DE1268411B

DE1268411B - Measuring device that can be easily inserted into the material to be examined for determining material properties by means of microwave surface waves

Info

Publication number: DE1268411B
Application number: DEP1268A
Authority: DE
Inventors: Charles W E Walker
Original assignee: Beloit Iron Works Inc
Current assignee: Beloit Iron Works Inc
Priority date: 1961-01-24
Filing date: 1961-12-27
Publication date: 1968-05-16

Description

In das zu untersuchende Material leicht einführbare Meßvorrichtung zum Feststellen von Materialeigenschaften mittels Mikrowellen-Oberflächenwellen Die Erfindung bezieht sich auf eine in das zu untersuchende Material leicht einführbare Meßvorrichtung zum Feststellen von Materialeigenschaften mittels Mikrowellen-Oberflächenwellen, insbesondere zur Feuchtmessung von festen Materialien, wie gestapeltes Flachmaterial, kornförmiges Material u. dgl., bei welcher mittels einer Mikrowellenkopplungseinrichtung die Oberflächenwelle längs eines langgestreckten Leiters angeregt wird und im Bereich dieser Oberflächenwelle längs des Leiters FühTeinrichtungen angebracht sind, mit welchen die bei Anbringen des zu untersuchenden Materials im Bereich der Oberflächenwelle erzeugte Beeinflussung der Mikrowellenenergie längs des Leiters meßbar ist.Measuring device that can be easily inserted into the material to be examined for determining material properties by means of microwave surface waves The invention relates to an easily insertable into the material to be examined Measuring device for determining material properties by means of microwave surface waves, especially for moisture measurement of solid materials, such as stacked flat material, granular material and the like, in which by means of a microwave coupling device the surface wave is excited along an elongated conductor and in the area this surface wave are attached along the conductor with guiding devices which is when the material to be examined is attached in the area of the surface wave generated influence of the microwave energy along the conductor can be measured.

Es ist bereits bekannt, die Feuchtigkeitsmessung an festen Materialien mit Hilfe eines Mikrowellensignals zu messen, das in den Raum abgestrahlt wird. It is already known to measure moisture on solid materials to measure with the help of a microwave signal that is radiated into the room.

Ein Maß für die Feuchtigkeit des Materials ist dabei die Größe des Anteils der Mikrowellenenergie, die von dem zu untersuchenden Material absorbiert wird.A measure of the moisture content of the material is the size of the Fraction of the microwave energy that is absorbed by the material to be examined will.

Bei einer bekannten Anordnung dieser Art wird die Mikrowellenenergie mittels eines Antennenhorns in einen Raumwinkel frei abgestrahlt, in dem sich das zu untersuchende Material befindet. Ein entsprechendes Antennenhorn befindet sich auf der gegenüberliegenden Seite des Materials und empfängt die den Raum passierende Wellenenergie. Man hat diese Verfahrensweise auch bereits bei durchlaufenden Bahnen eines faserigen Materials angewendet.In a known arrangement of this type, the microwave energy freely radiated by means of an antenna horn in a solid angle in which the material to be examined is located. A corresponding antenna horn is located on the opposite side of the material and receives the one passing through the room Wave energy. This procedure is already used for continuous webs of a fibrous material applied.

Diese bekannte Anordnung führt jedoch in der Praxis zu recht ungenauen Ergebnissen, da in vielen Fällen nicht genau vorauszusehen ist, durch welche weiteren Faktoren und Umgebungseinflüsse die in den Raum frei abgestrahlte Mikrowellenenergie beeinflußt wird.However, this known arrangement leads to rather imprecise results in practice Results, since in many cases it cannot be foreseen exactly which further Factors and environmental influences the microwave energy freely radiated into the room being affected.

Es ist auch bereits bekannt, das Mikrowellensignal bei seinem Einwirken auf das zu untersuchende Material ständig mittels einer Oberflächenwellenführung zu führen, wobei das zu untersuchende Material sich außerhalb der Führung in dem Feld der geführten Oberflächenwelle befindet. Bei einem Ausführungsb ei spiel einer derartigen Meßanordnung unter Verwendung einer Oberflächenwellenführung besitzt die Wellenführung die Form eines flachen Stabes, der mit einer flachen Seite in Richtung auf das zu untersuchende Material weist. It is also already known that the microwave signal acts upon it on the material to be examined constantly by means of a surface wave guide to lead, with the material to be examined being outside the lead in the Field of the guided surface wave is located. In one embodiment, one has such a measuring arrangement using a surface wave guide the wave guide has the shape of a flat rod that ends with a flat side in In the direction of the material to be examined.

Bei diesen bekannten Meßeinrichtungen sind die Füfileinrichtungen zum Anzeigen der Beeinflussung der Mikrowellenenergie durch das zu messende Material sowie die Koppeleinrichtungen zum Anregen der Oberflächenwelle als gesonderte Bauteile getrennt von dem eigentlichen langgestreckten Wellenführungsleiter angeordnet. Mit diesen bekannten Vor- richtungen können zwar z. B. Messungen an Papierbahnen durchgeführt werden, da hier die Möglichkeit besteht, die einzelnen Bauteile der Vorrichtung stationär in der geforderten Zuordnung zueinander fest anzubringen. Es ist mit diesen bekannten Vorrichtungen bisher jedoch nicht möglich, auch Messungen unmittelbar am Lagerplatz von z. B. lose gelagertem Material, wie Korn, an Papierstapeln u. dgl. durchzuführen. Hierfür mußten bisher stets Proben des Materials vom Lagerplatz entnommen und in eine stationär an einem anderen Ort aufgebaute Meßeinrichtung eingebracht werden. In these known measuring devices, the Füfileinrichtungen to display the influence of the microwave energy by the material to be measured and the coupling devices for exciting the surface wave as separate components arranged separately from the actual elongated waveguide guide. With these well-known directions can be z. B. Measurements carried out on paper webs be, as there is the possibility here of the individual components of the device to be fixed stationary in the required assignment to each other. It is with these known devices so far not possible, even measurements directly at the storage place of z. B. loosely stored material, such as grain, on stacks of paper and. Like. Perform. Previously, samples of the material had to be taken from the storage location for this removed and placed in a stationary measuring device set up at another location will.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine handliche tragbare Meßvorrichtung zum Feststellen von Materialeigenschaften mittels Mikrowellen-Ob erflächenwellen zu schaffen, mit der leicht und schnell auch von ungeübten Arbeitskräften eine Materialmessung, z.B. unmittelbar am Lagerplatz des Materials, durchführbar ist. It is the object of the invention to provide a handy portable measuring device to determine material properties by means of microwave surface waves to create, with which a material measurement easily and quickly, even by inexperienced workers, e.g. can be carried out directly at the storage location of the material.

Diese Aufgabe wird, ausgehend von einer Meßvorrichtung der eingangs erwähnten Art, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der langgestreckte Leiter zusammen mit den Fühleinrichtungen und der Mikrowellenabstrahleinrichtung zum Anregen der Oberflächenwelle eine im wesentlichen starre selbsttragende Sonde bilden. This task is based on a measuring device of the initially mentioned type, according to the invention achieved in that the elongated conductor together with the sensing devices and the microwave radiation device for exciting the Surface wave form a substantially rigid self-supporting probe.

Vorzugsweise ist dabei das Ende der Sonde zu einer Spitze verjüngt ausgebildet. Die Sonde kann außerhalb des Oberflächenwellenb ereiches einen Handgriff aufweisen. Schließlich hat es sich noch als vorteilhaft erwiesen, wenn die Querschnittsabmessungen der Sonde in der Größenordnung einer Wellenlänge liegen. The end of the probe is preferably tapered to a point educated. The probe can handle a handle outside of the surface wave area exhibit. Finally, it has also proven to be advantageous if the cross-sectional dimensions of the probe are of the order of a wavelength.

Mit einer erfindungsgemäßen Meßvorrichtung können somit sehr einfach und schnell Materialmessungen z. B. auch an gestapelten Materialien unmittelbar am Lagerplatz durchgeführt werden. With a measuring device according to the invention can thus very easily and quick material measurements e.g. B. also directly on stacked materials be carried out at the storage location.

