DE2137063A1

DE2137063A1 - Waveguides for microwaves

Info

Publication number: DE2137063A1
Application number: DE19712137063
Authority: DE
Inventors: Jack Newcastle-upon-Tyne Bilbrough (Großbritannien)
Original assignee: Rank Organization Ltd
Current assignee: Rank Organization Ltd
Priority date: 1970-07-23
Filing date: 1971-07-23
Publication date: 1972-01-27

Description

Hohlleiter für MikroWellen Die Erfindung betrifft einen Hohlleiter für Mikrowellen insbesondere zur Messung des Feuchtigkeitsgehaltes eines fließfähigen bzw. pastenartigen Materials, bestehend aus zwei mit ihren Enden aufeinander ausgerichteten Hohlleiterteilen, zwischen denen das Material gegebenenfalls fließend angeordnet ist und von denen zumindest eines mit einer für elektromagnetische Strahlung durchlässigen Abdichtung gegen den Eintritt des Materials versehen ist. Waveguide for Microwaves The invention relates to a waveguide for microwaves especially for measuring the moisture content of a flowable or paste-like material, consisting of two aligned with their ends Waveguide parts, between which the material is optionally arranged in a flowing manner is and of which at least one with a permeable to electromagnetic radiation Sealing against the entry of the material is provided.

Ein bekanntes Verfahren zur Bestimmung des Feuchtigkeitsgehaltes einer fließfähigen Paste besteht darin-, daß die Paste zwischen die einander gegenüber angeordneten Enden zweier TTohlleiterteile gebracht wird, wobei diese Enden genau aufeinander ausgerichtet sind und einen Abstand zueinander haben. Die Paste kann in einem Kanal angeordnet sein, der vorzugsweise mit einander gegenüberliegenden Öffnungen versehen ist, in die die Hohlleiterteile eingesetzt sind. Um zu verhindern, daß die Paste in die Hohllei@erteile eintritt, @ann jedes der beiden Enden mi-t einer Abdichtung versehen sein, die aus einem für elektromagnetische Strahlung durchlässigen Material besteht, so da@ Mikrowellen hindurchgeleitet werden können Die Abdichtungen können aus festem dielektrischem Material bestehen, beispiel-sweise aus Polystyrol, Polyäthylen, keramischem Material u.ä. Die für solche Abdichtungen verwendeten Stoffe haben üblicherweise jedoch eine höhere Dielektrizitätskonstante als Luft und verursachen daher Reflexionen eines Teils der einfallenden Wellen an der Grenzschicht zwischen ihrer Oberfläche und der Luft. Die Substanz, deren Feuchtigkeitsgehalt bestimmt werden soll, kann gleichfalls eine gegenüber derjenigen der tuft höhere Dielektrizitätskonstante bzw. Durchlässigkeit haben (fließfähige Stoffe, die Wasser enthalten, haben eine Dielektrizitätskonstante im Bereich zwischen fünf und fünfzig), so daß weitere Reflexionen an der Grenzschicht zwischen dem dielektrischen Material und dem fließfähigen Material erzeugt werden.A well-known method for determining the moisture content of a Flowable paste consists in that the paste between the opposite one another arranged ends of two T waveguide parts is brought, these ends exactly are aligned and spaced apart. The paste can be arranged in a channel, which is preferably opposite one another Openings is provided into which the waveguide parts are inserted. To prevent, that the paste enters the hollow part, then each of the two ends with be provided with a seal made of a permeable to electromagnetic radiation Material exists so that @ microwaves can be passed through the Seals can consist of solid dielectric material, for example made of polystyrene, polyethylene, ceramic material, etc. The one for such waterproofing However, the materials used usually have a higher dielectric constant than air and therefore cause reflections of some of the incident waves the boundary layer between its surface and the air. The substance, its moisture content is to be determined, it can also be higher than that of the tuft Have dielectric constant or permeability (flowable substances that water contain a dielectric constant in the range between five and fifty), so that further reflections at the interface between the dielectric material and the flowable material.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Hohleiter zu schaffen, der die vorstehend genannten Nachteile der Reflexionen an den genannten Grenzschichten nicht aufweist.The object of the invention is to create a waveguide, the above-mentioned disadvantages of the reflections at the mentioned boundary layers does not have.

