DE2461804A1

DE2461804A1 - Layer thickness measurement method and device - is for use in building industry, and uses generator of H.F. electromagnetic waves

Info

Publication number: DE2461804A1
Application number: DE19742461804
Authority: DE
Inventors: Albert Dipl Ing Ott
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-12-30
Filing date: 1974-12-30
Publication date: 1976-07-01

Abstract

The generator (11) feeds the high frequency oscillations into a waveguide (12) whose open end is placed on the layer (16) of material whose thickness is to be measured, and reflector (13) which is made of conducting material is placed under the layer (16), so that standing waves are generated in the waveguide (12); two frequencies are tuned in turns, so that a minimum of standing waves amplitude is produced at a probe in the waveguide (12). The figure for the thickness of the layer is derived from these two frequencies, the distance from the reflector plate to the probe being an integer number of wavelengths, and the lengths of the standing waves are altered in the layer (16).

Description

Meßverfahren für Schichtdicken im Bauwesen und Anordnung zu seiner Durch für ung Im Bauwesen hat man es mit sehr verschiedenartigen Schichten zu tun: im Straßenbau werden im Zuge des Baufortshrittes einer Straße verschiedenartige Schichten unterschiedlicher Dicke aufgebracht, im Hochbau werden Baugrubensohlen und Betondecken beschichtet, im Tankbau spielen Beschichtungen eine große Rolle im Sinne einer Schutzfunktion. Schichten können ihren Zweck nur dann voll erfüllen, wenn ihre Dicke bestimmten Mindestwerten genügt, wirtschftlich sind sie oft nur dann, wenn nicht unnötig viel Schichtwerkstoff verbraucht wird.Measurement method for layer thicknesses in construction and arrangement for his In the building industry one has to do with very different layers: in road construction, different types of road become in the course of the construction progress Layers of different thicknesses are applied, in building construction excavation pits are used and concrete ceilings, coatings play a major role in tank construction in terms of a protective function. Layers can only fully fulfill their purpose if their thickness meets certain minimum values, they are often only economical only when a lot of coating material is not used up unnecessarily.

Zuverlässig arbeitende Schichtmeßverfahren stellen diese Forderungen sicher, bei Bautenabrechnungen nach der verbrauchten Menge an Schichtwerkstoff ist ihre Anwendung unerläßlich.Reliable layer measuring methods make these demands safe, for building accounts, is based on the amount of coating material used their application is essential.

Die Erfindung betrifft ein Meßverfahren und eine Anordnung zu seiner Durchführung insbesondere für relativ dicke Schichten etwa im Bereich von 5 cm bis 60 cm und darüber.The invention relates to a measuring method and an arrangement for its Implementation in particular for relatively thick layers in the range from 5 cm to 60 cm and above.

Es sind Schichtdickenmeßgeräte zum Einsatz im Bauwesen bekannt, deren Funktion sich auf das in Fig. 1 angegebene Prinzip zurückführen läßt. 1 ist die Schicht, deren Dicke gemessen werden soll, 2 ist der Untergrund der Schicht. X ist eine Platte oder Folie aus elektrisch leitendem Werkstoff, die vor Aufbringen der Schicht 1 auf den Untergrund 2 aufgelegt wird. Zur Messung der Dicke der Schicht 1 wird eine Spule 5 auf die Schicht 1 aufgesetzt, ihr Abstand zur Platte 4 wird durch die Schichtdicke bestimmt. Die Spule 3 ist an eine Hochfrequenz schaltung angeschlossen. Da in der elektrisch leitenden Platte 4, ausgehend vom hochfrequenten elektromagnetischen Feld der Spule 5 Wirbelströme erzeugt werden, deren Intensität vom Abstand zwischen Spule 3 und Platte 4 und darait von der Dicke der Schicht 1 abhängt, wirkt die Platte 4 schichtdickenabhängig auf verschiedene Eigenschaften der Spule 3 zurück.There are layer thickness gauges for use in construction known, their Function can be traced back to the principle given in FIG. 1 is the Layer, the thickness of which is to be measured, 2 is the subsurface of the layer. X is a plate or film made of electrically conductive material, which is applied before the Layer 1 is placed on the substrate 2. To measure the thickness of the layer 1, a coil 5 is placed on the layer 1, its distance from the plate 4 is determined by the layer thickness. The coil 3 is connected to a high frequency circuit connected. Because in the electrically conductive plate 4, outgoing 5 eddy currents are generated by the high-frequency electromagnetic field of the coil, the intensity of which depends on the distance between coil 3 and plate 4 and therefore on the thickness the layer 1 depends, the plate 4 acts depending on the layer thickness on different Properties of the coil 3 back.

