DE102019108741A1 - Noise suppression device for electromagnetic measurement systems, radar measurement systems and the use thereof - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Rauschunterdrückungsvorrichtung, mittels derer eine Erhöhung des Signal-Rausch-Verhältnisses bei Messsystemen, die mittels elektromagnetischer Wellen arbeiten, ermöglicht ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Radarmesssystem mit einer derartigen Rauschunterdrückungsvorrichtung sowie eine Verwendung hierfür.Die Rauschunterdrückungsvorrichtung ist als ein Hohlzylinder (1) ausgebildet, dessen Wandung zumindest einen offenporigen Schaum umfasst. Ein Radarmesssystem mit einer derartigen Rauschunterdrückungsvorrichtung ist insbesondere beim Schweißen einsetzbar, um beispielsweise Größe und Ausrichtung eines zu schweißenden Spaltes zu erfassen.The invention relates to a noise suppression device by means of which an increase in the signal-to-noise ratio is made possible in measuring systems that operate by means of electromagnetic waves. The invention also relates to a radar measurement system with such a noise suppression device and a use for this. The noise suppression device is designed as a hollow cylinder (1), the wall of which comprises at least one open-pored foam. A radar measuring system with such a noise suppression device can be used in particular during welding, for example in order to detect the size and orientation of a gap to be welded.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, mittels derer eine Erhöhung des Signal-Rausch-Verhältnisses bei Messsystemen, die mittels elektromagnetischer Wellen - vorzugsweise im Radiowellenbereich - arbeiten, ermöglicht ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Radarmesssystem mit einer derartigen Rauschunterdrückungsvorrichtung sowie eine Verwendung hierfür.The invention relates to a device by means of which an increase in the signal-to-noise ratio in measuring systems that operate by means of electromagnetic waves - preferably in the radio wave range - is made possible. The invention also relates to a radar measurement system with such a noise suppression device and a use for this.

Mess- bzw. Detektionsverfahren unter Verwendung elektromagnetischer Wellen besitzen den Vorteil, dass durch entsprechende Festlegung der Wellenlänge der verwendeten elektromagnetischen Wellen eine Sichtbarmachung der zu detektierenden / untersuchenden Objekte unter unterschiedlichsten Bedingungen durchführbar ist. So ist z. B. bei Sichtbehinderung durch Dämpfe im Bereich der sichtbaren Wellenlängen durch ein Ausweichen auf niederfrequente Wellen ein Durchdringen der Dämpfe ermöglicht.Measurement or detection methods using electromagnetic waves have the advantage that, by appropriately defining the wavelength of the electromagnetic waves used, the objects to be detected / examined can be made visible under the most varied of conditions. So is z. B. in the case of visual impairment due to vapors in the range of visible wavelengths, by switching to low-frequency waves, the vapors can penetrate.

Bekannt ist die Erfassung von (metallischen) Objekten mittels Radarwellen, d. h. elektromagnetischen Wellen im Radiobereich, bei zivilen wie bei militärischen Anwendungen. Die bekannten Systeme emittieren Radiowellen und erfassen die von den Objekten reflektierten Radiowellen. Die Auflösung des hierbei erfassten Abbildes ist - nicht zuletzt aufgrund der im Vergleich zu Lichtwellen deutlich längeren Wellenlänge der Radiowellen - begrenzt, sodass insbesondere bei größeren Messabständen Details der mittels Radiowellen detektierten Objekte kaum oder gar nicht sichtbar werden.The detection of (metallic) objects by means of radar waves is known, i. H. electromagnetic waves in the radio range, in civil and military applications. The known systems emit radio waves and detect the radio waves reflected from the objects. The resolution of the image captured here is limited - not least due to the significantly longer wavelength of the radio waves compared to light waves - so that details of the objects detected by means of radio waves are barely or not at all visible, especially at greater measuring distances.

