DE2248684A1 - Hochfrequenz-einrichtung zur zerstoerungsfreien untersuchung einer sich bewegenden materialbahn - Google Patents

Description

Patentanwälte J J L Q β Ο /

Dipl. Ing.CWallach .1 £<***>*!*

Dipl. Ing. G. Koch ^h° Oktöfci Dr. T. Haibach

8 München 2 13 950 Kauflngerstr. 8, Tel. 24 027Ö

Sperry Rand Corporation New York /USl

Hochfrequenz-Einrichtung zur zerstörungsfreien Untersuchung einer sich bewegenden' Materialbalm,

Die Erfindung bezieht sich auf ein® Boelafrequeaz-Elorlefafeung zur zerstörungsfreien Untersuchung ©ia©p sich bewegenden Materialbahn durch Überwachen, der $<§? E3at@rialbahn ©igenen dielektrischen Eigenschaftenf, b©ispl©lsw@lse in W®%>Is>m£ ©ines Herstellungsvorgangs»

Es wurden in der Vergangenheit ^e^aeMedan© Arten von llikrowellen-Interferoraeter- und ander©Ä llariehifcimgen für die zerstörungsfreie Feststellung von F©lni«S3?m oder Rissen in Materialien verwendet_a und zwar unter EiasetiliaB ¥oa Einrichtungen^ die eine kontinuierliche Überwachung eines dielektrischen Materials wihrend dessen Vorbeilaufen an einer Öberwachungselnrlchfcung in einem Herstellungsvorgang eiaiöglleiiea.« 3Ss wirden sowohl Heflexions- oder Stehwellenteohnlkea ©1s auch Eaergie-Sfereuprinzipien mit gewissem Erfolg zur Feststellung von unbpauehbaren Stellen, aufgespaltenen Schlcht^a, Elalcroporenä EiBseMltissen von Fremdkörpern und ayadereia ÄrfceB fön Fehlstelle© in vielea Kunststoff-, Keramik- und aßdereia üaterialiea

Bekannte Verfahren umfassen aas ßrüaden der Einfaolifoelfe suchungen bei einer MikrowellenfFequeag und ergeben datier

allgemeinen keine zuverlässigen Ergebnisse wenn stark unterschiedliche Größen und Arten von Fehlstellen zu erwarten sind. Die Empfindlichkeit derartiger Mikrowellenuntersuchungen hingt außerdem im großen Ausmaß von der verwendeten üntersuchungsfrequenz ab und wächst im allgemeinen mit dieser Untersuchungsfrequenz. Beispielsweise ändert sich der Streuquersohnitt für eine Fehlstelle von gegebener Größe stark als Funktion der Untersuchungsfrequenz.

Es ist zu erkennen, daß derartige bekannte Einrichtungen unbrauchbar sind, wenn Fehlstellen mit einem weiten Bereich von kennzeichnenden Eigenschaften festgestellt werden sollen· Weiterhin weisen derartige bekannte Einrichtungen keine Haßnahmen zur Unterscheidung gegenüber einem fehlerhaften Betrieb auf« der durch irgendeine Änderung in der unmittelbaren Umgebung der Untersuchungseinrichtungen hervorgerufen wird, Ohne derartige Unterscheidungsfähigkeit kann das Vorhandensein oder die Bewegung von In der Nähe befindlichen Personen oder Werkzeugen oder anderen Gegenständen einen Fehlalarm hervorrufen, der fälschlicherweise die Feststellung eines Fehlers anzeigt oder dieskann sogar einen richtigen Alarm bei Vorhandensein einer tatsächlichen Fehlstelle verhindern. Bekannte Einrichtungen eigneten sich nicht zur Durchführung schneller Untersuchungen der elektrischen Eigenschaften einer sich schnell bewegenden Bahn aus dielektrischem Material» das beispielsweise eine Vielzahl von Fehlern einschließen kann, die sich stark in ihrer Größe und den dielektrischen Eigenschaften gegenüber den gewünschten dielektrischen Eigenschaften des Bahnmaterials unterscheiden. Zur Erzielung eines brauchbaren Ansprechens auf derartige stark unterschiedliche Fehler würde ein großer Bereioh von Frequenzen als Testsignale erforderlich sein, wenn übliche Frequenzbereichs-Lösungen verwendet werden sollen. Es besteht daher seit langer Zeit der Bedarf nach einer vollständig neuen Lösung dieses Problems, bei der in einfacher Welse Signale mit

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einem weiten Bereich von Eigenschaften geliefert weröen können, die zum momentanen und schnellen Ansprechen auf einen weiten Bereich von Fehlern geeignet sind* die in einem kontinuierlich überwachten dielektrischen Material vorhanden sein können«

