DE19835859C2 - Feuchtemessung durch Mikrowellenabsorption - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen des Feuchtegehaltes eines flächigen Meßgutes durch Mi­ krowellenabsorption, insbesondere das Messen des Restfeuchte­ gehaltes einer kontinuierlich geförderten Warenbahn, wobei die Mikrowellen das Meßgut entlang einer Meßstrahlkette mit min­ destens zwei Meßstrahlen mehrfach durchstrahlen und wobei aus der Feldstärke der Mikrowellen nach dem Durchlaufen des letzten Meßstrahls der Feuchtegehalt ermittelt wird. Das Meßgut besteht beispielsweise aus Papier, beschichtetem Papier, Karton, Gewe­ be, Kunststoff, Textilmaterial und/oder dergleichen.

Aus der EP 0 009 187 A1 sind ein gattungsgemäßes Verfahren und eine gattungsgemäße Vorrichtung bekannt. Die vorbekannte Vor­ richtung weist einen Mikrowellenoszillator auf, der über einen Mikrowellenhohlleiter mit einem ersten Hornstrahler zur Ab­ strahlung von Mikrowellen auf eine Meßstrecke verbunden ist. Im Verlauf der Meßstrecke treffen die von dem ersten Mikrowellen­ strahler abgestrahlten Mikrowellen auf das Meßgut. Abhängig von dem Feuchtegehalt des Meßgutes, der Dicke des Meßgutes, der Struktur des Meßgutes und der Feuchteverteilung in dem Meßgut wird die Feldstärke der Mikrowellen durch Absorption in dem Meßgut geschwächt. Weiterhin wird die Feldstärke der sich in Richtung der Meßstrecke ausbreitenden Mikrowellen durch Refle­ xion, insbesondere an der Oberfläche des Meßgutes, und durch Beugung bzw. Streuung geschwächt. Die Mikrowellen erreichen folglich bei im Vergleich zu der Sendeleistung geringerer Empfangsleistung einen Mikrowellenempfänger am Ende der Meß­ strecke. Von dort werden die Mikrowellen über einen zweiten Mikrowellenhohlleiter zu einem zweiten Mikrowellenstrahler ge­ leitet, der die Mikrowellen auf eine zweite Meßstrecke ab­ strahlt, in deren Verlauf die Mikrowellen wiederum das Meßgut durchqueren. In spezieller Ausgestaltung weist die vorbekannte Vorrichtung eine Meßkette mit insgesamt vier aufeinanderfolgen­ den Meßstrecken auf. Am Ende der letzten Meßstrecke werden die Mikrowellen von einem Meßdetektor erfaßt, der ein der verblie­ benen Feldstärke entsprechendes Signal an eine Auswertungsein­ richtung übermittelt. Das Detektorsignal besteht aus einer elektrischen Spannung, die mit einer Referenzspannung vergli­ chen wird. Die Referenzspannung repräsentiert das Meßsignal in dem Fall, in dem kein Meßgut in der Vorrichtung angeordnet ist.

Die mehrfache Durchstrahlung des Meßgutes erhöht die Meßem­ pfindlichkeit, so daß beispielsweise Meßgüter mit einem Rest­ feuchtegehalt von 1 g Wasser/m²-30 g Wasser/m² vermessen werden können. Insbesondere bei der Fertigung von Textilien ist es bekannt, in Abhängigkeit von den Meßwerten des Restfeuchte­ gehaltes Trocknungsmaschinen zu steuern, so daß ein vorgegebe­ ner Restfeuchtegehalt in dem Meßgut bzw. in dem Textilmaterial erzielt wird.

Bei einer speziellen Ausführungsform der vorbekannten Vorrichtung bzw. des vorbekannten Verfahrens werden die Mikrowellen mit einer Modulationsfrequenz von 100 Hz und einem Hub von mehr als 25% moduliert, damit Flatterbewegungen des Meßgutes, die typischerweise mit niedrigeren Frequenzen als der Modulationsfrequenz in Richtung der Meßstrecke auftreten, keinen Einfluß auf das Meßergebnis haben.

