DE4040101A1 - Materialfeuchte-messverfahren, verwendung und messeinrichtung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents
Materialfeuchte-messverfahren, verwendung und messeinrichtung zur durchfuehrung des verfahrensInfo
- Publication number
- DE4040101A1 DE4040101A1 DE19904040101 DE4040101A DE4040101A1 DE 4040101 A1 DE4040101 A1 DE 4040101A1 DE 19904040101 DE19904040101 DE 19904040101 DE 4040101 A DE4040101 A DE 4040101A DE 4040101 A1 DE4040101 A1 DE 4040101A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- measuring
- vapor bubble
- measuring device
- spot
- heating
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Ceased
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
- G01N25/56—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating moisture content
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur zerstörungs
freien und berührungslosen Bestimmung des Feuchtegehaltes in
zur Aufnahme von Feuchtigkeit fähigen Körpern, insbesondere
Festkörpern.
Zur zerstörungsfreien und berührungslosen Materialfeuchtemessung,
bei welcher eine Strahlung zur Ermittlung der Feuchtemeßwerte
benutzt wird, ist eine Reihe von Verfahren bekannt. Insbesondere
ist die Feuchtemessung mittels Infrarot-Reflexion bekannt
("Industrielle Feuchtigkeitsmeßtechnik: unter Berücksichtigung
höherer Temperaturen"/Herbert Fischer, Kurt Heber, Expert-Verlag
1990, 172-177). Dieses Verfahren beruht darauf, daß sich bei
bestimmten Wellenlängen die emittierte Lichtmenge in Abhängig
keit von dem Wassergehalt eines Stoffes ändert. Diesen Zusammen
hang kann man der Spektralkurve eines Stoffes entnehmen. Daß
bei einer Zunahme der Feuchte die reflektierte Lichtmenge ab
nimmt bzw. die Absorption zunimmt, erklärt sich durch Resonan
zen der Molekularschwingungen. Man nennt diese Absenkung der
Spektralkurve eine Wasserbande. Aus praktischen Erwägungen wird
vielfach noch Licht einer weiteren Wellenlänge, die der Wasser
bande benachbart ist, zur Messung benutzt. Diese zweite Wellen
länge wird "Vergleichswellenlänge" genannt und das Meßverfahren
dann sinngemäß "Wechsellichtmethode". Da jedes zu messende
Material eine andere Spektralkurve besitzt, ändert sich damit
auch die Grundeinstellung des Feuchtemeßgeräts, so daß für
jedes Material eine separate Eichung durchgeführt werden muß.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Materialfeuchte-
Meßverfahren anzugeben, bei welchem die Berücksichtigung der
individuellen Spektralkurve des auszumessenden Materials nicht
erforderlich ist, so daß sich die Eichung einfacher gestaltet.
Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe bei einem Verfahren
der eingangs genannten Art mit den im Kennzeichen des Anspruchs 1
angegebenen Merkmale dadurch gelöst,
- - daß ein von einer ersten Quelle für elektromagnetische Strah lung bekannter Leistung ausgehender Aufheizstrahl auf einen Meßfleck an der Probenoberfläche des zu untersuchenden Fest körpers während einer vorgegebenen Zeitspanne gerichtet und dabei ein definiertes Wärmeenergiequantum vom Festkörper ab sorbiert wird, so daß sich erwärmungsbedingt in der an den Meßfleckbereich angrenzenden Atmosphäre eine Dampfblase ausbildet und
- - daß mit einem von einer zweiten Quelle für elektromagnetische Strahlung bekannter Leistung ausgehenden Meßstrahl, der wenig stens auf einer Teillänge angenähert parallel zur Probenober fläche geführt wird, die Dampfblase durchstrahlt und der aus der Dampfblase austretende Meßstrahl auf einen Sensor geworfen wird, wobei die mit dem Sensor gemessene Restintensität des beim Durchdringen der Dampfblase geschwächten Meßstrahls ein Maß für die Dampfdichte und damit für den Feuchtegehalt des untersuchten Körpers ist.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sind in den Ansprü
chen 2 bis 5 angegeben. Danach ist der Aufheizstrahl insbeson
dere ein Laserstrahl, dessen Wellenlänge im Infrarotbereich
liegt. Ein solcher Infrarot-Laserstrahl läßt sich sehr gut auf
den Meßfleck fokussieren und hinsichtlich seiner Einwirkungs
dauer und Amplitude einstellen. Grundsätzlich sind auch andere
Lichtquellen, z. B. Halogenleuchten, als Strahlungsquelle für
den Aufheizstrahl geeignet, wenn sich der Strahl derart bündeln
bzw. fokussieren läßt, daß die erforderliche Energiedichte pro
Flächeneinheit erhalten wird. Ein Infrarotlaser ist für diese
Zwecke indessen besonders vorteilhaft. Wegen seiner hohen
Energiedichte und Fokussierbarkeit sowie der günstigen
Einstellmöglichkeit für die Pulslänge ist auch der Meßstrahl
bevorzugt ein Laserstrahl. Damit nicht durch Reflexions- und
Streustrahlung eine Vermischung der Aufheizstrahlung mit der
Meßstrahlung das Ergebnis beeinflussen kann, ist es besonders
günstig, wenn die Wellenlänge des Meßstrahls in einem anderen
Wellenlängenbereich liegt als diejenige des Aufheizstrahls. Als
vorteilhaft hat es sich erwiesen, die Wellenlänge des Meßstrahls
in den sichtbaren Bereich zu legen. Die physikalischen Vorgänge,
die sich bei der Ausführung des Verfahrens abspielen, lassen
sich vereinfacht wie folgt schildern: Aufgrund der Erwärmung
des Meßflecks durch den Aufheizstrahl bildet sich über der
Stelle der Lichtabsorption eine Dampfblase aus, deren Dichte in
Abhängigkeit von der eingestrahlten Lichtleistung eine Aussage
über den Feuchtigkeitsgehalt der Probe zuläßt. Wird der Meß
strahl durch die Dampfblase hindurchgeschickt, insbesondere in
die Dampfblase hinein fokussiert, und auf diese Weise die Dampf
blase durchleuchtet, so wirken die sich im Dampfraum befindenden
Wassermoleküle als Streuzentren, die das einfallende Licht,
insbesondere Laserlicht, diffus in verschiedene Richtungen
streuen. Die gestreute Strahlung geht der Primärstrahlung verloren,
d. h. letztere wird in ihrer Intensität geschwächt. Die aus der
Dampfblase austretende Strahlung wird mittels geeigneter fokus
sierender Mittel auf einen Sensor geworfen, insbesondere einen
Photodetektor, welcher das empfangene Lichtsignal in ein
analoges elektrisches Signal umwandelt und von dem das elektri
sche Signal einer Auswerteeinheit zugeführt wird, welche also
die Lichtintensitätsänderung registriert und insbesondere sicht
bar macht.
