EP3449243A1 - Bilderzeugungsvorrichtung zur ortsauflösenden vermessung von änderungen der dichte in 3-dimensionalen dielektrischen objekten - Google Patents

Bilderzeugungsvorrichtung zur ortsauflösenden vermessung von änderungen der dichte in 3-dimensionalen dielektrischen objekten

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EP3449243A1
EP3449243A1 EP17721997.9A EP17721997A EP3449243A1 EP 3449243 A1 EP3449243 A1 EP 3449243A1 EP 17721997 A EP17721997 A EP 17721997A EP 3449243 A1 EP3449243 A1 EP 3449243A1
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EP
European Patent Office
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receiving
modules
transmitting
transmission
module
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP17721997.9A
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French (fr)
Inventor
Johann Resch
Michael ZÄHRINGER
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Resch Claudia
Original Assignee
Resch Claudia
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06—Systems determining position data of a target
    • G01S13/08—Systems for measuring distance only
    • G01S13/10—Systems for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse modulated waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/89—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging

Definitions

  • An imaging device for spatially resolving changes in density in 3-dimensional dielectric objects
  • the invention relates to an image-generating device for the spatially-resolving measurement of changes in density in 3-dimensional dielectric objects, such as plastics, foods, organisms, etc., according to the features of claim 1 and a method according to the features of claim 11.
  • the image generating device comprises a transmission / reception array, on which at least one transmission module, in the microwave and / or
  • Millimeter wave range preferably in a frequency range of 1 to 300 GHz, as well as a plurality of receiving modules, which receive in the microwave and / or millimeter-wave range, preferably in a frequency range of 1 to 300 GHz, are arranged in a fixed relative positioning to each other.
  • the mentioned method uses such a transmission / reception array.
  • the present invention has the object to provide an image generating device for spatially resolving measurement of changes in density in 3-dimensional dielectric objects and a corresponding method that manages without the disadvantages described above in a measurement with X-rays.
  • a key consideration of the present invention is that there is further provided a drive device which can individually address the at least one transmission module and the plurality of reception modules, wherein the transmission module is actuated by the control device for transmitting a
  • Short-term pulse is driven with a high spectral component
  • Short-time pulse with a high spectral content penetrates into the dielectric body and reflected in its interior at locations of different density or
  • the receiving modules for detecting the reflected and / or broken signals are formed and phase, magnitude and / or specific frequency components of the reflected signal respectively at the
  • Receiving module associated location relative to the transmit module detect as receive data and wherein a computer unit is provided which calculates an image of the 3-dimensional dielectric object to be measured from the received received data of the plurality of receiving modules.
  • a short-time pulse with a high spectral component is produced with the proposed image-forming device or the proposed method
  • the information about the location can be determined by the fact that the broken or
  • Body scanners are already known, which are capable of line by line z. B. to scan a human body, then from the radar echoes an image of under clothing
  • the transmission / reception array with at least one transmission module and a plurality of reception modules is comparable with a compound eye insofar as at different fixed
  • a plurality of transmission modules in fixed positioning relative to one another are provided on the transmission / reception array, which can each be individually controlled by the control device.
  • a reflected or refracted signal can not only be received at different positions, but short-term pulses can also be sent from different positions to the object to be measured. In this way, the quality of the spatially resolving measurement can be increased even more, in particular if short-term pulses are sent from different transmission positions.
  • the drive device communicate with the one or more transmit modules and the receive modules via BUS technology.
  • BUS technology communicates with the one or more transmit modules and the receive modules via BUS technology.
  • a current configuration of active transmission and reception modules can be freely selected by the control device from the plurality of transmission modules and the plurality of reception modules.
  • several different configurations can also be selected in temporal sequence relative to one another.
  • a synchronous time generating device is provided with the Control device and the at least one transmission module and the
  • Plurality of receiving modules is in operative connection.
  • Location information about density changes in the 3-dimensional dielectric object can preferably be calculated by methods of trigonometry from signal propagation times of broken or reflected signals. This allows a quick determination of position information, which can then be used to calculate the 3-dimensional image.
  • a transmit module and a receive module are combined to form a common transmit / receive module on the transmit / receive array.
  • the common transmission / reception units each have their own transmission electronics and / or their own reception electronics.
  • the transceiver unit comprises a chip on which at least parts of the aforementioned electronic units can be implemented.
  • the transmit / receive array preferably comprises a plurality of transmit / receive units in a row in close proximity to one another, preferably at least one extension, one row, more preferably three rows, even more preferably five rows, even more preferably seven rows, preferably at least ten rows are arranged adjacent to one another and more preferably at least two, more preferably at least three, more preferably at least seven, more preferably
  • the transmission / reception array is modeled on a compound eye insofar as a plurality of transmission modules and
  • Receiving modules are arranged close together next to each other.
  • the short-term pulses sent from the transmitter modules are not longer than 1 ns (nanoseconds), preferably not longer than 100 ps (picoseconds), more preferably not longer than 20 ps
  • a reception time window can be specified, within which the reception modules detect radiation.
  • the method according to the invention can provide that the receiving modules have specific frequency components of the reflected or refracted signal
  • the receiving modules preferably detect specific frequency components of the reflected or refracted signal. This allows the desired image information to be calculated more precisely.
  • Control device the at least one transmission module and the
  • Receive modules synchronized via a synchronous time generating device together. Since signal delays are crucial for spatial resolution in the present method, a common time reference is critically important. Preferably, this is done via a synchronous time generating device, which performs a common synchronization of the driving device, transmitting module and receiving modules.
  • Receive signals or receive data to be able to communicate between control device and transmitter modules or receiver modules is preferably used for this communication BUS technology.
  • Fig. La is a schematic representation of a measuring arrangement for the
  • Fig. Lb is a schematic representation of a measuring arrangement for the
  • FIG. 2a is a schematic front view of a transmitting / receiving array according to an embodiment of the invention.
  • Fig. 2b shows a schematic front view of a transmission / reception array according to a further exemplary embodiment of the invention
  • 3a shows a perspective view of a transmitting / receiving unit according to an embodiment of the invention
  • 3b shows a section of the transmitting / Empfangsbauaji according to a
  • FIG. 4 is a schematic block diagram of the measuring arrangement according to a
  • FIG. 5 shows a section of a sensor with the transmission / reception array according to an embodiment of the invention
  • Fig. 6 is a schematic representation of a configuration of active transmitting and receiving modules of the transmitting / receiving array.