Bei der Durchführung des vorbekannten Verfahrens können durch Reflexion und Streuung an dem Meßgut Mikrowellen von einer der Meßstrecken in den Mikrowellenempfänger einer anderen Meß­ strecke gelangen, so daß das Meßergebnis verfälscht wird. Dies ist insbesondere bei einer speziellen Ausführungsform der vor­ bekannten Vorrichtung der Fall, bei der die Mikrowellen das Meßgut abwechselnd im Verlauf der Meßkette von einer Seite des Meßgutes zu der gegenüberliegenden Seite des Meßgutes und um­ gekehrt durchstrahlen. Weiterhin ist es auch möglich, daß Mikrowellen aus dem Mikrowellenstrahler einer Meßstrecke direkt oder durch Ablenkung auf andere Weise als an dem Meßgut in einen oder mehrere Mikrowellenempfänger einer anderen Meß­ strecke gelangen.

Aus der US 4,578,998 sind ebenfalls ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen des Feuchtegehaltes in einem Meßgut durch Mikrowellenabsorption bekannt, wobei jedoch zwei Mikrowellenquellen verwendet werden. Jeder der Mikrowellen­ quellen ist eine Mehrzahl von Mikrowellenenmpfängern zugeordnet. Die von den Mikrowellenquellen abgestrahlten Mikrowellen durchstrahlen das Meßgut, werden jedoch zum Teil auch von dem Meßgut reflektiert. Die zugeordneten Mikro­ wellenempfänger empfangen die Mikrowellen, die durch das Meßgut hindurchgetreten sind bzw. die Mikrowellen, die von dem Meßgut reflektiert worden sind die von den beiden Mikrowellenquellen abgestrahlten Mikrowellen sind unterschiedlich linear polarisiert.

Allerdings werden die von den beiden voneinander unabhängigen Mikrowellenquellen abgestrahlten Mikrowellen separat vonei­ nander ausgewertet, was einerseits zu einer großen Datenflut und andererseits zu einem erhöhten Aufwand beim Eichen oder Einstellen der Meßsignale führt, da zwei voneinander unab­ hängige Meßsignale in Korrelation zu dem bestimmten Feuchte­ gehalt gesetzt werden müssen.

Schließlich ist es aus der US 3,534,260 bekannt, einen Meß­ strahl eines Mikrowellensenders in einem Einfallswinkel von 40° bis 65° auf ein flächiges Meßgut zu richten, um eine Störung der Messung durch Reflexionen an der Oberfläche des Meßgutes zu vermeiden.

Ausgehend von einem Stand der Technik, wie er in der EP 0 009 187 A1 beschrieben ist, liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen des Feuchtegehaltes eines flächigen Meßgutes durch Mikrowellenabsorption der in der Beschreibungseinleitung genannten Art bereitzustellen, bei denen das nach Durchlaufen der letzten Meßstrecke bzw. des letzten Meßstrahls vorliegende Mikrowellensignal weitestgehend nur von der Absorption in dem zu vermessenden Meßgut abhängt, wobei eine Messung des Feuchtegehaltes in einem möglichst kleinen Bereich des flächigen Meßgutes bei geringem Meßfehler möglich sein soll.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 7 gelöst. Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweils abhängigen Ansprüche.

Ein wesentlicher Gedanke der vorliegenden Erfindung liegt darin, bei einer Meßstrahlkette, die das Meßgut mehrfach durchquert, die Meßstrahlen derart anzuordnen, daß diese das Meßgut an den Ecken eines gedachten Vielecks durchqueren, wobei die Polarisationsrichtungen von jeweils zwei einander nächst benachbarten Meßstrahlen unterschiedlich sind.

Insbesondere durchqueren die Meßstrahlen das Meßgut etwa an den Ecken eines Quadrats. Die Meßstrahlen weisen dann jeweils an einander benachbarten Ecken des Quadrats unterschiedliche Polarisationsrichtungen auf. Besonders bevorzugt wird es, wenn die Polarisationsrichtungen der Meßstrahlen an jeweils zwei einander benachbarten Ecken einen Winkel von etwa 90° miteinander einschließen. Dies hat den Vorteil, daß die sich entlang der zwei benachbarten Meßstrahlen ausbreitenden Mikrowellen anhand ihrer Polarisationsrichtungen selektierbar sind. Der Abstand der Meßstrahlen an einander jeweils diagonal gegenüberliegenden Ecken des Quadrats ist vorzugsweise so groß gewählt, daß höchstens in vernachlässigbar kleinem Umfang Anteile der sich bei gleicher Polarisationsrichtung entlang dieser Meßstrahlen ausbreitenden Mikrowellen an das Ende der jeweils anderen Meßstrecke gelangen können.