Es ändern sich schichtdickenabhängig der ohmsche Widerstand und die Blindkomponente der Spule 3 und, falls die Spule aus zwei getrennten Wicklungen besteht, die Kopplung zwischen diesen beiden Wicklungen. Fig. 2 zeigt die Auswertung dieser schichtdickenabhängigen Änderungen im Sinne der Schichtdickenmessung.Depending on the layer thickness, the ohmic resistance and the Reactive component of the coil 3 and, if the coil consists of two separate windings exists, the coupling between these two windings. Fig. 2 shows the evaluation these layer thickness-dependent changes in the sense of the layer thickness measurement.

Besteht die Spule 3 aus einer einfachen Wicklung, so wird in der Schaltungsanordnung-5 der Fig. 2a bei einer bekannten Anordnung die Reaktanzänderung der Spule 5 ausgenützt, die zu einer Frequenzänderung in einem Schwingkreis führt, dessen Bestanzteil die Spule 3 ist. Die s'chichtdickenabhängige Frequenzänderung wird so ausgewertet, daß im Anzeigeinstrument 6 eine direkte Schichtdickenanzeige entsteht. Besteht die Spule 3 aus zwei getrennten Wicklungen, so wird die Auswertung in einer Anordnung nach Fig. 2b vorgenommen, welche einer anderen bekannten Anordnung zugrunde liegt. Die Primärseite der Spule 3 wurd von einem Hochfrequenzgenerator 7 erregt. Die auf die Sekundärseite der Spule 3 transformierte Spannung ist schichtdickenabhängig. Sie wird in der nachgeschlteten Auswerteschaltung 8 so weiterverarbeitet, daß im Anzeigeinstrument 9 ebenfalls eine direkte Anzeige der Schichtdicke entsteht.If the coil 3 consists of a single winding, then in the circuit arrangement -5 2a, the reactance change of the coil 5 is used in a known arrangement, which leads to a frequency change in a resonant circuit whose constituent part is the Coil 3 is. The frequency change depending on the layer thickness is evaluated in such a way that a direct layer thickness display is produced in the display instrument 6. Passes the coil 3 from two separate windings, the evaluation is carried out in an arrangement according to Fig. 2b made, which is based on another known arrangement. the The primary side of the coil 3 was excited by a high-frequency generator 7. The ones on the The voltage transformed on the secondary side of the coil 3 is dependent on the layer thickness. she is further processed in the downstream evaluation circuit 8 so that in the display instrument 9 there is also a direct display of the layer thickness.

Der Nachteil der bekannten Anordnungen besteht darin, daß die Größe der Spule 3 bei dickeren Schichten sehr groß gewählt werden muß und daß auch die Abmessungen der- Platte 4 entsprechend groß gewählt werden müssen. Die Meßanordnung kann durch unhandlich werden. Große Abmessungen der Platte 4 bedingen große Werkstoffmengen, wenn eine große An-zahl von Meßpunkten für die Schichtdickenmessung vorbereitet werden soll.The disadvantage of the known arrangements is that the size the coil 3 must be chosen very large for thicker layers and that the Dimensions of the plate 4 must be chosen accordingly large. The measuring arrangement can become unwieldy through. Large dimensions of the plate 4 require large amounts of material, when a large number of measuring points are prepared for the layer thickness measurement shall be.

Die Erfindung vermeidet diese Nachteile. Se arbeitet mit gerichtetem Hochfrequenzfeld, wodurch auch bei großen Schichtdicken relativ kleine Abmessungen der Bestandteile der Meßeinrichtung möglich werden.The invention avoids these disadvantages. Se works with directed High-frequency field, which means that the dimensions are relatively small, even with thick layers the components of the measuring device are possible.