Auch beeinflusst die Leistung der emittierten Radiowellen das Signal-Rausch-Verhältnis und hierdurch die maximal mögliche Auflösung. Die Tendenz, Radiowellenemitter immer weiter zu miniaturisieren führt zwangsläufig auch zu verringerter Emissionsleistung und damit zu einer verschlechterten Auflösung bzw. einem reduzierten Signal-Rausch-Verhältnis.The power of the emitted radio waves also influences the signal-to-noise ratio and thereby the maximum possible resolution. The tendency to miniaturize radio wave emitters inevitably also leads to reduced emission power and thus to a deteriorated resolution or a reduced signal-to-noise ratio.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben genannten Nachteile, wie eine schlechte Auflösung der Abbilder von mittels langwelliger elektromagnetischer Wellen erfassten Objekte insbesondere bei Verwendung von Radiowellenemittern mit niedriger Sendeleistung, zu vermeiden, wobei eine kompakte Rauschunterdrückungsvorrichtung für Messsysteme, welche auf der Basis von elektromagnetischen Wellen arbeiten, realisierbar sein soll, die unter Verzicht auf elektronische Bauteile eine Erhöhung des Signal-Rausch-Verhältnisses sowie der räumlichen Auflösung bei einer Messung ermöglicht.The invention is based on the object of avoiding the above-mentioned disadvantages, such as poor resolution of the images of objects detected by means of long-wave electromagnetic waves, especially when using radio wave emitters with low transmission power, whereby a compact noise suppression device for measuring systems based on electromagnetic waves Waves work, should be realizable, which allows an increase in the signal-to-noise ratio and the spatial resolution in a measurement without using electronic components.

Die Aufgabe wird durch eine Rauschunterdrückungsvorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen nach Patentanspruch 1 gelöst; zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen. Eine besonders vorteilhafte Verwendung der Erfindung wird in Anspruch 10 aufgezeigt.The object is achieved by a noise suppression device having the characterizing features according to claim 1; Expedient embodiments of the invention can be found in the subclaims. A particularly advantageous use of the invention is shown in claim 10.

Gemäß der Erfindung wird eine Rauschunterdrückungsvorrichtung für ein elektromagnetische Wellen emittierendes und das reflektierte Signal derselben erfassendes Messsystem bereitgestellt, die im Wesentlichen die Form eines beidseitig offenen Hohlzylinders aufweist.According to the invention, a noise suppression device is provided for a measuring system which emits electromagnetic waves and detects the reflected signal thereof, which device essentially has the shape of a hollow cylinder open on both sides.

Unter diesem Begriff „beidseitig offener Hohlzylinder“ wird hierin jeder Formkörper verstanden, der eine zentral angeordnete Durchgangsöffnung aufweist. Die Grundfläche des Hohlzylinders kann eine beliebige Form aufweisen, bevorzugt ist sie jedoch rechteckig oder oval (einschließlich kreisförmig).This term “hollow cylinder open on both sides” is understood here to mean any shaped body which has a centrally arranged through opening. The base of the hollow cylinder can have any shape, but it is preferably rectangular or oval (including circular).

Ebenso kann die Querschnittsfläche des von der Wandung des Hohlzylinders umschlossenen Hohlraums eine beliebige Form aufweisen, wobei die Form der Hohlraum-Querschnittsfläche in Richtung entlang der Längsachse des Hohlzylinders auch veränderlich sein kann.Likewise, the cross-sectional area of the cavity enclosed by the wall of the hollow cylinder can have any shape, wherein the shape of the cavity cross-sectional area can also be variable in the direction along the longitudinal axis of the hollow cylinder.

Die Wandung des Hohlzylinders umfasst einen offenporigen Schaum, der zumindest an seiner Oberfläche metallisch ist. D. h., der offenporige Schaum kann aus einem nichtmetallischen Werkstoff, z. B. Polyurethan (PU), bestehen, der mit einem Metall beschichtet wurde. Alternativ kann der offenporige Schaum vollständig aus einem Metall bzw. einer Metalllegierung sein.The wall of the hollow cylinder comprises an open-pore foam which is metallic at least on its surface. That is, the open-cell foam can be made of a non-metallic material, e.g. B. polyurethane (PU), which has been coated with a metal. Alternatively, the open-cell foam can be made entirely of a metal or a metal alloy.

Es hat sich gezeigt, dass ein derartiger Schaum-Hohlzylinder, wenn er vor dem Emitter bzw. Empfänger eines Radarmesssystems angeordnet ist, das Signal-Rausch-Verhältnis signifikant vergrößern und die Auflösung des mit dem Radarmesssystem erfassten Bildes um Größenordnungen verbessern kann.It has been shown that such a hollow foam cylinder, if it is arranged in front of the emitter or receiver of a radar measurement system, can significantly increase the signal-to-noise ratio and improve the resolution of the image captured with the radar measurement system by orders of magnitude.

