EP3191821A1 - Handmessgerät mit einem nmr-sensor, sowie verfahren zu dessen betrieb - Google Patents

Handmessgerät mit einem nmr-sensor, sowie verfahren zu dessen betrieb

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Publication number
EP3191821A1
EP3191821A1 EP15747413.1A EP15747413A EP3191821A1 EP 3191821 A1 EP3191821 A1 EP 3191821A1 EP 15747413 A EP15747413 A EP 15747413A EP 3191821 A1 EP3191821 A1 EP 3191821A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
measuring device
workpiece
magnetic field
sensor
measuring
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.)
Withdrawn
Application number
EP15747413.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Reiner Krapf
Klaus Marx
Ulli Hoffmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP3191821A1 publication Critical patent/EP3191821A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N24/00—Investigating or analyzing materials by the use of nuclear magnetic resonance, electron paramagnetic resonance or other spin effects
    • G01N24/08—Investigating or analyzing materials by the use of nuclear magnetic resonance, electron paramagnetic resonance or other spin effects by using nuclear magnetic resonance
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N24/00—Investigating or analyzing materials by the use of nuclear magnetic resonance, electron paramagnetic resonance or other spin effects
    • G01N24/08—Investigating or analyzing materials by the use of nuclear magnetic resonance, electron paramagnetic resonance or other spin effects by using nuclear magnetic resonance
    • G01N24/082—Measurement of solid, liquid or gas content
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N24/00—Investigating or analyzing materials by the use of nuclear magnetic resonance, electron paramagnetic resonance or other spin effects
    • G01N24/08—Investigating or analyzing materials by the use of nuclear magnetic resonance, electron paramagnetic resonance or other spin effects by using nuclear magnetic resonance
    • G01N24/087—Structure determination of a chemical compound, e.g. of a biomolecule such as a protein
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/20—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
    • G01R33/28—Details of apparatus provided for in groups G01R33/44 - G01R33/64
    • G01R33/38—Systems for generation, homogenisation or stabilisation of the main or gradient magnetic field
    • G01R33/3808—Magnet assemblies for single-sided MR wherein the magnet assembly is located on one side of a subject only; Magnet assemblies for inside-out MR, e.g. for MR in a borehole or in a blood vessel, or magnet assemblies for fringe-field MR

Definitions

  • the present invention relates to a mobile, in particular handheld, measuring device, which has a housing in which at least one sensor device, a control device for controlling the sensor device, an evaluation device for evaluating supplied by the sensor device measuring signals and a device for power supply of the measuring device are provided.
  • the mobile measuring device in particular a hand-held measuring device, is based on a measuring device with a housing in which at least one sensor device, a control device for controlling the sensor device, an evaluation device for evaluating measurement signals supplied by the sensor device and a device for supplying power to the measuring device are provided.
  • the sensor device has at least one nuclear magnetic resonance sensor (NMR sensor) which is provided at least for the detection and / or analysis and / or differentiation of a material characteristic value of a workpiece, in particular a material characteristic value in a workpiece.
  • NMR sensor nuclear magnetic resonance sensor
  • a hand-held measuring device is to be understood here in particular as meaning that the measuring device can be transported only with the hands, in particular with one hand, without the aid of a transport machine, and in particular can also be guided along a workpiece during a measuring process.
  • the mass of the hand-held measuring device is in particular less than 5 kg, advantageously less than 3 kg and particularly advantageously less than 1 kg.
  • the measuring device can have a handle or a grip area, with which the measuring device can be guided over an object to be examined, in particular over a workpiece.
  • the components of the sensor device, the control device, the evaluation device and the device for powering the measuring device are at least partially accommodated in the housing of the measuring device.
  • the components are housed in their total volume to more than 50%, preferably more than 75% and particularly preferably 100% in the housing of the measuring device.
  • the components can be advantageously protected in this way from damage and environmental influences, for example moisture and dust.
  • the mobile measuring device has a control device for controlling the sensor device.
  • the control device is to be understood in particular to mean a device with at least one control electronics, the means for communication with the other components of the measuring device, for example means for controlling and regulating the sensor device, and / or means for data processing and / or others which appear expedient to the person skilled in the art Having means.
  • the control device is provided to at least one operating function parameter of the measuring device as a function of at least one user input and / or one
  • control electronics of the control device can be understood to mean a processor unit in conjunction with a memory unit and with an operating program stored in the memory unit, which is executed during the control process.
  • the electronic components of the control device can be arranged on a printed circuit board (printed circuit board), preferably in the form of a microcontroller.
  • control device can also be provided to control the entire measuring device and to enable its operation.
  • control device is provided to communicate with the other components of the measuring device, in particular the sensor device, the evaluation device, an input and / or output device and the data communication interface.
  • the evaluation device for evaluating at least one measurement signal supplied by the sensor device is to be understood to mean at least one device which has an information input for accepting the measurement signals of the sensor device, an information processing unit for processing, in particular evaluation of the assumed measurement signals, and an information output for passing on the processed and / or having evaluated measurement signals.
  • the evaluation unit has components which comprise at least one processor, a memory and an operating program with evaluation and calculation routines.
  • the electronic components of the evaluation device can be arranged on a printed circuit board (printed circuit board), preferably on a common board with the control device, particularly preferably in the form of a microcontroller.
  • the control device and the evaluation device may be particularly preferably designed as a single component.
  • the evaluation device is provided to evaluate the measurement signals received from the sensor device and to derive therefrom at least information relating to detection and / or analysis and / or differentiation of material characteristic values in a workpiece, in particular material inclusions and / or objects in a workpiece.
  • the evaluation and / or the control device can have stored correction and / or calibration tables, which allow evaluation results to be interpreted and / or converted and / or interpolated and / or extrapolated and the measuring device calibrated, in particular with regard to a workpiece material ,
  • the device for supplying energy to the measuring device is intended to supply the measuring device with electrical energy for commissioning and during operation.
  • this device is a power-independent energy storage, in particular a rechargeable battery, a battery, a fuel cell, a capacitor, another, the expert appears reasonable energy storage or a combination / increase of those.
  • accumulators with a cell chemistry which provides a high power and / or energy density are particularly suitable for supplying energy to the measuring device.
  • the device for power supply to a releasable positive connection and / or adhesion connection interface.
  • the device for power supply is preferably removable and interchangeable on the meter can be arranged.
  • the removable device for power supply in and / or outside of the meter can be supplied with energy from a power grid and load again.
  • Inclusions of material should in particular include inclusions or objects of other types of metallic and / or non-metallic materials in a material, in particular in the material of the workpiece.
  • wood and steel inclusions in concrete, piping and cable lines in a wall, moisture in a concrete screed, but also voids in a material represent such material inclusions.
  • Under a workpiece in particular contiguous parts of a material should be understood. By way of example and not limitation, it may be a wall, a floor, a ceiling, a screed, an organic structure (in particular parts of a body) and / or a part of a terrain.
  • these materials can be made of wood, glass, plastic, concrete, stone, brick, plaster, metal, organic materials or the like.
  • liquids can be analyzed in principle.
  • the sensor device of the measuring device has at least one nuclear magnetic resonance sensor, which is provided at least for the detection and / or analysis and / or differentiation of material characteristics in a workpiece.
  • the operation of the nuclear magnetic resonance sensor is based on the nuclear physics effect, in which atomic nuclei of a material sample, in particular in the workpiece, absorb and emit electromagnetic alternating fields in a magnetic field.
  • the nuclear magnetic resonance is based on the precession (Larmorlessnesszession) of nuclear spins of the atomic nuclei in the material sample to the magnetic field lines of a constant, especially static, first magnetic field. In particular, the nuclear spins of the atomic nuclei in the material sample are aligned by the first magnetic field.
  • a second electromagnetic field in particular an alternating field, for example a pulsed magnetic field
  • the atomic nuclei can orient their spins relative to the first magnetic field by absorption to change that energy.
  • the second incident magnetic field therefore serves to excite the nuclear spins, which change their nuclear spin states while absorbing energy.
  • the emission of energy quanta results from a return of the excited nuclear spins to another, lower energy level, to the emission of an alternating electromagnetic field, which can be observed by a device for detecting a magnetic field change, in particular by means of an antenna and / or a coil.
  • the nuclear magnetic resonance sensor allows atomic nuclei to excite the material sample in the workpiece by means of electromagnetic alternating fields and a Generate output signal due to a nuclear magnetic resonance effect.
  • the operating parameters of the nuclear magnetic resonance sensor can be concluded by means of the amplitude and / or relaxation times of the response signal directly on material properties, in particular material inclusions and / or material inhomogeneities in the volume under investigation.
  • Excitation of atomic nuclei should in particular be understood as meaning that the energy of the irradiated electromagnetic fields, in particular alternating fields, causes a change in the nuclear spins of the atomic nuclei. Furthermore, it is assumed below that, in particular, variable
  • Magnetic fields are coupled with electric fields (see Maxwell equations), so that no distinction between electric field and magnetic field is made.
  • electric field To excite nuclear magnetic resonance effects, it is particularly important to the energy transmitted by an irradiated electromagnetic radiation.
  • this energy can be transmitted by means of pulsed electromagnetic fields.
  • the mobile measuring device in particular the nuclear magnetic resonance sensor contained therein, is brought close to the workpiece to be examined.
  • the mobile measuring device allows the detection and / or analysis and / or determination of material parameters, in particular material inclusions and objects, in a workpiece without destroying the material Workpiece.
  • the measuring method is a non-destructive, in particular contactless, measuring method, ie in one embodiment of the measuring device according to the invention a material characteristic can also be obtained without any contact of the measuring device with the sample to be measured, optionally also without contact with the workpiece to be examined ,
  • the positioning of the measuring device, in particular of the magnetic resonance sensor contained therein in the immediate vicinity of the workpiece surface allows the examination of the workpiece up to a material depth of a few centimeters into the workpiece.
  • Essential target variables of the measuring device are the position, size, orientation and depth of a material inclusion and / or a material inhomogeneity and / or an object in the workpiece.
  • a calibration of the measuring device in particular a calibration of the sensor device, can be provided.
  • a calibration measurement may be performed on a pure sample of material (e.g., pure metal) performed after the meter is turned on to establish a maximum detectable concentration and thus to calibrate the meter. All subsequent measurements, in particular measurements on a workpiece to be examined, are then evaluated in relation to this calibration measurement. Further, when the volume examined by the sensor device is known, an absolute value as well as volumetric quantities, in particular a concentration, a volume percentage information or the like, can be evaluated.
  • an input device for entering operating parameters is present, in particular in the housing of the measuring device.
  • An input device should in particular be understood to mean a device which is intended to accept at least one piece of information from an operator of the measuring device (in particular user interface) and / or another device via an acoustic, optical, gesture-based and / or tactile input and to the Forward control device of the meter.
  • the input device may consist of an actuating element, a keyboard, a display, in particular a touch display, a voice input module, a gesture recognition unit and / or a pointing device (for example a mouse).
  • the input device may additionally be present outside of the measuring device, for example in FIG.
  • an external data device such as a smartphone, a tablet PC, a PC, or in the form of another, which seems appropriate to a professional external data device, which is connected via a data communication interface with the control device of the meter.
  • Working parameters designate all necessary and / or meaningful operating parameters of the measuring device, in particular for its control, as well as parameters relating to the evaluation of the measuring results.
  • an output device for outputting operating parameters and / or evaluation results is present, in particular in the housing of the measuring device.
  • the output device should be understood to mean at least one means which is provided to output at least one alternating information acoustically, optically and / or tactilely to an operator.
  • This can be realized for example by means of a display, a touch display, a sound signal, a change of an operating parameter, a vibration generator and / or an LED display.
  • information to be output for example evaluation results and / or information relating to an operating state of the measuring device, can also be sent to a machine control, in particular also the control device of the sensor device, and / or, in particular for increasing user comfort, to a data processing device
  • the latter comprises at least one output of information to an external device such as a smartphone, a tablet PC, a PC and another, to a professional appear appropriate sense external data device, which is connected via a data communication interface with the evaluation of the meter.
  • an external device such as a smartphone, a tablet PC, a PC and another
  • a professional appear appropriate sense external data device which is connected via a data communication interface with the evaluation of the meter.
  • both the input device and the output device can advantageously be accommodated directly in the housing of the mobile measuring device or alternatively also be outsourced and realized, for example, via external devices.
  • the latter possibility of realization explicitly includes the control, evaluation and output of the measurement results via wired and / or wireless external systems such as remote controls, computer controllers, tablet PCs and / or other mobile devices such as mobile phones, smartphones etc.
  • the input device and / or the output device are arranged on a first side of the housing of the measuring device.
  • Housing side means in particular a measuring device to its surroundings limiting outer wall of the housing.
  • accommodation on a housing side is meant that the input device and / or the output device are inserted, mounted or otherwise attached to the first side of the housing in the surface thereof, in particular the housing itself may be part of the input or output device ,
  • the first side of the housing faces the operator when using the measuring device.
  • the nuclear magnetic resonance sensor of the mobile measuring device has a first device for generating a first magnetic field, in particular a magnetic field with a defined field gradient, a second device, in particular a radio-frequency coil and / or an antenna, for generating a second, the magnetic field superimposed on the first magnetic field, wherein the control device has at least one control unit for controlling the second device, wherein the control unit is provided in particular for modifying the second magnetic field, in particular for generating pulse sequences.
  • the first magnetic field generated by the first device serves to align the nuclear spins of the atomic nuclei present in the material of the workpiece in such a way that the nuclear spins, based on their magnetic nuclear spin moment, align themselves with the magnetic field lines of the magnetic field, in particular precisions around the magnetic field lines of the magnetic field.
  • An excitation of the nuclear spins occurs as a result of an irradiation of energy in the form of an electromagnetic field generated by the second device, in particular an alternating electromagnetic field, for example a pulsed magnetic field.
  • the first device for generating a first magnetic field may, in particular, be understood as meaning devices such as permanent magnets, electromagnets, coil devices.
  • the magnetic field generated by the first device is typically designated B 0 .
  • the same means can be understood as the second device for generating a second magnetic field, but this second device is advantageously realized by means of a high-frequency coil and / or an antenna.
  • the high-frequency coil is operated at a frequency in the megahertz range.
  • the frequency is below 900 megahertz, preferably below 200 megahertz, and more preferably below 50 megahertz.
  • the control unit for controlling the second device i.
  • the radio-frequency coil it is possible to generate pulse sequences of the second magnetic field, so that the second magnetic field generated by the second device can be modified in time and location.
  • the pulse sequences By means of the pulse sequences, the nuclear spins of the atomic nuclei of the material present in the examined workpiece can be excited in a particularly advantageous manner by electromagnetic alternating fields for the absorption and emission of energy quanta, in particular to resonance.
  • the nuclear magnetic resonance sensor has a device for detecting a Magnetic field change, in particular a receiving coil for detecting a change in magnetic field, which makes it possible to close by magnetic field changes caused by magnetic field magnetic field changes to material-specific characteristics.
  • Nuclear magnetic resonance effect of existing and excited in the workpiece nuclear spins of the atomic nuclei due to an influence of the first and / or the second magnetic field are detected.
  • a folding over of the nuclear spins of the atomic nuclei, in which an electromagnetic field is emitted, can be particularly advantageous by means of a receiving coil in the form of a through the
  • the receiving coil can also be realized by the high frequency coil of the second device for generating the second magnetic field.
  • the resonance of the nuclear spins of the atomic nuclei becomes noticeable in that a folding of the nuclear spins, followed by an emission of an electromagnetic field, in the coil, a voltage (equivalent: a
  • Measuring device is the first magnetic field generated by the first device of the nuclear magnetic resonance sensor substantially parallel to a second side of the housing of the meter and the magnetic field generated by the second device is aligned substantially perpendicular to the first magnetic field.
  • the second housing side is in particular a substantially planar outer wall of the housing, which limits the measuring device to its surroundings.
  • the second side of the housing faces the workpiece to be examined when the measuring device is used.
  • the second side of the housing is the input device and / or the Output device receiving the first side of the housing opposite the device and is thus facing away from an operator when using the meter.
  • the orientation of the first magnetic field can be generated by at least two permanent magnet poles (north, south) of a permanent magnet, in particular if the poles are in a north-south orientation parallel to and in the vicinity of the second housing side.