Die Erfindung macht Gebrauch von der Tatsache, daß Hochfrequenzwellen, die vom offenen Ende eines Hohlleiters ausgehen, an einem ebenen metallischen Reflektor reflektiert werden können und sich mit einem Teil der gesendeten Welle zu einer stehenden Welle überlagern. Die stehenden Wellen bilden sich nicht nur zwischen dem Ende des Hohlleiters und dem Reflektor aus sondern auch im Hohlleiter selbst. In Fig. 9 ist 11 der Wellensender (Hochfrequenzgenerator), 12 der Hohlleiter, 13 der Ref lektor. Die Kurve 14 zeigt den örtlichen Verlauf der Schwingungsamplitude der elektrischen Feldstärke, die am Reflektor 15 Null ist und vor dem Refelektor 13 nach einer periodischen Funktion verläuft. Im Hohlleiter 12 ist,un die Strecke h vom Hohlleiterende zurückgesetzt, eine Sonde 15 eingebaut, welche die Amplitude des elektrischen Gesamtfeldes, d.h. die Uberlagerung aus gesendeter und reflektierter Welle an der Einbaustelle mißt.Andert man die Schwingungsfrequenz des Wellensenders 11, so ändert sich die Wellenlänge innerhalb und außerhalb des Hohlleiters und, da am Refelektor 15 stets ein Schwingungsknoten sein muß, auch die-Schwingungsamplitude an der Stelle der Sonde 15. saniert man andererseits den Abstand des Reflektors 15 vom Ende des Hohlleiters 12,so wandert der gesamte Wellenzug 14 mit dem Reflektor 15 und es ändert sich ebenfalls die Schwingungsamplitude an der Sonde 15. Eine Abstandsänderung zwischen Reflektor 15 und Ende des Hohlleiters 12 kann damit durch entsprechende Frequenzänderung so kompensiert werden, daß die Schwingungsamplitude an der Sonde 15 konstant bleibt.The invention makes use of the fact that high frequency waves, which proceed from the open end of a waveguide on a flat metallic reflector can be reflected and become one with part of the transmitted wave superimpose standing wave. The standing waves don't just form between the end of the waveguide and the reflector but also in the waveguide itself. In FIG. 9, 11 is the wave transmitter (high frequency generator), 12 is the waveguide, 13 the reflector. The curve 14 shows the local course of the oscillation amplitude the electric field strength, which is zero at the reflector 15 and in front of the reflector 13 runs according to a periodic function. In the waveguide 12 is, un the route h set back from the waveguide end, a probe 15 installed, which the amplitude of the total electrical field, i.e. the superposition of transmitted and reflected Measures the shaft at the point of installation. If the vibration frequency of the shaft transmitter is changed 11, the wavelength changes inside and outside the waveguide and, since there must always be a vibration node at the reflector 15, including the vibration amplitude on the other hand, the spacing of the reflector is repaired at the point of the probe 15 15 from the end of the waveguide 12, the entire wave train 14 migrates with the reflector 15 and the oscillation amplitude at the probe 15 also changes. A change in distance between the reflector 15 and the end of the waveguide 12 can thus by appropriate Frequency changes are compensated so that the oscillation amplitude at the probe 15 remains constant.

Erfindungsgemäß wird die Anordnung nach Fig. 3 dadurch zur Schichtdickenmessung einsetzbar, daß man die Schicht 16 mit einem Reflektor 13 unterlegt und das Ende des Hohlleiters 12 auf die Oberseite der Schicht 16 aufsetzt.According to the invention, the arrangement according to FIG. 3 thereby becomes a layer thickness measurement can be used that the layer 16 is underlaid with a reflector 13 and the end of the waveguide 12 touches the top of the layer 16.

Die für die praktische Anwendung zweckmäßige trichterförmige Erweiterung des Hohlleiterendes zur Anpassung des Hohlleiterwellenwiderstandes an den Wellenwiderstand des freien Raumes ist in Fig. 5 nicht besonders gezeichnet, da zur Erläuterung der prinzipiellen Zusammenhänge ohne Bedeutung. Weiterhin wird die Erläuterung besonders übersichtlich, wenn man zunächst annimmt, daß die Wellenlängen im Hohlleiter und im Schichtwerkstoff gleich sind, was im der Praxis zwar nicht ganz erfüllt ist, aber leicht durch hinzugefügte Korrekturfaktoren berücksichtigt werden kann.The funnel-shaped extension suitable for practical use of the waveguide end to adapt the waveguide wave resistance to the wave resistance of free space is not particularly drawn in Fig. 5 because for Explanation of the principle connections without meaning. The explanation continues particularly clear if one initially assumes that the wavelengths in the waveguide and are the same in the coating material, which is not entirely true in practice, but can easily be taken into account by adding correction factors.

Ist das Ende des Hohlleiters 12 auf die Schicht 16 aufgesetzt, so wird der Ort der Sonde 15 zunächst mit keiner besonders ausgezeichneten Stelle der Amplitudenkurve 14 zusammenfallen.If the end of the waveguide 12 is placed on the layer 16, so is the location of the probe 15 initially with no particularly marked location of the Amplitude curve 14 coincide.