Der Vorteil dieser so gestalteten Rauschunterdrückungsvorrichtung ist ihr einfacher Aufbau, ihre kompakte Größe sowie der Verzicht auf fehleranfällige elektronische Bauteile, die zusätzlich eine Stromversorgung erfordern.The advantage of this noise suppression device designed in this way is its simple structure, its compact size and the elimination of error-prone electronic components that also require a power supply.

Die Erfindung kann weiter derart ausgebildet sein, dass die Rauschunterdrückungsvorrichtung, d. h. der Hohlzylinder, vollständig aus einem offenporigen Schaum besteht.The invention can further be embodied in such a way that the noise suppression device, i. H. the hollow cylinder, consists entirely of an open-pored foam.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Hohlzylinder schichtweise aufgebaut ist, d. h. die Wandung des Hohlzylinders weist eine Mehrzahl von Sektionen aus einem offenporige Schaum auf. Vorzugsweise beisitzen die Sektionen die Form einer Platte, wobei die Sektionen entlang der Längsachse des Hohlzylinders angeordnet sind. Hierbei können die Poren einer oder mehrerer dieser Sektionen auch eine von den anderen Sektionen unterschiedliche Porengröße aufweisen.In particular, it can be provided that the hollow cylinder is built up in layers, d. H. the wall of the hollow cylinder has a plurality of sections made of an open-cell foam. The sections are preferably in the form of a plate, the sections being arranged along the longitudinal axis of the hollow cylinder. Here, the pores of one or more of these sections can also have a different pore size from the other sections.

Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass der offenporige Schaum eine Gradierung auf weist, d. h., die Größe der Poren einer oder mehrerer der Sektionen ist progressiv variierend von einem Minimalwert zu einem Maximalwert. Diese Variation kann entlang der Hohlzylinder-Längsachse oder radial in Bezug zur Hohlzylinder-Längsachse ausgebildet sein.In addition, it can be provided that the open-cell foam has a graduation, d. that is, the size of the pores of one or more of the sections is progressively varying from a minimum value to a maximum value. This variation can be formed along the hollow cylinder longitudinal axis or radially in relation to the hollow cylinder longitudinal axis.

Alternativ kann die Wandung des Hohlzylinders eine entlang der gesamten Höhe des Hohlzylinders einheitliche Gradierung, d. h. kontinuierlich zunehmende bzw. abnehmende Porengröße ihres offenporigen Schaumes aufweisen. Diese einheitliche Gradierung kann entweder entlang oder quer, d. h. radial, zu der Längsachse des Hohlzylinders ausgebildet sein.Alternatively, the wall of the hollow cylinder can have a uniform graduation along the entire height of the hollow cylinder, i. H. have continuously increasing or decreasing pore size of their open-pored foam. This uniform graduation can either be along or across, i.e. H. be formed radially to the longitudinal axis of the hollow cylinder.

Gemäß einer Ausgestaltung weist der von der Wandung des Hohlzylinders umschlossene Hohlraum die geometrischen Form eines Kegel- oder Pyramidenstumpfes auf. Hierbei kann der Hohlzylinder die gleiche Form zeigen, d. h., er ist konisch ausgebildet.According to one embodiment, the cavity enclosed by the wall of the hollow cylinder has the geometric shape of a truncated cone or pyramid. Here, the hollow cylinder can show the same shape, i. i.e., it is conical.

Weiterhin wird ein Radarmesssystem bereitgestellt, vor dessen Radiowellenemitter bzw. -empfänger eine Rauschunterdrückungsvorrichtung mit den oben genannten Merkmalen in der Art angeordnet ist, dass die emittierten bzw. zu detektierenden Radiowellen durch den Hohlraum hindurch vom Radiowellenemitter bzw. zum Radiowellenempfänger laufen.Furthermore, a radar measurement system is provided, in front of the radio wave emitter or receiver of which a noise suppression device with the above features is arranged in such a way that the emitted or to be detected radio waves run through the cavity from the radio wave emitter or to the radio wave receiver.