Vorrichtungsseitig sind jeweils an einander entgegengesetzten Endpunkten von zwei Meßstrecken, auf denen jeweils einer der Meßstrahlen liegt, ein aufeinander abgestimmtes Mikrowellen­ strahler/Mikrowellenempfänger-Paar angeordnet. Der Mikro­ wellenempfänger des ersten Paars ist über einen Mikrowellen­ leiter und gegebenenfalls einen oder mehrere weitere Meß­ strecken mit dem Mikrowellensender des zweiten Paars gekoppelt. Der Mikrowellenstrahler des ersten Paars (erster Mikrowellen­ strahler) und der Mikrowellenstrahler des zweiten Paars (zweiter Mikrowellenstrahler) sind derart gestaltet und aus­ gerichtet, daß auf der jeweiligen Meßstrecke linear polari­ sierte Mikrowellen übertragbar sind, wobei sich die Polari­ sationsrichtung der von dem ersten Mikrowellenstrahler und der von dem zweiten Mikrowellenstrahler abzustrahlenden Mikrowellen voneinander unterscheiden.

Unter Meßstrahlen werden die Ausbreitungswege der Mikrowellen verstanden, auf denen sie das Meßgut im Verlauf der Meßkette durchqueren. Die Meßstrahlen können dabei eine endliche Breite quer zur Ausbreitungsrichtung haben.

Durch die unterschiedlichen Polarisationsrichtungen haben die jeweils auf den Meßstrecken übertragenen bzw. sich entlang der Meßstrahlen ausbreitenden Mikrowellen jeweils eine Eigenschaft, anhand der sie voneinander selektiert werden können. Sollten also nicht von der Absorption des Meßgutes abhängige Streu-, Beugungs- und/oder Reflexionsprozesse auftreten, kann vermieden werden, daß am Ende eines der zumindest zwei Meßstrahlen andere Mikrowellensignale als von der zugehörigen Meßstrecke empfan­ gen, weitergeleitet und/oder detektiert werden. Alternativ wird ein etwaig am Ende einer Meßstrecke vorliegendes Summen-Mikro­ wellensignal, das eine erste, linear polarisierte Komponente und eine zweite, in anderer Polarisationsrichtung linear pola­ risierte Komponente und/oder unpolarisierte Komponente enthält, unter Verwendung der Polarisierungseigenschaft zerlegt, wobei beide Komponenten ausgewertet werden. Die unerwünschte zweite Komponente wird insbesondere dazu verwendet, einen durch das jeweilige Meßgut bedingten reflektierten, gebeugten und/oder gestreuten Anteil der sich entlang der Meßstrahlenkette aus­ breitenden Mikrowellenstrahlung zu ermitteln, um diesen Anteil nicht fälschlicherweise der Absorption der Mikrowellenstrahlung in dem Meßgut zuzuschreiben, was zu einer Überschätzung des Feuchtegehaltes führen würde. Auf diese Weise wird insbesondere bei Verfahrensvarianten die Meßgenauigkeit gesteigert, bei denen zur Bestimmung des Feuchtegehaltes aus der Feldstärke der Mikrowellen nach dem Durchlaufen des letzten Meßstrahls ein Referenzwert als Vergleichswert verwendet wird, der der Meß­ anordnung bei Nichtvorhandensein eines Meßgutes entspricht.

Vorzugsweise durchqueren die Meßstrahlen mit den linear polarisierten Mikrowellen das flächige Meßgut unter einem Winkel von 30° bis 90°, vorzugsweise etwa 60°, gegen dessen Oberfläche. Ein Vorteil einer nicht senkrechten Durchstrahlung des Meßgutes liegt darin, daß Reflexionen an der Oberfläche des Meßgutes nicht unmittelbar in den Mikrowellenstrahler der je­ weiligen Meßstrecke zurückreflektiert werden. Stehende Wellen können somit vermieden werden.

