DE4335681C2 - Anordnung für eine Sende- und/oder Empfangsantenne - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung für eine Sende- und/oder Empfangsanordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Die Erfindung ist insbesondere geeignet zur Untersuchung nichtgasförmiger Medien, z. B. fester Körper, mittels Wellen, z. B. akustischer und/oder elektromagnetischer Wellen.

Dabei werden von einer Sendeanordnung geeignete Wellen, die in dem zu untersuchenden Medium ausbreitungsfähig sind, in das Medium geleitet, dort verändert, z. B. an Störstellen, von einer auf die Wellen abgestimmten Empfangsanordnung empfangen und ausgewertet.

Dabei kann die Sende- und die Empfangsanordnung zu einer Baueinheit zusammengefasst sein. Eine solche Anordnung ist z. B. ein mit Ultraschall arbeitendes Prüfgerät für die Materialuntersuchung. Bei solchen Untersuchungsverfahren ist es besonders wichtig, dass die Sende- und/oder Empfangsanordnung möglichst für die verwendeten Wellen verlustarm an das Medium angekoppelt ist, da ansonsten störende Koppelverluste entstehen.

Aus der DE 32 14 740 C2 ist ein Ultraschall-Abbildungsgerät bekannt, bei dem die Sende- und Empfangsanordnung in einer fluidgefüllten Gehäusekammer aufgenommen ist, welche mit einer flexiblen Membran abgedeckt ist. Das Gerät wird mit seiner Membran auf die zu untersuchenden Stellen aufgesetzt.

Ferner ist aus der DE 31 46 626 A1 eine Vorrichtung zum verletzungsfreien Ein- und Auskoppeln von Stoßwellen in einen Körper bekannt, bei der zwischen der Austrittsstelle fokussierter Stoßwellen und der Einkoppelstelle in den Körper ein mit entgastem Wasser gefülltes, an den Körper formanpassungsfähiges Kissen angeordnet ist.

Eine derartige Koppelung wird schwierig, wenn das Medium und die Sende- und/oder Empfangsanordnung relativ zueinander bewegt werden. Bei Ultraschallprüfgeräten ist es bekannt, zwischen dem Prüfkopf (Sende- und/oder Empfangsanordnung) und dem Medium, z. B. einem festen Körper, eine gallertartige Substanz anzuordnen. Diese verringert Koppelverluste und gestattet in einem beschränkten Umfang die erwähnte Relativbewegung.

Ein solches Untersuchungsverfahren hat zumindest den Nachteil, dass das Medium nach der Untersuchung im allgemeinen von der gallertartigen Substanz gereinigt werden muss.

Alternativ dazu ist es möglich, an sich störende Koppelverluste zuzulassen, diese aber konstant zu halten. Dieses kann z. B. dadurch erfolgen, dass zwischen dem Prüfkopf und dem Medium immer ein Luftspalt von konstanter und möglichst geringer Dicke aufrecht erhalten wird. Ein solches Verfahren erfordert in nachteiliger Weise eine aufwendige Steuer- oder Regeleinheit zur Kontrolle der Dicke des Luftspaltes, z. B. bekannt aus "Daniels, D. j., Gunton D. J. & Scott H. F., Introduction to subsurface radar, IEE Proc., 1988, Band 135, Teil F, Nr. 4, Seiten 278-320".

Die beschriebenen Anordnungen haben insbesondere den Nachteil, dass sie im allgemeinen auf ein bestimmtes Medium, z. B. eines mit einer glatten festen Oberfläche, abgestimmt werden und sind bei anderen Medien, z. B. Sand, unbrauchbar.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Anordnung anzugeben, die für sehr unterschiedliche Medien und/oder Oberflächenzustände in kostengünstiger und zuverlässiger Weise einsetzbar ist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und/oder Weiterbildungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Ein erster Vorteil der Erfindung besteht darin, dass eine Anpassung an eine Vielzahl von Medien und/oder Untersuchungsverfahren möglich ist.

Ein zweiter Vorteil besteht darin, dass Koppelverlust zwischen der Sende- und/oder Empfangsanordnung und dem Medium vermieden werden durch ein Zwischenmedium, das in nahezu allen vorkommenden Anwendungsfällen immer einen guten Formschluss zwischen den zu koppelnden Oberflächen bewirkt.

Ein dritter Vorteil besteht darin, dass bei dem zu untersuchenden Medium allenfalls eine vernachlässigbare Änderung der Oberfläche auftritt, so dass keine Nachbearbeitung erforderlich ist.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf eine schematisch dargestellte Figur näher erläutert.