Ein Hohlleiter der eingangs genannten Art ist zur Lösung dieser Aufgabe erfindungsgemäß derart ausgeführt, daß die Abdichtung derart ausgebildet ist, daß sie eine zunehmende Durchlässigkeit bzw. Dielektrizitätskonstante des Hohllei ters für elektromagnetische Strahlung in Richtung auf das Ende des mit ihr verbundenen Hohleiterteils zu erzeugt.A waveguide of the type mentioned is to solve this problem carried out according to the invention such that the seal is designed such that they have an increasing permeability or dielectric constant of the Hohllei age for electromagnetic radiation towards the end of the associated with it Waveguide part to be generated.

Die jeweilige Abdichtung kann in Richtung auf den mit ihr verbundenen Hohlleiterteil zu einen schrittweise und/oder kontinuierlich abnehmenden Querschnitt aufweisen. werner kann sie aus mehreren Teilen bestehen, die untereinander gleichen Querschnitt aufweisen, sus unterschiedlichen Stoffen bestehen und in de@ Reihenfol@e abne@mender Dieleitri7itatskonstanCe aneor(lnet ind.The respective seal can be directed towards the associated with it Waveguide part to a gradually and / or continuously decreasing cross-section exhibit. Werner, it can consist of several parts that are similar to one another Have cross-section, consist of different materials and in de @sequence @ e decreasing dielectric constant aneor (lnet ind.

Vorzugsweise ist jeder Hohlleiterteil mit einer Abdichtung versehen.Each waveguide part is preferably provided with a seal.

Die jeweilige Abdichtung kann konisch oder abgeschrägt ausgeführt sein und dadurch eine allmähliche Zunahme der Durchlässigkeit für durch den Hohlleiter geleitete Mikrowellen aufweisen, so daß Reflexionen an der Grenzschicht zwischen Abdichtung und Luftraum verringert werden. Ferner kann die Abdichtung einen schrittweise abnehmenden Querschnitt aufweisen, wobei die Schritte proportional der Wellenlänge des Hohlleiters bemessen sind, so daß an den Schrittflächen erzeugte Reflexionen in Gegenphase zueinander sind und ausgelöscht werden.The respective seal can be conical or bevelled and thereby a gradual increase in permeability for through the waveguide Have guided microwaves, so that reflections at the interface between Sealing and air space are reduced. Furthermore, the seal can be gradual have decreasing cross-section, the steps being proportional to the wavelength of the waveguide are sized so that reflections generated at the crotch surfaces are in antiphase with each other and are being extinguished.

Die jeweilige Abdichtung kann aus einem Material mit einer Dielektrizitätskonstante bestehen, die derjenigen des fließfähigen bzw. pastenartigen Materials möglichst genau entspricht.The respective seal can be made of a material with a dielectric constant exist that of those of the flowable or paste-like material as possible corresponds exactly.

Durch die Erfindung wird also auch eine verbesserte Abdichtung für einen Hohlleiter der vorstehend beschriebenen Art geschaffen.The invention also provides an improved seal for created a waveguide of the type described above.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden an wand der Figuren beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 den Schnitt einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hohlleiters, dessen Teile einem Kanal mit fließfähigem Medium zugeordnet sind, dessen Feuchtigkeitsgehalt zu messen ist, wobei die Darstellung dem Schnitt A-A aus Fig. 2 entspricht, Fig. 2 den Schnitt B-B aus Fig. 1 und Fig. 3, 4 und 5 Teilschnitte ähnlich Fig. 2, jedoch für drei weitere Ausführungsformen der Erfindung.Embodiments of the invention are in the following to the wall Figures described. 1 shows the section of an embodiment of one according to the invention Waveguide, the parts of which are assigned to a channel with a flowable medium Moisture content is to be measured, the illustration corresponding to section A-A from Fig. 2 corresponds to section B-B from FIG. 1 and FIGS. 3, 4 and 5 partial sections similar to FIG. 2, but for three further embodiments of the invention.

In Fig. 1 und 2 ist ein Kanal 1 dargestellt, dem diametral gegenüberliegend zwei Hohlleiterteile 10 und 12 zugeordnet sind, die mit dem Inneren des Kanals 1 in Verbindung stehen. Der'Kanal 1 führt ein fließfähiges Material 2 (beispielsweise eine Probe), dessen Feuchtigkeitsgehalt bestimmt werden soll. Jedes der einander gegenüberliegenden Enden der Hohlleiterteile 10 und 12 ist mit einer Abdichtung 4 aus einem Material versehen, welches für elektromagnetische Strahlung durchlässig ist, so daß im Hohlleiter 10, 12 geführte Mikrowellen möglichst ohne Dämpfung die Abdichtungen 4 passieren können. Die Abdichtungen 4 verhindern den Eintritt des fließfähigen Materials 2 in die Hohlleiterteile 10 und 12.In Fig. 1 and 2, a channel 1 is shown, which is diametrically opposite two waveguide parts 10 and 12 are assigned, which are connected to the interior of the channel 1 stay in contact. Der'Kanal 1 carries a flowable material 2 (for example a sample) whose moisture content is to be determined. Each of each other opposite ends of the waveguide parts 10 and 12 is sealed 4 made of a material which is transparent to electromagnetic radiation is, so that in the waveguide 10, 12 guided microwaves as possible without attenuation Seals 4 can happen. The seals 4 prevent the entry of the flowable material 2 into the waveguide parts 10 and 12.