Häufig hängt die Ermittlung des Feuchtegehaltes aus der Feld­ stärke der Mikrowellen von der Temperatur des Meßgutes ab, d. h. bei unterschiedlicher Temperatur wird eine unterschiedliche Feldstärke am Ende der Meßstrahlkette detektiert, obwohl der Feuchtegehalt bei beiden Temperaturen beispielsweise gleich groß ist. Ursache für diesen Effekt sind insbesondere eine Temperaturabhängigkeit des Absorptionskoeffizienten der Feuchte in dem Meßgut, und eine Temperaturabhängigkeit von unerwünsch­ ten, parasitären Effekten wie beispielsweise der Absorption in den trockenen Bestandteilen des Meßgutes, der Beugung, Streuung und/oder Reflexion an dem Meßgut. Vorzugsweise wird zur Berück­ sichtigung dieser Temperaturabhängigkeit die Temperatur des Meßgutes berührungslos gemessen und wird der gemessene Tempera­ turwert bei der Ermittlung des Feuchtegehaltes berücksichtigt. Vorrichtungsseitig werden hierzu vorzugsweise eine Thermosäule, ein pyroelektrischer Sensor oder ein Bolometer eingesetzt.

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen auch hinsichtlich weiterer Vorteile und Merkmale näher erläutert. Dabei wird auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen. Die Er­ findung ist jedoch nicht auf diese Ausführungsbeispiele be­ schränkt. Die einzelnen Figuren der Vorrichtung zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung in schematischer Seitenansicht,

Fig. 2 ein Schema der Durchstrahlungsrichtungen und der zu­ gehörigen Polarisationsrichtungen von Mikrowellen in der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung,

Fig. 3 eine schematische Vorderansicht eines zweiten Ausfüh­ rungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung, und

Fig. 4 einen Schnitt durch auf der Rückseite gelegene Vor­ richtungsteile der in Fig. 3 gezeigten Vorrichtung, von vorne gesehen.

Fig. 1 zeigt eine Warenbahn 1, die beispielsweise Papier, be­ schichtetes Papier, Pappematerial, Kunststoff, Textilmaterial und/oder dergleichen flächiges Material aufweist, und die in der gezeigten Darstellung kontinuierlich in der Richtung in die Bildebene hinein gefördert wird. Die Warenbahn hat beispiels­ weise eine Flächendichte von 3000-5000 g/m² und weist einen zu messenden Feuchtegehalt auf. Wie aus Fig. 1 erkennbar, wird die Warenbahn 1 durch einen rahmenartigen Träger 10 hindurchge­ führt, an dem Teile der Meßvorrichtung befestigt sind. Die Meß­ vorrichtung weist einen Oszillator 9 auf, der beim Betrieb der Vorrichtung Mikrowellen, beispielsweise mit einer Frequenz von 8-12 GHz oder mit einer Frequenz von 2-4 GHz, erzeugt. Die Mi­ krowellen werden in den Hohlleiter 8a eingekoppelt und zu einem ersten Hornstrahler 4a an der Vorderseite 2 der Warenbahn 1 ge­ leitet. Der erste Hornstrahler 4a gibt die Mikrowellen auf eine Übertragungsstrecke entlang eines Meßstrahls 4, der an einem ersten Hornempfänger 4b an der Rückseite 3 der Warenbahn 1 en­ det, wo die Mikrowellen in einen zweiten Hohlleiter 8b einge­ koppelt werden und auf derselben. Seite der Warenbahn 1 zu einem zweiten Hornstrahler 5a geleitet werden. Auf gleiche Weise durchstrahlen die Mikrowellen nach dem Verlassen des zweiten Hornstrahlers 5a die Warenbahn 1 noch entlang eines zweiten Meßstrahls 5, eines dritten Meßstrahls 6 und eines vierten Meß­ strahls 7. Zwischen den jeweiligen Meßstrecken werden sie wie­ derum über Hohlleiter 8c, 8d von dem jeweiligen Hornempfänger 5b, 6b zu dem nächstfolgenden Hornstrahler 6a, 7a geleitet. Am Ende des letzten, vierten Meßstrahls 7 gelangen die Mikrowellen in einen vierten Hornempfänger 7b und von dort zu einem Detek­ tor 11, der die Feldstärke der Mikrowellen detektiert und ein Detektionssignal an den Rechner 12 abgibt, in dem aus dem De­ tektionssignal und gegebenenfalls weiteren Signalen, wie einem berührungslos gemessenen Temperaturwert, der die Temperatur der Warenbahn 1 repräsentiert, der Feuchtegehalt der Warenbahn 1 an der momentanen Förderposition an dem Träger 10 ermittelt wird. Anstelle der Hohlleiter 8a, 8b, 8c, 8d, 8e können auch Mikro­ wellenleiter anderer Art, beispielsweise Streifenleiter und/oder Koaxialkabel verwendet werden.

