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Vorrichtung zum Erfassen einer plötzlichen Veränderung der
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von Holzgut durchgelassenen oder reflektierten Energie mit Radiofrequenz
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erfassen einer plötzlichen
Veränderung der von Holzgut durchgelassenen oder reflektierten Energie mit Radiofrequenz
zum Zweck der Sortierung und Klassifizierung des Holzgutes, insbesondere Sägs:gutes,
wobei Aststellen im Holzgut erfaßt werden, wenn von einer oder mehreren geeignet
geformten Sendeantennen bezogene Radioenergie, insbesondere Strahlung im Mikrowellenbereich,
das zu untersuchende Holzgut durchläuft oder davon reflektiert wird und wenn die
auf ein oder mehrere Paare entsprechend ausgebildeter Empfangsantennen einfallende
Strahlung
gemessen wird und aufgrund der in der hindurchgegangenen
oder reflektierten Strahlungsmenge oder in deren Intensität und/ oder Phase herbeigeführten
plötzlichen Veränderungen bestimmter Größe Aststellen erfaßt werden.
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Mit derartigen Vorrichtungen kann man bei Holzgut, insbesondere bei
Sägegut, zwecks Bestimmung der Qualität und Klassifizierungsmöglichkeit, die Aststellen
und dergleichen Teile feststellen.
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Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine einfache und hinsichtlich
ihrer Größe vorteilhafte Vorrichtung zum Erfassen einer plötzlichen Änderung in
radiofrequenter Energie, die von einer Aststelle im Holzgut verursacht wird.
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Wenn man Holzgut zu sortieren oder klassifizieren wünscht, ist die
hauptsächliche Aufgabe, die im Holz vorhandenenAststellen zu erfassen. Dies wird
bei bekannten Systemen unter Anwendung mehrerer Verfahren durchgeführt. So wurde
beispielsweise die Oberfläche des Sägegutes optisch mittels verschiedener Vorrichtungen
betrachtet, damit die unterschiedliche Färbung der Aststelle die erforderliche Indikation
in einem den Betrag der Lichtmenge angegebenen Photometer herbeiführen sollte. In
einigen anderen Verfahren hat man die mechanischen Verschiedenheiten der Aststelle
im Vergleich mit dem übrigen Holzgut zu deren Anzeige herangezogen.
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Es wurde festgestellt, daß die Aststelle auch Änderungen im Laufe
von radiofrequenter Energie an der betreffenden Stelle bewirkt. Sowohl die durch
das Holzgut hindurchgehende als auch die von demselben reflektierte Strahlung, insbesondere
diejenige im Mikrowellenbereich, weist Veränderungen in ihrer Amplitude und Phase
in der Nähe des Astes auf. Diese Veränderungen können durch besonderen Vergleich
mit der durch normales Holzgut hindurchgegangenen bzw. davon reflektierten Strahlung
erfaßt werden. Sobald hierin eine plötzliche Veränderung auftritt,
kann
man diese mit bemerkenswerter Treffsicherheit einer Aststelle zuordnen.
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Wenn man durch das Holzgut hindurchgeschickte radiofrequente Energie
verwendet, bringt man in erster Linie die durchschnittliche Größe der Aststellen
zur Anzeige, während wiederum bei Anwendung reflektierter Strahlung das Messen insbesondere
der auf einer bestimmten Fläche auf dem Holzgut sichtbaren Aststellen bezüglich
ihrer Lage und Größe möglich wird. Indem man die gleiche Messung an allen Seiten
des Holzgutes ausführt, kann man auf diese Weise das Holzgut bezüglich seines Aussehens
und nicht nur nach der durchschnittlichen Ästigkeit sortieren.
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Es ist Aufgabe der Erfindung eine genau arbeitende Vorrichtung zum
Erfassen plötzlicher Veränderungen im Holzgut zu schaffen, die eine zum Messen von
Holzgut vorteilhafte geringe Größe und eine zweckmäßig einfache Bauweise aufweist,
damit das zur Anwendung kommende Meßinstrument im industriellen Einsatz möglichst
vorteilhaft eingesetzt werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die vom Paar
nahe beieinander liegender Empfangsantennen empfangenen Signale mit Radiofrequenz
unter 1800 Phasenverschiebung zueinander zusammengefaßt werden und daß die daraus
entstehende Differenz so angezeigt wird, daß bei Gleichheit der von jedem Empfangsantennenpaar
ankommenden Signal-energien an einem Detektor ein den Gleichgewichtszustand anzeigender
Nullausgang erhalten wird und bei Vorliegen eines Astes von einer der beiden Antennen
ein deutlich von Null verschiedener Ausgang erhalten wird.