Die Figur zeigt eine exemplarische Anordnung, die auf eine Vielzahl von Untersuchungsverfahren anwendbar ist. Dabei müssen lediglich die nachfolgend noch näher beschriebenen Bestandteile an das verwendete Untersuchungsverfahren sowie die dort verwendeten Wellen und/oder Medien in einer dem Fachmann geläufigen Weise angepasst werden.

Die Figur zeigt das zu untersuchende Medium 1, z. B. Erdreich, das untersucht werden soll, z. B. bezüglich vorhandener und/oder defekter Versorgungsleitungen, z. B. Kanalisations-, Wasser-, Gas-, Strom- und/oder Nachrichtenübertragungsleitungen.

Weiterhin kann das Medium z. B. eine asphaltierte Strasse sein, deren Schichtaufbau und/oder Untergrund überprüft werden soll. Dieses ist möglich mit Hilfe elektromagnetischer Wellen, die z. B. eine Frequenz aus einem Frequenzbereich von 0,1 GHz bis 10 GHz besitzen. Solche Wellen können z. B. mit Hilfe sogenannter Puls- oder FMCW-Verfahren, die aus der Radartechnik bekannt sind, ausgesandt, empfangen sowie verarbeitet werden. Dazu wird eine Sende und/oder Empfangsanordnung 2, 3 verwendet. Diese besteht z. B. aus der eigentlichen Sende- und/oder Empfangsantenne 2, z. B. einer Dipol-, Horn- oder Spiralantenne, sowie einer mit dieser unmittelbar verbundenen Ansteuer- und/oder Empfangseinheit 3, die in der Radartechnologie auch Frontend genannt wird. Diese Sende- und/oder Empfangsanordnung 2, 3 ist mit einer nichtdargestellten Steuer- und/oder Auswerteeinheit verbunden über Leitungen 4, die als Pfeile dargestellt sind. Zumindest zwischen der Sende- und/oder Empfangsantenne 2 und der Oberfläche des Mediums 1 wird ein flexibles Zwischenmedium 5, z. B. eine Flüssigkeit, angeordnet. Dieses dient der bereits erwähnten verlustarmen Ein- und/oder Auskopplung der Wellen.

Einem Fachmann ist geläufig, das Material des Zwischenmediums, z. B. Wasser oder Öl, entsprechend den verwendeten Wellen auszuwählen, insbesondere bezüglich einer geeigneten Dielektrizitätskonstanten. Das Zwischenmedium 5 ist umgeben von einer Umhüllung 6, die zumindest in dem Bereich, welcher die Oberfläche des Mediums 1 berühren kann, mechanisch hochflexibel ausgebildet ist, wodurch in vorteilhafter Weise ein guter mechanischer Formschluss zwischen dem Medium 1 und dem Zwischenmedium 5 erreicht wird. Dementsprechend ist die Umhüllung 6 zumindest in dem genannten Bereich z. B. als Kunststoff- oder Gummifolie ausgebildet und entsprechend den verwendeten Wellen gewählt, so dass in diesem Bereich allenfalls genau bestimmbare Koppelverluste auftreten. Auf diese Weise können bei im wesentlichen konstanten Koppelverlusten mechanische Toleranzen, z. B. Abstandsänderungen zwischen der Sende- und/oder Empfangsantenne 2 und der Oberfläche des Mediums 1, vernachlässigt werden. Ausserdem schmiegt sich die Umhüllung in dem genannten Bereich an kleinere Unebenheiten der Oberfläche des Mediums 1 an, so dass Fehlmessungen und/oder Fehlauswertungen vermieden werden.

Es ist besonders vorteilhaft, wenn zumindest die Umhüllung 6 drehbar um eine Drehachse 7 ausgeführt ist. Eine solche Konstruktion ist einem Fachmann: insbesondere aus der DE 41 34 122 C1 geläufig, bei der z. B. eine Radaufhängung im Fahrzeugbau mit um sich selbst drehenden Flachpolster-Fahrscheibenrädern beschrieben ist. Dementsprechend ist in der Figur eine solche drehbare Lagerung 8 lediglich schematisch dargestellt. Eine solche drehbare Ausgestaltung der Umhüllung 6 ermöglicht eine zeitlich fortlaufende Abtastung des Mediums 1, die auch als ein Scan-Vorgang bezeichnet wird, ohne dass ein grosser Verschleiss der Umhüllung 6 auftritt.

