DD288229A5 - CIRCUIT ARRANGEMENT FOR HUMIDITY MEASUREMENT WITH MICROWAVES - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Feuchtemessung mit Mikrowellen. Die Erfindung beinhaltet eine Schaltungsanordnung zur schichtdicken- und dichteunabhaengigen Feuchtemessung von vorzugsweise Schuettguetern mit Mikrowellen im Durchstrahlungsverfahren. Die im Mikrowellengenerator (1) erzeugten Mikrowellen werden durch ein Entkopplungsglied (2) auf einen Meszzweig und einen Vergleichszweig aufgeteilt. Im Meszzweig liegt zwischen zwei Hornstrahlern (3; 6) ein Meszobjekt * Die empfangene Mikrowellenleistung wird ueber ein T-Glied (7) einem zweiten Detektor (8) zugefuehrt. Im Vergleichszweig sind ein veraenderbares Daempfungsglied * ein Richtkoppler (10) und zwischen zwei Richtungsleitungen (11; 13) eine Viersondenmeszleitung (12) angeordnet und mit dem T-Glied (7) verbunden. Der Steuereingang des veraenderbaren Daempfungsgliedes (12) ist ueber einen ersten Differenzverstaerker (14) und einen ersten Detektor (15) mit dem Richtkoppler (10) und der andere Eingang des ersten Differenzverstaerkers (14) mit dem zweiten Detektor (8) verbunden. Die Sonden der Viersondenmeszleitung sind ueber vier Sondendioden (17; 18; 19; 20) und zwei Differenzverstaerker (16; 21) am Rechner (22) angeschlossen. Der zweite Detektor (8) ist ueber einen logarithmischen Verstaerker (24) ebenfalls am Rechner (22) angeschlossen. Im Rechner (22) wird der Quotient aus Daempfung und Phasenverschiebung gebildet, mit material- und temperaturabhaengigen Werten korrigiert und als Feuchtewert ausgegeben.{Feuchtemessung, dichteunabhaengig, schichtdickenunabhaengig; Mikrowellen; Durchstrahlungsverfahren; Quotient aus Daempfung und Phasenverschiebung; veraenderbares Daempfungsglied; Viersondenmeszleitung; Rechner}The invention relates to a circuit arrangement for moisture measurement with microwaves. The invention includes a circuit arrangement for layer thickness and density-independent moisture measurement of preferably Schuettguetern with microwaves in the transmission method. The microwaves generated in the microwave generator (1) are divided by a decoupling member (2) onto a measuring branch and a comparison branch. In Meszzweig lies between two horns (3; 6) a Meszobjekt * The received microwave power is supplied via a T-member (7) a second detector (8). In the comparison branch, a variable attenuator * is a directional coupler (10) and between two directional lines (11; 13) a four-probe measuring line (12) is arranged and connected to the T-member (7). The control input of the variable attenuator (12) is connected via a first Differenzverstaerker (14) and a first detector (15) with the directional coupler (10) and the other input of the first Differenzverstaerkers (14) to the second detector (8). The probes of the four-probe measuring line are connected to the computer (22) via four probe diodes (17; 18; 19; 20) and two differential amplifiers (16; 21). The second detector (8) is also connected to the computer (22) via a logarithmic amplifier (24). In the computer (22), the quotient of damping and phase shift is formed, corrected with material and temperature-dependent values and output as moisture value. {Moisture measurement, density-independent, layer thickness-independent; microwaves; Radiation methods; Quotient of damping and phase shift; variable attenuator; Viersondenmeszleitung; Calculator}

Description

Hierzu 1 Seite ZeichnungFor this 1 page drawing

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur kontinuierlichen schichtdicken· und dichteunabhängigen Feuchtemessung von vorzugsweise Schüttgütern, beispielsweise zur Betonherstellung, Sand, Nahrungsgütern oder Futterstoffen mittels Mikrowellen nach dem Durchstrahlungsverfahren. Zur Vereinfachung der Messung und zur Erhöhung der Meßgeschwindigkeit enthält die Schaltungsanordnung einen Rechner.The invention relates to a circuit arrangement for the continuous layer thickness and density-independent moisture measurement of preferably bulk solids, for example for the production of concrete, sand, food or feed materials by means of microwaves by the transmission method. To simplify the measurement and to increase the measuring speed, the circuit arrangement includes a computer.

Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art

Zur Feuchtemessung mittels Mikrowellen, deren Ergebnis weitgehend unabhängig von der Dichte, der Schichtdicke und der Oberflächengestalt des zu untersuchenden Gutes ist, ist es bekannt, im Durchstrahlungsverfahre-i Dämpfung und Phasenverschiebung zu messen. Der Quotient aus Dämpfung und Phasenverschiebung bildet dann ein Miß für die Feuchtigkeit des durchstrahlten Gutes (Kraszewski, A. and Kulinski, S.: An improved microwave method of moisture content measurement and control; IEEE Transactions on industrial electronics and control instrumentation; Vol. IECI-23, No.4, Nov. 76, S.364-369). In der beschriebenen Schaltungsanordnung zur Feuchtemessung wird die Energie eines Mikrowellengenerators über einen Modulator und das Meßobjekt einer Dämpfungsmeßeinrichtung zugeführt, die andererseits einen Teil der Energie des Generators über einen Phasenschieber erhält. Die Einstellung des Phasenschiebers erfolgt über eine Phasenmeßainrichtung, die das Signal hinter dem Phasenschieber mit dem Signal hinter dem Meßobjekt vergleicht. Die Ausgangswerte der Dämpfungsmeßeinrichtung, der Phasenmeßeinrichtung und ein von der Temperatur des Meßobjektes abhängiger Wert werden einem Rechner zugeführt, der aus diesen Warten den Meßwert für die Feuchtemessung bildet.For moisture measurement by means of microwaves, the result of which is largely independent of the density, the layer thickness and the surface shape of the material to be examined, it is known to measure the transmittance and attenuation and phase shift. The quotient of attenuation and phase shift then forms a measure of the moisture content of the irradiated material (Kraszewski, A. and Kulinski, S .: An improved microwave method of moisture content measurement and control; IEEE Transactions on industrial electronics and control instrumentation; Vol. IECI -23, No.4, Nov. 76, p.364-369). In the described humidity measuring circuit, the energy of a microwave generator is supplied via a modulator and the measurement object to a damping measuring device, which on the other hand receives a part of the energy of the generator via a phase shifter. The phase shifter is adjusted via a phase measuring device, which compares the signal behind the phase shifter with the signal behind the test object. The output values of the attenuation measuring device, the phase measuring device and a value dependent on the temperature of the object to be measured are fed to a computer which forms the measured value for the moisture measurement from these services.

Nachteilig sind die hohen Aufwendungen zum Bestimmen der materialspezifischen Koeffizienten, mit denen jeder Dämpfungsund Phasenwert im Rechner verknüpft werden muß. Weiterhin ist von Nachteil, daß ein mechanischer Phasenabgleich erfolgen muß, der sehr aufwendig !at und 'iur relativ langsam erfolgen kann.Disadvantages are the high costs for determining the material-specific coefficients with which each attenuation and phase value must be linked in the computer. Furthermore, it is disadvantageous that a mechanical phase adjustment must take place, which can take place with great difficulty and relatively slowly.

Es ist auch eine Schaltungsanordnung zur Feuchtemessung mittels Mikrowellen bekannt, die nach dem Heterodynprinzip arbeitet (Jacobsen; Meyer; Schräge: ,Density independent moisture meter at X-Band"; Tagungsband EuMC Warschau, 1980). Eine dichteunabhängige Bestimmung des Feuchtewertes nach dem Durchstrahlungsverfahren erfolgt durch Quotientenbildung aus der Dämpfung und der Phasenverschiebung analogen Zwischenfrequenzsignalen über einen Rechner. Nachteilig sind der relativ hohe Aufwand, da zwei stabil arbeitende Generatoren erforderlich sind. Weiterhin ist von Nachteil, daß die Dichtekompensation nur für fadenförmige undfeingranulare Stoffe erreicht werden konnte.It is also known a circuit arrangement for measuring moisture by means of microwaves, which operates according to the heterodyne principle (Jacobsen, Meyer, Schräge: "Density-independent moisture meter at X-band", conference volume EuMC Warsaw, 1980) A disadvantage is the relatively high outlay, since two stably operating generators are required, and it is disadvantageous that the density compensation could only be achieved for filamentous and fine granular materials.

Nach der DE-OS 2942971 ist es bekannt, eine dichteunabhängige Feuchtemessung durchzuführen, indem das Meßobjekt in einem Hohlraumresonator angeordnet ist, so daß in Abhängigkeit der Feuchte des Meßobjektes eine Frequenzverstimmung des Resonators infolge der relativ hohen Dielektrizitätskonstante des Wassers erfolgt.According to DE-OS 2942971 it is known to perform a density-independent moisture measurement by the measurement object is arranged in a cavity so that a frequency detuning of the resonator occurs due to the relatively high dielectric constant of the water, depending on the humidity of the DUT.

