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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der dielektrischen und/oder magnetischen Eigenschaften einer Probe mittels einer Mikrowellen-Transmissionsmessung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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In der Technik sind vielfältige Möglichkeiten bekannt, wie die dielektrischen Eigenschaften einer Probe, zu denen beispielsweise die Feuchtigkeit zählt, berührungslos gemessen werden können. Beispielsweise ist es möglich, die Probe mit einer Mikrowelle zu durchstrahlen und die gewünschten Informationen durch Vergleich der eingestrahlten Mikrowelle oder eines daraus abgeleiteten Signals mit der transmittierten Mikrowelle oder einem daraus abgeleiteten Signal zu erhalten. Hierbei kann sowohl die Absorption als auch die Phasenverschiebung bestimmt werden, so dass aus der entsprechenden Messung die vollständigen Informationen über das komplexe Epsilon der Probe erhältlich sind. Eine hierfür geeignete Vorrichtung weist ein Sendemodul und ein Empfangsmodul auf. Hierbei weist das Sendemodul wenigstens einen Synthesegenerator (auch Synthesizer genannt) zur Erzeugung eines Hochfrequenzsignals und eine mit dem Synthesegenerator verbundene HF-Einkopplungseinheit (Sendeantenne) auf. Getaktet wird der Synthesegenerator von einem sogenannten Frequenznormal, welches ein Niederfrequenzsignal mit einer Frequenz von beispielsweise 10 MHz abgibt. Das von dem wenigstens einen Synthesegenerator erzeugte Hochfrequenzsignal wird auch dem Empfangsmodul, welches weiterhin eine HF-Auskopplungseinheit (Empfangsantenne) aufweist, zugeleitet und dort mit der von der Empfangsantenne empfangenen Mikrowelle in einem Mischer gemischt. Weiterhin ist eine Auswerteeinheit vorgesehen, welche als separates Modul ausgebildet sein kann. Dieser Auswerteeinheit wird das gemischte Signal zugeleitet.
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Man unterscheidet grundsätzlich zwei Arten von Mess-Systemen, nämlich sogenannte homodyne Systeme, welche mit nur einer Frequenz arbeiten und nur einen Synthesegenerator aufweisen, und sogenannte heterodyne Systeme, welche mit zwei eng benachbarten Frequenzen arbeiten und zwei Synthesegeneratoren aufweisen. Beiden Systemen gleich ist, dass sie durch Vergleich von zwei Mikrowellen arbeiten, wobei eine die Probe passiert und hierdurch eine Dämpfung und/oder eine Phasenverschiebung erfährt, während die andere Mikrowelle nicht durch die Probe durchtritt und als Referenz dient. Dies macht es notwendig, eine Hochfrequenz-Referenzleitung zwischen dem Sendemodul und dem Empfangsmodul vorzusehen (dies gilt sowohl für homodyne Systeme als auch für heterodyne Systeme). Unter Laborbedingungen ist das Vorsehen einer solchen Hochfrequenz-Referenzleitung in der Regel unproblematisch, da hier einerseits keine großen örtlichen Distanzen überwunden werden müssen, und andererseits konstante Laborbedingungen, insbesondere eine im Wesentlichen konstante Temperatur, herrschen.
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Wird eine solche Vorrichtung jedoch im industriellen Bereich eingesetzt, so kann das Vorsehen einer solchen Hochfrequenz-Referenzleitung jedoch mit einigen Problemen und Nachteilen behaftet sein, insbesondere da sich die Temperaturabhängigkeit der Wellenausbreitungsgeschwindigkeit in einem Koaxialkabel mit zunehmender Frequenz der Welle auf die Phasenverschiebung verstärkt auswirkt. Das bedeutet, dass bei nicht-konstanten Umweltbedingungen, insbesondere Temperaturen, erhebliche Phasenverschiebungen in der Hochfrequenz-Referenzleitung und den Antennenzuleitungen auftreten können, welche das Messergebnis verfälschen. Zudem können in industriellen Anwendungen das Sendemodul und das Empfangsmodul recht weit voneinander beabstandet sein, was dieses Problem noch verschärft, insbesondere dann, wenn eine solche Vorrichtung ganz oder teilweise im Freien installiert ist, so dass sie der Sonneneinstrahlung ausgesetzt sein kann.