Gegenstand der Erfindung ist auch eine Verwendung des Verfahrens
zur Bestimmung des Feuchtegehaltes in Gestein oder gesteins
ähnlichen Strukturen, insbesondere in Mauerwerk oder Beton
strukturen von Wänden oder Decken, gemäß Anspruch 6. Weiterhin
dient eine bevorzugte Verwendung des Verfahrens der Bestimmung
des Feuchtegehaltes von Holzstrukturen gemäß Anspruch 7. Über
diese bevorzugten Anwendungen hinaus ist das Verfahren nach der
Erfindung grundsätzlich auch zur Ausmessung des Feuchtegehaltes
von pulverisierten oder körnigen Strukturen geeignet, d. h. in
den Anwendungsbereichen, welche auf den Seiten 176 und 177 des
eingangs zitierten Dokumentes erwähnt sind, also in Bereichen
der Lebensmittel-, Baustoff-, chemischen sowie der Papier-,
Zellstoff- und Textil-Industrie.
Gegenstand der Erfindung ist ferner eine vorteilhafte Meßeinrich
tung zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens
nach der Erfindung, welche gekennzeichnet ist durch einen mobilen,
bezüglich des zu untersuchenden Körper positionierbaren Trag
körper,
- - mit einer an diesen befestigten ersten Strahlungsquelle, deren Aufheizstrahl längs eines ersten Strahlenweges auf die Proben oberfläche des zu untersuchenden Körpers zu dessen lokaler Erwärmung und zur Erzeugung einer Dampfblase werfbar ist,
- - mit einer zweiten, am Tragkörper befestigten Strahlungsquelle, deren Meßstrahl zur Durchstrahlung der Dampfblase längs eines zweiten Strahlenwegs wenigstens auf einem Teil seiner Länge und zumindest angenähert parallel zur Probenoberfläche leitbar ist,
- - und mit einem am Ende des zweiten Strahlenwegs am Tragkörper befestigten Sensor, auf welchen der die Dampfblase durchstrah lende Meßstrahl fokussierbar ist.
Insbesondere ist der Tragkörper als ein portabler Meßkopf
ausgebildet,
- - mit einem Gehäuse und einer Meßöffnung in einer Wand des Gehäuses,
- - mit der ersten Strahlungsquelle im Gehäuse, deren Aufheizstrahl durch die Meßöffnung längs des ersten Strahlenwegs auf die Pro benoberfläche des zu untersuchenden Körpers werfbar ist, so daß die sich bildende Dampfblase durch die Meßöffnung hindurch in das Gehäuse eindringt,
- - mit der zweiten Strahlungsquelle im Gehäuse, deren Meßstrahl durch die Dampfblase hindurch leitbar ist,
- - und mit einem am Ende des zweiten Strahlenwegs im Gehäuse ange ordneten Sensor, auf welchen der die Dampfblase durchstrahlende Meßstrahl fokussierbar ist.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Meßeinrichtung nach der
Erfindung in ihrer Gestalt als Tragkörper oder portabler Meß
kopf sind in den Ansprüchen 10 bis 21 angegeben.
Deren Gegenstände sowie weitere Merkmale und Vorteile wie auch
die Wirkungsweise des Erfindungsgegenstandes werden im folgenden
anhand der Zeichnung erläutert, in welcher mehrere Ausführungs
beispiele für das Verfahren und die Meßeinrichtung nach der
Erfindung dargestellt sind. Darin zeigen in teils vereinfachter,
schematischer Darstellungsweise:
Fig. 1 eine erste Ausführung einer Meßeinrichtung zur Material
feuchtemessung in einer Draufsicht;
Fig. 2 im Detail die Führung des Meßstrahls von der zweiten
Strahlungsquelle durch die Dampfblase zum Sensor in
einer ersten Ausgestaltung in Aufsicht;
Fig. 3 die Führung des Meßstrahls von der zweiten Strahlungs
quelle durch die Dampfblase zum Sensor in einer zweiten
Ausgestaltung mit Fokussierung des Meßstrahls im Bereich
der Dampfblase, in Aufsicht;
Fig. 4 die Meßeinrichtung in einer zweiten Ausführung, ausge
bildet als portabler Meßkopf mit Lichtwellenleitern
zur Führung des ersten und zweiten Meßstrahls. Gezeigt
ist das Gehäuseinnere des portablen Meßkopfes, der mit
einem einstellbaren Abstand zum Meßfleck einer Proben
oberfläche positionierbar ist;
Fig. 5 in entsprechender Darstellungsweise zu Fig. 4 eine zweite
Ausführung eines portablen Meßkopfes, wobei jedoch die
Laser für den ersten und zweiten Meßstrahl im Gehäuse
untergebracht, und
Fig. 6 ein Diagramm, in welchem die mittels einer Photodiode
gemessene Signalspannung US in mV (Ordinatenachse)
a über der Zeitachse t mit vier verschiedenen Feuchte
gehalten als Parameter aufgetragen ist.