Insbesondere kann das Radarmesssystem in Form eines (Halbleiter-) Chips ausgebildet sein, dessen Fläche 100 Quadratzentimeter nicht übersteigt.In particular, the radar measurement system can be designed in the form of a (semiconductor) chip, the surface of which 100 Does not exceed square centimeters.

Ein derartiges Radarmesssystem ist verwendbar beim Fügen von Werkstücken oder bei der Reparatur von Stahlkonstruktionen mittels Schweißens. Das Radarmesssystem erlaubt ein Erfassen von Kanten der Werkstücke bzw. des zu verschweißenden Spaltes, eine Bestimmung der Größe und/oder Lage des Spaltes sowie ein Erfassen der Positionierung und Ausrichtung der zu fügenden Werkstücke im Raum bzw. zueinander. Da sich beim Schweißen oftmals Rauchgase entwickeln, ist mittels des Radarmesssystems eine zuverlässige Erfassung der o. g. Größen durch die Rauchgase hindurch ermöglicht. Ebenso ist es beim Unterwasserschweißen einsetzbar, wenn eine Sichtkontrolle durch trübes Wasser oder Dampfbildung behindert ist.Such a radar measuring system can be used when joining workpieces or when repairing steel structures by means of welding. The radar measuring system allows the edges of the workpieces or the gap to be welded to be detected, the size and / or position of the gap to be determined and the positioning and alignment of the workpieces to be joined in space or with respect to one another. Since flue gases often develop during welding, the radar measurement system can be used to reliably record the above. Enables sizes through the flue gases. It can also be used for underwater welding if a visual inspection is hindered by cloudy water or the formation of steam.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei gleiche oder ähnliche Merkmale mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Dazu zeigen in schematischer Darstellung die

  • 1 eine Rauschunterdrückungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausgestaltung in perspektivischer Ansicht;
  • 2 eine Rauschunterdrückungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausgestaltung in perspektivischer Ansicht; und
  • 3 eine Radarmesssystem mit Rauschunterdrückungsvorrichtung in perspektivischer Ansicht.
The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment, identical or similar features being provided with the same reference symbols. To this end, the
  • 1 a noise suppression device according to a first embodiment in a perspective view;
  • 2 a noise suppression device according to a second embodiment in a perspective view; and
  • 3 a radar measurement system with noise suppression device in perspective view.

Die Rauschunterdrückungsvorrichtung gemäß 1 ist als ein beidseitig offener Hohlzylinder 1 mit quadratischer Grundfläche ausgebildet, wobei der Hohlraum-Öffnungsquerschnitt 2 des Hohlzylinders 1 kreisförmig ist. Die Rauschunterdrückungsvorrichtung ist einteilig, wobei sie vollständig aus einem offenporigen Metallschaum besteht.The noise suppression device according to 1 is as a hollow cylinder open on both sides 1 designed with a square base, the cavity opening cross-section 2 of the hollow cylinder 1 is circular. The noise suppression device is one-piece and consists entirely of an open-cell metal foam.

2 zeigt eine Rauschunterdrückungsvorrichtung, deren Hohlzylinder 1 eine kreisförmige Deckfläche aufweist. Quer zur Längsachse 3 des Hohlzylinders 1 ist derselbe in drei Sektionen 4 unterteilt, die jeweils eine unterschiedliche Porengröße besitzen. Entlang der Längsachse 3 des Hohlzylinders 1 nimmt hierbei die Porengröße in der Figur von unten nach oben zu. Die Wandung des Hohlzylinders 1, bzw. der einzelnen Sektionen 4, besteht vollständig aus einem mit Metall beschichteten, offenporigen PU-Schaum. 2 Fig. 3 shows a noise suppressing device whose hollow cylinder 1 has a circular top surface. Transverse to the longitudinal axis 3 of the hollow cylinder 1 is the same in three sections 4th divided, each having a different pore size. Along the longitudinal axis 3 of the hollow cylinder 1 the pore size increases from bottom to top in the figure. The wall of the hollow cylinder 1 , or the individual sections 4th , consists entirely of a metal-coated, open-pored PU foam.