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Weiterhin können (auch hier insbesondere beim industriellen Einsatz) Messungenauigkeiten dann auftreten, wenn im Bereich der Messtrecke starke Reflexionen auftreten.
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Um auch bei schwankenden Umweltbedingungen konstant gute Messergebnisse erreichen zu können, schlägt die gattungsbildende
DE 10 2012 010 255 B3 vor, sowohl auf der Sendeseite als auch auf der Empfangsseite wenigstens einen Synthesegenerator zur Erzeugung eines Hochfrequenz-Signals vorzusehen und diese beiden Synthesegeneratoren phasenstarr reproduzierbar zu koppeln, wozu ein gemeinsames Frequenznormal vorgesehen ist, welches die beiden Synthesegeneratoren über jeweils wenigstens eine Niederfrequenz-Signalleitung, welche hier als Niederfrequenz-Synchronisations-Signalleitung bezeichnet wird, ansteuert. Das Vorsehen eines empfangsseitigen Synthesegenerators macht den Einsatz der oben erwähnten, problematischen Hochfrequenz-Referenzleitung in vielen Anwendungsfällen überflüssig. Solche Niederfrequenz-Signalleitungen sind gegen die oben erwähnten Umwelteinflüsse auch bei großer Länge nahezu unempfindlich, so dass kein Nachkalibrieren auch bei stark schwankenden Umwelteinflüssen, insbesondere einer sich stark verändernden Temperatur, notwendig ist. Eine solche erfindungsgemäße Vorrichtung kann grundsätzlich sowohl als homodynes System als auch als heterodynes System ausgebildet sein.
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Das vorgeschlagene System funktioniert grundsätzlich gut, es hat jedoch den Nachteil, dass es nur dann ideal funktioniert, wenn es dauerhaft mit einer konstanten Frequenz beziehungsweise mit zwei konstanten Frequenzen betrieben wird. Problematisch kann jedoch das Arbeiten mit mehreren Frequenzen sein, insbesondere, wenn ein Frequenzband „durfahren” wird, das heißt, wenn die Synthesegeneratoren in gewissen zeitlichen Abständen Ihre Frequenzen ändern müssen. Da die örtlich voneinander beabstandeten Synthesegeneratoren durch ein gemeinsames Niederfrequenz-Signal gekoppelt sind, dessen Frequenz typischerweise um einen Faktor 100 bis 500 kleiner ist als die Frequenz der Synthesegeneratoren, kann beim Frequenzwechsel nicht sichergestellt werden, dass beide Synthesegeneratoren auf der selben Wellenflanke „einrasten”, was wiederum zu nicht ausgleichbaren Phasenfehlern führen kann.
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Hiervon ausgehen stellt sich die Erfindung die Aufgabe, eine verbesserte Vorrichtung zur Messung der dielektrischen und/oder magnetischen Eigenschaften einer Probe mittels einer Mikrowellen-Transmissionsmessung zur Verfügung zu stellen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß ist wenigstens eine HF-Bypass-Signalleitung vorgesehen, deren Eingang in den Signalweg zwischen dem ersten HF-Synthesegenerator und der HF-Einkopplungseinheit einkoppelbar und deren Ausgang in den Signalweg zwischen HF-Auskopplungseinheit und Mischer einkoppelbar ist, so dass bei eingekoppelter HF-Bypass-Signalleitung das HF-Signal von der Messtrecke in die erste HF-Bypass-Signalleitung umgeleitet wird.
