DE4208863C2 - Vorrichtung zur Materialuntersuchung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Materialuntersuchung, insbesondere zur Untersuchung von Wandungen und Hinterfütterungen eines Abwasserkanales, welche eine mit einem als Mikrowellengenerator ausgebildeten Signalgeber zur Erzeugung eines Sendesignales und einem Empfänger vesehenen Transporteinrichtung und eine an den Empfänger angeschlossenen und einen vom zu untersuchenden Material reflektierten Teil des Sendesignals auswertende Einrichtung aufweist.

Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der US 3 278 841 bekannt und wird verwendet, um Beschädigungen im Bereich von Abwasserkanälen zu erfassen bzw. einer Schadensausweitung durch eine rechtzeitige Erkennung von Schadstellung vorzubeugen. Die bekannte Transporteinrichtung ist mit einer Kamera, einen Ultraschallsensor, einem Infrarotsensor oder einem speziellen Radarsystem ausgestattet. Mit Hilfe des Radarsystems, das Mikrowelle in Richtung auf die Wandung leitet und Reflexionssignale auswertet, ist es möglich, Aussagen über den inneren Zustand des Wandungen zu erlangen. Es werden dazu kurze elektromagnetische Impulse generiert und das Reflexionssignal zu jedem Impuls abgetastet und ausgewertet.

In der US 5 006 785 ist ebenfalls eine Vorrichtung zur Materialuntersuchung mittels Mikrowellen beschrieben, bei der die von einer Quelle erzeugte Mikrowelle in ein Referenzsignal und ein Meßsignal verzweigt wird und das durch die Probe hindurchgegangene Meßsignal mit dem Referenzsignal verglichen wird, wobei die Abschwächung und die Phase des transmittierten Signals im Vergleich zum Referenzsignal ausgewertet wird.

Ferner ist aus der US 4 369 404 eine Vorrichtung zur Untersuchung von Gasen bekannt, bei der gepulste Mikrowellenstrahlung erzeugt und das Signal des Empfängers zur Auswertung einer Fourier-Transformation unterzogen wird.

In der EP 02 99 6 93 A2 wird noch über eine Vorrichtung zur Analyse von Substanzen berichtet, bei der die Frequenz der während der Messung eingestrahlten Mikrowellen in einem bestimmten Bereich variiert wird.

Die bekannten Vorrichtungen ermöglichen es jedoch nicht in ausreichender Weise, eine berührungslose Ankopplung an das Meßobjekt vorzunehmen. Eine derartige Ankopplung ist bei einem unbekannten Konturverlauf der Wandungen zweckmäßig und ermöglicht eine vergleichweise hohe Geschwindigkeit des Meßvorganges. Darüber hinaus können auch nicht alle Anforderungen an eine hohe Auflösung sowie an eine Adaptierbarkeit an eine jeweils vorliegende Meßaufgabe erfüllt werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung der einleitend genannten Art derart zu verbessern, daß ein Einsatz bei einer Vielzahl unterschiedlicher Meßaufgaben ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen im A1 gelöst.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Veränderung der Sendefrequenz des Sendesignals während des Betriebes und der somit erfolgenden Synthetisierung der Sendeimpulse ist eine multifrequente Quasiholographie mit höherer Auflösung durchführbar: Insbesondere ist es hierdurch möglich, Feuchtigkeitsbestimmungen in den Kanalrohrwandungen durchzuführen und eine Detektion von Rissen und Abplatzungen im Bereich des Kanalrohres festzustellen. Darüber hinaus ist es möglich, eine Prüfung der Muffenbereiche effektiv durchzuführen und Hohlräume sowie Hinterspülungen zu detektieren. Schließlich ist es möglich, generelle Aussagen über den Zustand und die Beschaffenheit des Kanalrohres bzw. des Rohrmaterials, bereitzustellen. Durch die Verwendung das Mikrowellengenerators ist es möglich, eine berührungslose Ankopplung an das Meßobjekt vorzunehmen. Durch eine Vorgabe der bei der Impulssynthetisierung verwendeten Frequenzen und der jeweiligen zeitlichen Ausdehnung der Frequenzänderung sowie der Impulsdauer erfolgt eine Anpassung an eine jeweils vorliegende Meßaufgabe. Die Adaption an die jeweilige Meßaufgabe ermöglicht darüber hinaus eine erhebliche Auflösungsverbesserung.