Wird nun aber die Frequenz der Schwingung erhöht, so wird die Wellenlänge kleiner, d.h. alle Minima der Kurve 14 rücken näher zum Reflektor 13. Bei einer bestimmten Frequenz f1 , zu welcher die Wellenlänge 3 gehört, wird man an der Sonde 15 ein Spannungsminimum messen. Zwischen Reflektor 15 und Sonde 15 sollen dabei gerade n Minima der Kurve 14 liegen.But if the frequency of the oscillation is increased, the wavelength becomes smaller, i.e. all minima of curve 14 move closer to reflector 13 certain frequency f1, to which the wavelength 3 belongs, one becomes at the probe 15 measure a voltage minimum. Between reflector 15 and probe 15 should be just n minima of curve 14 lie.

Der Abstand zweier solcher Minima beträgt eine halbe Wellenlänge, so daß gilt Erhöht man nun die Frequenz weiter, so werden sich die Minima der Kurve 14 noch weiter auf den Reflektor 15 zubewegen, die Spannung an der Sonde 15 wird zunächst zunehmen, dann erneut abnehmen, bis sie wieder ein Minimum hat. Dazu gehört die Frequenz f2, entsprechend der Wellenlänge 32. Zwischen Reflektor 15 und Sonde 15 liegen nun n+1 Minima der Kurve 14. The distance between two such minima is half a wavelength, so that applies If the frequency is now increased further, the minima of the curve 14 will move even further towards the reflector 15, the voltage on the probe 15 will first increase, then decrease again until it has a minimum again. This includes the frequency f2, corresponding to the wavelength 32. There are now n + 1 minima of the curve 14 between the reflector 15 and the probe 15.

Drückt man die Wellenlängen A und Sz durch die Frequenzen f1 und 2 sowie durch die Licbcgeschwindigkeit c aus, so gilt für die zu messende Schichtdicke Die Frequenzen f1 und f2 sind leicht meßbar, h ist der bekannte Abstand zwischen dem Ende des Hohlleiters 12 und und der Sonde 15. Berücksichtigt man noch die Verschiedenheit der Wellengeschwindigkeit im Hohlleiter von der Lichtgeschwindigkeit, so ist die gesuchte Schichtdicke wobei vH die aus den Abmessungen' des Hohlleiters 12 bekannte Wellengeschwindigkeit im Hohlleiter ist.If the wavelengths A and Sz are expressed by the frequencies f1 and 2 and by the speed c, then the following applies to the layer thickness to be measured The frequencies f1 and f2 are easy to measure, h is the known distance between the end of the waveguide 12 and and the probe 15. If one also takes into account the difference between the wave speed in the waveguide and the speed of light, then the desired layer thickness is where vH is the wave speed known from the dimensions of the waveguide 12 in the waveguide.

Werkstoffe im Bauwesen, deren Dicke gemessen werden muß, haben meist eine Wellengeschwindigkeit, die von der des Vakuums, also der Lichtgeschwindigkeit, verschieden ist. Das geht fast ausschließlich darauf zurück, daß die Dielektrizitätszahl des Schichtwerkstoffes von 1 verschieden ist; die Permeabilitätszahl, welche ebenfalls von Einfluß auf die Wellengeschwindigkeit ist, hat bei den hier in Frage kommenden Meßfrequenzen den Wert 1. Die Schichtdicke lautet dann Dabei ist so das Stehwellenverhältnis, wenn sich kein Werkstoff vor dem Ende des Hohlleiters 12 befindet, s1 das Stehwellenverhältnis, wenn sich der Schichtwerkstoff, aber kein Reflektor vor dem Ende des Hohlleiters 12 befindet. Unter Stehwellenverhältnis versteht man das Verhältnis der maximalen zur minimalen Schwingungsamplitude im Kurvenzug 14 der Fig. 5.Materials in construction, the thickness of which has to be measured, usually have a wave speed that is different from that of a vacuum, i.e. the speed of light. This is almost entirely due to the fact that the dielectric constant of the layer material differs from 1; the permeability number, which also has an influence on the wave speed, has the value 1 at the measurement frequencies in question. The layer thickness is then In this case, the standing wave ratio if there is no material in front of the end of the waveguide 12, s1 is the standing wave ratio if the layer material but no reflector is in front of the end of the waveguide 12. The standing wave ratio is understood to mean the ratio of the maximum to the minimum oscillation amplitude in the curve 14 in FIG. 5.

