EP1088219A1 - Feuchtemessung durch mikrowellenabsorption - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen des Feuchtegehaltes eines flächigen Meßgutes (1) durch Mikrowellenabsorption. Die Mikrowellen duchstrahlen das Meßgut (1) entlang einer Meßstrahlkette mit mindestens zwei Meßstrahlen (4, 5, 6, 7) mehrfach. Nach dem Durchlaufen des letzten Meßstrahls (7) werden die Mikrowellen auf eine Detektionseinrichtung (11) gegeben, durch die die Feldstärke der Mikrowellen detektiert wird. Aus der Feldstärke wird der Feuchtegehalt ermittelt. Aufgabe der Erfindung ist, eine möglichst genau Bestimmung des Feuchtegehaltes zu ermöglichen. Erfindungsgemäß werden zur Lösung der Aufgabe die Mikrowellen zumindest entlang von zwei der Meßstrahlen (4, 5, 6, 7) linear polarisiert, wobei sich die Polarisationsrichtungen der beiden Meßstrahlen voneinander unterscheiden. Somit ist es möglich, in den jeweiligen Empfängern am Ende der beiden Meßstrahlen etwaig abgelenke Mikrowellenanteile von anderen Meßstrahlen anhand des Polarisationszustandes zu erkennen bzw. auszuscheiden.

Description

Feuchtemessung durch Mikrowellenabsorption

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen des Feuchtegehaltes eines flächigen Meßgutes durch Mikrowellenabsorption, insbesondere das Messen des Restfeuchte-gehaltes einer kontinuierlich geförderten Warenbahn, wobei die Mikrowellen das Meßgut entlang einer Meßstrahlkette mit mindestens zwei Meßstrahlen mehrfach durchstrahlen und wobei aus der Feldstärke der Mikrowellen nach dem

Durchlaufen des letzten Meßstrahls der Feuchtegehalt ermittelt wird. Das Meßgut besteht beispielsweise aus Papier, beschichtetem Papier, Karton, Gewe-be, Kunststoff, Textilmatierall und/oder dergleichen.

Aus der EP 0 009 187 AI sind ein gattungsgemäßes Verfahren und eine gattungsgemäße Vorrichtung bekannt . Die vorbekannte Vor-richtung weist einen Mikrowellenoszillator auf, der über einen Mikrowellenhohlleiter mit einem ersten Hornstrahler zur

Ab-Strahlung von Mikrowellen auf eine Meßstrecke verbunden ist. Im Verlauf der Meßstrecke treffen die von dem ersten Mikrowellen-strahier abgestrahlten Mikrowellen auf das Meßgut . Abhängig von dem Feuchtegehalt des Meßgutes, der Dicke des Meßgutes, der Struktur des Meßgutes und der Feuchteverteilung in dem Meßgut wird die Feldstärke der Mikrowellen durch Absorption in dem Meßgut geschwächt . Weiterhin wird die Feldstärke der sich in Richtung der Meßstrecke ausbreitenden Mikrowellen durch Reflexion, insbesondere an der Oberfläche des Meßgutes, und durch Beugung bzw. Streuung geschwächt . Die Mikrowellen erreichen folglich bei im Vergleich zu der Sendeleistung geringerer Empfangsleistung einen Mikrowellenempfänger am Ende der Meßstrecke. Von dort werden die Mikrowellen über einen zweiten Mikrowellenhohlleiter zu einem zweiten Mikrowellenstrahler geleitet, der die Mikrowellen auf eine zweite Meßstrecke abstrahlt, in deren Verlauf die Mikrowellen wiederum das Meßgut durchqueren. In spezieller Ausgestaltung weist die vorbekannte Vorrichtung eine Meßkette mit insgesamt vier aufeinanderfolgenden Meßstrecken auf. Am Ende der letzten Meßstrecke werden die Mikrowellen von einem Meßdetektor erfaßt, der ein der verbliebenen Feldstärke entsprechendes Signal an eine Auswertungseinrichtung übermittelt. Das Detektorsignal besteht aus einer elektrischen Spannung, die mit einer Referenzspannung verglichen wird. Die Referenzspannung repräsentiert das Meßsignal in dem Fall, in dem kein Meßgut in der Vorrichtung angeordnet ist .

