DE2010893A1

DE2010893A1 - Verfahren und Anordnung zur Messung der Lage bzw Verschiebung oder Dicke eines Prüfstücks mittels eines Hochstfrequenzresona tors

Info

Publication number: DE2010893A1
Application number: DE19702010893
Authority: DE
Inventors: Maurice Grenoble Warlop Raymond Pont de Claix Masson, (Frankreich) P
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1969-03-07
Filing date: 1970-03-07
Publication date: 1971-04-08
Also published as: GB1297981A; BE746687A; NL7003146A; CH520920A; IT943550B; FR2036238A6; LU60448A1

Description

PATENTANWALr

D S MÜNCHEN S, OTTOSTRASSEIa TELEGRAMME: MAYPATENT MÜNCHEN

TELEFON CO811> 593682

B.3621.3 RO München, 7. März 1970

' Dr,M. /m

CP 331/833

Commissariat ä I¹Energie Atomigue in Paris / Frankreich

Verfahren und,Anordnung zur Messung der Lage bzw. Verschiebung oder Dicke eines Prüfstücks mittels eines HÖchstfrequens-

Ipejaenators

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der Lage und infolgedessen einer aus einer Veränderung der Lage folgenden , Verschiebung sowie auch zur Messung der Dicke eines Prüfstücks. Diese Lage beeinflußt die Resonanzfrequenz eines Höchstfrequenz-» Meßhohlraums, und eine Verschiebung führt damit zn einer Veränderung der Abstimmfrequenz dieses Meßhohlraums. Die Erfindung betrifft ferner Meßanordnungen» welche dieses Verfahren anwenden.

Aus der deutschen Auslegeschrift 1 284 643 ist eine Anordnung zur Messung von Volumenveränderungen bzw. Verschiebungen eines im Core eines Kernreaktors oder in der Nähe einer radioaktiven Quelle angeordneten Prüfstücks mittels eines Höchstfrequenzgenerators bekannt, bei der das zu untersuchende Prüfstück in einem hermetisch abgeschlossenen Behälter enthalten ist, dessen Deckel mit einem im Behälterinnenraum angeordneten beweglichen Haltekopf verbunden ist, das eine Ende des Prüfstücks in einem am

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Boden des Behälters befestigten Haltekopf und das andere Ende des Prüfstücks am relativ zum befestigten Haltekopf beweglichen Haltekopf befestigt ist, der seinerseits mit dem Abstimmkolben eines von einem außerhalb des Kernreaktors angeordneten Höchstfrequenzgenerator gespeisten Meßresonanzhohlraums starr verbunden ist. Diese Anordnung kann so ausgebildet sein, daß der Hochstfrequenzgenerator den durch einen Richtkoppler mit einem Vergleichshohlraum und einer Halbleiterdiode verbundenen Meßhohlraum speist, wobei die von der Halbleiterdiode gelieferte Spannung auf dem Schirm eines Oscilloskops erscheint, dessen Kippspannung durch Einwirkung auf die Steuerspannung des Höchstfrequenzgenerators zu dessen Modulierung dient. Der Abstimmkolben ist mittels einer Mikrometerschraube verschiebbar, und die Messung wird durchgeführt, indem zu Beginn und Ende derMessung die auf dem Oscilloskopschirm erscheinenden, vom Meßhohlraum und Vergleichshohlraum herrührenden Absorptionsspitzen zur Deckung gebracht werden und die Verschiebung der Mikrometerschraube zwischen diesen beiden Stellungen abgelesen wird. Hierzu ist jedoch eine Bedienungsperson erforderlich, was einen Nachteil dieser Anordnung bedeutet.

Bei einer zweiten Ausführungsform der bekannten Anordnung steuert die von der Halbleiterdiode erzeugte Spannung eine automatische Frequenzsteuerung des elekt-ronisch abstimmbaren Generators, um seine Frequenz auf die Resonanzfrequenz des Meßhohlraums abzustimmen. In diesem Fall ist der Ausgang des Generators über einen gekreuzten Richtkoppler mit einem Höchstfrequenzzähler verbunden, und die Veränderung der Frequenz der Welle ist ein Maß für die Verschiebung· Diese Ausführungsform besitzt gegenüber der obengenannten den Vorteil der automatischen Betriebsweise, zumindest

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nach einer Anfangseinstellung, jedoch ist der erforderliche Höchstfrequenzzähler ein sehr teures Gerät.

Eine Weiterbildung dieser beiden bekannten Anordnungen, welche deren Nachteile vermeidet, ist Gegenstand der Patentanmeldung. P 19 06 794.8-52, welche ein Zusatz zu Patent 1 284 643 ist.

