DE19520035C1 - Verfahren zur berührungslosen Messung der Oberflächenfeuchte von Objekten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur berührungslosen Messung der Oberflächenfeuchte von Objekten gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Das Verfahren findet insbesondere Anwendung in der Bauwirt­ schaft zum Erhalt von Informationen über die Oberflächen­ feuchte sowie zur Erstellung von bauphysikalischen Gutachten, in der Nahrungsgüterwirtschaft, z. B. bei der Lebensmittel­ kontrolle und zur Feuchtebestimmung durch Verpackungsmate­ rialien hindurch, in der Arzneimittelproduktion zur Bestim­ mung der Feuchte von Objekten, welche in Folie eingeschweißt sind, z. B. von Tabletten, in der Klimatechnik bei der Kon­ trolle und Wartung von Klima- und Heizungsanlagen, in der Lager- und Materialgüterwirtschaft zur Beurteilung des Zustandes von Holz- und anderen Baustoffen wie Gips, Kalk, Mörtel, Beton und Ziegel, weiterhin von Schüttgut, Getreide, Papier und dergleichen, in der Agrar- und Forstwirtschaft zur Beurteilung des Vegetations- und Vitalitätszustandes sowie zur Erfassung des Schädlingsbefalls land- und forstwirt­ schaftlicher Kulturen, zur Bereitstellung von Daten für Wachstumsmodelle und Ertragsprognosen, zur Bewässerungs- und Befeuchtungsplanung, zur Bestimmung des optimalen Saat- und Pflanzengutes sowie zur Bestimmung des Trocknungsgrades von Getreiden und ähnlichem.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 37 24 160 A1 ist ein Verfahren zur Prüfung der Wasserdurchlässigkeit von Außen­ wänden, vorrangig aus Mauerwerk, und/oder zur Untersuchung schlechter Raumdurchlüftung bekannt.

Dort wird vorgeschlagen, an der Außenwand eines Objektes, vorrangig raumseits, die Oberflächentemperatur zu bestimmen und zusammen mit den sich aus der Außen- und Raumtemperatur theoretisch ergebenden Werten die Verdunstungskälte oder Kondensationswärme in bzw. an der Wand zu ermitteln, wobei ein erhöhtes Maß an auftretender Verdunstungskälte indirekt auf eine Wasserdurchlässigkeit und ein erhöhtes Maß an Kondensationswärme auf eine schlechte Raumdurchlüftung hinweisen soll.

Dort wird also nach Messung der Außen- und Raumtemperatur mit überschlägig für die Auswahl kalkulierten Wärmeübergangs­ widerständen und einem bekannten k-Wert eine Berechnung der raumseitigen Oberflächentemperatur vorgenommen. Parallel hierzu wird die tatsächliche Oberflächentemperatur gemessen, um dann bei markant erhöhten Temperaturwerten auf Kondensa­ tionswärme zu schließen und bei zu niedrigen Werten eine Wasserdurchlässigkeit mit Verdunstungskälte anzunehmen. Bei dem Verfahren gemäß DE 37 24 160 A1 ist es also notwendig, Wärmeübergangswiderstände zu ermitteln und einen bautechnisch vorgegebenen k-Wert zu kennen, um dann eine stark fehlerbe­ haftete, diesen Werten entsprechende Oberflächentemperatur zu berechnen. Aus einer aufwendigen Messung der tatsächlichen Oberflächentemperatur und dem Vergleich der theoretisch ermittelten und der tatsächlichen Temperatur wird dann auf Kondensationswärme oder Verdunstungskälte, je nach dem erhaltenen Vergleichsergebnis, geschlossen. Die Temperatur­ erfassung erfolgt dabei nur punktuell, die Bestimmung der Oberflächenfeuchte über einen großen Abschnitt mit anschlie­ ßender einfacher Kalibrierung ist nicht bzw. nur mit hohem Aufwand möglich.