Die mehrfache Durchstrahlung des Meßgutes erhöht die Meßem-pfindlichkeit , so daß beispielsweise Meßgüter mit einem Rest-feuchtegehalt von 1 g Wasser / m - .30 g Wasser / m vermessen werden können. Insbesondere bei der Fertigung von Textilien ist es bekannt, in

Abhängigkeit von den Meßwerten des Restfeuchte-gehaltes Trocknungsmaschinen zu steuern, so daß ein vorgegebener Restfeuchtegehalt in dem Meßgut bzw. in dem Textilmaterial erzielt wird.

Bei einer speziellen Ausführungsform der vorbekannten Vorrichtung bzw. des vorbekannten Verfahrens werden die Mikrowellen mit einer Modulationsfreguenz von 100 Hz und einem Hub von mehr als 25 % moduliert, damit Flatterbewegungen des Meßgutes, die typischerweise mit niedrigeren Frequenzen als der Modulationsfrequenz in Richtung der Meßstrecke auftreten, keinen Einfluß auf das Meßergebnis haben.

Bei der Durchführung des vorbekannten Verfahrens können durch Reflexion und Streuung an dem Meßgut Mikrowellen von einer der Meßstrecken in den Mikrowellenempfänger einer anderer. Meßstrecke gelangen, so daß das Meßergebnis verfälscht wird. Dies ist insbesondere bei einer speziellen Ausführungsform der vor-bekannten Vorrichtung der Fall, bei der die Mikrowellen das Meßgut abwechselnd im Verlauf der Meßkette von einer Seite des Meßgutes zu der gegenüberliegenden Seite des Meßgutes und um-gekehrt durchstrahlen. Weiterhin ist es auch möglich, daß Mikrowellen aus dem

Mikrowellenstrahler einer Meßstrecke direkt oder durch Ablenkung auf andere Weise als an dem Meßgut in einen oder mehrere Mikrowellenempfänger einer anderen Meßstrecke gelangen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, bei denen das nach Durchlaufen der letzten heßstrecke bzw. des letzten Meßstrahls vorliegende Mikrowellensignal weitestgehend nur von der Absorption in dem zu vermessenden Meßgut abhängt.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den

Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweils abhängigen Ansprüche .

Gemäß einem Kerngedanken der ^"vorliegenden Erfindung sind die Mikrowellen zumindest entlang von zwei der Meßstrahlen der Mikrowellenkette linear polarisiert, wobei sich die Polarisationsrichtungen der beiden Meßstrahlen voneinander unterscheiden, vorzugsweise einen Winkel von etwa 90° miteinander einschließen. Vorrichtungsseitig sind hierzu jeweils an ein-ander entgegengesetzten Endpunkten von zwei Meßstrecken, auf denen jeweils einer der Meßstrahlen liegt, ein aufeinander abgestimmtes

Mikrowellenεrrahler/Mikrowellenempfänger-Paar angeordne . Der Mikrowellenempfänger des ersten Paars ist über einen rowellenleiter und gegebenenfalls einen oder mehrere weitere Meßstrecken mit dem Mikrowellensender des zweiten Paars gekoppelt. Erfindungsgemäß sind der Mikrowellenstrahler des ersten Paars (erster Mikrowellenstrahler) und der Mikrowellen- strahier des zweiten Paars (zweiter

Mikrowellenstrahler) derart gestaltet und ausgerichtet, daß auf der jeweiligen Meßstrecke linear polarisierte Mikrowellen übertragbar sind, wobei sich die Polarisationsrichtung der von dem ersten Mikrowellen- strahier und der von dem zweiten Mikrowellenstrahler abzustrahlenden Mikrowellen voneinander unterscheiden.

Unter Meßstrahlen werden die Ausbreitungswege der Mikrowellen verstanden, auf denen sie das Meßgut im Verlauf der Meßkette durchqueren. Die Meßstrahlen können dabei eine endliche Breite quer zur Ausbreitungsrichtung haben.