Mit der in Fig. 1 dargestellten Meßeinrichtung ME1 läßt sich
das Verfahren nach der Erfindung verwirklichen. Diese weist in
einer sehr einfachen, labormäßigen Ausführung einen mobilen,
bezüglich des zu untersuchenden Körpers 1 positionierbaren
Tragkörper 2 auf. Bei diesem Tragkörper 2 kann es sich um eine
Tragplatte handeln oder um einen Meßwagen oder um die Grund
platte eines Gehäuses, dessen Deckel abgenommen ist. Der zu
untersuchende Körper 1 ist z. B. eine Gesteinsprobe bestimmten
Feuchtegehaltes, welcher in eine Halterung 3 eingefügt und in
dieser fixiert ist. Am Tragkörper 2 ist eine erste Strahlungs
quelle L1 in Gestalt eines Infrarot-Lasers befestigt, deren
Aufheizstrahl S1 längs eines ersten Strahlwegs w1 auf die
Probenoberfläche 1a des zu untersuchenden Körpers 1 zu dessen
lokaler Erwärmung und zur Erzeugung einer Dampfblase, welche
schematisch bei D angedeutet ist, werfbar ist. Der Infrarot
laser L1 strahlt z. B. im Wellenbereich von 700-893 nm ab und
kann ein Diodenlaser sein; seine Leistung kann z. B. bei 1 bis 3
W liegen. Der Abstand b2 von einer den Aufheizstrahl auf den
Meßfleck 8 fokussierenden Optik S1, insbesondere einer Sammel
linse, ist justierbar. Dies kann z. B. durch Scharfeinstellung
des von einer kleinen Videokamera aufgenommenen Bildes, das auf
einem Monitor sichtbar gemacht wird, geschehen (in Fig. 1
nicht dargestellt). Am Tragkörper 2 ist weiterhin eine zweite
Strahlungsquelle in Gestalt eines vorzugsweise im sichtbaren
Bereich abstrahlenden Lasers L2 befestigt, deren Meßstrahl S2
zur Durchstrahlung der Dampfblase D längs eines zweiten Strah
lenweges w2 leitbar ist. Wichtig ist, daß die Teillänge des
Meßstrahls S2, welche die Dampfblase D durchdringt, angenähert
parallel zur Probenoberfläche verläuft; die übrigen Abschnitte
des Meßstrahls S2 müssen nicht notwendigerweise diesen Verlauf
haben, denn die Strahlführung kann über Umlenkspiegel vorge
nommen werden, wie es weiter unten noch erläutert wird. Erste
fokussierende Mittel in Form einer Sammellinse F1 dienen zur
Fokussierung des Aufheizstrahls S1 auf die Probenoberfläche 1a,
zweite fokussierende Mittel in Gestalt einer weiteren Sammel
linse F2 dienen zur Fokussierung des Meßstrahls S2 in die
Dampfblase D und dritte fokussierende Mittel in Gestalt einer
weiteren Sammellinse F3 dienen zur Fokussierung des die Dampf
blase D verlassenden Meßstrahls S2 auf einen Sensor 4, der am
Ende des zweiten Strahlenwegs w2 am Tragkörper 2 befestigt ist.
Der Sensor 4 ist insbesondere ein optoelektronischer Wandler in
Form eines Photodetektors, von welchem die der auftreffenden
Lichtenergie analogen elektrischen Signale über eine Signal
leitung 5 zu einer Auswerteeinheit 6 leitbar sind.
Wenn man, wie gestrichelt angedeutet, den Laser L2 mit seiner
optischen Achse a2 um 90° dreht, so daß ein Laser L2′ mit
seiner optischen Achse a2′ den Meßstrahl S2 im wesentlichen
parallel zum Aufheizstrahl S1 auf einen 45°-Umlenkspiegel 7
sendet, dann kann der Grundflächen- bzw. Raumbedarf der Meß
einrichtung verringert werden.
Mit der Einrichtung nach Fig. 1 läßt sich also ein Verfahren
zur zerstörungsfreien und berührungslosen Bestimmung des Feuchte
gehalts in zur Aufnahme von Feuchtigkeit fähigen Körpern, in
diesem Fall einer Gesteinsprobe 1, verwirklichen. Zu diesem
Zweck wird der von der ersten Quelle L1 für elektromagnetische
Strahlung bekannter Leistung ausgehende Aufheizstrahl S1 auf
einen Meßfleck 8 an der Probenoberfläche 1a des zu untersuchen
den Körpers 1 während einer vorgegebenen Zeitspanne gerichtet
und dabei ein definiertes Wärmeenergiequantum vom Probenkörper
1 absorbiert, so daß sich erwärmungsbedingt an der an den Meß
fleck 8 oder Meßfleckbereich angrenzenden Atmosphäre eine Dampf
blase D ausbildet. Zugleich wird mit dem von der zweiten Quelle
L2 bzw. L2′ für elektromagnetische Strahlung bekannter Leistung
ausgehende Meßstrahl S2, der wenigstens auf einer Teillänge
angenähert parallel zur Probenoberfläche 1a geführt wird, die
Dampfblase D durchstrahlt und der aus der Dampfblase austretende
Meßstrahl S2 auf den Sensor 4 geworfen. Dabei ist die mit dem
Sensor 4 gemessene Restintensität des beim Durchdringen der
Dampfblase D geschwächten Meßstrahls ein Maß für die Dampfdichte
und damit ein Maß für den Feuchtegehalt des untersuchten Körpers 1.