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Das bedeutet, dass zwischen der Messtrecke und der HF-Bypass-Signalleitung umgeschaltet werden kann, so dass dem ersten Eingang des Mischers entweder das HF-Signal, welches die Messtrecke durchlaufen hat, oder das HF-Signal, welches die Messtrecke mittels der wenigstens einen HF-Bypass-Signalleitung umgangen hat, zugeführt wird, so dass außer den Messungen an den Proben auch Kalibriermessungen durchgeführt werden können. Durch die Möglichkeit der Kalibriermessungen können die oben genannten Probleme gelöst werden:
Im erstgenannten Fall (Eliminierung von Fehlern, die beispielsweise durch Reflexionen verursacht werden), dient die Kalibriermessung dazu, den Einfluss der störenden Reflexionen zu eliminieren. Bisher wird bei leerer Messstrecke eine Leermessung als Vergleichsmessung gemacht, damit der Einfluss der Probe auf die sie durchstrahlende Mikrowelle durch Differenzbildung bestimmt werden kann. Die störenden Reflexionen treten aber vornehmlich bei leerer Messstrecke auf. Daher wird diese Messung durch die Kalibriermessung, welche eine Bypassmessung ist, ersetzt. Zusätzlich muss dann in einer zweiten Messung der Unterschied der Übertragungsfunktion der leeren Messstrecke in Relation zur HF-Bypass-Signalleitung bestimmt werden, aus der dann der Mittelwert der Dampfung und Phasenverschiebung bestimmt wird.
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Im zweitgenannten Fall dient die Kalibriermessung dazu, beim Frequenzwechsel den Fehler, welcher durch unterschiedliches „Einrasten” der Synthesegeneratoren entsteht, rechnerisch (das heißt durch die Auswerteeinheit) auszugleichen.
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Um sich nicht wieder Fehler durch schwankende Umweltbedingungen, wie insbesondere schwankende Temperaturen, „einzuhandeln”, ist es in diesem Fall zu bevorzugen, zwei HF-Bypass-Signalleitungen vorzusehen, die sich in ihrer Länge unterscheiden, wobei die beiden HF-Bypass-Signalleitungen gleiche elektrische und thermische Eigenschaften aufweisen, wobei zwischen den beiden HF-Bypass-Signalleitung umgeschaltet werden kann, so dass die Möglichkeit einer doppelten Kalibriermessung geschaffen wird.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 die Schaltskizze eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
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2 eine Schaltskizze eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
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3 eine Schaltskizze eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
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4 eine Schaltskizze eines vierten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
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5 eine Schaltskizze eines fünften Ausführungsbeispiels der Erfindung,
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6 eine erste bevorzugte Anwendung der Erfindung und
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7 eine zweite bevorzugte Anwendung der Erfindung.
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Für das Folgende gelten folgende Definitionen und Konventionen: Als „Hochfrequenzsignal” oder „Mikrowelle” werden elektromagnetische Wellen bezeichnet, die in einem Leiter oder frei propagieren, und eine Frequenz zwischen 800 MHz und 30 GHz aufweisen. Für solche Frequenzen geeignete Hochfrequenz-Signalleitungen (Mikrowellenleiter) sind in der Technik bekannt. In den Figuren sind die Hochfrequenz-Signalleitungen strichpunktiert dargestellt. Unter „Niederfrequenz” werden hier alle elektromagnetischen Wellen oder Signale mit einer Frequenz unter 200 MHz verstanden. Signalleitungen zur Übertragung von solchen niederfrequenten Signalen werden hier als Niederfrequenz-Signalleitungen bezeichnet und sind in den Zeichnungen als durchgezogene Linien oder mit dem Muster Strich-Punkt-Punkt-Strich dargestellt. Nicht alle Signalleitungen (seien es Hochfrequenz-Signalleitungen oder Niederfrequenz-Signalleitungen) haben in der Beschreibung und den Zeichnungen der Übersichtlichkeit halber einen eigenen Namen/ein eigenes Bezugszeichen erhalten. Körperlich ausgebildet sind sowohl die Hochfrequenz-Signalleitungen als auch die Niederfrequenz-Signalleitungen in der Regel als Koaxialkabel, wobei aus Kostengründen für die Hochfrequenz-Signalleitungen in der Regel Koaxialkabel mit höherer Güte als für die Niederfrequenz-Signalleitungen verwendet werden; dies ist jedoch nicht zwingend, es wäre auch möglich, für alle Signalleitungen hinreichend hochwertige Koaxialkabel zu verwenden. Insofern sind die Begriffe „Hochfrequenz-Signalleitung” und „Niederfrequenz-Signalleitung” in erster Linie funktional zu verstehen.