Es ist bei nach dem Leitfähigkeitsprinzip arbeitenden Einrichtungen zur Feuchtigkeitsmessung an sich bereits bekannt, die im Abstand voneinander angeordneten Elektroden, zwischen denen die Leitfähigkeitseigenschaften des zu untersuchenden Mate rials gemessen werden, an einer länglichen Sonde anzubringen. Diese bekannten Meßsonden sind zwar ebenfalls schon relativ handlich, und es kann mit ihnen auch bereits eine Messung unmittelbar am Lagerort des Materials durchgeführt werden, jedoch können mit diesen bekannten Meßsonden infolge des andersartigen Meßprinzips nur solche Materialien gemessen werden, die elektrisch leitend sind. In der Praxis besteht jedoch oftmals die Forderung, die Materialeigenschaften von beliebigen, auch elektrisch nichtleitenden Bestandteilen, beispielsweise von reinem Wasser, zu messen, und dies ist nur durch die Anwendung des Mikrowellen-Meßprinzips möglich. Eine Übertragung dieser von Leitfähigkeits-Meßsonden her bekannten Bauweise auf Meßvorrichtungen unter Ausnutzung der Eigenschaften von Mikrowellen-Oberflächenwellen ist nicht ohne weiteres möglich, denn bei Oberflächenwellen bildet sich bekanntlich das elektromagnetische Feld im Raum unmittelbar in der Umgebung der Leitoberfläche aus, und es ist zu diesem Zweck die Einhaltung ganz bestimmter physikalischer Voraussetzungen erforderlich, die es nicht ohne weiteres möglich erscheinen lassen, daß auch eine Mikrowellen-Oberflächenwellen-Meßvorrichtung als Sonde ausgebildet werden kann. It is in facilities that work according to the conductivity principle for moisture measurement already known per se, the spaced apart Electrodes between which the conductivity properties of the object to be examined Mate rials are measured to be attached to an elongated probe. These well-known Measuring probes are also relatively handy, and it can be done with them too a measurement is already carried out directly at the storage location of the material, however, with these known measuring probes, due to the different measuring principle only those materials are measured that are electrically conductive. In practice however, there is often a requirement to determine the material properties of any also electrically non-conductive components, for example pure water, to measure, and this is only possible by applying the microwave measuring principle. A transfer of this construction known from conductivity measuring probes Measuring devices utilizing the properties of microwave surface waves is not possible without further ado, because surface waves are known to form the electromagnetic field in the room directly in the vicinity of the guide surface and for this purpose it is necessary to comply with very specific physical requirements necessary, which do not make it seem possible without further ado that a Microwave surface wave measuring device can be designed as a probe.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert. The invention is described below with reference to schematic drawings explained in more detail using exemplary embodiments.

F i g. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Meßsonde im Längsschnitt; F i g. 2 ist ein Schnitt längs der Linie II-II nach Fig. 1 und zeigt, wie die Sonde in einen Papierbogenstapel einführbar ist; F i g. 3 zeigt einen Querschnitt durch eine Sonde mit kreisrundem Querschnitt; F i g. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Meßsonde im Querschnitt; F i g. 5 zeigt in vergrößertem Maßstab einen Teilschnitt durch die Spitze einer Sonde nach F i g. 1; F i g. 6 zeigt den Längsschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Meßsonde. F i g. 1 shows a measuring probe according to the invention in longitudinal section; F. i g. Fig. 2 is a section along the line II-II of Fig. 1 and shows how the probe can be inserted into a stack of paper sheets; F i g. 3 shows a cross section through a probe with a circular cross-section; F i g. 4 shows a further embodiment a measuring probe in cross section; F i g. 5 shows a partial section on an enlarged scale through the tip of a probe according to FIG. 1; F i g. 6 shows the longitudinal section of one further embodiment of a measuring probe according to the invention.

Die in Fig. 1 gezeigte selbsttragende Sonde 10 läßt sich sehr einfach durch ein ortsfestes Material hindurchschieben, welches einen Stoff enthält, dessen Menge gemessen werden soll. Beispielsweise kann man die Sonde 10 benutzen, um den Feuchtigkeits, gehalt von in Eisenbahnwagen oder Lagerbehältern gelagertem Getreide oder von gelagerten Flüssigkeiten oder Gasen oder von gestapeltem Material, z. B. von Papier- oder Kartonblättern, zu messen. In F i g. 2 ist die Benutzung der Sonde bei einem Stapel 12 aus Papier- oder Kartonblättern dargestellt. The self-supporting probe 10 shown in Fig. 1 can be very simple push through a stationary material which contains a substance whose Amount to be measured. For example, you can use the probe 10 to the Moisture content of grain stored in railroad cars or storage containers or from stored liquids or gases or from stacked material, e.g. B. of paper or cardboard sheets. In F i g. 2 is the use of the probe shown in a stack 12 of paper or cardboard sheets.

In F i g. 1 ist eine amplitudenmodulierte Energiequelle 15 gezeigt, welche die Energie einem geeigneten Elektrowellengenerator 16, z. B. einem Klystronoszillator, zuführt. Nach dem gegenwärtigen Stand der Technik ist es möglich, einen solchen Generator in ein Gehäuse 18 von relativ kleinen Abmessungen einzuschließen, das leicht mit der Hand erfaßt werden kann, um die Benutzung der Sonde zu ermöglichen. In Fig. 1 shows an amplitude-modulated energy source 15, which the energy to a suitable electric wave generator 16, z. B. a klystronic oscillator, feeds. With the current state of the art, it is possible to do this Enclose generator in a housing 18 of relatively small dimensions, the can be easily grasped by hand to enable use of the probe.

Beispielsweise sind Klystronröhren mit einer Länge von nur etwa 50 bis 75 mm und einem Durchmesser von etwa 20 bis 25 mm bekannt. Nach dem jetzigen Stand der Technik würde es bei einer solchen Kapselung der Röhre erforderlich sein, ein Kühlsystem mit zwangläufig umgewälzter Luft oder Flüssigkeit vorzusehen. Man könnte eine genügend große Metallfläche der Vorrichtung frei zugänglich lassen, um eine Kühlung mit Hilfe eines außenliegenden Gebläses zu ermöglichen. An Stelle eines Klystronoszillators kann man einen Mikrowellengenerator verwenden, der mit einer in einem festen Betriebszustand befindlichen Tunneldiode arbeitet. Es ist bereits eine Vorrichtung dieser Art bekannt, die Frequenzen bis zu 10 000 MHz erzeugt, und es ist zu erwarten, daß es möglich sein wird, noch höhere Frequenzen von z. B. 22250 MHz zu erreichen, wenn diese höheren Frequenzen nicht sogar schon erzielt worden sind. In jedem Fall würde sich ein solcher Mikrowellengenerator bei Stoffen wie D2O oder HDO verwenden lassen, bei denen eine Mikrowellenresonanz unter 10 000 MHz auftritt. Das Ausgangssignal des Tunneldiodengenerators könnte direkt einer gleichachsigen Wellenführung zugeführt werden, wie sie in F i g. 1 bei 34 und 32 angedeutet ist. For example, klystron tubes are only about 50 in length up to 75 mm and a diameter of about 20 to 25 mm. After this one In the prior art, it would be necessary for the tube to be encapsulated in this way to provide a cooling system with positively circulated air or liquid. Man could leave a sufficiently large metal surface of the device freely accessible, to enable cooling with the help of an external fan. Instead of of a klystronic oscillator, a microwave generator can be used which is connected to a tunnel diode in a fixed operating state works. It is a device of this type is already known which generates frequencies of up to 10,000 MHz, and it is to be expected that it will be possible to use even higher frequencies of e.g. B. to achieve 22250 MHz, if these higher frequencies have not even been achieved have been. In any case, such a microwave generator would be used for substances like D2O or HDO, which have a microwave resonance below 10,000 MHz occurs. The output signal of the tunnel diode generator could be directly one coaxial wave guide are supplied, as shown in FIG. 1 at 34 and 32 is indicated.