  • This arrangement can be realized in particular structurally simple by using a horseshoe magnet.
  • the first magnetic field used for aligning the nuclear spins of the atomic nuclei present in the material sample has in particular a magnetic field strength of more than 0.1 Tesla, preferably of more than 1.5 Tesla and particularly preferably of more than 5 Tesla.
  • strong permanent magnets are suitable for generating this magnetic field, for example produced from ferrites or preferably as iron-cobalt-nickel alloy or particularly preferably as neodymium-iron-boron or samarium-cobalt alloy.
  • the magnetic field alignment of the first magnetic field can be realized by at least two permanent magnets, which are aligned perpendicular to the surface of the second side of the meter anti-parallel, in particular within the housing, and in the vicinity of the second housing side.
  • the magnetic field lines running from the north pole of the first permanent magnet to the south pole of the second permanent magnet can be considered to be substantially parallel to the second housing surface of the measuring device when the two permanent magnets are aligned at a distance from one another.
  • substantially parallel is understood to mean that a first region exists in which the magnetic field lines describing the first magnetic field can be considered to be nearly parallel, In particular, in this first region the deviation of the magnetic field lines from a theoretical parallel is less than 20 degrees , advantageously less than 10 degrees, and more preferably less than 5 degrees.
  • the second magnetic field which is substantially perpendicular to the first magnetic field and thus also to the second housing side, can be produced in a particularly advantageous embodiment with a coil and / or an antenna, in particular with a high-frequency coil.
  • the coil is in particular in a plane parallel and in close proximity to the surface of the second side of the housing, preferably in the interior of the housing, alternatively also on the outside of the housing or in the housing wall arranged.
  • the magnetic field lines of the magnetic field generated by the current-carrying coil run in the vicinity of the coil perpendicular to the coil plane.
  • substantially perpendicular to the first magnetic field is meant that a second region exists in which the magnetic field lines describing the second magnetic field can be considered to be nearly perpendicular to the magnetic field lines of the first magnetic field the first and the second magnetic field from the vertical is less than 20 degrees, advantageously less than 10 degrees, and most preferably less than 5 degrees, particularly advantageously the first and second regions coincide.
  • Permanent magnets i. in north-south / north-south sequence, wherein between these two permanent magnets, a high frequency coil is located, the winding plane is collinear to the extension direction of the permanent magnets and parallel to the second side of the housing.
  • the described arrangement is also positioned in proximity to the second side of the housing.
  • the region in which the two magnetic fields overlap is at least partially outside the housing of the measuring device, so that an engagement of the magnetic fields in the workpiece to be examined is possible.
  • the first magnetic field generated by the first device of the nuclear magnetic resonance sensor is substantially perpendicular to a second side of the housing of the measuring device and that by the second Device generated second magnetic field aligned substantially perpendicular to the first magnetic field.
  • the first device for generating the first magnetic field and / or the second device for generating the second magnetic field are at least partially surrounded by at least one magnetic shield.
  • This magnetic shielding which may consist in particular of ferromagnetic materials and / or mu-metal and / or electrically conductive elements, allows the influencing of the course of the magnetic field lines and thus an optimization of the area in which the magnetic fields are superimposed.
  • the latter means, in particular, a reduction or enlargement of the superimposition area and / or a homogenization of the magnetic fields and / or parallelization of the magnetic field lines and / or any other influencing of the magnetic field gradients of both magnetic fields.
  • Mu metal also: ⁇ metal
  • ⁇ metal a soft magnetic alloy of high magnetic permeability, which is suitable for shielding magnetic fields.
  • this magnetic shielding can also be used to at least partially shield the magnetic fields used by the nuclear magnetic resonance sensor against other interfering influences, in particular electromagnetic radiation, and / or to shield components of the mobile measuring instrument itself at least partially from electromagnetic radiation of the internal nuclear magnetic resonance sensor.
  • the nuclear magnetic resonance sensor has at least one device for homogenizing the magnetic fields generated by the first and / or second device.
  • Homogenization of a magnetic field should in particular be understood to mean that the magnetic field lines describing the magnetic field and its magnetic field local magnetic field strength only small, ideally not subject to variations and in particular has no field distortions.
  • a coil can be understood by this device, also called a shim coil, with the aid of which correction fields are generated which superimpose the magnetic fields generated by the first and the second device and, if suitably controlled, homogenize and / or influence to the desired extent.
  • the second device of the nuclear magnetic resonance sensor for generating the second magnetic field in particular the radio-frequency coil, is realized in a non-destructively non-destructive manner.
  • the magnetic fields generated by the second device can be varied and adapted to the required operating conditions, in particular the material of the workpiece to be examined. Furthermore, it can be achieved that the region in which the first and the second magnetic field are superimposed is shifted in position and / or modified in terms of its geometry.
  • the measuring device can have access to the second device of the nuclear magnetic resonance sensor, in particular on the second side of the housing.
  • the magnetic fields of the nuclear magnetic resonance sensor define a first sensitive region of the nuclear magnetic resonance sensor, in particular a layer-shaped region which extends substantially parallel and spaced from the second housing side outside the housing of the measuring device. This sensitive area lies in particular in the superposition field of the first and the second magnetic field.
  • the sensitive region is ideally defined by a surface on which the magnetic field strength of the first magnetic field is constant and in particular has a defined amount.
  • the surface is actually layered due to inaccurate, ie not discrete, frequencies.
  • the sensitive region can consequently be curved along the magnetic field lines and / or inhomogeneous, in particular inhomogeneous with respect to its layer extent.
  • the senor device can be operated such that the sensitive
  • a measuring device can be realized in a simple manner in which material samples for measurement can be introduced.
  • material samples can be introduced into the measuring device by means of a sample tube through an opening in the second housing side of the measuring device such that they come to lie centrally between the two permanent magnet poles spanning the first magnetic field and thus in the sensitive region of the nuclear magnetic resonance sensor.
  • Such a switching can be advantageous mechanically (for example, by shielding and / or repositioning of the first and / or the second device for generating the first or second magnetic field in the measuring device) or electronically (for example by changing the frequency in the high-frequency coil) can be realized.
  • volume defined by the sensitive area i. the volume of the material of the workpiece which is examined in a measurement
  • absolute values and, in particular, also volumetric variables, for example a concentration, a volume percent information or the like can be evaluated. That defined by the sensitive area
  • Volume may advantageously be known by design and / or by an instrumental measurement.
  • Can shift housing side of the meter outside the housing in particular mechanically and / or electronically, can be moved, advantageously by 1 cm, particularly advantageous by 2 cm, in particular to move 3 cm.
  • the shift of the sensitive area can advantageously be achieved by modifying the magnetic fields, for example by changing their geometry and / or homogeneity by means of a coil (so-called shim coil) or a (movable) magnetic shield, particularly advantageously also by changing the frequency of the high-frequency coil. as well as by mechanical
  • Method of nuclear magnetic resonance sensor can be achieved in the housing of the meter. Consequently, with constant positioning of the measuring device within the workpiece, the sensitive region can be displaced in such a way that a depth-resolved measurement can be realized in a simple and particularly economical manner.
  • the second housing side of the measuring device faces the first housing side accommodating the input device and / or the output device and is in particular arranged at the rear of the device.
  • the measuring device when positioned with the sensitive area toward a workpiece, in particular with the second housing side adjacent to the workpiece, can be operated via the input and / or output devices received on the first housing side of the measuring device or measurement results can be read.
  • the evaluation device is designed to evaluate measurement signals supplied by the sensor device, and in particular to provide at least one amplitude and / or relaxation time of a measurement signal resulting from the excitation of nuclear spins in one Workpiece by the magnetic field of the second device to evaluate.
  • the evaluation device is particularly advantageously designed for evaluating measurement signals supplied by the sensor device, at least one relative and / or absolute hydrocarbon content and / or binding states of chemical compounds and / or concentration gradients of a material into the workpiece and / or time-dynamic processes of chemical compounds and / or to evaluate a relative and / or absolute moisture content and / or other structurally relevant parameters, in particular salinity, composition, density and / or porosity of the material of the workpiece, in particular to evaluate them in a depth-resolved manner.
  • the mobile measuring device can thus be used to comprehensively characterize a workpiece with regard to material characteristics, in particular material inclusions and / or objects and / or material inhomogeneities.
  • Statements about the relative and / or absolute hydrocarbon content and concentration gradients in the workpiece allow a reliable evaluation of a workpiece, in particular with regard to processability (machinability, drillability), strength, loadability as well as structurally different materials (inclusions) and the like.
  • Statements on the bonding states of the enclosed material also allow to determine which shape, in particular which material of material inclusion it is. For example, inclusions such as metals, wood and plastics can advantageously be detected and distinguished in this way. Furthermore, statements may be included
  • the meter can also be used to comprehensively characterize a workpiece in terms of moisture. Statements about the relative and / or absolute moisture content as well as a moisture gradient into the workpiece allow reliable evaluation of a workpiece, in particular with regard to processability, dryness, risk of mold, strength and / or load capacity. Evaluation of temporal-dynamic processes of the moisture-forming water also allow the study of processes such as migration, convection and migration of water, especially water fronts in the material, resulting in conclusions on a possible drying or fürnässungs and / or on a drying result to derive.
  • a position-determining device for detecting at least one instantaneous position and / or orientation of the measuring device, in particular with respect to the workpiece.
  • the position-determining device may in particular comprise one or more sensors from a group of sensors, which comprises at least inclination, angle, distance, translation, acceleration and rotational rate-sensitive sensors.
  • a position determination can also be realized with other means that appear appropriate to a person skilled in the art.
  • the position-determining device can be realized using rolling elements, in particular using wheels arranged on the housing of the measuring device, which receive the change in position relative to the workpiece during the movement of the measuring device. Since the distance between measuring device and workpiece should preferably be minimized to increase the penetration depth of the magnetic fields into the workpiece, the position-determining device can also be provided as optical displacement transducer, which is arranged in the housing side facing the workpiece to be examined when the measuring device is used ,
  • the evaluation device for evaluating measurement signals supplied by the sensor device is designed to evaluate measurement signals of the sensor device as a function of the position and / or orientation of the measuring device, in particular with respect to the workpiece.
  • Position of the measuring device on the workpiece can be correlated. Furthermore, by successive measurement of a workpiece, multidimensional matrices or maps in which measurement specifications for positions and / or orientations of the measuring device, in particular with respect to the workpiece, are recorded can be created and / or evaluated. This can be particularly advantageous for
  • Generation of a representation of the evaluated measurement signals can be used in the form of a map of the workpiece.
  • the evaluation device is particularly suitable for evaluating measurement signals supplied by the sensor device advantageously designed to perform a detection of material inclusions based on the position and / or orientation of the measuring device, in particular with respect to the workpiece, relatively changing measuring signals of the sensor device.
  • the relative or comparative measurement in which the measuring device can preferably be moved quickly over a wall, allows locating a material inclusion only on the basis of position-dependent fluctuations of the measurement signals supplied by the sensor device.
  • the measuring device moves over the workpiece, material inclusions hidden in the workpiece lead to clear, position-dependent signal changes, which clearly stand out in comparison to an otherwise relatively constant background signal of the rest of the workpiece.
  • the material, extent and / or depth of the object found can also be determined. Particularly advantageous is a won in this way
  • Output information as a two-, three-, or pseudo-four-dimensional map (e.g., object traces, depth profiles, depth slices, etc.). Furthermore, a correlation of the results obtained by means of the comparison measurement with other measurement results can take place.
  • At least one storage device is provided for storing measurement results and / or operating parameters.
  • This memory device may comprise all forms of external and internal electronic, in particular digital, memories, in particular memory chips such as USB sticks, memory sticks, memory cards, etc.
  • control device and / or the evaluation device of the measuring device a Data communication interface to, in particular wireless, communication, by means of which the measuring device can send and / or receive measurement results and / or working parameters.
  • the data communication interface uses a standardized
  • the data communication interface comprises a wireless interface, in particular, for example, a WLAN, Bluetooth, infrared, NFC, RFLD interface or another wireless interface which appears expedient to a person skilled in the art.
  • a wireless interface in particular, for example, a WLAN, Bluetooth, infrared, NFC, RFLD interface or another wireless interface which appears expedient to a person skilled in the art.
  • Data communication interface also have a wired adapter, such as a USB or micro USB adapter.
  • measurement results and / or working parameters can be sent from the measuring device to an external data device, for example to a smartphone, a tablet PC, a PC, a printer or other external devices deemed appropriate by a person skilled in the art or received by them.
  • an external data device for example to a smartphone, a tablet PC, a PC, a printer or other external devices deemed appropriate by a person skilled in the art or received by them.
  • a transfer of data can advantageously be made possible, which can be used for a further evaluation of measurement signals detected by the measuring device.
  • various additional functions can advantageously be enabled and integrated, which in particular also require direct communication with smartphones (in particular via programmed apps) or similar portable data devices. These can include, for example, automatic mapping functions, firmware updates, data postprocessing, data preparation, data synchronization with other devices, etc.
  • control device of the measuring device has an operating mode in which information about a workpiece
  • User inputs can be specified and / or provided to the meter.
  • an information processing, an information output or an information input is to be designated, in whose In connection with the control device applies an operating program, control routines, control routines, evaluation routines and / or calculation routines.
  • Information about a workpiece may relate, for example, to the material of the workpiece, its physical or chemical properties, and any other specifications that appear appropriate to a person skilled in the art.
  • control device of the measuring device has an operating mode in which
  • Output parameters of the output device can be specified and / or provided to the measuring device.
  • Output parameters are to be understood as meaning all specifications relating to the output, in particular parameters of interest to the user,
  • Output forms e.g., number, graph, map, converted equivalent quantities
  • conversion possibilities e.g., error indications, correction factors, etc.
  • the sensor device has at least one further sensor from a group of
  • Sensors which comprises at least induction, capacitance, ultrasonic, temperature, radiation, inclination, angle, magnetic field, acceleration, rotational rate and moisture sensitive sensors.
  • the nuclear magnetic resonance sensor can be expanded particularly advantageously with induction- and / or capacitance-sensitive sensors.
  • the signals of the further sensors are also evaluated by the evaluation device for evaluating supplied from the sensor device measurement signals.
  • the evaluation results of the various sensors can advantageously be correlated with one another; in particular, measured values obtained by means of the further sensors can be used to correct and / or optimize and / or calibrate the measurement results determined by the nuclear magnetic resonance sensor.
  • an output of the further measurement results may take place as a supplementary measured value and / or complementary value by means of the output device.
  • the invention also provides a method for operating a measuring device, in particular a method for detecting and / or distinguishing and / or analyzing a material characteristic of a workpiece, in particular a material characteristic in a workpiece, which is characterized by at least the following steps:
  • Detection of at least one amplitude and / or a relaxation time of a measurement signal resulting from the excitation of nuclear spins in the workpiece in particular by means of an induced in a receiving coil electrical current and / or an induced voltage
  • FIG. 1 perspective view of a Ausgestaltu
  • FIG. 2 shows a view of the first housing side of an embodiment of the invention
  • Figure 3 is a schematic side view of an embodiment of
  • FIG. 4 a shows a schematic and simplified illustration of an embodiment of the components forming the nuclear magnetic resonance sensor and of the magnetic fields generated therewith
  • FIG. 5 perspective view of the second side of a housing
  • Figure 1 and Figure 2 show two views of an exemplary embodiment of the hand-held measuring device 10 according to the invention in a perspective view or in a simplified, schematic plan view.
  • the exemplified hand-held measuring device 10 has a housing 12, an input device in the form of actuating elements 14, suitable for switching the hand-held measuring device on and off, for starting and configuring a measuring process and for entering operating parameters, as well as a
  • Output device for output of operating parameters and / or evaluation results in the form of a display 16.
  • the hand-held measuring device 10 has a handle 18 for transporting and guiding thereof.
  • the handle 18, the actuating elements 14 and the display 16 are located on a first housing side 20 of the measuring device 10 (also "front"), which is typically used when operating the measuring device facing the user.
  • the device For supplying energy to the hand-held measuring device 10, the device has a second housing side 40 (hereinafter also referred to as the rear side of the measuring device) on the rear side of the housing 20 opposite the first housing side 20
  • Recess on which is preferably suitable for receiving power supply independent energy storage 22, in particular batteries or rechargeable batteries.