Bei diesem Vorgang wirken die sich im Raum der Dampfblase D
befindenden Wassermoleküle als Streuzentren, die den einfallenden
Meßstrahl S2 diffus in verschiedene Richtungen streuen. Die
gestreute Strahlung S3 (vgl. Fig. 2 und 3) geht der Primär
strahlung S2 verloren, d. h. diese wird in ihrer Intensität ge
schwächt, so daß nach Passieren der Dampfblase D der Meßstrahl
S3 nur eine Intensität IS2-IS3 aufweist, wenn man mit IS2 die
Intensität des Meßstrahls S2 vor Passieren der Dampfblase D und
mit IS3 die Intensität der Streustrahlung S3 bezeichnet. Der
Sensor 4, vorzugsweise ein Photodetektor, nimmt die Intensitäts
änderung wahr und gibt die entsprechenden elektrischen Signale
an die Auswerteeinheit 6 weiter, wo die elektrischen Signale
verarbeitet und eingespeichert sowie insbesondere an einem
Bildschirm sichtbar gemacht werden können. Die Auswerteeinheit 6
umfaßt deshalb einen Rechner, insbesondere in der kompakten
Form eines PC mit Monitor, und - dem PC vorgeschaltet - einen
Meßverstärker (nicht dargestellt).
Für das Verfahren hat es sich als besonders vorteilhaft
erwiesen, als Aufheizstrahl S1 einen Laserstrahl zu verwenden,
dessen Wellenlänge im Infrarotbereich liegt. Auch der Meßstrahl
S2 ist bevorzugt ein Laserstrahl, der zweckmäßigerweise einem
anderen Wellenlängenbereich angehört als der Aufheizstrahl S1,
so daß - wenn der Sensor 4 auf das Frequenzspektrum des Lasers
L2 abgestimmt ist - durch die Streustrahlung, welche von der
Dampfblase D ausgeht, die Messung durch den Sensor 4 nicht
verfälscht werden kann. Bevorzugt liegt die Wellenlänge des
Lasers L2 für die zweite Strahlungsquelle im sichtbaren Bereich,
z. B. bei 630 nm.
Aus der schematischen Darstellung nach Fig. 2 erkennt man, daß
der Meßstrahl S2 einen relativ kleinen Strahldurchmesser hat,
wenn er die Dampfblase D durchdringt, so daß die Intensitäts
schwächung des Meßstrahls S2, wenn er von der Sammellinse F3
auf den Sensor 4 (Strahlabschnitt S24) fokussiert wird, nicht
so groß ist wie diejenige beim Strahlabschnitt S24 nach Fig.
3, wo der Meßstrahl S2 auf seinem ersten Strahlabschnitt S21,
welcher zwischen Laser L2 und Dampfblase D sich befindet, aufge
fächert und mittels der Sammellinse F2 fokussiert wird. Inner
halb der Dampfblase ergibt sich deshalb ein Fokusschlauch 9 für
den Meßstrahl S2 und in Richtung des Meßstrahls S2 gesehen vor
dem Fokusschlauch 9 ein konvergierender Strahlenfächer 10.1 und
nach dem Fokusschlauch 9 ein divergierender Strahlenfächer 10.2.
Fokusschlauch 9 und Strahlenfächer 10.1, 10.2 erstrecken sich
über mehrere Millimeter und vergrößern den Streueffekt, so daß
die Abschnitte S23 (zwischen Dampfblase D und Sammellinse F3)
sowie S24 (zwischen Sammellinse F3 und Sensor 4) des Meßstrahls
S2 in ihrer Intensität entsprechend stärker geschwächt sind, wo
durch ein vergrößertes elektrisches Nutzsignal erhalten werden
kann. Bei der Auswertung des Meßergebnisses können vorher auf
genommene Eichkurven herangezogen werden, die die Intensitäts
schwächung des Meßstrahls S2 innerhalb der Dampfblase D, z. B.
in Form einer Kurve, in Abhängigkeit vom Grad der Feuchtigkeit
zwischen 0 und 100% im Probenkörper 1 angeben.
Die Meßeinrichtung ME2 nach Fig. 4 stellt eine Weiterbildung
derjenigen nach Fig. 1 dar. Es handelt sich dabei um einen
portablen Meßkopf 2 als Tragkörper mit einem quaderförmigen
Gehäuse 11 und einer Meßöffnung 12 in einer Stirnwand 11a des
Gehäuses 11. Die erste Strahlungsquelle L11 ist im Gehäuse 11
untergebracht. Es handelt sich dabei um einen Lichtwellenleiter,
welcher durch die Kabeldurchführung 13 des Gehäuses 11 hindurch
als Teil eines Versorgungskabels 14 zur hier nicht dargestellten
Auswerte- bzw. Zentraleinheit geführt ist. Von einer Sende
fläche 16 am Ende des Lichtwellenleiters L11 gelangt der Auf
heizstrahl S1 über die ersten fokussierenden Mittel in Form
einer Sammellinse F1 wieder auf den Meßfleck 8 eines Probe
körpers 1, der in diesem Fall zu einem Mauerwerk gehören kann.
Zu diesem ist der portable Meßkopf 2 im Abstand b1 an seiner
Stirnwand 11a positioniert. In vielen Fällen ist es notwendig,
eine Berührung des Meßkopfes 2 mit dem Probekörper 1 zu
vermeiden, z. B., um parallel laufende chemische oder bakterio
logische Untersuchungen nicht zu beeinflussen. Der Meßkopf 2
wird deshalb an einem Stativ (nicht dargestellt) gelagert.