Eine erfindungsgemäß ausgebildete Hochfrequenz-Einrichtung zur überwachung der einer sich bewegenden Materialbahn eigenen dielektrischen Eigenschaften umfaßt Übertragungsleltungselemente zur Ausbreitung und Weiterleitung von elektromagnetischen Basisband-Impulsen in der TEM-Mode mit ersten und zweiten mit Abstand angeordneten und im wesentlichen parallelen Leitern, Vorrichtungen zum Hindurchführen der Materialbahn zwischen den Leitern in einer im wesentlichen zur Richtung der elektromagnetischen Energieausbreitung senkrechten Richtung, Basisband-Impulsgeneratorvorrichtungen zur Erregung der Übertragungsleitungselemente, angepaßte übertragungsleitungs-Abschlußmittel, in Reihe zwischen die Basisband-Impulsgeneratorvorrichtungen und den angepaßten übertragungsleltungs-Abschlußmitteln eingeschaltete Abtasteinrichtungen, die auf die von der Bahn gestreute Energie ansprechen und ein die gestreute Energie darstellendes Signal bilden, Einrichtungen zum Vergleichen des die gestreute Energie darstellenden Signals mit einem Bezugssignal zur Bildung eines Ausgangssignals bei Abweichen des Pegels der gestreuten Energie von einem Normalwert und Nutzeinrichtungen, die auf die Vergleichereinrichtungen ansprechen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen noch näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

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Flg. 1 eine perspektivische Ansicht einer überwaohunge-Ubertragungsleltung einer Ausführungsform der

Einrichtung;

Fig. 2 ein elektrisches Schaltbild der Einrichtung, das zeigt, wie die elektrischen Elemente der Einrichtung mit der Anordnung nach Fig. 1 verbunden sind;

Fig. 3 eine abgeänderte AusfUhrungsform der Einrichtung nach Fig. 2;

Fig. 4 eine grafische Darstellung von Schwingungsformen, die zum Verständnis der Betriebsweise der Vorrichtung nach Fig. J zweckmäßig sind;

Fig. 5 eine weitere abgeänderte Ausführungsform der Einrichtung nach Fig. 2;

Figg. 6 und 7 abgeänderte AusfUhrungsformen der Übertragungsleitung nach Fig. 1.

Die in den Pigg. 1 und 2 dargestellte Zeitbereichs-Meßeinrichtung ermöglicht eine genaue Untersuchung von unerwünschten Defekten oder Fehlstellen, wie beispielsweise Gasblasen, Rissen oder Einschluß von Fremdkörpern, und zwar insbesondere in dielektrischem Material, wie es in Form eines dünnen Streifens oder einer kontinuierlichen Bahn geformt und verarbeitet wird. Derartige Fehle r werden erfindungsgemäß dadurch festgestellt, daß der dielektrische Streifen oder die Bahn kurzen oder Basisband-Impulsen von elektromagnetischer Energie ausgesetzt wird und daß eine entsprechende vorwärts- oder rückwärts gestreute Impulsantwort des Materials der Bahn verwendet wird, um eine Feststellung des Vorhandenseins von Fehlern im Zeitbereich zu erzeugen. Der Vergleich einer derartigen Impulsantwort mit

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einem vorher gespeicherten oder

das fehlerfreies Material kennzeichnete kann zur Erzeugung eines Alarm- oder Kontrollsignals verwendet werden^, wie dies im folgenden zu erkennen 1st.

In den Figg. 1 und 2 sind Teile eines im allgemeinen ebenen Übertragungsleitungssystems dargestellte das einen elektromagnetischen Transversalwellen- oä©f licht· Diese übertragungsleitung seblieSfc einen Grundflächenleiter 1 und einen Streifenleitungs-Laltex» 2 der über dem Leiter 1 liegt und der von diesem durch eine» Spalt 60 von vorzugsweise konstanter Tiefe getrennt ist»- Die Leiter 1 und 2 bestehen vorzugsweise aus einem derartigen Material, daß die Oberfläche des Leiters 2 und insbesondere die Oberfläche des Leiters 1» die auf den Leiter 2 gerichtet ist, gute elektrische LeitfEhigkeitseigenseliaften zur Ausbreitung von elektromagnetischer Hochfrequenz- oder likrOW©lleaesi©rgi© in der streuungsfrei en TEEä<»Ausbr©itungs!aode aufweist« D@r Spalt 60 zwischen den Leitern 1 raad 2 teaan auf irgeisöeia© ¥ob üblichen Weisen festgehalten w@Men« line BaIm ©d©!⁵ ein Streifen 3» der im wesentlichen uRfeei» Fechten Winkeln zur durch die Pfeile D, E dargestellten Hißhfcuisg der elektromagnetischen Energieausbreitung in der tteertrefpsagsieiferag 1, 2 bewegt wird, kann ein Streifen oder eise, kontinuierliche Bahn aus dielektrischem Material sein, das in Biehfeung der Pfeile M, 1 bewegt wird» Die Bahn 5 kann kontinuierlich oder ni ohtkontipuierlieh sein und der Durcfegaagspuiitfe zwischen den Leitern 1 und kann mit Hilfe bekannter meehauiseter Elemente ode^ durch auto« 'matische Einrichtungen* wie sie beispielsweise bekannte Oervomechanismen sur toordnucg der Kaafee einer beweglichen Baiin an einer im wesentlichen f es tea Sfcell© dea?@ teilen* relativ "fest gehalten werden» Wessi di© Bahn 3 biegsam ist, kaaa si© ctoefe" bekannte Einrichtungen zur Erzielung eimer konstanten Zagspannung gesteuert werden* so dai ihr Aussehen bei® Burelilaufen