  • Fig. La shows the basic arrangement of an X-ray measurement
  • X-radiation is detected after transmission through a measurement object 102 on a photographic plate or sensor 103. Density changes are reflected in a change in transmission.
  • Fig. Lb shows schematically the measuring arrangement for the
  • Fig. 2a shows a front view of a transmitting / receiving array 11 according to an embodiment of the invention.
  • the transmission / reception array 11 has a planar arrangement of a plurality of transmission modules 12, 18, 19 and
  • the transmitting and receiving modules are each provided in pairs on three hexagonal units, the fixed
  • each hexagon on the transmitting / receiving array 11 a transmitting module 12 and a receiving module are arranged. Each hexagon thus forms a transmission / reception unit 21.
  • 2b shows a front view of a transmitting / receiving array 11 according to a further embodiment of the invention.
  • a total of seven transmitting / Empfangsbautechniken 21 are provided which are arranged on a hexagonal grid similar to a compound eye and in turn have fixed positions of all elements to each other.
  • FIG. 3a shows a perspective view of such a transmission / reception unit 21.
  • the transmission module 12 and the reception module 13 have antenna elements which are formed as circular waveguides 27 in the form of metallic tubes.
  • the circular waveguides 27 are mounted on a base module 25 which is formed by a hexagonal board.
  • FIG. 3b shows a section of the transmission / reception unit 21.
  • the end surfaces on the base module 25 are metallically coated, so that the circular waveguide 27 together with the base module 25 form a waveguide closed on one side.
  • Both circular waveguide 27 have in their interior a (not shown) Mikrowellendegree. Millimeter-wave radiator that emits or absorbs the corresponding radiation.
  • the circular waveguide 27 cause a directivity of the transmitting and receiving modules perpendicular to the array plane.
  • Round waveguide 27 adjacent transmitting and receiving elements shielded from each other.
  • the maximum possible transmission power is limited by cross-coupling between adjacent transmitting and receiving modules, which is why these overcouplings must be limited as much as possible. Due to the shielding effect of the circular waveguide 27, the distances between transmitting and receiving modules, and thus the transmitting / receiving array 11, can be kept small.
  • the transmitting and receiving electronics 22, 23 for the transmitting and receiving modules 12, 13 housed.
  • this also includes the
  • FIG. 4 shows a schematic block diagram of the measuring arrangement according to one exemplary embodiment of the invention.
  • a plurality of transmitting / receiving modules 21, which form the transmission / reception array 11, are provided with a
  • Circuit board 28 connected to the electronics for the generation of microwave signals and amplification and evaluation of the received signals
  • control board 29 on which there are a drive device 16 and a synchronous time generation device 20, whose operation is explained below.
  • the control board 29 is connected to a computing unit 17, on which further processing of the signal data is possible.
  • FIG. 5 shows a section of a sensor comprising the transmitting / receiving array 11.
  • the sensor has a circular front with a tapered housing that terminates in a shaft.
  • a cover 30 covers the
  • the cover 30 is made of a plastic that is transparent to the microwaves used, for example, 1.5 mm thick TEFLON (or ceramic or other material).
  • the transmitting / receiving array 11 Under the cover 30 is the transmitting / receiving array 11.
  • the circular waveguide 27 of the transmitting and receiving modules can be seen, as well as the two-layer structure of the transmitting / Empfangsbautechniken 21st
  • the circular disk-shaped printed circuit board 28 which is connected to the transmitting / receiving array 11. This includes microwave mixing stages, amplifiers and phase detectors, which are needed to generate the microwave signals for the transmitter modules and to amplify and further evaluate the received signals.
  • control board 29 In the shaft of the sensor is the control board 29, with the
  • the driving device 16 controls the imaging process.
  • Drive device 16 can individually control each transmitter module 12, 18, 19 and each receiver module 13, 14, 15. The communication between the components takes place via a serial data bus.
  • this is the PC data bus (Inter-Integrated Circuit Bus).
  • the control device 16 which controls the coordinated control of the components involved in the imaging process, acts as the master.
  • the synchronous time generating device 20 is connected to the driving device 16 and the individual modules of the transmitting / receiving array 11.
  • the driving device 16 and the transmitting and receiving modules are clocked and synchronized via the synchronous timing generating device 20.
  • the synchronous time generator 20 generates a system clock to enable exact phase measurement in microwave bands and accurate synchronization of all components.
  • the synchronous time generating device 20 is a high-quartz crystal
  • Fig. 6 schematically shows a measurement configuration of the transmission / reception array 11 for detecting an image.
  • four transceiver units are activated.
  • the uppermost transmitting / receiving unit 21a is set in this configuration as a transmitting unit.
  • the associated transmission module 12a is driven by the drive device 16 to emit short microwave pulses.
  • the associated receiving module 13a is also activated.
  • the remaining three active transmission / reception units 21b are set as receivers, so here only the reception modules are activated.
  • the transmission module 12a transmits a microwave pulse in the microwave and / or millimeter-wave range, preferably in the range from 1 to 300 GHz, with a duration in the picosecond range, which thus has a correspondingly high spectral width.
  • the microwave pulse penetrates into a dielectric body to be examined and becomes at interfaces between areas
  • the reflected radiation is detected by the active receiving modules.
  • the detection is not continuous, but the receiving modules are activated only in a defined time window. Due to the specified time interval between transmission of the microwave pulse and the detection time window, only signals with a specific transit time are detected.
  • the system clock predetermined by the synchronous time generating device 20, a high accuracy of this transit time measurement is ensured.
  • the signal transit time is converted into a signal run distance. Since the mutual position of the transmitting and receiving modules on the transmitting / receiving array 11 are known, location information about the density distributions in the examined body can thus be obtained.
  • the detected radiation is
  • the preprocessing of the received data in the sensor simplifies the final image calculation in the arithmetic unit.