Durch die unterschiedlichen Polarisationsrichtungen haben die jeweils auf den Meßstrecken übertragenen bzw. sich entlang der Meßstrahlen ausbreitenden Mikrowellen jeweils eine Eigenschaft, anhand der sie voneinander selektiert werden können. Sollten also nicht von der Absorption des Meßgutes abhängige Streu-, Beugungs- und/oder Reflexionsprozesse auftreten, . kann vermieden werden, daß am Ende eines der zumindest zwei Meßstrahlen andere Mikrowellensignale als von der zugehörigen Meßstrecke empfangen, weitergeleitet und/oder detektiert werden. Alternativ wird ein etwaig am Ende einer Meßstrecke vorliegendes Summen-Mikrowellensignal, das eine erste, linear polarisierte Komponente und eine zweite, in anderer Polarisationsrichtung linear polarisierte Komponente und/oder unpolarisierte Komponente enthält, unter Verwendung der Polarisierungseigenschaft zerlegt, wobei beide Komponenten ausgewertet werden. Die unerwünschte zweite Komponente wird insbesondere dazu verwendet, einen durch das jeweilige Meßgut bedingten reflektierten, gebeugten und/oder gestreuten Anteil der sich entlang der Meßstrahlenkette aus-breitenden Mikrowellenstrahlung zu ermitteln, um diesen Anteil nicht fälschlicherweise der Absorption der Mikrowellenstrahlung in dem Meßgut zuzuschreiben, was zu einer Überschätzung des Feuchtegehaltes führen würde. Auf diese Weise wird insbesondere bei Verfahrensvarianten die Meßgenauigkeit gesteigert, bei denen zur Bestimmung des Feuchtegehaltes aus der Feldstärke der Mikrowellen nach dem Durchlaufen des letzten Meßstrahls ein Referenzwert als Vergleichswert verwendet wird, der der Meßanordnung bei NichtVorhandensein eines Meßgutes entspricht .

Vorzugsweise durchqueren die Meßstrahlen mit den linear polarisierten Mikrowellen das flächige Meßgut unter einem Winkel von 30° bis 90°, vorzugsweise etwa 60°, gegen dessen Oberfläche. Ein Vorteil einer nicht senkrechten Durchstrahlung des Meßgutes liegt darin, daß Reflexionen an der Oberfläche des Meßgutes nicht unmittelbar in den Mikrowellenstrahler der jeweiligen Meßstrecke zurückreflektiert werden. Stehende Wellen können somit vermieden werden. Bevorzugt wird weiterhin eine Ausgestaltung, bei der die Meßstrahlen an .räumlich voneinander beabstandeten Stellen das Meßgut durchqueren und bei der die Polarisationsrichtungen von jeweils zwei einander nächstbenachbarten Meßstrahlen unterschiedlich sind. Hierzu werden insbesondere zwei Varianten vorgeschlagen. Bei einer Variante liegen die Stellen, an denen die Meßstrahlen das Meßgut durchqueren, etwa in gerader Linie zueinander. Bei der anderen Variante liegen die Stellen etwa an den Ecken eines Vielecks, insbesondere eines Quadrats. Im Fall des Quadrats weisen vorzugsweise jeweils die Meßstrahlen an einander benachbarten Ecken des Quadrats unterschiedliche Polarisationsrichtungen auf. Besonders bevorzugt wird letzterer Fall, wenn die Polarisationsrichtungen der Meßstrahlen an jeweils zwei einander benachbarten Ecken einen Winkel von etwa 90° miteinander einschließen. Dies hat den Vorteil, daß die sich entlang der zwei benachbarten Meßstrahlen ausbreitenden Mikrowellen anhand ihrer Polarisationsrichtungen selektierbar sind. Der Abstand der Meßstrahlen an einander jeweils diagonal gegenüberliegenden Ecken des Quadrats ist vorzugsweise so groß gewählt, daß höchstens in vernachlässigbar kleinem Umfang Anteile der sich bei gleicher Polarisationsrichtung entlang dieser Meßstrahlen ausbreitenden Mikrowellen an das Ende der jeweils anderen Meßstrecke gelangen können.

Häufig hängt die Ermittlung des Feuchtegehaltes aus der Feld-starke der Mikrowellen von der Temperatur des

Meßgutes ab, d.h. bei unterschiedlicher Temperatur wird eine unterschiedliche Feldstärke am Ende der Meßstrahlkette detektiert, obwohl der Feuchtegehalt bei beiden Temperaturen beispielsweise gleich groß ist. Ursache für diesen Effekt sind insbesondere eine

Temperaturabhängigkeit des Absorptionskoeffizienten der Feuchte in dem Meßgut, und eine Temperaturabhängigkeit von unerwünschten, parasitären Effekten wie beispielsweise der Absorption in den trockenen Bestandteilen des Meßgutes, der Beugung, Streuung und/oder Reflexion an dem Meßgut . Vorzugsweise wird zur Berücksichtigung dieser Temperaturabhängigkeit die Temperatur des Meßgutes berührungslos gemessen und wird der gemessene Temperaturwert bei der Ermittlung des Feuchtegehaltes berücksichtigt. Vorrichtungsseitig werden hierzu vorzugsweise eine Thermosäule, ein pyroelektrischer Sensor oder ein Bolometer eingesetzt.