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der Leiter 1 und 2 Im wesentlichen konstant gehalten wird·

In Flg. 2 ist eine AusfUhrungsform der Einrichtung zur Erzeugung von Signalen dargestellt, die das Vorhandensein eines Fehlers in der Bahn 3 darstellen, und zwar zusammen mit einigen neuartigen Kontroll- und SignalVerarbeitungselementen, die weiter unten ausführlicher erläutert werden. Die grundsätzliche Einrichtung zur Erzeugung von einen Fehler anzeigenden Signalen schließt einen Generator 10 zur Erzeugung von Basisbandimpulsen oder Impulsen kurzer Bauer ein, wobei dieser Impulsgenerator 10 über eine koaxiale Übertragungsleitung 11 mit einem üblichen widerstandsangepaßten koaxialen Leistungsteiler 40 mit drei Anschlüssen verbunden ist· Die Ausgangsanschlüsse 8 und 9 des Leistungsteiler 40 sind jeweils mit den Eingängen eines Abtastkopfes 4lA eines Kanals A bzw. mit dem Abtastkopf 4lB eines Kanals B verbunden. Es ist verständlich, daß die Abtastkopf-Kanäle und ein Ablenkgenerator 49 übliche Elemente eines üblichen Abtast- oder Sampllng-Oszillographens sein können.

Ein Ausgang des Abtastkopfkanals 4IB ist über eine Koaxialleitung 42 mit einem Endanschluß 43 einer ebenen übertragungsleitung verbunden, wie sie z.B. durch die Leiter 1, 2 nach Fig. gebildet wird. Gut bekannte (nicht dargestellte) Breitband-Impedanzanpaß-TEM-Transformatorelemente können am Verbindungspunkt 43 verwendet werden, um eine Impedanz-Fehlanpassung am Verbindungspunkt 43 im wesentlichen zu beseitigen. Ebenso können (nicht dargestellte) gleiche Breitband-TEM-Impedanz-Anpaßtransformat or elemente an dem entgegengesetzten Endanschluß 44 der durch die Leiter 1, 2 gebildeten Übertragungsleitung 1 zur Verbindung dieser übertragungsleitung mit einem üblichen angepaßten Abschluß 15 verwendet werden. Der Abschluß 15 kann zweckmäßigerweise die Form eines üblichen angepaßten koaxialen oder Streifen-übertragungsleitungs-Abschlusses zur Absorption aller auf diesen Abschluß auftreffenden Energie aufweisen. Der

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A-Kanal 4lA des Abtastkopfes ist über eine Koaxialleitung 45 mit einem Endanschluß 46 einer zweiten ebenen übertragungsleitung verbunden, die durch den Leitern 1, 2 gleiche Leiter 4, 5 gebildet ist. Die durch die Leiter 4, 5 gebildete Leitung 1st an einem Endanschluß 47 mit Hilfe- eines ■-,::.- AbschlmB 15 gleichen Abschlusses 16 abgeschlossen. Die gfepaa^feen Leiter 1, 2 und 4, 5 sind im wesentlichen gleich, ebeßs© wie die jeweiligen Leitungen 42 und 45 und die Jeweilige» Absetilüsse 15 und 16. Die Bahn 13 wird kontinuierlich untersucht j» während sie durch die durch die Leiter 1, 2 gebildete ebene übertragungsleitung hindurchläuft· Andererseits kann eine perfekte Bezugsprobe 50 des Bahnmaterials fest in der ebenen^, durch die Leiter 4, 5 gebildeten Übertragungsleitung angeordnet sein«