  • the device presented by way of example has lithium-ion batteries whose high energy and power density is advantageously suitable for supplying power to the measuring device.
  • the lithium-ion batteries whose high energy and power density is advantageously suitable for supplying power to the measuring device.
  • Energy storage 22 may be housed in the handle 18 of the measuring device 10.
  • the device for power supply to a releasable positive connection and / or traction connection interface so that the energy storage 22 (in general, more) detachable and interchangeable can be arranged.
  • the energy storage 22 in and / or outside of the meter can be supplied with power from a power grid and charge.
  • the position-determining device of the hand-held measuring device comprises in the exemplary embodiment four wheels 24, by means of which the hand-held measuring device 10 is moved along the surface 44 of a workpiece 42 can be moved (see Fig. 3). Sensors that are sensitive to rotation of the wheels 24 detect movement of the measuring device 10 and thus allow measurement results related to a position of the measuring device, in particular with respect to the workpiece 42 to set.
  • the position-determining device instead of the wheels, for example, have an optical displacement sensor.
  • additional sensors in particular inclination, angle, translation, acceleration and rotational rate sensitive sensors, may also be present.
  • the position change of the hand-held measuring device is determined as a result of a method of the device on the workpiece.
  • These position data are forwarded to an evaluation device 30 for further evaluation.
  • a support member 26 in particular a system board or circuit board within the housing 12, are further components of the measuring device, in particular a sensor device 32 with a nuclear magnetic resonance sensor 32 ', a control device 28 for controlling the sensor device 32, an evaluation device 30 for the evaluation of the Sensor device 32 supplied measurement signals, as well as a connected to the control and / or evaluation device data communication interface 54 housed (see in particular Figure 2).
  • the nuclear magnetic resonance sensor 32 ' which is explained in detail in FIGS. 4 a and 4 b, is provided for exciting a nuclear magnetic resonance in atomic nuclei of the material of the workpiece 42.
  • the measured resonance signal is used in the workpiece 42, at least for the nondestructive detection and / or analysis and / or differentiation of a material characteristic, in particular material inclusions 60, 60 ', 60 ", ie for the determination of information which, inter alia, a relative and / or or absolute hydrocarbon content and / or binding states of chemical compounds and / or concentration gradients of a material into the workpiece and / or time-dynamic processes of chemical compounds and / or a relative and / or absolute moisture content and / or other structurally relevant parameters, in particular salinity, composition and / or porosity of the material of the workpiece.
  • the control device 28 has control electronics comprising means for communication with the other components of the measuring device, for example means for controlling and regulating the sensor device 32 and the measuring device.
  • the control device 28 comprises a unit with a processor unit, a memory unit and an operating program stored in the memory unit.
  • the control device 28 is provided to at least one operating function parameter of the measuring device as a function of at least one input by the user, by the
  • Evaluation device and / or set by the data communication interface.
  • Measuring signals of further sensor devices of the hand-held measuring device 10 in particular has an information input, an information processing and an information output.
  • the evaluation device 30 is at least a processor, a memory with an operating program stored and executable thereon, and allows at least one measurement signal of the
  • the evaluation results are sent by the evaluation device 30 for further use via the control device 28 either directly to a user of the Meter 10 or for sending the data to the data communication interface 54 output.
  • the measuring device 10 For measuring a nuclear magnetic resonance signal of a workpiece 42, in particular for the detection and / or analysis and / or differentiation of material inclusions 60, 60 ', 60 "in this workpiece, the measuring device 10 with its second housing side 40, ie the back of the device, flat in the immediate vicinity of the workpiece 42, in particular in contact with the surface 44, positioned.
  • the magnetic fields generated by the nuclear magnetic resonance sensor 32 '34.36 penetrate through the second side of the housing 40 from the meter 10 and into the workpiece 42, wherein the sensitive area
  • This measurement signal in particular its amplitude and relaxation times, is forwarded to the evaluation device 30, from which it is evaluated and processed by means of evaluation routines and forwarded to an output device 16.
  • the evaluated measurement result is displayed to the user on the display 16 and can alternatively be sent via the data communication interface 54 to another data processing device.
  • the output on the display 16 may be graphically, numerically and / or alphanumerically, for example in the form of a measured value, a measurement curve, a waveform, a time course, as image data or in a
  • a display is possible by means of a signal display, in particular, for example, a light-emitting diode which evaluates a target variable, for example via color coding (for example red, yellow, green).
  • a target variable for example via color coding (for example red, yellow, green).
  • the positioning of the measuring device 10, in particular the nuclear magnetic resonance sensor 32 'contained in the immediate vicinity of the workpiece surface 44 allows the detection and / or analysis and / or discrimination of material inclusions 60, 60', 60 "to a material depth of a few centimeters in the Workpiece 42 into it.
  • FIG. 3 shows the embodiment according to the invention of the hand-held measuring device 10 of FIGS. 1 and 2 in a simplified schematic side view.
  • the nuclear magnetic resonance sensor 32 comprises two devices for generating magnetic fields, in particular a permanent magnet arrangement 4a, 4b), which generates a first magnetic field 34, and a high-frequency coil 48 (see FIG. 4a), which generates a second magnetic field 36.
  • the nuclear magnetic resonance sensor 32 ' is configured such that the first magnetic field 34 is aligned substantially parallel to the second housing side 40, while the second magnetic field 36 is substantially perpendicular to the second magnetic field
  • Magnetic field lines of the first magnetic field 34 is aligned.
  • the two magnetic fields are superimposed in an extended area, in which, in particular, the sensitive area 38 of the nuclear magnetic resonance sensor 32 'is also located as a layered area in particular.
  • the hand-held measuring device 10 is positioned with the second housing side 40 in close proximity to a workpiece 42 to be examined so that the distance between the second housing side 40 and the workpiece surface 44 is minimized. In this way, it is achieved that the magnetic fields 34, 36 penetrate into the workpiece and the sensitive area 38 comes to lie in the workpiece 42.
  • the second magnetic field generated by the second device ie, in particular by varying the high-frequency coil 48 and / or varying the frequency and / or variation of the current and / or variation of the voltage in the high-frequency coil, it is possible to determine the sensitive area 38 to change in its distance from the second side of the housing 40 and thus to modify the distance of the sensitive area 38 in the workpiece to the workpiece surface 44.
  • the nuclear magnetic resonance sensor 32 'in the housing 12 of the hand-held device 10 can be repositioned such that the distance of the nuclear magnetic resonance sensor 32' to the second housing side 40 is changed and consequently the distance of the sensitive area 38 in the workpiece 42 its workpiece surface 44.
  • FIG. 4 a shows the components of an embodiment of the invention in a simplified and schematic representation Nuclear magnetic resonance sensor 32 'shown.
  • Two permanent magnets 46, 46 ' which are arranged perpendicular to the second housing side 40 and antiparallel to one another, generate a first, in particular static, magnetic field 34, which runs essentially parallel to the surface of the second housing side 40. This is used to align the nuclear spins of those present in the material sample
  • Atomic nuclei provided first magnetic field, for example, in particular a magnetic field strength of 0.5 Tesla, wherein the permanent magnets are made of a neodymium-iron-boron alloy.
  • the second device for generating the second magnetic field is formed by a high frequency coil 48 in this embodiment. As soon as current flows through this coil, an electromagnetic field, in particular the second magnetic field 36, is induced.
  • the two magnetic fields overlap in a region which lies substantially outside the housing 12 of the measuring device 10.
  • the sensitive region 38 of the magnetic resonance sensor 32 ' is also located in the superposition field of the magnetic fields 34 and 36.
  • the sensitive region is ideally defined by an area the magnetic field strength of the first magnetic field 34 is constant and in particular has a defined amount. In reality, the surface is actually layered due to inaccurate frequencies. Because the
  • Magnetic field lines 34 do not run exactly parallel to the second side of the housing 40, thus the sensitive area 38 is thus curved according to the magnetic field lines.
  • the curvature and shape of the first magnetic field 34 and thus of the sensitive region 38 can be determined using further means, for example a shim coil 56 and a magnetic coil
  • Shield 58 influenced and in particular homogenized.
  • FIG. 4b shows the components of an alternative embodiment of the nuclear magnetic resonance sensor 32 'according to the invention in a simplified and schematic representation. This is the first
  • an electromagnetic field in particular the second magnetic field 36
  • the two magnetic fields overlap in a region which lies substantially outside the housing 12 of the measuring device 10.
  • the sensitive region 38 of the nuclear magnetic resonance sensor 32 ' is also located in the superposition field of the magnetic fields 34 and
  • the sensitive region is ideally defined by a surface on which the magnetic field strength of the first magnetic field 34 is constant and in particular has a defined amount. In reality, the area is not exact due to
  • the sensitive region 38 is therefore also curved in accordance with the magnetic field lines.
  • the curvature and shape of the first magnetic field 34 and thus of the sensitive area 38 can be influenced and in particular homogenized using further means, for example a shim coil 56 and a magnetic shield 58.
  • FIG. 5 is a perspective, simplified representation of a plan view of the second housing side 40, i. the back of the hand-held meter 10, shown.
  • the receptacle of the energy storage device 22, in particular a battery or a rechargeable battery under a housing flap (dashed) are directly accessible.
  • a second housing flap 52 shown open in the figure, allows access to the radio-frequency coil 48.
  • radio-frequency coil 48 detachable, ie in particular non-destructively separable executed.
  • radio-frequency coil 48 detachable, ie in particular non-destructively separable executed.
  • radio-frequency coil 48 with radio-frequency coils having a different characteristic, that is to say in particular with regard to their number of turns, type of winding, geometry and wire thickness.
  • This possibility of variation of the radio-frequency coil 48 advantageously allows to modify the second magnetic field generated by the high-frequency coil 48 and in particular to adapt and to optimize the conditions of the workpiece material.
  • the other components of the nuclear magnetic resonance sensor 32 'of Figure 4a are not shown.

Abstract

Die Erfindung geht aus von einem mobilen Messgerät (10), insbesondere Handmessgerät, umfassend ein Gehäuse (12) in dem zumindest eine Sensorvorrichtung (32), eine Steuervorrichtung (28) zur Ansteuerung der Sensorvorrichtung (32), eine Auswertevorrichtung (30) zur Auswertung von von der Sensorvorrichtung (32) gelieferten Messsignalen sowie eine Vorrichtung zur Energieversorgung (22) des Messgeräts (10) vorgesehen sind. Es wird vorgeschlagen, dass die Sensorvorrichtung (32) zumindest einen Kernspinresonanz-Sensor (32') aufweist, der zumindest zur Detektion und/oder Analyse und/oder Unterscheidung eines Materialkennwerts eines Werkstücks (42), insbesondere in einem Werkstück (42), vorgesehen ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Messgeräts (10).

Description

Beschreibung Titel
HANDMESSGERÄT MIT EINEM NMR-SENSOR, SOWIE VERFAHREN ZU DESSEN BETRIEB
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein mobiles, insbesondere handgehaltenes Messgerät, das ein Gehäuse aufweist, in dem zumindest eine Sensorvorrichtung, eine Steuervorrichtung zur Ansteuerung der Sensorvorrichtung, eine Auswertevorrichtung zur Auswertung von von der Sensorvorrichtung gelieferten Messsignalen sowie eine Vorrichtung zur Energieversorgung des Messgeräts vorgesehen sind.
Aus der DE 10 2005 062 874 AI ist eine Vorrichtung zum Senden und/oder Empfangen elektromagnetischer Hochfrequenz-Signale bekannt, die es erlaubt, mittels induktiver Sensoren eine Ortung und/oder Detektion von in einem Medium eingeschlossenen Objekten durchzuführen.
Offenbarung der Er indung
Das erfindungsgemäße mobile Messgerät, insbesondere Handmessgerät, geht aus von einem Messgerät mit einem Gehäuse, in dem zumindest eine Sensorvorrichtung, eine Steuervorrichtung zur Ansteuerung der Sensorvorrichtung, eine Auswertevorrichtung zur Auswertung von von der Sensorvorrichtung gelieferten Messsignalen sowie eine Vorrichtung zur Energieversorgung des Messgeräts vorgesehen sind. Erfindungsgemäß weist die Sensorvorrichtung zumindest einen Kernspinresonanz-Sensor (NMR-Sensor) auf, der zumindest zur Detektion und/oder Analyse und/oder Unterscheidung eines Materialkennwertes eines Werkstücks, insbesondere eines Materialkennwertes in einem Werkstück, vorgesehen ist. Unter Handmessgerät soll hier insbesondere verstanden werden, dass das Messgerät ohne Zuhilfenahme einer Transportmaschine lediglich mit den Händen, insbesondere mit einer Hand, transportiert und insbesondere auch während eines Messvorgangs entlang eines Werkstücks geführt werden kann. Dazu beträgt die Masse des Handmessgeräts insbesondere weniger als 5 kg, vorteilhaft weniger als 3 kg und besonders vorteilhaft weniger als 1 kg. Vorteilhaft kann das Messgerät einen Griff oder einen Griffbereich aufweisen, mit dem das Messgerät über einen zu untersuchenden Gegenstand, insbesondere über ein Werkstück geführt werden kann.
Es wird vorgeschlagen, dass die Komponenten der Sensorvorrichtung, der Steuervorrichtung, der Auswertevorrichtung sowie der Vorrichtung zur Energieversorgung des Messgeräts zumindest teilweise in dem Gehäuse des Messgeräts untergebracht sind. Insbesondere sind die Komponenten in ihrem Gesamtvolumen zu mehr als 50 %, bevorzugt zu mehr als 75 % und besonders bevorzugt zu 100 % in dem Gehäuse des Messgeräts untergebracht. Vorteilhaft kann somit ein kompaktes, leicht einhändig führbares Messgerät realisiert werden. Des Weiteren lassen sich die Komponenten auf diese Weise vorteilhaft vor Beschädigungen und Umwelteinflüssen, beispielsweise Feuchtigkeit und Staub, schützen.
Das mobile Messgerät weist eine Steuervorrichtung zur Ansteuerung der Sensorvorrichtung auf. Unter der Steuervorrichtung soll insbesondere eine Vorrichtung mit zumindest einer Steuerelektronik verstanden werden, die Mittel zur Kommunikation mit den anderen Komponenten des Messgeräts, beispielsweise Mittel zur Steuerung und Regelung der Sensorvorrichtung, und/oder Mittel zur Datenverarbeitung und/oder weitere, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Mittel aufweist. Insbesondere ist die Steuervorrichtung dazu vorgesehen, zumindest einen Betriebsfunktionsparameter des Messgeräts in Abhängigkeit von zumindest einer Nutzereingabe und/oder einem
Auswerteergebnis der Auswerteeinheit einzustellen. Unter „vorgesehen" soll insbesondere speziell „programmiert", „ausgelegt" und/oder „ausgestattet" verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion „vorgesehen" ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt oder dazu ausgelegt ist, die Funktion zu erfüllen. Vorteilhaft kann unter der Steuerelektronik der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung eine Prozessoreinheit in Verbindung mit einer Speichereinheit sowie mit einem in der Speichereinheit gespeicherten Betriebsprogramm verstanden werden, das während des Steuervorgangs ausgeführt wird. Insbesondere können die elektronischen Bauteile der Steuervorrichtung auf einer Platine (Leiterplatte) angeordnet sein, bevorzugt in Form eines Mikrokontrollers. Besonders vorteilhaft kann die Steuervorrichtung darüber hinaus dazu vorgesehen sein, das gesamte Messgerät zu steuern und dessen Betrieb zu ermöglichen. Dazu ist die Steuervorrichtung vorgesehen, mit den anderen Komponenten des Messgeräts, insbesondere der Sensorvorrichtung, der Auswertevorrichtung, einer Eingabe- und/oder Ausgabevorrichtung sowie der Datenkommunikationsschnittstelle zu kommunizieren.
