples.
  • [0058]
    Das erfindungsgemäße Messgerät The inventive measuring device 1 1 gemäß according to 3 3 ist für Langzeitmessung eines Untersuchungsobjektes for long-term measurement of an object to be examined 7 7 konzipiert. designed. Der Sensor the sensor 3 3 ist bei diesem Gerät mittels Verfahreinrichtung is in this apparatus by means of traversing 5.2 5.2 und and 5.1 5.1 nur in x- und z-Richtung verfahrbar. moved only in the x and z direction. Auf dem Probentisch On the sample stage 2 2 ist neben dem Untersuchungsobjekt is next to the object to be examined 7 7 eine Kalibrierprobe a calibration sample 9 9 angeordnet, zu der der Sensor arranged to the sensor 3 3 mittels der Verfahreinrichtung by means of the traverser 5.2 5.2 hinbewegt werden kann. can be moved towards. So können vollständig automatisch Langzeitmessung mit automatisierter Wiederholung von Referenz- oder Kalibriermessungen durchgeführt werden. Sun can be performed with automated repetition of reference or calibration completely automatic long-term measurement.
  • [0059]
    Das Messgerät the meter 1 1 gemäß according to 3 3 ist von den Abmaßen so ausgelegt, dass es als Tischgerät auf einem Labortisch Platz finden kann. is designed on the dimensions that it can be used as desktop unit be placed on the lab bench. Diese Ausgestaltungsvariante des erfindungsgemäßen Messgerät This configuration variant of the measuring device according to the invention 1 1 ermöglicht eine kurze Verweildauer des Sensors permits a short residence time of the sensor 3 3 in Messposition und permanenten Abgleich der mit dem Sensor in measuring position and permanent adjustment of the sensor 3 3 gemessenen Permittivitätsdaten mit der Kalibrierprobe permitivity measured with the calibration sample 9 9 an einer Kalibrierposition. at a calibration position. Diese Art der Permittivitätsmessung ist z. This type of permittivity is z. B. zur Überwachung des Aushärtevorgangs bei einem Untersuchungsobjekt B. monitoring the curing process in an object to be examined 7 7 einsetzbar. used.
  • [0060]
    Das erfindungsgemäße Messgerät The inventive measuring device 1 1 gemäß according to 4 4 ist für eine Sollwertprüfung oder für Langzeitmessung eines Untersuchungsobjektes is for a set point testing or for long-term measurement of an object to be examined 7 7 vorgesehen. intended. Bei dem Messgerät When the meter 1 1 gemäß according to 4 4 sind Steuereinheit, induktives Bauteil (beide in are control unit inductive component (both in 4 4 nicht dargestellt) und Sensor not shown) and sensor 3 3 in den Probentisch in the sample table 2 2 integriert. integrated. Das Untersuchungsobjekt (in The object under examination (in 4 4 nicht dargestellt) wird mittels der Verfahreinrichtungen not shown) by means of the traversing 5.2 5.2 und and 5.3 5.3 über den Sensor in x- und y-Richtung bewegt. moved across the sensor in x and y direction. Zusätzlich ist ein zweiter Sensor (in Additionally, a second sensor (in is 4 4 nicht dargestellt) in den Probentisch not shown) in the sample table 2 2 integriert, welcher unter einer Kalibrierprobe integrated, which under a calibration sample 9 9 angeordnet ist. is arranged. Auch die Kalibrierprobe The calibration sample 9 9 kann über Verfahreinrichtungen can traversing 5.2 5.2 und and 5.3 5.3 in x- und y-Richtung bewegt werden. be moved in the x- and y-direction. Der Sensor the sensor 3 3 und der unter der Kalibrierprobe and under the calibration sample 9 9 angeordnete Sensor (in arranged sensor (in 4 4 nicht dargestellt) sind aufgrund des festen Einbaus in den Probentisch not shown) are due to the fixed installation in the sample table 2 2 nicht beweglich. not movable.