Der Meßstrahl S1 wird durch die Meßöffnung 12 hindurchgeleitet.
Die zweite Strahlungsquelle wird ebenfalls hier durch einen
Lichtwellenleiter L21 gebildet, welcher gekrümmt verlegt ist,
so daß von seiner Sendefläche 17 der Meßstrahl S2 quer durch
die Dampfblase D auf einen Umlenkspiegel 7 und von dort durch
die dritten fokussierenden Mittel in Form zweier Sammellinsen
F3.1, F3.2 auf den Sensor 4 geleitet werden kann. Als eigent
liche Strahlungsquellen, von denen die Lichtwellenleiter L11
und L21 versorgt werden, sind innerhalb der in Fig. 4 nicht
dargestellten Zentraleinheit Laserdioden vorgesehen, an welche
die Lichtwellenleiter angekoppelt sind. Diese sind zusammen mit
den Signalleitungen 18 des Sensors 4 und gegebenenfalls
elektrischer Versorgungsleitungen für eine nicht dargestellte
Beleuchtung des Meßortes in Form des flexiblen Versorgungs
kabels 14 gebündelt und zur Zentraleinheit geführt. Die nicht
dargestellten Laserdioden sind nebst Treiber in der Zentralein
heit integriert. Die Laserdiode, welche zur Beleuchtung der
Probenoberfläche dient, hat zweckmäßigerweise eine Leistung von
ca. 3 W (beim Einkoppeln in den Lichtwellenleiter bzw. die
Glasfaser L11 entsteht ein Lichtverlust von ca. 50%). Das aus
gestrahlte Licht liegt im IR-Bereich. Für die Laserdiode, die
den Meßstrahl S2 erzeugt, genügen wenige Milliwatt. Diese Diode
strahlt vorzugsweise im sichtbaren Bereich ab, wie bereits
erläutert wurde.
Beim dritten grundsätzlichen Ausführungsbeispiel einer Meß
einrichtung ME3 nach Fig. 5 ist die Anordnung der Laser L1
und L2 für die erste bzw. zweite Strahlungsquelle so getroffen
wie die beim ersten Ausführungsbeispiel nach Fig. 1, d. h. die
Laser L1 und L2, bevorzugt Diodenlaser, sind innerhalb des
portablen Meßkopfes 2 untergebracht, und zwar derart, daß ein
Versorgungskabel 14′ für den portablen Meßkopf 2 lichtwellen
leiterfrei ausgebildet sein kann. In diesem befinden sich
vielmehr nur elektrische Signal- und Stromversorgungsleitungen.
Der Aufheizstrahl S1 wird vom Laser L1 durch die Sammellinse F1
hindurch auf den Meßfleck 8 des Probenkörpers 1 fokussiert, der
z. B. zu einem Mauerwerk oder einer Holzkonstruktion gehören
kann. Die sich ausbildende Dampfblase D wird vom Meßstrahl S2
durchstrahlt, welcher vom zweiten Laser L2 seinen Ausgang nimmt
und vom 45°-Umlenkspiegel 19 umgelenkt sowie über die Sammellinse
F2 in die Dampfblase D fokussiert wird. Nach Verlassen der
Dampfblase D wird der Meßstrahl S2 durch die beiden optisch
hintereinander geschalteten Sammellinsen F31 und F32 auf die
Empfangsfläche des Sensors 4 geworfen, wobei im Lichtweg
zwischen den beiden Sammellinsen F31, F32 ein 45°-Umlenk
spiegel 7 eingefügt ist.
Anstelle der Sammellinsen für die ersten bis dritten fokussie
renden Mittel können zum Teil auch Hohlspiegel eingesetzt
werden, wenn dies der Strahlenweg w1 bzw. w2 für den Aufheiz
strahl S1 bzw. den Meßstrahl S2 zuläßt oder erfordert. Zur
Abstandsjustierung kann entweder der Abstand b1 der Stirnwand
11a zur Probe eingestellt werden oder der Abstand b2 des Mittel
punkts der Sammellinse F1 zum Meßfleck 8, damit eine vorgegebe
ne Lichtfleckgröße und damit Energieeinkopplung pro Flächen
einheit reproduzierbar eingehalten werden kann. Gestrichelt
dargestellt sind in Fig. 5 zwei faseroptische Sonden 20, 21,
die an einen optoelektronischen Signalumformer 22 angeschlossen
sind. Die eine Sonde 20 dient der Beleuchtung des Meßflecks 8,
die andere Sonde 21 weist an ihrem freien Ende ein kleines
Objektiv auf, welches der Bildaufnahme des Meßflecks dient;
dieses Bild wird über die Faseroptik 21 zum Signalumformer 22
und von da über Signalleitungen 23 zu einem (nicht dargestell
ten) Monitor geleitet, so daß eine Scharfeinstellung und damit
Abstandsjustierung bequem möglich ist. Anstelle der faseropti
schen Sonden 20, 21 mit Signalumformer könnte auch eine kleine
Videokamera Verwendung finden, wie anhand von Fig. 1 bereits
erwähnt (nicht dargestellt) .
Fig. 6 zeigt, daß der Pegel der Signalspannug US des Sensors 4
mit zunehmender Dampffeuchte in der Dampfblase D abnimmt. Die
Kurven D1 bis D4 gehören in der genannten Reihenfolge zu einer
Dampffeuchte von 0,25, 60 bzw. 100%. Die mit steigender Dampf
feuchte einhergehende Signalschwächung ist klar erkennbar.
Bei der ausgemessenen Probe handelt es sich um einen
Obernkirchner Kalksandstein.