Unter der Auswertevorrichtung zur Auswertung zumindest eines von der Sensorvorrichtung gelieferten Messsignals soll zumindest eine Vorrichtung verstanden werden, die einen Informationseingang zur Annahme der Messsignale der Sensorvorrichtung, eine Informationsverarbeitungseinheit zur Bearbeitung, insbesondere Auswertung der angenommenen Messsignale, sowie eine Informationsausgabe zur Weitergabe der bearbeiteten und/oder ausgewerteten Messsignale aufweist. Vorteilhaft weist die Auswerteeinheit Komponenten auf, die zumindest einen Prozessor, einen Speicher und ein Betriebsprogramm mit Auswerte- und Berechnungsroutinen umfassen. Insbesondere können die elektronischen Bauteile der Auswertevorrichtung auf einer Platine (Leiterplatte) angeordnet sein, bevorzugt auf einer gemeinsamen Platine mit der Steuervorrichtung, besonders bevorzugt in Form eines Mikrokontrollers. Des Weiteren können die Steuervorrichtung und die Auswertevorrichtung besonders bevorzugt auch als ein einzelnes Bauteil ausgeführt sein. Die Auswertevorrichtung ist vorgesehen, die von der Sensorvorrichtung erhaltenen Messsignale auszuwerten und daraus zumindest Informationen betreffend Detektion und/oder Analyse und/oder Unterscheidung von Material kennwerten in einem Werkstück, insbesondere Materialeinschlüssen und/oder Objekten in einem Werkstück, abzuleiten. Des Weiteren kann die Auswerte- und/oder die Steuervorrichtung gespeicherte Korrektur- und/oder Kalibriertabellen aufweisen, die es erlauben, Auswerteergebnisse zu interpretieren und/oder umzurechnen und/oder zu inter- und/oder extrapolieren sowie das Messgerät insbesondere hinsichtlich eines Werkstückmaterials zu kalibrieren.
Die Vorrichtung zur Energieversorgung des Messgeräts ist dazu vorgesehen, das Messgerät zur Inbetriebnahme und während des Betriebs mit elektrischer Energie zu versorgen. Bevorzugt handelt es sich bei dieser Vorrichtung um einen stromnetzunabhängigen Energiespeicher, insbesondere einen Akkumulator, eine Batterie, eine Brennstoffzelle, einen Kondensator, einen anderweitigen, dem Fachmann sinnvoll erscheinenden Energiespeicher oder eine Kombination/Mehrung derer. Vorzugsweise eigenen sich zur Energieversorgung des Messgeräts insbesondere Akkumulatoren mit einer Zellchemie, die eine hohe Leistungs- und/oder Energiedichte bereitstellt. Dazu gehören derzeit beispielsweise Akkumulatoren der Lithium- und Lithium-Ionen-Zellchemie, insbesondere Lithium- Eisenphosphat-, Lithium-Manganoxid-, Lithium-Nickel- Cobalt-Mangan-Oxid-, überlithiierte Lithium-Nickel-Cobalt-Mangan-Oxid-, Lithium-Schwefel-, Lithium-Polymer- und Lithium-Sauerstoff-Akkumulatoren. Vorzugsweise weist die Vorrichtung zur Energieversorgung eine lösbare Formschluss- und/oder Kraftschlussverbindungsschnittstelle auf. Unter lösbar soll in diesem Zusammenhang insbesondere zerstörungsfrei trennbar verstanden werden. Somit ist die Vorrichtung zur Energieversorgung bevorzugt abnehmbar und austauschbar an dem Messgerät anordenbar. Besonders bevorzugt lässt sich die abnehmbare Vorrichtung zur Energieversorgung in und/oder außerhalb des Messgeräts wieder mit Energie aus einem Stromnetz versorgen und laden.
Unter Materialeinschlüssen sollen insbesondere Einschlüsse bzw. Objekte von andersartigen, metallischen und/oder nichtmetallischen Materialien in einem Material, insbesondere in dem Material des Werkstücks, verstanden werden. Beispielsweise stellen Holz- und Stahleinschlüsse in Beton, Rohrleitungen und Kabelleitungen in einer Wand, Feuchtigkeit in einem Beton- Estrich, aber auch Hohlräume in einem Material derartige Materialeinschlüsse dar. Unter einem Werkstück sollen insbesondere zusammenhängende Teile eines Materials verstanden werden. Beispielsweise und nicht abschließend kann es sich dabei um eine Wand, einen Boden, eine Decke, Estrich, ein organisches Gebilde (insbesondere Teile eines Körpers) und/oder ein Teil eines Geländes handeln. Bestehen können diese Werkstoffe beispielsweise insbesondere aus Holz, Glas, Kunststoff, Beton, Stein, Ziegel, Gips, Metall, organischen Materialien oder dergleichen. Des Weiteren lassen sich prinzipiell auch Flüssigkeiten untersuchen.
Erfindungsgemäß weist die Sensorvorrichtung des Messgeräts zumindest einen Kernspinresonanz-Sensor auf, der zumindest zur Detektion und/oder Analyse und/oder Unterscheidung von Materialkennwerten in einem Werkstück vorgesehen ist. Die Funktionsweise des Kernspinresonanz-Sensors basiert auf dem kernphysikalischen Effekt, bei dem Atomkerne einer Materialprobe, insbesondere in dem Werkstück, in einem Magnetfeld elektromagnetische Wechselfelder absorbieren und emittieren. Dabei beruht die Kernspinresonanz auf der Präzession (Larmorpräzession) von Kernspins der Atomkerne in der Materialprobe um die Magnetfeldlinien eines konstanten, insbesondere statischen, ersten Magnetfelds. Insbesondere werden die Kernspins der Atomkerne in der Materialprobe durch das erste Magnetfeld ausgerichtet. Wird Energie in Form eines zweiten elektromagnetischen Feldes, insbesondere eines Wechselfeldes, beispielsweise eines gepulsten Magnetfeldes, auf die Atomkerne eingestrahlt, die mit der Larmorpräzession deren Kernspins in Resonanz ist (Energiequanten), so können die Atomkerne die Orientierung ihrer Spins relativ zum ersten Magnetfeld durch Absorption dieser Energie ändern. Das zweite eingestrahlte Magnetfeld dient daher der Anregung der Kernspins, die unter Energieaufnahme ihre Kernspinzustände ändern. Äquivalent führt die Emission von Energiequanten in Folge einer Rückkehr der angeregten Kernspins in ein anderes, niedrigeres Energieniveau, zur Emission eines elektromagnetischen Wechselfeldes, welches sich mittels einer Vorrichtung zur Detektion einer Magnetfeldänderung, insbesondere mittels einer Antenne und/oder einer Spule, beobachten lässt.
Vorteilhaft erlaubt der Kernspinresonanz-Sensor Atomkerne der Materialprobe im Werkstück mittels elektromagnetischer Wechselfelder anzuregen sowie ein Ausgangssignal aufgrund eines Kernspinresonanzeffektes zu generieren. Bei geeigneter Wahl der Betriebsparameter des Kernspinresonanz-Sensors kann mittels der Amplitude und/oder Relaxationszeiten des Antwortsignals unmittelbar auf Materialkennwerte, insbesondere Materialeinschlüsse und/oder Materialinhomogenitäten, in dem untersuchten Volumen geschlossen werden.
Unter Anregung von Atomkernen soll insbesondere verstanden werden, dass die Energie der eingestrahlten elektromagnetischen Felder, insbesondere Wechselfelder, eine Änderung der Kernspins der Atomkerne bewirkt. Ferner wird im Folgenden davon ausgegangen, dass insbesondere veränderliche
Magnetfelder mit elektrischen Feldern gekoppelt sind (vgl. Maxwell- Gleichungen), sodass keine Unterscheidung zwischen elektrischem Feld und Magnetfeld vorgenommen wird. Zur Anregung von Kernspinresonanz- Effekten kommt es insbesondere auf die durch eine eingestrahlte elektromagnetische Strahlung übertragene Energie an. Vorteilhaft lässt sich diese Energie mittels gepulster elektromagnetischer Felder übertragen.
Zur Durchführung der Messung wird das mobile Messgerät, insbesondere der darin enthaltene Kernspinresonanz-Sensor, nahe an das zu untersuchende Werkstück herangebracht.
Unter „Detektion und/oder Analyse und/oder Unterscheidung von Materialkennwerten in einem Werkstück" soll insbesondere verstanden werden, aus den erhaltenen Kernspinresonanzmessdaten Aussagen abzuleiten, die unter anderem einen relativen und/oder absoluten Kohlenwasserstoffgehalt und/oder
Bindungszustände chemischer Verbindungen und/oder Konzentrationsgradienten eines Materials in das Werkstück hinein und/oder zeitlich-dynamische Prozesse chemischer Verbindungen und/oder einen relativen und/oder absoluten Feuchtegehalt und/oder weitere bautechnisch relevante Parameter, insbesondere Salzgehalt, Zusammensetzung und/oder Porosität des Materials des Werkstücks auszuwerten.
Besonders vorteilhaft erlaubt das mobile Messgerät die Detektion und/oder Analyse und/oder Bestimmung von Materialkennwerten, insbesondere Materialeinschlüssen und Objekten, in einem Werkstück ohne Zerstörung des Werkstücks. Insbesondere handelt es sich bei dem Messverfahren um ein nicht zerstörendes, insbesondere kontaktloses Messverfahren, d.h. ein Materialkennwert kann in einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Messgeräts auch ohne jeglichen Kontakt des Messgeräts zu der zu vermessenden Probe, gegebenenfalls auch ohne Kontakt zu dem zu untersuchenden Werkstück, erhalten werden. Das Positionieren des Messgerätes, insbesondere des darin enthaltenen Kernspinresonanz-Sensors in unmittelbarer Nähe der Werkstückoberfläche ermöglicht die Untersuchung des Werkstücks bis zu einer Materialtiefe von einigen Zentimeter in das Werkstück hinein. Wesentliche Zielgrößen des Messgeräts sind die Position, Größe, Ausrichtung und Tiefe eines Materialeinschlusses und/oder einer Materialinhomogenität und/oder eines Objekts in dem Werkstück.
Zur genauen Vermessung von Werkstücken kann eine Kalibrierung des Messgeräts, insbesondere eine Kalibrierung der Sensorvorrichtung, vorgesehen werden. Beispielsweise kann eine Kalibriermessung an einer reinen Materialprobe (z.B. reines Metall), die nach Einschalten des Messgeräts durchgeführt wird, zur Festlegung einer maximal detektierbaren Konzentration und somit zur Kalibrierung des Messgeräts durchgeführt werden. Alle dann folgenden Messungen, insbesondere Messungen an einem zu untersuchenden Werkstück, werden anschließend in Bezug zu dieser Kalibriermessung ausgewertet. Ferner können, wenn das mittels der Sensorvorrichtung untersuchte Volumen bekannt ist, ein Absolutwert sowie volumetrische Größen, insbesondere eine Konzentration, eine Volumen-Prozent-Information oder dergleichen, ausgewertet werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Messgeräts ist eine Eingabevorrichtung zur Eingabe von Arbeitsparametern vorhanden, insbesondere im Gehäuse des Messgeräts vorhanden.
Unter einer Eingabevorrichtung soll insbesondere ein Mittel verstanden werden, das dazu vorgesehen ist, zumindest eine Information von einem Bediener des Messgeräts (dann insbesondere Benutzerschnittstelle) und/oder einem anderen Gerät über eine akustische, optische, gestengestützte und/oder taktile Eingabe anzunehmen und an die Steuervorrichtung des Messgeräts weiterzuleiten. Beispielsweise kann die Eingabevorrichtung aus einem Betätigungselement, einer Tastatur, einem Display, insbesondere einem Touch-Display, einem Spracheingabemodul, einer Gestenerkennungseinheit und/oder einem Zeigegerät (beispielsweise Maus) bestehen. Ferner kann die Eingabevorrichtung zusätzlich auch außerhalb des Messgeräts vorhanden sein, beispielsweise in
Form eines externen Datengeräts wie einem Smartphone, einem Tablet-PC, einem PC, oder in Form eines anderen, einem Fachmann als sinnvoll erscheinenden externen Datengeräts, das über eine Datenkommunikationsschnittstelle mit der Steuervorrichtung des Messgeräts verbunden ist.
Arbeitsparameter bezeichnen alle notwendigen und/oder sinnvollen Betriebsparameter des Messgeräts, insbesondere zu dessen Steuerung, sowie Parameter betreffend die Auswertung der Messergebnisse.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des mobilen Messgeräts ist eine Ausgabevorrichtung zur Ausgabe von Arbeitsparametern und/oder Auswerteergebnissen vorhanden, insbesondere im Gehäuse des Messgeräts vorhanden.
Unter Ausgabevorrichtung soll zumindest ein Mittel verstanden werden, das dazu vorgesehen ist, zumindest eine wechselnde Information akustisch, optisch und/oder taktil an einen Bediener auszugeben. Dies kann beispielsweise mittels eines Displays, eines Touch-Displays, eines Tonsignals, einer Veränderung eines Betriebsparameters, eines Vibrationsgebers und/oder einer LED-Anzeige realisiert werden. Insbesondere können auszugebende Informationen, beispielsweise Auswerteergebnisse und/oder Informationen betreffend einen Betriebszustand des Messgeräts, auch an eine Maschinensteuerung, insbesondere auch die Steuervorrichtung der Sensorvorrichtung, und/oder, insbesondere zur Erhöhung des Nutzerkomforts, an ein Daten verarbeitendes
System ausgegeben werden. Letzteres umfasst zumindest eine Ausgabe einer Information an ein externes Geräte wie ein Smartphone, ein Tablet-PC, ein PC sowie an ein anderes, einem Fachmann als sinnvoll erscheinendes externes Datengerät, das über eine Datenkommunikations-schnittstelle mit der Auswertevorrichtung des Messgeräts verbunden ist. Somit können also sowohl die Eingabevorrichtung als auch die Ausgabevorrichtung vorteilhaft direkt im Gehäuse des mobilen Messgeräts untergebracht sein oder alternativ auch ausgelagert werden und beispielsweise über externe Vorrichtungen realisiert werden. Letztere Realisierungsmöglichkeit umfasst explizit die Steuerung, Auswertung und Ausgabe der Messergebnisse über drahtgebundene und/oder drahtlose externe Systeme wie beispielsweise Fernbedienungen, Computersteuerungen, Tablet-PCs und/oder andere mobile Geräte wie Mobiltelefone, Smartphones etc.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des mobilen Messgeräts sind die Eingabevorrichtung und/oder die Ausgabevorrichtung auf einer ersten Gehäuseseite des Messgerätes angeordnet.
Gehäuseseite meint insbesondere eine das Messgerät zu seiner Umgebung hin begrenzende Außenwand des Gehäuses. Unter „auf einer Gehäuseseite untergebracht" soll verstanden werden, dass die Eingabevorrichtung und/oder die Ausgabevorrichtung auf der ersten Gehäuseseite in deren Oberfläche eingesetzt, aufgebracht oder anderweitig befestigt sind/ist. Insbesondere kann das Gehäuse auch selbst Bestandteil der Eingabe- bzw. Ausgabevorrichtung sein.
Vorteilhafter Weise ist die erste Gehäuseseite bei der Anwendung des Messgeräts dem Bediener zugewandt.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des mobilen Messgeräts weist der Kernspinresonanz-Sensor des mobilen Messgeräts eine erste Vorrichtung zur Erzeugung eines ersten Magnetfelds, insbesondere eines Magnetfelds mit definiertem Feldgradienten, eine zweite Vorrichtung, insbesondere eine Hochfrequenzspule und/oder eine Antenne, zur Erzeugung eines zweiten, das erste Magnetfeld überlagernden Magnetfelds auf, wobei die Steuervorrichtung zumindest eine Steuereinheit zur Steuerung der zweiten Vorrichtung aufweist, wobei die Steuereinheit insbesondere zur Modifikation des zweiten Magnetfelds, insbesondere zur Erzeugung von Pulssequenzen, vorgesehen ist. Das durch die erste Vorrichtung erzeugte erste Magnetfeld dient der Ausrichtung der Kernspins der in dem Material des Werkstücks vorhandenen Atomkerne in dem Sinne, dass sich die Kernspins auf Grund ihres magnetischen Kernspinmoments an den Magnetfeldlinien des Magnetfelds ausrichten, insbesondere um die Magnetfeldlinien des Magnetfelds präzidieren. Eine Anregung der Kernspins erfolgt in Folge einer Einstrahlung von Energie in Form eines mittels der zweiten Vorrichtung erzeugten elektromagnetischen Feldes, insbesondere eines elektromagnetischen Wechselfeldes, beispielsweise eines gepulsten Magnetfeldes.