Wie aus Fig. 1 und 2 hervorgeht, nimmt der Querschnitt einer jeden Abdichtung 4 ausgehend vom Kanal 1 in jedem Hohlleiterteil 10 und 12 ab. Diese Konstruktion der Abdichtungen erzeugt eine allmähliche Änderung der elektromagnetischen Übertragungseigenschaften des Hohlleiters für eine in ihm geführte Mikrowelle. Das Vorhandensein der Abdichtungen 4- erhöht den effektiven Querschnitt des Hohlleiters um einen der Dielektrizitätskonstante bzw. der Durchlässigkeit des Abdichtungsmaterials entsprechenden Faktor, so daß sich der Hohlleiter so verhält, als ob er mit einem an das Probenmaterial angepaßten Horn versehen wäre. Dadurch werden Reflexionen an der Grenzschicht zwischen der Luft und dem dielektrischen Material vermindert. Die Abdichtungen 4 können rechteckförmig, quadratisch, rund oder andersartig ausgeführt sein.As can be seen from Figs. 1 and 2, the cross-section of each Seal 4 starting from channel 1 in each waveguide part 10 and 12. This construction of the seals creates a gradual change in the electromagnetic transmission properties of the waveguide for a microwave guided in it. The presence of the waterproofing 4- increases the effective cross section of the waveguide by one of the dielectric constant or the permeability of the sealing material corresponding factor, so that the waveguide behaves as if it were matched to the sample material Horn would be provided. This causes reflections at the interface between the Air and the dielectric material. The seals 4 can be rectangular, be square, round or otherwise.

In der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform sind die Abdichtungen 4A abgestuft, wie es bei 4B gezeigt ist. Der Abstand zwischen den Schritten ist derart bemessen, daß Reflexionen an den Stufenflächen gegenphasig sind, während bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform die Abdichtungen 4C keilförmig abgeschrägt sind.In the embodiment shown in FIG. 3, the seals are 4A graded as shown at 4B. The distance between steps is like this dimensioned that reflections on the step surfaces are out of phase, while in the In the embodiment shown in FIG. 4, the seals 4C are wedge-shaped beveled are.

Das Material der Abdichtungen 4, 4A und 4C ist vorzugsweise so ausgewählt, daß seine Dielektrizitätskonstante bzw.The material of the seals 4, 4A and 4C is preferably selected so that that its dielectric constant or

Durchlässigkeit für elektromagnetische Strahlung möglichst genau dem entsprechenden Wert des fließfähigen Materials 2 entspricht, um Wellenreflexionen an der Grenzschicht zwischen dem fließfähigen Material 2 und dem dielektrischen Material minimal zu halten.Permeability for electromagnetic radiation as exactly as possible corresponding value of the flowable material 2 corresponds to wave reflections at the interface between the flowable material 2 and the dielectric Keep material to a minimum.

Die beiden Maßnahmen der Querschnittsänderung der Abdichtung und der Anpassung ihres Materials hinsichtlich der Dielektrizitätskonstante an das fließfähige Material führen zu einer gegenüber einer in den Kanal 1 geleiteten Mikrowelle zunehmenden Durchlässigkeit für die elektromagnetische Strahlung. Dadurch werden die Wellenreflexionen verringert, so daß eine genauere Bestimmung des Feuchtigkeitsgehaltes durch Messung der Mikrowellenenergie vor und nach dem Durchgang durch das fließfähige Material gewährleistet ist. Die Abdichtungen erzeugen natürlich für die aus dem Kanal 1 in eine Abdichtung und danach in einen Hohlleiterteil eintretende elektromagnetische Strahlung eine abnehmende Durchlässigkeit bzw. Dielektrizitätskonstante des Hohlleiters.The two measures of changing the cross-section of the seal and the Adaptation of their material with regard to the dielectric constant to the flowable one Material lead to an increase compared to a microwave directed into channel 1 Permeability to electromagnetic radiation. This will cause the wave reflections reduced, so that a more precise determination of the moisture content by measurement the microwave energy before and after passing through the flowable material is guaranteed. The seals naturally produce for those from the channel 1 in a seal and then electromagnetic entering a waveguide part Radiation has a decreasing permeability or dielectric constant of the waveguide.

