DE4335681A1 - Anordnung für eine Sende- und/oder Empfangsantenne - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung für eine Sende­ und/oder Empfangsanordnung nach dem Oberbegriff des Pa­ tentanspruchs 1.

Die Erfindung ist insbesondere geeignet zur Untersuchung nichtgasförmiger Medien, z. B. fester Körper, mittels Wel­ len, z. B. akustischer und/oder elektromagnetischer Wellen.

Dabei werden von einer Sendeanordnung geeignete Wellen, die in dem zu untersuchenden Medium ausbreitungsfähig sind, in das Medium geleitet, dort verändert, z. B. an Störstellen, von einer auf die Wellen abgestimmten Emp­ fangsanordnung empfangen und ausgewertet. Dabei kann die Sende- und die Empfangsanordnung zu einer Baueinheit zu­ sammengefaßt sein. Eine solche Anordnung ist z. B. ein mit Ultraschall arbeitendes Prüfgerät für die Materialuntersu­ chung. Bei solchen Untersuchungsverfahren ist es besonders wichtig, daß die Sende- und/oder Empfangsanordnung mög­ lichst für die verwendeten Wellen verlustarm an das Medium angekoppelt ist, da ansonsten störende Koppelverluste ent­ stehen.

Eine deartige Koppelung wird schwierig, wenn das Medium und die Sende- und/oder Empfangsanordnung relativ zueinan­ der bewegt werden. Bei Ultraschallprüfgeräten ist es be­ kannt, zwischen dem Prüfkopf (Sende- und/oder Empfangsan­ ordnung) und dem Medium, z. B. einem festen Körper, eine gallertartige Substanz anzuordnen. Diese verringert Kop­ pelverluste und gestattet in einem beschränkten Umfang die erwähnte Relativbewegung.

Ein solches Untersuchungsverfahren hat zumindest den Nach­ teil, daß das Medium nach der Untersuchung im allgemeinen von der gallertartigen Substanz gereinigt werden muß.

Alternativ dazu ist es möglich, an sich störende Koppel­ verluste zuzulassen, diese aber konstant zu halten. Dieses kann z. B. dadurch erfolgen, daß zwischen dem Prüfkopf und dem Medium immer ein Luftspalt von konstanter und mög­ lichst geringer Dicke aufrecht erhalten wird. Ein solches Verfahren erfordert in nachteiliger Weise eine aufwendige Steuer- oder Regeleinheit zur Kontrolle der Dicke des Luftspaltes.

Die beschriebenen Anordnungen haben insbesondere den Nach­ teil, daß sie im allgemeinen auf ein bestimmtes Medium, z. B. eines mit einer glatten festen Oberfläche, abgestimmt werden und sind bei anderen Medien, z. B. Sand, unbrauch­ bar.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine gat­ tungsgemäße Anordnung anzugeben, die für sehr unterschied­ liche Medien und/oder Oberflächenzustände in kostengünsti­ ger und zuverlässiger Weise einsetzbar ist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und/oder Weiterbildungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Ein erster Vorteil der Erfindung besteht darin, daß eine Anpassung an eine Vielzahl von Medien und/oder Untersu­ chungsverfahren möglich ist.

Ein zweiter Vorteil besteht darin, daß Koppelverluste zwi­ schen der Sende- und/oder Empfangsanordnung und dem Medium vermieden werden durch ein Zwischenmedium, das in nahezu allen vorkommenden Anwendungsfällen immer einen guten Formschluß zwischen den zu koppelnden Oberflächen bewirkt.

Ein dritter Vorteil besteht darin, daß bei dem zu untersu­ chenden Medium allenfalls eine vernachlässigbare Änderung der Oberfläche auftritt, so daß keine Nachbearbeitung er­ forderlich ist.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Be­ schreibung.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbei­ spielen unter Bezugnahme auf eine schematisch dargestellte Figur näher erläutert.

Die Figur zeigt eine exemplarische Anordnung, die auf eine Vielzahl von Untersuchungsverfahren anwendbar ist. Dabei müssen lediglich die nachfolgend noch näher beschriebenen Bestandteile an das verwendete Untersuchungsverfahren so­ wie die dort verwendeten Wellen und/oder Medien in einer dem Fachmann geläufigen Weise angepaßt werden.