Die DE-OS 30 42 866 A1 offenbart ein Verfahren zur meßtech­ nischen Erfassung und Darstellung von kapillar-aufsteigender Feuchtigkeit an porösen Werkstoffen oder Bauwerken. Das dort gezeigte Verfahren basiert darauf, sehr geringe Temperatur­ unterschiede und Thermogradienten an porösen Werkstoffen, wie z. B. den Oberflächen von Mauerwerken bzw. Gebäuden zu bestimmen. Hierfür werden die porösen Werkstoffe bzw. Bau­ werke in vertikaler Richtung und in Intervallabschnitten von ca. 5 bis 50 cm mit auf Temperatur reagierenden Sensoren abgetastet. Die Sensoren sollen eine Auflösung von mindestens 0,2°C besitzen. Die derart aufwendig ermittelten Thermodaten werden dann tabellarisch oder graphisch in Relation zur geo­ metrischen Ausdehnung des untersuchten porösen Werkstoffes aufgetragen, so daß Thermogradienten feststellbar sind.

Störfaktoren z. B. durch Hygroskopie bedingt, sollen dadurch verhindert werden, daß Feuchtigkeit, die durch derartige hygroskopische Effekte verursacht wird und sich quasi als konzentrische Thermo-Äquipotentiallinien darstellt, bei der weiteren meßtechnischen Auswertung unberücksichtigt bleibt.

Um den Aufwand beim Abtasten des Mauerwerkes in mehr oder weniger großen Schritten zum Erhalt der Thermo-Äquipoten­ tiallinien zu verringern, wird vorgeschlagen, ein abbildendes Infrarot-Sensormeßgerät mit einer Temperaturauflösung von ±0,05°C zu verwenden.

Alles in allem greift das in der DE 30 42 866 A1 beschriebene Verfahren auf eine meßtechnische Ermittlung sich ausbildender örtlicher Temperaturunterschiede im zu untersuchenden Mauer­ werk zurück, wobei jedoch das Problem besteht, daß sich Temperaturunterschiede erst sekundär nach bereits vorhandener Feuchte ausbilden. Demnach ist das dort gezeigte Verfahren nur auf bestimmte ohnehin trägheitsbehaftete Anwendungsfälle beschränkt und seine Meßgenauigkeit unzureichend sowie bezüglich des meßtechnischen Aufwandes vor Ort zu kosten­ intensiv.

Aus DE 32 04 146 A1 ist ein Verfahren zur Messung der Zusam­ mensetzung und örtlichen Konzentration von Stoffen an Ober­ flächen bekannt. Dort wird vorgeschlagen, daß die zu unter­ suchende Oberfläche mit elektromagnetischer Strahlung im In­ frarot-Bereich beaufschlagt und die reflektierte Strahlung von einer Infrarot-Kamera abgebildet wird. In dem Falle, wo das einfallende Infrarot-Licht eine Wellenlänge hat, bei der ein bestimmter Stoff an bzw. auf der Meßfläche eine starke Absorption aufweist, wird im Vergleich zu anderen Wellen­ längenbereichen ohne diese spezifische Absorption das reflek­ tierte Licht in seiner Intensität verändert. Diese Intensi­ tätsänderung ist von einem Aufnahmesystem, d. h. der erwähn­ ten Infrarot-Kamera erfaßbar. Auswerteseitig wird auf eine Hell/Dunkelgrenze als Grenzverlauf für aufsteigende Feuchtig­ keit abgestellt, wobei verschiedene Schwärzungen verschie­ denen Feuchtigkeitskonzentrationen entsprechen sollen. Um bei der bekannten Lösung den konkreten Feuchtigkeitsgehalt fest­ zustellen, ist eine gravimetrische Bestimmung durch Zerlegung des Körpers notwendig, wobei im Ergebnis eines derartigen quasi Eichvorganges eine Tabelle erstellbar ist, in der die Feuchtigkeit in Masseprozent dem vorerwähnten Schwärzungsgrad zugeordnet wird. Bei einer Gegenüberstellung des erhaltenen Infrarot-Bildes zu konkreten Feuchteparametern verschiedener Stoffe ist es vorab notwendig eine Vielzahl von unterschied­ lichen Materialien hinsichtlich des Feuchteaufnahmevermögens und der oberflächigen Verteilung aufgenommener Feuchte zu be­ urteilen, was die Auswertung erschwert und zeitlich verzö­ gert.

