ISBN 978-3-86853-761-1

978-3-86853-761-1, Reihe Messtechnik

Bianca Will
Permittivitätsmessungen zur ortsaufgelösten Charakterisierung von Wasser-Feststoff-Gemischen auf der Basis kurzer elektromagnetischer Impulse

201 Seiten, Dissertation Ruhr-Universität Bochum (2010), Hardcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Im Rahmen dieser Arbeit wurden verschiedene Messkonzepte zu Charakterisierung einer dielektrischen Verteilung anhand von laufzeitbasierten Messungen basierend auf kurzen elektromagnetischen Impulsen entwickelt. Betrachtungen von Mikrowellenmessverfahren haben gezeigt, dass sich Messungen im Zeitbereich durch ihre geringe Messzeit sowie auch durch die Möglichkeit einer einfachen Systemfehlerkorrektur besonders zur Messung von Permittivitätsverteilungen eignen. Darauf aufbauend wurden drei verschiedene Messkonzepte verfolgt: Reflexionsmessungen, Doppeltransmissionsmessungen und Transmissionsmessungen.

TDR-Systeme liefern unter anderem im Bereich der Füllstandsmesstechnik mit Hilfe von Reflexionsmessungen hochpräzise Messergebnisse. Diese hohe Präzision beruht vor allem darauf, dass die einzige Störstelle entlang der Messstrecke durch die zu detektierende Produktoberfläche gegeben ist. Der Fokus dieser Arbeit beruht hingegen auf der Charakterisierung einer dielektrischen Verteilung entlang der Messstrecke. In diesem Fall ergibt sich durch das zu untersuchende Material eine Vielzahl von unbekannten und nicht vorhersehbaren Störstellen. Eine genauere Betrachtung des auf Reflexionsmessungen basierenden Messkonzeptes hat gezeigt, dass es dadurch zu einer erheblichen Beeinträchtigung der Messgenauigkeit kommt. Somit sind Reflexionsmessungen zur Charakterisierung von Permittivitätsverteilungen entlang der Messstrecke eher ungeeignet.

Die Durchführung von Transmissionsmessungen bietet den Vorteil der zeitlichen Trennung des Nutzsignals von diesen unerwünschten Reflexionen. Dadurch lassen sich wesentlich genauere Messergebnisse erzielen. Allerdings muss hier zur Charakterisierung einer Permittivitätsverteilung ein Obstakel verwendet werden, das wiederum eine Störstelle darstellt. Durch dieses Obstakel werden zum einen Reflexionen verursacht, die zu einer erheblichen Abschwächung der Signalamplitude führen. Zum anderen werden durch dieses Obstakel höhere Moden angeregt, die die Messgenauigkeit beeinträchtigen.

Durch die Betrachtungen dieser beiden Messkonzepte wurde deutlich, dass eine hochpräzise Messung nur mit einer genau bekannten von der Messposition unabhängigen Messstrecke möglich ist. Durch die Entwicklung der hier vorgestellten Transmissionssonden ist es möglich, die hervorragenden Eigenschaften industrieller TDR-Systeme zur Messung einer dielektrischen Verteilung zu nutzen.

Darüber hinaus lässt sich der Durchmesser der Transmissionssonden beliebig skalieren, was eine Vielzahl weiterer Anwendungsgebiete eröffnet.