Nachteilig ist, daß zur Messung der Frequenzverstimmung ein relativ konstanter zweiter Oszillator erforderlich ist und daß wegen des notwendigen Einbringens des Meßobjektes in den Hohlraum nur eine Messung an relativ kleinen Proben vorgenommen werden kann. Weiterhin ist von Nachteil, daß eine kontinuierliche Messung nicht möglich ist.The disadvantage is that a relatively constant second oscillator is required to measure the frequency detuning and that because of the necessary introduction of the test object into the cavity, only one measurement can be made on relatively small samples. Another disadvantage is that a continuous measurement is not possible.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist es, den Aufwand zur schichtdicken- und dichteunabhängigen Feuchtemessung mittels Mikrowellen zu verringern und die Meßgenauigkeit zu verbessern.The aim of the invention is to reduce the effort for layer thickness and density-independent moisture measurement by means of microwaves and to improve the accuracy of measurement.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zur kontinuierlichen schichtdicken- und dichteunabhängigen Feuchtemessung mittels Mikrowellen anzugeben, die eine vollautomatische Ermittlung des Meßwertes gestattet, ohne daß ein mechanischer Abgleich erforderlich ist.The object of the invention is to provide a circuit arrangement for continuous layer thickness and density-independent moisture measurement by means of microwaves, which allows a fully automatic determination of the measured value, without a mechanical adjustment is required.

Erfindungsgemäß ist die Aufgabe, eine Schaltungsanordnung zur schichtdicken· und dichteunabhängigen Feuchtemessung mittels Mikrowellen nach dem Durchstrahlungsverfahren mit einem Mikrowellengenerator, einem Entkopplungsglied, einem T-Glied, *wei Hornstrahlern, einem veränderbaren Dämpfungsglied, einem Richtkoppler, zwei Richtungsleitungen, einer Viersondenmeßleitung, Detektoren, Differenzverstärkern, einem logarithmischen Verstärker und einem Rechner mit Meilwertausgabe anzugeben, dadurch gelöst, daß das Meßobjekt über die beiden Hornstrahler in einem Meßzweig zwischen dem Entkopplungsgited und dem T-Glied angeordnet ist, daß in einem Vergleichszweig zwischen dem L^:ntkopplungsglied und dem T-Glied das Dämpfungsglied, der Richtkoppler, die erste Richtungsleitung, die Viersondenmeßleitung und die zweite Richtungsleitung in dieser Reihenfolge angeordnet sind, daß das T-Glied über den zweiten Detektor und den logarithmischen Verstärker mit dem Regner und weiterhin der zweite Detektor mit einem Eingang des ersten Differenzverstärkers verbunden ist, dessen anderer Eingang über den ersten Detektor an dem Richtkoppler und dessen Ausgang am Stelleingang des veränderbaren Dämpfungsgliedes angeschlossen sind, und daß die Ausgänge der Viersondenmeßleitung über vier Sondendioden und über den zweiten und dritten Differenzverstärker mit dem Rechner verbunden sind.According to the invention, the object is a circuit arrangement for layer thickness and density-independent moisture measurement by means of microwaves by the transmission method with a microwave generator, a decoupling element, a T element white horns, a variable attenuator, a directional coupler, two directional lines, a Viersondenmeßleitung, detectors, differential amplifiers to provide a logarithmic amplifier and a computer with Meilwertausgabe, achieved in that the measurement object is arranged on the two horns in a measuring branch between the decoupling Gited and the T-member, that in a comparison branch between the L ^: ntkopplungsglied and the T-member Damping member, the directional coupler, the first directional line, the four-probe and the second directional line are arranged in this order, that the T-link via the second detector and the logarithmic amplifier with the sprinkler and further the second detector is connected to an input of the first differential amplifier whose other input is connected via the first detector to the directional coupler and whose output at the control input of the variable attenuator, and in that the outputs of the four-probe measuring via four probe diodes and the second and third differential amplifier with the Calculator are connected.

Es ist zweckmäßig, daß die Wirkungsrichtungen der beiden Richtungsleitungen auf die Viersondenmeßleitung gerichtet sind. Es ist zweckmäßig, daß die Sondendioden der Viersondenmeßleitung Schottky-Dioden sind.It is expedient that the directions of action of the two directional lines are directed to the four-probe measuring line. It is expedient that the probe diodes of the four-probe measuring line are Schottky diodes.