Bei dem Feuchtigkeitsmeßgerät zum Untersuchen des Feuchtig­ keitsgehaltes einer laufenden Materialbahn gemäß DE 33 36 659 A1 wird Strahlung vorgegebener Wellenlänge über eine Vielzahl von Lichtleitern, die im wesentlichen senkrecht zur Laufrich­ tung der Materialbahn angeordnet sind, übertragen. Ein weite­ rer Satz von Lichtieitern steht mit einer Fotodetektoranordnung in Verbindung und bestimmt den reflek­ tierten und/oder transmittierten Strahlungsanteil. Die Aus­ gangssignale der Fotodetektoranordnung werden mit Hilfe eines Mikroprozessor-Steuersystems ausgewertet. Durch die vorste­ hend beschriebene Einrichtung mittels der in Reihe angeordne­ ten Vielzahl von Lichtleitern kann ein Quer-Feuchtigkeitspro­ fil der sich bewegenden Bahn erfaßt werden. Auswerteseitig ist vorgesehen, daß das Licht aus jedem Lichtleiter zu einem ihm allein zugeordneten Detektorelement gelangt, dessen Aus­ gangssignal jeweils mittels eines Multiplexers auf das er­ wähnte Mikroprozessor-Steuersystem gelangt. Es ist offen­ sichtlich und nachteilig, daß mit dem beschriebenen Feuchtig­ keitsmeßgerät eine unmittelbare, visuelle Darstellung der Feuchteverteilung in Feuchteeinheiten unmöglich ist.

Die GB 20 13 881 A stellt auf das Erfassen eines unterschied­ lichen Absorptionsverhaltens bei vorgegebenen Wellenlängen ab. Dort sendet eine Lichtquelle Strahlungen einer Wellenlän­ ge aus, die zum einen innerhalb der Absorptionsbande und zum anderen außerhalb der Bande der ermittelten Verunreinigung liegt. Durch eine Auswertung der transmittierten Signale mit­ tels einer entsprechenden Empfängerbaugruppe kann dann der Betrag der Verunreinigung bestimmt werden.

Aus der Zeitschrift Elektronik, Heft 3, 1968 Seite E. 38 ist es bekannt, daß Wassermoleküle durch Bestrahlung im Wellen­ längenbereich von 1950 nm zu Eigenschwingungen angeregt wer­ den, wobei die durch die Schwingungsanregung der Strahlung entzogene Energie meßbar ist. Durch eine Vergleichsmessung zweier Spektralbänder, von denen eines im Resonanzbereich (Absorptionsbereich) liegt, kann z. B. eine Feuchtigkeitsmes­ sung durchgeführt werden, ohne daß ein Meßsensor in direkten Kontakt mit dem zu untersuchenden Material gebracht werden muß. Eine bildseitige Auswertung mit flächiger Darstellung von Feuchtemustern ist jedoch nicht beschrieben.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur berüh­ rungslosen Messung der Oberflächenfeuchte mittels eines in­ frarot-empfindlichen Aufnahmesystems anzugeben, bei dem mit geringem Aufwand auch großflächige Objekte untersucht werden können und weiterhin die erhaltenen Meßergebnisse in leicht auswertbarer Form zur. Verfügung stehen.

Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit einem Gegen­ stand gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen umfassen.

Gemäß der Erfindung kann die berührungslose Messung der Oberflächenfeuchte von Objekten auf der Basis eines Filterdifferenzverfahrens durchgeführt werden. Die dann erhaltenen Bilddaten werden in Einheiten der Ober­ flächenfeuchte kalibriert und sind mittels einer an sich bekannten Bildverarbeitungseinrichtung bearbeit- und darstellbar.

Mit dem Bildverarbeitungssystem können also Feuchtevertei­ lungen auf verschiedenen Oberflächen visuell übersichtlich dargestellt werden. Die einmal erfaßten Daten sind digital als Bildmatrizen abspeicherbar und können einem numerischen Vergleich mit bilddatenbankgestützten bekannten Referenz­ mustern unterzogen werden. Hierdurch vereinfacht sich die Auswertung der erhaltenen Informationen insbesondere bei großflächigen Objekten erheblich.