Der Impulsgenerator 10 ist ein Bauteil zur Erzeugung einer Folge von.Ausgangsimpulsen mit Basisbanddauer, die typiseherweise Anstiegszelten von beispielsweise in der Größenordnung von 100 Pikosekunden auf-weisen. Der Impulsgenerator 10 kann eine übliche synchronisierbare Impulsquelle sein* die im Handel zur Erzeugung von Impulsen mit kurzer Anstiegszeit erhältlich ist oder sie kann eine Impulsquelle sein^ die einen durch eine Magnetspule angetriebenen Quecksilberschalter von der Arfe verwendet, wie sie In den US-Patenten 3 569 877 oder 5 564 277 der gleichen Anmelderin beschrieben ist* Die Äbtastköpfe 4lA und 4lB sind von der Art, wie sie üblicherweise In normalen Abtastoszillographen verwendet werden» wie es In dem US-Patent 3 584 309 der gleichen tamelderin beschrieben Ist. Die Verwendung derartiger verbesserter Abtastköpfe und Abtastoszillographen für die Messung der komplexen hochfrequenten Dielektrizitätskonstante und Permeabilität von Materlallen 1st weiterhin In dem US-Patent ...... (US-Patentanmeldung SN 99 948 der gleichen Anmelderin) beschrieben. Es ist verständlich* daß der Ablenkgenerator 49 über eine Leitung 17 derart gesteuert ist, daß er synchron mit dem Impulsgenerator 10 arbeitet.

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In der Einrichtung nach den Pigg. 1 und 2 läuft eine Folge von durch den Generator 10 erzeugten Impulsen von Sub-Nanosekundendauer durch* den Leistungsteiler 40 und den Abtastkopf 41B hindurch und gelangt in die ebene übertragungsleitung, die durch die Leiter 1, 2 gebildet 1st. In der Vorrichtung nach Fig. 2 sei angenommen, daß die Energie der Impulse in geringein Ausmaß durch die normale Bahn hindurch übertragen und dann in dem angepaßten Abschluß 15 absorbiert wird. Ein größerer Teil jedes sich ausbreitenden Impulses wird durch diefiahn 3 reflektiert« wird durch den Abtastkopf 4lB abgetastet und tritt in den Leistungsteiler 40 ein. Hier wird der Impuls teilweise an den Impulsgenerator 10 weitergeleitet, in dem er vollständig absorbiert wird, und teilweise an den anderen Abtastkopf 4lA übertragen. Es sei angenommen, daß die Zeit, die der reflektierte Impuls benötigt, um den Leistungsteiler 40 zu durchlaufen und in den Kanal des Abtastkopfes 4lA einzutreten, ausreichend lang ist, daß dieser Impuls dann außerhalb des Zeitbereiches oder Zeltfensters auftritt, der oder das durch den Abtastkopf 41A abgetastet wird. Beide Köpfe 41A und 4lB werden von dem Sägezahn-Ablenkspannungsgenerator 49, der, wie es weiter oben bemerkt wurde, ein integraler Teil eines Abtastoszillographens sein kann, derart gesteuert, daß sie den gleichen Zeitbereich oder das gleiche Zeltfenster abtasten. In genau der gleichen Weise wie es vorstehend beschrieben wurde, bereitet sich ein zweiter Teil Jedes ursprünglichen Impulses von dem Impulsgenerator 10 durch den Kopf 41A und durch die Koaxialleitung 45 zum Abschluß 16 an der ebenen übertragungsleitung aus, die durch die Leiter 4, 5 gebildet ist. Hier wird ein größerer Teil der Impulsenergie durch die Bezugsbahn 50 reflektiert und der reflektierte Impuls wird durch den Kopf 41A abgetastet. Die Abtastkopfe 41A und 4IB entnehmen zu aufeinanderfolgenden Zeitr Abtastproben der Schwingungsformen an beiden Kanälen und die Differenzspannung zwischen diesen beiden Abtastproben wird durch den Differenzverstärker 12 oder durch irgendeine andere •Subtrahiereinrichtung abgeleitet.

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Die Differenzspannung steht daher in zeitlich gedehnter Form am Ausgang einer Schwellwertschaltung 36 zur Verfügung, wie es bei üblichen Abtastoszillographen der FaE ist. Die Schwellwertschaltung 36 wird beispielsweise durch eine Abgleicheinrichtung 36a in üblicher Weise abgeglichen, wobei die Einstellung der Abgleicheinrichtung 36a durch den zulässigen

er

Pegel von Fehlsalarmen bestimmt ist, die durch eine Alanneinrichtung 37 registriert werden sollen· Die Alarmeinrichtung 37 soll eine selbstverriegelnde oder andere übliche Alarmeinrichtung sein. Wenn dies gewünscht ist, kann eine Art des Ausgangssignals der Schwellwertschaltung 36 einer Steuereinrichtung 38 zu Zwecken zugeführt werden, die noch zu erläutern sind. Es ist zu erkennen, daß die Einrichtung nach Figo 2 von besonderem Interesse ist, wenn die Bahn aus einem Material mit einer relativ hohen dielektrischen Konstante besteht.