Zur Ermöglichung einer Detektion sowohl einer Größe als auch einer Entfernung von aufgefundenen Störstellen wird vorgeschlagen, sowohl eine Amplitudenauswertung als auch eine Phasenauswertung als auch eine Amplituden- und Phasenauswertung durchzuführen.

Eine anschauliche Darstellung der Meßergebnisse wird dadurch ermöglicht, daß an die Auswerteeinrichtung eine Fourier-Transformation durchführende Transformationseinrichtung angeschlossen wird.

Zur Generierung der synthetisierten Impulse wird vorgeschlagen, daß eine Veränderung der Sendefrequenz ausgehend von einer oberen Frequenz in Richtung auf eine untere Frequenz durchgeführt wird. Es ist aber auch möglich, daß eine Veränderung der Sendefrequenz ausgehend von einer unteren Eckfrequenz in Richtung auf eine obere Frequenz durchgeführt wird.

Zur Adaption an jeweils vorliegende Meßaufgaben ist schließlich auch daran gedacht, daß die Änderung der Sendefrequenz in Abhängigkeit von einer vorgebbaren Änderungskurve durchgeführt wird. Durch einen speziellen Änderungsverlauf der Sendefrequenz kann eine Anpassung an jeweils vorliegende Materialzusammensetzungen sowie örtliche konstruktive Gegebenheiten vorgenommen werden.

Zur Gewährleistung einer schnellen Überprüfung der Meßergebnisse sowie zur Gewährleistung einer hinreichenden Dokumentaion wird vorgeschlagen, daß nach der Transformation der Daten die Meßergebnisse mit Hilfe einer veranschaulichenden Anzeigeeinheit dargestellt werden.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild der Vorrichtung und

Fig. 2 eine Seitenansicht einer innerhalb eines Abwasserkanales angeordneten Transporteinrichtung.

Eine Vorrichtung zur Materialuntersuchung besteht entsprechend der Darstellung in Fig. 1 im wesentlichen aus einem Sender (1) und aus einem Empfänger (2). Der Sender (1) strahlt Mikrowellen in einer Senderichtung (3) aus und der Empfänger (2) empfängt reflektierte Signale in einer Reflexionsrichtung (4).

Der Sender (1) ist über eine Leitung (5) mit einem Signalgeber (6) verbunden. Insbesondere ist daran gedacht, den Signalgeber (6) als einen steuerbaren Hochfrequenzgenerator auszubilden. Darüber hinaus ist es möglich, auch den Empfänger (2) über eine Leitung (7) mit dem Signalgeber (6) zu verbinden. Der Signalgeber (6) ist mit einer Steuereinheit (8) verbunden, mit deren Hilfe eine Veränderung einer vom Signalgeber (6) generierten Sendefrequenz erfolgen kann.

Sowohl der Sender (1) als auch der Empfänger (2) sind mit einer Auswerteeinrichtung (9) verbunden, in deren Bereich eine Analyse des Reflexionssignales relativ zum Sendesignal erfolgt. Im Bereich der Auswerteeinrichtung (9) ist es möglich, sowohl eine Amplituden- als auch eine Phasenanalyse durchzuführen.

An die Auswerteinrichtung (9) ist eine Transformationseinrichtung angeschlossen in der eine Fourier- Transformation durchgeführt wird. Durch die Transformationseinrichtung (10) ist es möglich, im Frequenzbereich durchgeführte Messungen in den Zeitbereich zu transformieren und hierdurch eine anschauliche grafische Darstellung zu ermöglichen. Zur Ausgabe der generierten grafischen Darstellungen ist die Transformatseinrichtung (10) mit einer Anzeigeeinheit (11) verbunden. Die Anzeigeeinheit (11) kann beispielsweise als Schreiber oder als Bildschirm ausgebildet sein.

