DE2362219A1 - Funktions-konverter zur linearisierung von radiometrischen feuchte und dichtemessungen - Google Patents

Description

Hans-Joachim Kleeberg ?ΊR?21

-Funktionskonverter-

BESGHREIBUNG

Funktions-Konverter zur Linearisierung von radiometrischen Feuchte und Dichteinessungen

Die Erfindung betrifft einen Funktions-Konverter zur Auswertung von Impulsfolgen bei geophysikalischen Feuchte- und Dichtemessungen, die als Ausgangssignale bei radiometrischen Meßeinrichtungen entstehen.

Eine derartige Meßeinrichtung ist erforderlich, um die Auswertung von Feuchte- und Dichtemessungen unmittelbar am Ort der Messungen linearisiert durchführen zu können« Die Auswertung muß unabhängig vom Standort und vom Netzstrom in fahrbaren Einheiten sichergestellt sein.

Es ist bekannt, daß für radiometrische Feuchte- und Dichtemessungen Anzeigegeräte zur Verfügung stehen, deren Anzeige der gemessenen mittleren Impulsfrequenz proportional ist. Eine Registrierung der Impulsfrequenz über einen handelsüblichen Registrierschreiber ist hierbei möglich-. Darüber hinaus ist eine Einrichtung zur Aus-

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Wertung im Gebrauch, die eine Linearisierung über eine optoelektronische Kopplung ermöglicht. Zur endgültigen Auswertung ist zusätzlich ein impulshöhen-Analysator erforderlich, (siehe Beiblatt Literaturangaben). -

Bei der Anzeige und Registrierung der mittleren Impulsfrequenz ist die nachträgliche Umrechnung jedes einzelnen Meßwerts anhand einer vorgegebenen nichtlinearen Eiehkurve erforderlich, um den jeweiligen tatsächlichen Feuchte- oder Dichtewert zu ermitteln; denn der Zusammenhang zwischen Impulsanzahl pro Zeiteinheit sowie Dichte bzw. Feuchte ist durch ein komplexes nichtlineares physikalisches Gesetz verknüpft. Bei der Aufzeichnung von Meßprofilen, z. B. Profile in Böden oder Abfalldeponien, ist eine Auswertung der Meßergebnisse an Ort und Stelle wegen des hohen Zeitaufwandes im Regelfall nicht möglich. Es wäre nun denkbar bei der Aufzeichnung der Meßwerte durch einen Registrierschreiber nichtlinear geteiltes Rollenpapier zu verwenden. Ein solches spezielles Registrierpapier ist mit Sicherheit sehr kostenaufwendig. Das ergibt sich schon daraus, daß die Einteilung des Registrierpapiers von der Eiehkurve der jeweiligen radiometrischen Meßeinrichtung abhängig ist. Außerdem ist eine Mittelwertbildung mit Hilfe eines PIanimeters oder auf elektronischem Wege bei dieser nichtlinearen Aufzeichnung unmöglich.

Die Linearisierung über eine optoelektronische Kopplung mit anschließender Auswertung über einen Impulshöhen-Analysator ist hinsichtlich der Anschaffung nicht nur außerordentlich kostspielig, sondern wegen der Notwendigkeit eines gut stabilisierten Stromnetzes und der relativ großen Abmessungen der meßtechnischen Einrichtung nur ortsgebunden möglich. Hinzu kommt die notwendige Anlaufzeit der Apparatur, um ein stabiles Linearisierungsverhalten zu erreichen. Diese Eigenschaften setzen spezifisch ausgelegte Räumlichkeiten wie z. B. Speziallaboratorien voraus. Der Einsatz im mobilen Betrieb wird schon hierdurch unmöglich.

Eine Auswertung während der Messung im Meßfahrzeug über einen programmierbaren elektronischen Digitalrechner ist sehr kostenaufwendig und bei Messungen ohne stabile Net ζ Versorgung nicht ohne weiteres möglich.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Funktions-Konverter zur Auswertung von Impulsfolgen bei geophysikalischen radio-." metrischen. Feuchte-und Dichtemessungen zu schaffen. Der Funktions-Konverter soll die mittlere Eingangsfrequenz in solche Meßwerte umwandeln, daß die Ausgangswerte eine lineare Abhängigkeit vom jeweiligen Feuchte- bzw. Dichtewert des Meßobjekts aufweisen. Der Funktions-Konverter soll darüber hinaus orts-, netz- und zeitunabhängig in fahrbaren Einheiten bei geringen Anschaffungs- und Betriebskosten einsetzbar sein, - >

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Funktions-Konverter die Meßimpulse in eine linear vom jeweiligen Feuchte- bzw, Dichtemeßwert abhängige Gleichspannung umwandelt. Der Ablauf dieser Umwandlung wirdnachfolgend beschrieben: Die von der radiometrischen Meßeinrichtung abgegebenen Impulsfolgen durchlaufen einen Sc hwellv/ertver stärker, sofern sie eine bestimmte Intensität überschreiten. Die Ausgangsimpulse des Schwellwertverstärkers werden in der nachfolgenden Schaltungsanordnung in jeweils konstante Spannungszeitflächen verwandelt und über eine elektronische Integrationseinrichtung in eine der mittleren Ein- ■_- gangsfrequenz proportionale Äusgangsspannung verwandelt. Diese Spannung durchläuft nun eine Operationsverstärkerschaltung mit Widerstands-Diodenbeschaltung, die die Linearisierung bewirkt. Die- . se aktive Gegenkopplung bewirkt, daß die Aüsgangsspannurig^;proportional der Feuchte- oder Dichtegröße ist. Dadurch wird"eine lineare analoge Registrierung möglich. . .