Gemäß einem Grundgedanken können die mit dem erfin­ dungsgemäßen Verfahren erhaltenen kalibrierten Feuchtedaten mit in bekannter Weise erstellten digitalen Thermobildern verbunden werden, um deren Aussagefähigkeit zu erhöhen. Durch die Verwendung eines abbildenden infrarot-empfindlichen Aufnahmesystems gelingt eine flächenhafte Bestimmung der Feuchte auf an sich beliebigen Objektoberflächen, auch hinter einer Folienschicht oder IR-transparenten Medien, mittels indirekter Sondierung. Das verwendete Aufnahmesystem gestattet eine nahezu verzögerungsfreie Messung.

Vorrichtungsseitig wird für die flächenhafte Erfassung der Feuchte ein abbildendes Aufnahmesystem in Form eines Sensors mit einer spektralen Empfindlichkeit in dem Bereich der Absorptions­ bande des Wasserdampfes bei im wesentlichen 1,95 µm eingesetzt. In besonders vorteilhafter Weise wird als Sensor eine Bildaufnahmeröhre, nämlich ein Infrarotvidikon verwendet, welches nach dem Prinzip des inneren Photoeffektes arbeitet.

Zum Erhalt einer ausreichenden Flexibilität der verwendeten Vorrichtung wird ein breitbandiger Impulsstrahler mit Infra­ rotanteil oder ein schmalbandiger, nur im Infrarotbereich emittierender Strahler zum Beleuchten der zu untersuchenden Objekte eingesetzt.

Durch die außerordentlich kurze Ansprechzeit des verwendeten Infrarotvidikons kann unter realen meßtechnischen Bedingungen mit außerordentlich kurzen Belichtungszeiten gearbeitet werden, so daß die Impulsstrahler tatsächlich nur im Impulsbetrieb, d. h. für kurze Zeit aktiviert werden müssen, so daß der Energieaufwand des Meßsystems reduziert ist.

Es liegt im Sinne der Erfindung, das bereits erwähnte Filterdifferenzverfahren dadurch zu realisieren, daß vor dem optischen Eingang des verwendeten Infrarotvidikons sich ein auswechselbares IR-Bandpaßfilter zur wahlweisen spektralen Selektion des reflektierten Lichtanteils im bzw. außerhalb des Bandenzentrums der Infrarot-Absorption des Wasser ange­ ordnet ist. Die Differenz der jeweiligen Reflexlichtanteile enthält die Information über die Feuchteverteilung auf der Oberfläche des zu untersuchenden Objektes.

Erfindungsgemäß erfolgt die Kalibrierung der mittels des Aufnahmesystems erhaltenen Bildmatrizen anhand von Referenz­ objekten durch Zuordnung der mit dem System bestimmten Grauwerte bzw. Grauwertdifferenzen zu Oberflächenfeuchte- Parametern, die einmalig unter Laborbedingungen bestimmt wurden.

Für die Auswertung der Texturmuster wird erfindungsgemäß in ähnlicher Weise verfahren. Es erfolgt demnach ein Musterver­ gleich zwischen Referenzbildern, die unter definierten Versuchsbedingungen aufgenommen wurden, und den aktuellen Grauwertbildern. Die ermittelten, für bestimmte Referenz­ muster generalisierten Feuchteparameter werden in einer Bilddatenbank abgelegt, so daß mittels eines Musterver­ gleiches vor Ort die jeweils aktuelle Aufnahmeszene ana­ lysiert werden kann. Diese Analyse erfolgt mittels Absuchens der in der Bilddatenbank des Systems vorhandenen Informa­ tionen nach vergleichbaren Referenzmustern, deren Feuchte­ bedingungen im einzelnen bekannt sind.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungs­ beispiels sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden. Hierbei zeigen:

Fig. 1 einen prinzipiellen Aufbau der bildaufnahmeseitigen Meßanordnung der Vorrichtung:

Fig. 2 ein Blockschaltbild der Vorrichtung zur Feuchte­ messung und

Fig. 3 den Funktionsverlauf des Absorptionskoeffizienten von Wasser in Abhängigkeit von der Wellenlänge zur Erläuterung der bispektralen Messung.