Claims (23)
1. Verfahren zur zerstörungsfreien und berührungslosen
Bestimmung des Feuchtegehaltes in zur Aufnahme von Feuchtigkeit
fähigen Körpern, insbesondere Festkörpern,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß ein von einer ersten Quelle (L1, L11) für elektromagnetische Strahlung bekannter Leistung ausgehender Aufheizstrahl (S1) auf einen Meßfleck (8) an der Probenoberfläche (1a) des zu unter suchenden Körpers (1) während einer vorgegebenen Zeitspanne gerichtet und dabei ein definiertes Wärmeenergiequantum vom Körper (1) absorbiert wird, so daß sich erwärmungsbedingt in der an den Meßfleckbereich angrenzenden Atmosphäre eine Dampf blase (D) ausbildet und
- - daß mit einem von einer zweiten Quelle (L2, L21) für elektro magnetische Strahlung bekannter Leistung ausgehenden Meßstrahl (S2) wenigstens auf einer Teillänge angenähert parallel zur Probenoberfläche (1a) geführt wird, die Dampfblase (D) durch strahlt und der aus der Dampfblase (D) austretende Meßstrahl (S2) auf einen Sensor (4) geworfen wird, wobei die mit dem Sensor (4) gemessene Restintensität des beim Durchdringen der Dampfblase (D) geschwächten Meßstrahls (S2) ein Maß für die Dampfdichte und damit für den Feuchtegehalt des untersuchten Körpers (1) ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Aufheiz
strahl (S1) ein Laserstrahl ist, dessen Wellenlänge im Infrarot
bereich liegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß auch der
Meßstrahl (S2) ein Laserstrahl ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Wellen
länge des Meßstrahls (S2) in einem anderen Wellenlängebereich
liegt als diejenige des Aufheizstrahls (S1).
5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Wellen
länge des Meßstrahls (S2) im sichtbaren Bereich liegt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß vor Beginn
der Messung die Laser-Lichtfleckgröße des Aufheizstrahls (S1)
bzw. der Abstand einer ihn fokussierenden Optik (F1) vom Meß
fleck (8) justiert wird.
7. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6
zur Bestimmung des Feuchtegehaltes in Gestein oder gesteinsähnli
chen Strukturen, insbesondere in Mauerwerk- oder Betonstrukturen
von Wänden oder Decken.
8. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6
zur Bestimmung des Feuchtegehaltes von Holzstrukturen.
9. Meßeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem
der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch
einen mobilen, bezüglich des zu untersuchenden Körpers positionier
baren Tragkörper (2)
- - mit einer an diesem befestigten ersten Strahlungsquelle (L1, L11), deren Aufheizstrahl (S1) längs eines ersten Strahlenweges (w1) auf die Probenoberfläche (1a) des zu untersuchenden Kör pers (1) zu dessen lokaler Erwärmung und zur Erzeugung einer Dampfblase (D) werfbar ist,
- - mit einer zweiten, am Tragkörper (2) befestigten Strahlungs quelle (L2, L21, L2′), deren Meßstrahl (S2) zur Durchstrahlung der Dampfblase (D) längs eines zweiten Strahlenwegs (w2) wenigstens auf einer Teillänge angenähert parallel zur Probenoberfläche (1a) leitbar ist,
- - und mit einem am Ende des zweiten Strahlenwegs am Tragkörper (2) befestigten Sensor (4), auf welchen der die Dampfblase (D) durchstrahlende Meßstrahl (S2) fokussierbar ist.
10. Meßeinrichtung nach Anspruch 9,
gekennzeichnet durch einen portablen Meß
kopf als Tragkörper (2),
- - mit einem Gehäuse (11) und einer Meßöffnung (12) in einer Wand (11a) des Gehäuses (11),
- - mit der ersten Strahlungsquelle (L1) im Gehäuse (11), deren Aufheizstrahl (S1) durch die Meßöffnung (12) längs des ersten Strahlenwegs (w1) auf die Probenoberfläche (1a) des zu unter suchenden Körpers (1) werfbar ist, so daß die sich bildende Dampfblase (D) durch die Meßöffnung (12) hindurch in das Gehäuse (11) eindringt,
- - mit der zweiten Strahlungsquelle (L2) im Gehäuse (11), deren Meßstrahl (S2) durch die Dampfblase (D) hindurch leitbar ist,
- - und mit einem am Ende des zweiten Strahlenwegs (w2) im Gehäuse (11) angeordneten Sensor (4), auf welchen der die Dampfblase (D) durchstrahlende Meßstrahl (S2) fokussierbar ist.
11. Meßeinrichtung nach Anspruch 9 oder 10,
gekennzeichnet durch erste fokussierende
Mittel (F1) für den Aufheizstrahl (S1), welche diesen auf den
Meßfleck (8) an der Probenoberfläche (1a) fokussieren.
12. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11,
gekennzeichnet durch zweite fokussierende
Mittel (F2) für den Meßstrahl (S2), welche diesen zu einem
Fokusschlauch (9) im Bereich der Dampfblase (D) fokussieren.
13. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12,
gekennzeichnet durch dritte fokussierende
Mittel (F3) für den Meßstrahl (S2), welche diesen nach Passie
ren der Dampfblase (D) auf die Empfangsfläche des Sensors (4)
fokussieren.
14. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, daß die
fokussierenden Mittel (F1-F3) Linsensysteme aufweisen.
15. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, daß die
fokussierenden Mittel Hohlspiegel aufweisen.
16. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15,
dadurch gekennzeichnet, daß die erste
Strahlungsquelle (L1) ein im Infrarotbereich emittierender Laser
ist.
17. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 16,
dadurch gekennzeichnet, daß die zweite
Strahlungsquelle (L2) ein im sichtbaren Bereich emittierender
Laser ist.
