DE2010893A1 - Verfahren und Anordnung zur Messung der Lage bzw Verschiebung oder Dicke eines Prüfstücks mittels eines Hochstfrequenzresona tors - Google Patents
Verfahren und Anordnung zur Messung der Lage bzw Verschiebung oder Dicke eines Prüfstücks mittels eines Hochstfrequenzresona torsInfo
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Description
PATENTANWALr
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 fQ 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
fQ des Hilfsgenerators haben. Diese Bestandteile haben als Frequenzen
Cf1 - fQ) 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 (6)
- PatentansprücheVerfahren 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 (fQ) 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 der109815/1225festen Frequenz (P0) haben, also f., - f 0 und f' 1—fQ, und gegebenenfalls anschließend diese Frequenzdifferenzen f-j - fQ 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.109815/1225Leerseite
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