Es ist zweckmäßig, daß die erste Sondendiode und die dritte Sondendiode mit dem zweiten Differenzverstärker sowie die zweite Sondendiode und die vierte Sondendiode mit dem dritten Differenzverstärker verbunden sind. Es ist zweckmäßig, daß das veränderbare Dämpfungsglied ein pirvDiodenglied ist.It is expedient that the first probe diode and the third probe diode with the second differential amplifier and the second probe diode and the fourth probe diode are connected to the third differential amplifier. It is appropriate that the variable attenuator is a pirv diode member.

Es ist ferner zweckmäßig, daß im Rechner A-D-Wandler an den vier Eingängen oder daß vor den vier Eingängen des Rechners A-D-Wcndler angeordnet sind, die mit den Ausgängen der zweiten und dritten Differenzverstärker, des logarithmischen Verstärkers und eines Temperaturfühlers mit Verstärkern verbunden sind.It is also appropriate that in the computer A-D converter at the four inputs or that are arranged in front of the four inputs of the computer A-D-Wcndler, which are connected to the outputs of the second and third differential amplifier, the logarithmic amplifier and a temperature sensor with amplifiers.

Es ist schließlich zweckmäßig, daß nach dem Mikrowellengenerator ein Modulator und nach dem zweiten Detektor ein Selektiwerstärker für eine Niederfrequenzspannung angeordnet sind.Finally, it is expedient for a modulator to be arranged downstream of the microwave generator and for a low-frequency voltage downstream of the second detector.

Die im Mikrowellengenerator, beispielsweise einem Gunnoszillator, erzeugten Mikrowellen werden durch das Entkopplungsglied, das ein magisches T-Glied sein kann, nahezu rückwirkungsfrei auf den Meßzweig und den Vergleichszweig aufgeteilt. Das im Meßzweig befindliche Meßobjekt wird von den Mikrowellen durchstrahlt und ändert Betrag (Dämpfung A) und Phase Φ der durchgelassenen Mikrowellen, die über das T-Glied, das auch durch einen Richtkoppler ersetzt werden kann, einerseits ühar die zweite Richtungsleitung der Viersondenmeßleitung und andererseits dem zweiten Detektor zugeführt werden. Durch die Anordnung der Viersondenmeßleitung zwischen zwei Richtungsleitungon, deren Wirkungsrichtungen auf die Viersondenmeßleitung gerichtet sind, erfolgt in der Viersondenmeßleitung der Vergleich der Wellen von Vergleichs- und Meßzweig. In der Viersondenmeßleitung tauchen im Abstand von einem Achtel der Wellenlänge der Mikrowellen vier Sonden in den Hohlleiter, die mit den Sondendioden verbunden sind. Die an den Sondendioden entstehenden Richtspannungen entsprechen somit der Verteilung des elektrischen Feldes im Hohlleiter. Nach Bildung der Differenzen aus den Richtspannungen U1 - U3undU2 - U4in dem zweiten und dem dritten Differenzverstärker ist dieErrechnung des Phasenwinkels Φ im Rechner nach der BeziehungThe microwaves generated in the microwave generator, for example a Gunnoszillator, are divided by the decoupling member, which may be a magic T-member, almost without feedback on the measuring branch and the comparison branch. The measuring object located in the measuring object is irradiated by the microwaves and changes amount (attenuation A) and phase Φ of the transmitted microwaves, which can be replaced by a directional coupler on the one hand ühar the second direction of the four-probe and on the other hand second detector are supplied. Due to the arrangement of the four-probe measuring line between two directional lines whose directions of action are directed towards the four-probe measuring line, the comparison of the waves of the comparison and measuring branch takes place in the four-probe measuring line. Four probes dip into the waveguide at a distance of one-eighth the wavelength of the microwaves in the four-probe measuring line, which probes are connected to the probe diodes. The resulting at the probe diodes rectifying voltages thus correspond to the distribution of the electric field in the waveguide. After forming the differences from the rectifying voltages U1-U3 and U2-U4 in the second and third differential amplifiers, the calculation of the phase angle Φ in the calculator is by the relationship

tan Φ = (U 1 -U3)/(U2-U4) möglich.tan Φ = (U 1 -U 3) / (U 2 -U 4) possible.