Die Figur zeigt das zu untersuchende Medium 1, z. B. Erd­ reich, das untersucht werden soll, z. B. bezüglich vorhandener und/oder defekter Versorgungsleitungen, z. B. Kanalisations-, Wasser-, Gas-, Strom- und/oder Nachrichtenübertragungsleitungen. Weiterhin kann das Me­ dium z. B. eine asphaltierte Straße sein, deren Schichtauf­ bau und/oder Untergrund überprüft werden soll. Dieses ist möglich mit Hilfe elektromagnetischer Wellen, die z. B. eine Frequenz aus einem Frequenzbereich von 0,1 GHz bis 10 GHz besitzen. Solche Wellen können z. B. mit Hilfe soge­ nannter Puls- oder FMCW-Verfahren, die aus der Radartech­ nik bekannt sind, ausgesandt, empfangen sowie verarbeitet werden. Dazu wird eine Sende- und/oder Empfangsanordnung 2, 3 verwendet. Diese besteht z. B. aus der eigentlichen Sende- und/oder Fmpfangsantenne 2, z. B. einer Dipol-, Horn- oder Spiralantenne, sowie einer mit dieser unmittel­ bar verbundenen Ansteuer- und/oder Empfangseinheit 3, die in der Radartechnologie auch Frontend genannt wird. Diese Sende- und/oder Empfangsanordnung 2,3 ist mit einer nicht­ dargestellten Steuer- und/oder Auswerteeinheit verbunden über Leitungen 4, die als Pfeile dargestellt sind. Zumin­ dest zwischen der Sende- und/oder Empfangsantenne 2 und der Oberfläche des Mediums 1 wird ein flexibles Zwischen­ medium 5, z. B. eine Flüssigkeit, angeordnet. Dieses dient der bereits erwähnten verlustarmen Ein- und/oder Auskopp­ lung der Wellen.

Einem Fachmann ist geläufig, das Material des Zwischenme­ diums, z. B. Wasser oder Öl, entsprechend den verwendeten Wellen auszuwählen, insbesondere bezüglich einer geeigne­ ten Dielektrizitätskonstanten. Das Zwischenmedium 5 ist umgeben von einer Umhüllung 6, die zumindest in dem Be­ reich, welcher die Oberfläche des Mediums 1 berühren kann, mechanisch hochflexibel ausgebildet ist, wodurch in vorteilhafter Weise ein guter mechanischer Formschluß zwi­ schen dem Medium 1 und dem Zwischenmedium 5 erreicht wird. Dementsprechend ist die Umhüllung 6 zumindest in dem ge­ nannten Bereich z. B. als Kunststoff- oder Gummifolie aus­ gebildet und entsprechend den verwendeten Wellen gewählt, so daß in diesem Bereich allenfalls genau bestimmbare Kop­ pelverluste auftreten. Auf diese Weise können bei im we­ sentlichen konstanten Koppelverlusten mechanische Toleran­ zen, z. B. Abstandsänderungen zwischen der Sende- und/oder Empfangsantenne 2 und der Oberfläche des Mediums 1, ver­ nachläßigt werden. Außerdem schmiegt sich die Umhüllung in dem genannten Bereich an kleinere Unebenheiten der Ober­ fläche des Mediums 1 an, so daß Fehlmessungen und/oder Fehlauswertungen vermieden werden.

Es ist besonders vorteilhaft, wenn zumindest die Umhüllung 6 drehbar um eine Drehachse 7 ausgeführt ist. Eine solche Konstruktion ist einem Fachmann geläufig, z. B. bei einer Radaufhängung aus dem Automobilbau. Dementsprechend ist in der Figur eine solche drehbare Lagerung 8 lediglich sche­ matisch dargestellt. Eine solche drehbare Ausgestaltung der Umhüllung 6 ermöglicht eine zeitlich fortlaufende Ab­ tastung, die auch als ein Scan-Vorgang bezeichnet wird, des Mediums 1, ohne daß ein großer Verschleiß der Umhül­ lung 6 auftritt. Es erfolgt also ein Abwälzen der Umhül­ lung 6 auf der Oberfläche des Mediums 1. Dieser Abwälzvor­ gang setzt voraus, daß die Drehachse 7 nicht genau senk­ recht auf der Oberfläche des Mediums 1 steht.

Eine solche Maßnahme ist einem Fachmann geläufig. Es ist auch möglich, daß zusätzlich die Sende- und/oder Empfangs­ anordnung 2, 3 drehbar, vorzugsweise um die Drehachse 7, ausgebildet sind. In einem solchen Ausführungsbeispiel müssen in die Leitungen 4 lediglich geeignete Drehkupplun­ gen eingefügt werden.