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Somit läßt sich das Brett unmittelbar nach Durchlaufen des Antennenfeldes
sortieren, oder man kann automatisch ablängen, womit der wertvollere astfreie Abschnitt
des Brettes gesichert werden kann.
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Wenn hochfrequente Radioenergie, wie z.B. Mikrowellen, ein Medium
durchläuft, dann wird ihr Veränderung in erster Linie durch die Dielektrizitätskonstante
und den Betrag des spezifischen Widerstands des Stoffes bestimmt. Es ist festgestellt
worden, daß in Holzgut, insbesondere in Sägegut, die Aststellen in dieser Beziehung
deutlich vom übrigen Teil des Holzgutes abweichende Eigenschaften besitzen, so daß
bei Einschränkung der Strahlung hauptsächlich auf den Bereich eines Astes und beim
Übergang von dort zum sonstigen Holzgut, oder auch umgekehrt, eine deutliche Veränderung
in den Eigenschaften der hindurchgehenden Strahlung wie auch der reflektierten Strahlung
auftritt, die man durch Verwendung einer geeigneten Antennenkonstruktion erfassen
kann, mit welcher die Intensität und/ oder die Phase der hindurchgegangenen oder
reflektierten Strahlung gemessen wird. Die Wuchsart des Holzes in der Nähe eines
Astes weichrin dem Maße von den normalen Eigenschaften und Werten an anderer Stelle
im Holz ab, daß man einen Unterschied in der Menge und/oder Phase der nahe bei dem
Ast durch das Holz hinduchgegangenen oder davon reflektierten Strahlung im Vergleich
mit dem entsprechenden, in einem astfreien Bereich des Holzes gemessenen Wert erfassen
kann.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung führt diese Messung insbesondere
durch Vergleich der Strahlungsintensitäten und/oder -Phasen bei nebeneinanderliegenden
Gebieten des Holzgutes, wie z.B. eines Brettes, untereinander aus, und die Ausgangsgröße
der Vorrichtung ergibt sich aus der Differenz der Werte dieser Gebiete. Das heiSt,
bei Gleichheit der Werte im astfreien Fall gibt es keine Ausgangsgröße oder dieselben
ist minimal. Nullausgang zeigt somit an, daß das Brett in dem betreffenden Gebiet
gleichförmig ist.
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Zweckmäßig ist die erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch gekennzeichnet,
daß der Phasenunterschied von 1800 dadurch erreicht wird, daß ein Wellenleiter am
Anfang durch eine Trennwand
in der H-Ebene so in zwei Hälften
geteilt wird, daß der Wellenleiter zwei getrennte Wellenleiter bildet, die vor dem
Detektor zusammengefügt sind,und daß in der einen Wellenleiterhälfte ein Körper
eingesetzt ist, dessen elektrische Eigenschaften und Länge die im Wellenleiter laufende
Welle im Ver-0 hältnis zu der Welle im anderen Wellenleiter um 180 oder um ein ungerades
Vielfaches davon verzögern. Somit kann man die auf die Empfangsvorrichtung auftreffenden
Wellen mit Hilfe einer einfachen und vorteilhaften Lösung in gewünschter Weise zum
Detektorteil leiten.
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Vorteilhaft ist, daß der Phasenunterschied von 1800 erzielt wird durch
Anschließen des Empfangsantennenpaares an den gemeinsamen Detektor mittels verschieden
langer Wellenleiter, Koaxialleiter oder sonstiger Übertragungsleitungen derart,
daß die Differenz der elektrischen Längen der Leitungen bei der Meßfrequenz eine
ungerade Zahl von halben Wellenlängen ist.
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Somit kann man den Abstand der Empfangsantennen voneinander verändern.