  • [0061]
    Der Sensor the sensor 3 3 , welcher im Betrieb des Messgeräts Which in operation of the meter 1 1 unter dem Untersuchungsobjekt under the object to be examined 7 7 positioniert ist, und der Sensor unter der Kalibrierprobe is positioned, and the sensor of the calibration sample 9 9 sind differenziell gegeneinander verschaltet. are differentially connected against each other. Auf diese Art ist eine direkte Messung der Permittivitätsabweichung des Untersuchungsobjekts In this manner is a direct measure of the examination object Permittivitätsabweichung 7 7 gegenüber der Kalibrierprobe against the calibration sample 9 9 möglich. possible.
  • [0062]
    5 5 zeigt im Querschnitt das erfindungsgemäße Messgerät shows in cross-section measuring device according to the invention 1 1 als Handgerät für die Überprüfung eines Permittivitätssollwertes (zB Lackdickenmessung auf leitfähigem Material). as a handheld device for the inspection of a Permittivitätssollwertes (eg paint thickness measurement on conductive material). Der Sensor the sensor 3 3 ist an einer Spitze angeordnet, welche das Handgerät an seinem vorderen Ende aufweist. is disposed at a tip having the handpiece at its forward end. Im Gehäuse in the housing 10 10 des Handgeräts ist eine auswechselbare Kalibrierprobe the handheld device is an exchangeable calibration sample 9 9 und ein Sensor and a sensor 4 4 für eine Messung an der Kalibrierprobe for a measurement on the calibration sample 9 9 angeordnet. arranged. Die Sensoren the sensors 3 3 und and 4 4 können (je nach Anwendung) differenziell verschaltet werden. can be connected differentially (depending on application). Außerdem sind eine Steuereinheit In addition, a control unit 11 11 und eine Spule als induktives Bauteil and a coil as the inductive component 13 13 im Gehäuse in the housing 10 10 des Handgeräts angeordnet. the handheld device arranged. An der Außenseite des Handgeräts ist eine optische Anzeige is on the outer side of the handheld device a visual display 15 15 angeordnet, die wahlweise rot oder grün leuchten kann. arranged, which can optionally be illuminated red or green. Die Steuereinheit The control unit 11 11 ist mit den Sensoren is connected to the sensors 3 3 und and 4 4 und der optischen Anzeige and the visual display 15 15 verbunden und derart konfiguriert, dass die optische Anzeige and configured such that the optical display 15 15 grün leuchtet, wenn die mit dem Sensor green lights up when the sensor with the 3 3 gemessene Permittivität des Untersuchungsobjektes measured permittivity of the object to be examined 7 7 sich (innerhalb einer vorgegebenen Fehlertoleranz) nicht von der mit dem Sensor is (within a predetermined tolerance error) not connected to the sensor 4 4 an der Kalibrierprobe on the calibration sample 9 9 gemessenen Permittivität unterscheidet. measured permittivity is different. Bei einer gemessenen Differenz der Permittivitäten von mehr als der vorgegebenen Fehlertoleranz wird die optische Anzeige At a measured difference of the permittivities of more than the predetermined error tolerance, the optical display is 15 15 von der Steuereinheit by the controller 11 11 derart angesteuert, dass sie rot leuchtet. driven such that it glows red.
  • [0063]
    Die Steuereinheit The control unit 11 11 umfasst außerdem einen Flashspeicher (in further comprises a flash memory (in 5 5 nicht dargestellt), in dem die Messergebnisse gespeichert werden können. not shown), in which the measurement results can be stored. Über eine Thunderbolt-Schnittstelle A Thunderbolt interface 11.1 11.1 an der Steuereinheit at the control unit 11 11 können die Daten zu einem Computer übertragen werden. the data can be transferred to a computer. Ebenso ist es möglich, einen externen Monitor an die Thunderbolt-Schnittstelle It is also possible to connect an external monitor to the Thunderbolt interface 11.1 11.1 anzuschliessen, auf dem die Messergebnisse angezeigt werden können. to join, at which the measurement results can be displayed.