Das Stehwellenverhältnis so ist eine Konstante der Meßanordnung, sie wird einmal ermittelt und ist dann für -alle Anwendungen bekannt.The standing wave ratio so is a constant of the measuring arrangement, it is determined once and is then known for all applications.

Eine Schichtdickenmessung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren läuft wie folgt ab: 1. Aufsetzen des Endes des Hohlleiters 12 auf die zu messende Schicht 16 an einer Stelle, an der kein Ref-lektor unter der Schicht liegt. Es wird das StehweIbnverhältnis sl gemessen.A layer thickness measurement according to the method according to the invention is in progress as follows: 1. Place the end of the waveguide 12 on the layer to be measured 16 at a point where there is no reflector under the layer. It will be Standing ratio sl measured.

2. Aufsetzen des Endes des Hohlleiters 12 auf die zu messende Schicht 16 an einer Stelle, an der ein Reflektor 15 unter der Schicht 16 liegt. Veränderung der Frequenz solange, bis an der Sonde 15 ein Spannungsminimum gemessen wird und Messung der Frequenz fl, 3. Weitere Erhöhung der Frequenz solange, bis erneut an der Sonde 15 ein Spannungsminimum gemessen wird und Messung der Frequenz f2.2. Place the end of the waveguide 12 on the layer to be measured 16 at a point at which a reflector 15 lies under the layer 16. change the frequency until a voltage minimum is measured at the probe 15 and Measurement of the frequency fl, 3. Further increase of the frequency until it turns on again the probe 15 a voltage minimum is measured and measurement of the frequency f2.

4. Bestimmung der Schichtdicke aus allen nunmehr bekannten Kenngrößen.4. Determination of the layer thickness from all parameters that are now known.

Von Vorteil ist es, die Änderung der Frequenz auf dem Wege einer spannungaabhängigen Durchstimmung des Hochfrequenzgenerators 11 vorzunehmen, wobei der Hochfrequenzgenerator 11 ein Klystron oder ein Gunnoszillator sein kann. Generatoren dieser Art lassen sich durch Verändern einer Gleichspannung in der Frequenz beeinflussen. Dabei läßt es sich so einrichten, daß jedem Wert der durchstimmenden Gleichspannung eine genau definierte Frequenz entspricht. Zur Messung der Frequenz kann somit die Messung der durchstimmenden Gleichspannung herangezogen werden.It is advantageous to change the frequency by way of a voltage-dependent Make tuning of the high-frequency generator 11, the high-frequency generator 11 can be a klystron or a Gunn oscillator. Let generators of this type influence each other by changing the frequency of a direct voltage. Here lets arrange yourself in such a way that each value of the swept DC voltage is exactly one defined frequency. To measure the frequency, the measurement the tuning DC voltage can be used.

Von Vorteil ist es weiterhin, der durchstimmenden Gleichspannung eine niederfrequente Wechselspannung zu überlagern, deren Amplitude klein gegen den Durchstimmungsbereich der Gleichspannung ist. Diese zusätzliche niederfrequente Wechselspannung findet man in der Ausgangsspannung der Sonde 15 wieder, solange sich an der Stelle der Sonde 15 kein Minimum oder Maximum des Kurvenzuges 14 befindet. Das Verschwinden der niederfrequenten Spannung im Ausgangssignal der Sonde 15 in Verbindung mit einer Messung der Spannung der Sonde 15 kann zur Bestimmung dafür dienen, ob an der Sonde 15 gerade ein Minimum der Kurve 14 vorliegt. Wird dann der Wert der die Frequenz des Generators 11 durchstimmenden Gleichspannung gemessen, so hat man ein Maß für die Frequenzen f1 bzw. f2.It is also an advantage to use the tuning DC voltage to superimpose low-frequency alternating voltage, the amplitude of which is small compared to the tuning range the DC voltage. This additional low-frequency alternating voltage takes place man in the output voltage of the probe 15 again as long as there is at the point of the probe 15 no minimum or maximum of the curve 14 is located. The disappearance of the low frequency Voltage in the output signal of the probe 15 in connection with a measurement of the voltage the probe 15 can be used to determine whether the probe 15 is currently at a minimum the curve 14 is present. Then the value of the frequency of the generator 11 tuning Measured direct voltage, one has a measure for the frequencies f1 and f2.

Von Vorteil ist es, die Aufeinanderfolge der einzelnen Schritte einer Messung automatisch zu steuern und die einzelnen Messwerte automatisch festzustellen und auszuwerten.It is advantageous to follow the sequence of the individual steps in a Control the measurement automatically and automatically determine the individual measured values and evaluate.