Dies ist auch dadurch möglich, daß die 1800-Phasenverschiebung dadurch erzielt wird,
daß man das Empfangsantennenpaar durch rechteckige Wellenleiter so an einen gemeinsamen
Detektor im Reihenzweig einer T-Verzweigung in der E--Ebene anschließt, daß die
Längen der Wellenleiter von der Antenne zur Verzweigung elektrisch gleiche Länge
haben oder die elektrischen Längen um eine ganze Zahl von Wellenlängen verschieden
sind.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch so aufgebaut sein, daß
die Sendeantenne und das Empfangsantennenpaar auf ein und derselben Seite des zu
prüfenden Holzgutes liegen und die Empfangsantennen sich symmetrisch zu beiden Seiten
der Sendeantenne befinden. Somit kann man in ein und derselben Vorrichtung sowohl
die Sende- als auch die Empfangsantennen vorsehen. Dies ist eine bezüglich ihrer
Bauweise einfache und hinsichtlich der Herstellungskosten preiswerte Lösung. Die
Vorrichtung ist
im wesentlichen zum Ausführen des Meßprinzips mit
Reflexion vorgesehen.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß bei verschieden großer elektrischer Länge der vom Empfangsantennenpaar zum Detektor
führenden Leitungen bzw.
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Wellenleiter der Gleichheitszustand durch solche elektronisch erfolgende
Regelung der Frequenz des Senders aufrechterhalten wird, daß die Phasendifferenz
von 1800 bei gleichförmigem Holzgut erreicht wird. Falls eine etwas verschieden
große Entfernung der Antennen oder eine Veränderung der elektrischen Länge der Leitungen,
z.B. infolge einer Temperaturänderung, eine Störung des Gleichheitszustandes auch
im Falle eines gleichförmigen Brettes bewirkt, dann wird die Sendefrequenz geringfügig
so geändert, z.B. elektronisch kontinuierlich, daß das Gleichgewicht normalerweise
erreicht wird.
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Eine weitere Ausbildung der Erfindung ist ferner dadurch gekennzeichnet,
daß zwei Sendeantennen vorgesehen sind, deren 0 ausgesendete Signale mit Radiofrequenz
mit 180 Phasenunterschied untereinander gebildet werden, und daß die von den auf
diese Weise durch Teilung entstehenden ausgesandten Energien in der Empfangsantenne
erzeugte Anzeigegröße im Gleichgewichtszustand als Nullausgang erhalten wird und
bei Vorliegen eines Astes von einer der beiden Antennen ein deutlich von Null verschiedener
Ausgang erhalten wird. Damit arbeitet die Vorrichtung in entsprechender, vorherbeschriebener
Weise, d.h. die Wellen laufen in entgegengesetzter Richtung. Dies ist in gewissem
Sinne vorteilhafter, insbesondere dann, wenn die Strahlung mit einem Antennenpaar
ausgesendet und mittels einer zu diesem Paar symmetrisch angeordneten Antenne empfangen
wird. Falls die Messung mit Durchstrahlung des Holzgutes durchgeführt wird, werden
die Sendeantennen somit beliebig nahe heran auf der einen Seite des Holzes und die
Empfangsantenne zwischen ihnen auf der gegenüberliegenden Seite angeordnet. Bei
Anwendung des Meßverfahrens mit
Reflexion der Strahlung vom Holzgut,
wird die Empfangsantenne zwischen den Sendeantennen in geeigneter Weise angebracht.
Wenn 0 die vom Paar der Sendeantennen ausgehende Stahlung mit 180 Phasenverschiebung
erfolgt, erhält man bei gleichförmigem Sägegut an der Empfangsantenne Nullausgang.
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Die von einem Sendegenerator oder einem ähnlichen Teil abgegebene
Ausgangsstrahlung wird auf die verschiedenen Sendeantennen verteilt, und es wird
ein entweder 1800 oder ein ungerades Vielfaches davon herbeiführender Ubertragungsweg
in verschiedener Länge zu den verschiedenen Antennen benutzt, oder es wird anderweitig
die entsprechende Phasenverschiebung zwischen den vom Antennenpaar ausgehenden Strahlungen
erzeugt. Die verschiedenen Ausführungsformen zum Herbeiführen einer solchen Phasenverschiebung
sind gleichartig wie beim Anwenden der Phasenverschiebungserzeugung auf der Empfängerseite,
so daß zum Aufzählen der verschiedenen möglichen Ausführungsformen in diesem Zusammenhang
auf die oben genannten Ausführungsformen verwiesen werden kann, wobei es einem Fachmann
leicht möglich ist, mit abgeänderten Anwendungsausführungen auf der Seite der Sendeantenne
eine Anpassung mit verhältnismäßig einfachen Mitteln durchzuführen.
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Gemäß einer erfindungsgemäßen Weiterentwicklung werden die das Antennenpaar
bildenden Empfangs antennen bezüglich der Hauptdimension einer dritten Antenne im
Satz sowie auch der Probe in untereinander symmetrischer schräger Lage angebracht,
wobei die von der Probe ankommenden Phasendifferenzen und/oder Amplitudenunterschiede
der Signale im Mikrowellenbereich infolge des Unterschiedes in der Polarisationsrichtung
die Abweichungen der Holzfaserrichtung von der Richtung der Hauptdimension angeben.