Auf dem Chip 5 des in 3 dargestellten Radarmesssystems ist eine Rauschunterdrückungsvorrichtung mit konisch ausgebildetem Hohlzylinder 1 angeordnet, wobei die Form des von der Wandung des Hohlzylinders 1 umschlossenen Hohlraums einem (auf dem Kopf stehenden) Kegelstumpf entspricht.On the chip 5 of the in 3 The radar measurement system shown is a noise suppression device with a conical hollow cylinder 1 arranged, the shape of the wall of the hollow cylinder 1 enclosed cavity corresponds to a (upside down) truncated cone.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
HohlzylinderHollow cylinder
22
Öffnungsquerschnitt des HohlraumsOpening cross section of the cavity
33
Längsachse des HohlzylindersLongitudinal axis of the hollow cylinder
44th
Sektionsection
55
Radarmesssystem-ChipRadar measurement system chip

Claims (10)

Rauschunterdrückungsvorrichtung für ein mittels elektromagnetischer Wellen arbeitendes Messsystem, gekennzeichnet dadurch, dass sie die Form eines beidseitig offenen, eine Wandung umfassenden Hohlzylinders (1) aufweist, wobei die Wandung des Hohlzylinders (1) einen offenporigen Schaum beinhaltet.Noise suppression device for a measuring system operating by means of electromagnetic waves, characterized in that it has the shape of a wall open on both sides comprising hollow cylinder (1), the wall of the hollow cylinder (1) containing an open-pored foam. Rauschunterdrückungsvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass, die Wandung des Hohlzylinders (1) vollständig aus einem offenporigen Schaum besteht.Noise suppression device according to Claim 1 , characterized in that the wall of the hollow cylinder (1) consists entirely of an open-pored foam. Rauschunterdrückungsvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass, der offenporige Schaum eine Oberflächenbeschichtung aus einem Metall aufweist.Noise suppression device according to Claim 1 , characterized in that the open-cell foam has a surface coating made of a metal. Rauschunterdrückungsvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass, der offenporige Schaum vollständig aus einem Metall besteht.Noise suppression device according to Claim 1 , characterized in that the open-cell foam consists entirely of a metal. Rauschunterdrückungsvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass, die Wandung des Hohlzylinders (1) eine Mehrzahl von Sektionen (4) aus einem offenporige Schaum aufweist, wobei die Porengröße jeder Sektion (4) unterschiedlich zu den Porengrößen der anderen Sektionen (4) ist.Noise suppression device according to Claim 1 , characterized in that the wall of the hollow cylinder (1) has a plurality of sections (4) made of an open-pore foam, the pore size of each section (4) being different from the pore sizes of the other sections (4). Rauschunterdrückungsvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass, der offenporige Schaum entlang der Zylinderachse des Hohlzylinders (1) eine Gradierung aufweist.Noise suppression device according to Claim 1 , characterized in that the open-pored foam has a graduation along the cylinder axis of the hollow cylinder (1). Rauschunterdrückungsvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass, der offenporige Schaum in radialer Richtung bezüglich des Hohlzylinders (1) eine Gradierung aufweist.Noise suppression device according to Claim 1 , characterized in that the open-pore foam has a graduation in the radial direction with respect to the hollow cylinder (1). Rauschunterdrückungsvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass, der von der Wandung des Hohlzylinders (1) umschlossene Hohlraum eine in Längsrichtung des Hohlzylinders (1) veränderliche Querschnittsfläche aufweist.Noise suppression device according to Claim 1 , characterized in that the cavity enclosed by the wall of the hollow cylinder (1) has a cross-sectional area which is variable in the longitudinal direction of the hollow cylinder (1). Radarmesssystem, gekennzeichnet dadurch, dass es eine Rauschunterdrückungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 aufweist, deren Hohlzylinder-Längsachse (3) parallel zu den von einem Radarwellen-Emitter des Radarmesssystems emittierten Radiowellen ausgerichtet ist.Radar measurement system, characterized in that it comprises a noise suppression device according to one of the Claims 1 to 8th has, the hollow cylinder longitudinal axis (3) of which is aligned parallel to the radio waves emitted by a radar wave emitter of the radar measuring system. Verwendung des Radarmesssystems nach Anspruch 9 beim Fügen von Werkstücken zur Kantendetektion der Werkstücke und/oder zur Bestimmung eines Spaltes zwischen den Werkstücken und/oder zur Lagebestimmung der Werkstücke.Using the radar measurement system Claim 9 when joining workpieces for edge detection of the workpieces and / or for determining a gap between the workpieces and / or for determining the position of the workpieces.
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