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen auch hinsichtlich weiterer Vorteile und Merkmale näher erläutert . Dabei wird auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt. Die einzelnen Figuren der Vorrichtung zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung in schematischer Seitenansicht,

Fig. 2 ein Schema der Durchstrahlungsrichtungen und der zugehörigen Polarisationsrichtungen von Mikrowellen in der in Fig. 1 dargestellten

Vorrichtung,

Fig. 3 eine schematische Vorderansicht eines zweiten Ausführungsbeispiel^'s der erfindungsgemäßen Vorrichtung, und

Fig. 4 einen Schnitt durch auf der Rückseite gelegene Vorrichtungsteile der in Fig. 3 gezeigten Vorrichtung, von vorne gesehen.

Fig. 1 zeigt eine Warenbahn 1, die beispielsweise Papier, beschichtetes Papier, Pappematerial, Kunststoff, Textilmaterial und/oder dergleichen flächiges Material aufweist, und die in der gezeigten Darstellung kontinuierlich in der Richtung in die Bildebene hinein gefördert wird. Die Warenbahn hat beispielsweise eine Flächendichte von 3000-5000 g/m und weist einen zu messenden ^"Feuchtegehalt auf. Wie aus Fig. 1 erkennbar, wird die Warenbahn 1 durch einen rahmenartigen Träger 10 hindurchgeführt, an dem Teile der Meßvorrichtung befestigt sind. Die Meßvorrichtung weist einen Oszillator 9 auf, der beim Betrieb der Vorrichtung Mikrowellen, beispielsweise mit einer Frequenz vor. 8-12 GHz oder mit einer Frequenz von 2-4 GHz, erzeuge. Die Mikrowellen werden in den Hohlleiter 8a eingekoppelt und zu einem ersten Hornstrahler 4a an der Vorderseite 2 der Warenbahn 1 geleitet. Der erste Hornstrahler 4a gibt die Mikrowellen auf eine Übertragungsstrecke entlang eines Meßstrahls 4, der an einem ersten Hornempfänger 4b an der Rückseite 3 der Warenbahn 1 endet, wo die Mikrowellen in einen zweiten Hohlleiter 8b eingekoppelt werden und auf derselben

Seite der Warenbahn 1 zu einem zweiten Hornstrahler 5a geleitet werden. Auf gleiche Weise durchstrahlen die Mikrowellen nach dem Verlassen des zweiten Hornstrahlers 5a die Warenbahn 1 noch entlang eines zweiten Meßstrahls 5, eines dritten Meßstrahls 6 und eines vierten Meßstrahls 7. Zwischen den jeweiligen Meßstrecken werden sie wiederum über Hohlleiter 8c, 8d von dem jeweiligen Hornempfänger 5b, 6b zu dem nächstfolgenden Hornstrahler 6a, 7a geleitet. Am Ende des letzten, vierten Meßstrahls 7 gelangen die

Mikrowellen in einen vierten Hornempfänger 7b und von dort zu einem Detektor 11, der die Feldstärke der Mikrowellen detektiert und ein Detektionssignal an den Rechner 12 abgibt, in dem aus dem Detektionssignal und gegebenenfalls weiteren Signalen, wie einem berührungslos gemessenen Temperaturwert, der die Temperatur der Warenbahn 1 repräsentiert, der Feuchtegehalt der Warenbahn 1 an der momentanen Förderposition an dem Träger 10 ermittelt wird. Anstelle der Hohlleiter 8a, 8b, 8c, 8d, 8e können auch Mikrowellenleiter anderer Art, beispielsweise Streifenleiter und/oder Koaxialkabel verwendet werden.