  • [0064]
    6 6 zeigt in Querschnittsdarstellung eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Messgeräts shows in cross-sectional representation of an embodiment of the inventive measuring device, 1 1 in Form eines Tischgeräts für Untersuchungen zum Aushärten von Kompositmaterialien auf Harz- oder Silkonbasis. in the form of a tabletop device for testing for curing composite materials resin or Silkonbasis. Das Untersuchungsobjekt The object under examination 7 7 in Form eines noch flüssigen Ausgangsmaterials wird in einen zylinderförmigen Probenbehälter in the form of a still liquid feedstock is in a cylindrical sample container 17 17 gefüllt, welcher anschließend in das Messgerät filled, which is then in the meter 1 1 in der Art eingesetzt wird, dass eine Längsachse des zylinderförmigen Probenbehälters is used in the manner that a longitudinal axis of the cylindrical sample container 17 17 mit einer Längsachse einer in des Messgeräts with a longitudinal axis of the measuring device in a 1 1 angeordneten Sensorspule arranged sensor coil 3 3 zusammenfällt, wobei die Sensorspule coincides with the sensor coil 3 3 den Probenbehälter the sample container 17 17 nach dem Einsetzen umschließt. encloses after insertion.
  • [0065]
    Die Sensorspule The sensor coil 3 3 ist mit einer Verfahreinrichtung is provided with a traverser 5.1 5.1 verbunden, die ein Verfahren des Sensors connected, a method of the sensor 3 3 in z-Richtung, dh parallel zu seiner Längsachse, ermöglicht. in the z-direction, ie to its longitudinal axis enables parallel. So kann der Sensor Thus, the sensor can 3 3 entlang der Längsachse des zylinderförmigen Probenbehälters along the longitudinal axis of the cylindrical sample container 17 17 über die gesamte Länge des Untersuchungsobjektes over the entire length of the object to be examined 7 7 verfahren werden. be moved. Außerdem ist in dem Messgerät eine Kalibrierprobe In addition, in the measuring device is a calibration sample 9 9 an einer Position angeordnet, die von dem Sensor disposed at a position of the sensor 3 3 mittels der Verfahreinrichtung by means of the traverser 5.1 5.1 erreichbar ist. is achievable.
  • Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
  • 1 1
    Messgerät zur Messung der Permittivität Measuring device for measuring the permittivity
    2 2
    Probentisch sample table
    3 3
    Sensor sensor
    4 4
    zweiter Sensor second sensor
    5.1 5.1
    Verfahreinrichtung z-Richtung Traversing the z-direction
    5.2 5.2
    Verfahreinrichtung x-Richtung Traversing the x direction
    5.3 5.3
    Verfahreinrichtung y-Richtung Traversing the y-direction
    7 7
    Untersuchungsobjekt object of investigation
    9 9
    Kalibrierprobe calibration sample
    10 10
    Gehäuse casing
    11 11
    Steuereinheit control unit
    11.1 11.1
    Thunderbolt-Schnittstelle Thunderbolt interface
    13 13
    induktives Bauteil/Spule inductive component / coil
    15 15
    optische Anzeige optical display
    17 17
    Probenbehälter sample container
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
  • [0066]
    Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. This list of references cited by the applicant is generated automatically and is included solely to inform the reader. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. The list is not part of the German patent or utility model application. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen. The DPMA is not liable for any errors or omissions.