Jeweils beim Durchqueren der Warenbahn 1 entlang der Meßstrah­ len 4, 5, 6, 7 sind die Mikrowellen abhängig von dem Feuchtege­ halt der Warenbahn 1 einer teilweisen Absorption unterworfen, so daß die Feldstärke der Mikrowellen jeweils am Ende des Meß­ strahls 4, 5, 6, 7 geringer ist als am Anfang des Meßstrahls 4, 5, 6, 7. Aufgrund der vierfachen Durchstrahlung der Warenbahn 1 wird einerseits ein Mittelwert des Feuchtegehaltes über fast die gesamte Breite der Warenbahn 1 ermittelt und andererseits die Meßempfindlichkeit gegenüber einer nur einfachen durch Strahlung um annähernd das Vierfache erhöht, so daß selbst ge­ ringe Restfeuchtegehalt-Werte der Warenbahn 1 ermittelt werden können. Unter Restfeuchtegehalt wird der Feuchtegehalt verstan­ den, der sich in dem Meßgut aufgrund des Feuchtegehaltes seiner Umgebung, insbesondere der Umgebungsluft, einstellt.

Insbesondere um die Effekte stehender Wellen und Reflexion-, Streuungs- sowie Beugungseffekte durch die etwaig quer zur För­ derrichtung flatternde Warenbahn 1 eliminieren zu können, wer­ den die in den Hohlleiter 8a eingekoppelten Mikrowellen mit ei­ ner Frequenz von 70 Hz vorzugsweise bei einem Frequenzhub von 2 bis 4 GHz moduliert (gewobbelt). Störende Signale, beispiels­ weise durch stehende Wellen, mit Frequenzen größer oder gleich 70 Hz, werden insbesondere durch eine nicht gezeigte Tiefpaß- Schaltung zwischen der Detektionseinrichtung 11 und dem Rechner 12 eliminiert. Durch die vorzugsweise breitbandig, im gesamten Sendefrequenzbereich detektierende Detektionseinrichtung 11 mit nachgeschaltetem Tiefpaßfilter erfolgt eine Mittelwertbildung über den Sendefrequenzbereich, die weitgehend frei von uner­ wünschten Effekten bei bestimmten Frequenzen des Sendefrequenz­ bereiches ist. So kann insbesondere auch die störende Wirkung von Absorptionsbanden des trockenen Meßgutes ausgeschaltet wer­ den. Die Detektionseinrichtung 11 weist beispielsweise eine Schottky-Diode zum Empfang der Mikrowellen auf.

In Fig. 2 sind die Durchstrahlungsrichtungen der Mikrowellen und die jeweiligen Polarisationsrichtungen auf den Meßstrahlen 4, 5, 6, 7 schematisch dargestellt. Der Doppelpfeil im oberen Figurenteil von Fig. 2 zeigt die Richtung an, in die die Waren­ bahn 1 gefördert wird. Entlang dem Meßstrahl 4 durchqueren die Mikrowellen die Warenbahn 1 von oben nach unten, d. h. von der Vorderseite 2, auf der der erste Hohlleiter 8a liegt, zu der Rückseite 3, auf der der zweite Hohlleiter 8b liegt. Die Mikro­ wellen sind entlang des Meßstrahls 4 linear, in Förderrichtung der Warenbahn 1 polarisiert. Entlang dem Meßstrahl 5 durch­ queren die Mikrowellen die Warenbahn 1 von unten nach oben, wo­ bei sie linear, unter einem Winkel von 90° quer zur Förderrich­ tung der Warenbahn 1 polarisiert sind. Die Durchquerungsrich­ tungen und die Polarisationsrichtungen entlang der Meßstrahlen 6, 7 entsprechen den Duchquerungsrichtungen und den Polarisa­ tionsrichtungen entlang der Meßstrahlen 4, 5. Auf diese Weise sind die Polarisationsrichtungen jeweils einander benachbarter Meßstrahlen 4, 5, 6, 7 unterschiedlich, so daß reflektierte, gebeugte und/oder gestreute Anteile von Mikrowellen benachbar­ ter Meßstrahlen am jeweiligen Mikrowellenempfänger 4b, 5b, 6b, 7b einer Meßstrecke ausselektiert werden. Hierzu sind die je­ weiligen Hornempfänger 4b, 5b, 6b, 7b auf die jeweilige Polari­ sationsrichtung der Übertragungsstrecke eingestellt und un­ empfindlich gegenüber Mikrowellenstrahlung, die eine um 90° ge­ drehte Polarisationsrichtung aufweist.

