DE2361677C3

DE2361677C3 - Device for measuring certain properties, e.g. humidity, moving material webs by means of microwave energy

Info

Publication number: DE2361677C3
Application number: DE19732361677
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl.-Ing. 8520 Erlangen Kujath
Original assignee: Frieseke and Hoepfner GmbH
Current assignee: Frieseke and Hoepfner GmbH
Priority date: 1973-02-24
Filing date: 1973-02-24
Publication date: 1975-07-17
Also published as: DE2361677B2; DE2361677A1

Description

lierte Mikrowellenenergie und der Divisions- Demgegenüber ist es Aufgabe der vorliegendenlated microwave energy and the division In contrast, it is the task of the present

»tufe (5) ein Differenzverstärker (6) angeordnet Erfindung, eine wesentlich einfachere Vorrichtung ist, in dem die auf die Senderleistung normierte zur Weiterverarbeitung der von den Detektoren im reflektierte Energie von einem Signal der Größe 1 Dämpfungskanal und Reflexionseiiergiekanal abgetubtrahiert wird, daß der Divisionsstufe (5) eine 45 gebenen Größen anzugeben, welche die Verwendung Logarithmierstufe (10) nachgeschaltet ist sowie handelsüblicher und damit wohlfeil erhältlicher Elekein weiterer Differenzverstärker (11), dessen einer tronik-Bausteine ermöglicht, ohne daß es eines EinEingang mit dem Ausgangssignal der Logarith- griffes in die Wellenleitung bedarf,
mierstufe (10) und dessen anderer Eingang zur Die Lösung r'ieser Aufgabe ist aus dem Kennzei-»Stage (5) a differential amplifier (6) arranged invention, is a much simpler device in which the normalized to the transmitter power for further processing of the energy reflected by the detectors is subtracted from a signal of the size 1 attenuation channel and reflection channel, that the division stage (5) to indicate a given size, which is followed by the logarithmic stage (10) as well as commercially available and therefore cheaply available electronics, further differential amplifier (11), one of which enables tronik modules, without there being an input with the output signal of the logarithmic handle in the waveguide needs,
mierstufe (10) and its other input to the solution of this problem is from the identifier

Anpassung der Vorrichtung an unterschiedliche 50 chen des Patentanspruches ersichtlich.
Meßgutarten und Meßgutdicken mit für das Meß- Durch die Multiplikation mit dem ReziprokwertAdaptation of the device to different 50 surfaces of the claim can be seen.
Types and thicknesses of the material to be measured with for the measurement by multiplying with the reciprocal value

gut charakteristischen Korrektursignalen beauf- der Sendeleistung in beiden Kanälen und der Diffeschlagbar ist. renzbildung zu 1 im Reflexionskanal einerseits undwell-characteristic correction signals applied to the transmission power in both channels and the differential is. formation of the reference to 1 in the reflection channel on the one hand and

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- die einfach vorzunehmende Eliminierung der Gerätekennzeichnet, daß zur Gewinnung des dem weite- 55 konstanten andererseits werden Größen streng exporen Differenzverstärker (11) zugeführten Korrek- nentieller Form erhalten, welche demzufolge, wie betursignals ein bekanntes Dicken- oder Flächen- reits die genannten Schritte selbst, mit billigen hangewichtsmeßgerät vorgesehen ist. delsüblichen Elektronikbausteinen weiterverarbeitet2. Device according to claim 1, characterized in that the simple elimination of the devices that, on the other hand, quantities are strictly exported in order to obtain the constant constant Differential amplifier (11) supplied corrective nential form, which accordingly, as betursignals a well-known thickness or area already the steps mentioned itself, with cheap hand-weight measuring device is provided. The usual electronic components are further processed

werden können.
60 Die Erfindung wird nachstehend an Hand einescan be.
60 The invention is hereinafter based on a

in der Zeichnung dargestellten AusführungsbeispielesEmbodiment shown in the drawing

näher erläutert. Diese zeigt ein Blockschaltbild für die zur Auswertung eingesetzten elektronischen Bausteine, wobei zum Zwecke der klaren Kennzeichnungexplained in more detail. This shows a block diagram for the electronic components used for evaluation, being for the purpose of clear identification

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung 65 dieser Bausteine in Form mathematischer Beziehuntur Messung bestimmter Eigenschaften, wie zum Bei- gen eingezeichnet ist, was in diesen Bausteinen ab-•piel der Feuchtigkeit, bewegter Meßgutbahnen mit läuft. Dabei ist die angelieferte Größe für die Retinem Mikrowellensender und einer daran über eine flexionsenergie mit U_R, diejenige für die Dämpfungs-The invention relates to a device 65 of these building blocks in the form of mathematical relationship measurement of certain properties, as shown in the drawing of what is running in these building blocks as a result of moisture and moving material webs. The supplied size for the retinem microwave transmitter and one on it via a flexion energy with U _R , the one for the attenuation

fjergie rait U₀, die Sendeleistung mit P, der Meßgutbahn besonders stark absorbiert werden soll.fjergy rait U ₀ , the transmission power with P, the web of material to be measured should be particularly strongly absorbed.