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Es wird zunächst ein erstes Ausführungsbeispiel beschrieben. Dieses ist zunächst genauso aufgebaut wie das in
1 der gattungsbildenden
DE 10 2012 010 255 B3 beschriebene Ausführungsbeispiel.
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Es sind zwei Module vorgesehen, nämlich ein mit einer HF-Einkopplungseinheit 10 verbundenes Sendemodul SM und ein mit einer HF-Auskopplungseinheit verbundenes Empfangsmodul EM. Hierbei ist in das Empfangsmodul auch die Auswerteeinheit in Form eines ersten Mikrokontrollers 40 sowie ein Frequenznormal 82 integriert. Diese Bauteile könnten jedoch genauso Teil des Sendemoduls SM oder Teil eines separaten Moduls sein. In vielen Anwendungsfällen, insbesondere in der industriellen Messtechnik sind Sendemodul und Empfangsmodul als separate, örtlich getrennte, jeweils ein Gehäuse aufweisende Module ausgebildet.
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Mit Bezug auf die 1 wird nun eine erfindungsgemäße Vorrichtung beschrieben, welche als heterodynes System ausgebildet ist. Das Sendemodul SM weist zwei sendeseitige Synthesegeneratoren 12 und 14 auf, welche jeweils ein Hochfrequenzsignal F1 beziehungsweise F2 erzeugen, wobei die Hochfrequenzen leicht verschieden voneinander sind, beispielsweise kann die erste Hochfrequenz in einem Schaltzustand 3 GHz und die zweite Hochfrequenz 3,001 GHz betragen. Die beiden sendeseitigen Synthesegeneratoren 12, 14 werden von einem zweiten Mikrokontroller 42, welcher vom ersten Mikrokontroller 40 gesteuert wird, angesteuert. Die beiden Mikrokontroller 40, 42 sind mittels einer Busleitung 80 verbunden. Getaktet werden die HF-Synthesegeneratoren über eine sendeseitige Niederfrequenz-Synchronisations-Signalleitung 34a vom Frequenznormal 82. Der erste sendeseitige Synthesegenerator 12 speist sein Hochfrequenzsignal F1 in einen Leistungsteiler 18, welcher wiederum mit einem sendeseitigen Mischer 16 und dem Eingang 35 einer als Weiche ausgebildeten HF-Auftrenneinrichtung 30 verbunden ist. Ein erster Ausgang 31 dieser HF-Auftrenneinrichtung 30 ist mit der HF-Einkoppeleinheit 10 verbunden. Die HF-Auftrenneinrichtung 30 weist zwei weitere Ausgänge 32, 33 auf, von welchen sich jeweils eine HF-Bypass-Signalleitung 61, 62 erstreckt. Diese beiden HF-Bypass-Signalleitungen 61, 62 weisen gleiche elektrische und thermische Eigenschaften auf, wobei jedoch die zweite HF-Bypass-Signalleitung 62 eine größere Länge als die erste HF-Bypass-Signalleitung 61 aufweist. Die HF-Auftrenneinrichtung 30 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel aus zwei hintereinandergeschalteten Weichen aufgebaut, welche vom zweiten Mikrokontroller 42 angesteuert werden. Der zweite sendeseitige Synthesegenerator 14 speist das von ihm erzeugte zweite Hochfrequenzsignal F2 unmittelbar in den sendeseitigen Mischer 16, welcher mit der Auswerteeinheit, nämlich mit dem Mikroprozessor 40 verbunden ist.