Eine abgeänderte Ausführungsform, die lediglich ein Einkanal-Abtastsystem verwendet, ist in Fig» 3 dargestellt« Der Impulsgenerator 10 ist über die Koaxialleitung 11 mit einem Einkanal-Abtastkopf 13 verbunden, der ebenso wie bei der Einrichtung nach Flg. 2 unter der Steuerung des Siägezahn-Ablenkspannungsgenerators 49 Abtastprobeh entnimmt, wobei der Ablenkspannungsgenerator 49 synchron mit dem Impulsgenerator 10 betrieben wird. Der Impuls verläßt den Kopf 13 über eine Koaxialleitung 51 und tritt in einen Leistungsteiler 40 mit drei Anschlüssen ein. Von dem Ausgangsanschluß 9 tritt ©in Teil des Impulses in eine Koaxialleitung 55 ein, die an ihrem entgegengesetzten Ende über den Verbindungspunkt 43 mit einer ebenen übertragungsleitung verbunden ist, die durch Leiter 1 und 2 gebildet ist, die die zu untersuchende Bahn 3 enthalten. Die Koaxialleitung 55 schließt weiterhin eine koaxiale Nebenschlußstichleitung 54 ein, die an ihrem äußeren Ende durch einen Kurzschluß 54a abgeschlossen ist. Die Stichleitung 54 weist eine charakteristische Impedanz auf,

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die vorzugsweise halb so groß ist» wie die charakteristische Impedanz der Koaxialleitung 55. Der andere Ausgangsanschluß 8 des Leistungstellers 40 steht mit einer koaxialen übertragungsleitung 53 in Verbindung, deren entgegengesetztes Bod· mit dem Verbindungspunkt 46 der ebenen, durch die Leiter 4» 5 ge· bildeten übertragungsleitung verbunden 1st» Die Koaxialleitung

53 schließt ebenfalls eine Nebenschlußstichleitung 52 ein, die an ihrem äußeren Ende an der Stelle 56 unabgeschlossen bzw. offen ist. Die Leitung 52 weist eine charakteristische Impedanz auf, die vorzugsweise halb so groß ist, wie die der Koaxialleitung 53· Die ebene, durch die Leiter 1, 2 gebildete Leitung enthält die zu untersuchende Bahn 3, während die durch die Leiter 4, 5 definierte ebene Leitung die Bezugsbahn 50 enthält. Die elektrischen Längen Lg der Stichleitungen 52 und 54 sind vorzugsweise halb so groll wie die elektrischen Längen L, von den Ausgangspunkten der Stichleitungen über die Koaxialleitungen 53 und 55 bis zu den Bahnen 50 bzw* 3· Bs Mi zu erkennen, daß die Stiohleitungen 52 und 54 dazu dienen, positive bzw. negative Nachbildungen des auftreffenden Impulses von dem Generator 10 zu erzeugen, und daß !teile dieser Nachbildungen von den Bahnen 50 und 3 zu dem Abtastkopf 13 reflektiert werden· Wenn die Bahnen 50 und 3 in ihren dielektrischen Eigenschaften identisch sind und die Längen L«, L₂, L, passend abgeglichen wurden, so heben sich die beiden Antworten genau über einen bestimmten Zeitbereich auf· Wie es in der grafischen Darstellung nach Fig. 4 gezeigt ist, wird dies gewünschte Zeitfenster durch geeignete Wahl von L₁, Lg und L-erzielt. Es 1st verständlich, daß andere Einrichtungen, wie beispielsweise Breitband-Impulstransformatoren, zur Erzeugung der positiven und negativen, durch die Stichleitungen 52 und

54 erzeugten Nachbildungen verwendet werden können.

Zur Untersuchung oder Überwachung von Materialien ait relativ niedriger Dielektrizitätskonstante kann die Einrichtung nach

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Pig. 5 vorzuziehen sein. In Fig» 5 ist der Zweikanal-Abtastkopf 41 nach den durch die Leiter 1, 2 bzw» 4, 5 gebildeten ebenen Übertragungsleitungen in Reihe geschaltet und seine Ausgangsanschlüsse sind direkt mit den jeweiligen angepaßten Abschlüssen 15 und 16 verbunden» Die Differenzsignäle zwischen den beiden abgetasteten Schwlngungsformeß. werden wie in Fig. 2 der Schwellwertschaltung 36 zugeführt. In gleicher Weise kann eine Übertragungs-Ausführungsforai der Einrichtung nach Fig. 3 In einfacher Weise erzielt werden^ bei der ein Einkanal-Abtastkopf verwendet wird und Leerlauf- und Kurzschluß-Stichleitungen positive und negative Machbildungen der auftreffenden Schwingungsform: erzeugen«

Die ebenen Leiter I₉ 2 der Übertragungsleitung nach Fig_o 1 müssen nicht tatsächlich absolut flache Ebenen sein₅ sondesra sie können In anderen zweckmäßigen Anordnungen angeordnet werden, wie dies die Figg. 6 und 7 zeigen«, Die Einrichtungen nach den Figg* 6 und 7 haben bestimmte Vorteile und zwar unter !Einschluß von Möglichkelten zur Verringerung oder zur weitgehenden Beseitigung einer Reibung zwischen der sich bewegenden Bahn 3 gegenüber dem grundebenen Leiter 1 und dem Strelfenübertragungsleitungslelter 2 nach Fig« Io