  • substance-specific frequency-dependent parameters such as the permittivity / dielectric function, refractive index or absorption are used to determine a precise spatially resolved density distribution.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bilderzeugungsvorrichtung zur ortsauflösenden Vermessung von Änderungen der Dichte in 3-dimensionalen dielektrischen Objekten, wie Kunststoffen, Lebensmitteln, Organismen, etc., umfassend ein Sende-/Empfangsarray (11), auf dem mindestens ein Sendemodul (12), das im Mikrowellen- und/oder Millimeterwellenbereich sowie eine Mehrzahl von Empfangsmodulen (13, 14, 15), die im Mikrowellen- und/oder Millimeterwellenbereich empfangen, in einer festen relativen Positionierung zueinander angeordnet sind, wobei weiterhin eine Ansteuerungsvorrichtung (16) vorgesehen ist, die das mindestens eine Sendemodul (12) und die Mehrzahl von Empfangsmodulen (13, 14, 15) einzeln adressieren kann, wobei das Sendemodul (12) durch die Ansteuerungsvorrichtung (16) zur Aussendung eines Kurzzeitpulses mit hohem spektralen Anteil angesteuert wird, wobei der Kurzzeitpuls mit hohem spektralen Anteil in den dielektrischen Körper eindringt und in dessen Inneren an Orten unterschiedlicher Dichte reflektiert bzw. gebrochen wird, wobei die Empfangsmodule (13, 14, 15) zur Erfassung der reflektierten und/oder gebrochenen Signale ausgebildet sind und Phase, Betrag und/oder spezifische Frequenzanteile des reflektierten Signals jeweils an dem dem Empfangsmodul (13, 14, 15) zugeordneten Ort relativ zum Sendemodul (12) als Empfangsdaten detektieren und wobei eine Rechnereinheit (17) vorgesehen ist, die aus den gewonnenen Empfangsdaten der Mehrzahl von Empfangsmodulen (13, 14, 15) ein Bild des zu vermessenden 3-dimensionalen dielektrischen Objekts errechnet.

Description

Bilderzeugungsvorrichtung zur ortsauflösenden Vermessung von Änderungen der Dichte in 3-dimensionalen dielektrischen Objekten
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Bilderzeugungsvorrichtung zur ortsauflösenden Vermessung von Änderungen der Dichte in 3-dimensionalen dielektrischen Objekten, wie Kunststoffen, Lebensmitteln, Organismen, etc. nach den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren nach den Merkmalen des Anspruchs 11.
Dabei umfasst die Bilderzeugungsvorrichtung ein Sende-/Empfangsarray, auf dem mindestens ein Sendemodul, das im Mikrowellen- und/oder
Millimeterwellenbereich, vorzugsweise in einem Frequenzbereich von 1 bis 300 GHz, arbeitet, sowie eine Mehrzahl von Empfangsmodulen, die im Mikrowellen- und/oder Millimeterwellenbereich, vorzugsweise in einem Frequenzbereich von 1 bis 300 GHz, empfangen, in einer festen relativen Positionierung zueinander angeordnet sind. Das angesprochene Verfahren verwendet ein derartiges Sende- /Empfangsarray.
Bislang war es schwierig, eine ortsauflösende Vermessung von Änderungen der Dichte in 3-dimensionalen dielektrischen Objekten durchzuführen, wenn dies zerstörungsfrei unter Einsatz elektromagnetischer Strahlung erfolgen sollte.
Zwar ist es bekannt, dass Röntgenstrahlen dielektrische Objekte durchdringen können. Röntgenstrahlen werden auch in der Untersuchung von Objekten wie Kunststoffen, Lebensmitteln, Organismen, etc. eingesetzt; allerdings wird dabei vornehmlich in Transmission gemessen, so dass letztendlich Schattenbilder erzeugt werden. Röntgenstrahlung ist darüber hinaus in höherer Intensität für den Menschen schädlich, so dass beim Umgang mit Röntgenstrahlen erhebliche Einschränkungen bestehen und zu Recht bestehende Sicherheitsvorschriften eingehalten werden müssen. Die vorliegende Erfindung setzt sich demgegenüber die Aufgabe, eine Bilderzeugungsvorrichtung zur ortsauflösenden Vermessung von Änderungen der Dichte in 3-dimensionalen dielektrischen Objekten sowie ein entsprechendes Verfahren anzugeben, die bzw. das ohne die zuvor beschriebenen Nachteile bei einer Vermessung mit Röntgenstrahlung auskommt.
Diese Aufgabe wird in vorrichtungstechnischer Hinsicht durch eine Bilderzeugungsvorrichtung nach den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. In verfahrenstechnischer Hinsicht wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst.
Eine Kernüberlegung der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass weiterhin eine Ansteuerungsvorrichtung vorgesehen ist, die das mindestens eine Sendemodul und die Mehrzahl von Empfangsmodulen einzeln adressieren kann, wobei das Sendemodul durch die Ansteuerungsvorrichtung zur Aussendung eines
Kurzzeitpulses mit hohem spektralen Anteil angesteuert wird, wobei der
Kurzzeitpuls mit hohem spektralen Anteil in den dielektrischen Körper eindringt und in dessen Inneren an Orten unterschiedlicher Dichte reflektiert bzw.
gebrochen wird, wobei die Empfangsmodule zur Erfassung der reflektierten und/oder gebrochenen Signale ausgebildet sind und Phase, Betrag und/oder spezifische Frequenzanteile des reflektierten Signals jeweils an dem dem
Empfangsmodul zugeordneten Ort relativ zum Sendemodul als Empfangsdaten detektieren und wobei eine Rechnereinheit vorgesehen ist, die aus den gewonnenen Empfangsdaten der Mehrzahl von Empfangsmodulen ein Bild des zu vermessenden 3-dimensionalen dielektrischen Objekts errechnet.
In verfahrenstechnischer Hinsicht sind die folgenden Schritte vorgesehen:
Veranlassen des Sendemoduls zur Aussendung eines Kurzzeitpulses mit hohem spektralen Anteil,
(Gleichzeitiges) Empfangen von Signalanteilen, die im Inneren des Objekts gebrochen oder reflektiert wurden, in einem einstellbaren Empfangszeitfenster als Empfangsdaten an den mehreren in fester relativer Positionierung zueinander angeordneten Empfangsmodulen, und
Errechnen eines Bildes aus den gewonnenen Empfangsdaten.
Mit der vorgeschlagenen Bilderzeugungsvorrichtung bzw. dem vorgeschlagenen Verfahren wird einerseits ein Kurzzeitpuls mit hohem spektralen Anteil
ausgesandt, der in den dielektrischen Körper eindringt und in dessen Innerem an Orten unterschiedlicher Dichte reflektiert bzw. gebrochen wird. Die Information über den Ort kann dadurch ermittelt werden, dass die gebrochenen bzw.
reflektierten Signale hinsichtlich Phase, Betrag und Signallaufzeit ausgewertet werden. Aus diesen gewonnenen Empfangsdaten lässt sich dann ein Bild des zu vermessenden 3-dimensionalen Objekts errechnen.