Ein Ausführungsbeispiel gibt die Fig. 4 wieder. In den Hohlleiter 22 wird vom Hochfrequenzgenerator 21 eine hochfrequente Wechselspannung eingespeist. Der Richtungskoppler 27 liefert eine Ausgangsgleichspannung 29, die der Amplitude der vom Generator 21 zum Ende des Hohlleiters 22 laufenden Welle proportional ist. Der Richtungskoppler 28 liefert eine Ausgangsgleichspannung 50, die der Amplitude der vom Ende des Hohlleiters 22 zurücklaufenden Welle proportional ist. Der Sägezahngenerator 51 liefert eine linear mit der Zeit ansteigende Spannung, welche die Frequenz des Hochfrequenzgenerators 21 durchstimmt.An exemplary embodiment is shown in FIG. 4. In the waveguide 22, a high-frequency alternating voltage is fed in from the high-frequency generator 21. The directional coupler 27 supplies a DC output voltage 29 that corresponds to the amplitude the wave running from the generator 21 to the end of the waveguide 22 is proportional. The directional coupler 28 provides a DC output voltage 50 that corresponds to the amplitude is proportional to the wave returning from the end of the waveguide 22. The sawtooth generator 51 supplies a voltage which increases linearly with time and which corresponds to the frequency of the High frequency generator 21 tunes.

51 Der Sägezahngenerator hat einen Starteingang 40; ein Signal an diesem Eingang setzt das zeitproportionale Ansteigen der Ausgangsspannung in Gang. Er hat weiter einen Stopeingang 41; ein Signal an diesem Eingang unterbricht das zeitproportionale Ansteigen der Ausgangsspannung. In der Additionsschaltung 52 wird der linear ansteigenden Spannung des Sägezahngenerators eine sinusförmige, niederfrequente Wechselspannung überlagert, die in der Schaltung 55 erzeugt wird. Die Sonde 25 liefert eine Spannung, die der Amplitude der stehenden Welle an der Einbaustelle der Sonde 25 proportional ist. Die Spannung der Sonde 25 enthält eine niederfrequente Wechselspannung , herrührend von der Schaltung 33, die dann und nur dann verschwindet, wenn sich an der Stelle der Sonde 25 ein Spannungsmaximum oder ein - Minimum berfindet. Der Minimumdetektor 34 wertet die Spannung der Sonde 25 so aus, daß er ein Signal an den Sägezahngenerator 31 über den Stopeingang 41 weitergibt, wenn ein Spannungsminimum an der Sonde 25 vorliegt und dann dadurch die weitere Erhöhung der Frequenz des Hochfrequenzgenerators 21 anhält. Die Ausgangsspannungen der Richtungskoppler 28 und 29 sowie die Spannung des Sägezahngenerators 51, welche ein Maß für die Frequenz des Hochfrequenzgenerators 21 ist, werden einem Multiplexer 35 zugeführt, der je nachdem, welche Größe gerade zur Auswertung der Messung benötigt wird, eine der drei Spannungen auf den Analog/Digitalwandler 56 durchschaltet. Der AD- Wandler 36 wandelt die Spannungen in Digitalform um und bietet sie dem Rechner 37 zur Verarbeitung an. 51 The sawtooth generator has a start input 40; a signal this input sets the time-proportional increase of the output voltage in motion. He also has a stop entrance 41; a signal at this input interrupts this time-proportional increase in output voltage. In the addition circuit 52 the linearly increasing voltage of the sawtooth generator has a sinusoidal, low frequency AC voltage that is generated in the circuit 55 superimposed. The probe 25 delivers a voltage equal to the amplitude of the standing wave at the location of the probe 25 is proportional. The voltage of the probe 25 contains a low frequency AC voltage, originating from circuit 33, which then and only then disappears, if a voltage maximum or a minimum is found at the location of the probe 25. The minimum detector 34 evaluates the voltage of the probe 25 so that it generates a signal to the sawtooth generator 31 via the stop input 41 when a voltage minimum is present at the probe 25 and then thereby further increasing the frequency of the High frequency generator 21 stops. The output voltages of the directional couplers 28 and 29 and the voltage of the sawtooth generator 51, which is a measure of the frequency of the high frequency generator 21 is fed to a multiplexer 35, which is each depending on which size is needed to evaluate the measurement, one of the three voltages to the analog / digital converter 56 switches through. The AD converter 36 converts the voltages into digital form and presents them to the computer 37 for processing at.