Bei den Hornstrahlern 4a, 5a, 6a, 7a und bei den Hornempfängern 4b, 5b, 6b, 7b ist jeweils ein sich in Richtung der Meßstrecke trichterartig erweiterndes Horn vorgesehen, dessen Querschnitt, wie aus Fig. 1 nicht ersichtlich ist, rechteckförmig ist und das entsprechend der jeweiligen Polarisationsrichtung der Meß­ strecke ausgerichtet ist. Die jeweilige Polarisationsrichtung stimmt mit der Ausrichtung der engeren Seite des Querschnitts­ rechtecks überein. Alternativ zu Hornstrahlern bzw. Horn­ empfängern werden Patchantennen oder rechteckige Leiterbahnen eingesetzt, oder sonstige, dem Fachmann bekannte Mittel zur Übertragung von Mikrowellen einer bestimmten Polarisationsrich­ tung.

Bei einer nicht gezeigten Variante der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung sind nur die Mikrowellen entlang der mittleren bei­ den der vier Meßstrahlen linear polarisiert. Dennoch können et­ waig unerwünscht abgelenkte Mikrowellen benachbarter Meß­ strecken wirksam ausselektiert werden.

Fig. 3 und Fig. 4 zeigen eine andere Meßanordnung mit Horn­ strahlern 14a, 15a, 16a, 17a und mit Hornempfängern 14b, 15b, 16b, 17b, die an Endpunkten von wiederum vier Meßstrecken, je­ weils paarweise einander gegenüberliegend an einem Förderab­ schnitt der Warenbahn 1 angeordnet sind. Fig. 3 zeigt die An­ ordnung an der Vorderseite, Fig. 4 an der Rückseite der Waren­ bahn 1, jeweils von vorne gesehen.

Die Führung der Mikrowellen ist folgende: Aus dem Oszillator 9 werden die Mikrowellen über einen Mikrowellenleiter, insbeson­ dere ein Koaxialkabel, in den ersten Hornstrahler 14a einge­ koppelt. Der erste Hornstrahler 14a ist, wie aus der Dar­ stellung erkennbar, mit einem Horn 18 ausgestattet, das einen sich trichterartig in Richtung der Meßstrecke erweiternden, rechteckigen Querschnitt aufweist, wobei die längere Seite des Rechtecks in Polarisationsrichtung (gerader Pfeil nach links) weist. Der Hornstrahler 14a strahlt Mikrowellen mit dieser Po­ larisationsrichtung auf die Meßstrecke ab. Am Ende der Meß­ strecke werden die Mikrowellen von einem in gleicher Richtung ausgerichteten Hornempfänger 14b mit Horn 18 empfangen. Sowohl auf der Vorderseite als auch auf der Rückseite der Warenbahn sind die Hörner 18 derart angeordnet und ausgerichtet, daß die insgesamt vier Meßstrecken die Warenbahn 1 an Stellen durch­ queren, die ungefähr die Ecken eines Quadrats definieren. Von dem Hornempfänger 14b werden nun die Mikrowellen über einen Mikrowellenleiter zu dem Hornstrahler 15a geleitet, der an einem Ende der Meßstrecke liegt, die der ersten Meßstrecke dia­ gonal gegenüberliegt. Der Hornstrahler 15a und der zugehörige Hornempfänger 15b haben dieselbe Ausrichtung wie der Hornstrah­ ler 14a und der Hornempfänger 14b, d. h. die Mikrowellen auf den beiden zugehörigen Meßstrecken sind in der gleichen Richtung linear polarisiert.