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Somit kann mit der Vorrichtung die Faserrichtung im Holzgut angezeigt
und das Holzgut demgemäß sortiert werden. Ein Holzgut wie z.B. ein Brett, kann entweder
sofort nach Durchlaufen des Antennenfeldes klassifiziert werden, oder man kann automatisch
ablängen,
womit der wertvollere, fehlerfreie Brettabschnitt gesichert werden kann. Der von
der Vorrichtung angezeigte Nullausgang zeigt an, daß das Brett in dem entsprechenden
Bereich gleichförmig und geradfaserig ist.
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Es läßt sich feststellen, daß der Winkel der symmetrischen Schrägstellung
des Antennenpaares im Satz in bezug auf die Richtung der Probe, wie z.B. eines Brettes,
und der dritten Antenne am günstigsten ist, wenn er 450 beträgt.
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Ausführungsbeispiele sind in der Zeichnung dargestellt und werden
im folgenden näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 und 2 eine Ausführungsform der
Empfangsantenne der erfindungsgemäßen Vorrichtung, Fig. 3 und 4 eine andere Ausführungsform
der Empfangsantenne der erfindungsgemäßen Vorrichtung, Fig. 5 bis 7 verschiedene,
andere Ausführungsformen der Empfangsantenne der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 8 und 9 eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei
der die Sende- und Empfangsantennen in einer Vorrichtung angeordnet sind, und Fig.
10 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Messung der Faseror-ientierung.
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Bei der Beschreibung der Erfindung wird davon ausgegangen, daß die
erfindungsgemäße Vorrichtung sich zur Anwendung in Verbindung mit einem geeigneten
Förderer eignet, wobei entweder das Holzgut an einer feststehenden Meßvorrichtung
vorbeigeführt oder
alternativ eine bewegbare Meßvorrichtung in
bezug auf das zu messende Holzgut bewegt wird. Ohne Einfluß auf die Arbeitsweise
der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dabei, ob der Förderer ein das Holz an einer
feststehenden Meßstation vorbeiführender Förderer ist, oder ob die Bewegung in entgegengesetzter
Weise zustande kommt. Mit der Bewegungsrichtung des Holzgutes soll also die Bewegung
des Holzes im Verhältnis zur Vorrichtung gemeint sein, unabhängig davon, welche
der beiden Komponenten zum Verwirklichen derselben in bezug auf die Anlage verschoben
wird.
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Die Empfangsantennenvorrichtung gemäß Fig. 1 und 2 besteht aus einem
empfangenden Wellenleiter 11, an dessen Ende sich ein strahlungsanzeigender Empfänger,
wie z.B. ein Diodendetektor 12, befindet. Dem Prinzip der erfindungsgemäßen Vorrichtung
gemäß soll beim Messen eines gleichförmigen oder regelmäßigen Brettes ohne Aststellen
an der Diode 12 kein Ausgangssignal auftreten. Dieses Ausgleichen erfolgt bei der
in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform der Erfindung, indem der Wellenleiter
11 am Anfang, d.h. an seinem Eintrittsbereich, in zwei Teile aufgeteilt ist, wo
die von einem einzigen Sender eintreffenden Wellen mit Radiofrequenz in den Wellenleiter
nach Durchlaufen des Sägegutes oder auch nach Reflexion von demselben eintreten.
Dieses Teilen des Wellenleiters 11 erfolgt mittels einer Trennwand 13 in der H-Ebene
am Anfang des Wellenleiters 11, wobei dieser zwei getrennte Wellenleiter bildet,
die vor dem Detektorteil 12 zusammengefügt sind. Dieses Teilen beeinfluß nicht die
durch den Wellenleiter laufende Strahlung. In dem einen dieser durch Teilung entstandenen
Wellenleiter kann nun ein Körper 14 aus geeignetem Material angeordnet werden, dessen
elektrische Eigenschaften und Länge in Beziehung zueinander so gewählt sind, daß
die im Wellenleiter fortschreitende Welle im Verhältnis zu der anderen 0 Leitung
um 180 oder um ein ungerades Vielfaches davon verzögert wird. Wenn sich die durch
die getrennten Wellenleiter
ankommenden Wellen nun am Ende des
teilenden Bereichs vereinigen, heben sich diese Hälften auf, falls die an den Eintrittsbereichen
in den verschiedenen Teilen eintreffende radiofrequente Energie in beiden Hälften
gleiche Phase und Amplitude besaß. Dann zeigt das Meßinstrument einen Gleichgewichtszustand
bzw. Gleichheitszustand, d.h. gleichförmiges Holzgut, an.