Für die eingangs erwähnte Untersuchung des Erdbodens und/oder einer Straße ist insbesondere ein Radarverfahren geeignet, das mit mindestens einer Frequenz aus dem Fre­ quenzbereich von 0,1 GHz bis 10 GHz arbeitet. Dafür ist eine Sende- und/oder Empfangsanordnung, 2, 3 geeignet, die parallel zur Oberfläche des Erdbodens (Medium 1) beispielsweise einen Durchmesser von ungefähr 1 m (100 MHz) besitzt. Die Umhüllung 6 hat einen zugehörigen Durch­ messer von ungefähr 1,2 m, besteht zumindest im Bereich der Oberfläche des Erdbodens aus einer abriebfesten Kunst­ stoffolie mit einer Dicke einiger weniger Millimeter. Der Abstand der Sende- und/oder Empfangsanordnung 2, 3 von der Oberfläche des Erdbodens (Medium 1) beträgt wenige Zenti­ meter. Die Wahl des Zwischenmediums richtet sich nach den dielektrischen Materialeigenschaften des Mediums 1. Es ist ersichtlich, daß eine derartige Anordnung auf einer Viel­ zahl von Medien, z. B. befestigten und/oder unbefestigten Straßen und/oder Wegen, Sand, Schlamm, usw. einsetzbar ist.

Weiterhin ist es möglich, die Sende- und/oder Empfangsan­ ordnung 2, 3 als an sich bekannten Sende- und/oder Emp­ fangssensor, z. B. als Ultraschallsensor, auszubilden. In Abhängigkeit von dem zu untersuchenden Material und/oder der verwendeten Schall-Wellenlänge ist dann lediglich ein geeignetes Zwischenmedium, z. B. Wasser, sowie eine für Schallwellen möglichst durchlässige Umhüllung zu wählen. Eine derartige Anordnung kann z. B. als tragbares Handgerät zur zuverlässigen Ultraschall-Untersuchung schwer zugäng­ licher sowie unebener Oberflächen ausgebildet werden. Es ist dann ebenfalls ein formschlüssiges Abwälzen der Umhül­ lung auf der Oberfläche des Mediums möglich.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungs­ beispiele beschränkt, sondern sinngemäß auf weitere an­ wendbar. Beispielsweise kann als Sende- und/oder Empfangs­ anordnung ein optisch arbeitender Sende- und/oder Emp­ fangskopf, der z. B. im Infrarotbereich arbeitet, gewählt werden.

Claims (9)

1. Anordnung für eine Sende- und/oder Empfangsanordnung für Wellen, die ausbreitungsfähig sind in einem nichtgas­ förmigem Medium, dadurch gekennzeichnet,

• - daß zumindest die Sende- und/oder Empfangsanord­ nung (2, 3) von einer flexiblen Umhüllung (6) umge­ ben ist,
• - daß zwischen der Sende- und/oder Empfangsanordnung (2, 3) und der Umhüllung (6) ein flexibles Zwi­ schenmedium (5) vorhanden ist und
• - daß zumindest die Umhüllung (6) drehbar um eine Drehachse (7) angeordnet ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sende- und/oder Empfangsanordnung (2,3) zum Senden und/oder Empfangen elektromagnetischer Wellen ausgebildet ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sende- und/oder Empfangsanordnung (2, 3) zum Senden und/oder Empfangen akustischer Wellen ausgebildet ist.

4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das Zwischenmedium (5) in Abhän­ gigkeit von den verwendeten Wellen und/oder dem zu unter­ suchenden Medium (1) gewählt ist derart, daß bei den zu übertragenden Wellen möglichst geringe Koppelverluste ent­ stehen.

5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Umhüllung (6) in Abhängig­ keit von den verwendeten Wellen und/oder dem Medium (1) gewählt ist derart, daß Koppelverluste vermieden werden und daß ein formschlüssiges Anschmiegen an die Oberfläche des Mediums (1) möglich ist.

6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Drehachse (7) nahezu senk­ recht steht auf der Oberfläche des Mediums (1).

7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Drehachse (7) bezüglich der Oberfläche des Mediums (1) geneigt ist derart, daß ein Ab­ wälzen der Umhüllung (6) auf der Oberfläche möglich ist.

8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Sende- und/oder Empfangsan­ ordnung (2, 3), das Zwischenmedium (5) sowie die Umhüllung (6) zum Senden und/oder Empfangen von Radarwellen zur Un­ tersuchung des Erdbodens ausgebildet sind.

9. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß bei der Sende- und/oder Emp­ fangsanordnung (2, 3) zumindest die Sende- und/oder Emp­ fangsantenne (2) gekrümmt ist derart, daß für die verwen­ deten Wellen eine fokussierende Wirkung entsteht.