Ein flexibles Multiplexkabel 20 führt die Eingangsenergie von der Energiequelle 15 aus dem Mikrowellengenerator 16 zu und leitet außerdem Energie von dem Mikrowellendetektor 22 aus zu einem Quotientenmesser 23. Genauer gesagt wird die Eingangsenergie aus der Energiequelle 15 über ein Kabel 24, das Multiplexkabel 20 und ein in dem Gehäuse 18 angeordnetes Kabel 25 zu dem Mikrowellengenerator 16 geleitet, während der Detektor 22 mit einem Eingang des Quotientenmessers 23 durch ein Kabel 27, das Multiplexkabel 20 und weitere Kabel 29 und 29 a verbunden ist. A flexible multiplex cable 20 carries the input power from the Energy source 15 from the microwave generator 16 and also conducts energy from the microwave detector 22 to a quotient meter 23. More precisely the input energy from the energy source 15 is via a cable 24, the multiplex cable 20 and a cable 25 arranged in the housing 18 to the microwave generator 16 passed, while the detector 22 with an input of the quotient meter 23 through a cable 27, the multiplex cable 20 and other cables 29 and 29 a is connected.

Das Ausgangssignal des Mikrowellengenerators 16 wird mit einer Abstrahleinrichtung 30 gekoppelt, die einen sich erweiternden äußeren Leiter 32 umfaßt, ferner einen zentralen inneren Leiter 34 und ein den inneren Leiter 34 aufnehmendes rechteckiges Wellenführungsorgan 36. Man erkennt, daß der Detektor 22 allgemein an der Mündung des Abstrahlorgans oder Speisers 30 angeordnet ist, damit die beginnende Oberflächenwelle festgestellt werden kann, die sich längs des Leiters 34 fortpflanzt. Der Leiter 34 ist mit dem sich verjüngenden inneren Ende 40 einer Oberflächenwellen-Übertragungsleitung 41 verbunden. The output signal of the microwave generator 16 is with an emitting device 30 coupled comprising an expanding outer conductor 32, further one central inner conductor 34 and an inner conductor 34 receiving rectangular Wave guide member 36. It can be seen that the detector 22 is generally at the mouth of the radiator or feeder 30 is arranged so that the incipient surface wave which propagates along the conductor 34 can be determined. The head 34 is to the tapered inner end 40 of a surface acoustic wave transmission line 41 connected.

Alternativ kann ein Detektor in der bei 44 angedeuteten Weise in der dem Ausgang des Mikrowellengenerators 16 zugeordneten rechteckigen Wellenführung angeordnet sein; der Detektor 44 würde dann auf geeignete Weise mit dem Multiplexkabel 20 und dem Kabel 29 verbunden sein, um das nachgewiesene Signal dem Eingang der Vergleichsstufe 23 zuzuführen. Der Speiser30 und der Detektor 22 sind vorzugsweise in ein Isoliermaterial 50 eingebettet, das bestrebt ist, die Fortpflanzung der Mikrowellenenergie auf einen Bereich in unmittelbarer Nähe des Leiters 40 zu beschränken, so daß Abstrahlungsverluste des Speichers 30 auf ein Minimum herabgesetzt werden.Alternatively, a detector in the manner indicated at 44 in FIG the output of the microwave generator 16 associated rectangular wave guide be arranged; the detector 44 would then be suitably connected to the multiplex cable 20 and the cable 29 must be connected to the detected signal at the input of the Comparison stage 23 to be supplied. Feeder 30 and detector 22 are preferred in an insulating material 50 embedded, which tends to the propagation of the microwave energy to be limited to an area in the immediate vicinity of the conductor 40, so that radiation losses of the memory 30 can be reduced to a minimum.

Das Isoliermaterial 50 dient ferner dazu, die feste räumliche Beziehung zwischen dem Detektor 22 und der Oberflächenwellen-Übertragungsleitung aufrechtzuerhalten.The insulating material 50 also serves to maintain the fixed spatial relationship between the detector 22 and the surface acoustic wave transmission line.

Der Hauptteil der nur einen Leiter umfassenden Übertragungsleitung umfaßt ein hohles Organ 53, dessen Leitfähigkeit zwischen derjenigen der relativ vollkommenen Leiter wie Kupfer und derjenigen eines Halbleiters liegen kann. Bei der Ausbildungsform nach F i g. 1 und 2 besitzt der Hauptleiter 53 eine allgemein ovale Querschnittsform. The main part of the single conductor transmission line comprises a hollow member 53, the conductivity of which between that of the relative perfect conductors such as copper and that of a semiconductor. at the form of training according to F i g. 1 and 2, the main conductor 53 has a general one oval cross-sectional shape.

Es wurde festgestellt, daß es möglich ist, Oberflächenwellen - Übertragungsleitungen zu verwenden, die einen erheblich größeren Querschnitt besitzen, als man es bis jetzt für möglich hielt. Beispielsweise sind bis jetzt Übertragungsleitungen bekannt, bei denen der Radius des Leiters zwischen t/50 und 5/ovo der Wellenlänge liegt; gemäß der Erfindung lassen sich jedoch Oberflächenwellen einwandfrei entlang Leitern ausbreiten, deren Querschnittsabmessungen in der Größenordnung einer Wellenlänge oder darüber liegen. Dies wird z. B. dadurch erreicht, daß man die Oberflächenwelle längs eines Leiterteils 34 abstrahlt, der einen relativ kleinen Durchmesser besitzt. Der Leiter 34 wird in ein festes Isoliermaterial 50 eingebettet, das als mechanische Unterstützung dient und eine starre Anordnung ermöglicht. Der Übergang von dem Draht 34 mit kleinem Durchmesser zu dem Leiter 53 von großem Querschnitt erfolgt gemäß Fig. 1. und 2 allmählich längs des konischen Abschnitts 40, um Reflexionserscheinungen auf ein Mindestmaß herabzusetzen. It has been found that it is possible to use surface acoustic wave transmission lines to use, which have a considerably larger cross-section than you would up to now thought possible. For example, transmission lines are known up to now, where the radius of the conductor is between t / 50 and 5 / ovo of the wavelength; according to the invention, however, surface waves can be perfectly conveyed along conductors propagate whose cross-sectional dimensions are of the order of a wavelength or above. This is z. B. achieved by the surface wave radiates along a conductor part 34 which has a relatively small diameter. The conductor 34 is embedded in a solid insulating material 50, the mechanical Support serves and enables a rigid arrangement. The transition from the wire 34 with a small diameter to the conductor 53 of large cross-section takes place according to FIG Figs. 1 and 2 gradually along the conical portion 40 to eliminate reflections reduce to a minimum.

Wegen der relativ großen Abmessungen des Leiters, die zur Erzielung einer ausreichenden Starrheit ererforderlich sind, breitet sich die Oberflächenwellenenergie bis zu einer größeren Entfernung von der Leiteroberfläche aus als von der Oberfläche eines Drahtes von kleinem Durchmesser, doch wird diese Ausbreitung in einem gewissen Ausmaß durch die Verwendung eines Leiters eingeschränkt, dessen Widerstand erheblich kleiner ist als derjenige eines relativ vollkommenen Leiters wie Kupfer. Im Bereich von 20000 MHz kann die Ausbreitung derart sein, daß 75 ovo der Wellenenergie innerhalb eines Abstandes von 4 bis 6 Wellenlängen von der Leiteroberfläche verbleibt. Um Messungen an losem Material vorzunehmen, ist eine solche Ausbreitung häufig erwünscht, damit der mittlere Feuchtigkeitsgehalt einer ausreichenden Materialmenge bestimmt werden kann. Because of the relatively large dimensions of the conductor that are used to achieve Sufficient rigidity are required, the surface wave energy propagates up to a greater distance from the conductor surface than from the surface of a wire of small diameter, yet this will spread in some way Extent limited by the use of a conductor, the resistance of which is considerable is smaller than that of a relatively perfect conductor such as copper. In the area of 20,000 MHz the propagation can be such that 75 ovo of the wave energy is within a distance of 4 to 6 wavelengths from the conductor surface remains. Around To make measurements on loose material, such a spread is often desirable, so that the mean moisture content of a sufficient amount of material is determined can be.