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Erst wenn eine Aststelle oder eine entsprechende, eine Änderung hervorrufende
Stelle gerade vor dem Ende des Wellenleiters auftritt, so daß die in den verschiedenen
Hälften des Wellenleiters einlaufenden Energiemengen verschieden groß sind oder
verschiedene Phase haben, erhält man am Detektor einen auf einfache Weise feststellbaren
Ausgangswert. Falls die abgehende Strahlung von einer Antenne auf der gegenüberliegenden
Seite des Sägegutes kommt, zeigt die Ungleichheit der verschiedenen Kanäle eine
plötzliche Änderung in den durchschnittlichen Durchlaßwerten des Sägegutes für Radioenergie
an. Dadurch läßt sich eine Aststelle identifizieren. Auf entsprechende Weise zeigt
das Abweichen vom ausgeglichenen Zustand des Antennenpaares eine plötzliche Änderung
in den Reflexionseigenschaften an, wenn man eine Sendeantenne auf der gleichen Seite
des Sägegutes anordnet und mit einem Antennenpaar gemäß der Ausführungsform die
vom Holzgut reflektierte Strahlung beobachtet. Diese Veränderungen können sogar
sehr nahe an der Oberfläche des Sägegutes auftreten. Ein fehlender Abgleich zeigt
somit das Auftreten einer Aststelle mit starkem Einfluß auf das Aussehen des Sägegutes
auf der betreffenden Seite des Holzgutes an.
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Die Dimensionen des Körpers 14 sind jeweils mit der verwendeten Frequenz
verknüpft. Die Länge dieses Körpers 14 in der Richtung des Wellenleiters wird so
gewählt, daß in der in dieser Hälfte des Wellenleiters wandernden Radioenergie bei
der entsprechenden Frequenz möglichst genau eine Phasenverschiebung von 1800 oder
auch ein ungerades Vielfaches davon herbeigeführt wird. Wie sich
feststellen
läßt, tritt dies im wesentlichen bei einer bestimmten Frequenz auf, doch beeinträchtigt
dieser Umstand durchaus nicht das Ausführen der Messung, da der Empfänger auf jeden
Fall auf eine bestimmte Frequenz abgestimmt ist. Die Kennlinie der im Gleichgewichts
zustand bei verschiedenen Frequenzen erhaltenen Ansprechgrößen ist überdies flach
genug, um notwendige Maßnahmen durchzuführen und die Genauigkeit zu erreichen.
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In Fig. 3 und 4 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt,
in welcher die Empfangsantennen als getrennte Zweige 15 und 16 eines Wellenleiters
ausgebildet sind, deren äußere Enden jedoch durch Biegen dieser Wellenleiter beliebig
nahe zusammenliegend angeordnet werden können. Die Figuren zeigen zwecks klarer
und einfacher Darstellung keine besonderen Krümmungen, d.h. nur einfache Krümmungen,
wobei der Empfang in den in bestimmtem Abstand zueinander liegenden offenen Enden
der Zweige 15 und 16 der Wellenleiter oder in an diese angeschlossenen Hornantennen
erfolgt. Von diesen Punkten aus werden die Wellenleiter aufeinander zu und gegeneinander
in Hufeisenform gekrümmt, wie aus den Figuren ersichtlich ist. Hierbei ist die im
einen Wellenleiter vom Ende des Zweiges 15 her eintreffende Energie im Punkt dieses
Hufeisenkörpers der der halben Strecke entspricht entgegengerichtet im Vergleich
zu dem in entgegengesetzter Richtung gekrümmten anderen Wellenleiterzweig 16.
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Mit anderen Worten: kommen an den Enden der Zweige 15 und 16 der Wellenleiter
gleichgroße Strahlungsmengen an, so heben diese sich in dem in der Mitte des Hufeisenkörpers
angeordneten Detektor 12 auf. Das gleiche Ergebnis wird erreicht, wenn der Detektor
so angeordnet wird,daß der Abstand von ihm zum einen Ende des Wellenleiters den
Weg zum anderen Ende um ein ganzes Vielfaches der Wellenlänge überschreitet.