Reflexionsfaktor mit r und der angestrebte Meßwert Nach Einfügung der so beschafieaen Platte wird derReflection factor with r and the desired measured value. After inserting the plate made in this way, the

für die reine Absorptionsdämpfung im Meßgut mit A Einsteller 4 so verstellt, daß vom Instrument 9 amfor the pure absorption attenuation in the material to be measured with A adjuster 4 adjusted so that the instrument 9 on

bezeichnet. Ausgang des Quotientenbüdera 5 der Wert Null an-designated. Output of the quotient Büdera 5 the value zero.

Der Reflexionsmeßwert U_R wird einer Multiplika- S gezeigt wird. Damit ist die Justierung beendet. DaThe measured reflection value U _R is shown as a multiplicator. This completes the adjustment. There

tionsstufe 1 zugeführt. In ihr wird U_R mit dem Rezi- diese Justierung, ebenso wie die weiter oben er-tion stage 1 supplied. In it, U _R with the reci- this adjustment, as well as the one made above

prokwert der Sendeleistung, nämlich ~ multipliziert. ^läutert.^e Grundjustierung einmalig bei der Installa-prokwert of the transmission power, namely ~ multiplied. ^purifies . ^e Basic adjustment once during the installation

^v P * bon einer derartigen Einrichtung vorzunehmen ist, ^v P * bon is to be carried out by such a facility,

Der letztgenannte Wert ist einstellbar, wie durch 2 sind die Meßinstrumente 8 und 9 nicht notwendiger-The latter value is adjustable, as with 2 the measuring instruments 8 and 9 are not necessary-

veranschauücht. Die gleichen Maßnahmen werden io weise fester Bestandteil dieser Einrichtung. Die Ein-illustrated. The same measures will be an integral part of this facility. The A-

beim Dämpfungsmeßwert U₀ vorgenommen. Hierzu steller 2 und 4 werden in der apparativen Praxisat the measured damping value U ₀ . For this purpose, operators 2 and 4 are used in the apparatus practice

dienen die Multiplikationsstufe 3 und das Einstell- durch einfache Trimmpotentiometer in den ohnehinserve the multiplication level 3 and the adjustment by simple trimming potentiometer in the anyway

glied 4. Der so erhaltene Wert für U_D wird dem Quo- wohlfeil im Handel erhältlichen Bausteinen 1, 3, 5element 4. The value for U _{D obtained in this way} becomes the quo- low price of commercially available building blocks 1, 3, 5

tientenbilder S unmittelbar zugeführt. Hingegen wird und 6 realisiert.patient images S supplied immediately. On the other hand, and 6 is implemented.