Unter der ersten Vorrichtung zur Erzeugung eines ersten Magnetfelds, insbesondere mit definiertem Feldgradienten, können insbesondere Vorrichtungen wie Permanentmagnete, Elektromagnete, Spulenvorrichtungen verstanden werden. Das von der ersten Vorrichtung erzeugte Magnetfeld wird typischerweise mit B0 bezeichnet.
Unter der zweiten Vorrichtung zur Erzeugung eines zweiten Magnetfelds können prinzipiell die gleichen Mittel verstanden werden, vorteilhaft wird diese zweite Vorrichtung jedoch mittels einer Hochfrequenzspule und/oder einer Antenne realisiert. Besonders vorteilhaft wird die Hochfrequenzspule mit einer Frequenz im Mega- Hertz- Bereich betrieben. Insbesondere liegt die Frequenz unter 900 Mega- Hertz, bevorzugt unter 200 Mega- Hertz und besonders bevorzugt unter 50 Mega- Hertz.
Die Steuereinheit zur Steuerung der zweiten Vorrichtung, d.h. zur Steuerung vorzugsweise der Hochfrequenzspule, ermöglicht es, Pulssequenzen des zweiten Magnetfelds zu erzeugen, sodass das durch die zweite Vorrichtung erzeugte zweite Magnetfeld zeitlich und ortsabhängig modifiziert werden kann. Mittels der Pulssequenzen können besonders vorteilhaft die Kernspins der Atomkerne des Materials, das in dem untersuchten Werkstück vorhanden ist, durch elektromagnetische Wechselfelder zur Absorption und Emission von Energiequanten, insbesondere zu Resonanz angeregt werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Messgeräts weist der Kernspinresonanz-Sensor eine Vorrichtung zur Detektion einer Magnetfeldänderung, insbesondere eine Empfangsspule zur Detektion einer Magnetfeldänderung auf, die es ermöglicht, mittels durch Kernspinrelaxation verursachte Magnetfeldänderungen auf materialspezifische Kenngrößen zu schließen.
Vorteilhaft kann mit der Vorrichtung zur Detektion einer Magnetfeldänderung ein
Kernspinresonanzeffekt der in dem Werkstück vorhandenen und angeregten Kernspins der Atomkerne in Folge einer Beeinflussung des ersten und/oder des zweiten Magnetfelds detektiert werden. Ein Umklappen der Kernspins der Atomkerne, bei dem ein elektromagnetisches Feld emittiert wird, kann besonders vorteilhaft mittels einer Empfangsspule in Form einer durch die
Magnetfeldvariation induzierten Spannung und/oder einen induzierten Strom detektiert werden. Diese Spannung und/oder dieser Strom kann zur Auswertung des Kernspinsignals an die Auswertevorrichtung weitergeleitet werden. In einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Messgeräts kann die Empfangsspule auch durch die Hochfrequenzspule der zweiten Vorrichtung zur Erzeugung des zweiten Magnetfelds realisiert sein. In diesem Fall macht sich die Resonanz der Kernspins der Atomkerne dadurch bemerkbar, dass ein Umklappen der Kernspins, gefolgt von einer Aussendung eines elektromagnetischen Felds, in der Spule eine Spannung (äquivalent: einen
Strom) induziert, die sich mit der angelegten Wechselspannung überlagert, sodass Einflüsse auf die zur Betreibung der Hochfrequenzspule nötige Leistung detektiert werden können. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Messgeräts ist das durch die erste Vorrichtung des Kernspinresonanz-Sensors erzeugte erste Magnetfeld im Wesentlichen parallel zu einer zweiten Gehäuseseite des Messgeräts und das durch die zweite Vorrichtung erzeugte Magnetfeld im Wesentlichen senkrecht zu dem ersten Magnetfeld ausgerichtet.
Die zweite Gehäuseseite ist insbesondere eine im Wesentlichen ebene Außenwand des Gehäuses, die das Messgerät zu seiner Umgebung hin begrenzt. Insbesondere ist die zweite Gehäuseseite bei Anwendung des Messgeräts dem zu untersuchenden Werkstück zugewandt. Vorteilhaft liegt die zweite Gehäuseseite der die Eingabevorrichtung und/oder die Ausgabevorrichtung aufnehmenden ersten Gehäuseseite geräterückseitig gegenüber und ist somit bei Anwendung des Messgeräts von einem Bediener abgewandt.
Die Orientierung des ersten Magnetfelds kann durch zumindest zwei Permanentmagnetpole (Nord, Süd) eines Permanentmagneten erzeugt werden, insbesondere wenn sich die Pole in einer Nord-Süd-Ausrichtung parallel zur und in der Nähe der zweiten Gehäuseseite befinden. Diese Anordnung lässt sich insbesondere konstruktiv einfach durch Verwendung eines Hufeisenmagnets realisieren.
Das zur Ausrichtung der Kernspins der in der Materialprobe vorhandenen Atomkerne verwendete erste Magnetfeld weist insbesondere eine Magnetfeldstärke von mehr als 0.1 Tesla auf, bevorzugt von mehr als 1.5 Tesla und besonders bevorzugt von mehr als 5 Tesla. Insbesondere eignen sich starke Permanentmagnete zur Erzeugung dieses Magnetfeldes, beispielsweise hergestellt aus Ferriten oder bevorzugt als Eisen-Cobalt-Nickel-Legierung oder besonders bevorzugt als Neodym-Eisen-Bor- oder Samarium-Cobalt-Legierung.
Alternativ kann die Magnetfeldausrichtung des ersten Magnetfelds durch zumindest zwei Permanentmagnete realisiert werden, die senkrecht zur Oberfläche der zweiten Gehäuseseite des Messgeräts antiparallel, insbesondere innerhalb des Gehäuses, und in der Nähe der zweiten Gehäuseseite ausgerichtet sind. Die vom Nordpol des ersten Permanentmagneten zum Südpol des zweiten Permanentmagneten verlaufenden Magnetfeldlinien können als im Wesentlichen parallel zur zweiten Gehäuseoberfläche des Messgeräts angesehen werden, wenn die beiden Permanentmagnete mit einem Abstand zueinander ausgerichtet sind. Insbesondere soll unter„im Wesentlichen parallel" verstanden werden, dass ein erster Bereich existiert, in dem die das erste Magnetfeld beschreibenden Magnetfeldlinien als nahezu parallel angesehen werden können. Insbesondere beträgt in diesem ersten Bereich die Abweichung der Magnetfeldlinien von einer theoretischen Parallele weniger als 20 Grad, vorteilhaft weniger als 10 Grad und besonders vorteilhaft weniger als 5 Grad. Das zweite Magnetfeld, das zum ersten Magnetfeld und somit auch zur zweiten Gehäuseseite im Wesentlichen senkrecht verläuft, kann in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform mit einer Spule und/oder einer Antenne, insbesondere mit einer Hochfrequenzspule, erzeugt werden. Die Spule ist dazu insbesondere in einer Ebene parallel und in unmittelbarer Nähe zur Oberfläche der zweiten Gehäuseseite, vorzugsweise im Inneren des Gehäuses, alternativ auch außen auf dem Gehäuse oder in der Gehäusewand, angeordnet. Die Magnetfeldlinien des durch die stromdurchflossene Spule erzeugten Magnetfelds verlaufen in Nähe der Spule senkrecht zur Spulenebene. Unter„im Wesentlichen senkrecht zu dem ersten Magnetfeld" soll hier verstanden werden, dass ein zweiter Bereich existiert, in dem die das zweite Magnetfeld beschreibenden Magnetfeldlinien als nahezu senkrecht zu den Magnetfeldlinien des ersten Magnetfelds angesehen werden können. Insbesondere beträgt die Winkel- Abweichung der Magnetfeldlinien des ersten und des zweiten Magnetfelds von der Senkrechten weniger als 20 Grad, vorteilhaft weniger als 10 Grad und besonders vorteilhaft weniger als 5 Grad. Besonders vorteilhaft fallen der erste und der zweite Bereich zusammen.
Die Magnetfeldausrichtung des ersten Magnetfelds kann ebenfalls erreicht werden durch zwei parallel zur zweiten Gehäuseseite und kollinear angeordnete
Permanentmagnete, d.h. in Nord-Süd/Nord-Süd-Abfolge, wobei sich zwischen diesen beiden Permanentmagneten eine Hochfrequenzspule befindet, deren Wicklungsebene kollinear zur Erstreckungsrichtung der Permanentmagnete und parallel zur zweiten Gehäuseseite liegt. Die beschriebene Anordnung ist dabei ebenfalls in Nähe zur zweiten Gehäuseseite positioniert.
Durch geeignete Positionierung der Vorrichtungen zur Erzeugung der Magnetfelder in Nähe zur zweiten Gehäuseseite wird vorteilhaft erreicht, dass sich der Bereich, in dem sich die beiden Magnetfelder überlagern, zumindest teilweise außerhalb des Gehäuses des Messgeräts befindet, sodass ein Eingriff der Magnetfelder in das zu untersuchende Werkstück ermöglicht wird.
In einer alternativen Ausführungsform ist das durch die erste Vorrichtung des Kernspinresonanz-Sensors erzeugte erste Magnetfeld im wesentlichen senkrecht zu einer zweiten Gehäuseseite des Messgeräts und das durch die zweite Vorrichtung erzeugte zweite Magnetfeld im wesentlichen senkrecht zu dem ersten Magnetfeld ausgerichtet.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Messgeräts sind/ist die erste Vorrichtung zur Erzeugung des ersten Magnetfelds und/oder die zweite Vorrichtung zur Erzeugung des zweiten Magnetfelds von zumindest einer magnetischen Schirmung zumindest teilweise umgeben.
Diese magnetische Schirmung, die insbesondere aus ferromagnetischen Materialien und/oder Mu-Metall und/oder elektrisch leitenden Elementen bestehen kann, erlaubt die Beeinflussung des Verlaufs der Magnetfeldlinien und somit eine Optimierung des Bereichs, in dem sich die Magnetfelder überlagern. Letzteres meint insbesondere eine Verkleinerung oder Vergrößerung des Überlagerungsbereichs und/oder eine Homogenisierung der Magnetfelder und/oder Parallelisierung der Magnetfeldlinien und/oder eine beliebige andere Beeinflussung der Magnetfeldgradienten beider Magnetfelder.
Unter Mu-Metall (auch: μ-Metall) ist eine weichmagnetische Legierung hoher magnetischer Permeabilität zu verstehen, die zur Abschirmung von Magnetfeldern verwendbar ist.
Besonders vorteilhaft kann diese magnetische Schirmung auch dazu verwendet werden, die von dem Kernspinresonanz-Sensor verwendeten Magnetfelder zumindest teilweise gegen andere Störeinflüsse, insbesondere elektromagnetische Strahlung, abzuschirmen und/oder Komponenten des mobilen Messgeräts selbst zumindest teilweise gegenüber elektromagnetischer Strahlung des messgerätinternen Kernspinresonanz-Sensors abzuschirmen.
Desweiteren wird vorgeschlagen, dass der Kernspinresonanz-Sensor zumindest eine Vorrichtung zur Homogenisierung der von der ersten und/oder zweiten Vorrichtung erzeugten Magnetfelder aufweist.
Unter Homogenisierung eines Magnetfelds soll insbesondere verstanden werden, dass die das Magnetfeld beschreibenden Magnetfeldlinien sowie dessen lokale Magnetfeldstärke nur geringen, idealerweise keinen Variationen unterliegt und insbesondere keine Feldverzerrungen aufweist.
Unter dieser Vorrichtung kann insbesondere eine Spule verstanden werden, auch Shim-Spule genannt, mit deren Hilfe Korrekturfelder erzeugt werden, die die durch die erste sowie die zweite Vorrichtung erzeugten Magnetfelder überlagern und bei geeigneter Ansteuerung homogenisieren und/oder in gewünschtem Maße beeinflussen. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des mobilen Messgeräts ist die zweite Vorrichtung des Kernspinresonanz-Sensors zur Erzeugung des zweiten Magnetfelds, insbesondere die Hochfrequenzspule, zerstörungsfrei austauschbar realisiert.
Auf diese Weise kann realisiert werden, dass Spulen mit unterschiedlichen Charakteristiken, insbesondere Windungszahlen, Geometrie sowie Drahtstärken, zerstörungsfrei durch einen Nutzer des Messgeräts getauscht und anschließend verwendet werden können. Vorteilhaft können durch geeignete Wahl der Spule die durch die zweite Vorrichtung erzeugten Magnetfelder variiert und den erforderlichen Betriebsbedingungen, insbesondere dem Material des zu untersuchenden Werkstücks, angepasst werden. Des Weiteren kann erreicht werden, dass der Bereich, in dem sich das erste und das zweite Magnetfeld überlagern, in seiner Lage verschoben und/oder in seiner Geometrie modifiziert wird.
Zur Realisierung der Austauschbarkeit kann das Messgerät insbesondere auf der zweiten Gehäuseseite einen Zugang zur zweiten Vorrichtung des Kernspinresonanz-Sensors aufweisen. In einer Ausführungsform des mobilen Messgeräts definieren die Magnetfelder des Kernspinresonanz-Sensors einen ersten sensitiven Bereich des Kernspinresonanz-Sensors, insbesondere einen schichtförmigen Bereich, der sich im Wesentlichen parallel und beabstandet zu der zweiten Gehäuseseite außerhalb des Gehäuses des Messgeräts erstreckt. Dieser sensitive Bereich liegt insbesondere im Überlagerungsfeld des ersten und des zweiten Magnetfelds. In Abhängigkeit der Frequenz (Larmorfrequenz) des eingestrahlten elektromagnetischen Felds und der statischen Magnetfeldstärke des ersten Magnetfelds wird der sensitive Bereich im Idealfall durch eine Fläche definiert, auf der die Magnetfeldstärke des ersten Magnetfelds konstant ist und insbesondere einen definierten Betrag aufweist. In Realität ist die Fläche auf Grund nicht exakter, d.h. nicht diskreter, Frequenzen tatsächlich schichtförmig. Da ferner die Magnetfeldlinien nicht exakt parallel verlaufen, kann der sensitive Bereich folglich entlang der Magnetfeldlinien gekrümmt und/oder inhomogen, insbesondere inhomogen bezüglich seiner Schichtausdehnung, sein.
Auf diese Weise kann besonders vorteilhaft erreicht werden, dass mittels Positionierung des mobilen Messgeräts an einer Werkstückoberfläche, wobei die zweite Gehäuseseite des Messgeräts in unmittelbarer Nähe zur Oberfläche des zu untersuchenden Werkstücks positioniert wird, die Magnetfelder in das
Werkstück eindringen und der sensitive Bereich des Kernspinresonanz-Sensors in dem Werkstück zu liegen kommt.
In einer alternativen und/oder zusätzlichen Ausführungsform des Messgeräts kann die Sensorvorrichtung derart betrieben werden, dass sich der sensitive
Bereich im Überlagerungsfeld der beiden Magnetfelder innerhalb des Gehäuses, insbesondere im Innern des Kernspinresonanz-Sensors, bevorzugt mittig zwischen den beiden das erste Magnetfeld aufspannenden Permanentmagnetpolen, befindet. Auf diese Weise kann konstruktiv einfach ein Messgerät realisiert werden, in das Materialproben zur Vermessung eingebracht werden können. Beispielsweise können auf diese Weise Materialproben mittels eines Probenröhrchens derart durch eine Öffnung in der zweiten Gehäuseseite des Messgeräts in das Messgerät eingebracht werden, dass sie mittig zwischen den beiden das erste Magnetfeld aufspannenden Permanentmagnetpolen und somit im sensitiven Bereich des Kernspinresonanz-Sensors zu liegen kommen.
Besonders vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass zwischen den unterschiedlichen Anordnungen des sensitiven Bereichs, insbesondere zwischen einer Positionierung des sensitiven Bereichs innerhalb und außerhalb des Gehäuses des Messgeräts, umgeschaltet werden kann. Eine solche Umschaltung kann vorteilhaft mechanisch (beispielsweise durch Schirmung und/oder Umpositionierung der ersten und/oder der zweiten Vorrichtung zur Erzeugung des ersten bzw. zweiten Magnetfelds im Messgerät) oder elektronisch (beispielsweise durch Veränderung der Frequenz in der Hochfrequenzspule) realisiert werden.