Aus dem Stand der Technik sind zwar bereits sog. Körperscanner bekannt, die in der Lage sind, zeilenweise z. B. einen menschlichen Körper abzuscannen, um danach aus den Radarechos ein Bild von unter der Kleidung befindlichen
Gegenständen anzufertigen; auch in der Materialprüfung werden ΤΉΖ- Nahfeldscanner eingesetzt. Jedoch ermöglicht erst die heute zur Verfügung stehende Halbleitertechnik, die klassische Radartechnologie zu verlassen, um mit breitbandigen Spektren im Mikrowellen- und/oder Millimeterwellenbereich, vorzugsweise im Bereich 1 bis 300 GHz, und deren komplexer spektraler
Auswertung tiefer in dielektrische Körper wie z. B. Kunststoffschäume,
Kunststoffe, Lebensmittel oder Organismen hineinzumessen.
Dabei wird mit vergleichsweise schwachen und daher unbedenklichen, sehr kurzen Pulsen (Kurzzeitpulsen) gearbeitet, deren Energie über einen großen spektralen Bereich verteilt ist, so dass spezifische Echos und Brechungen auftreten. Je nach Beschaffenheit der örtlichen Änderung der Dichte in den dielektrischen Körpern entsteht ein spezifisches Spektrum, was die gebrochenen bzw. reflektierten Signale anbelangt. Das Sende-/Empfangsarray mit mindestens einem Sendemodul und einer Mehrzahl von Empfangsmodulen ist mit einem Facettenauge insoweit vergleichbar, als an unterschiedlichen festen
Relativpositionen zueinander Empfangsdaten empfangen und ausgewertet werden können. In einer bevorzugten Weiterbildung ist auf dem Sende-/Empfangsarray eine Mehrzahl von Sendemodulen in fester Positionierung zueinander vorgesehen, die von der Ansteuervorrichtung jeweils einzeln angesteuert werden können. Insofern kann nicht nur an unterschiedlichen Positionen ein reflektiertes bzw. gebrochenes Signal empfangen, sondern Kurzzeitpulse können auch von unterschiedlichen Positionen auf das zu vermessende Objekt hin abgesandt werden. Hierdurch kann die Qualität der ortsauflösenden Vermessung noch erhöht werden, insbesondere wenn Kurzzeitpulse von unterschiedlichen Sendepositionen aus abgesandt werden.
In einer weiter bevorzugten Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Ansteuervorrichtung mit dem einen oder mehreren Sendemodulen und den Empfangsmodulen über BUS-Technologie kommunizieren. Der Aufwand, auch eine Vielzahl von Sende- und/oder Empfangsmodulen an eine Ansteuervorrichtung anzuschließen, diese jeweils anzusteuern oder auch gewonnene Empfangsdaten auszulesen, kann durch den Einsatz von BUS-Technologie mit geeigneten
Übertragungsprotokollen erheblich vereinfacht werden.
In einer möglichen, bevorzugten Ausgestaltung ist eine aktuelle Konfiguration aktiver Sende- und Empfangsmodule durch die Ansteuerungsvorrichtung aus der Mehrzahl von Sendemodulen und der Mehrzahl von Empfangsmodulen frei wählbar. Vorzugsweise sind auch in zeitlicher Abfolge zueinander mehrere unterschiedliche Konfigurationen auswählbar.
Dadurch, dass die aktuelle Konfiguration aktiver Sende- und Empfangsmodule frei wählbar ist bzw. auch unterschiedliche Konfigurationen in zeitlicher Abfolge variiert werden kann, lässt sich ein noch differenzierteres Bild des zu
untersuchenden 3-dimensionalen dielektrischen Objekts erstellen.
Eine exakte zeitliche Abstimmung zwischen den verschiedenen Sende- und Empfangsvorgängen ist notwendig, da gerade Signallaufzeiten Informationen über den geometrischen Ort einer Dichteveränderung erlauben. Bevorzugtermaßen ist daher eine Synchronzeiterzeugungsvorrichtung vorgesehen, die mit der Ansteuerungsvorrichtung und dem mindestens einen Sendemodul und der
Mehrzahl von Empfangsmodulen in Wirkverbindung steht.
Lageinformationen über Dichteveränderungen im 3-dimensionalen dielektrischen Objekt können vorzugsweise mit Methoden der Trigonometrie aus Signallaufzeiten gebrochener oder reflektierter Signale errechnet werden. Dies ermöglicht eine schnelle Ermittlung von Lageinformationen, die dann zur Errechnung des 3- dimensionalen Bildes herangezogen werden können.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung sind auf dem Sende-/Empfangs- array jeweils ein Sendemodul und ein Empfangsmodul zu einer gemeinsamen Sende-/Empfangs-Baueinheit zusammengefasst. In einer nochmals bevorzugten Weiterbildung verfügen die gemeinsamen Sende-/Empfangs-Baueinheiten jeweils über eine eigene Sendeelektronik und/oder eine eigene Empfangselektronik.
Hierdurch sind autarke Untereinheiten gebildet. Die Leistungselektronik ist damit an Ort und Stelle vorgesehen. Lediglich Ansteuerung und Kommunikation von Empfangsdaten sind dann zwischen Ansteuerungsvorrichtung und Sende-/Em- pfangsbaueinheit abzuwickeln. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst die Sende-/Empfangsbaueinheit einen Chip, auf dem zumindest Teile der vorgenannten Elektronikeinheiten implementiert sein können.
Das Sende-/Empfangsarray umfasst bevorzugtermaßen eine Mehrzahl von Sende-/ Empfangsbaueinheiten in reihenförmiger Anordnung dicht aneinanderliegend, wobei bevorzugtermaßen wenigstens in einer Erstreckung eine Reihe, weiter bevorzugt drei Reihen, noch weiter bevorzugt fünf Reihen, noch weiter bevorzugt sieben Reihen, vorzugsweise mindestens zehn Reihen benachbart nebeneinander angeordnet sind und weiter vorzugsweise mindestens zwei, weiter bevorzugt mindestens drei, weiter bevorzugt mindestens sieben, weiter bevorzugt
mindestens 80 Sende-/Empfangs-Baueinheiten insgesamt vorliegen. Vom geometrischen Aufbau her ist das Sende-/Empfangsarray einem Facettenauge insofern nachempfunden, als eine Vielzahl von Sendemodulen und
Empfangsmodulen dicht aneinanderliegend nebeneinander angeordnet sind. In einer bevorzugten Ausgestaltung sind die aus den Sendemodulen abgesandten Kurzzeitpulse nicht länger als 1 ns (Nanosekunde), vorzugsweise nicht länger als 100 ps (Picosekunden), weiter vorzugsweise nicht länger als 20 ps
(Picosekunden). Dadurch wird die Auflösung der Messung verbessert.