  • Zitierte Patentliteratur Cited patent literature
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Claims (14)

  1. Verfahren zur Messung der lokalen effektiven Permittivität eines Untersuchungsobjektes, das mindestens ein elektrisch nicht leitendes und/oder schwach leitendes Material aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung induktiv erfolgt, wobei die folgenden Schritte durchgeführt werden: – Erzeugung eines elektromagnetischen Wechselfeldes mit einer Frequenz in einem Frequenzbereich von 1 MHz bis 100 MHz durch ein induktives Bauelement ( Method for measuring the local effective permittivity of an object under examination, comprising an electrically nonconductive and / or weakly conductive material at least, characterized in that the measurement takes place inductively, wherein the following steps are performed: - generating an electromagnetic alternating field having a frequency in a frequency range from 1 MHz to 100 MHz by an inductive component ( 13 13 ), wobei das elektromagnetische Wechselfeld mindestens einen Teil des Untersuchungsobjektes ( ), Wherein the alternating electromagnetic field (at least a part of the object to be examined 7 7 ) durchdringt; ) Penetrates; – Erfassen mindestens eines Feldstärke-Messwertes an wenigstens einer Position innerhalb des erzeugten elektromagnetischen Wechselfeldes mit mindestens einem induktiven Messsensor ( - detecting at least a field strength measured value at at least one position within the generated alternating electromagnetic field with at least one inductive measuring sensor ( 3 3 ); ); – Bestimmen einer durch Interaktion mit dem Untersuchungsobjekt ( - determining a (by interaction with the object to be examined 7 7 ) an der Position des Messsensors ( ) (At the position of the measuring sensor 3 3 ) hervorgerufenen Veränderung des durch das induktive Bauelement ( ) Caused change in the (by the inductive component 13 13 ) erzeugten elektromagnetischen Wechselfeldes auf Basis des erfassten Feldstärke-Messwertes; ) Generated electromagnetic alternating field on the basis of the detected field strength measurement value; – Bestimmen der lokalen effektiven Permittivität für ein durch die Abmaße und Position des Messsensors ( - determining the local effective permittivity for a (by the dimensions and position of the measuring sensor 3 3 ) in Bezug zu der Oberfläche des Untersuchungsobjektes ( ) (With respect to the surface of the object to be examined 7 7 ) festgelegtes Teilvolumen des Untersuchungsobjektes ( ) Specified partial volume of the object to be examined ( 7 7 ) aus der Veränderung des durch das induktive Bauelement ( ) From the change (by the inductive component 13 13 ) erzeugten elektromagnetischen Wechselfeldes; ) Generated electromagnetic alternating field; – Zuordnen der lokalen effektiven Permittivität zu dem entsprechenden Teilvolumen des Untersuchungsobjektes ( - associating the local effective permittivity to the corresponding sub-volume of the examination subject ( 7 7 ) für jede Position, an der ein Feldstärke-Messwert erfasst wurde. ) For each position at which a field strength measurement value has been detected.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassen des Feldstärke-Messwertes des durch Interaktion mit dem Untersuchungsobjekt ( A method according to claim 1, characterized in that the detection of the field strength measured value of (by interaction with the object to be examined 7 7 ) beeinflussten elektromagnetischen Wechselfeldes berührungslos erfolgt. ) Influenced electromagnetic alternating field is done without contact.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassen des Feldstärke-Messwertes des durch Interaktion mit dem Untersuchungsobjekt ( A method according to claim 1, characterized in that the detection of the field strength measured value of (by interaction with the object to be examined 7 7 ) beeinflussten elektromagnetischen Wechselfeldes derart erfolgt, dass der Messsensor ( ) Affected alternating electromagnetic field is such that the measuring sensor ( 3 3 ) das Untersuchungsobjekt ( ) The object under examination ( 7 7 ) berührt. ) touched.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass aus der durch Interaktion mit dem Untersuchungsobjekt hervorgerufenen Veränderung des elektromagnetischen Wechselfeldes zusätzlich eine zu dem entsprechenden Teilvolumen des Untersuchungsobjektes ( Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that in addition a (from caused by interaction with the object to be examined change in the alternating electromagnetic field to the corresponding partial volume of the object to be examined 7 7 ) zuordenbare lokale Leitfähigkeit und/oder Permeabilität gewonnen wird. ) Assignable local conductivity and / or permeability is obtained.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass vor, während und/oder nach dem Erfassen des Feldstärke-Messwertes eine Kalibrierung des mindestens einen Messsensors ( A method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that before, during and / or after the detection of the field strength measured value (a calibration of the at least one measuring sensor 3 3 ) auf den erfassten Feldstärke-Messwert mittels Messung des Einflusses von mindestens einer Kalibrierprobe mit bekannter Permittivität und elektrischer Leitfähigkeit auf das durch das induktive Bauelement ( ) On the detected field strength measuring value by means of measurement of the influence of at least one calibration sample with a known permittivity and electrical conductivity of the (by the inductive component 13 13 ) erzeugte elektromagnetische Wechselfeld durchgeführt wird. ) Generated electromagnetic alternating field is performed.