Wenn in dem betreffenden Anwendungsfall eine stärkere Beschränkung der Ausbreitung der Wellenenergie erforderlich ist, so kann man dies leicht dadurch erreichen, daß man zusätzlich einen dünnen isolierenden Überzug auf der Leiterobqerfläche anordnet, wie es in Fig. 1 und 2 bei 69 angedeutet ist.If there is a stronger restriction in the application in question the propagation of wave energy is required, this can easily be done by doing so achieve that you also have a thin insulating coating on the conductor surface as indicated in FIGS. 1 and 2 at 69.

Dieser Überzug kann zweckmäßig aus einem harten keramischen Material oder einem Metalloxyd bestehen, wobei der Überzug eine genau bestimmte Dicke besitzt und im Wege des Aufdampfens aufgebracht werden kann. Mit Hilfe eines isolierenden Überzugs ist es leicht möglich, die Ausbreitung der Oberflächenwelle so einzuschränken, daß 950/0 der Energie im Bereich einer halben Wellenlänge oder weniger von der Leiteroberfläche verbleibt, und zwar dann, wenn der Leiter eine hohe Leitfähigkeit besitzt, die derjenigen von Kupfer entspricht.This coating can expediently consist of a hard ceramic material or a metal oxide, the coating having a precisely defined thickness and can be applied by vapor deposition. With the help of an insulating Coating, it is easily possible to restrict the propagation of the surface wave so that that 950/0 of the energy is in the range of half a wavelength or less from the conductor surface remains, namely when the conductor has a high conductivity, that of those of copper corresponds.

Das äußere Ende der Oberflächenwellen-Übertragungsleitung 41 ist bei 60 verjüngt und geht in einen Abschnitt 61 von relativ kleinem Durchmesser über, der bei 62 am Ende der Fühlvorrichtung 10 in eine scharfe Spitze ausläuft. Der sich verjüngende Teil 60 und der Mikrowellendetektor 64 sind in ein festes Isoliermaterial 66 eingebettet, das bestrebt ist, die Oberflächenwelle in der Nähe des konischen Leitungsteils 60 zu halten und das Abstrahlen von Energie möglichst weitgehend zu verhindern. Der Endabschnitt der Vorrichtung ist in ein Isoliermaterial 68 mit hohem Verlust eingebettet, bei dem es sich z. B. um einen Polyäthyienkunststoff handeln kann, der ein leitendes Material als Füllstoff enthält. Das Material 68 wird ebenso wie seine Form so gewählt, daß eine Anpassung an die betreffende Frequenz erzielt wird, die sich ihrerseits nach dem zu untersuchenden Material richtet. Die Aufgabe des Materials 68 besteht darin, Reflexionserscheinungen, die zu fehlerhaften Anzeigen des Detektors 64 führen könnten, möglichst weitgehend zu vermeiden. An Stelle der Verwendung eines verlustreichen Isoliermaterials 68 nach F i g. 1 als abschließendes Organ zum Vernichten der Energie könnte man den Leitungsteil 61 nahe seinem Ende mit Graphit überziehen, wobei die Graphitschicht durch eine Hülle aus Kunststoff oder einem harten keramischen Material oder einem Metalloxyd geschützt ist. Alternativ kann man den Detektor so anordnen, wie es in Fig. 5 bei 64a gezeigt ist, d. h. radial außerhalb des den kleineren Durchmesser ausweisenden Leitungsteils 61. The outer end of the surface acoustic wave transmission line 41 is tapers at 60 and merges into a section 61 of relatively small diameter, which ends at 62 at the end of the sensing device 10 in a sharp point. Which The tapered part 60 and the microwave detector 64 are made of a solid insulating material 66 embedded, which strives to reduce the surface wave near the conical To keep line part 60 and the radiation of energy as much as possible impede. The end portion of the device is in an insulating material 68 with high Embedded loss, which is z. B. be a Polyäthyienkunststoff containing a conductive material as a filler. The material 68 is also as its shape is chosen so that an adaptation to the frequency in question is achieved which in turn depends on the material to be examined. The task of the material 68 consists in reflections which lead to faulty displays of the detector 64 could lead to avoid as much as possible. Instead of Use of a lossy insulating material 68 according to FIG. 1 as a final Organ for destroying the energy could be the line part 61 near its end Coated with graphite, the graphite layer being covered by a plastic sheath or a hard ceramic material or a metal oxide. Alternatively one can position the detector as shown in Figure 5 at 64a; H. radial outside of the line part 61 having the smaller diameter.

Der Abschnitt 53 der Übertragungsleitung kann einen solchen Durchmesser und eine solche Dicke erhalten, daß er im wesentlichen starr und selbsttragend ist. Gemäß F i g. 2 kann der Leitungsquerschnitt z. B. eine Höhenabmessung besitzen, die etwa t/4 bis 1/2 Wellenlänge entspricht, während die waagerechte Abmessung etwa gleich einer Wellenlänge ist, wenn die Oberflächenwelle mit einer Frequenz von etwa 22235 MHz übertragen wird, was einer Wellenlänge von etwa 1,35 cm entspricht; hierbei handelt es sich um eine Resonanzabsorptionsfrequenz für Wasser. The section 53 of the transmission line can be of such a diameter and obtained such a thickness that it is substantially rigid and self-supporting. According to FIG. 2, the line cross-section z. B. have a height dimension, which corresponds to about t / 4 to 1/2 wavelength, while the horizontal dimension is about is equal to a wavelength when the surface wave has a frequency of about 22235 MHz is transmitted, which corresponds to a wavelength of about 1.35 cm; here it is a resonance absorption frequency for water.

Der Hauptteil 53 der Übertragungsleitung kann z. B. aus nichtrostendem Stahl bestehen, und er hat vorzugsweise einen Widerstand von mindestens etwa 10.10-6 Ohm-cm, jedoch von weniger als 100010-6 Ohm-cm (Volumenwiderstand bei 00 C).The main part 53 of the transmission line may e.g. B. made of stainless Steel, and preferably has a resistance of at least about 10.10-6 Ohm-cm, but less than 100010-6 Ohm-cm (volume resistance at 00 C).

Bei einem Widerstand, wie er bei Stahl anzutreffen ist und der z. B. etwa 100.10-6 Ohm-cm beträgt, nimmt ein Anteil von 75 ovo der Energie der sich längs der Leitung 41 fortpflanzenden Oberflächenwelle einen Bereich bis zu einem Abstand von etwa 10 cm von der Leitung ein. Bei Verwendung eines geeigneten isolierenden Überzugs auf der Außenfläche des Leitungsabschnitts 53, wie er bei 69 angedeutet ist, könnte sich der 950/0 der Wellenenergie enthaltende Bereich bis zu einem Abstand von nur 1 cm von der Außenfläche des Abschnitts 53 erstrecken, wie es in Fig. 1 und 2 mit gestrichelten Linien bei 70 angedeutet ist.In the case of a resistance such as that found in steel and the z. B. is about 100.10-6 ohm-cm, takes a share of 75 ovo of the energy of the itself along the line 41 propagating surface wave a range up to one Distance of about 10 cm from the pipe. When using a suitable insulating Coating on the outer surface of the line section 53, as indicated at 69 the area containing 950/0 of wave energy could extend up to a distance of only 1 cm from the outer surface of section 53, as shown in FIG and 2 is indicated with dashed lines at 70.