der in der Multiplikationsstufe 1 erhaltene Wert für 15 Am Ausgang der Logarithmierstufe 10 steht der U_R vorher noch dem Differenzverstärker 6 zugeleitet. Meßwert für die zu erfassende Konzentration als Er-Dort wird mit dem Wert von U_R die Differenz zu 1 gebnis methodisch richtiger und vorteilhafter Operagebildet, wie durch 7 veranschaulicht. Am Ausgang tionen zur Verfugung. Ein Anzeigeinstrument für den des Difierenzverstärkers6 ist ein Anzeigeinstrument 8 Konzentrationsmeßwert wäre lediglich noch vor der angeschlossen; ein weiteres Anzeigeinstrumeni 9, liegt »0 Messung der Meßgutbahn auf den Wert Null der zu am Ausgang des Quotientenbilders 5. messenden Konzentration einzustellen. Dies kann Wie ersichtlich, werden in den Stufen 1 und 3 die elektrisch oder mechanisch erfolgen. Im einfachsten der Sendeleistung P entsprechenden Beträge elimi- Fall dadurch, daß in den Meßspalt ein von der zu niert. In dem Differenzverstärker 6 wird der Aus- erfassenden Konzentration freies Meßgut gebracht druck für r in seiner mathematischen Form an den »5 wird und hernach das Meßwerk des Meßinstrumentes entsprechenden Ausdruck für r im Zweig U₀ ange- als solches so weit um die Drehachse seines Zeigers glichen. Infolge der so erhaltenen gleichen mathema- verdreht wird, das letzterer auf den Nullpunkt der tischen Formen kann nunmehr aus U_R und U₀ in der Skala einspielt. Im Falle des Ausführungsbeispieles Stufe 5 der Quotient gebildet werden. Dadurch fällt r erfolgt dies in einer vorteilhaften Weise, die es erheraus, und es resultiert der angestrebte Ausdruck 3» möglicht, den Ausgangswert einer Dicken- oder für die Absorptionsdämpfung A in einer elektronisch Flächengewichtsmeßanlage an sich beliebiger und be-the value obtained in the multiplication stage 1 for 15 At the output of the logarithmic stage 10, the U _{R is} previously fed to the differential amplifier 6. The measured value for the concentration to be recorded as Er-There is formed with the value of U _{R to form} the difference to 1 result in a methodically correct and advantageous opera, as illustrated by FIG. Options available at the exit. A display instrument for that of the differential amplifier 6 is a display instrument 8, the measured concentration value would only be connected before the; A further display instrument 9 is situated to set the measurement of the path of the material to be measured to the value zero of the concentration to be measured at the output of the quotient generator 5. As can be seen, this can be done electrically or mechanically in stages 1 and 3. In the simplest case, the amounts corresponding to the transmission power P are eliminated in that one of the to nates in the measuring gap. In the differential amplifier 6, the concentration to be measured is given the pressure for r in its mathematical form on the 5 and then the measuring mechanism of the measuring instrument displays the corresponding expression for r in the branch U ₀ - as such around the axis of rotation of its pointer resembled. As a result of the same mathematic- is twisted in this way, the latter on the zero point of the table forms can now play in from U _R and U ₀ in the scale. In the case of the exemplary embodiment level 5, the quotient is formed. As a result, this is done in an advantageous manner, and the result is the desired expression 3 »possible to use the output value of a thickness or absorption attenuation A in an electronic basis weight measuring system in any and

,eich« ********* Rn. ntaüioh ±. *££.*& t^SKSÄEw«««-., eich « ********* Rn. ntaüioh ±. * ££. * & T ^ SKSÄEw «« «-.

Weil die Absorptionsdämpfung A in bekannter ausgegangen, wonach die Konzentration K sichBecause the absorption loss A is assumed in a well-known, according to which the concentration K itself

Weise in einem logarithmischen Zusammenhang zu 35 gemäß folgender Beziehung zusammensetzt
den Mikrowellenleistungen auf beiden Seiten desWay in a logarithmic relation to 35 according to the following relation
the microwave power on both sides of the