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Die HF-Auskopplungseinheit 20 ist mit einem Eingang 51 einer symmetrisch zur HF-Auftrenneinrichtung 30 ausgebildeten HF-Zusammenführeinrichtung 50 verbunden. Die beiden weiteren Eingänge 52, 53 der HF-Zusammenführeinrichtung 50 sind jeweils mit einem Ende der HF-Bypass-Signalleitungen 61, 62 verbunden, Die HF-Zusammenführeinrichtung 50 wird über den ersten Mikrokontroller angesteuert.
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Im Empfangsmodul EM ist ein empfangsseitiger Synthesegenerator 22 vorgesehen, welcher jeweils dieselbe Hochfrequenz wie der zweite sendeseitige Synthesegenerator 14, im gewählten Ausführungsbeispiel also 3,001 GHz, erzeugt. Dieser empfangsseitige Synthesegenerator 22 ist mit dem Frequenznormal 82 verbunden und wird vom Mikrokontroller 40 angesteuert. Der empfangsseitige Synthesegenerator 22 speist das von ihm erzeugte dritte Hochfrequenzsignal F3 in den empfangsseitigen Mischer 26, dessen zweiter Eingang mit dem Ausgang 55 der HF-Zusammenführeinrichtung 50 verbunden ist, so dass er bei entsprechendem Schaltzustand von HF-Auftrenneinrichtung 30 und HF-Zusammenführeinrichtung 50 das durch die Probe P transmittierte erste Hochfrequenzsignal F1' empfängt.
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Der sendeseitige Mischer 16 erzeugt ein erstes Zwischenfrequenzsignal IF1, ebenso erzeugt der empfangsseitige Mischer 26 ein zweites Zwischenfrequenzsignal IF2, wobei die beiden Zwischenfrequenzen gleich sind, im beschriebenen Ausführungsbeispiel nämlich 1 MHz betragen. Diese Zwischenfrequenzsignale sind also Niederfrequenzsignale (NF-Signale). Diese beiden Zwischenfrequenzsignale IF1 und IF2 werden der Auswerteeinheit, d. h. dem ersten Mikroprozessor 40, zugeführt. Damit man aus der Phasenverschiebung zwischen dem ersten Zwischenfrequenzsignal IF1 und dem zweiten Zwischenfrequenzsignal IF2 eine relevante Aussage über die Phasenverschiebung, welche das erste Hochfrequenzsignal F1 beim Durchtritt durch die Probe P erfährt, ableiten kann, müssen sämtliche Synthesegeneratoren 12, 14 und 22 zueinander synchronisiert sein. Für diese Synchronisation sorgt das Frequenznormal 32, welches mit einer sendeseitigen Niederfrequenz-Synchronisations-Signalleitung 84a mit den beiden sendeseitigen Synthesegeneratoren 12, 14 und mit einer empfangsseitigen Niederfrequenz-Synchronisations-Signalleitung 84b mit dem empfangsseitigen Synthesegenerator 22 verbunden ist und ein Taktsignal TS aussendet, mit dem die Synthesegeneratoren phasenstarr reproduzierbar gekoppelt werden. Das „Herz” eines solchen Frequenznormals ist in der Regel ein Schwingquarz, dessen Resonanzfrequenz als Normalfrequenz benutzt wird. Typischerweise beträgt diese Normalfrequenz zwischen 1 und 30 MHz, insbesondere 10 MHz, wie in diesem Ausführungsbeispiel gewählt. Beide Niederfrequenz-Synchronisations-Signalleitungen 84a, 84b, sind Niederfrequenz-Signalleitungen, welche vorzugsweise körperlich identisch, insbesondere mit gleicher Länge (nicht dargestellt) und mit identischem Aufbau ausgebildet sind.