Weiter vorzugsweise kann ein Empfangszeitfenster vorgegeben werden, innerhalb dessen die Empfangsmodule Strahlung detektieren. Das erfindungsgemäße Verfahren kann in einem bevorzugten Aspekt vorsehen, dass die Empfangsmodule spezifische Frequenzanteile des reflektierten oder gebrochenen Signals
detektieren.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass eine Mehrzahl von Sendemodulen, die in einer festen relativen Positionierung zueinander auf dem Sende-/Empfangsarray angeordnet sind, Verwendung finden und dass die Schritte
- Veranlassen des Sendemoduls zur Aussendung eines Kurzzeitpulses mit hohem spektralen Anteil und
- (Gleichzeitiges) Empfangen von Signalanteilen, die im Inneren des Objekts gebrochen bzw. reflektiert werden, in einem einstellbaren Empfangszeit- Fenster als Empfangsdaten an den mehreren Empfangsmodulen mehrfach mit unterschiedlich ausgewählter Konfiguration jeweils aktueller Sende- und Empfangsmodule durchgeführt werden und
- dass aus sämtlichen gewonnenen Empfangsdaten das Bild des Objekts errechnet wird.
Durch die Variation aktueller Konfigurationen von Sende- und Empfangsmodulen wird die räumliche Auflösung entscheidend gesteigert, gerade dann, wenn von einem 3-dimensionalen Dichteprofil innerhalb des 3-dimensionalen dielektrischen Objekts ausgegangen wird, das sich über die Zeit nicht oder nicht wesentlich verändert. Bevorzugtermaßen detektieren die Empfangsmodule hierbei spezifische Frequenzanteile des reflektierten oder gebrochenen Signals. Dadurch lassen sich die gewünschten Bildinformationen präziser berechnen. In einer weiter bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens werden die
Ansteuerungsvorrichtung, das mindestens eine Sendemodul und die
Empfangsmodule über eine Synchronzeiterzeugungsvorrichtung gemeinsam synchronisiert. Da Signallaufzeiten für die Ortsauflösu ng nach dem vorliegenden Verfahren von entscheidender Bedeutung sind, ist eine gemeinsame Zeitreferenz von entscheidender Bedeutung. Bevorzugtermaßen geschieht dies über eine Synchronzeiterzeugungsvorrichtung, die eine gemeinsame Synchronisierung von Ansteuerungsvorrichtung, Sendemodul und Empfangsmodulen vornimmt.
Um die anfallenden Datenvolumina, insbesondere Steuersignale und
Empfangssignale bzw. Empfangsdaten, zwischen Ansteuerungsvorrichtung und Sendemodulen bzw. Empfangsmodulen kommunizieren zu können, wird bevorzugtermaßen für diese Kommunikation BUS-Technologie eingesetzt.
Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile anhand der Beschreibung in Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigen :
Fig. la eine schematische Darstellung einer Messanordnung für das
Röntgenverfahren nach dem Stand der Technik;
Fig. lb eine schematische Darstellung einer Messanordnung für das
Verfahren nach der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2a eine schematische Vorderansicht eines Sende-/Empfangsarrays gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig . 2b eine schematische Vorderansicht eines Sende-/Empfangsarrays gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 3a eine perspektivische Ansicht einer Sende-/Empfangsbaueinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; Fig. 3b einen Schnitt der Sende-/Empfangsbaueinheit gemäß einem
Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 4 ein schematisches Blockschaltbild der Messanordnung gemäß einem
Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 5 Einen Schnitt eines Sensors mit dem Sende-/Empfangsarray gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 6 eine schematische Darstellung einer Konfiguration aktiver Sende- und Empfangsmodule des Sende-/Empfangsarrays.
Fig. la zeigt die prinzipielle Anordnung einer Röntgenmessung, die
herkömmlicherweise zur ortsaufgelösten Messung der inneren Dichte eines Körpers eingesetzt wird. Von einer Röntgenquelle 101 emittierte
Röntgenstrahlung wird nach Transmission durch ein Messobjekt 102 auf einer Fotoplatte oder einem Sensor 103 detektiert. Dichteänderungen schlagen sich in einer veränderten Transmission nieder.
Im Gegensatz dazu zeigt Fig. lb schematisch die Messanordnung für das
Verfahren im Mikrowellenbereich, das in der vorliegenden Erfindung Anwendung findet. Die Messung erfolgt hier in Reflexion, das heißt, Sender und Empfänger befinden sich auf derselben Seite des Messobjekts.
Fig. 2a zeigt eine Vorderansicht eines Sende-/Empfangsarrays 11 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Sende-/Empfangsarray 11 weist eine flächige Anordnung einer Vielzahl von Sendemodulen 12, 18, 19 und
Empfangsmodulen 13, 14, 15 auf. Die Sende- und Empfangsmodule sind jeweils paarweise auf drei hexagonalen Baueinheiten vorgesehen, die feste
Positionierungen zueinander aufweisen. In jedem Hexagon auf dem Sende- /Empfangsarray 11 sind ein Sendemodul 12 und ein Empfangsmodul angeordnet. Jedes Hexagon bildet somit eine Sende-/Empfangsbaueinheit 21. Fig. 2b zeigt eine Vorderansicht eines Sende-/Empfangsarrays 11 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Hier sind insgesamt sieben Sende- /Empfangsbaueinheiten 21 vorgesehen, die auf einem hexagonalen Raster ähnlich einem Facettenauge angeordnet sind und wiederum feste Positionierungen aller Elemente zueinander aufweisen.