Meßgutes steht, ist zur Erzielung eines entsprechend K = <x_M· d_M + &_w· d_w.
exakten Meßwertes noch die Nachschaltung einer Logarithmierstufe 10 an den Quotientenbilder S erfor- Hierbei bezeichnen a_M die charakteristische Dämpderlich. Es leuchtet ein, daß die Logarithmierung ♦<> fungskonstantc bzw. Absorptionskoeffizient des a ich vor den Eingängen der Stufe 5 erfolgen könnte; Trägermaterials der Materialbahn, beispielsweise von in diesem Fall wäre letztere als Differenzverstärker Pappe, d_M die Dicke dieser Materialbahn, &_w die auszubilden. Die vorstehend genannte W .ihl der Stu- charakteristische Dämpfungskonstante bzw. Absorpfenfolge hat jedoch den Vorteil der besseren Über- tionskoeffizient für Wasser und d_w die »Dicke« des sichtlichkeit. 45 als Schicht gedachten Wasseranteiles in der Material-Analog zu jedem anderen Meßgerät ist auch bei bahn. Diese Beziehung ist am Ausgang der Logarithden Teilen 1 bis 5 eine einmalige Justierung zur Eli- mierstufe 10 angegeben. Ihr Ausgangswert wird dem minierung sonstiger Gerätekonstanten erforderlich. einen Ausgang des Differenzverstärkers 11 zugeführt. Dies geschieht im Ausführungsbeispiel auf sehr ein- Sein anderer Ausgang ist mit Einstellgliedern 12 und fache Weise. Zunächst wird in den Meßspalt ein So 13 verbunden. Das Einstellglied 12 dient zur Berückmöglichst idealer Mikrowellenreflektor eingesetzt, sichtigung von ot_M, während das Einstellglied 13 zur beispielsweise eine ebene Aluminiumplatte beliebiger Einstellung von d_M vorgesehen ist.
Stärke. Daraufhin wird der Einsteller 2 so eingestellt, Ist beispielsweise die Meßeinrichtung zur Feuchtedaß am Ausgang des Differenzverstärkers 6 vom In- messung an Pappe einerseits oder Textilgewebe anstrument 8 der Wert Null angezeigt wird. 55 dererseits vorgesehen, so wird folgendermaßen vor-Hernach wird an Stelle des Mikrowellenreflektors gegangen: Es sei angenommen, daß die Feuchte in eine möglichst verlustarme Platte eingesetzt. Diese einer Pappbahn ermittelt werden soll. Dann wird ein soll trotz ihrer Verlustarmut eine gute Reflexion der absolut trockenes Probestück dieser Pappbahn in den Mikrowellenenergie bewirken. Daher wird die Dicke Meßspalt gebracht und der Einsteller 12, der in dieser Platte so gewählt, daß sie einem Viertel ⁶° diesem Fall als einfacher Umschalter ausgebildet sein der sich in ihr einstellenden Wellenlänge der zur An- kann, auf die Marke »Pappe« eingestellt. Sodann wendung kommenden Mikrowellenfrequenz ent- wird der Einsteller d_M so eingestellt, daß das Anspricht. Beispielsweise kann als Material eine Poly- Zeigeinstrument 14 am Ausgang des Differenzverstärstyrolplatte von 2 mm oder besser eine Quarzglas- kers 11 den Wert Null anzeigt. Damit ist die charakplatte von 1,7 mm Dicke gewählt werden, wenn die ⁶S teristische Dämpfungskonstante der Pappe sowie die Wellenlänge bzw. Frequenz der Mikrowellenenergie Dicke der zu messenden Pappbahn in die Anzeigeso gewählt ist, daß sie bei dem späteren betrieblichen vorrichtung eingegeben, und nach Einführung der zu Einsatz der Einrichtung von der Feuchte in einer prüfenden Meßgutbahn in den Meßspalt zeigt dasIs to achieve a corresponding K = <x _M · d _M + & _w · d _w .
exact measured value nor the subsequent connection of a logarithmic stage 10 to the quotient image S required. Here, a _M denote the characteristic damping. It is obvious that the logarithmization ♦ <> fungskonstantc or absorption coefficient of the a ich could take place in front of the inputs of stage 5; Carrier material of the material web, for example, in this case the latter would have to be formed as a differential amplifier cardboard, d _M the thickness of this material web, & _w the. The above-mentioned selection of the Stu-characteristic damping constant or absorption sequence has the advantage, however, of a better over-conversion coefficient for water and d _w the "thickness" of the visibility. 45 as a layer of water in the material analogous to any other measuring device is also with bahn. This relationship is indicated at the output of the logarithms parts 1 to 5, a one-time adjustment to the elimination stage 10. Your initial value is required to minimize other device constants. an output of the differential amplifier 11 is supplied. In the exemplary embodiment, this is done in a very simple manner. First, a So 13 is connected in the measuring gap. The setting member 12 is used to take into account the ideal microwave reflector, viewing ot _M , while the setting member 13 is provided for, for example, a flat aluminum plate of any setting of d _M.
Strength. The adjuster 2 is then set in such a way that, for example, the measuring device for moisture is such that the value zero is displayed at the output of the differential amplifier 6 from the measurement on cardboard on the one hand or textile fabric instrument 8. 55 on the other hand, the following is used instead of the microwave reflector: It is assumed that the moisture is inserted into a plate with as little loss as possible. This is to be determined from a cardboard web. Then one should, despite its low loss, cause a good reflection of the absolutely dry test piece of this cardboard web in the microwave energy. Therefore, the thickness measuring gap is brought and the adjuster 12, which is selected in this plate so that it is a quarter of ⁶ ° in this case as a simple switch for the wavelength that can be set in it, is set to the mark "cardboard" . Then using the coming microwave frequency, the adjuster d _M is set so that the response. For example, a poly pointer instrument 14 at the output of the differential reinforcing styrene plate of 2 mm or better a quartz glass core 11 can display the value zero as the material. Thus, the characteristic plate of 1.7 mm thickness can be selected if the ⁶ S teristic attenuation constant of the cardboard and the wavelength or frequency of the microwave energy thickness of the cardboard web to be measured is selected in the display so that it is entered in the later operational device, and after the introduction of the device to use the moisture in a testing material to be measured in the measuring gap, this shows

Instrument 14 die Konzentration des Wassers in der Meßgutbahn, also deren Feuchte, an. Es ist offensichtlich, daß an Stelle der manuellen Einstellung des Einstellers 13 dieser auch unmittelbar von einem Dicken- bzw. Flächengewichtsmeßgerät IS gesteuert werden kann.Instrument 14 shows the concentration of the water in the material path, i.e. its moisture. Obviously, instead of manually setting the Adjuster 13 of this is also controlled directly by a thickness or basis weight measuring device IS can be.