Bei dieser Weiterbildung ist wie bei der oben genannten zweiten Ausführungsform der Höchstfrequenzgenerator elektronisch abstimmbar und speist den durch einen Richtkoppler mit einer Halbleiterdiode verbundenen Meßhohlraum, während die von der Halb- * leiterdiode erzeugte Spannung eine automatische Frequenzsteuerung des elektronisch abstimmbaren Generators steuert, um seine Frequenz auf die Resonanzfrequenz des Meßhohlraums abzustimmen, wobei aber diese Weiterbildung außerdem noch einen Hilfsmeßkreis besitzt, der einen zweiten gekreuzten Richtkoppler mit einem Hochfrequenzgleichrichter, einen Hilfsverstärker und einen Servomotor mit einer Mikrometerschraube enthält und durch letztere die Resonanzfrequenz eines Vergleichshohlraums auf die Frequenz der vom Höchstfrequenzgenerator gelieferten Welle nachstellt. *

Insbesondere soll bei dieser Weiterbildung eine Anzeigevorrichtung zur Anzeige der stellung der Welle des Servomotors vorgesehen sein und als Anzeigevorrichtung insbesondere ein auf der Welle des Servomotors befestigtes Drehpotentiometer dienen.

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Die vorliegende Erfindung betrifft nun eine Verbesserung der Verfahren zur Messung der Lage und infolgedessen der Verschiebung einer leitenden Wand mittels eines Resonanzhohlraums.

Zu diesem Zweck wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren die Innenfläche eines Meßresonanzhohlraums teilweise von einer der Flächen dieser leitenden Wand gebildet.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann benutzt werden, um die Plüssigkeitshöhe einer leitenden Flüssigkeit oder die Schwingung eines Metallstücks zu messen. Es ermöglicht auch durch Verwendung zweier auf der einen und anderen Seite einer leitenden Platte angeordneten Meßhohlräume und Kombination der von diesen beiden Meßanordnungen ausgesandten Signale die Messung der Dicke dieser Platte.

Die Erfindung wird erläutert durch die folgende Beschreibung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Messung der Verschiebung eines Prüfstücks und eines schematischen Schaltbildes, die in den beigefügten Figuren gezeigt sind. Selbstverständlich können im Rahmen der Erfindung auch äquivalente Ausbildungen Verwendung finden.

Fig. 1 zeigt schematisch im Schnitt einen Teil der Anordnung gemäß der erfindungsgemäßen Weiterbildung für den besonderen Fall einer Dickenmessung.

Fig. 2 zeigt das Schaltbild einer erfindungsgemäßen Anordnung.

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Pie Platte 300, deren Dicke e gemessen werden soll, wird zwischen zwei einander zugewandten Meßresonanzhohlräumen 6 und 6» angeordnet. Diese beiden Meßhohlräume werden von zwei nicht gezeigten Oscillatoren 20 und 20· über Hohlleiter 14 und 14'-, welche auch die von den Hohlräumen reflektierten Wellen weiterleiten, mit Höchstfrequenz gespeist. Die Kopplung erfolgt durch die Blenden 302 und 302·.

Die beiden Meßresonanzhohlräume 6 und 6· bestehen jeder aus einem feststehenden Metallkörper 304-bzw. 304', der die Form eines ■ Hohlzylinders hat, dessen der Platte 300 zugewandte Stirnseite offen ist. Diese beiden Stirnseiten 306 bzw. 306·, die oberhalb bzw. unterhalb der Platte 300 liegen, schließen elektrisch gesehen die Meßresonanzhohlräume 6 und 6' ab.

Die mit jedem der beiden Meßresonanzhohlräume verbundenen identischen elektronischen Einrichtungen sind in der Figur nicht angegeben; man kann irgendwelche der Einrichtungen benutzen, die in der deutschen Auslegeschrift 1 284 643 oder der Zusatzpatent- | anmeldung P 19 06 794.8-52 beschrieben· sind, vorzugsweise eine der automatisch arbeitenden Einrichtungen, welche ein Signal liefern, das ein Maß für den Abstand der betrachteten Oberfläche von einer feststehenden Vergleichsfläche, beispielsweise den feststehenden waagerechten Wänden 308 bzw. 308· der Meßresonanzhohl-•räume ist. . ■

Wenn 1 und 1* diese Abstände sind und L den Abstand zwischen den beiden feststehenden Wänden 308 und 308' bezeichnet, gilt offen-

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sichtlich: L = 1 + 1· + e

Aus den Messungen der beiden Resonanzfrequenzen kann man 1 und 1' und damit e entnehmen, da L bekannt ist.

Das elektcische Schaltbild (Fig. 2) einer nicht gezeigten Meßanordnung kann enthalten: Die ebene Wand 300, die beiderseits dieser Wand angeordneten Heßresonanzhohlräume 6 und 6¹, die diese Meßhohlräume errregenden Generatoren 20 und 20* und Frequenzzähler 17 und 17', welche die Frequenz der von den Generatoren erzeugten Signale messen, wenn die Meßhohlräume abgestimmt sind.