Fig. 3a zeigt eine perspektivische Ansicht einer solchen Sende- /Empfangsbaueinheit 21. Das Sendemodul 12 und das Empfangsmodul 13 weisen Antennenelemente auf, die als Rundhohlleiter 27 in Form von metallischen Röhrchen gebildet sind. Die Rundhohlleiter 27 sind auf einem Basis-Modul 25 befestigt, das durch eine hexagonale Platine gebildet ist. In Fig. 3b ist ein Schnitt der Sende-/Empfangsbaueinheit 21 gezeigt. Die Abschlussflächen auf dem Basis- Modul 25 sind metallisch beschichtet, so dass die Rundhohlleiter 27 zusammen mit dem Basis-Modul 25 einen einseitig geschlossenen Hohlleiter bilden. Beide Rundhohlleiter 27 besitzen in ihrem Inneren einen (nicht gezeigten) Mikrowellenbzw. Millimeterwellenstrahler, der die entsprechende Strahlung emittiert bzw. absorbiert. Die Rundhohlleiter 27 bewirken eine Richtwirkung der Sende- und Empfangsmodule senkrecht zur Arrayebene. Außerdem werden durch die
Rundhohlleiter 27 benachbarte Sende- und Empfangselemente gegeneinander abgeschirmt. Die maximal mögliche Sendeleistung ist durch Überkopplungen zwischen benachbarten Sende- und Empfangsmodulen begrenzt, weswegen diese Überkopplungen so weit wie möglich begrenzt werden müssen. Aufgrund der Abschirmungswirkung der Rundhohlleiter 27 können die Abstände zwischen Sende- und Empfangsmodulen, und somit das Sende-/Empfangsarray 11, klein gehalten werden.
Auf der Platine des Basis-Moduls 25 ist die Sende- und Empfangselektronik 22, 23 für die Sende- und Empfangsmodule 12, 13 untergebracht. Diese umfasst neben Elektronik zur Aufbereitung der Betriebs- und Arbeitsfrequenzen auch die
Auswerteelektronik. Alle elektronischen Bauteile, die zum Betrieb der Sende- und Empfangsmodule 12, 13 benötigt werden, sowie Auswerteelektronik sind in der Sende-/Empfangsbaueinheit 21 integriert. So ist eine autarke und kompakte Einheit gebildet, die sich aufgrund der hexagonalen Struktur zu dem dichten und regelmäßigen Sende-/Empfangsarray 11 aus Fig . 2 anordnen lassen. Da jede Sende-/Empfangsbaueinheit 21 identisch aufgebaut ist, können sie in großer Stückzahl hergestellt werden. Auch der Austausch einzelner Sende- /Empfangsbaueinheiten 21 ist somit einfach möglich.
In Fig. 4 ist ein schematisches Blockschaltbild der Messanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Eine Vielzahl von Sende-/Empfangs- baueinheiten 21, die das Sende-/Empfangsarray 11 bilden, sind mit einer
Leiterplatte 28 verbunden, auf der Elektronik zur Generation von Mikrowellensignalen und Verstärkung sowie Auswertung der empfangenen Signale
untergebracht ist. Diese ist mit einer Steuerplatine 29 verbunden, auf der sich eine Ansteuerungsvorrichtung 16 und eine Synchronzeiterzeugungsvorrichtung 20 befinden, deren Funktionsweise im Folgenden erklärt wird. Die Steuerplatine 29 ist mit einer Recheneinheit 17 verbunden, auf der eine weitere Verarbeitung der Signaldaten möglich ist.
Fig. 5 zeigt einen Schnitt eines Sensors, der das Sende-/Empfangsarray 11 umfasst. Der Sensor hat eine kreisförmige Front mit einem sich verjüngenden Gehäuse, das in einen Schaft ausläuft. Eine Abdeckung 30 bedeckt die
Vorderseite des Sensors. Die Abdeckung 30 ist aus einem Kunststoff gefertigt, der für die verwendeten Mikrowellen transparent ist, beispielsweise aus 1,5 mm starkem TEFLON (oder Keramik oder noch einem anderen Material).
Unter der Abdeckung 30 befindet sich das Sende-/Empfangsarray 11. Im Schnitt sind die Rundhohlleiter 27 der Sende- und Empfangsmodule zu sehen, ebenso wie der zweilagige Aufbau der Sende-/Empfangsbaueinheiten 21.
Hinter dem Sende-/Empfangsarray 11 befindet sich die kreisscheibenförmige Leiterplatte 28, die mit dem Sende-/Empfangsarray 11 verbunden ist. Diese enthält Mikrowellen-Mischstufen, Verstärker und Phasendetektoren, die benötigt werden, um die Mikrowellensignale für die Sendemodule zu erzeugen und die empfangenen Signale zu verstärken und weiter auszuwerten.
Im Schaft des Sensors befindet sich die Steuerplatine 29, die mit der
kreisscheibenförmigen Leiterplatte 28 verbunden ist. Auf der Steuerplatine 29 befinden sich eine Stromversorgung für die gesamte Vorrichtung, die
Ansteuerungsvorrichtung 16, die Synchronzeiterzeugungsvorrichtung 20, sowie Signalverarbeitungselemente, die eine Vorverarbeitung der gewonnen Daten übernehmen, und ein Anschluss für den Sensor an die Rechnereinheit 17 (nicht gezeigt), auf der die vorverarbeiteten Daten weiter verarbeitet werden können. Die Verbindung wird über Ethernet hergestellt. Dazu benötigte Elektronik (nicht gezeigt) ist ebenfalls auf der Steuerplatine 29 angeordnet
Die Ansteuerungsvorrichtung 16 steuert den Bildgebungsprozess. Die
Ansteuerungsvorrichtung 16 kann jedes Sendemodul 12, 18, 19 und jedes Empfangsmodul 13, 14, 15 einzeln ansteuern. Die Kommunikation zwischen den Komponenten erfolgt über einen seriellen Datenbus. Im vorliegenden
Ausführungsbeispiel ist dies der PC-Datenbus (Inter-Integrated-Circuit-Bus). Als Master fungiert hierbei die Ansteuerungsvorrichtung 16, die die abgestimmte Steuerung der am Bildgebungsprozess beteiligten Komponenten steuert.
Die Synchronzeiterzeugungsvorrichtung 20 ist mit der Ansteuerungsvorrichtung 16 und den einzelnen Modulen des Sende-/Empfangsarrays 11 verbunden. Die Ansteuerungsvorrichtung 16 und die Sende- und Empfangsmodule werden über die Synchronzeiterzeugungsvorrichtung 20 getaktet und synchronisiert. Die Synchronzeiterzeugungsvorrichtung 20 erzeugt dazu einen Systemtakt, um eine exakte Phasenmessung in Mikrowellenbändern und eine genaue Synchronisation aller Komponenten zu ermöglichen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Synchronzeiterzeugungsvorrichtung 20 durch ein Quarz mit einer hohen
Frequenzstabilität gebildet.
Im Folgenden wird ein Verfahren zur ortsaufgelösten Vermessung von
Änderungen der Dichte in 3-dimensionalen dielektrischen Objekten unter Verwendung der eben beschriebenen Bilderzeugungsvorrichtung beschrieben.