Mit der Vorrichtung wird eine Meßeinrichtung erhalten, deren Meßwert von der Dicke d der Meßgutbahn und den im Betrieb auftretenden Schwankungen einer laufenden Meßgutbann um eine MittellageWith the device, a measuring device is obtained, the measured value of which depends on the thickness d of the web of material to be measured and the fluctuations in operation of a running material to be measured around a central position praktisch unabhängig ist. Zur Bedienung der Einrichtung ist bei unterschiedlichen Materialbahnen nur der Wert »_M und d_M einzustellen, was von ungelerntem Personal erfolgen kann. Bei gleichbleibendemis practically independent. To operate the device, only the values » _M and d _M need to be set for different material webs, which can be done by unskilled personnel. With the same Material, etwa der Pappenherstellung und -Konfektion, braucht nur noch d_u eingestellt zu werden. Wird der Einsteller 13 unmittelbar von einer Dickenoder Flächengewichtsmeßanlage 15 gesteuert, so ist auch eine manuelle Nachstellung von d_M bei WechselMaterial, such as cardboard manufacture and -made needs to be set only still d _u. If the adjuster 13 is controlled directly by a thickness or basis weight measuring system 15, a manual readjustment of d _M is also possible when changing

ίο der Dicke der Meßgutbahn entbehrlich.ίο the thickness of the material web dispensable.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Supply line connected transmitting antenna for patent claims: Radiation of the material path with microwave energy, with one on the one facing away from the transmitting antenna

1. Apparatus for measuring certain self-side of the test material web arranged receiving shafts, such as B. the moisture, moving 5 antenna to receive the through the test material Material tracks with a microwave sensor and damped microwave energy, with devices one connected to it via a feed line for detecting the values reflected from the web of material to be measured Transmitting antenna for radiating the energy to be measured and an evaluation circuit with a Divi track with microwave energy, with one on the sion level to derive a relationship from geder Transmitting antenna facing away from the test material io attenuated and reflected microwave energy escapes arranged receiving antenna for the speaking signal.

would take the damped by the material path. Such a device is from the USA.

Microwave energy, with devices for registration 3 644 826 known. There is an adjustable sion stage provided with a PIN diode to derive the ratio of the attenuator between the receiving antenna for the attenuated and reflected antenna for processing the energy of the damping energy reflected by the path of the material to be measured Microwave energy, the measured attenuation value and the corresponding signal, thereby inserting a characteristic microwave detector or 3) to multiply ao treatment detector and a comparison arrangement, which the attenuated or the reflected microwaves emitted by the detector with a value. ... _D. . /1\.cj value given by the microwave oscillator

energy with the reciprocal value [ _p ) of the transmitter _{comparison] calibrated The} resulting from the control process

power and device constants are connected upstream, the manipulated variable becomes one of the two inputs of the Quodaß an adjusting element (2) for adjusting the as tientenbilders supplied. The reflectance reading is Multiplication stage (1) for the reflected micro- also influenced by the transmission energy, The reciprocal value of the wave energy supplied by the PIN diode control circuit is a considerable

Transmitter power is provided, with which the compensation requires effort. It results from the fact that output signal of the division stage (S) when present - this regulation over a very wide range, namely of a totally reflective material to be measured must take place in practice for around three decades. This requires individually trained control stages Adjustment element (4) for setting the multi and for each device individual measures to Blication level (3) for the attenuated microwaves over this large area a sufficient ruler energy supplied reciprocal of the senderization of the supplied to the quotient images power is provided with which the output 35 manipulated variable can be achieved. There is another disadvantage »Signal of the division stage (5) in the presence of the linearization in the waveguide a low-loss material to be measured the thickness of a between the receiving antenna and detector, because Quarter wavelength of the microwave energy to the said PIN diode is used there and ge-disappearance can be brought that if necessary fitted in terms of shaft technology ichen the multiplication level (1) for the reflective 40 must be.