Der hohle Innenraum 71 des Leitungsteils 53 kann zwei isolierte Leiter 72 und 73 aufnehmen, die einen Gleichstrom oder einen niederfrequent modulierten Strom von dem Detektor 64 über das Multiplexkabel 20, das Kabel 29 und das Kabel 29 b einem zweiten Eingang des Quotientenmessers 23 zuführen. Der Quotientenmesser 23 kann mit einer Skala versehen sein, die einen Zahlenwert anzeigt, welcher in Beziehung zu der durch das zu untersuchende Material absorbierten Energie steht, wobei das zu untersuchende Material in dem Bereich 70 angeordnet wird. Das Gerät 23 kann z.B. das Verhältnis zwischen dem Ausgangssignal des Detektors 22 und dem Ausgangs signal des Detektors 64 anzeigen. Man kann das Gerät eichen, indem man Mikrowellenenergie längs der Wellenführung 41 fortleitet, während sich bekannte Wassermengen in dem von der Mikrowellenenergie durchsetzten Meßvolumen befinden. Eine Nullpunkteinstellung könnte jedesmal vor dem Gebrauch dadurch erfolgen, daß man Mikrowellenenergie längs der Wellenführung 41 fortleitet, während sich in dem Meßvolumen nur Luft oder vollständig trockenes Material befindet. Eine in dem Quotientenmesser vorgesehene Dämpfungseinrichtung dient dazu, die relative Stärke der Signale der beiden Detektoren 22 und 64 unter diesen Bedingungen auf den gleichen Wert einzustellen. Man könnte diese Einstellung ferner dadurch bewirken, daß man den Verstärkungsgrad für die beiden Signale im Quotientenmesser entsprechend einregelt. The hollow interior 71 of the line part 53 can have two insulated conductors 72 and 73 record, which modulated a direct current or a low frequency Power from the detector 64 via the multiplex cable 20, the cable 29 and the cable 29 b a second Feed the input of the quotient meter 23. Of the Ratio meter 23 can be provided with a scale showing a numerical value, which in relation to the energy absorbed by the material under investigation stands, wherein the material to be examined is arranged in the area 70. That For example, device 23 can measure the ratio between the output of detector 22 and the output signal of the detector 64 display. The device can be calibrated by microwave energy is passed along waveguide 41 while known Amounts of water are located in the measuring volume penetrated by the microwave energy. A zero point adjustment could be done each time before use by that one passes microwave energy along the waveguide 41, while in the Measuring volume is only air or completely dry material. One in the quotient meter provided attenuation device is used to measure the relative strength of the signals set both detectors 22 and 64 to the same value under these conditions. One could also effect this adjustment by adjusting the gain adjusts accordingly for the two signals in the quotient meter.

Beim Gebrauch der Ausbildungsform nach F i g. 1 und 2 wird das zugespitzte Ende 62, 68 a der Vorrichtung 10 in die Materialmasse eingeführt, deren Feuchtigkeitsgehalt bestimmt werden soll, z.B. in einen Stapel 12 aus Papier- oder Kartonblättern, wie er in F i g. 2 angedeutet ist. Dann führt man dem Mikrowellengenerator 16 von der Energiequelle 15 aus über das Multiplexkabel 20 Energie zu, so daß längs der Außenfläche der Übertragungsleitung einschließlich des konischen Abschnitts40, des hohlen Hauptabschnitts 53, des konischen Abschnitts 60 und des Abschnitts 61 von kleinerem Durchmesser eine Oberflächenwelle ausgesendet wird. Die Energie dieser Oberflächenwelle kann im wesentlichen in einer ringförmigen Zone 70 zusammengehalten werden, die sich z. B. bis zu einem Abstand von einer Wellenlänge von der Außenfläche des Leitungsteils 53 erstreckt. Das Material, z. B. Getreide oder Papier-oder Kartonblätter, das den Raum 70 vorzugsweise vollständig ausfüllt, beeinflußt selbst die sich längs der Leitung fortpflanzende Oberflächenwelle nicht, während alle in dem Material innerhalb des Meßvolumens enthaltene Feuchtigkeit eine ausgesprochene Wirkung hervorruft, insbesondere dann, wenn der Mikrowellengenerator 16 eine Resonanzabsorptionsfrequenz für Wasser erzeugt. Der Detektor 22 führt dem Quotientenmesser 23 ein Signal zu, das ein Maß für die der Leitung 53 zugeführte Energiemenge ist, während der Detektor 64 an den Quotientenmesser ein Signal angibt, das ein Maß für die durch das zu untersuchende Material hindurch fortgepflanzte Mikrowellenenergiemenge ist. Das Verhältnis zwischen diesen beiden Signalen bildet im Hinblick auf die vorher durchgeführte Nullpunkteinstellung der Dämpfer oder Verstärker des Quotientenmessers ein Maß für die Energie, welche durch die in dem Material enthaltene Feuchtigkeit absorbiert wird, und es zeigt sich, daß eine relativ genaue Messung des Feuchtigkeitsgehalts möglich ist. When using the form of training according to FIG. 1 and 2 becomes the pointed one End 62, 68 a of the device 10 introduced into the material mass, the moisture content is to be determined, e.g. in a stack 12 of paper or cardboard sheets, such as he in Fig. 2 is indicated. Then you lead the microwave generator 16 from the Energy source 15 from via the multiplex cable 20 energy to, so that along the outer surface of the transmission line including the conical portion 40, the main hollow portion 53, the conical portion 60 and the smaller diameter portion 61 a surface wave is emitted. The energy of this surface wave can are held together substantially in an annular zone 70 which extends z. B. up to a distance of one wavelength from the outer surface of the line part 53 extends. The material, e.g. B. cereal or paper or cardboard sheets that the Space 70 preferably completely fills, affects itself along the Conduction propagating surface wave does not, while all in the material within the moisture contained in the measuring volume has a pronounced effect, particularly when the microwave generator 16 has a resonance absorption frequency generated for water. The detector 22 feeds a signal to the quotient meter 23, which is a measure of the amount of energy supplied to the line 53 while the detector 64 specifies a signal to the quotient meter, which is a measure of the by the to be examined Is the amount of microwave energy propagated through the material. The relation between forms these two signals with regard to the previously performed zero point adjustment the attenuator or amplifier of the quotient meter is a measure of the energy which is absorbed by the moisture contained in the material, and it shows that a relatively accurate measurement of the moisture content is possible.

Obwohl die Querschnittsabmessungen des Teils 53 der Übertragungsleitung in der Größenordnung der Wellenlänge der übertragenen Energie liegen, damit man ein relativ starres und selbsttragendes Aggregat erhält, zeigt es sich, daß eine gute Fortleitung der Oberflächenwelle stattfindet. Die Oberflächenwelle wird mit Hilfe einer Abstrahleinrichtung 30 abgegeben, die den relativ kleinen inneren Leiter 34 umfaßt und dann längs des konischen Abschnitts 40 in den Teil 53 der Übertragungsleitung von relativ großem Querschnitt übergeht. Andere Möglichkeiten für die Anordnung der Detektoren für die zugeführte Energie und die übertragene Energie sind in F i g. 1 bei 44 und in Fig.5 bei 64a angedeutet. Man erkennt, daß man die Meßsonde 10 nach Fig. 1 und 2 leicht an mehreren verschiedenen Punkten in eine Materialmasse einführen kann, um mehrere Ablesungen des Feuchtigkeitsgehalts zu erzielen und so eine zuverlässige Messung des Feuchtigkeitsgehalts der gesamten Materialmasse zu gewährleisten. Although the cross-sectional dimensions of the part 53 of the transmission line be of the order of magnitude of the wavelength of the transmitted energy, so that one a relatively rigid and self-supporting unit receives, it turns out that a good propagation of the surface wave takes place. The surface wave is with With the help of a radiation device 30, the relatively small inner conductor 34 and then along the conical section 40 in the part 53 of the transmission line passes from a relatively large cross-section. Other options for arrangement the detectors for the supplied energy and the transmitted energy are in F. i g. 1 indicated at 44 and in Figure 5 at 64a. One recognizes that one is the measuring probe 10 according to FIGS. 1 and 2 easily into a mass of material at several different points can introduce to get multiple readings of moisture content and such a reliable measurement of the moisture content of the total material mass guarantee.

Man kann den Querschnitt des Leitungsabschnitts 53, der hauptsächlich für die Messung des Feuchtigkeitsgehalts verantwortlich ist, lediglich auf der Basis der Eigenschaften des Materials wählen, bei dem die Messung vorgenommen werden soll. Beispielsweise würde man die Querschnittsform nach Fig. 2 dann vorziehen, wenn Messungen des Feuchtigkeitsgehalts bei einem Stapel 12 aus Papier durchgeführt werden sollen. One can see the cross section of the line section 53, which is mainly is responsible for measuring the moisture content on the basis only the properties of the material on which the measurement is to be made. For example, one would prefer the cross-sectional shape according to FIG. 2 when taking measurements the moisture content of a stack 12 of paper are to be carried out.