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassen der Feldstärke-Messwerte an jeweils einer Position und das Bestimmen der zugeordneten lokalen effektiven Permittivität mehrfach hintereinander erfolgt, wobei eine zeitliche Veränderung der lokalen effektiven Permittivität eines oder mehrerer Teilvolumen des Untersuchungsobjektes ( A method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the detection of the field strength measurements in succession is carried out several times at a respective position, and determining the associated local effective permittivity, wherein a temporal change in the local effective permittivity of one or more sub-volume of the examination subject ( 7 7 ) erfasst wird. ) Is detected.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassen der Feldstärke-Messwerte und das Bestimmen der zugeordneten lokalen effektiven Permittivität an verschiedenen Positionen erfolgt, wobei eine örtliche Veränderung der lokalen effektiven Permittivität eines oder mehrerer Teilvolumen des Untersuchungsobjektes ( A method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the detection of the field strength measurements and determining the associated local effective permittivity takes place at different positions, wherein a local change in the local effective permittivity of one or more sub-volume of the examination subject ( 7 7 ) erfasst wird. ) Is detected.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassen der Feldstärke-Messwerte und das Bestimmen der durch Interaktion mit dem Untersuchungsobjekt ( A method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the detection of the field strength measurements and determining the (by interaction with the object to be examined 7 7 ) an der Position des Messsensors ( ) (At the position of the measuring sensor 3 3 ) hervorgerufenen Veränderung des durch das induktive Bauelement ( ) Caused change in the (by the inductive component 13 13 ) erzeugten elektromagnetischen Wechselfeldes in einem Schritt erfolgen, wobei eine Verstärkung der durch das Untersuchungsobjekt hervorgerufen Veränderung des elektromagnetischen Wechselfelds durch differentielles Verschalten mindestens zweier induktiver Bauteile erfolgt. ,) Generated electromagnetic alternating field in one step whereby an amplification of the induced by the object to be examined change in the alternating electromagnetic field by differentially interconnecting at least two inductive components is carried out.
  9. Messgerät zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Steuereinheit ( Measuring device for carrying out the method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that it (a control unit 11 11 ), mindestens ein mit der Steuereinheit ( ), At least one (with the control unit 11 11 ) verbundenes induktives Bauteil ( ) Connected inductor component ( 13 13 ), mit dem ein hochfrequentes elektromagnetisches Wechselfeld mit einer Frequenz in einem Frequenzbereich von 1 MHz bis 100 MHz erzeugbar ist, und mindestens einen mit der Steuereinheit ( ), With which a high-frequency alternating electromagnetic field with a frequency in a frequency range from 1 MHz to 100 MHz can be generated, and at least one (with the control unit 11 11 ) verbundenen Sensor ( ) Sensor connected ( 3 3 ) zur Detektion eines elektromagnetischen Wechselfelds und Verstärkung von durch das Untersuchungsobjekt ( ) (For the detection of an alternating electromagnetic field and gain of the object under examination by 7 7 ) hervorgerufenen Veränderungen dieses Wechselfelds umfasst. includes) caused changes this alternating field.
  10. Messgerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das induktive Bauteil ( Timepiece according to claim 9, characterized in that the inductive component ( 13 13 ) und der Sensor ( ) And the sensor ( 3 3 ) als ein einziges Bauteil ausgeführt sind. ) Are constructed as a single component.
  11. Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 zur Detektion und Visualisierung von Inhomogenitäten in Materialien, des Materialzustandes, der Materialzusammensetzung und/oder der geometrischen Eigenschaften des Untersuchungsobjektes ( Use of the method according to claim 1 for the detection and visualization of inhomogeneities in materials, the material condition of the material composition and / or the geometric characteristics of the object under examination ( 7 7 ). ).
  12. Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 zur Überwachung der Aushärtung und/oder Trocknung von Polymeren oder Lacken. Use of the method according to claim 1 for monitoring the curing and / or drying of polymers or coatings.
  13. Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 zur Detektion und Visualisierung von Aushärte- und Überhitzungsfehlern in Verbundwerkstoffen. Use of the method according to claim 1 for the detection and visualization of Curing and overheating failures in composites.
  14. Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 zur Detektion und Visualisierung von Texturen in Faserverbundwerkstoffen. Use of the method according to claim 1 for the detection and visualization of textures in fiber composites.
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