Es wurde beobachtet, daß bei einer Einfachdurchstrahlung eines flächigen Meßgutes jeweils einmal von einer Vorderseite zu einer Rückseite des Meßgutes bzw. umgekehrt die Mikrowellen bei gleichem Feuchtegehalt des flächigen Meßgutes in unterschied­ lichem Maße geschwächt werden. Ein möglicher Grund hierfür ist eine unterschiedliche Struktur an der vorderseitigen Oberfläche und an der rückseitigen Oberfläche des Meßgutes. Ein weiterer möglicher Grund liegt in einem bezüglich der Ausbreitungsrich­ tung der Mikrowellen unsymmetrischen schichtartigen Aufbau des Meßgutes. Durch die in Fig. 3 und Fig. 4 gezeigte Meßanordnung, bei der die Mikrowellen gleicher Polarisationsrichtung entlang unmittelbar in der Meßstrahlenkette aufeinanderfolgenden Meß­ strahlen zunächst in einer Richtung das Meßgut durchstrahlen und unmittelbar anschließend in der entgegengesetzten Richtung das Meßgut durchstrahlen, können richtungsabhängige Effekte, wie die vorstehend beschriebenen kompensiert bzw. ein geeigne­ ter Mittelwert gebildet werden. Insbesondere wenn die Feld­ stärke der Mikrowellen nur um einen geringen Prozentsatz beim Durchstrahlen des Meßgutes geschwächt wird, ist es unerheblich, in welcher Richtung das Meßgut zuerst durchstrahlt wird.

Im weiteren Verlauf der Meßstreckenkette werden die Mikrowellen auf der Vorderseite der Warenbahn 1 von dem Hornempfänger 15b über einen Mikrowellenleiter zu dem Hornstrahler 16a geleitet, der die Mikrowellen auf die dritte Meßstrecke zu dem Horn­ empfänger 16b abstrahlt. Über einen weiteren Mikrowellenleiter auf der Rückseite der Warenbahn 1 werden die Mikrowellen dann auf die vierte und letzte Meßstrecke gegeben, an deren Endpunk­ ten der Hornstrahler 17a und der Hornempfänger 17b angeordnet sind. Bei um 90° gedrehter Polarisationsrichtung gegenüber den Hornstrahlern 14a, 15a und Hornempfängern 14b, 15b der ersten und der zweiten Meßstrecke sind die Hornstrahler 16a, 17a und die Hornempfänger 16b, 17b der dritten und vierten Meßstrecke wiederum auf die gleiche Polarisationsrichtung eingestellt. Die dritte und die vierte Meßstrecke durchqueren die Warenbahn 1 wiederum an diagonal gegenüberliegenden Eckpunkten des gedach­ ten Quadrats. Am Ende der vierten Meßstrecke werden die Mikro­ wellen von dem Hornempfänger 17b über einen Mikrowellenleiter zu dem Detektor 11 geleitet. Die Auswertung des Detektions­ signals erfolgt insbesondere auf gleiche Weise wie bei der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung. Gegenüber der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung hat die Vorrichtung von Fig. 3 und Fig. 4 den Vor­ teil, daß bei gleichem Abstand zwischen nächstbenachbarten Meß­ strecken die Meßanordnung eine geringere Breite hat, d. h. Wa­ renbahnen mit geringerer Breite vermessen werden können. Wei­ terhin ist die räumliche Mittelung des Feuchtegehaltes über Be­ reiche geringerer Breite möglich, wobei dieselben Abstände zwi­ schen nächstbenachbarten Meßstrecken eingehalten werden können.

Bei den gezeigten Ausführungsbeispielen werden die Mikrowellen über eine Meßstreckenkette mit insgesamt vier aufeinanderfol­ genden Meßstrecken durch das Meßgut hindurchgestrahlt. Die Er­ findung ist jedoch nicht auf eine Meßstreckenkette mit vier Kettengliedern (Meßstrecken) beschränkt. Vielmehr kann die Meß­ streckenkette jede beliebige Anzahl größer oder gleich zwei von Meßstrecken haben. Die Anzahl richtet sich insbesondere nach der gewünschten Meßempfindlichkeit.

Bezugszeichenliste

1

Warenbahn

2

Vorderseite

3

Rückseite

4

erster Meßstrahl

4

a erster Hornstrahler

4

b erster Hornempfänger

5

zweiter Meßstrahl

5

a zweiter Hornstrahler

5

b zweiter Hornempfänger

6

dritter Meßstrahl

6

a dritter Hornstrahler

6

b dritter Hornempfänger

7

vierter Meßstrahl

7

a vierter Hornstrahler

7

b vierter Hornempfänger

8

a erster Hohlleiter

8

b zweiter Hohlleiter

8

c dritter Hohlleiter

8

d vierter Hohlleiter

9

Oszillator

10

Träger

11

Detektor

12

Rechner

14

a Hornstrahler

14

b Hornempfänger

15

a Hornstrahler

15

b Hornempfänger

16

a Hornstrahler

16

b Hornempfänger

17

a Hornstrahler

17

b Hornempfänger

18

Horn

Claims (8)