Wenn das durch den sensitiven Bereich definierte Volumen, d.h. das Volumen des Materials des Werkstücks, das in einer Messung untersucht wird, bekannt ist, können Absolutwerte sowie insbesondere auch volumetrische Größen, beispielsweise eine Konzentration, eine Volumen-Prozent-Information oder dergleichen, ausgewertet werden. Das durch den sensitiven Bereich definierte
Volumen kann vorteilhaft konstruktionsbedingt und/oder durch eine apparative Messung bekannt sein.
Es wird ferner vorgeschlagen, dass sich der sensitive Bereich des Kernspinresonanz-Sensors entlang einer Senkrechten zu der zweiten
Gehäuseseite des Messgeräts außerhalb des Gehäuses verschieben lässt, insbesondere mechanisch und/oder elektronisch, verschieben lässt, vorteilhaft um 1 cm, besonders vorteilhaft um 2 cm, insbesondere um 3 cm verschieben lässt.
Die Verschiebung des sensitiven Bereichs kann dabei vorteilhaft durch Modifikation der Magnetfelder, beispielsweise durch Änderung deren Geometrie und/oder Homogenität mittels einer Spule (sog. Shim-Spule) oder einer (verfahrbaren) magnetischen Schirmung, besonders vorteilhaft auch durch Änderung der Frequenz der Hochfrequenzspule, sowie durch mechanisches
Verfahren des Kernspinresonanz-Sensors im Gehäuse des Messgeräts erreicht werden. Folglich kann der sensitive Bereich bei konstanter Positionierung des Messgeräts innerhalb des Werkstücks derart verschoben werden, dass auf einfache und besonders wirtschaftliche Weise eine tiefenaufgelöste Messung realisiert werden kann.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen mobilen Messgeräts liegt die zweite Gehäuseseite des Messgeräts der die Eingabevorrichtung und/oder die Ausgabevorrichtung aufnehmenden ersten Gehäuseseite gegenüber und ist insbesondere geräterückseitig angeordnet. Auf diese Weise kann vorteilhaft erreicht werden, dass das Messgerät bei Positionierung mit dem sensitiven Bereich zu einem Werkstück hin, insbesondere mit der zweiten Gehäuseseite angrenzend an das Werkstück, über die an der ersten Gehäuseseite des Messgeräts aufgenommenen Eingabe- und/oder Ausgabevorrichtungen bedient werden kann bzw. Messergebnisse abgelesen werden können.
Es wird vorgeschlagen, dass in einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des mobilen Messgeräts die Auswertevorrichtung zur Auswertung von von der Sensorvorrichtung gelieferten Messsignalen ausgebildet ist und insbesondere dazu vorgesehen ist, zumindest eine Amplitude und/oder eine Relaxationszeit eines Messsignals, resultierend aus der Anregung von Kernspins in einem Werkstück durch das Magnetfeld der zweiten Vorrichtung, auszuwerten.
Besonders vorteilhaft ist die Auswertevorrichtung zur Auswertung von von der Sensorvorrichtung gelieferten Messsignalen ausgebildet, zumindest einen relativen und/oder absoluten Kohlenwasserstoffgehalt und/oder Bindungs- zustände chemischer Verbindungen und/oder Konzentrationsgradienten eines Materials in das Werkstück hinein und/oder zeitlich-dynamische Prozesse chemischer Verbindungen und/oder einen relativen und/oder absoluten Feuchtegehalt und/oder weitere bautechnisch relevante Parameter, insbesondere Salzgehalt, Zusammensetzung, Dichte und/oder Porosität des Materials des Werkstücks auszuwerten, insbesondere tiefenaufgelöst auszuwerten.
Erfindungsgemäß kann somit das mobile Messgerät eingesetzt werden, ein Werkstück hinsichtlich Materialkennwerte, insbesondere Materialeinschlüsse und/oder Objekte und/oder Materialinhomogenitäten, umfassend zu charakterisieren. Aussagen über den relativen und/oder absoluten Kohlenwasserstoffgehalt sowie Konzentrationsgradienten in das Werkstück hinein ermöglichen eine zuverlässige Bewertung eines Werkstücks insbesondere hinsichtlich Prozessierbarkeit (Bearbeitbarkeit, Bohrbarkeit), Festigkeit, Belastbarkeit sowie hinsichtlich Vorhandensein strukturell unterschiedlicher Materialien (Einschlüsse) und dergleichen. Aussagen zu den Bindungszuständen des eingeschlossenen Materials erlauben darüber hinaus festzustellen, um welche Form, insbesondere um welches Material des Materialeinschlusses es sich handelt. Beispielsweise lassen sich auf diese Weise vorteilhaft Einschlüsse wie Metalle, Holz und Kunststoffe detektieren und unterscheiden. Des Weiteren können Aussagen zu eingeschlossenen
Kunststoffsorten gemacht werden sowie beispielsweise Aussagen darüber, ob Kunststoffrohre mit Wasser gefüllt sind.
Mit der Aufnahme und Auswertung zeitlich-dynamischer Prozesse chemischer Verbindungen können Prozesse wie Migration, Konvektion sowie Wanderung von Materialeinschlüssen untersucht werden. Rückschlüsse auf ein mögliches Fließverhalten lassen sich daraus ableiten.
Das Messgerät kann ebenfalls eingesetzt werden, ein Werkstück hinsichtlich Feuchtigkeit umfassend zu charakterisieren. Aussagen über den relativen und/oder absoluten Feuchtegehalt sowie über einen Feuchtegradienten in das Werkstück hinein ermöglichen eine zuverlässige Bewertung eines Werkstücks insbesondere hinsichtlich Prozessierbarkeit, Trockenheit, Schimmelgefahr, Festigkeit und/oder Belastbarkeit. Auswertung zeitlich-dynamischer Prozesse des die Feuchtigkeit bildenden Wassers ermöglichen darüber hinaus die Untersuchung von Prozessen wie Migration, Konvektion sowie Wanderung von Wasser, insbesondere von Wasserfronten in dem Werkstoff, woraus sich Rückschlüsse auf ein mögliches Trocknungs- bzw. Durchnässungsverhalten und/oder auf ein Trocknungsergebnis ableiten lassen.
Weitere bautechnisch relevante Parameter, die mit der Auswertevorrichtung des mobilen Messgeräts ausgewertet werden können, umfassen insbesondere Salzgehalt, Dichte, Porosität und/oder Inhomogenität des Materials des Werkstücks, aber auch weitere, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Parameter.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen mobilen Messgeräts ist eine Positionsbestimmungsvorrichtung zur Erfassung zumindest einer momentanen Position und/oder Ausrichtung des Messgeräts, insbesondere bezogen auf das Werkstück, vorgesehen. Die Positionsbestimmungsvorrichtung kann dazu insbesondere einen oder mehrere Sensoren aus einer Gruppe von Sensoren aufweisen, die zumindest neigungs-, winkel-, abstands-, translations-, beschleunigungs- sowie drehratensensitive Sensoren umfasst. Des Weiteren kann eine Positionsbestimmung auch mit anderen, einem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Mitteln realisiert werden.
Beispielsweise lässt sich die Positionsbestimmungsvorrichtung unter Verwendung von Wälzkörpern, insbesondere unter Verwendung von am Gehäuse des Messgeräts angeordneten Rädern, die beim Verfahren des Messgeräts bezogen auf das Werkstück die Positionsänderung aufnehmen, realisieren. Da der Abstand zwischen Messgerät und Werkstück zur Erhöhung der Eindringtiefe der Magnetfelder in das Werkstück hinein vorzugsweise minimiert werden sollte, kann die Positionsbestimmungsvorrichtung besonders bevorzugt auch als optischer Wegaufnehmer, der in der bei Anwendung des Messgeräts dem zu untersuchenden Werkstück zugewandten Gehäuseseite angeordnet ist, vorgesehen sein.
Es wird weiterhin vorgeschlagen, dass die Auswertevorrichtung zur Auswertung von von der Sensorvorrichtung gelieferten Messsignalen dazu ausgebildet ist, Messsignale der Sensorvorrichtung in Abhängigkeit der Position und/oder Ausrichtung des Messgeräts, insbesondere bezogen auf das Werkstück, auszuwerten. Somit kann vorteilhaft erreicht werden, dass ausgewertete Parameter mit einer
Position des Messgeräts auf dem Werkstück korreliert werden können. Ferner lassen sich durch sukzessives Vermessen eines Werkstücks mehrdimensionale Matrizen oder Karten, in denen Messergebenisse zu Positionen und/oder Ausrichtungen des Messgeräts, insbesondere bezogen auf das Werkstück, erfasst sind, erstellen und/oder auswerten. Besonders vorteilhaft kann dies zur
Generierung einer Darstellung der ausgewerteten Messsignale in Form einer Karte des Werkstücks genutzt werden.
In einer Ausführungsform des Messgeräts ist die Auswertevorrichtung zur Auswertung von von der Sensorvorrichtung gelieferten Messsignalen besonders vorteilhaft dazu ausgebildet, eine Detektion von Materialeinschlüssen auf Grundlage sich in Abhängigkeit der Position und/oder Ausrichtung des Messgerätes, insbesondere bezogen auf das Werkstück, relativ verändernder Messsignale der Sensorvorrichtung durchzuführen.
Auf diese Weise können Materialeinschlüsse besonders effektiv und effizient geortet werden. Neben der Detektion von Materialeinschlüssen mittels Bestimmung absoluter Messwerte erlaubt die Relativ- oder Vergleichsmessung, bei der das Messgerät vorzugsweise schnell über eine Wand verfahren werden kann, eine Ortung eines Materialeinschlusses lediglich auf Grundlage positionsabhängiger Schwankungen der von der Sensorvorrichtung gelieferten Messsignale. In dem Werkstück verborgene Materialeinschlüsse führen beim Verfahren des Messgeräts über das Werkstück zu eindeutigen, positionsabhängigen Signaländerungen, die sich im Vergleich zu einem ansonsten relativ konstanten Untergrundsignal des restlichen Werkstücks deutlich abheben. Aus der Auswertung der Messsignale, beispielsweise insbesondere hinsichtlich Änderungsparameter, Änderungsdynamik, Relaxationszeiten, Amplituden, chemischen Verschiebungen etc., können ferner das Material, Ausdehnung und/oder Tiefe des gefundenen Objektes bestimmt werden. Besonders vorteilhaft lässt sich eine auf diese Weise gewonnene
Information als zwei-, drei- oder pseudo-vierdimensionale Karte (z.B. Objektverläufe, Tiefenprofile, Tiefenschnittbilder, etc.) ausgeben. Ferner kann auch eine Korrelation der mittels der Vergleichsmessung erhaltenen Ergebnisse mit anderen Messergebnissen stattfinden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des mobilen Messgeräts ist zumindest eine Speichervorrichtung zum Speichern von Messergebnissen und/oder Arbeitsparametern vorgesehen. Diese Speichervorrichtung kann alle Formen an externen und internen elektronischen, insbesondere digitalen Speichern, umfassen, insbesondere auch Speicherchips wie USB-Sticks, Memory-Sticks, Speicherkarten, etc.
Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass die Steuervorrichtung und/oder die Auswertevorrichtung des erfindungsgemäßen Messgeräts eine Datenkommunikationsschnittstelle zur, insbesondere drahtlosen, Kommunikation aufweist, mittels der das Messgerät Messergebnisse und/oder Arbeitsparameter senden und/oder empfangen kann. Bevorzugt verwendet die Datenkommunikationsschnittstelle ein standardisiertes
Kommunikationsprotokoll zu einer Übertragung von elektronischen, insbesondere digitalen Daten. Vorteilhaft umfasst die Datenkommunikationsschnittstelle eine drahtlose Schnittstelle, insbesondere beispielsweise eine WLAN-, Bluetooth-, Infrarot-, NFC-, R Fl D-Schnittstelle oder eine andere, einem Fachmann als sinnvoll erscheinende drahtlose Schnittstelle. Alternativ kann die
Datenkommunikationsschnittstelle auch einen kabelgebunden Adapter aufweisen, beispielsweise einen USB- oder Mikro-USB-Adapter.
Vorteilhaft können mittels der Datenkommunikationsschnittstelle Messergebnisse und/oder Arbeitsparameter von dem Messgerät an ein externes Datengerät, beispielsweise an ein Smartphone, einen Tablet-PC, einen PC, einen Drucker oder weitere einem Fachmann als sinnvoll erscheinende externe Geräte gesendet werden oder von diesen empfangen werden. Mittels der erfindungsgemäßen Ausgestaltung kann vorteilhaft eine Übertragung von Daten ermöglicht werden, die zu einer weiteren Auswertung von mit dem Messgerät erfassten Messsignalen nutzbar ist. Ferner können vorteilhaft vielfältige Zusatzfunktionen ermöglicht und eingebunden werden, die insbesondere auch eine direkte Kommunikation mit Smartphones (insbesondere über programmierte Apps) oder ähnlichen portablen Datengeräten erfordern. Diese können beispielsweise automatische Kartierungs- Funktionen, Firmware-Updates, Datennachbearbeitung, Datenaufbereitung, Datenabgleich mit anderen Geräten, etc. umfassen.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Steuervorrichtung des Messgeräts einen Bedienmodus aufweist, in welchem Angaben zu einem Werkstück durch
Benutzereingaben spezifiziert und/oder dem Messgerät zur Verfügung gestellt werden können.
Unter Bedienmodus soll insbesondere eine Informationsverarbeitung, eine Informationsausgabe oder eine Informationseingabe bezeichnet werden, in deren Zusammenhang die Steuervorrichtung ein Betriebsprogramm, Regelroutinen, Steuerroutinen, Auswerteroutinen und/oder Berechnungsroutinen anwendet.
Angaben zu einem Werkstück können beispielsweise das Material des Werkstücks betreffen, dessen physikalischen oder chemischen Eigenschaften sowie beliebige andere, einem Fachmann als sinnvoll erscheinende Spezifikationen.
Für eine vorteilhafte Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass die Steuervorrichtung des Messgeräts einen Bedienmodus aufweist, in welchem
Ausgabeparameter der Ausgabevorrichtung spezifiziert und/oder dem Messgerät zur Verfügung gestellt werden können.
Unter Ausgabeparameter sollen alle die Ausgabe betreffenden Spezifikationen verstanden werden, insbesondere den Nutzer interessierende Kenngrößen,
Ausgabeformen (z.B. als Zahl, Grafik, Karte, umgerechnete äquivalente Größen), Umrechnungsmöglichkeiten, Fehleranzeigen, Korrekturfaktoren, etc.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Messgeräts weist die Sensorvorrichtung mindestens einen weiteren Sensor aus einer Gruppe von
Sensoren auf, die zumindest induktions-, kapazitäts-, Ultraschall-, temperatur-, strahlungs-, neigungs-, winkel-, magnetfeld-, beschleunigungs-, drehraten- sowie feuchtesensitive Sensoren umfasst. Auf diese Weise kann vorteilhaft eine Kombination von ähnlichen oder komplementären Messinstrumenten in dem erfindungsgemäßen Messgerät integriert werden. Beispielsweise lässt sich der Kernspinresonanz-Sensor besonders vorteilhaft mit induktions- und/oder kapazitätssensitiven Sensoren erweitern. Vorzugsweise werden die Signale der weiteren Sensoren ebenfalls durch die Auswertevorrichtung zur Auswertung von von der Sensorvorrichtung gelieferten Messsignalen ausgewertet. Die Auswerteergebnisse der verschiedenen Sensoren können vorteilhaft miteinander korreliert werden, insbesondere können mittels der weiteren Sensoren erhaltene Messwerte zur Korrektur und/oder Optimierung und/oder Kalibrierung der von dem Kernspinresonanz-Sensor ermittelten Messergebnisse verwendet werden. Alternativ kann auch eine Ausgabe der weiteren Messergebnisse als ergänzender Messwert und/oder Komplementärwert mittels der Ausgabevorrichtung stattfinden.