F i g. 3 zeigt den Querschnitt einer Fühlvorrichtung, die genau ebenso ausgebildet sein kann wie die in Fig. 1 und 2 gezeigte, abgesehen davon, daß der Hauptteil53 der Übertragungsleitung mit dem isolierenden Überzug 69a eine zylindrische Außenfläche besitzt, so daß sich die Vorrichtung mit einer ringförmigen Materialzone koppeln läßt, wie es in F i g. 3 durch die gestrichelte Linie70a angedeutet ist; das kornförmige Material ist in F i g. 3 mit 75 bezeichnet Das Material 75 füllt den ringförmigen Raum 70 a, innerhalb dessen das Material einen erheblichen Binfluß auf die übertragene Oberflächenwelle ausüben kann, vorzugsweise vollständig aus. Das zum Abgeben der Welle dienende Ende und das in das Material einzuführende Ende des thbertragungsleitungsabschnitts 53 a ist im wesentlichen ebenso ausgebildet wie bei der Anordnung nach Fig. 1, und der Abschnitt 53 a kann hohl sein, um die Rückleitungen 72 und 73 des Detektors aufzunehmen, wie es in Fig. 1 für den Detektor 64 gezeigt ist. F i g. Figure 3 shows the cross section of a sensing device that is exactly the same can be designed as that shown in Figs. 1 and 2, except that the Main part 53 of the transmission line with the insulating coating 69a is a cylindrical one Has outer surface, so that the device with an annular zone of material can be coupled, as shown in FIG. 3 is indicated by the dashed line 70a; the granular material is shown in FIG. 3 denoted by 75 The material 75 fills the annular space 70 a, within which the material has a significant flow can exert on the transmitted surface wave, preferably completely. The end used to deliver the shaft and the end to be inserted into the material the transmission line section 53 a is essentially formed in the same way as in the arrangement of FIG. 1, and the portion 53 a may be hollow to the Include return lines 72 and 73 of the detector, as shown in Fig. 1 for the detector 64 is shown.

F i g. 4 zeigt eine weitere abgeänderte Querschnittsform für die Vorrichtung nach Fig. 1 und 2; in diesem Fall kann der Hauptabschnitt 53 a der Übertragungsleitung, der dem Abschnitt 53 in F i g. 1 entspricht, eine rechteckige Außenform erhalten, damit die Vorrichtung mit dem Material gekoppelt werden kann, das z. B. bei 70 c und 70 d angeordnet ist. Diese Form würde den Vorteil bieten, daß man den Feuchtigkeitsgehalt von Stapeln aus Kartonblättern od. dgl., wie sie bei 77 angedeutet sind, messen kann. Auch in diesem Fall würden die beiden Enden der Vorrichtung im wesentlichen gemäß Fig. 1 ausgebildet sein; in F i g. 4 sind die in dem Hohlraum des Abschnitts 53 b angeordneten Rückleitungen ebenfalls mit 72 und 73 bezeichnet. F i g. 4 shows a further modified cross-sectional shape for the Device according to Figures 1 and 2; in this case, the main section 53 a of the transmission line, which corresponds to section 53 in FIG. 1 corresponds to a rectangular outer shape, so that the device can be coupled to the material which, for. B. at 70 c and 70 d is arranged. This shape would offer the advantage of being able to reduce the moisture content of stacks of cardboard sheets or the like, as indicated at 77, measure can. In this case too, the two ends of the device would essentially be designed according to Figure 1; in Fig. 4 are those in the cavity of the section 53 b arranged return lines also denoted by 72 and 73.

Fig. 4 und 5 veranschaulichen den Fall, daß das zu untersuchende Material in direkter Berührung mit einer leitfähigen Metallfläche des Ubertragungsleitungsabschnitts 53b nach Fig. 4 bzw. 53 nach Fig. 5 steht, welche vorzugsweise einen Widerstand von etwa 10 10-6 Ohm-cm, jedoch unter 1000 10-6 Ohm-cm (Volumenwiderstand bei 0° C) besitzt. Der Leitungsabschnitt 53 b nach F i g. 4 bzw. Figs. 4 and 5 illustrate the case that the to be examined Material in direct contact with a conductive metal surface of the transmission line section 53b according to FIG. 4 or 53 according to FIG. 5, which preferably have a resistor of about 10 10-6 ohm-cm, but below 1000 10-6 ohm-cm (volume resistance at 0 ° C) owns. The line section 53 b according to FIG. 4 or

53 nach Fig.5 kann z.B. aus einem nichtrostenden Stahl mit einem Widerstand von etwa 100 10-6 Ohm-cm bestehen. Unter diesen Bedingungen wird ein Anteil von 750/e der Energie der längs der Leitung 53 b nach Fig. 4 bzw. 53 nach F i g. 5 übertragenen Oberflächenwelle in einem Bereich zusammengehalten, der sich bis zu einem Abstand von etwa 10 cm von der Außenfläche der Leitung erstreckt, wie es in Fig. 4 durch die gestrichelten Linien 70 c und 70 d bzw. in F i g. 5 durch die gestrichelten Linien 70' angedeutet ist. Die Darstellung in Fig. 5 gilt natürlich auch für die Ausbildungsform nach F i g. 4 insofern, als sie den Endabschnitt des Leitungsteils 53 b zeigt und erkennen läßt, auf welche Weise die Räume 70c und 70d in Fig.4 am Ende des Wellenführungsabschnitts 53 b abgegrenzt sind, wo dieser Abschnitt gemäß F i g. 5 einen Überzug 66 aus isolierendem Material trägt.53 according to Fig. 5 can e.g. be made of a stainless steel with a resistance consist of about 100 10-6 ohm-cm. Under these conditions a proportion of 750 / e of the energy along the line 53 b according to FIG. 4 or 53 according to FIG. 5 transferred Surface wave held together in an area extending up to a distance extending from about 10 cm from the outer surface of the conduit, as shown in Fig. 4 through the dashed lines 70 c and 70 d and in FIG. 5 by the dashed Lines 70 'is indicated. The illustration in FIG. 5 naturally also applies to the Form of training according to F i g. 4 insofar as they are the end section of the line part 53 b shows and reveals the way in which the spaces 70c and 70d in FIG End of the wave guide section 53 b are delimited where this section according to F i g. 5 carries a coating 66 of insulating material.

Der Abschnitt 53b der Oberflächenwellen-Übertragungsleitung nach Fig. 4 hat eine ausreichende Wandstärke, so daß er im wesentlichen starr und selbsttragend ist. Beispielsweise kann der Querschnitt nach Fig.4 eine Höhenabmessung entsprechend etwa einer halben Wellenlänge und eine waagerechte Abmessung entsprechend einer ganzen Wellenlänge besitzen, wenn die Oberflächenwelle mit einer Frequenz von etwa 22235 MHz, d. h. einer Resonanzabsorptionsfrequenz für Wasser, übertragen wird. The section 53b of the surface acoustic wave transmission line after Fig. 4 has sufficient wall thickness so that it is essentially rigid and self-supporting is. For example, the cross section according to FIG. 4 can correspond to a height dimension about half a wavelength and a horizontal dimension corresponding to one whole wavelength if the surface wave with a frequency of about 22235 MHz, i.e. H. a resonance absorption frequency for water.

Unter diesen Umständen kann die Mindestwandstärke gemäß Fig. 4 etwa 2,4 mm betragen. Man kann die Querschnittsform der Übertragungsleitung 53b nach Fig.4 bzw. 53 nach Fig. 5 lediglich im Hinblick auf die Eigenschaften des Materials wählen, bei dem die Messung durchgeführt werden soll. Der isolierende Überzug 69 nach Fig. 1 und 2 bzw. 69a nach F i g. 3 kann natürlich ebenso wie bei den Ausbildungsformen nach F i g. 4 und 5 fortgelassen werden, und alternativ kann man die Ausbildungsformen nach F i g. 4 und 5 mit einem geeigneten isolierenden Überzug versehen, wie er in F i g. 1 bei 69 angedeutet ist, um die Energie der Oberflächenwelle in einem kleineren Bereich zusammenzuhalten, wie er in F i g. 1 bei 70 angedeutet ist.Under these circumstances, the minimum wall thickness according to FIG. 4 can be approximately 2.4 mm. One can see the cross-sectional shape of the transmission line 53b 4 and 53 according to FIG. 5 only with regard to the properties of the material select on which the measurement is to be carried out. The insulating cover 69 according to FIGS. 1 and 2 or 69a according to FIG. 3 can of course, as well as the forms of training according to FIG. 4 and 5 can be omitted, and alternatively one can use the forms of training according to FIG. 4 and 5 provided with a suitable insulating coating, as shown in F i g. 1 is indicated at 69 to reduce the energy of the surface wave in a smaller To hold the area together as shown in FIG. 1 is indicated at 70.