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In Fig. 3 sind zur Erläuterung des Sachverhaltes auch die Vektoren
des elektrischen Feldes und deren Richtungsänderung in den Krümmungen des Wellenleiters
eingezeichnet, wodurch die Umwandlung
der Felder in solche mit
entgegengesetzten Richtungen im Gleichgewichts zustand in der Mitte des Hufeisenkörpers
dargestellt wird.Die Vorrichtung arbeitet in völlig gleicher Weise wie diejenige
der Fig. 1 und 2, da die Enden der Zweige 15 und 16 der Wellenleiter ebenfalls in
erforderlichem Maß nahe zueinander angeordnet werden können, wie bereits ausgeführt.
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In Fig. 5 ist dargestellt, wie die mit zwei Wellenleiterenden oder
an diese angeschlossenen Hornantennen empfangenen Energien mit 1800 Phasenverschiebung
vereinigt werden können.
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Der Wellenleiter ist nunmehr in der Ebene der breiten Seite des Leiters
(in der H-Ebene) gekrümmt und der Detektor ist im Wellenleiter an einer Stelle angeordnet,
von welcher der Weg zum einen Ende a Halbwellenlängen und zum anderen Ende b Halbwellenlängen
beträgt, so daß b-a eine ungerade ganze Zahl ist. In einer aus der Mikrowellentechnik
bekannten Weise erhält man am Detektor 12 einen Nullausgag im Falle eines gleichförmigen
Brettes.
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In Fig. 6 ist der Wellenleiter durch einen Koaxialleiter oder eine
andere entsprechende Ubertragungsleitung und mit an deren Enden angeschlossenen
geeigneten Antennen 17 und 18 ersetzt worden. Auch in diesem Fall ergibt sich am
Detektor 12 Nullausgang bei gleichförmigem Brett, wenn b-a eine ungerade ganze Zahl
ist.
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In Fig. 7 ist der Wellenleiter in der Ebene der breiten Seite (in
der H-Ebene) gekrümmt, jedoch die von den Enden des Wellenleiters her eintreffenden
gemessenen Energien werden mit einem in einem Reihenzweig einer T-Verzweigung in
der E-Ebene angeordneten Detektor angezeigt. In einer Weise, die von der Mikrowellentechnik
her bekannt ist, erhält man bei Vorhandensein eines gleichförmigen Brettes Nullausgang,
wenn die Differenz m-n der Wellenlängenstrecken m bzw. n zu den jeweiligen Enden
eine
ganze Zahl ist.
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Die Ausführungsform gemäß Fig. 8 wird besonders zu Messungen nach
dem Prinzip der reflektierten Radioenergie verwendet. Bei dieser Vorrichtung sind
sowohl die Sende- als auch die Empfangsantennen konstruktiv zu einer einzigen Einheit
derart zusammengefaßt, wie es aus der Technik der gedruckten Schaltungen bekannt
ist. Es ist daher offensichtlich, daß sich auf diese Weise eine Einheit mit einfacher
Bauweise, niedrigen Herstellungskosten und äußerst geringer Größe für die Messungen
ergibt. Obgleich in der Figur ein solcher Fall dargestellt ist und dementsprechend
auch nachstehend beschrieben wird, wobei auch die Sendeantenne auf der gleichen
Seite des zu prüfenden Holzgutes wie die Empfangsantennen liegt, also die Vorrichtung
zum Durchführen des Meßprinzips mit Reflexion vom Holzgut vorgesehen ist, versteht
es sich, daß dieses Ausführungsbeispiel abgewandelt werden kann, indem der Sender
aus dem Verband gelöst wird und auf die andere Seite des Sägegutes hinüber verlegt
wird, sowie die Vorrichtung auch zur Messung mit Durchstrahlung vorgesehen wird.
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Die Sendeantenne 21 befindet sich in der Vorrichtung gemäß Fig. 8
in der Mitte. Die Empfangsantennen wiederum sind symmetrisch zum Leiter der Sendeantenne
in der Konfiguration der gedruckten Schaltung angeordnet. Es genügt hierbei, in
beiden Antennen normalerweise gleich große Intensität zu erhalten, sofern die reflektierenden
Eigenschaften in der Nähe der Sendeantenne auf ihren beiden Seiten homogen sind.
Die Empfangsantennen 22 und 23 sind derart miteinander verbunden, daß bei dem Detektor
12 die von den verschiedenen Antennenleitern erhaltenen Größen zueinander um 18)°
verschoben sind und sich bei homogener eintreffender, reflektierter Strahlung somit
gegenseitig aufheben.