Die Messung der Frequenzen kann vorteilhafterweise vorgenommen werden durch Messung der Frequenz der Interferenz mit einer Welle fester Frequenz f_Q die von einem Höchstfrequenzhilfsgenerator 15 geliefert wird. Dieser Hilfsgenerator und jeder der Hauptgeneratoren 20 und 20', welche die Frequenz f^ bzw. £^ , abgeben, sind mit Mischern 17 und 17¹ verbunden. Diese Mischer wählen jeweils die Interferenzbestandteile aus» die als Frequenz die Unterschiede zwischen einerseits den eintreffenden Frequen-

zen der Hauptgeneratoren f^ und f ₁ und andererseits der Frequenz f_Q des Hilfsgenerators haben. Diese Bestandteile haben als Frequenzen Cf₁ - f_Q) und (£'i - ^£q)' ^Die Mischer 17 und 17 · sind jeweils mit Frequenzzählern 18 und 18· verbunden.

Ein interessanter Wert der festen Frequenz kann der sein, welcher einer Dicke 0 und l=l'=L/2 entspricht.

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In allen Fällen kann die Veränderung der Ausgangs signale der Frequenzzähler gegenüber der Veränderung dieser Lage linear gemacht werden, mindestens in einem bestimmten Bereich. Die Summe der Ausgangssignale der beiden Frequenzzähler verändert sich damit linear in Abhängigkeit von der Dicke der Wand 300. Man kann eine mit den beiden Frequenzzählern verbundene elektronische Addiervorrichtung 19 vorsehen, welche direkt ein Signal liefert, das ein Maß für die Dicke ist*

Bei einem Betrieb im X-Bandbereich (8,2 bis 12,4 GHz) würden 1 und 1! in der Größenordnung von 10 cm sein, was eine Empfindlichkeit von etwa 1 MHz/mm, eine Genauigkeit der Dickenmessung besser als 0,01 mm und eine lineare Ausdehnung des Meßbereichs von 0 bis 5 mm ergibt.

Eine bevorzugte Verwendung des erfindungsgemäßen Dickenmeßgeräts ist die kontinuierliche Messung von Blechdicken in einem Walzwerk .

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zur Messung der Lage einer leitenden Wand mittels Höchstfrequenz, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Seiten der leitenden Wand zur teilweisen Ausbildung der Innenfläche eines Meßresonanzhohlraums verwendet und die Resonanzfrequenz dieses Meßhohlraums gemessen wird.
2.) Verfahren zum Messen der Dicke einer ebenen leitenden Wand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beiderseits der ebenen leitenden Wand zwei ohne Boden ausgebildete Meßresonanzhohlräume so angeordnet werden, daß jede der beiden ebenen Flächen dieser Wand die Rolle des Bodens des einen bzw. anderen der Meßhohlräume spielt, die Resonanzfrequenzen der beiden Meßhohlräume gemessen werden und daraus die Dicke der Wand bestimmt wird.
3·) Verfahren zur Messung der Dicke einer ebenen leitenden Wand nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mittels zweier Hauptgeneratoren zwei Höchstfrequenzwellen zur Erregung des ersten und zweiten Meßhohlraums sowie mittels eines Hilfsgenerators eine Welle fester Frequenz (f_Q) erzeugt werden,- die Welle fester Frequenz (£q) mit jeder der v/ellen der beiden Meßhohlräume mit der Resonanzfrequenz Cf₁) und(f'^) gemischt wird, die Interferenzbestandteile ausgewählt werden, welche als Frequenz die Unterschiede zwischen einerseits jeder der Resonanzfrequenzen (f-j und f'.j) der Meßhohlräume und andererseits der

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festen Frequenz (P₀) haben, also f., - f ₀ und f' ₁—f_Q, und gegebenenfalls anschließend diese Frequenzdifferenzen f-j - f_Q und fij - f Q addiert werden.
4.) Vorrichtung zur Messung der Dicke einer ebenen leitenden Wand unter Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch zwei Höchstfrequenzgeneratoren (20,20*), die jeden von auf der einen und anderen Seite der ebenen leitenden Wand angeordneten, keinen Boden besitzenden Resonanzhohlräumen (6,6·) speisen, sowie zwei Frequenzzähler (18,18·).
5·) Vorrichtung zur Messung der Dicke einer ebenen leitenden Wand unter Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwei auf der einen und anderen Seite der ebenen leitenden Wand (300) angeordnete, keinen Boden besitzende Resonanzhohlräume (6,6·), zwei zur Speisung dieser Resonanzhohlräume dienende Höchstfrequenzgeneratoren (20,20·), einen Höchstfrequenzhilfsgenerator (15) mit fester Frequenz f₀, zwei Mischer (17»17') und zwei die von jedem der Mischer ausgehenden Signale empfangende Frequenzzähler (18,18') besitzt.
6.) Vorrichtung zur Messung der Dicke einerebenen leitenden Wand nach den Ansprüchen 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein elektronisches Addierwerk (19) enthält, dessen beide Eingänge mit den Frequenzzählern verbunden sind.

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