Die vom Sender (1) abgestrahlte Mikrowellenenergie wird sowohl im Bereich einer Oberfläche (12) einer Wandung (13) eines zu untersuchenden Abwasserkanales (14) als auch in inneren Bereichen der Wandung (13) reflektiert. Ein weiterer Teil der abgestrahlten Mikrowellenenergie kann die Wandung (13) passieren, so daß auch der Rohraußenbereich mit vermessen werden kann.

Zur Ermöglichung eines Transportes der benötigten Komponenten entlang des Abwasserkanales (14) werden die wesentlichen Bauelemente im Bereich einer Transporteinrichtung (15) angeordnet. Die Transporteinrichtung (15) ist mit Tragelementen (16) versehen, die eine Bewegung entlang eines Bodens (17) des Abwasserkanales (14) ermöglichen. Die Tragelemente (16) können beispielsweise als Räder, Rollen oder Ketten ausgebildet sein.

Eine Signalübertragung von der Transformationseinrichtung (10) zur Anzeigeeinheit (11) kann beispielsweise drahtgebunden erfolgen. Gemäß der Ausführungsform in Fig. 2 ist es jedoch auch möglich, eine drahtlose Datenübertragung mit Hilfe einer Sendeeinrichtung (18) vorzunehmen.

Bei einem Betrieb der Vorrichtung wird zur Generierung eines synthetischen Impulses eine Veränderung der Sendefrequenz durchgeführt. Insbesondere ist daran gedacht, ausgehend von einer Eckfrequenz eine Überführung zu einer anderen Eckfrequenz durchzuführen. Die zeitliche Länge des hierdurch synthetisierten Impulses wird durch den Veränderungsbereich bestimmt. Durch die Signalanalyse im Bereich der Auswertung ist es durch die Berücksichtigung sowohl des Amplituden- als auch des Phasenverhältnisses von Sende- und Empfangssignal möglich, sowohl die Größe als auch den Abstand zu einer ermittelten Störstelle zu bestimmen. Die Anzeigeeinheit (11) ermöglicht eine mit geringem Zeitaufwand auswertbare Ergebnisaufzeichnung.

Claims (5)

1. Vorrichtung zur Materialuntersuchung, insbesondere zur Untersuchung von Wandungen (13) und Hinterfütterungen eines Abwasserkanales (14), welche eine mit einem als Mikrowellengenerator ausgebildeten Signalgeber (6) zur Erzeugung eines Sendesignales und einem Empfänger (2) versehene Transporteinrichtung (15) und eine an den Empfänger (2) angeschlossene und einen vom zu untersuchend Material reflektierten Teil des Sendesignals auswertende Einrichtung (9) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß
eine Steuereinheit (8) an den Signalgeber (6) angeschlossen ist, die während des Betriebes der Vorrichtung die Sendefrequenz des Sendesignals verändert,
die Auswerteeinrichtung (9) sowohl die Amplitude als auch die Phase des empfangenen reflektierten Teils des Sendesignales auswertet, und daß an die Auswerteeinrichtung (9) eine Fourier-Transformation durchführende Transformationseinrichtung (10) abgeschlossen ist, die die im Frequenzbereich durchgeführten Messungen, in den Zeitbereich transformiert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (8) eine Veränderung der Sendefrequenz, ausgehend von einer oberen Frequenz in Richtung auf eine untere Frequenz, durchführt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (8) eine Veränderung der Sendefrequenz, ausgehend von einer unteren Frequenz in Richtung auf eine obere Frequenz, durchführt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (8), die Änderung der Sendefrequenz in Abhängigkeit von einer vorgebbaren Änderungskurve durchführt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis, 4, gekennzeichnet durch eine Anzeigeeinheit (11) zur Darstellung der Meßerßgebnisse nach Auswertung.