Fig. 6 zeigt eine Meßvorrichtung 10a, die der Vorrichtung 10 nach F i g. 1 ähnelt. Das zum Aussenden der Welle dienende Ende der Vorrichtung 10a ist im wesentlichen ebenso ausgebildet wie bei der Anordnung nach Fig. 1, weshalb entsprechende Teile jeweils mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind. Bei der Ausbildungsform nach Fig. 6 besitzt der Hauptabschnitt 80 der Übertragungsleitung einen massiven Querschnitt, dessen Außenfläche entsprechend Fig. 2, 3 oder 4 geformt sein kann. Die Übertragungsleitung kann am senderseitigen Ende einen konischen Abschnitt 81 aufweisen, der mit dem inneren Leiter 34a der Abstrahleinrichtung 30 a verbunden ist, welche im wesentlichen der Einrichtung 30 nach Fig. 1 entspricht. Am entgegengesetzten Ende verjüngt sich die Leitung längs eines Abschnitts 82 zu einem Leiter 83 von relativ kleinem Durchmesser, der in ein isolierendes Material 85 eingebettet ist, welches dem isolierenden Material 66 in F i g. 1 entspricht. Fig. 6 shows a measuring device 10a that of the device 10 according to F i g. 1 is similar. The end of the device 10a serving to transmit the wave is essentially formed in the same way as in the arrangement according to FIG. 1, which is why corresponding Parts are each designated with the same reference numerals. In the form of training 6, the main section 80 of the transmission line has a solid one Cross section, the outer surface of which can be shaped according to FIG. 2, 3 or 4. The transmission line can have a conical section 81 at the transmitter end have, which is connected to the inner conductor 34a of the radiation device 30a which corresponds essentially to the device 30 of FIG. On the opposite The end of the line tapers along a section 82 to a conductor 83 of relatively small diameter embedded in an insulating material 85, which corresponds to the insulating material 66 in FIG. 1 corresponds.

Der sich verjüngende leitende Abschnitt 84 am Ende der Leitung kann ebenso ausgebildet sein wie der äußere Leiterabschnitt 32a am Eingangsende der Leitung, und er kann zu einem Anpassungsabschnitt 90 führen, bei dem gegebenenfalls ein Übergang zu einer rechteckigen Wellenführung vorgesehen ist, wie er am Eingangsende der Leitung durch die Abschnitte 34 a und 36 a gebildet wird. Somit könnte das Abschlußende der Leitung ebenso ausgebildet sein wie das Eingangsende, abgesehen davon, daß hier eine als Abschluß dienende Einrichtung zum Absorbieren von Energie an die Stelle des Mikrowellengenerators tritt; alternativ könnte die Leitung durch eine gleichachsige Wellenführung abgeschlossen sein, wobei der Detektor den richtigen Anpassungswiderstand besitzt, um als die Energie absorbierender Abschluß der gleichachsigen Wellenführung wirken zu können. The tapered conductive portion 84 at the end of the conduit can be designed in the same way as the outer conductor section 32a at the input end of the line, and it can lead to an adaptation section 90, at which a transition if necessary to a rectangular wave guide is provided as it is at the input end of the line is formed by the sections 34 a and 36 a. Thus could the final end of the line must be designed in the same way as the input end, apart from the fact that here a closure device for absorbing energy into the site the microwave generator occurs; alternatively, the line could be through an equiaxed Waveguiding will be completed, with the detector having the correct matching resistance possesses as the energy-absorbing termination of the equiaxed wave guide to be able to work.

F i g. 6 zeigt schematisch den Fall, daß ein Übergang von einer gleichachsigen Wellenführung zu einer rechteckigen Wellenführung vorgesehen ist, wobei der Detektor 91 als die Energie absorbierender Abschluß dient, der den richtigen Anpassungswiderstand am Ende der rechteckigen Wellenführung besitzt.F i g. 6 shows schematically the case that a transition from an equiaxed Waveguide to a rectangular waveguide is provided, wherein the detector 91 serves as the energy-absorbing termination that provides the correct matching resistance at the end of the rectangular wave guide.

Der Detektor 91 ist über eine Leitung 93 an einen Quotientenmesser 23 angeschlossen, so daß das Verhältnis der empfangenen Mikrowellenenergie zu der ausgesendeten Mikrowellenenergie als Maß des Feuchtigkeitsgehalts od. dgl. angezeigt werden kann. The detector 91 is connected to a quotient meter via a line 93 23 connected so that the ratio of the received microwave energy to the The transmitted microwave energy is displayed as a measure of the moisture content or the like can be.

Das zu untersuchende Material kann in dem in F i g. 6 bei 95 mit gestrichelten Linien angedeuteten Bereich angeordnet werden, der demjenigen Bereich entspricht, in welchem ein erheblicher Einfluß auf die längs der Leitung 80 übertragene Oberflächenwelle ausgeübt werden kann. Die FühlvorrichtunglOa ist vorzugsweise so bemessen, daß man sie leicht am Gehäuse 18 mit der Hand erfassen und den Anpassungsteil 90 mit der anderen Hand halten kann, um die Übertragungsleitung seitlich zur Anlage an dem zu prüfenden Körper 97 in dem Bereich 95 zu bringen. Die Vorrichtung 10a ist insbesondere geeignet, durch Aufbringen einer Druckkraft in innige und stabile Berührung mit einer Fläche einer zu untersuchenden Materialmenge gebracht zu werden. Aus diesem Grund entspricht die äußere Querschnittsform des Leitungsabschnitts 80 vorzugsweise dem Querschnitt der Stange 53b nach F i g. 4, und es ist eine ebene Unterseite 80a vorhanden, die über eine große Fläche in Berührung mit dem Körper 97 gebracht werden kann, dessen Feuchtigkeitsgehalt gemessen werden soll. Wenn der zu untersuchende Körper irgendeine andere Oberflächengestalt besitzt, gibt man der Fläche 80a natürlich vorzugsweise ein entsprechendes Profil, so daß sie sich der Oberfläche des zu untersuchenden Körpers lückenlos anpaßt.The material to be investigated can be in the form shown in FIG. 6 at 95 with dashed lines Lines indicated area are arranged, which corresponds to the area, in which a significant influence on the surface wave transmitted along the line 80 can be exercised. The sensing device 10a is preferably dimensioned so that one they easily grasp the housing 18 by hand and the adapter 90 with the can hold the other hand to the side of the transmission line to the plant on the to bring the body 97 to be tested in the area 95. The device 10a is particularly capable of being in intimate and stable contact with by applying a compressive force to be brought to an area of an amount of material to be examined. For this Basically, the outer cross-sectional shape of the line section 80 preferably corresponds the cross section of the rod 53b according to FIG. 4, and it is a flat bottom 80a which are brought into contact with the body 97 over a large area whose moisture content is to be measured. If the under investigation Body has any other surface shape, the surface 80a is naturally given preferably a corresponding profile so that it fits the surface of the object to be examined Body adapts seamlessly.