Jeweils beim Durchqueren der Warenbahn 1 entlang der Meßstrahlen 4, 5, 6, 7 sind die Mikrowellen abhängig von dem Feuchtegehalt der Warenbahn 1 einer teilweisen Absorption unterworfen, so daß die Feldstärke der Mikrowellen jeweils am Ende des Meßstrahls 4, 5, 6, 7 geringer ist als am Anfang des Meßstrahls 4, 5, 6, 7. Aufgrund der vierfachen Durchstrahlung der Warenbahn 1 wird einerseits ein Mittelwert des Feuchtegehaltes über fast die gesamte Breite der Warenbahn 1 ermittelt und andererseits die Meßempfindlichkeit gegenüber einer nur einfachen durch Strahlung um annähernd das Vierfache erhöht, so daß selbst geringe Restfeuchtegehalt-Werte der Warenbahn 1 ermittelt werden können. Unter Restfeuchtegehalt wird der Feuchtegehalt verstanden, der sich in dem Meßgut aufgrund des Feuchtegehaltes seiner Umgebung, insbesondere der Umgebungsluft, einstellt .

Insbesondere um die Effekte stehender Wellen und Reflexion-, Streuungs- sowie Beugungseffekte durch die etwaig quer zur Förderrichtung flatternde Warenbahn 1 eliminieren zu können, werden die in den Hohlleiter 8a eingekoppelten Mikrowellen mit einer Frequenz von 70 Hz vorzugsweise bei einem Frequenzhub von 2 bis 4 GHz moduliert (gewobbelt) . Störende Signale, beispielsweise durch stehende Wellen, mit Frequenzen größer oder gleich 70 Hz, werden insbesondere durch eine nicht gezeigte Tiefpaß-Schaltung zwischen der Detektionseinrichtung 11 und dem Rechner 12 eliminiert. Durch die vorzugsweise breitbandig, im gesamten Sendefrequenzbereich detektierende Detektionseinrichtung 11 mit nachgeschaltetem Tiefpaßfilter erfolgt eine Mittelwertbildung über den Sendefrequenzbereich, die weitgehend frei von uner- wünschten Effekten bei bestimmten Frequenzen des

Sendefrequenzbereiches ist . So kann insbesondere auch die störende Wirkung von Absorptionsbanden des trockenen Meßgutes ausgeschaltet werden. Die Detektionseinrichtung 11 weist beispielsweise eine Schottky-Diode zum Empfang der Mikrowellen auf.

In Fig. 2 sind die Durchstrahlungsrichtungen der Mikrowellen und die jeweiligen Polarisationsrichtungen auf den Meßstrahlen 4, 5, 6, 7 schematisch dargestellt. Der Doppelpfeil im oberen Figurenteil von Fig. 2 zeigt die Richtung an, in die die Warenbahn 1 gefördert wird. Entlang dem Meßstrahl 4 durchqueren die Mikrowellen die Warenbahn 1 von oben nach unten, d.h. von der Vorderseite 2, auf der der erste Hohlleiter 8a liegt, zu der Rückseite 3, auf der der zweite Hohlleiter 8b liegt. Die Mikrowellen sind entlang des Meßstrahls 4 linear, in Förderrichtung der Warenbahn 1 polarisiert. Entlang dem Meßstrahl 5 durchqueren die Mikrowellen die Warenbahn 1 von unten nach oben, wobei sie linear, unter einem Winkel von 90° quer zur Förderrichtung der Warenbahn 1 polarisiert sind. Die Durchquerungsrich- tungen und die Polarisationsrichtungen entlang der Meßstrahlen 6, 7 entsprechen den Duchquerungsrichtungen und den Polarisationsrichtungen entlang der Meßstrahlen 4, 5. Auf diese Weise sind die Polarisationsrichtungen jeweils einander benachbarter Meßstrahlen 4, 5, 6, 7 unterschiedlich, so daß reflektierte, gebeugte und/oder gestreute Anteile von Mikrowellen benachbarter

Meßstrahlen am jeweiligen Mikrowellenempfänger 4b, 5b, 6b, 7b einer Meßstrecke ausselektiert werden. Hierzu sind die jeweiligen Hornempfänger 4b, 5b, 6b, 7b auf die jeweilige Polarisationsrichtung der Übertragungsstrecke eingestellt und unempfindlich gegenüber Mikrowellenstrahlung, die eine um 90° gedrehte Polarisationsrichtung aufweist .