Dasselbe Ergebnis kann mit der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform der Erfindung erreicht werden, bei der die Abdichtung einen konstanten Querschnitt entsprechend der lichten Weite des ITohlleiters hat, Jedoch aus drei verschiedenen Teilen 4D, 4E und 4F besteht, deren Durchlässigeit für elektromagnetische Strahlung in Richtung zum Ende des Hohlleiterteils 12 hin zunimmt, in dem die Abdichtung angeordnet ist. Die Abdichtung 4D, 4E und 4F erzeugt daher eine zunehmende Durchlässigkeit für elektromagnetische Strahlung, wenn diese aus der Abdichtung bzw. dem Hohlleiterteil 12 in den Kanal 1 geleitet wird. Eine ähnliche Abdichtung kann natürlich in dem anderen Hohlleiterteil 10 symmetrisch angeordnet sein. Diese Anordnung ha-t denselben Effekt wie eine gestufte Abdichtung, deren Ausführungsbeispiel in Fig. 3 gezeigt ist.The same result can be achieved with the embodiment shown in FIG of the invention can be achieved in which the seal has a constant cross-section according to the clear width of the waveguide, but from three different ones Parts 4D, 4E and 4F consists of their permeability to electromagnetic radiation increases in the direction of the end of the waveguide part 12 in which the seal is arranged is. The seal 4D, 4E and 4F therefore creates an increasing permeability for electromagnetic radiation, if this comes from the seal or the waveguide part 12th into channel 1. A similar seal can of course in the other Waveguide part 10 can be arranged symmetrically. This arrangement has the same effect like a stepped seal, the embodiment of which is shown in FIG.

Bei jeder Ausführungsform der Erfindung können der Hohllei--ter 10, 12 und der Kanal 1 Temperaturfühler, beispielsweise Thermistoren, enthalten, die die Temperatur der Abdichtung und/oder des zu prüfenden Materials auswerten.In each embodiment of the invention, the waveguide 10, 12 and the channel 1 temperature sensors, such as thermistors, contain the evaluate the temperature of the seal and / or the material to be tested.

Claims

Waveguides for microwaves, especially for measuring moisture content a flowable or paste-like material, consisting of two with their ends aligned waveguide parts, between which the material if necessary is arranged fluently and of which at least one with one for electromagnetic Radiation-permeable seal is provided against the entry of the material, characterized in that the seal (4, 4A, 4C, 4D, 4E, 4F) is designed in this way is that they have an increasing permeability or dielectric constant of the waveguide (10, 12) for electromagnetic radiation in the direction of the end of the connected with it Waveguide part (10 or 12) to be generated.

2. Waveguide according to claim 1, characterized in that each Waveguide part (10, 12) is provided with a seal (4, 4A, 4C, 4D, 4E, 4F).

3. Waveguide according to claim 1 or 2, characterized in that daP the respective seal (4, 4A, 4C) in the direction of the waveguide part connected to it (10 or 12) has to gradually and / or continuously decreasing cross-section.

4. Waveguide according to claim 1, 2 or 3, characterized in that that the respective seal (4) is designed conical or beveled and thereby a gradual increase in permeability for through the waveguide (10, 12) having guided microwaves, so that reflections at the interface between Sealing (4) and air space are reduced.

5. Waveguide according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the respective seal (4A) has a gradually decreasing cross section and that the steps (4B) proportional to the wavelength of the waveguide (10, 12) are dimensioned so that reflections generated at the step surfaces (4B) are in antiphase are to each other and will be extinguished.

6. Waveguide according to one of claims 3 to 5, characterized in that that the respective seal (4, 4C) made of a material with a dielectric constant exists that of that of the flowable or paste-like material (-2) as possible corresponds exactly.

7. Waveguide according to claim 1 or 2, characterized in that the respective seal (4D, 4E, 4F) consists of several parts that are interconnected have the same cross-section, consist of different materials and in the Order of decreasing dielectric constant are arranged.

8. Waveguide according to one of the preceding claims, characterized in that that a temperature sensor for evaluating the temperature of the respective seal (4, 4A, 4C, 4D, 4E, 4F) and / or the flowable or paste-like material (2) is provided.

L e r s e i t e