Die Fig. 1 zeigt das zu untersuchende Objekt 5, beispiels­ weise eine Gebäudemauer, deren Oberflächenfeuchte zu ermit­ teln ist. Ein Infrarotvidikon 1 weist eingangsseitig ein auswechselbares IR-Bandpaßfilter 2 zur wahlweisen spektralen Selektion des reflektierten Lichtanteils im bzw. außerhalb des Bandenzentrums der Infrarot-Absorption des Wassers auf.

Die Differenz der jeweiligen Reflexlichtanteile enthält die gewünschte Information über die Feuchteverteilung auf der Oberfläche des Objektes 5.

Vor dem Filter 2 befindet sich ein optisches System 3. Für die Anpassung an verschiedene Aufnahmebedingungen, z. B. im Nahbereich, Fernbereich, Weitwinkelaufnahme, ist das optische System auswechselbar.

Um dem Nachteil zu begegnen, daß bei einer Feuchtedetektion unter natürlichen Tageslichtbedingungen der Infrarotanteil im Sonnenspektrum unzureichend ist, sind Strahler 4 vorgesehen, mit deren Hilfe eine künstliche Objektbeleuchtung vorgenommen wird. Die Strahler 4 sind beispielsweise leistungsstarke breitbandige Kunstlichtstrahler mit einem hohen IR-Anteil oder schmalbandige IR-Strahler geringer Gesamtleistung.

In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wurden für die Strahler 4 breitbandige Nitraphot 250 oder 500 W-Lampen verwendet.

Das verwendete Infrarotbandpaßfilter liegt im Bereich von 1,94 µm mit Tmax = 51% und Δλ ½ = 30 Nanometer bzw. außerhalb des Bandenzentrums. Das beim Ausführungsbeispiel verwendete Objektiv der Optik 3 besitzt eine Brennweite von 50 mm.

Das Infrarotvidikon 1 ist eine Bildaufnahmeröhre auf der Basis des inneren Photoeffektes.

Bei einem Ausführungsbeispiel wurde ein Infrarotvidikon der Firma Hamamatsu Photonics vom Typ C2400-03 eingesetzt. Dieses Infrarotvidikon reicht hinsichtlich seiner spektralen Empfindlichkeit bis in das nahe Infrarot hinein.

Das Blockschaltbild der Vorrichtung gemäß Fig. 2 zeigt die verwendete Infrarotkamera, welche ein Videoausgangssignal liefert, das auf einen Framegrabber gelangt.

Der Framegrabber dient der Analog/Digitalwandlung des CCIR- Signals des Vidikons. Ausgangsseitig steht der Framegrabber mit einem Musterkomparator auf der Basis eines Fuzzy- Prozessors für multidimensionale Mustererkennung in Verbin­ dung.

Der Musterkomparator wird mit einer Bilddatenbank verbunden, welche Feuchtedaten aufweist, die durch labormäßige Kalibrierung erhalten wurden. Ausgangsseitig des Musterkomparators erfolgt mittels einer Bildverarbeitungs­ einheit eine weitere Bildbearbeitung, z. B. Falschfarben­ darstellung, und Kalibrierung der erhaltenen Meßwerte, so daß sich ein in Feuchteeinheiten kalibriertes Bildprodukt auf einem Monitor anzeigen läßt.

Der Musterkomparator ist in der Lage, unbekannte Muster mit bekannten Mustern zu vergleichen, und kann die Ähnlichkeit von Mustern bzw. ihre Gleichheit im Rahmen vorgebbarer Schwellwerte erkennen und dabei minimal oder maximal unterschiedliche Muster angeben.

Hierfür werden Eingangsdaten, die byteweise dem Musterkom­ parator über einen Bus bereitgestellt werden, mit intern gespeicherten Musterdaten verglichen. Die Muster werden innerhalb des Musterkomparators in Kanälen verwaltet, wobei in jedem Kanal des Prozessors ein Muster abgelegt werden kann. Jeder Kanal läßt sich für die gewünschte Verarbeitung einzeln freigeben oder sperren. Der Prozessor behandelt dabei jedes Muster als eine bitserielle Datenstruktur. Die Anzahl aufeinanderfolgender Bits, die jeweils ein Zeichen bilden, ist von einem bis zu z. B. 8 Bit einstellbar. Während des Vergleiches in z. B. acht Kanälen werden jeweils die Diffe­ renzen zwischen den einlaufenden Zeichen und den Zeichen der Referenzmuster gebildet.