1. Verfahren zum Messen des Feuchtegehaltes eines flächigen Meßguts (1) durch Mikrowellenabsorption, insbesondere zum Messen des Restfeuchtegehaltes einer kontinuierlich geför­ derten Warenbahn, wobei die Mikrowellen das Meßgut (1) entlang einer Meßstrahlkette mit mindestens zwei Meßstrah­ len mehrfach durchstrahlen und wobei aus der Feldstärke der Mikrowellen nach dem Durchlaufen des letzten Meßstrahls (7) der Feuchtegehalt ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrowellen zumindest entlang einer Mehrzahl der Meßstrahlen linear polarisiert sind, wobei die polarisierten Meßstrahlen (4, 5) an räumlich voneinander beabstandeten Stellen an den Ecken eines Vielecks das Meßgut (1) durchqueren und wobei die Polarisationsrichtungen von jeweils zwei einander nächst benachbarten Meßstrahlen unterschiedlich sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarisationsrichtungen der zwei Meßstrahlen (4, 5) einen Winkel von etwa 90° miteinander einschließen.

3. verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßstrahlen das flächige Meßgut (1) unter einem Winkel von 30° bis 90°, vorzugsweise etwa 60°, gegen dessen Oberfläche durchqueren.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrowellen das Meßgut (1) entlang der Meßstrahl­ kette abwechselnd von einer Seite des Meßgutes (1) zu der gegenüberliegenden Seite des Meßgutes (1) und umgekehrt durchstrahlen.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Er­ mittlung des Feuchtegehaltes aus der Feldstärke der Mikro­ wellen von der Temperatur des Meßgutes (1) abhängig ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Meßgutes (1) berührungslos gemessen wird und daß der gemessene Temperaturwert bei der Ermitt­ lung des Feuchtegehaltes berücksichtigt wird.

6. Vorrichtung zur Messung des Feuchtegehaltes eines flächigen Meßgutes durch Mikrowellenabsorption, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit

• - einer Mehrzahl von Mikrowellenstrahlern (14a, 15a, 16a, 17a),
• - einer Mehrzahl von jeweils einem der Mikrowellenstrahler (14a, 15a, 16a, 17a) zugeordneten Mikrowellenempfängern (14b, 15b, 15b, 17b),
• - einer Detektionseinrichtung (11) zum Detektieren der Feldstärke von Mikrowellen und
• - einer mit der Detektionseinrichtung (11) verbundenen Auswertungseinrichtung (12) zum Ermitteln des Feuchtegehaltes aus der detektierten Feldstärke, wobei die Mikrowellenstrahler (14a, 15a, 16a, 17a) und die zugeordneten Mikrowellenempfänger (14b, 15b, 16b, 17b) jeweils an einander entgegengesetzten Endpunkten einer Mikrowellen-Meßstrecke angeordnet und auf einander abgestimmt sind, wobei die Meßstrecken über Mikrowellenleiter zu einer Meßstrahlkette gekoppelt sind und wobei der letzte Mikrowellenempfänger (17b) in der Meßstrahlkette mit der Detektionseinrichtung (11) gekoppelt ist,

dadurch gekennzeichnet,
daß die Mikrowellen zumindest entlang einer Mehrzahl der Meßstrecken linear polarisiert von dem Mikrowellenstrahler (14a, 15a, 16a, 17a) zu dem Mikrowellenempfänger (14b, 15b, 16b, 17b) übertragbar sind, wobei die polarisierten Mikrowellen an räumlich voneinander beabstandeten Stellen an den Ecken eines Vielecks das Meßgut (1) durchqueren und wobei die Polarisationsrichtungen von jeweils zwei einander nächst benachbarten Meßstrecken unterschiedlich sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrowellenstrahler (14a, 15a, 16a, 17a) und die Mikrowellenempfänger (14b, 15b, 16b, 17b) jeweils ein trichterartiges, sich in Richtung der Meßstrecke erweiterndes Horn (18) aufweisen, dessen Querschnitt rechteckförmig ist und das entsprechend der Polarisationsrichtung der jeweiligen Meßstrecke ausge­ richtet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7 zur Durchführung eines Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung der Temperatur des Meßgutes (1) eine Ther­ mosäule, ein pyroelektrischer Sensor oder ein Bolometer vorgesehen ist.