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Dies wird dann erzielt, wenn b-a eine ungerade ganze Zahl ist.
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Sowohl die Sendeantenne 21 als auch die Empfangsantennen 22 und 23
sind von einem Erdungsteil 25 zwecks Herabsetzung der Störeinflüsse umgeben. Die
von der Antenne benötigte Speiseleistung bezieht man von einem geeigneten Generator
24.
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Wenn die Entfernungen von der Sendeantenne 21 zu den beiderseits davon
angeordneten Empfangs antennen 22 und 23 verhältnismäßig klein sind, und der am
Detektor 12 erhaltene Ausgang der Differenz der auf diese Antennen auftreffenden
Strahlungsmenge gleich ist, läßt sich leicht feststellen, daß am Detektor nur dann
ein Ausgang erscheint, wenn in der Nähe der Antenne und der Empfangsleiter ein Reflektor
mit plötzlich veränderlichen Eigenschaften liegt. Es hat sich gezeigt, daß eine
Aststelle im Holzgut einen solchen Unterschied in den Reflexionseigenschaften bewirkt,
insbesondere dann, wenn im Holzgut genügend Feuchtigkeit vorhanden ist. Wenn also
das Holzgut an der Antenne vorbeigeführt wird und der Generator 24 die Sendeantenne
mit radiofrequenter Energie speist, zeigt jedes Paar unabgeglichener Bereiche, die
am Detektor 12 abgegriffen wird, das Passieren des Randes einer Aststelle an der
Antenne vorbei an.
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Fig. 9 zeigt eine Vorrichtung gemäß Fig. 8,bei der jedoch zwei Sendeantennen
und eine Empfangsantenne vorgesehen sind, d.h.
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die Wellen laufen im Vergleich zum vorherigen Beispiel in entgegengesetzter
Richtung. Dies wird lediglich durch Umschalten der Speisung durch einen geeigneten
Generator 24 erreicht, so daß die Speisung an den beiden außenliegenden Teilen 26
und 27 in der in Fig. 9 dargestellten Vorrichtung erfolgt, und durch Anschließen
des Empfängers an die Komponente 28 in der Mitte.
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Die Energieabgabe vom Generator 24 muß in entsprechender Art und Weise
geschehen wie die Detektoranzeige im vorgenannten Beispiel vorgenommen wurde, d.h.
so, daß die von den Sendeantennen ausgehende Strahlung bei den verschiedenen Antennen
1800 Phasenverschiebung aufweist. Das Vertauschen der Sendeantennen und der Empfangsantennen
ist auch bei den anderen dargestellten Ausführungsformen möglich.
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Die Vorrichtung gemäß Fig. 10 ist bezüglich ihres Arbeitsprinzips
den vorstehend beschriebenen Vorrichtungen gleich. Diese Vorrichtung gibt jedoch
demgegenüber die Abweichungen der Faserrichtung
in der Probe oder
im Holz an. Die Antennen 29 und 30 werden nahe beieinander und unter einem solchen
Winkel zueinander angeordnet, daß dessen Größe gemäß den nachstehend beschriebenen
Grundsätzen festgelegt wird. Die Antennen 29 und 30 arbeiten entweder als Sendeantennen
oder als Empfangsantennen, während die Antenne 31 je nach Ausbildung der Antennen
29 und 30 eine Empfangsantenne bzw. eine Sendeantenne ist.
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Die Antennen 29 und 30 sind symmetrisch beiderseits der halbierenden
Ebene oder Symmetrieebene der Antenne 31 entweder auf der gleichen Seite des zu
prüfenden Holzgutes 32 (bei Reflexionsmessung) oder auf verschiedenen Seiten des
Holzgutes 32 (bei Durchstrahlungsmessung) angebracht. Die Winkel der Antennen 29
und 30 sind symmetrisch in bezug auf die genannte halbierende Ebene, so daß ihre
zum elektrischen Feld parallelen Ebenen, die sog. E-Ebenen unter den Winkeln und
und i2 stehen, wobeioC1 CC ist. Es hat sich gezeigt, daß die Messung von Sägegut
2 dann am günstigsten durchgeführt werden kann, wenn die Winkel + 0 zu - 45 gewählt
werden.
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0 Die Wahl des Winkels von 45 ermöglicht es, eine maximale Schrägheit
der Faserrichtung zu messen, da im Falle schräger Faserorientierung die Phasen und
Amplituden der verschiedenen Signale sich untereinander so ändern, daß das erhaltene
Differenzsignal sich mit zunehmender Neigung oder Schräge der Faserrichtung vergrößert
und sein Maximum annähernd in dem Fall erreicht, wenn die Fasern zum elektrischen
Feld einer der beiden Antennen parallel sind, d.h. wenn die Fasern auf dem elektrischen
Feld der anderen Antenne zugleich senkrecht stehen.