Ist eine Zeichenlänge von 1 Bit eingestellt, handelt es sich bei der Differenz um eine Hamming-Distanz.

Bei allen anderen Zeichenlängen werden die Zeichen als vorzeichenlose Integer-Werte aufgefaßt und es wird eine Linear-Distanz gebildet. Die absoluten Beträge der Distanzen werden in den zu den Kanälen gehörigen Akkumulatoren addiert. Dies erfolgt für alle gespeicherten Muster gleichzeitig.

Bei einem Ausführungsbeispiel des Prozessors bzw. des Musterkomparators benötigt dieser für den Vergleich von z. B. 8 Mustern von jeweils 16 K-Byte Länge eine Zeit von im wesentlichen 16 Millisekunden. Die im Verlauf des Vergleichs­ prozesses ermittelten Werte der Differenzen des Eingangsmusters mit den Referenzmustern sind für eine externe Weiterverarbeitung auslesbar.

Nach abgeschlossenem Vergleich fertigt der Musterkomparator über ein Auswertenetzwerk ein Protokoll an, in dem das Muster mit der größten Ähnlichkeit, nämlich der Minimaldifferenz zum einen oder jenes mit der geringsten Ähnlichkeit, nämlich einer Maximaldifferenz zum Eingangsmuster angegeben wird.

Wie erwähnt, kann zusätzlich für den Vergleich ein Schwell­ wert für die Differenzen, d. h. für die geforderte Ähnlich­ keit, eingestellt werden. Beim Anheben des Schwellwertes vergrößert sich damit die zugelassene Differenz zwischen dem Eingangsmuster und dem Referenzmustern für die Zugehörig­ keitsentscheidung des Eingangsmusters. In einer Ausgestaltung wird die Wahl des Schwellwertes dem Fuzzy-Prozessor über­ lassen. Hierbei wird im Minimum-Mode die maximale Differenz und im Maximum-Mode die minimale Differenz als Anfangs­ schwellwert gesetzt. Während nachfolgender Vergleichsschritte ermittelte höhere bzw. geringere Differenzwerte ersetzen jeweils den bis dahin gültigen Schwellwert.

Zusätzlich kann ein Betrieb des Musterkomparators im soge­ nannten Lernmode erfolgen. Die einzelnen Muster werden dabei nacheinander in den Prozessor geladen, wobei bei vorhandenen Freimusterspeichern der Prozessor selbst ein Muster abspei­ chert, sobald ihm ein bislang unbekanntes Muster angeboten wird.

Fig. 2 zeigt weiterhin die bereits erwähnten Impulsstrahler, die entweder als breitbandige Strahler mit IR-Anteil oder als schmalbandige, nur im IR-Bereich emittierende Strahler aus­ geführt sind.

Die Impulsstrahler und die Infrarotkamera werden von einem Synchronisator derart angesteuert, daß eine Synchronisation des Lichtimpulses mit dem Aktivieren der Infrarotkamera erfolgen kann. Zusätzlich wird mittels des Synchronisators eine mittlere Objektentfernung festgestellt und die erforderliche Beleuchtungsstärke in Abhängigkeit von der Aufnahmeentfernung berechnet.

Vorteilhafterweise können die Impulsstrahler in der Leucht­ stärke durchstimmbar sein, so daß sich in Abhängigkeit von der Aufnahmeentfernung und ggf. auch vom Feuchtegehalt des Meßobjektes eine variable und praktikable Aufnahmegeometrie realisieren läßt.