18. Meßeinrichtung nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet, daß die erste
Strahlungsquelle (L1) eine Laserdiode ist, an welche ein erster
Lichtwellenleiter (L12) angekoppelt ist, dessen Sendefläche den
Aufheizstrahl (S1) über eine Fokussierlinse (F1) auf den Meßfleck
(8) wirft.
19. Meßeinrichtung nach Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet, daß die zweite
Strahlungsquelle (L2) ebenfalls eine Laserdiode ist, an welche
ein Lichtwellenleiter (L21) angekoppelt ist, dessen Sendefläche
(17) den Meßstrahl (S2), gegebenenfalls über die zweiten
fokussierenden Mittel (F2), durch die Dampfblase (D) sendet.
20. Meßeinrichtung nach Anspruch 19,
gekennzeichnet durch einen im zweiten
Strahlenweg (w2) dem Dampfblasenvolumen nachgeschalteten Umlenk
spiegel (7), welcher den zweiten Meßstrahl (S2) über dritte
fokussierende Mittel (F3) auf die Empfangsflächen des Sensors
(4) wirft.
21. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 20,
dadurch gekennzeichnet, daß die Laser
(L1, L2) für die erste und zweite Strahlungsquelle nebst
zugehöriger elektrischer und elektronischer Beschaltung inner
halb einer Zentraleinheit untergebracht sind und der die
optischen Systeme einschließlich Lichtwellenleiter (L11, L12)
sowie den Sensor (4) enthaltende Meßkopf (2) mit der Zentral
einheit über ein flexibles Kabel (14) verbunden ist, welches die
elektrischen Signalleitungen und die Lichtwellenleiter enthält.
22. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 20,
dadurch gekennzeichnet, daß je ein
Laser (L1, L2) für die erste und die zweite Strahlungsquelle
innerhalb des portablen Meßkopfes (2) untergebracht sind,
derart, daß ein Versorgungskabel (14) für den portablen Meßkopf
(2) lichtwellenleiterfrei ausgebildet ist.
23. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 22,
dadurch gekennzeichnet, daß bilderzeu
gende Mittel (20-23) zur Abbildung und Fernübertragung des
Meßflecks (8) vorgesehen sind, mit denen die Schärfe des Meß
flecks (8) und damit ein vorgegebener Abstand der fokussierenden
Optik (F1) bzw. die Größe des Laser-Lichtflecks einstellbar sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19904040101 DE4040101A1 (de) | 1990-12-14 | 1990-12-14 | Materialfeuchte-messverfahren, verwendung und messeinrichtung zur durchfuehrung des verfahrens |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19904040101 DE4040101A1 (de) | 1990-12-14 | 1990-12-14 | Materialfeuchte-messverfahren, verwendung und messeinrichtung zur durchfuehrung des verfahrens |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4040101A1 true DE4040101A1 (de) | 1992-06-17 |
Family
ID=6420408
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19904040101 Ceased DE4040101A1 (de) | 1990-12-14 | 1990-12-14 | Materialfeuchte-messverfahren, verwendung und messeinrichtung zur durchfuehrung des verfahrens |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4040101A1 (de) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0568461A1 (de) * | 1992-04-29 | 1993-11-03 | MPB TECHNOLOGIES Inc. | Verfahren und Apparatur zur schnellen, kontinuierlichen und berührungslosen Feuchtigkeitsmessung |
DE102007049285A1 (de) | 2007-10-12 | 2009-04-16 | Bakhramov, Oybek, Dipl.-Phys. | Optischer Feuchte-Sensor zur Bestimmung der Mauerwerksfeuchte |
EP3447476A1 (de) | 2017-08-25 | 2019-02-27 | Daw Se | Verfahren zur bestimmung der oberflächenfeuchtigkeit und messeinrichtung für das verfahren |
CN114384013A (zh) * | 2020-10-16 | 2022-04-22 | 斯沃奇集团研究及开发有限公司 | 用于测量手表外壳的包封内部的相对湿度水平的设备 |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2709214A1 (de) * | 1976-05-27 | 1977-12-15 | Jenoptik Jena Gmbh | Anordnung fuer die laser-spektralanalyse |
DE3024243A1 (de) * | 1979-10-09 | 1981-04-23 | VEB Forschung und Rationalisierung Betrieb des VEB Kombinat Süßwaren, DDR 7026 Leipzig | Verfahren und vorrichtung zum beruehrungslosen messen der stoffkonzentration |
WO1983002326A1 (en) * | 1981-12-23 | 1983-07-07 | Lammasniemi, Jorma | Method and apparatus for measuring moisture content |
EP0105078A1 (de) * | 1982-09-30 | 1984-04-11 | Vanzetti Systems, Inc. | Abtastsystem mit Lichtleitfasern für die laserinduzierte thermische Prüfung |
DE3303140A1 (de) * | 1983-01-31 | 1984-08-02 | Bruker Analytische Meßtechnik GmbH, 7512 Rheinstetten | Infrarot-spektrometer |
DE3601932A1 (de) * | 1985-04-17 | 1986-10-23 | VEB Wissenschaftlich-Technisches Zentrum der holzverarbeitenden Industrie, O-8020 Dresden | Vorrichtung zur kontinuierlichen feuchtemessung von partikeln grober struktur |
DE3708141A1 (de) * | 1985-09-16 | 1988-09-22 | Roibox Oy | Feuchtigkeitsmessverfahren |
DD270768A1 (de) * | 1988-04-20 | 1989-08-09 | Wolfen Filmfab Veb | Verfahren zur kontinuierlichen infrarotfeuchtemessung von festem messgut |