Im Vergleichszweig sind zwischen dem Entkopplungsglied und der Viersondenmeßleitung außerdem das veränderbare Dämpfungsglied und der Richtkoppler mit dem ersten Detektor angeordnet. Das Dämpfungsmaß des veränderbaren Dämpfungsgliedes, das insbesondere ein pin-Diodenglied ist, wird durch den ersten Differenzverstärker dann erhöht, sofern sich die Detektorspannung vergrößert und die Eingangssignale dieses Differenzverstärkers nicht mehr übereinstimmen. Somit wird die Dämpfung A durch das Meßobjekt im Meßzweig weitgehend durch das veränderbare Dämpfungsglied im Vergleichszweig nachgebildet. Diese Nachbildung im Vergleichszweig ist insbesondere bei hohen Dämpfungswerton im Meßzweig erforderlich, also bei hohen Feuchtewerten des Meßobjektes, um eine fehlerarme Phasenmessung mit der Viersondenmeßleitung zu ermöglichen. Außerdem gestattet die Messung der Dämpfung A, die durch die Summenbildung der beiden Signale aus Meß- und Vergleichszweig im zweiten Detektor und nach logarithmischer Verstärkung dieses Signals im Rechner erfolgt, in Verbindung mit im Rechner g9speiclierten Funktionen Φ = f(A) oder A = f(<t>) mit der Feuchte als Parameter für die zu untersuchenden Materialien die grobe Zuordnung des Quadranten des Phasenwinkels Φ und die Bestimmung des Faktors η des Phasenwinkels Φ = η · 2π + φ.In the comparison branch between the decoupling member and the Viersondenmeßleitung also the variable attenuator and the directional coupler are arranged with the first detector. The attenuation of the variable attenuator, which is in particular a pin diode element is then increased by the first differential amplifier, if the detector voltage increases and the input signals of this differential amplifier no longer match. Thus, the attenuation A is largely reproduced by the measurement object in the measuring branch by the variable attenuator in the comparison branch. This replica in the comparison branch is necessary in particular at high attenuation values in the measuring branch, ie at high moisture values of the object to be measured, in order to enable a low-error phase measurement with the four-probe measuring line. In addition, the measurement of the attenuation A, which takes place by the summation of the two signals from the measuring and comparison branch in the second detector and after logarithmic amplification of this signal in the computer, in conjunction with computer-fed functions Φ = f (A) or A = f (<t>) with the humidity as a parameter for the materials to be investigated the rough assignment of the quadrant of the phase angle Φ and the determination of the factor η of the phase angle Φ = η · 2π + φ.

Im Rechner wird aus dem Phasenwinkel Φ und der Dämpfung A der Quotient Α/Φ gebildet und nach der Bewertung mit im Rechner gespeicherten Kalibrierkurve;) für die zu untersuchenden Materialien der schichtdicken· und dichteunabhängige Feuchtewert ausgegeben. Durch unterschiedliche Temperaturen des Meßobjektes hervorgerufene Fehler des Feuchtewertes werden im Rechner in Abhängigkeit eines Temperaturwertes durch den Temperaturfühler korrigiert. Werden die Mikrowellen nach dem Mikrowellengenerator moduliert und die Niederfrequenzspannung nach dem zweiten Detektor selektiv verstärkt, werden die Empfindlichkeit der Schaltungsanordnung erhöht und der Meßfehler für die Feuchtewerte verringert.In the computer, the quotient Α / Φ is formed from the phase angle Φ and the attenuation A and, after the evaluation with the calibration curve stored in the computer; for the materials to be examined, the layer thickness and density-independent moisture value is output. Errors of the moisture value caused by different temperatures of the measurement object are corrected in the computer as a function of a temperature value by the temperature sensor. If the microwaves are modulated according to the microwave generator and the low-frequency voltage is selectively amplified after the second detector, the sensitivity of the circuit arrangement is increased and the measuring error for the humidity values is reduced.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung hat den Vorteil, daß die schichtdicken- und dichteunabhängige Feuchtemessung ohne mechanischen Abgleich durchgeführt wird und daß die Meßgenauigkeit verbessert ist.The circuit arrangement according to the invention has the advantage that the layer thickness and density-independent moisture measurement is performed without mechanical adjustment and that the measurement accuracy is improved.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt eine erfindungsgemäßo Schaltungsanordnung zur Feuchtemessung mit Mikrowellen. Die in einem Mikrowellengenerator 1, beispielsweise einem Gunngenerator, erzeugten Mikrowellen werden durch ein Entkopplungsglied 2, beispielsweise ein magisches T-Glied, nahezu rückwirkungsfrei auf einen Meßzweig und einen Vergleichszweig aufgeteilt. Di6 Mikrowellenenergie wird von einem ersten Hornstrahler 3 in Richtung auf ein Meßobjekt 4 abgestrahlt und nach Durchstrahlen des Meßobjektes 4 von einem zweiten Hornstrahler β empfangen. Beim Durchstrahlen des Meßobjektes 4 erfolgt eine Dämpfung A der Mikrowellenenergie sowie eine Phasendrehung Φ.The invention will be explained below with reference to an exemplary embodiment. The accompanying drawing shows an inventive circuit for measuring moisture with microwaves. The microwaves generated in a microwave generator 1, for example a Gunngenerator, are split by a decoupling element 2, for example a magic T-element, almost without any effect on a measuring branch and a comparison branch. Di6 microwave energy is emitted by a first horn 3 in the direction of a test object 4 and received by irradiating the test object 4 by a second horn radiator β. When irradiating the test object 4 there is an attenuation A of the microwave energy and a phase rotation Φ.