Wie es In Fig« 6 zu erkennen ist, bewegt sich die Bahn nach dem Durchlaufen verschiedener (nicht gezeigter) Herstellung^ und Verarbeitungsstatonen über eine freilaufende Trommel oder Riemenscheibe 18 und dann über eine gekrümmte Übertragungsleitung, die durch die Leiter 101, 102 gebildet ist,, und weiter über eine freilaufende Trommel oder Riemenscheibe l8a zu einer (nicht gezeigten) Vorrichtimg zum Aufspulen oder Verpacken des Erzeugnisses. Der geerdete gekrümmte Leiter 101 weist eine im allgemeinen zylindrische leitende Außenfläche 19 auf, während der Streifen-tibertragungsleitungs-Leiter 102 eine

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hierzu im wesentlichen konforme innere leitende Oberfläche mit im wesentlichen gleicher Krümmung aufweist, so daß die Bahn 103 in einfacher Weise zwischen den Oberflächen 19, 20 hindurchgeführt werden kann, wobei der Spalt 16 zwischen den Oberflächen 19, 20 im wesentlichen Konstant ist. Obwohl die Oberfläche 20 tatsächlich die obere Fläche 21 der Bahn 103 berühren kann, ist dies nicht erforderlich. Um eine mögliche Abnützung der Oberfläche 20 zu vermeiden, kann eine tatsächliche Berührung in der Praxis vermieden werden, so daß der Spalt 6 zwischen den Oberflächen 19, 20 über eine längere Benutzungsperiode im wesentlichen konstant bleibt. Pas Fehlen einer Berührung beseitigt außerdem irgendwelche bedeutenden Mechanismen zum Aufbau einer unerwünschten elektrischen Ladung auf dem Streifenleiter 102. Es ist zu erkennen, daß die Bahn 103 leicht mit dem zunehmend gekrümmten Teil 23 des Leiters 101 in Berührung kommt und in gleicher Weise den Bereich der Übertragungsleitung an dem gekrümmten Teil 23& verläßt. Wenn dies erwünscht ist, so kann die Oberfläche 19 des Leiters 101 mit einem dünnen Film eines Schmiermittels versehen werden, das mit den Materialien der Oberfläche 19 und der Bahn 103 kompatibel ist.

In der weiteren alternativen Ausf Uhrungsform nach FIg* 7 ist der obere oder Streifenleitungs-Leiter 202 im wesentlichen gleich dem Leiter 102 nach Fig. 6 und weist eine innere gekrümmte Oberfläche 220 auf, die im wesentlichen zu der Form der Bahn 203 in seiner Nähe konform ist. In diesem Fall ist jedoch der gekrümmte geerdete Leiter 101 nach Fig. 6 durch eine freilaufende oder angetriebene Trommel oder Riemenscheibe 201 ersetzt, deren Oberfläche sich auf Grund der Erdverbindung einer SchleifringbUrste 25 auf Erdpotential befindet. Es ist verständlich, daß die jeweiligen geia'ümtnten Leiter und 201 nach den Figg. 6 und 7 so angeordnet sind, daß sie das

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gleiche Potential aufweisen, wie der Außenleiter beispielsweise der koaxialen Übertragungsleitung 42. Es ist weiterhin verständlich, daß die Streifenleiter 102 und 202 in einfacher Weise durch angepaßte Impedanztransformatoren mit den Mittelleitern der damit Zusammenarbeit enden koaxialen Übertragungsleitungen in einer Art verbunden sein können, die den Verbindungen an den Verbindungspunkten 43, 44 nach den Pigg. 2, 3 und 5 entspricht.

In der Zeitbereichs-Betriebs eise beispielsweise der Einrichtung nach Flg» 3 ist das Ereignis,, daß eine Ändemmg des Ausgangs des Abtastkopfsystems hervorruft, der Burelügang einer Fehlstelle Inder sich bewegenden Bahn 3, d,ftu <ä©3? durch die Bahn 3 reflektierte oder durch sie hindurch übertragene Impuls ändert seine Eigenschaft auf Grund des BüircJageogs ^ines Fehlers. In der Einrichtung nach den Fig« 2 und 3 erfolgt ein ■ Vergleich zwischen diesem reflektierten oder übertragenen Impuls von der Bahn 3 unö einen Bezugssigsal» das für einen in richtiger Weise durch die Bahn 3 übertragene» leipuls charakteristisch ist.