Bei den Hornstrahlern 4a, 5a, 6a, 7a und bei den Hornempf ngern 4b, 5b, 6b, 7b ist jeweils ein sich in

Richtung der Meßstrecke trichterartig erweiterndes Hörn vorgesehen, dessen Querschnitt, wie aus Fig. 1 nicht ersichtlich ist, rechteckförmig ist und das entsprechend der jeweiligen Polarisationsrichtung der Meßstrecke ausgerichtet ist. Die jeweilige

Polarisationsrichtung stimmt mit der Ausrichtung der engeren Seite des Querschnittsrechtecks überein. Alternativ zu Hornstrahlern bzw. Hornempfängern werden Patchantennen oder rechteckige Leiterbahnen ein- gesetzt, oder sonstige, dem Fachmann bekannte Mittel zur Übertragung von Mikrowellen einer bestimmten Polarisationsrichtung . Bei einer nicht gezeigten Variante der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung sind nur die Mikrowellen entlang der mittleren bei-den der vier Meßstrahlen linear polarisiert. Dennoch können etwaig unerwünscht abgelenkte Mikrowellen benachbarter Meßstrecken wirksam ausselektiert werden.

Fig. 3 und Fig. 4 zeigen eine andere Meßanordnung mit Hornstrahlern 14a, 15a, 16a, 17a und mit Hornempfängern 14b, 15b, 16b, 17b, die an Endpunkten von wiederum vier Meßstrecken, jeweils paarweise einander gegenüberliegend an einem Förderabschnitt der Warenbahn 1 angeordnet sind. Fig. 3 zeigt die Anordnung an der Vorderseite, Fig. 4 an der Rückseite der Warenbahn 1, jeweils von vorne gesehen.

Die Führung der Mikrowellen ist folgende: Aus dem Oszillator 9 werden die Mikrowellen über einen Mikrowellenleiter, insbesondere ein Koaxialkabel, in den ersten Hornstrahler 14a eingekoppelt. Der erste Hornstrahler 14a ist, wie aus der Darstellung erkennbar, mit einem Hörn 18 ausgestattet, das einen sich trichterartig in Richtung der Meßstrecke erweiternden, rechteckigen Querschnitt aufweist, wobei die längere Seite des Rechtecks in

Polarisationsrichtung (gerader Pfeil nach links) weist. Der Hornstrahler 14a strahlt Mikrowellen mit dieser Polarisationsrichtung auf die Meßstrecke ab. Am Ende der Meßstrecke werden die Mikrowellen von einem in gleicher Richtung ausgerichteten Hornempfänger 14b mit Hörn 18 empfangen. Sowohl auf der Vorderseite als auch auf der Rückseite der Warenbahn sind ^'die Hörner 18 derart angeordnet und ausgerichtet, daß die insgesamt vier Meßstrecken die Warenbahn 1 an Stellen durchqueren, die ungefähr die Ecken eines Quadrats definieren. Von dem

Hornempfänger 14b werden nun die Mikrowellen über einen Mikrowellenleiter zu dem Hornstrahler 15a geleitet, der an einem Ende der Meßstrecke liegt, die der ersten Meßstrecke diagonal gegenüberliegt . Der Hornstrahler 15a und der zugehörige Hornempfänger 15b haben dieselbe Ausrichtung wie der Hornstrahler 14a und der Hornempfänger 14b, d.h. die Mikrowellen auf den beiden zugehörigen Meßstrecken sind in der gleichen Richtung linear polarisiert.

Es wurde beobachtet, daß bei einer Einfachdurchstrahlung eines flächigen Meßgutes jeweils einmal von einer Vorderseite zu einer Rückseite des Meßgutes bzw. umgekehrt die Mikrowellen bei gleichem Feuchtegehalt des flächigen Meßgutes in- unterschiedlichem Maße geschwächt werden. Ein möglicher Grund hierfür ist eine unterschiedliche Struktur an der vorderseitigen Oberfläche und an der rückseitigen

Oberfläche des Meßgutes. Ein weiterer möglicher Grund liegt in einem bezüglich der Ausbreitungsrichtung der Mikrowellen unsymmetrischen schichtartigen Aufbau des Meßgutes. Durch die in Fig. 3 und Fig. 4 gezeigte Meßanordnung, bei der die Mikrowellen gleicher

Polarisationsrichtung entlang unmittelbar in der Meßstrahlenkette aufeinanderfolgenden Meßstrahlen zunächst in einer Richtung das Meßgut durchstrahlen und unmittelbar anschließend in der entgegengesetzten Richtung das Meßgut durchstrahlen, können richtungsabhängige Effekte, wie die vorstehend beschriebenen kompensiert bzw. ein geeigneter Mittelwert gebildet werden. Insbesondere wenn die Feldstärke der Mikrowellen nur um einen geringen Prozentsatz beim Durchstrahlen des Meßgutes geschwächt wird, ist es unerheblich, in welcher Richtung das Meßgut zuerst durchstrahlt wird.