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Es wird nun auf die Funktion der HF-Auftrenneinrichtung 30, der HF-Zusammenführeinrichtung 50 und der beiden HF-Bypass-Signalleitungen 61, 62 eingegangen. Im Messzustand ist der Eingang 35 der HF-Auftrenneinrichtung mit deren erstem Ausgang 31 verbunden und der erste Eingang 51 der HF-Zusammenführeinrichtung 50 ist mit deren Ausgang 55 verbunden, so dass die Vorrichtung wie oben beschrieben arbeitet und die beiden HF-Bypass-Signalleitungen funktionslos sind.
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Wird nun vom System ein Frequenzwechsel durchgeführt (das heißt die sendeseitigen Synthesegeneratoren 12, 14 werden vom zweiten Mikrokontroller 42 entsprechend angesteuert und der empfangsseitige Synthesegenerator 22 wird vom ersten Mikrokontroller 40 entsprechend angesteuert), ist die Phasenlage des empfangsseitigen Synthesegenerators 22 in Bezug auf die sendeseitigen Synthesegeneratoren 12, 14 nicht mehr bekannt, da das System nicht „weiß” wie die Synthesegeneratoren „einrasten”. Es wird deshalb nach einem Frequenzwechsel (beispielsweise von 3,000 GHz, bzw. 3,001 GHz auf 4,000 GHz bzw. 4,001 GHz) zunächst eine Kalibriermessung mittels der ersten HF-Bypass-Signalleitung 61 durchgeführt. Hierfür wird die HF-Auftrenneinrichtung 30 auf den zweiten Ausgang 32 und die HF-Zusammenführeinrichtung 50 auf den zweiten Eingang 52 umgeschaltet und eine Kalibriermessung durchgeführt. Da die Eigenschaften der ersten HF-Bypass-Signalleitung 61 grundsätzlich bekannt sind, kann die Auswerteeinheit den durch das Frequenzumschalten ggf. aufgetretenen Phasenfehler errechnen und nach dem Zurückschalten auf den ersten Ausgang 31 bzw. den ersten Eingang 51 beim Messen der Probe P eine entsprechende Korrektur durchführen.
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In der industriellen Anwendung jedoch, bei welchen mit schwankenden Temperaturen zu rechnen ist, ändern sich mit der Temperatur auch die elektrischen Eigenschaften der ersten HF-Bypass-Signalleitung 61. Um dies ausgleichen zu können, ist die zweite HF-Bypass-Signalleitung 62 vorgesehen, welche bis auf die Länge die selben Eigenschaften wie die erste HF-Bypass-Signalleitung 61 aufweist. Die beiden HF-Bypass-Signalleitungen 61, 62 sind vorzugsweise parallel zueinander verlegt, so dass davon ausgegangen werden kann, dass sie die selbe Temperatur aufweisen. Somit kann in gewissen zeitlichen Abständen eine „doppelte Kalibriermessung” durchgeführt werden, bei der die beiden HF-Bypass-Signalleitungen zeitlich nacheinander zwischen Sendemodul SM und Empfangsmodul geschaltet werden, so dass aufgrund der unterschiedlichen Längen der beiden HF-Bypass-Signalleitungen der Temperatureffekt rechnerisch eliminiert werden kann. Hieraus lassen sich nun der Kabeleffekt und die Drift der Elektronik mathematisch separieren. Bei bekanntem Kabeleffekt kann man den Temperatureffekt der Kabel berechnen und korrigieren. Da die Antennenkabel nicht zwingend die gleiche Temperatur haben, wie die HF-Bypass-Signalleitungen, sollen die Antennenkabel so kurz wie möglich sein um diesen Effekt zu minimieren.