Im Vergleichszweig sind hinter dem Entkopplungsglied 2 in dieser Reihenfolge ein veränderbares Dämpfungsglied 9, ein Richtkoppler 10, eine erste Richtungsleitung 11, eine Viersondenmeßleitung 12 und eine zweite Richtungsleitung 13 angeordnet. Die Wirkungsrichtungen der beiden Richtungsleitungen 11; 13 sind auf die Viersondenmeßleitung 12 gerichtet, so daß in der Viersondenmeßleitung der Vergleich der Wellen von Vergleichs- und Meßzweig erfolgt.In the comparison branch behind the decoupling member 2 in this order, a variable attenuator 9, a directional coupler 10, a first directional line 11, a Viersondenmeßleitung 12 and a second directional line 13 are arranged. The directions of action of the two directional lines 11; 13 are directed to the Viernondenmeßleitung 12, so that in the Viersondenmeßleitung the comparison of the waves of comparison and measurement branch takes place.

Das Dämpfungsmaß des veränderbaren Dämpfunpigliedes 9 wird durch einen ersten Differenzverstärker 14 eingestellt, dessen Eingänge an einem ersten Detektor 15, der mit dem Richtkoppler 10 verbunden ist, und einem zweiten Detektor 8, der über ein T-Glied 7 mit dem zweiten Hornstrahler 6 und der zweiten Richtungsleitung 13 verbunden ist, angeschlossen sind. In die Viersondenmeßleitung 12 tauchen im Abstand von einem Achtel der Wellenlänge der Mikrowellen vier Sonden in den Hohlleiter, die mit vier Sondendioden 17; 18; 19; 20 verbunden sind. Die erste 17 und dritte 18 der Sondendioden sind an den Eingängen eines zweiten Differenzverstärkers 16 und die zweite 19 und vierte 20 der Sondendioden sind an den Eingängen eines dritten Differenzverstärkers 21 angeschlossen. Die Ausgänge des zweiten und des dritten Differenzversterkers 16; 21 sind mit Eingängen eines Rechners 22 verbunden, der weiterhin über einen logarithmischen Verstärker 24 mit dem zweiten Detektor 8 und über einen Verstärker 5' mit einem am Meßobjekt 4 angeordneten Temperaturfühler 5 verbunden ist. Weiterhin ist der Rechner 22 mit einer Meßwertausgabe 23 verbunden.The attenuation of the variable Dämpfunpigliedes 9 is set by a first differential amplifier 14 whose inputs to a first detector 15 which is connected to the directional coupler 10, and a second detector 8, via a T-member 7 with the second horn 6 and the second direction line 13 is connected, are connected. In the Viersondenmeßleitung 12 immerse at a distance of one-eighth of the wavelength of the microwave four probes in the waveguide, with four probe diodes 17; 18; 19; 20 are connected. The first 17 and third 18 of the probe diodes are connected to the inputs of a second differential amplifier 16 and the second 19 and fourth 20 of the probe diodes are connected to the inputs of a third differential amplifier 21. The outputs of the second and third Differenzversterkers 16; 21 are connected to inputs of a computer 22, which is further connected via a logarithmic amplifier 24 to the second detector 8 and via an amplifier 5 'with a temperature sensor 5 arranged on the test object 4. Furthermore, the computer 22 is connected to a measured value output 23.