Alle Ablaufvorgänge der Messung und der Rechner 37 werden von einem Festprogramm gesteuert, welches im Programmspeicher 58 gespeichert ist. Die zur Auswertung der Messung benötigten Konstanten sind im Konstantenspeicher 39 fest gespeichert.All processes of the measurement and the computer 37 are from one Fixed program controlled, which is stored in the program memory 58. The for The constants required to evaluate the measurement are fixed in the constant memory 39 saved.

Der Programmablauf kann Ansteuern des Siganleinganges 42 am Programmspeicher 38 in Gang gesetzt oder weitergeschaltet werden.The program sequence can control the signal input 42 on the program memory 38 can be started or switched on.

Das Eichprogramm läuft wie folgt abgas Ende des Hohlleiters 22 wird auf eine Stelle der Schicht aufgesetzt, welche nicht mit einem Reflektor unterlegt ist. Der Hochfrequenzgenerator 21 arbeitet mit konstanter Frequenz. Die Richtungskoppler 27 und 28 liefern nacheiander, gesteuert durch den Programmspeicher 38, über den Multiplexer 35 und den AD- Wandler 36 Werte an den Rechner 37, die als Maß für die Dielektrizitätszahl des Schichtwerkstoffes 26 verarbeitet werden.The calibration program runs as follows: the exhaust gas end of the waveguide 22 becomes placed on a point of the layer that is not underlaid with a reflector is. The high frequency generator 21 operates at a constant frequency. The directional coupler 27 and 28 deliver one after the other, controlled by the program memory 38, via the Multiplexer 35 and the AD converter 36 values to the computer 37, which are used as a measure for the Dielectric constant of the layer material 26 are processed.

Beim anschließenden Meßvorgang wird das Ende des Hohlleiters 22 auf eine Stelle der Schicht 26 gesetzt, die mit einem Reflektor 23 unterlegt ist. Nach Programmstart über den Signaleingang 42 am Programnspeicher 38 beginnt-die Spannung des Sägezahngenerators 31 zeitproportional hochzulaufen und damit die Frequenz des Hochfrequenzgenerators 21, bis sich an der Stelle der Sonde 25 ein Spannungsminimum einstellt, was der Minimumdetektor im Sinne einer Stillsetzung des Sägezahngenerators 31 auswertet.-Die bis dahin erreichte Spannung des Sägezahngenerators 51 wird als Maß für die Frequenz f1 über den Multiplexer 35 und den AD- Wandler 56 zum Rechner 37 durchgeschaltet und dort gespeichert. Gesteuert durch den Programmspeicher 58 läuft der Sägezahngenerator 31 anschließend erneut los, bis der Minimumdetektor 34 das nächste Spannungsminimum am Ort der Sonde 25 meldet. der hierzu gehörende Spannungswert des Sägezahngenerators 31 wird als Maß für die Frequenz f2 über den Multiplexer 35 und den AD- 13;andler36 zum Rechner 57 durchgeschaltet und dort gespeichert. Der Programmspeicher setzt anschließend die Berechnung der Schichtdicke unter Verwendung der nunmehr vorhandenen Informationen in Gang. Das Ergebnis kann digital oder analog angezeigt oder in anderer geeigneter Weise verwertet werden.During the subsequent measuring process, the end of the waveguide 22 opens a point of the layer 26 is set, which is underlaid with a reflector 23. To Program start via the signal input 42 in program memory 38 the voltage of the sawtooth generator 31 begins to run up proportionally to time and thus the frequency of the high frequency generator 21 until it is at the point of the probe 25 sets a voltage minimum, which the minimum detector in the sense of a shutdown of the sawtooth generator 31 evaluates.-The voltage of the sawtooth generator reached up to that point 51 is used as a measure for the frequency f1 via the multiplexer 35 and the AD converter 56 switched through to computer 37 and stored there. Controlled by the program memory 58 the sawtooth generator 31 then starts again until the minimum detector 34 reports the next minimum voltage at the location of the probe 25. the one belonging to this The voltage value of the sawtooth generator 31 is used as a measure of the frequency f2 over the Multiplexer 35 and the AD-13; andler36 are switched through to the computer 57 and stored there. The program memory then sets the calculation of the layer thickness using the information now available in motion. The result can be digital or analog displayed or used in another suitable manner.