Im weiteren Verlauf der Meßstreckenkette werden die Mikrowellen auf der Vorderseite der Warenbahn 1 von dem Hornempfänger 15b über einen -Mikrowellenleiter zu dem Hornstrahler 16a geleitet, der die Mikrowellen auf die dritte Meßstrecke zu dem Hornempfänger 16b abstrahlt. Über einen weiteren Mikrowellenleiter auf der Rückseite der Warenbahn 1 werden die Mikrowellen dann auf die vierte und letzte Meßstrecke gegeben, an deren Endpunkten der Hornstrahler 17a und der Hornempfänger 17b angeordnet sind. Bei um 90° gedrehter

Polarisationsrichtung gegenüber den Hornstrahlern 14a, 15a und Hornempfängern 14b, 15b der ersten und der zweiten Meßstrecke sind die Hornstrahler 16a, 17a und die Hornempfänger 16b, 17b der dritten und vierten Meßstrecke wiederum auf die gleiche

Polarisationsrichtung eingestellt. Die dritte und die vierte Meßstrecke durchqueren die Warenbahn 1 wiederum an diagonal gegenüberliegenden Eckpunkten des gedachten Quadrats . Am Ende der vierten Meßstrecke werden die Mikrowellen von dem Hornempfänger 17b über einen

Mikrowellenleiter zu dem Detektor 11 geleitet . Die Auswertung des Detektionssignals erfolgt insbesondere auf gleiche Weise wie bei der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung. Gegenüber der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung hat die Vorrichtung von Fig. 3 und Fig. 4 den Vorteil, daß bei gleichem Abstand zwischen nächstbenachbarten Meßstrecken die Meßanordnung eine geringere Breite hat, d.h. Warenbahnen mit geringerer Breite vermessen werden können. Weiterhin ist die räumliche Mittelung des Feuchtegehaltes über Bereiche geringerer Breite möglich, wobei dieselben Abstände zwischen nächstbenachbarten Meßstrecken eingehalten werden können.

Bei den gezeigten Ausführungsbeispielen werden die

Mikrowellen über eine Meßstreckenkette mit insgesamt vier aufeinanderfolgenden Meßstrecken durch das Meßgut hindurchgestrahlt. Die Erfindung ist jedoch nicht auf eine Meßstreckenkette mit vier Kettengliedern (Meßstrecken) beschränkt. Vielmehr kann die Meßstreckenkette jede beliebige Anzahl größer oder gleich zwei von Meßstrecken haben. Die Anzahl richtet sich insbesondere nach der gewünschten Meßempfindlichkeit . Bezugszeichenliste

Warenbahn 8b zweiter Hohlleiter Vorderseite 8c dritter Hohlleiter Rückseite 8d vierter Hohlleiter erster Meßstrahl 9 Oszillator a erster Hornstrahler 10 Träger b erster Hornempfänger 11 Detektor zweiter Meßstrahl 12 Rechner a zweiter Hornstrahler 14a Hornstrahlerb zweiter Hornempfänger 14b Hornempfänger dritter Meßstrahl 15a Hornstrahlera dritter Hornstrahler 15b Hornempfängerb dritter Hornempfänger 16a Hornstrahler vierter Meßstrahl 16b Hornempfängera vierter Hornstrahler 17a Hornstrahlerb vierter Hornempfänger 17b Hornempfängera erster Hohlleiter 18 Hörn

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Messen des Feuchtegehaltes eines flächigen Meßguts (1) durch Mikrowellenabsorption, insbesondere zum Messen des Restfeuchtegehaltes einer kontinuierlich geförderten Warenbahn, wobei die Mikrowellen das Meßgut (1) entlang einer Meßstrahlkette mit mindestens zwei Meßstrahlen (4, 5, 6, 7) mehrfach durchstrahlen und wobei aus der Feldstärke der Mikrowellen nach dem Durchlaufen des letzten Meßstrahls (7) der Feuehtegehalt ermittelt wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Mikrowellen zumindest entlang von zwei der Meßstrahlen (4, 5, 6, 7) linear polarisiert sind, wobei sich die Polarisationsrichtungen der beiden Meßstrahlen (4, 5) voneinander unterscheiden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Polarisationsrichtungen der zwei Meßstrahlen (4, 5) einen Winkel von etwa 90 ° miteinander einschließen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Meßstrahlen (4, 5, 6, 7) das flächige Meßgut (1) unter einem Winkel von 30° bis 90°, vorzugsweise etwa 60°, gegen dessen Oberfläche durchqueren .