-
1990
- 1990-12-14 DE DE19904040101 patent/DE4040101A1/de not_active Ceased
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2709214A1 (de) * | 1976-05-27 | 1977-12-15 | Jenoptik Jena Gmbh | Anordnung fuer die laser-spektralanalyse |
DE3024243A1 (de) * | 1979-10-09 | 1981-04-23 | VEB Forschung und Rationalisierung Betrieb des VEB Kombinat Süßwaren, DDR 7026 Leipzig | Verfahren und vorrichtung zum beruehrungslosen messen der stoffkonzentration |
WO1983002326A1 (en) * | 1981-12-23 | 1983-07-07 | Lammasniemi, Jorma | Method and apparatus for measuring moisture content |
EP0105078A1 (de) * | 1982-09-30 | 1984-04-11 | Vanzetti Systems, Inc. | Abtastsystem mit Lichtleitfasern für die laserinduzierte thermische Prüfung |
DE3303140A1 (de) * | 1983-01-31 | 1984-08-02 | Bruker Analytische Meßtechnik GmbH, 7512 Rheinstetten | Infrarot-spektrometer |
DE3601932A1 (de) * | 1985-04-17 | 1986-10-23 | VEB Wissenschaftlich-Technisches Zentrum der holzverarbeitenden Industrie, O-8020 Dresden | Vorrichtung zur kontinuierlichen feuchtemessung von partikeln grober struktur |
DE3708141A1 (de) * | 1985-09-16 | 1988-09-22 | Roibox Oy | Feuchtigkeitsmessverfahren |
DD270768A1 (de) * | 1988-04-20 | 1989-08-09 | Wolfen Filmfab Veb | Verfahren zur kontinuierlichen infrarotfeuchtemessung von festem messgut |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
DE-Z: SCHNELLENBERGER, G.: Feuchtigkeitsmessung - Möglichkeiten und Grenzen. In: Textilveredlung 19,1984, Nr.12, S.367-371 * |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0568461A1 (de) * | 1992-04-29 | 1993-11-03 | MPB TECHNOLOGIES Inc. | Verfahren und Apparatur zur schnellen, kontinuierlichen und berührungslosen Feuchtigkeitsmessung |
DE102007049285A1 (de) | 2007-10-12 | 2009-04-16 | Bakhramov, Oybek, Dipl.-Phys. | Optischer Feuchte-Sensor zur Bestimmung der Mauerwerksfeuchte |
DE102007049285B4 (de) * | 2007-10-12 | 2017-06-22 | Oybek Bakhramov | Lichtoptischer Feuchte-Sensor zur Bestimmung der Mauerwerksfeuchte |
EP3447476A1 (de) | 2017-08-25 | 2019-02-27 | Daw Se | Verfahren zur bestimmung der oberflächenfeuchtigkeit und messeinrichtung für das verfahren |
CN114384013A (zh) * | 2020-10-16 | 2022-04-22 | 斯沃奇集团研究及开发有限公司 | 用于测量手表外壳的包封内部的相对湿度水平的设备 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE60202027T2 (de) | Multi-Photonen-Endoskop | |
DE69738173T2 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von Informationen über die optische Absorption eines streuenden Mediums | |
DE4343076C2 (de) | Vorrichtung zum photothermischen Prüfen einer Oberfläche eines insbesondere bewegten Gegenstandes | |
EP0394932A2 (de) | Photothermisches Untersuchungsverfahren, Einrichtung zu seiner Durchführung und Verwendung des Verfahrens | |
DE102005030151B3 (de) | Photoakustischer Freifelddetektor | |
DE69814591T2 (de) | Vorrichtung und verfahren zum nachweis eines objektes | |
DE60117087T2 (de) | Nahfeldmikroskop | |
DE102012004977B3 (de) | Vorrichtung und Verfahren zum Messen eines Zielgases | |
DE3813258A1 (de) | Verfahren zur beruehrungslosen und zerstoerungsfreien pruefung von absorptionsfaehigen materialien und vorrichtung zu seiner durchfuehrung | |
DE2820910A1 (de) | Oberflaechenpruefvorrichtung | |
DE3146700A1 (de) | Verfahren und vorrichtung zur detektion thermooptischer signale | |
DE4015893C2 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Untersuchung der inneren Struktur eines absorptionsfähigen Prüflings | |
EP0427943B1 (de) | Faseroptischer Sensor zum Nachweis von photothermischen Effekten | |
EP1589353A1 (de) | Modul für ein Lasermessgerät mit Glasfasern und bidirektionaler optischer Verstärkung | |
DE4040101A1 (de) | Materialfeuchte-messverfahren, verwendung und messeinrichtung zur durchfuehrung des verfahrens | |
DE19632867B4 (de) | Meßkopf für die photoakustische Spektroskopie | |
EP1134559A2 (de) | Durchflussmesser | |
EP3614130A1 (de) | Vorrichtung zur ermittlung optischer eigenschaften von proben | |
DE3917571C2 (de) | ||
EP1889040B1 (de) | Messeinrichtung zur ramanspektrometrischen, nichtinvasiven glucosebestimmung | |
WO2009115282A1 (de) | Optische sonde | |
DE19960880A1 (de) | Messvorrichtung | |
DE4342783A1 (de) | Frequenzkonversion am Auskoppelende von Lichtwellenleitern | |
DE4003407A1 (de) | Verfahren und anordnung zum pruefen der oberflaeche von bewegten objekten | |
DE19526943C2 (de) | Mehrfachreflexionsvorrichtung zur Erzeugung und Messung von konventionellen Signalen und Sättigungssignalen der Fluoreszenz und der Streuung |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OM8 | Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law | ||
8120 | Willingness to grant licenses paragraph 23 | ||
8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
8131 | Rejection |