Die Vorteile gegenüber bekannten Schtchtdickenmeßeirichtungen werden in folgendem gesehen: 1. Durch Begrenzung der Ausdehnung des gektromagnetischen Feldes kann die räumliche Ausdehung des Reflektors klein gehalten werden, auch wenn die zu messende Schichtdicke groß ist. Ein kleiner Reflektor ist deswegen-von entscheidender Wichtigkeit, da große Reflektoren die Bindung einzelner Schichten untereinander behindern, was bei kleinen Reflektoren nicht der Fall ist. Kleine Reflektoren bedeuten außerdem geringen Verbrauch an Reflektorwerkstoff , besonders dann, wenn eine große Anzahl von Meßpunkten verlegt werden muß.The advantages over known Schtchtdickenmeßirrichtungen are seen in the following: 1. By limiting the expansion of the electromagnetic Field, the spatial expansion of the reflector can be kept small, even if the layer thickness to be measured is large. A small reflector is therefore crucial This is important because large reflectors bind the individual layers together hinder what is not the case with small reflectors. Small reflectors mean also low consumption of reflector material, especially if a large one Number of measuring points must be relocated.

2. Dicke Schichten (50 cm Dicke und mehr) sind mit der Einrichtung genauso gut meßbar wie dünnere, ohne daß der Reflektor größer sein müßte und ohne daß die Meßeinrichtung andere Dimensionen haben müßte.2. Thick layers (50 cm thick and more) are included with the establishment just as well measurable as thinner ones, without the reflector having to be larger and without that the measuring device would have to have other dimensions.

5. Die Bauweise der Meßeinrichtung kann sehr klein und damit gut transportabel gehalten werden, was besonders bei Feldmessungen sehr wichtig ist.5. The construction of the measuring device can be very small and therefore easy to transport which is particularly important for field measurements.

4. Die Aufsetzstelle der Meßeinrichtung über dem ja unsichtbaren Reflektor ist unkritisch, während bei den bekannten Meßeinrichtungen auf ein zentrisches Aufsetzen sehr zu achten ist.4. The placement point of the measuring device above the invisible reflector is not critical, while with the known measuring devices on a centric placement is very important.

Claims

1. Procedure and facility for its implementation to measure the Thickness of layers in construction, characterized in that a high frequency generator (11) electromagnetic Waves in a waveguide (12) sends, which with its open end on the to be measured Layer (16) is put on that layer (16) with a reflector (13) electrically conductive material is underlaid, so that in the layer (16) and Form standing waves in the waveguide (12) that set two frequencies one after the other are, in each of which at the point of the probe (15) in the waveguide (12) a minimum the oscillation amplitude of the standing wave arises and that from these two Frequencies the layer thickness is calculated.

2. Method and device for its implementation according to claim 1 characterized in that instead of the minimums of the oscillation amplitude of the standing Wave the maxima are evaluated.

3. Arrangement according to one of claims 1 or 2, characterized in that that the successive steps to carry out the measurement by a stored and automatically running program can be controlled after it has been started.

4. Arrangement according to one or more of claims 1 to 7 thereby characterized in that the obtained in the individual steps in the course of the measurement process Values can be converted into the layer thickness by a computer.

5. Arrangement according to one or more of claims 1 to 4 thereby characterized in that the setting of the frequencies on the high-frequency generator by Use of a sawtooth generator takes place, which is a tunable high frequency generator controls and thereby generates a frequency that can be changed over time.

6. Arrangement according to one or more of claims 1 to 5 thereby characterized in that the high frequency generator consists of a voltage modulable klystron or a voltage modulable Gunn oscillator.

7. Arrangement according to one or more of claims 1 to 6 thereby characterized in that the material influences of the layer (16) on the measurement result be taken into account by a calibration preceding the measurement, in which the open end of the waveguide (12) is placed on a point of the layer (16), which is not underlaid with a reflector and that from the separately measured Amplitudes from the generator (11) to the reflector (13) and from the reflector (15) to the Generator (11) running waves obtained a mathematical measure for the material influences which is taken into account when calculating the layer thickness.

8. Arrangement according to claim 7, characterized in that the amplitudes of the individual waves are measured by directional couplers that are attached to the waveguide (12) be attached.

9. Arrangement according to one or more of claims 1 to 8 characterized in that the frequency of the high frequency generator (11) in addition to Tuning the frequency is modulated slightly sinusoidally and that the Component of the modulating voltage that appears in the signal from the probe (15) and only disappears if there is a minimum or maximum at the point of the probe (15) the curve (14) is used to determine these minima or maxima.