Für die erwähnte Kalibrierung der Bildmatrizen anhand von Referenzobjekten kommt beispielsweise die Bestimmung der Materialfeuchte mittels gravimetrischer Methoden, der Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit in der Probe, gemessen an der Saugwirkung des Probenwassers zur Bestimmung der Saugspannung mittels Manometers, die Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit der Probe durch Messung der Temperatur­ änderung bei kurzzeitiger elektrischer Aufheizung, die Bestimmung der Elektrizitätskonstante der Probe, multipli­ ziert durch Leitfähigkeit mittels hochfrequentem Wechselstrom oder andere an sich bekannte Verfahren in Betracht.

Unter Bezugnahme auf Fig. 3 sollen die physikalischen Zusammenhänge des Funktionsprinzips des Verfahrens zur berührungslosen Messung der Oberflächenfeuchte von Objekten erläutert werden.

Es ist bekannt, daß die Absorptionsbanden des Wasserdampfes vom UV-Bereich bis in den Langwellenspektralbereich hinein­ reichen.

Beim betrachteten Verfahren sind wesentlich die Absorptions­ banden des Wasserdampfes im nahen Infrarot bei 1,45 und 1,95 µm. Der Funktionsverlauf des Absorptionskoeffizienten von Wasser in Abhängigkeit von der Wellenlänge ist im einzelnen in der erwähnten Fig. 3 dargestellt.

Demnach liegt ein ausgeprägtes Absorptionsmaximum des Wasserdampfes bei 1,45 und 1,95 µm, wobei sich das absolute Maximum bei 1,95 µm befindet.

Ursache für das sehr starke Absorptionsmaximum bei 1,95 µm (entspricht im wesentlichen 5250 cm^-1) ist die Kombinations­ schwingung aus der symmetrischen Valenzschwingung bei 2,74 µm (3655 cm^-1) und der Deformationsschwingung bei 6,27 µm (1595 cm^-1) nach der Beziehung:

3655 cm^-1 + 1595 cm^-1 = 5250 cm^-1.

Dies berücksichtigend kann durch eine bispektrale Messung der Reflexstrahlung bei der Wellenlänge der Kombinations­ schwingung und außerhalb des Bandenzentrums mit anschließen­ der Differenzbildung die Feuchte detektiert werden. Hierfür wird, wie bereits erwähnt, das vom Objekt reflektierte Licht mit zwei verschiedenen Filtern, d. h. im Filterdifferenz­ verfahren gemessen.

Claims (4)

1. Verfahren zur berührungslosen Messung der Oberflächen­ feuchte von Objekten, durch Messung der reflektierten Strahlungsflußdichten im Bereich starker Absorption durch Feuchte, insbesondere Wasserdampf und außerhalb des Absorptionsbandenzentrums mittels eines flächenhaft abbildenden, infrarotempfindlichen Aufnahmesystems und spektraler Differenzbildung, gekennzeichnet durch

• - Vergleich der erhaltenen Werte aus dem Aufnahmesystem und Kalibrierung des erhaltenen Bildes in Feuchteeinheiten, sowie
• - flächenhafte Darstellung der in Feuchteeinheiten kalibrier­ ten Ergebnisse mittels eines Bildverarbeitungssystems, wobei eine nachbarschaftsunabhängige Feuchtekalibrierung der vom Aufnahmesystem erhaltenen Bildpunkte durch die spektrale Dif­ ferenzbildung und/oder Zuordnung von Objekttexturwerten zu Feuchteparametern mittels numerischen Vergleichs zwischen un­ bekannten, durch Feuchteverteilung auf der Objektoberfläche hervorgerufenen Texturen und bilddatenbankgestützten Referenz­ mustern vorgenommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Kombination der flächenhaft erhaltenen Feuchteparameter mit in bekannter Weise bestimmten Thermobilddarstellungen.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet durch Verwendung eines in einem Wellenlängenbereich zwischen im we­ sentlichen 1,4 und 1,96 µm empfindlichen, abbildenden Systems.

4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Aufnahmesystems digitalisiert einem Musterkomparator zugeführt wird, welcher einlaufende Muster byteweise mit gespeicherten Musterdaten bekannter Material­ feuchte einer Datenbank vergleicht und ein Protokoll von Dif­ ferenzwerten zur Weiterverarbeitung oder Anzeige absoluter Feuchtewerte ausgibt.