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Meßstrahlen (4, 5, 6, 7) an räumlich voneinander beabstandeten Stellen das Meßgut (1) durchqueren und daß die Polarisationsrichtungen von jeweils zwei einander nächst benachbarten Meßstrahlen (4, 5) unterschiedlich sind.

5. Verfahren nach Anspruch 4 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Meßstrahlen das Meßgut (1) an Stellen durchqueren, die in etwa gerader Linie zueinander liegen.

6. Verfahren nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die voneinander beabstandeten Stellen etwa an den Ecken eines Vielecks liegen.

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Vieleck ein Quadrat ist, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß jeweils die Meßstrahlen aneinander benachbarten Ecken des Quadrats unterschiedliche Polarisationsrichtungen auf-weisen.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Mikrowellen das Meßgut (1) entlang der Meßstrahlkette abwechselnd von einer Seite des

Meßgutes (1) zu der gegenüberliegenden Seite des Meßgutes (1) und umgekehrt durchstrahlen.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 , wobei die Ermittlung des Feuchtegehaltes aus der

Feldstärke der Mikrowellen von der Temperatur des Meßgutes (1) abhängig ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Temperatur des Meßgutes (1) berührungslos gemessen wird und daß der gemessene Temperaturwert bei der Ermittlung des Feuchtegehaltes berücksichtigt wird.

0. Vorrichtung zur Messung .des Feuchtegehaltes eines flächigen Meßgutes durch Mikrowellenabsorption, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, mit - einem ersten Mikrowellenstrahler (4a) und einem zweiten Mikrowellenstrahler (5a) , einem ersten Mikrowellenempfänger (4b) und einem zweiten Mikrowellenempfänger (5b) , einer Detektionseinrichtung (11) zum Detektieren der Feldstärke von Mikrowellen und einer mit der Detektionseinrichtung (11) verbundenen Auswertungseinrichtung (12) zum Ermitteln des Feuchtegehaltes aus der detektierten Feldstärke, wobei der erste Mikrowellenstrahler (4a) und der erste Mikrowellenempfänger (4b) sowie der zweite Mikrowellenempfänger (5b) jeweils an einander entgegengesetzten Endpunkten einer Mikrowellen- Meßstrecke angeordnet und auf-einander abgestimmt sind, wobei der erste Mikrowellenempfänger (4b) über einen Mikrowellenleiter (8b) und gegebenenfalls über eine oder mehrere weitere Meßstrecken mit dem zweiten Mikrowellenstrahler (5a) gekoppelt ist und wobei der zweite

Mikrowellenempfänger (5b) gegebenenfalls über eine oder mehrere weitere Meßstrecken mit der Detektionseinrichtung (11) gekoppelt ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der erste (4a) und der zweite (5a)

Mikrowellenstrahler derart gestaltet und ausgerichtet sind, daß auf der jeweiligen Meßstrecke linear polarisierte Mikrowellen übertragbar sind, wobei sich die Polarisationsrichtungen der von dem ersten

Mikrowellenstrahler (4a) und der von dem zwei-ten Mikrowellenstrahler (5a) abzustrahlenden Mikrowellen voneinander unterscheiden.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Mikrowellenstrahler (4a, 5a) und die Mikrowellenempfänger (4b, 5b) jeweils ein trichterartiges, sich in Richtung der Meßstrecke erweiterndes Hörn (18) aufweisen, dessen Querschnitt rechteckförmig ist und das entsprechend der Polarisationsrichtung der jeweiligen Meßstrecke ausgerichtet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11 zur

Durchführung eines Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zur Messung der Temperatur des Meßgutes (1) eine Thermosäule, ein pyroelektrischer Sensor oder ein Bolometer vorgesehen ist.