Erfindungsgemäß wird auch ein Verfahren zum Betrieb eines Messgeräts, insbesondere ein Verfahren zur Detektion und/oder Unterscheidung und/oder Analyse eines Materialkennwertes eines Werkstücks, insbesondere eines Materialkennwertes in einem Werkstück, vorgeschlagen, das durch zumindest folgende Schritte gekennzeichnet ist:
• Erzeugen eines ersten Magnetfelds in dem Werkstück mittels einer ersten, insbesondere im Messgerät angeordneten, Vorrichtung
• Erzeugen von Hochfrequenz-Pulsen in dem Werkstück mittels einer zweiten Vorrichtung des Messgeräts, insbesondere mittels einer Hochfrequenzspule
• Detektion zumindest einer Amplitude und/oder einer Relaxationszeit eines Messsignals resultierend aus der Anregung von Kernspins in dem Werkstück, insbesondere mittels eines in einer Empfangsspule induzierten elektrischen Stroms und/oder einer induzierten Spannung
• Extraktion von Larmor- Frequenzen aus einem Messsignal, insbesondere aus einem in einer Empfangsspule induzierten elektrischen Strom und/oder einer in einer Empfangsspule induzierten Spannung
• Auswertung von Messsignalen des Kernspinresonanz-Sensors zur Detektion, Unterscheidung und/oder Analyse eines Materialkennwertes des Werkstücks, insbesondere eines Materialkennwertes in einem Werkstück, mittels einer insbesondere im Messgerät angeordneten Auswertevorrichtu ng.
Zeichnungen
Die Erfindung ist anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Gleiche oder ähnliche Bezugszeichen in den Figuren bezeichnen gleiche oder ähnliche Elemente.
Es zeigen:
Figur 1 perspektivische Darstellung einer Ausgestaltu
erfindungsgemäßen mobilen Messgeräts,
Figur 2 Ansicht der ersten Gehäuseseite einer Ausgestaltung des
erfindungsgemäßen Messgeräts,
Figur 3 schematische Seitenansicht einer Ausgestaltung des
erfindungsgemäßen Messgeräts,
Figur 4a schematische und vereinfachte Darstellung einer Ausführungsform der den Kernspinresonanz-Sensor bildenden Komponenten sowie der damit erzeugten Magnetfelder,
Figur 4b schematische und vereinfachte Darstellung einer alternativen
Ausführungsform der den Kernspinresonanz-Sensor bildenden Komponenten sowie der damit erzeugten Magnetfelder,
Figur 5 perspektivische Ansicht der zweiten Gehäuseseite einer
Ausgestaltung des erfindungsgemäßen mobilen Messgeräts Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Figur 1 und Figur 2 zeigen zwei Ansichten einer beispielhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Handmessgeräts 10 in perspektivischer Darstellung bzw. in vereinfachter, schematischer Aufsicht.
Das beispielhaft ausgeführte Handmessgerät 10 weist ein Gehäuse 12, eine Eingabevorrichtung in Form von Betätigungselementen 14, geeignet zum Ein- und Ausschalten des Handmessgeräts, zum Starten und Konfigurieren eines Messvorgangs und zum Eingeben von Arbeitsparametern, sowie eine
Ausgabevorrichtung zur Ausgabe von Arbeitsparametern und/oder Auswerteergebnissen in Form eines Displays 16 auf. Das Handmessgerät 10 verfügt zum Transport und zu dessen Führung über einen Handgriff 18. Der Handgriff 18, die Betätigungselemente 14 sowie das Display 16 befinden sich auf einer ersten Gehäuseseite 20 des Messgeräts 10 (auch „Frontseite"), die bei einer Bedienung des Messgeräts typischerweise dem Anwender zugewandt ist.
Zur Energieversorgung des Handmessgeräts 10 weist das Gerät auf der, der ersten Gehäuseseite 20 geräterückseitig gegenüberliegenden, zweiten Gehäuseseite 40 (im Folgenden auch Rückseite des Messgeräts genannt) eine
Aussparung auf, die vorzugsweise zur Aufnahme von stromnetzunabhängigen Energiespeichern 22, insbesondere Batterien oder wiederaufladbaren Akkus, geeignet ist. Das beispielhaft vorgestellte Gerät besitzt Lithium- Ionen- Akkus, deren hohe Energie- und Leistungsdichte vorteilhaft zur Energieversorgung des Messgeräts geeignet ist. In einer alternativen Ausführungsform kann der
Energiespeicher 22 auch im Handgriff 18 des Messgeräts 10 untergebracht sein. Vorzugsweise weist die Vorrichtung zur Energieversorgung eine lösbare Formschluss- und/oder Kraftschlussverbindungsschnittstelle auf, sodass der Energiespeicher 22 (im Allgemeinen auch mehrere) abnehmbar und austauschbar anordenbar ist. Darüber hinaus lässt sich der Energiespeicher 22 in und/oder außerhalb des Messgeräts mit Energie aus einem Stromnetz versorgen und laden.
Die Positionsbestimmungsvorrichtung des Handmessgeräts umfasst in dem Ausführungsbeispiel vier Räder 24, mittels der das Handmessgerät 10 entlang der Oberfläche 44 eines Werkstücks 42 verfahren werden kann (vgl. Fig. 3). Sensoren, die auf eine Drehung der Räder 24 sensitiv sind, erfassen eine Bewegung des Messgeräts 10 und erlauben somit Messergebnisse in Bezug zu einer Position des Messgeräts, insbesondere bezogen auf das Werkstück 42, zu setzen. In einer alternativen Ausführungsform des Messgeräts 10 kann die Positionsbestimmungsvorrichtung statt der Räder beispielsweise einen optischen Wegaufnehmer aufweisen. Zur präziseren Positionsbestimmung können zusätzlich noch weitere Sensoren, insbesondere neigungs-, winkel-, translations-, beschleunigungs- sowie drehratensensitive Sensoren, vorhanden sein. Nach Aufsetzen des Handmessgeräts 10 auf der Oberfläche 44 eines zu vermessenden Werkstücks 42, beispielsweise auf einer Wand oder auf einem Beton-Boden, wird die Positionsänderung des Handmessgeräts in Folge eines Verfahrens des Geräts auf dem Werkstück ermittelt. Diese Positionsdaten werden zur weiteren Auswertung an eine Auswertevorrichtung 30 weitergegeben.
Auf einem Trägerelement 26, insbesondere einer Systemplatine oder Leiterplatte innerhalb des Gehäuses 12, sind weitere Komponenten des Messgeräts, insbesondere eine Sensorvorrichtung 32 mit einem Kernspinresonanz-Sensor 32', eine Steuervorrichtung 28 zur Ansteuerung der Sensorvorrichtung 32, eine Auswertevorrichtung 30 zur Auswertung von von der Sensorvorrichtung 32 gelieferten Messsignalen, sowie eine mit der Steuer- und/oder Auswertevorrichtung verbundenen Datenkommunikationsschnittstelle 54 untergebracht (siehe insbesondere Figur 2).
Der Kernspinresonanz-Sensor 32', der im Detail in Figur 4a und 4b erläutert wird, ist zur Anregung einer Kernspinresonanz in Atomkernen des Materials des Werkstücks 42 vorgesehen. Erfindungsgemäß wird das gemessene Resonanzsignal zumindest zur zerstörungsfreien Detektion und/oder Analyse und/oder Unterscheidung eines Materialkennwerts, insbesondere von Materialeinschlüssen 60, 60', 60", in dem Werkstück 42 verwendet, d.h. zur Ermittlung von Informationen, die unter anderem einen relativen und/oder absoluten Kohlenwasserstoffgehalt und/oder Bindungszustände chemischer Verbindungen und/oder Konzentrationsgradienten eines Materials in das Werkstück hinein und/oder zeitlich-dynamische Prozesse chemischer Verbindungen und/oder einen relativen und/oder absoluten Feuchtegehalt und/oder weitere bautechnisch relevante Parameter, insbesondere Salzgehalt, Zusammensetzung und/oder Porosität des Materials des Werkstücks betreffen. Die Steuervorrichtung 28 weist eine Steuerelektronik umfassend Mittel zur Kommunikation mit den anderen Komponenten des Messgeräts auf, beispielsweise Mittel zur Steuerung und Regelung der Sensorvorrichtung 32 sowie des Messgeräts. Die Steuervorrichtung 28 umfasst insbesondere eine Einheit mit einer Prozessoreinheit, einer Speichereinheit und einem in der Speichereinheit gespeicherten Betriebsprogramm. Die Steuervorrichtung 28 ist dazu vorgesehen, zumindest ein Betriebsfunktionsparameter des Messgeräts in Abhängigkeit von zumindest einer Eingabe durch den Benutzer, durch die
Auswertevorrichtung und/oder durch die Datenkommunikationsschnittstelle einzustellen.
Die Auswertevorrichtung 30 zur Auswertung von von der Sensorvorrichtung 32 gelieferten Messsignalen, gegebenenfalls auch zur Auswertung von
Messsignalen weiterer Sensorvorrichtungen des Handmessgeräts 10, weist insbesondere einen Informationseingang, eine Informationsverarbeitung und einen Informationsausgang auf. Vorteilhaft besteht die Auswertevorrichtung 30 zumindest aus einem Prozessor, einem Speicher mit einem darauf gespeicherten und ausführbaren Betriebsprogramm und erlaubt, zumindest ein Messsignal des
Kernspinresonanz-Sensors 32' auszuwerten und Informationen betreffend die Detektion und/oder Analyse und/oder Unterscheidung von Materialeinschlüssen 60, 60', 60" in einem Werkstück zu bestimmen. Besonders vorteilhaft weist die Auswertevorrichtung gespeicherte Korrektur- und/oder Kalibriertabellen auf, die es erlauben, die Auswerteergebnisse zu interpretieren, umzurechnen, zu inter- und/oder extrapolieren sowie das Messgerät, insbesondere die Auswerteroutinen, hinsichtlich eines Werkstückmaterials zu kalibrieren. Die Auswerteergebnisse werden von der Auswertevorrichtung 30 zur weiteren Verwendung über die Steuervorrichtung 28 entweder direkt an einen Nutzer des Messgeräts 10 oder zur Versendung der Daten an die Datenkommunikationsschnittstelle 54 ausgegeben.
Zur Messung eines Kernspinresonanzsignals eines Werkstücks 42, insbesondere zur Detektion und/oder Analyse und/oder Unterscheidung von Materialeinschlüssen 60, 60', 60" in diesem Werkstück, wird das Messgerät 10 mit seiner zweiten Gehäuseseite 40, d.h. der Geräterückseite, flächig in unmittelbarer Nähe zu dem Werkstück 42, insbesondere in Berührung zu dessen Oberfläche 44, positioniert. Dabei dringen die durch den Kernspinresonanz- Sensor 32' erzeugten Magnetfelder 34,36 durch die zweite Gehäuseseite 40 aus dem Messgerät 10 aus und in das Werkstück 42 ein, wobei der sensitive Bereich
38 in dem Werkstück zu liegen kommt (siehe insbesondere Figur 3). Magnetfeldänderungen in Folge eines Kernspinresonanzeffekts der in dem Material des Werkstücks 42 angeregten Kernspins der Atomkerne, d.h. verursacht durch Absorption und/oder Emission elektromagnetischer Felder durch die Atomkerne einhergehend mit einer Änderung deren Energiezustände, kann mittels einer Empfangsspule 68 des Kernspinresonanz-Sensors 32' detektiert werden. Dieses Messsignal, insbesondere dessen Amplitude und Relaxationszeiten, wird an die Auswertevorrichtung 30 weitergeleitet, von der es mittels Auswerteroutinen ausgewertet und aufbereitet wird und an eine Ausgabevorrichtung 16 weitergeleitet wird. Das ausgewertete Messergebnis wird dem Nutzer auf dem Display 16 dargestellt und kann alternativ über die Datenkommunikationsschnittstelle 54 an ein weiteres Datenverarbeitungsgerät gesendet werden. Die Ausgabe auf dem Display 16 kann grafisch, numerisch und/oder alphanumerisch, beispielsweise in Form eines Messwerts, einer Messkurve, eines Signalverlaufs, eines Zeitverlauf, als Bilddaten oder in einer
Gradientendarstellung sowie in einer Kombination derer erfolgen. Alternativ oder zusätzlich ist eine Darstellung mittels einer Signalanzeige möglich, insbesondere beispielsweise einer Leuchtdiode, die beispielsweise über eine Farbcodierung (z.B. rot, gelb, grün) eine Zielgröße bewertet.
Das Positionieren des Messgerätes 10, insbesondere des darin enthaltenen Kernspinresonanz-Sensors 32' in unmittelbarer Nähe der Werkstückoberfläche 44 ermöglicht die Detektion und/oder Analyse und/oder Unterscheidung von Materialeinschlüssen 60, 60', 60" bis zu einer Materialtiefe von einigen Zentimeter in das Werkstück 42 hinein.
In Figur 3 ist die erfindungsgemäße Ausführungsform des Handmessgeräts 10 der Figuren 1 und 2 in einer vereinfachten schematischen Seitenansicht dargestellt. Der Kernspinresonanz-Sensor 32' umfasst zwei Vorrichtungen zur Erzeugung von Magnetfeldern, insbesondere eine Permanentmagnetanordnung 46,46' (vgl. Figur 4a), die ein erstes Magnetfeld 34 erzeugt, sowie eine Hochfrequenzspule 48 (vgl. Figur 4a), die ein zweites Magnetfeld 36 erzeugt. Der Kernspinresonanz-Sensor 32' ist derart konfiguriert, dass das erste Magnetfeld 34 im Wesentlichen parallel zu der zweiten Gehäuseseite 40 ausgerichtet ist, während das zweite Magnetfeld 36 im Wesentlichen senkrecht zu den
Magnetfeldlinien des ersten Magnetfeldes 34 ausgerichtet ist. Die beiden Magnetfelder überlagern sich in einem ausgedehnten Bereich, in dem sich insbesondere auch der sensitive Bereich 38 des Kernspinresonanz-Sensors 32' als insbesondere schichtförmiger Bereich befindet. Das Handmessgerät 10 wird mit der zweiten Gehäuseseite 40 in unmittelbarer Nähe an ein zu untersuchendes Werkstück 42 so positioniert, dass der Abstand zwischen der zweiten Gehäuseseite 40 und der Werkstückoberfläche 44 minimiert ist. Auf diese Weise wird erreicht, dass die Magnetfelder 34,36 in das Werkstück eindringen und der sensitive Bereich 38 im Werkstück 42 zu liegen kommt.
Durch Variation des durch die zweite Vorrichtung erzeugten zweiten Magnetfeldes 36, d.h., insbesondere durch Variation der Hochfrequenzspule 48 und/oder Variation der Frequenz und/oder Variation des Stroms und/oder Variation der Spannung in der Hochfrequenzspule 48, ist es möglich, den sensitiven Bereich 38 in seinem Abstand zu der zweiten Gehäuseseite 40 zu verändern und somit den Abstand des sensitiven Bereichs 38 im Werkstück zu dessen Werkstückoberfläche 44 zu modifizieren. Alternativ und/oder zusätzlich kann der Kernspinresonanz-Sensor 32' im Gehäuse 12 des Handmessgeräts 10 derart umpositioniert werden, dass der Abstand des Kernspinresonanz-Sensors 32' zur zweiten Gehäuseseite 40 verändert wird und folglich auch der Abstand des sensitiven Bereichs 38 im Werkstück 42 zu dessen Werkstückoberfläche 44. Besonders vorteilhaft lassen sich auf diese Weise Tiefenprofile der auszuwertenden Parameter, insbesondere Materialkonzentrations-Tiefenprofile, erstellen. Beispielsweise ist es möglich, über ein Tiefenprofil eines zu detektierenden Materialeinschlusses 60, 60', 60" in einem Werkstück 42 eine
Aussage über die zulässige Bohrtiefe in dem Werkstück 42 zu treffen, bevor der Materialeinschluss 60, 60', 60" getroffen wird.