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Die Meßsignale der Antennen 29 und 30 werden darüber hinaus untereinander
1800-phasenverschoben, indem der Anschluß der Antennen 29 und 30 mittels rechteckiger
Wellenleiter über eine T-Verzweigung in der E-Ebene an ein Anpassungsglied 33 vorgenommen
wird, oder indem zwischen dem gemeinsamen Anpassungsglied 33 der Antennen 29 und
30 und den Antennen 29 und 30 in diesen
beiden Ubertragungsstrecken
ein elektrischer Wegunterschied gleich einer halben Wellenlänge oder einem ungeraden
Vielfachen davon besteht. Hierbei erhält man im Gleichgewichts zustand, d.h. wenn
die Fasern in dem als Probe vorliegenden Holz zu den Feldern der Antennen symmetrisch
unter gleichen Winkeln stehen, am Empfänger mit Ausnahme des Rauschenseinen Nullausgang,
denn hierbei heben sich die Intensitäten der verschiedenen von der Probe kommenden
Signale infolge der Phasendifferenz auf.
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Die Sendevorrichtung, und dementsprechend der Detektorteil des Empfängers
sind in der Fig. 10 nur durch zwei mit den Bezugszeichen 33 und 34 versehenen Bauteilen
gekennzeichnet. Je nach Anwendung kann jedoch das eine ebensogut wie das andere
Bauteil den Sender bilden, also entweder 33 oder 34, wobei dann das andere Bauteil
den Detektor bildet.
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Wenn nun das Holzgut 32 in der Längsrichtung in bezug auf die Detektorapparatur
bewegt wird, zeigt jede Änderung des von den Antennenpaaren 29 und 30 entweder erzeugten
oder empfangenen Signals eine Veränderung in der Qualität des Holzgutes an. Je nach
dem, was angezeigt werden soll, kann jeder Bereich einer Ungleichheit als Fehlerstelle
angezeigt werden, und es können zusätzlich hierzu die Anzeigen von Aststellen von
den übrigen Anzeigen getrennt werden, wobei die übrigbleibenden Signalzeichen einer
Verzerrung der Faserrichtung im Holzgut entsprechen.
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Die Sender von Radioenergie, die in Verbindung mit den erfindungsgemäßen
Vorrichtungen zur Anwendung kommen, ebenso wie der gemeinsame Detektor 12 zur Verwendung
in diesen Paaren von Antennen sind dem Fachmann der Radiotechnik bekannt, so daß
eine gesonderte Beschreibung derselben in diesem Zusammenhang entfallen kann.
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Auf Grund der vorstehend beschriebenen Beispiele kann die Erfindung
somit in dem von den nachstehenden Patentansprüchen festgelegten Rahmen angewendet
und angepaßt werden.
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Eine Störung des Gleichgewichtszustandes kann sich auch im Falle eines
gleichförmigen Brettes infolge etwas verschiedenen Abstandes der Antennen im Empfängerantennenpaar
oder durch Veränderung der elektrischen Länge der Leitungen, z.B. infolge einer
Temperaturänderung ergeben. Falls die das Antennenpaar mit dem Detektor verbindenden
Leitungen elektrisch ungleich lang sind, kann eine neue Gleichgewichtslage dadurch
herbeigeführt werden, daß die Sendefrequenz geringfügig verändert wird.
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Dies kann bei der Messung U1 der Weise verwendet werden, daß die Sendefrequenz
beispielsweise elektronisch dauernd so geregelt wird, daß der Gleichgewichtszustand
normalerweise hergestellt ist. Wenn die Zeitkonstante des Regelkreises passend gewählt
ist, läßt sich die Aststelle an einem plötzlichen Anstieg der Regelspannung oder
im Falle einer geringen Zeitkonstante an einer plötzlichen Änderung der Frequenz
erkennen.
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In den Aus führungsbeispielen ist nur eine Empfangsantenne oder ein
Paar davon dargestellt, doch es versteht sich, daß man durch Anordnen mehrerer Antennen
öhereinander, die dann die gesamte Breite der Probe oder des Holzes überdecken,eine
genau definierte Angabe darüber erhält, an welcher Stelle sich der Ast bzw. die
Abweichung der Faserrichtung befindet.