Da der Rechner 22 keine analogen Signale verarbeiten kann, sind entweder im Rechner 22 an den vier Eingängen oder vor den vier Eingängen des Rechners 22 A-D-Wandler angeordnet (in dor Zeichnung nicht dargestellt), um die analogen Eingangssignale in entsprechende digitale Signale umzuwandeln. Es kann auch ein A-D-Wandler ausreichen, der nacheinander mit den vier analogen Eingangssignalen eingangsseitig und ebenso ausgangsseitig mit den vier Eingängen des Rechners 22 verbunden wird. Im Rechner 22 wird aus den Richtspannungen der vier Sondendioden 17; 18; 19; 20 und Bilden der Differenzen aus den Richtspannungen U1 - U3undU2 - U4 in dem zweiten und dem dritten Differenzverstärker 16; 17 der Phasenwinkel Φ nach der BeziehungSince the computer 22 can not process analog signals, 22 A-D converters are arranged either in the computer 22 at the four inputs or in front of the four inputs of the computer (not shown in dor drawing) to convert the analog input signals into corresponding digital signals. It may also be sufficient for an A-D converter, which is successively connected to the four analog input signals on the input side and also on the output side to the four inputs of the computer 22. In the computer 22 is from the directing voltages of the four probe diodes 17; 18; 19; 20 and forming the differences of the direct voltages U1 - U3 and U2 - U4 in the second and third differential amplifiers 16; 17 the phase angle Φ according to the relationship

ΐ8ηΦ=(υΐ -U3)/(U2-U4)ΐ8ηΦ = (υΐ -U3) / (U2-U4)

errechnet. Weiterhin erfolgen im Rechner 22 nach Summenbildung der beiden Signale aus dem Meß- und Vergleichszweig im zweiten Detektor 8 und logarithmischer Verstärkung dieses Signals im logarithmischen Verstärker 24 die Bestimmung des Dämpfungswertes A und die Bildung des Quotienten Q aus dem Dämpfungswert A und Phasenwinkel Φ nach der Beziehung Q = Α/Φ. In Verbindung mit im Rechner 22 gespeicherten Funktionen Φ = f(A) oder A = ΚΦ) mit der Feuchte als Parameter für die zu untersuchenden Materialien wird der schichtdicken- und dichteunabhängige Feuchtewert errechnet und von der Meßwertausgabe 23 ausgegeben. Die durch unterschiedliche Temperaturen des Meßobjektes 4 hervorgerufenen Fehler des Feuchtewertes werden im Rechner 22 in Abhängigkeit von der mit dem Temperaturfühler 5 in Verbindung mit dem Verstärker 5' ermittelten Temperaturwerte korrigiert, so daß ein nahezu temperaturunabhängiger Feuchtewert von der Meßwertausgabe 23 ausgegeben wird.calculated. Furthermore, in the computer 22, after summation of the two signals from the measuring and comparison branch in the second detector 8 and logarithmic amplification of this signal in the logarithmic amplifier 24, the determination of the attenuation value A and the formation of the quotient Q from the attenuation value A and phase angle Φ according to the relationship Q = Α / Φ. In conjunction with functions Φ = f (A) or A = ΚΦ) stored in the computer 22 with the moisture as a parameter for the materials to be investigated, the layer thickness and density-independent moisture value is calculated and output from the measured value output 23. The errors of the moisture value caused by different temperatures of the measurement object 4 are corrected in the computer 22 as a function of the temperature values determined with the temperature sensor 5 in conjunction with the amplifier 5 ', so that an almost temperature-independent humidity value is output from the measured value output 23.

Werden die Mikrowellen nach dem Mikrowellengenerator 1 moduliert und die Niederfrequenzspannung nach dem zweiten Detektor 8 selektiv verstärkt, werden die Empfindlichkeit der Schaltungsanordnung erhöht und dei Meßfehler für die Feuchtewerte verringert.If the microwaves are modulated after the microwave generator 1 and the low-frequency voltage is selectively amplified after the second detector 8, the sensitivity of the circuit arrangement is increased and the measurement error for the humidity values is reduced.