In Figur 4a sind in vereinfachter und schematischer Darstellung die Komponenten einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kernspinresonanz-Sensors 32' dargestellt. Zwei senkrecht zur zweiten Gehäuseseite 40 und antiparallel zueinander angeordnete Permanentmagnete 46, 46' erzeugen ein erstes, insbesondere statisches, Magnetfeld 34, das im Wesentlichen parallel zur Oberfläche der zweiten Gehäuseseite 40 verläuft. Dieses zur Ausrichtung der Kernspins der in der Materialprobe vorhandenen
Atomkerne vorgesehene erste Magnetfeld weist beispielhaft insbesondere eine Magnetfeldstärke von 0.5 Tesla auf, wobei die Permanentmagnete aus einer Neodym-Eisen-Bor-Legierung hergestellt sind. Die zweite Vorrichtung zur Erzeugung des zweiten Magnetfeldes wird in diesem Ausführungsbeispiel durch eine Hochfrequenzspule 48 gebildet. Sobald durch diese Spule Strom fließt, wird ein elektromagnetisches Feld, insbesondere das zweite Magnetfeld 36, induziert. Die beiden Magnetfelder überlagern sich in einem Bereich, der im Wesentlichen außerhalb des Gehäuses 12 des Messgeräts 10 liegt. Der sensitive Bereich 38 des Kernspinresonanz-Sensors 32' liegt ebenfalls in dem Überlagerungsfeld der Magnetfelder 34 und 36. In Abhängigkeit der Frequenz des eingestrahlten elektromagnetischen Felds 36 und der statischen Magnetfeldstärke des ersten Magnetfelds 34 wird der sensitive Bereich im Idealfall durch eine Fläche definiert, auf der die Magnetfeldstärke des ersten Magnetfelds 34 konstant ist und insbesondere einen definierten Betrag aufweist. In Realität ist die Fläche auf Grund nicht exakter Frequenzen tatsächlich schichtförmig. Da die
Magnetfeldlinien 34 nicht exakt parallel zur zweiten Gehäuseseite 40 verlaufen, ist somit auch der sensitive Bereich 38 folglich entsprechend der Magnetfeldlinien gekrümmt. Die Krümmung und Ausformung des ersten Magnetfelds 34 und damit des sensitiven Bereichs 38 kann unter Verwendung weiterer Mittel, beispielsweise einer Shim-Spule 56 und einer magnetischen
Schirmung 58, beeinflusst und insbesondere homogenisiert werden.
In Figur 4b sind in vereinfachter und schematischer Darstellung die Komponenten einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kernspinresonanz-Sensors 32' dargestellt. Dabei ist das durch die erste
Vorrichtung, hier zwei parallel zur zweiten Gehäuseseite und kollinear angeordnete Permanentmagnete 46,46' (in Nord-Süd/Nord-Süd-Abfolge), erzeugte erste, insbesondere statische, Magnetfeld 34 im Wesentlichen parallel zu einer zweiten Gehäuseseite 40 des Messgeräts 10 und das durch die zweite Vorrichtung, hier eine Hochfrequenzspule 48, erzeugte zweite Magnetfeld 36 im Wesentlichen senkrecht zu dem ersten Magnetfeld 34 ausgerichtet. Zwischen den beiden Permanentmagneten 46,46' befindet sich eine Hochfrequenzspule 48, deren Wicklungsebene kollinear zur Erstreckungsrichtung der Permanentmagnete 46,46' und parallel zur zweiten Gehäuseseite 40 liegt. Diese Anordnung ist in unmittelbarer Nähe zur zweiten Gehäuseseite 40 positioniert.
Sobald durch diese Spule Strom fließt, wird ein elektromagnetisches Feld, insbesondere das zweite Magnetfeld 36, induziert. Die beiden Magnetfelder überlagern sich in einem Bereich, der im Wesentlichen außerhalb des Gehäuses 12 des Messgeräts 10 liegt. Der sensitive Bereich 38 des Kernspinresonanz- Sensors 32' liegt ebenfalls in dem Überlagerungsfeld der Magnetfelder 34 und
36. In Abhängigkeit der Frequenz des eingestrahlten elektromagnetischen Felds 36 und der statischen Magnetfeldstärke des ersten Magnetfelds 34 wird der sensitive Bereich im Idealfall durch eine Fläche definiert, auf der die Magnetfeldstärke des ersten Magnetfelds 34 konstant ist und insbesondere einen definierten Betrag aufweist. In Realität ist die Fläche auf Grund nicht exakter
Frequenzen tatsächlich schichtförmig. Da die Magnetfeldlinien 34 nicht exakt parallel zur zweiten Gehäuseseite 40 verlaufen, ist somit auch der sensitive Bereich 38 folglich entsprechend der Magnetfeldlinien gekrümmt. Die Krümmung und Ausformung des ersten Magnetfelds 34 und damit des sensitiven Bereichs 38 kann unter Verwendung weiterer Mittel, beispielsweise einer Shim-Spule 56 und einer magnetischen Schirmung 58, beeinflusst und insbesondere homogenisiert werden.
In der Figur 5 ist in perspektivischer, vereinfachter Darstellung eine Aufsicht auf die zweite Gehäuseseite 40, d.h. die Rückseite des Handmessgerätes 10, gezeigt. Auf dieser zweiten Gehäuseseite 40 sind die Aufnahme des Energiespeichers 22, insbesondere einer Batterie oder eines Akkus, unter einer Gehäuseklappe (gestrichelt) direkt zugänglich. Eine zweite Gehäuseklappe 52, in der Figur geöffnet dargestellt, ermöglicht den Zugriff auf die Hochfrequenzspule 48. Besonders vorteilhaft sind die Verbindungsstecker 50 der Hochfrequenzspule
48 lösbar, d.h. insbesondere zerstörungsfrei trennbar, ausgeführt. Auf diese Weise wird ermöglicht, die Hochfrequenzspule 48 gegen Hochfrequenzspulen mit anderer Charakteristik, d.h. die sich insbesondere bezüglich ihrer Windungszahl, Wicklungsart, Geometrie sowie Drahtdicke unterscheiden, auszutauschen. Diese Möglichkeit der Variation der Hochfrequenzspule 48 erlaubt vorteilhaft, dass durch die Hochfrequenzspule 48 erzeugte zweite Magnetfeld 36 zu modifizieren und insbesondere auf die Bedingungen des Werkstückmaterials anzupassen und zu optimieren. In dieser vereinfachten Darstellung sind die weiteren Komponenten des Kernspinresonanz-Sensors 32' aus Figur 4a nicht dargestellt.

Claims

Ansprüche
1. Mobiles Messgerät, insbesondere Handmessgerät, umfassend ein Gehäuse (12), in dem zumindest
• eine Sensorvorrichtung (32),
• eine Steuervorrichtung (28) zur Ansteuerung der Sensorvorrichtung (32),
• eine Auswertevorrichtung (30) zur Auswertung von von der Sensorvorrichtung (32) gelieferten Messsignalen,
sowie
• eine Vorrichtung zur Energieversorgung (22) des Messgeräts vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (32) zumindest einen Kernspinresonanz-Sensor (32') (NMR-Sensor) aufweist, der zumindest zur Detektion und/oder Analyse und/oder Unterscheidung eines Material kennwerts eines Werkstücks (42), insbesondere eines Materialkennwerts in einem Werkstück, vorgesehen ist.
2. Messgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Eingabevorrichtung (14) zur Eingabe von Arbeitsparametern vorhanden ist, insbesondere im Gehäuse (12) vorhanden ist.
3. Messgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ausgabevorrichtung (16) zur Ausgabe von Arbeitsparametern und/oder Auswerteergebnissen vorhanden ist, insbesondere im Gehäuse (12) vorhanden ist.
4. Messgerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die
Eingabevorrichtung (14) und/oder die Ausgabevorrichtung (16) auf einer ersten Gehäuseseite (20) angeordnet ist/sind.
5. Messgerät nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kernspinresonanz-Sensor (32') eine Vorrichtung zur Detektion einer Magnetfeldänderung (68), insbesondere eine Empfangsspule zur Detektion einer Magnetfeldänderung, aufweist.
6. Messgerät nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kernspinresonanz-Sensor (32') eine erste Vorrichtung (46,46') zur Erzeugung eines ersten Magnetfelds (34), eine zweite Vorrichtung (48), insbesondere eine Hochfrequenzspule, zur Erzeugung eines zweiten, das erste Magnetfeld (34) überlagernden Magnetfelds (36) aufweist, wobei die Steuervorrichtung (28) zumindest eine Steuereinheit zur Steuerung der zweiten Vorrichtung (48) aufweist, wobei die Steuereinheit zur Modifikation des zweiten Magnetfelds (36), insbesondere zur Erzeugung von Pulssequenzen, vorgesehen ist.
7. Messgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das durch die erste Vorrichtung (46,46') des Kernspinresonanz-Sensors (32') erzeugte erste Magnetfeld (34) im Wesentlichen parallel zu einer zweiten Gehäuseseite (40) des Messgeräts (10) ist und dass das durch die zweite Vorrichtung (48) erzeugte zweite Magnetfeld (36) im Wesentlichen senkrecht zu dem ersten Magnetfeld (34) ausgerichtet ist.
8. Messgerät nach einem der Ansprüche 6-7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Vorrichtung (46,46') zur Erzeugung eines ersten Magnetfelds (34) und/oder die zweite Vorrichtung (48) zur Erzeugung eines zweiten Magnetfelds (36) von zumindest einer magnetischen Schirmung (58) zumindest teilweise umgeben ist/sind.
9. Messgerät nach einem der Ansprüche 6-8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kernspinresonanz-Sensor (32') zumindest eine Vorrichtung zur Homogenisierung (56) der von der ersten und/oder zweiten Vorrichtung (46,46' / 48) erzeugten Magnetfelder aufweist.
10. Messgerät nach einem der Ansprüche 6-9, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Vorrichtung (48) des Kernspinresonanz-Sensors (32') zur Erzeugung des zweiten Magnetfelds (36), insbesondere die Hochfrequenzspule, zerstörungsfrei austauschbar realisiert ist.
11. Messgerät nach einem der Ansprüche 6-10, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetfelder (34,36) des Kernspinresonanz-Sensors (32') einen sensitiven Bereich (38) des Kernspinresonanz-Sensors (32') definieren, insbesondere einen schichtförmigen Bereich, der sich im Wesentlichen parallel und beabstandet zu einer zweiten Gehäuseseite (40) außerhalb des Gehäuses (12) des Messgeräts (10) erstreckt.
12. Messgerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass sich der sensitive Bereich (38) des Kernspinresonanz-Sensors (32') entlang einer Senkrechten (66) zu der zweiten Gehäuseseite (40) des Messgeräts (10) außerhalb des Gehäuses (12) verschieben lässt, vorteilhaft um 1 cm, besonders vorteilhaft um 2 cm, insbesondere um 3 cm verschieben lässt.
13. Messgerät nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Gehäuseseite (40) des Messgeräts (10) der die Eingabevorrichtung (14) und/oder die Ausgabevorrichtung (16) aufnehmenden ersten Gehäuseseite (20) gegenüberliegt, insbesondere geräterückseitig angeordnet ist.
14. Messgerät nach einem der Ansprüche 6-13, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertevorrichtung (30) zur Auswertung von von der Sensorvorrichtung (32) gelieferten Messsignalen ausgebildet ist und insbesondere dazu vorgesehen ist, zumindest eine Amplitude und/oder eine eines Messsignals, resultierend aus der Anregung der Kernspins in einem Werkstück (42) durch das Magnetfeld (36) der zweiten Vorrichtung (48), auszuwerten.
15. Messgerät nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die
Auswertevorrichtung (30) zur Auswertung von von der Sensorvorrichtung (32) gelieferten Messsignalen ausgebildet ist, zumindest
• einen relativen und/oder absoluten Kohlenwasserstoffgehalt und/oder
• Bindungszustände chemischer Verbindungen und/oder
• Konzentrationsgradienten eines Materials in das Werkstück (42) hinein und/oder
• zeitlich-dynamische Prozesse chemischer Verbindungen und/oder
• einen relativen und/oder absoluten Feuchtegehalt und/oder
• weitere bautechnisch relevante Parameter, insbesondere Salzgehalt, Zusammensetzung und/oder Porosität
des Materials des Werkstücks (42) auszuwerten, insbesondere tiefenaufgelöst auszuwerten.
16. Messgerät nach einem der Ansprüche 1-15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Positionsbestimmungsvorrichtung (24) zur Erfassung zumindest einer momentanen Position und/oder Ausrichtung des Messgeräts (10), insbesondere bezogen auf das Werkstück (42), vorgesehen ist.
17. Messgerät nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die
Auswertevorrichtung (30) zur Auswertung von von der Sensorvorrichtung (32) gelieferten Messsignalen dazu ausgebildet ist, Messsignale der Sensorvorrichtung (32) in Abhängigkeit der Position und/oder Ausrichtung des Messgerätes (10), insbesondere bezogen auf das Werkstück (42), auszuwerten.
18. Messgerät nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die
Auswertevorrichtung (30) zur Auswertung von von der Sensorvorrichtung (32) gelieferten Messsignalen dazu ausgebildet ist, eine Detektion und/oder eine Analyse und/oder eine Unterscheidung eines Material kennwerts auf Grundlage sich in Abhängigkeit der Position und/oder Ausrichtung des Messgerätes (10), insbesondere bezogen auf das Werkstück (42), relativ verändernder Messsignale der Sensorvorrichtung (32), durchzuführen.
19. Messgerät nach einem der Ansprüche 1-18, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Speichervorrichtung (64) zum Speichern von Messergebnissen und/oder Arbeitsparametern vorgesehen ist.
20. Messgerät nach einem der Ansprüche 1-19, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (28) und/oder die Auswertevorrichtung (30) eine Datenkommunikationsschnittstelle (54) zur, insbesondere drahtlosen, Kommunikation aufweist, mittels der das Messgerät (10) Messergebnisse und/oder Arbeitsparameter senden und/oder empfangen kann.
21. Messgerät nach einem der Ansprüche 1-20, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (28) einen Bedienmodus aufweist, in welchem Angaben zu einem Werkstück (42) durch Benutzereingaben spezifiziert und/oder dem Messgerät (10) zur Verfügung gestellt werden können.
22. Messgerät nach einem der Ansprüche 3-21, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (28) einen Bedienmodus aufweist, in welchem Ausgabeparameter der Ausgabevorrichtung (16) spezifiziert und/oder dem Messgerät (10) zur Verfügung gestellt werden können.
23. Messgerät nach einem der Ansprüche 1-22, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (32) mindestens einen weiteren Sensor aus einer Gruppe von Sensoren aufweist, die zumindest induktions-, kapazitäts-, Ultraschall-, temperatur-, strahlungs-, neigungs-, winkel-, magnetfeld-, beschleunigungs-, drehraten- sowie feuchtesensitive Sensoren umfasst.
24. Verfahren zum Betrieb eines Messgeräts (10), insbesondere Verfahren zur Detektion und/oder Unterscheidung und/oder Analyse eines Material kennwerts eines Werkstücks (42), insbesondere eines Material kennwerts in einem Werkstück (42), insbesondere ein Verfahren zum Betrieb eines Messgeräts (10) nach einem der Ansprüche 1-23, gekennzeichnet durch zumindest folgende Schritte:
i. Erzeugen eines ersten Magnetfelds (34) in dem Werkstück (42) mittels einer ersten im Messgerät angeordneten Vorrichtung (46,46') ii. Erzeugen von Hochfrequenz- Pulsen (36) in dem Werkstück (42) mittels einer zweiten Vorrichtung (48) des Messgeräts (10), insbesondere mittels einer Hochfrequenzspule
iii. Detektion zumindest einer Amplitude und/oder einer Relaxationszeit eines Messsignals resultierend aus der Anregung von Kernspins in dem Werkstück (42), insbesondere mittels eines in einer Empfangsspule (68) induzierten elektrischen Stroms und/oder einer induzierten Spannung
iv. Extraktion von Larmor- Frequenzen aus einem Messsignal, insbesondere aus einem in einer Empfangsspule (68) induzierten elektrischen Strom und/oder Spannung
v. Auswertung von Messsignalen des Kernspinresonanz-Sensors (32') zur Unterscheidung und/oder Analyse eines Materialkennwertes des Werkstücks (42), insbesondere eines Materialkennwertes in dem Werkstück (42), mittels einer im Messgerät (10) angeordneten Auswertevorrichtung (30).
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