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Mittels der phasenstarr reproduzierbar gekoppelten Synthesegeneratoren lassen sich beide Zwischenfrequenzen IF1 und IF2 auch auf der Empfängerseite generieren, so dass das Verbindungskabel für das Signal der ersten Zwischenfrequenz zwischen dem Sendemodul SM und dem Auswertemodul AE entfallen kann. Ein konkretes Ausführungsbeispiel ist in 2 gezeigt: In diesem Fall weist das Sendemodul SM nur einen Synthesegenerator 11 auf. Alle weiteren Bauelemente sind in das Empfangsmodul EM integriert, welches somit einen ersten und einen zweiten empfangsseitigen Synthesegenerator 23, 24 aufweist, wobei der zweite Synthesegenerator 24 ein zweites Hochfrequenzsignal F2 erzeugt, welches die selbe Hochfrequenz hat wie das erste Hochfrequenzsignal F1 des sendeseitige Synthesegenerators 11 (beispielsweise wieder 3 GHz), während der erste Synthesegenerator 23 (wie im oben beschriebenen Ausführungsbeispiel auch) ein drittes Hochfrequenzsignal F3 mit einer hierzu leicht verschiedenen Hochfrequenz (beispielsweise wieder 3,001 GHz) erzeugt. Das erste Zwischenfrequenzsignal IF1 wird durch Mischen des zweiten Hochfrequenzsignals F2 mit dem dritten Hochfrequenzsignal F3 erzeugt, wozu der erste empfangsseitige Mischer 27 dient, dessen einer Eingang über einen Leistungsteiler 29 mit dem ersten empfangsseitigen Synthesegenerator 23 und dessen anderen Eingang mit dem zweiten empfangsseitigen Synthesegenerator 24 verbunden ist. Das zweite Zwischenfrequenzsignal IF2 wird wie oben beschrieben erzeugt, wofür der zweite empfangsseitige Mischer 28 dient, der dem empfangsseitigen Mischer 26 des ersten Ausführungsbeispiels entspricht. Wie im oben beschriebenen Ausführungsbeispiel auch, werden alle Synthesegeneratoren 11, 23, 24 von dem Frequenznormal 32 phasenstarr getaktet.
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Die 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem nur ein sendeseitiger Frequenzgenerator 11 zur Erzeugung eines ersten Hochfrequenzsignals F1 und nur ein empfangsseitiger Frequenzgenerator 22 zur Erzeugung eines weiteren Hochfrequenzsignals, welches der Konsistenz halber hier als drittes Hochfrequenzsignal F3 bezeichnet wird, vorgesehen sind. Hier dient als Referenzsignal (dies ist in den vorherigen Ausführungsbeispielen das erste Zwischenfrequenzsignal IF1) direkt das Taktsignal TS des Frequenznormals 82 oder gegebenenfalls ein unmittelbar aus diesem abgeleitetes Signal. Soll das Taktsignal TS unmittelbar als Referenzsignal dienen, wie dies im Ausführungsbeispiel der 3 gezeigt ist und wozu eine weitere Niederfrequenz-Synchronisations-Signalleitung 84c vorgesehen ist, welches das Frequenznormal 82 mit dem ersten Mikroprozessor 40 verbindet, so muss die Frequenz des zweiten Zwischenfrequenzsignals IF2 (des Mischsignals aus F3 und F1') gleich zu der Frequenz des Taktsignals TS sein. Beträgt die Frequenz des Taktsignals TS auch hier 10 MHz, so könnte beispielsweise die Frequenz des ersten Hochfrequenzsignals F1 3 GHz und die Frequenz des dritten Hochfrequenzsignals F3 3,01 GHz betragen. Dieses Ausführungsbeispiel führt zu einer Vereinfachung der Schaltung.