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß mit dem hier entwickelten Funktions-Konverter die Linearisierung von radiometrischen Feuchte- und Dichtemessungen zur unverzüglichen Registrierung am Meßort mit einem Meßwertschreiber / sichergestellt wird. Die Meßeinrichtung kann in kleinsten fahrbereiten Einrichtungen z, B, PKW untergebracht werden und ist damit ortsunabhängig. Darüber hinaus ist der Funktions-Konverter nicht an Netzstrom gebunden. Die LangzeitStabilität des Funktions-Kon- _r verters ist ohne Zwischeneichung sichergestellt; Anlaufzeiten am jeweiligen Meßort entfallen. Die Anschaffungs- und Betriebskosten sind vergleichsweise gering,.

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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 ein Strukturbild des Funktions-Konverters mit einem Magnetbandspeichergerät zur Impulseingabe und einem Blattschreiber als Ausgabe-Registriereinrichtung.

Fig. 1a das Widerstands- Dioden-Netzwerk der aktiven Gegenkopplungseinrichtung zur Erzeugung der Korrekturfunktion für die Line-· arisierung.

In der F i g. 1 liegt an der Klemme 1 eine Impulsfolge, deren mittlere Frequenz ein Maß für die Bodenfeuchte bzw. Bodendichte darstellt. Diese Impulsfolge wird als Ausgangsspannungssignal entweder von der radiometrischen Feuchte- bzw· Dichtemeßeinrichtung direkt geliefert, oder sie steht nach Zwischenspeicherung auf einem Magnetbandgerät 12 ebenfalls als elektrische Impulsfolge zur Verfugung. Diese Impulsfolge gelangt auf einen Schwellwertverstärker 3 > der nur Impulse die eine Mindestspannungsgröße überschreiten passieren läßt. Der Triggerverstärker k bewirkt eine Anpassung an den Univibrator 5 , der jeden Impuls in eine feste Spannungs-Zeitdauer umwandelt. Nach Durchlaufen eines weiteren Triggerverstärkers 6 werden die in der Spannungsgröße und Impulsdauer genau definierten Impulse auf die Integrationseinrichtung gegeben. Die Integrationseinrichtung besteht aus dem Operationsverstärker 7 und-dem Widerstands-Kapazitätsglied 8 . Am Ausgang des Operationsverstärkers 7 steht jetzt eine Spannung zur Verfugung, deren absolute Größe der mittleren Frequenz der Eingangsimpulsfolge proportional ist. Diese Spannung gelangt jetzt an einen weiteren Operationsverstärker 9 , der über ein nichtlineares Korrekturglied 10 derart gegengekoppelt ist, daß sich der in der Fig. 1b gezeigte Kennlinienverlauf der Ausgangsspannung als Funktion der Eingangsspannung des Operationsverstärkers 9 und damit der Eingangsfrequenz ergibt. Da nun die mittlere Frequenz der an der Klemme 1 liegenden Impulsfolge die inverse Funktion zu der über den nichtlinear gegengekoppelten Operationsverstärker 9 erzeugten Funktion darstellt, ergibt sich eine lineare Abhängigkeit der an der Klemme 16 anliegenden Ausgangsspannung des Funktions-Konverters von der Frequenz der Eingangsimpulsfolge und damit auch vom jeweiligen Feuchte- bzw. Dichte-

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meßwert. Die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 9 weist somit die gewünschte lineare Abhängigkeit von der Feuchte-bzwv Dichtemeßgröße auf und wird über den Registrierschreiber 13 aufgezeichnet. _v ν

Fig. la zeigt, die Struktur des Gegenkopplungsnetzwerks TO .-■■"■..-. Das Gegenkopplungsnetzwerk besteht aus den Widerständen T8 bis 31 , den Halbleiterdioden 32 bis 37 und dem als Impedanzwandler nachgeschalteten Operationsverstärker. 38 . Das Widerstands-Diodennetzwerk ,weist eine nich'tlineare' Strom-Sparinungskennlinie auf, so daß sich am positiven Eingang des Operationsverstärkers 38 eine nicht linear -der Spannung an der Klemme 16 folgende Eingangsspannung ergibt. Diese Spannung wird durch den Operationsverstärker 38 linear verstärkt und somit ein von der Eingangsspannung des Operationsverstärkers 9 hichtlinear abhängiger Strom in den Knotenpunkt am negativen Eingang des Operationsverstärkers 9 eingespeist. - ... .

Literaturangaben zur Erfindungsmeldung -

"Ihmktions-Konverter zur Linearisierung von radiometrisehen Feuchte- und Dichtemessungen"

l) E. Aurand: · Portlaufende Registrierung von Mes

sungen der Bodendichte und Bodenfeuchte und deren Auswertung mit HiI-■-.-■■ fe des T/[agnetband-Speicherverfahrens.

Intern. Hydrogeοίοgen-Kongreß Hanno-ver 1965 ,. M6moires Vol. VII (Hannover 1.967) 1-3-

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Claims (1)

Hans-Joachim Kleeberg · -^ialrtioiio-Kwnverter- 2 3 6221 9 PATENTANSPRUCH

1. Punktions-Konverter zur Linearisierung von Impulsfolgen bei radiometrischen Feuchte- und Dichtemessungen, wobei die bei den Messungen anfallenden Impulse auf absolute Höhe geprüft, in konstante Spannungs-Zeitdauern verwandelt und integriert werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Umformung der Integratorausgangsspannung über eine Operationsverstärker-Schaltung mit aktiver Gegenkopplung über ein Netzwerk mit nichtlinearer Strom-Spannungskennlinie erfolgt, wobei eine Ausgangsspannung proportional zur Feuchte- oder Dichtegröße entsteht und eine lineare analoge Registrierung gewährleistet wird.

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