In jeder dargestellten Einrichtung wird das Abtastkopfsystem so gesteuert, daß es die. Schwingungsform an ihrem Kanal oder 'Kanälen abtastet, wobei Jeweils eine derartige Abtastprobe für jeden Impuls von dem Impulsgeneratox* 10 erfolgt · Die Abtastposition an der Schwingungsform bewegt sieh schrittweise über ein ZeitfensterMt einer Geschwindigkeit, die durch den Sägezahn-Ablenkspannungsgenerator 49 und dureh den Impulsgenerator 10 bestim t ist, und am Ende eines betrachteten Zeitfensters kehrt sie abrupt zur Ausgangsposition in dem Zeit fenster zurück und. wiederholt öen Vorgsagc Ia d<sr Zweikanal-Einrichtung nach den Figg» 2 und 5 wird ®lnm Schwingungs-

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form am Ausgang des DifferenzVerstärkers 12 erzeugt, die eine auf Ihrem Wert festgehaltene und zeitlich gedehnte Abtastprobe als Nachbildung der Sohwlngungsform 1st, die In den Kopf von der übertragungsleitung 51 eintritt»

In Jedem Fall 1st zu erkennen, daß die Ausgangsschwingungsform die Differenz der Impulsantworten der untersuchten Bahn 3 und der Bezugsbahn 50 ist. Die Differenz wird durch Subtrahieren einer abgetasteten Schwingungsfonn von der anderen, wie in den Figg. 2 und 5 oder durch Summieren der Impulsantworten der beiden Bahnen mit identischen Impulsen von entgegengesetzter Polarität, wie In Fig. 3, gewonnen. In Jedem Fall 1st die von dem Abtastkopf erzeugte Schwingungsform ideal eine Nullspannung, wobei irgendwelche Abweichungen von einer geraden Basislinie einen Unterschied zwischen den beiden Bahnen darstellen· Signale, die eine vorgegebene Differenzspannung entweder in positiver oder negativer Richtung überschreiten, werden durch die Schwellwertschaltung 36 erfaßt und der Ausgang der Schwellwertschaltung kann einer Nutzeinrichtung zugeführt werden. Diese Nutzeinrichtung kann die Alarmeinrichtung 37 ⁱⁿ Form eines Generators für einen optischen oder akustischen Alarm umfassen. Andererseits kann das Alarm-Steuersignal der Steuereinrichtung 38 zum Betrieb eines Mechanismus zur Markierung oder zur Entfernung einer fehlerhaften Bandspule zugeführt werden· Bin fehlerhafter Teil der Bahn 203 nach Pig.. 7 kann beispielsweise durch von einem Behälter 32 über eine Farbsprühdüse 233 zugeführte Farbe markiert werden, wenn Druckluft dem Behälter 232 nach öffnung eines Ventils 231 zugeführt wird» wozu eine Magnetspule 230 durch das Steuersignal von der Steuereinrichtung 38 betätigt wird. Die Düse 233 kann so angeordnet werden, daß sie das Vorhandensein eines Fehlers in einer vorgegebenen Bandspule dadurch anzeigt, daß Farbe auf die endgültige Verpackungsspule selbst gerichtet wird..

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Es ist verständlich, daß bekannte SignalVerarbeitungsanordnungen alternativ verwendet werden können, um die Werte von Fehlerstellen-Signalen, die von der Bahn 3 reflektiert oder in anderer Weise gestreut werden, mit digitalen oder analogen gespeicherten Normdaten zu vergleichen. Zn gut bekannter Welse kann die Amplitude an bestimmten Zeitpositionen der Schwingungsform» die von der Bezugsbahn 50 reflektiert oder übertragen wird, momentan als Bezugsamplitude gespeichert werden und dann in ihrer Amplitude mit dem entsprechenden Signal verglichen werden, das von einer Fehlerstelle in der Bahn 3 reflektiert oder gestreut wird» Eis ist verständlich, daß derartige gespeicherte Signale automatisch nach dem Vergleichen gelöscht werden können, wodurch die Speichereinrichtung für den Empfang eines darauffolgenden Impulses von dem Generator 10 zur Durchführung eines darauffolgenden Vergleichs bereitgemacht wird« Andere g;ufc bekannte Anordnungen zur Speicherung derartiger Bezugsimpulse und für ihren Vergleich mit reflektierten Signalen, eile Bahnfehler anzeigen, können in einfacher Weise verwendet werden. Es ist weiterhin verständlich, .daß die Betriebseigenschaften einer Signalverarbeitungseinrichtung, wie sie beispielsweise In den Pigg. 2, 5 und 5 dargestellt ist, durch die zusätzliche Verwendung von anderen Basisbandimpuls- oder Zeitbereiehs-Meßausrüstungen verbessert werden können, wie sie beispielsweise in dem oben erwähnten US-Patent«...« (US-Patentanmeldung SN 99 948 der gleichen Anmelderln) beschrieben sind. Eine derartige Einrichtung ermöglicht die gleichzeitige Darstellung einer Schwingungsform mit Darstellungen des auf-" treffenden Impulses und seiner rückwärts- und vorwärts gestreuten Zeitbereichs-Kennungen auf einem Abtastoszillographen, wobei die Kennungen in eindeutiger Weise den dem untersuchten Material eigenen Eigenschaften zugeordnet sind«