Bei den Ausbildungsformen nach Fi g. 4, 5 und 6 besteht der Hauptabschnitt 53 bzw. 53 b bzw. 80 der Oberflächenwellen-Übertragungsleitung vorzugsweise aus einem Metall mit unvollkommener Leitfähigkeit, z. B. nichtrostendem Stahl oder einer Aluminiumlegierung mit einem Widerstand, der erheblich größer ist als der Widerstand von Kupfer, um die Ausbreitung der Oberflächenwelle jenseits der Außenfläche des Leitungsabschnitts auf einen Abstand in der Größenordnung von z. B. 4 bis 6 Wellenlängen zu begrenzen. Beispielsweise kann ein Anteil von 75°/o der Energie der Oberflächenwelle innerhalb eines Abstandes von 10 cm von der Außenfläche der Üb ertragungsleitung zusammengehalten werden, wenn die Wellenlänge 1,35 cm beträgt. Ferner liegen die Querschnittsabmessungen des Übertragungsleitungsabschnitts vorzugsweise in der Größenordnung einer Wellenlänge, so daß man ein im wesentlichen starres selbsttragendes Bauteil erhält. Die Detektormittel 22, 44, 44a, 64, 64a und 91 sind vorzugsweise in genau vorbestimmter räumlicher Beziehung zu der obere tragungsleitung unverrückbar angeordnet. Es sei bemerkt, daß die Länge der Ausbildungsformen nach F i g. 1 bis 5 vorzugsweise so gewählt wird, daß sich die Vorrichtungen bequem handhaben lassen; normalerweise wird die Länge etwa 1,80 m nicht überschreiten, wenn die Dicke oder die kleinere Gesamtabmessung des Querschnitts des Hauptleitungsabschnitts in der Größenordnung von etwa 6,5 mm liegt. Wenn die Vorrichtung nach F i g. 6 durch eine Person benutzt werden soll, welche beide Enden der Vorrichtung erfaßt, wird die Länge der Vorrichtung normalerweise etwa 1,20 m nicht überschreiten. In the training forms according to Fi g. 4, 5 and 6 consists of the main section 53 or 53 b or 80 of the surface acoustic wave transmission line preferably off a metal with imperfect conductivity, e.g. B. stainless steel or a Aluminum alloy with a resistance that is significantly greater than the resistance of copper to reduce the propagation of the surface wave beyond the outer surface of the Line section to a distance on the order of z. B. 4 to 6 wavelengths to limit. For example, a proportion of 75% of the energy of the surface wave within a distance of 10 cm from the outer surface of the transmission line be held together when the wavelength is 1.35 cm. Furthermore, the Cross-sectional dimensions of the transmission line section are preferably of the order of magnitude one wavelength, so that one is an essentially rigid self-supporting component receives. The detector means 22, 44, 44a, 64, 64a and 91 are preferred immovable in a precisely predetermined spatial relationship to the upper transmission line arranged. It should be noted that the length of the forms of embodiment according to FIG. 1 to 5 is preferably chosen so that the devices can be conveniently handled; normally the length will not exceed about 1.80 m if the thickness or the smaller overall dimension of the cross-section of the main line section in the Of the order of about 6.5 mm. When the device according to FIG. 6 through a Person to be used who grasps both ends of the device will be the The length of the device normally does not exceed about four feet.

Die Vorrichtung nach Fig. 6 könnte jedoch z. B. durch zwei Personen gehandhabt werden, oder man könnte sie in eine Maschine einbauen; in diesem Fall könnte die Länge der Vorrichtung den Wert von etwa 1,20 m erheblich überschreiten, und sie könnte z. B. der vollen Breite eine Papiermaschine entsprechen. However, the device of FIG. 6 could, for. B. by two people handled, or they could be built into a machine; in this case the length of the device could considerably exceed the value of about 1.20 m, and it could e.g. B. correspond to the full width of a paper machine.

Die Ausbildungsformen nach F i g. 1 bis 5 könnten erheblich länger als etwa 1,80 m sein, wenn man sie nicht in waagerechter Lage, sondern in senkrechter Stellung benutzen würde. Bei waagerechter Anordnung ist die Vorrichtung dann als starr und selbsttragend zu bezeichnen, wenn man sie von einem Ende aus im wesentlichen waagerecht halten kann, ohne daß sich das andere Ende in größerem Ausmaß ausbiegt. Eine Fühlvorrichtung, die für den Gebrauch in senkrechter Anordnung bestimmt ist, könnte sich übermäßig stark ausbiegen, wenn man sie in waagerechter Lage hält, doch könnte sie in der senkrechten Stellung dann brauchbar sein, wenn ihre Starrheit genügt, um es zu ermöglichen, die Vorrichtung in eine Getreidemasse einzuführen, ohne daß sie abknickt. Eine derartige Vorrichtung wird im folgenden als »praktisch starr« bezeichnet. The forms of training according to F i g. 1 to 5 could be considerably longer than about 1.80 m, if you do not have it in a horizontal position, but in a vertical position Would use position. With a horizontal arrangement, the device is then as rigid and self-supporting when viewed essentially from one end can hold horizontally without the other end bending to any great extent. A sensing device intended for use in a vertical position, could flex excessively if held in a horizontal position, yes could it be useful in the vertical position if its rigidity is sufficient to make it possible to introduce the device into a cereal mass, without kinking. Such a device is hereinafter referred to as "practical rigid «.

Zum Gebrauch der Vorrichtung nach F i g. 6 erfaßt der Benutzer das Ende mit dem Gehäuse 18 mit der einen Hand und das entgegengesetzte Ende 90 mit der anderen Hand und drückt die Fläche 80a gegen eine dazu passende Fläche eines zu untersuchenden Körpers 97. Jetzt kann man dem Mikrowellengenerator 16 amplitudenmodulierte Energie zuführen, um modulierte Mikrowellenenergie zu erzeugen. Diese Energie wird mit der Abstrahleinrichtung 30a gekoppelt, die den zentralen Leiter 34 a, die rechteckige Wellenführung 36a und den äußeren Leiter 32a umfaßt, welch letzterer die Energie als Oberflächenwelle längs der Außenseite des konischen Abschnitts 81 und längs der Außenfläche des Leitungsabschnitts 80 aussendet. Wie bei dem vorher beschriebenen Aus- führungsbeispiel entspricht der Durchmesser des inneren Leiters 34 a einem kleinen Bruchteil der Wellenlänge. Die konische Außenfläche des Abschnitts 82 der Übertragungsleitung bewirkt in Verbindung mit dem Isoliermaterial 85, in das dieser Abschnitt eingebettet ist, daß die Oberflächenwelle in unmittelbarer Nähe der Übertragungsleitung bei 83 zusammengehalten wird. Die mit dem zu untersuchenden Material 97 gekoppelte Energie ist somit wirksam mit dem Detektor 91 gekoppelt, und der Anpassungsteil 90 ist so ausgebildet, daß er eine Reflexion der eintreffenden Energie weitgehend verhindert. To use the device according to FIG. 6 the user detects that End with the housing 18 with one hand and the opposite end 90 with the other hand and presses surface 80a against a matching surface of one body to be examined 97. Now the microwave generator 16 can be amplitude-modulated Apply energy to produce modulated microwave energy. This energy will coupled to the radiation device 30a, the central conductor 34 a, the rectangular Waveguide 36a and outer conductor 32a, which latter the energy as a surface wave along the outside of the conical portion 81 and along the outer surface of the line section 80 emits. As with the one previously described The end- management example corresponds to the diameter of the inner conductor 34 a a small one Fraction of the wavelength. The conical outer surface of section 82 of the transmission line in conjunction with the insulating material 85 in which this section is embedded is that the surface wave occurs in close proximity to the transmission line 83 is held together. The energy coupled with the material 97 under investigation is thus operatively coupled to the detector 91, and the matching part 90 is so designed that it largely prevents a reflection of the incoming energy.

Claims

Claims: 1. Easily insertable into the material to be examined Measuring device for determining material properties by means of microwave surface waves, especially for moisture measurement of solid materials, such as stacked flat material, granular material and the like, in which by means of a microwave coupling device the surface wave is excited along an elongated conductor and in the area this surface wave are attached along the conductor with sensing devices which is when the material to be examined is attached in the area of the surface wave generated influence of the microwave energy along the conductor can be measured, thereby characterized in that the elongated conductor (41, 53, 80) together with the sensing means (22, 44, 64, 91) and the microwave radiation device (30) for exciting the surface wave form a substantially rigid self-supporting probe (10).

2. Measuring device according to claim 1, characterized in that the End of the probe is tapered to a tip (z. B. 60).

3. Measuring device according to claim 1 or 2, characterized in that that the probe outside of the surface wave range has a handle (e.g. 16) having.

4. Measuring device according to claim 1 to 3, characterized in that that the cross-sectional dimensions of the probe are of the order of a wavelength lie.

Publications considered: German Patent No. 666 927; French Patent No. 903739; British Patent No. 322,679; U.S. Patent Nos. 2437 134, 2793 527, 2906952.