Claims (7)

1. Schaltungsanordnung zur schichtdicken- und dichteunabhängigen Feuchtemessung mittels Mikrowellen nach dem Durchstrahlungsverfahren mit einem Mikrowellengenerator, einem Entkopplungsglied, einem T-Glied, zwei Hornstrahlern, einem veränderbaren Dämpfungsglied, einem Richtkoppler, zwei Richtungsleitungen, einer Viersondenmeßleitung, Detektoren, Differenzverstärkern, einem logarithmischen Verstärker und einem Rechner mit Meßwertausgabe, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßobjekt (4) über die beiden Hornstrahler (3; 6) in einem Meßzweig zwischen dem Entkopplungsglied (2) und dem T-Glied (7) angeordnet ist, daß in einem Vergleichszweig zwischen dem Entkopplungsglied (2) und dem T-Glied (7) das Dämpfungsglied (9), derRiohtkoppler (10), die erste Richtungsleitung (11), die Viersondenmeßleitung (12) und die zweite Richtungsleitung (13) in dieser Reihenfolge angeordnet sind, daß das T-Glied (7) über dem zweiten Detektor (8) und dem logarithmischen Verstärker (24) mit dem Rechner (22) und weiterhin der zweite Detektor (8) mit einem Eingang des ersten Differenzverstärkers (14) verbunden ist, dessen anderer Eingang über den ersten Detektor (15) an dem Richtkoppler (10) und desse.i Ausgang am Stelleingang des veränderbaren Dämpfungsgliedes (9) angeschlossen sind, und daß die Ausgänge der Viersondenmeßleitung (12) über vier Sondendioden (17; 18; 19; 20) und über den zweiten und dritten Differenzverstärker (16; 21) mit dem Rechner (22) verbunden sind.1. Circuit arrangement for layer thickness and density-independent moisture measurement by means of microwaves by the transmission method with a microwave generator, a decoupling element, a T-link, two horns, a variable attenuator, a directional coupler, two directional lines, a Viersondenmeßleitung, detectors, differential amplifiers, a logarithmic amplifier and a computer with measured value output, characterized in that the test object (4) via the two horns (3; 6) in a measuring branch between the decoupling member (2) and the T-member (7) is arranged that in a comparison branch between the decoupling member (2) and the T-link (7), the attenuator (9), the radio coupler (10), the first directional line (11), the four-probe measuring line (12) and the second directional line (13) are arranged in this order that the T Member (7) above the second detector (8) and the logarithmic amplifier (24) with the computer he (22) and further the second detector (8) to an input of the first differential amplifier (14) is connected, the other input via the first detector (15) to the directional coupler (10) and desse.i output at the control input of the variable attenuator (9) are connected, and that the outputs of the four-probe measuring line (12) via four probe diodes (17; 18; 19; 20) and via the second and third differential amplifier (16; 21) to the computer (22) are connected. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkungsrichtung der beiden Richtungsleitungen (11; 13) auf die Viersondenmeßleitung (12) gerichtet sind.2. A circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the direction of action of the two directional lines (11; 13) are directed to the Viersondenmeßleitung (12). 3. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sondendioden (17; 18; 19; 20) der Viersondenmeßleitung (12) Schottky-Dioden sind.3. Circuit arrangement according to claims 1 and 2, characterized in that the probe diodes (17; 18; 19; 20) of the four-probe measuring line (12) are Schottky diodes. 4. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Sondendiode (17) und die dritte Sondendiode (18) mit dem zweiten Differenzverstärker (16) sowie die zweite Sondendiode (19) und die vierte Sondendiode (20) mit dem dritten Differenzverstärker (21) verbunden sind.4. The circuit arrangement according to claims 1 to 3, characterized in that the first probe diode (17) and the third probe diode (18) with the second differential amplifier (16) and the second probe diode (19) and the fourth probe diode (20) with the third differential amplifier (21) are connected. 5. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das veränderbare Dämpfungsglied (9) ein pin-Diodenglied ist.5. Circuit arrangement according to claims 1 to 4, characterized in that the variable attenuator (9) is a pin diode element. 6. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Rechner (22) A-D-Wandler an den vier Eingängen oder daß vor den vier Eingängen des Rechners (22) A-D-Wandler angeordnet sind, die mit den Ausgängen der zweiten und dritten Differenzverstärker (16; 21), des logarithmischen Verstärkers (24) und eines Temperaturfühlers (5) mit Verstärker (5') verbunden sind.6. The circuit arrangement according to claims 1 to 5, characterized in that in the computer (22) AD converter at the four inputs or that in front of the four inputs of the computer (22) AD-converter are arranged, with the outputs of the second and third differential amplifier (16; 21), the logarithmic amplifier (24) and a temperature sensor (5) with amplifier (5 ') are connected. 7. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Mikrowellengenerator (1) ein Modulator und nach dem zweiten Detektor (8) ein Selektivverstärker für eine Niederfrequenzspannung angeordnet sind.7. Circuit arrangement according to claims 1 to 6, characterized in that after the microwave generator (1) a modulator and after the second detector (8) are arranged a selective amplifier for a low-frequency voltage.