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In Anwendungsfällen, in denen schwankende Umwelteinflüsse, insbesondere schwankende Temperaturen keine entscheidende Rolle spielen, kann gegebenenfalls auf die zweite HF-Bypass-Signalleitung verzichtet werden. Ein Ausführungsbeispiel hierfür ist in 4 gezeigt. Die HF-Auftrenneinrichtung (Weiche) 30 weist hier nur zwei Ausgänge 31, 32 und die HF-Zusammenführeinrichtung 50 weist nur zwei Eingänge 51, 52 auf. Die einzige HF-Bypass-Signalleitung, welche parallel zur Messtrecke schaltbar ist kann in diesem Fall genauso genutzt werden wie oben beschrieben, jedoch nicht zur Temperaturkompensation.
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Wie die 5 zeigt, kann es auch sinnvoll sein wenigstens eine, vorzugsweise jedoch ebenfalls zwei, HF-Bypass-Leitungen 61, 62 bei einem „klassischen” heterodynen System vorzusehen, bei dem sich beide HF-Synthesegeneratoren 12, 14 auf der Senderseite (hier im Sendemodul SM) befinden. Eine Korrektur von „Einrastfehlern” beim Frequenzwechsel ist hier zwar nicht notwendig, da man beide HF-Synthesegeneratoren unmittelbar aneinander koppeln kann, allerdings kann auch in diesem Fall die wenigstens eine HF-Bypass-Signalleitung dazu genutzt werden, um den Zeit- oder Temperatureffekt der Elektronik und der Kabel (das heißt der Signalleitungen) mathematisch zu separieren, um diese Effekte zu kompensieren.
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Wie dies bereits erwähnt wurde, zeigen sich die Vorteile der erfindungsgemäßen Verbesserung insbesondere beim industriellen Einsatz einer solchen Vorrichtung, beispielsweise bei der Online-Messung von auf einem Förderer, beispielsweise einem Förderband 60 geförderten Schüttgütern SG wie Kohle oder Erz (6) oder bei der Online-Messung von durch ein Rohr (65) strömender Flüssigkeit (7). Auch die Messung in einem Behälter ist möglich. Gezeigt sind hier Messvorrichtungen entsprechend den ersten beiden Ausführungsbeispielen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- HF-Einkopplungseinheit
- 11
- sendeseitiger Synthesegenerator
- 12
- erster sendeseitiger Synthesegenerator
- 14
- zweiter sendeseitiger Synthesegenerator
- 16
- sendeseitiger Mischer
- 18
- Leistungsteiler
- 18a
- erster Leistungsteiler
- 18b
- zweiter Leistungsteiler
- 20
- HF-Auskopplungseinheit
- 22
- empfangsseitiger Synthesegenerator
- 23
- erster empfangsseitiger Synthesegenerator
- 24
- zweiter empfangsseitiger Synthesegenerator
- 26
- empfangsseitiger Mischer
- 27
- erster empfangsseitiger Mischer
- 28
- zweiter empfangsseitiger Mischer
- 29
- Leistungsteiler
- 30
- HF-Auftrenneinrichtung
- 31
- erster Ausgang
- 32
- zweiter Ausgang
- 33
- dritter Ausgang
- 35
- Eingang
- 40
- erster Mikrokontroller
- 42
- zweiter Mikrokontroller
- 50
- HF-Zusammenführeinheit
- 51
- erster Eingang
- 52
- zweiter Eingang
- 53
- dritter Eingang
- 55
- Ausgang
- 61
- erste HF-Bypass-Signalleitung
- 62
- zweite HF-Bypass-Signalleitung
- 80
- Bus
- 82
- Frequenznormal
- 90
- Förderband
- 95
- Rohr
- F1
- erstes Hochfrequenzsignal mit erster Frequenz
- F2
- zweites Hochfrequenzsignal mit zweiter Frequenz
- F3
- drittes Hochfrequenzsignal mit dritter Frequenz
- IF1
- erstes Zwischenfrequenzsignal mit erster Zwischenfrequenz
- IF2
- zweites Zwischenfrequenzsignal mit zweiter Zwischenfrequenz
- TS
- Taktsignal
- SM
- Sendemodul
- EM
- Empfangsmodul
- SG
- Schüttgut
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012010255 B3 [0006, 0022]