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Die vorliegende Erfindung ergibt somit eine Hochfrequenzoder Mikrowellen-Impulseinrichtung, die die genaue Überwachung von sich schnell bewegenden dielektrischen Materialien in Bandform für einen weiten Bereich von Größen und Arten von möglichen Fehlern ermöglicht· Die vorwärts- oder rUckwärts-gestreute elektromagnetische Basisband-Impulsenergie einer sich schnell bewegenden Bahn aus dielektrischem Material wird beobachtet, wobei die Bahn den auftreffenden Basisbandimpulsen in einem Übertragungsleitungssystem mit parallelen Platten ausgesetzt wird, durch die die Bahn hindurchläuft. Ein Signal-Abtast- und Vergleichssystem liefert Alarm- oder Steuersignale, wenn eine Fehlstelle auftritt.

Patentansprüche

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   Xf 1· !Hochfrequenz-Einrichtung zur zerstörungsfreien Untersuchung V-^einer sich bewegenden Materialbahn durch Überwachen der der Materialbahn eigenen dielektrischen Eigenschaften gekennzeichnet durch Übertragungsleitungselemente zur Ausbreitung von elektromagnetischen Basisband-Impulsen in der elektromagnetischen Transversalwellen-Ausbreitungsmode mit ersten und zweiten mit Abstand angeordneten im wesentlichen parallelen Leitern(1, 2), Vorrichtungen zum Hindurchfuhren der Materialbahn (3) zwischen den Leitern (1, 2) in einer im wesentlichen zur Richtung (d) der elektromagnetischen Energie-ausbreitung senkrechten Richtung, Basisband-Impulsgeneratorvorrichtungen (10) zur Erregung der Übertragungsleitungselemente (1, 2), angepaßte Übertragungsleitungs-Abschlußmittel (15)* in Reihe zwischen die Basisband-Irapulsgeneratorvorrichtungen (10) und den angepaßten Übertragungsleitungs-Abschlußmitteln (15) eingeschaltete Abtasteinrichtungen (²HB), die auf die von der Bahn (3) gestreute Energie ansprechen und ein die gestreute Energie darstellendes Signal bilden, Vergleichereinrichtungen (12)zum Vergleichen des die gestreute Energie darstellenden ' Signals mit einem Bezugssignal zur Bildung eines Ausgangssignals bei Abweichen des Pegels der gestreuten Energie von einem Normalwert und Nutzeinrichtungen (37, 38), die auf die Vergleichereinrichtungen (12) ansprechen»

   2. Einrichtung nach Anspruch 1» dadurch gekennzeichnet, daß der erste Leiter Streifen-Übertragungsleitungsmittel (102) mit einer ersten Oberfläche (20) mit einer

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   ersten Querabmesaung und der zweite leiter (IQl) Orundfläehen-Elemente mit einer zweiten Oberfläche (19) o>lt finer Querabmessung einschließt, die größer als die erste Querabmessung ist, wobei die ersten und zweiten Oberflächen (19, 20) im allgemeinen konform sind und die Bahn (103) zwischen den Oberflächen (19, 20) im wesentlichen in konformer ie· Ziehung hierzu hindurchgeführt wird.

   3· Einrichtung nach Anspruoh 1 oder 2, gekennzeichnet durch Einrichtungen (17, 19) zur Betätigung der Abtasteinrichtungen (4lB) synchron mit den Impulsgeneratorvorrichtungen (10).

   4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, g β -kennzei ohnet durch Schwellwerteinrichtungen (36)# die in Reihe zwischen die Vergleichereinrichtungen (12) und den Nutzeinrichtungen (37 t 38) eingeschaltet sind,

   5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche» dadurch gekennzeichnet, daß die Nutzeinrichtungen (37, 38) Alarmeinrichtungen (37) umfassen·

   6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Bezugssignalquelle» die übertragungsleitungselemente (4, 5) zur Ausbreitung von elektromagnetischen Basisband-Impulsen in der TEM-Mode mit ersten und zweiten mit Abstand angeordneten Leitern (4* 5) umfaßt.

   7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die übertragungsleitungselemente (4» 5) der Bezugssignalquelle zur festen Halterung einer Bezugsprobe (50) des Bahnmaterials ausgebildet sind.

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   8« Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7* dadurch gekennzeichnet, daß die Ubertragungsleitungselemente (4, 5) der Bezugssignalquelle durch den Basisband-Impulsgenerator (10) ansteuerbar sind·

   9« Einrichtung nach Anspruch 7 oder 8, ge kennzeich net durch Bezugs-Abtasteinrichtungen (4la), diejin Serie mit den Basisband-Impulsgeneratorvorrichtungen (10) und den Obertragungsleitungselementen (4,5) der Bezugssignalquelle zur Erzeugung des Bezugssignales zum Vergleich mit dem die gestreute Energie darstellenden Signal in Reihe geschaltet sind.

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