Fig. 6 zeigt schematisch eine Messkonfiguration des Sende-/Empfangsarrays 11 zur Erfassung eines Bildes. In der gezeigten Konfiguration sind vier Sende- /Empfangseinheiten aktiviert. Die oberste Sende-/Empfangsbaueinheit 21a ist in dieser Konfiguration als Sendeeinheit gesetzt. Das zugehörige Sendemodul 12a wird von der Ansteuerungsvorrichtung 16 angesteuert, kurze Mikrowellenpulse auszusenden. Das zugehörige Empfangsmodul 13a ist ebenfalls aktiviert. Die übrigen drei aktiven Sende-/Empfangsbaueinheiten 21b sind als Empfänger gesetzt, hier sind also lediglich die Empfangsmodule aktiviert.
Das Sendemodul 12a sendet einen Mikrowellenpuls im Mikrowellen- und/oder Millimeterwellenbereich, vorzugsweise im Bereich von 1 bis 300 GHz, mit einer Dauer im Pikosekundenbereich aus, der damit über eine entsprechend hohe spektrale Breite verfügt. Der Mikrowellenpuls dringt in einen zu untersuchenden dielektrischen Körper ein und wird an Grenzflächen zwischen Bereichen
unterschiedlicher Dichte gebrochen und reflektiert. Je nach Zusammensetzung und Beschaffenheit der örtlichen Änderung der Dichte in dem untersuchten Körper ändert sich außerdem die spektrale Zusammensetzung der
Mikrowellenpuls-Echos.
Die reflektierte Strahlung wird von den aktiven Empfangsmodulen detektiert. Die Detektion erfolgt nicht kontinuierlich, vielmehr werden die Empfangsmodule nur in einem definierten Zeitfenster aktiviert. Durch den festgelegten zeitlichen Abstand zwischen Aussendung des Mikrowellenpulses und des Detektion- Zeitfensters werden nur Signale mit einer bestimmten Laufzeit detektiert. Durch den von der Synchronzeiterzeugungsvorrichtung 20 vorgegebenen Systemtakt ist eine hohe Genauigkeit dieser Laufzeitmessung sichergestellt.
Die Signallaufzeit wird in eine Signallaufstrecke umgerechnet. Da die gegenseitige Lage der Sende- und Empfangsmodule auf dem Sende-/Empfangsarray 11 bekannt sind, können so Ortsinformationen über die Dichteverteilungen in dem untersuchten Körper gewonnen werden. Die detektierte Strahlung wird
hinsichtlich Phase, Intensität bzw. Betrag und spektraler Anteile in den Sende- /Empfangsbaueinheiten 21 ausgewertet und an die Recheneinheit 17 übertragen. Hier wird dann aus allen übertragenen Informationen ein dreidimensionales Bild des vermessenen Körpers berechnet.
Es versteht sich, dass eine Messung nicht ausreichend sein mag, ein vollständiges 3-D Bild von komplexen Messobjekten zu errechnen. Es können daher mehrfache Messungen durchgeführt und gemeinsam ausgewertet werden. Die dabei jeweils verwendeten Konfigurationen des Sende-/Empfangsarrays 11 unterliegen keinen besonderen Beschränkungen und können der konkreten Situation entsprechend gewählt werden. Wie dargestellt, arbeiten alle Sende-/Empfangsbaueinheiten 21 synchronisiert und verfügen über eine eigene Intelligenz, um aus dem
empfangenen Signal ein Spektrum aus Phasen und Beträgen gegen das
Synchronisationssignal zu messen. Durch die Vorverarbeitung der Empfangsdaten in dem Sensor wird die abschließende Bildberechnung in der Recheneinheit vereinfacht. Bei der Bildberechnung werden stoffspezifische frequenzabhängige Parameter wie die Permittivität/dielektrische Funktion, Brechungsindex oder Absorption verwendet, um eine präzise ortsaufgelöste Dichteverteilung bestimmen zu können.
Bezugszeichenliste
11 Sende-/Empfangsarray
12, 18, 19 Sendemodul
13, 14, 15 Empfangsmodul
16 Ansteuerungsvorrichtung
17 Rechnereinheit
20 Synchronzeiterzeugungsvorrichtung
21 Sende-/Empfangsbaueinheit
22 Sendeelektronik
23 Empfangselektronik
25 Basis-Modul
26, 27 Rundhohlleiter 28 runde Leiterplatte
29 Steuerplatine
30 Abdeckung
101 Röntgenquelle
102 Messobjekt
103 Fotoplatte/Sensor

Claims

Ansprüche
Bilderzeugungsvorrichtung zur ortsauflösenden Vermessung von
Änderungen der Dichte in 3-dimensionalen dielektrischen Objekten, wie Kunststoffen, Lebensmitteln, Organismen, etc.,
umfassend ein Sende-/Empfangsarray (11), auf dem mindestens ein Sendemodul (12), das im Mikrowellen- und/oder Millimeterwellenbereich sowie eine Mehrzahl von Empfangsmodulen (13, 14, 15), die im
Mikrowellen- und/oder Millimeterwellenbereich empfangen, in einer festen relativen Positionierung zueinander angeordnet sind,
wobei weiterhin eine Ansteuerungsvorrichtung (16) vorgesehen ist, die das mindestens eine Sendemodul (12) und die Mehrzahl von
Empfangsmodulen (13, 14, 15) einzeln adressieren kann,
wobei das Sendemodul (12) durch die Ansteuerungsvorrichtung (16) zur Aussendung eines Kurzzeitpulses mit hohem spektralen Anteil angesteuert wird, wobei der Kurzzeitpuls mit hohem spektralen Anteil in den dielektrischen Körper eindringt und in dessen Inneren an Orten
unterschiedlicher Dichte reflektiert bzw. gebrochen wird,
wobei die Empfangsmodule (13, 14, 15) zur Erfassung der reflektierten und/oder gebrochenen Signale ausgebildet sind und Phase, Betrag und/oder spezifische Frequenzanteile des reflektierten Signals jeweils an dem dem Empfangsmodul (13, 14, 15) zugeordneten Ort relativ zum Sendemodul (12) als Empfangsdaten detektieren
und wobei eine Rechnereinheit (17) vorgesehen ist, die aus den gewonnenen Empfangsdaten der Mehrzahl von Empfangsmodulen (13, 14, 15) ein Bild des zu vermessenden 3-dimensionalen dielektrischen Objekts errechnet.
Bilderzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
auf dem Sende-/Empfangsarray (11) eine Mehrzahl von Sendemodulen
(12, 18, 19) in fester Positionierung zueinander vorgesehen sind, die von der Ansteuerungsvorrichtung (16) jeweils einzeln angesteuert werden können.
3. Bilderzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u rc h g e ke n n ze i ch n et, dass
die Ansteuerungsvorrichtung (16) mit dem einen oder mehreren
Sendemodulen (12, 18, 19) und den Empfangsmodulen (13, 14, 15) über BUS-Technologie kommunizieren.
4. Bilderzeugungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
d a d u rc h g e ke n n ze i ch n et, dass
aus der Mehrzahl von Sendemodulen (12, 18, 19) und Empfangsmodulen (13, 14, 15) eine aktuelle Konfiguration aktiver Sende- und
Empfangsmodule durch die Ansteuerungsvorrichtung (16) frei wählbar und vorzugsweise auch in zeitlicher Abfolge mehrere unterschiedliche Konfigurationen auswählbar sind.
5. Bilderzeugungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
d a d u rc h g e ke n n ze i ch n et, dass
eine Synchronzeiterzeugungsvorrichtung (20) vorgesehen ist, die mit der Ansteuerungsvorrichtung (16) und dem mindestens einen Sendemodul (12, 18, 19) und der Mehrzahl von Empfangsmodulen (13, 14, 15) in Wirkverbindung steht.
6. Bilderzeugungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
d a d u rc h g e ke n n ze i ch n et, dass
Lageinformationen mit Methoden der Trigonometrie aus Signallaufzeiten errechnet werden.
7. Bilderzeugungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
d a d u rc h g e ke n n ze i ch n et, dass
auf dem Sende-/Empfangsarray (11) jeweils ein Sendemodul (12) und mindestens ein Empfangsmodul (13) zu einer gemeinsamen Sende- /Empfangs-Baueinheit (21) zusammengefasst sind.
8. Bilderzeugungsvorrichtung nach Anspruch 7,
d a d u rc h g e ke n n ze i ch n et, dass
die gemeinsamen Sende-/Empfangs-Baueinheiten (21) jeweils über eine eigene Sendeelektronik (22) und/oder eine eigene Empfangselektronik (23) verfügen.
9. Bilderzeugungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8,
d a d u rc h g e ke n n ze i ch n et, dass
die das Sende-/Empfangsarray (11) ausbildenden Sende-/Empfangs- Baueinheiten (21) in reihenförmiger Anordnung dicht aneinander liegen und mindestens in einer Erstreckung eine Reihe, weiter bevorzugt drei Reihen, noch weiter bevorzugt fünf Reihen, noch weiter bevorzugt 7 Reihen, vorzugsweise mindestens 10 Reihen benachbart nebeneinander angeordnet sind und weiter vorzugsweise mindestens zwei, weiter bevorzugt mindestens drei, weiter bevorzugt mindestens sieben, weiter bevorzugt mindestens 80 Sende-/Empfangs-Baueinheiten (21) vorliegen.
10. Bilderzeugungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
d a d u rc h g e ke n n ze i ch n et, dass
der Kurzzeitpuls nicht länger als 1 ns, vorzugsweise nicht länger als 100 ps, weiter vorzugsweise nicht länger als 20 ps, ist und ein
Empfangszeitfenster vorgebbar ist, innerhalb dessen die Empfangsmodule (13, 14, 15) Strahlung detektieren.
11. Verfahren zur ortsauflösenden Vermessung von Änderungen der Dichte in 3-dimensionalen dielektrischen Objekten, wie Kunststoffen,
Lebensmitteln, Organismen, etc.,
wobei durch das Verfahren ein Bild des zu vermessenden Objekts erzeugt wird, unter Verwendung eines Sende-/Empfangsarrays (11), auf dem mindestens ein Sendemodul (12), das im Mikrowellen- und/oder
Millimeterwellenbereich arbeitet, sowie eine Mehrzahl von
Empfangsmodulen (13, 14, 15), die im Mikrowellen- und/oder
Millimeterwellenbereich empfangen, in einer festen relativen Positionierung zueinander angeordnet sind,
umfassend die folgenden Schritte:
- Veranlassen des Sendemoduls (12) zur Aussendung eines
Kurzzeitpulses mit hohem spektralen Anteil,
- Empfangen von Signalanteilen, die im Inneren des Objekts gebrochen oder reflektiert wurden, in einem einstellbaren Empfangszeitfenster als Empfangsdaten an den mehreren in fester relativer Positionierung zueinander angeordneten Empfangsmodulen (13, 14, 15), und
- Errechnen eines Bildes aus den gewonnenen Empfangsdaten.
12. Verfahren nach Anspruch 11,
d a d u rc h g e ke n n ze i ch n et, dass
die Empfangsmodule (13, 14, 15) Phase, Betrag und/oder spezifische
Frequenzanteile des reflektierten oder gebrochenen Signals detektieren.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12,
d a d u rc h g e ke n n ze i ch n et, dass
eine Mehrzahl von Sendemodulen (12, 18, 19), die in einer festen relativen Positionierung zueinander auf dem Sende-/Empfangsarray (11) angeordnet sind, Verwendung finden und dass die Schritte
- Veranlassen des Sendemoduls (12, 18, 19) zur Aussendung eines Kurzzeitpulses mit hohem spektralem Anteil und
- Empfangen von Signalanteilen, die im Inneren des Objekts gebrochen bzw. reflektiert werden, in einem einstellbaren Empfangszeit-Fenster als Empfangsdaten an den mehreren Empfangsmodulen (13, 14, 15) mehrfach mit unterschiedlich ausgewählter Konfiguration jeweils aktueller Sende- und Empfangsmodule durchgeführt werden und
- das aus sämtlichen gewonnenen Empfangsdaten das Bild des Objekts errechnet wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13,
d a d u rc h g e ke n n ze i ch n et, dass
die Ansteuerungsvorrichtung (16), das mindestens eine Sendemodul (12, 18, 19) und die Empfangsmodule (13, 14, 15) über eine Synchronzeiterzeugungsvorrichtung (20) gemeinsam synchronisiert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14,
d a d u rc h g e ke n n ze i ch n et, dass
das mindestens eine Sendemodul (12, 18, 19) und die Empfangsmodule (13, 14, 15) mit der Ansteuerungsvorrichtung (16) über BUS-Technolog miteinander kommunizieren.
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