Vorzugsweise steht die Drehachse 7 nicht genau senkrecht auf der Oberfläche des Mediums 1. Durch einwirkende horizontale Fremdkraft (schiebend, ziehend) sowie durch den Antrieb der Drehachse 7 selbst, erfolgt ein flachdrehender Abwälz-Umlauf der Umhüllung 6 auf dem Medium 1. Der Mitnahme-Effekt des hierdurch stärker druckbelasteten Umhüllungsbereichs ist größer als der Schleifwiderstand des mitschleifenden, geringer belasteten Umhüllungsbereichs.

Eine solche Maßnahme ist einem Fachmann geläufig. Es ist auch möglich, dass zusätzlich die Sende- und/oder Empfangsanordnung 2, 3 drehbar, vorzugsweise um die Drehachse 7, ausgebildet sind. In einem solchen Ausführungsbeispiel müssen in die Leitungen 4 lediglich geeignete Drehkupplungen eingefügt werden.

Für die eingangs erwähnte Untersuchung des Erdbodens und/oder einer Strasse ist insbesondere ein Radarverfahren geeignet, das mit mindestens einer Frequenz aus dem Frequenzbereich von 0,1 GHz bis 10 GHz arbeitet. Dafür ist eine Sende- und/oder Empfangsanordnung 2, 3 geeignet, die parallel zur Oberfläche des Erdbodens (Medium 1) beispielsweise einen Durchmesser von ungefähr 1 m (100 MHz) besitzt. Die Umhüllung 6 hat einen zugehörigen Durchmesser von ungefähr 1,2 m, besteht zumindest im Bereich der Oberfläche des Erdbodens aus einer abriebfesten Kunststoffolie mit einer Dicke einiger weniger Millimeter. Der Abstand der Sende- und/oder Empfangsanordnung 2, 3 von der Oberfläche des Erdbodens (Medium 1) beträgt wenige Zentimeter.

Die Wahl des Zwischenmediums richtet sich nach den dielektrischen Materialeigenschaften des Mediums 1. Es ist ersichtlich, dass eine derartige Anordnung auf einer Vielzahl von Medien, z. B. befestigten und/oder unbefestigten Strassen und/oder Wegen, Sand, Schlamm usw. einsetzbar ist.

Weiterhin ist es möglich, die Sende- und/oder Empfangsanordnung 2, 3 als an sich bekannten Sende- und/oder Empfangssensor, z. B. als Ultraschallsensor, auszubilden. In Abhängigkeit von dem zu untersuchenden Material und/oder der verwendeten Schall- Wellenlänge ist dann lediglich ein geeignetes Zwischenmedium, z. B. Wasser, sowie eine für Schallwellen möglichst durchlässige Umhüllung zu wählen. Eine derartige Anordnung kann z. B. als tragbares Handgerät zur zuverlässigen Ultraschall-Untersuchung schwer zugänglicher sowie unebener Oberflächen ausgebildet werden. Es ist dann ebenfalls ein formschlüssiges Abwälzen der Umhüllung auf der Oberfläche des Mediums möglich.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern sinngemäss auf weitere anwendbar. Beispielsweise kann als Sende- und/oder Empfangsanordnung ein optisch arbeitender Sende- und/oder Empfangskopf, der z. B. im Infrarotbereich arbeitet, gewählt werden.

Claims (9)

1. Anordnung für eine Sende- und/oder Empfangsanordnung für Wellen, die ausbreitungsfähig sind in einem nichtgas­ förmigem Medium, dadurch gekennzeichnet,
daß zumindest die Sende- und/oder Empfangsanord­ nung (2, 3) von einer flexiblen Umhüllung (6) umge­ ben ist,
daß zwischen der Sende- und/oder Empfangsanordnung (2, 3) und der Umhüllung (6) ein flexibles Zwi­ schenmedium (5) vorhanden ist und
daß zumindest die Umhüllung (6) drehbar um eine Drehachse (7) angeordnet ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sende- und/oder Empfangsanordnung (2, 3) zum Senden und/oder Empfangen elektromagnetischer Wellen ausgebildet ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sende- und/oder Empfangsanordnung (2, 3) zum Senden und/oder Empfangen akustischer Wellen ausgebildet ist.

4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das Zwischenmedium (5) in Abhän­ gigkeit von den verwendeten Wellen und/oder dem zu unter­ suchenden Medium (1) gewählt ist derart, daß bei den zu übertragenden Wellen möglichst geringe Koppelverluste ent­ stehen.

5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Umhüllung (6) in Abhängig­ keit von den verwendeten Wellen und/oder dem Medium (1) gewählt ist derart, daß Koppelverluste vermieden werden und daß ein formschlüssiges Anschmiegen an die Oberfläche des Mediums (1) möglich ist.

6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Drehachse (7) nahezu senk­ recht steht auf der Oberfläche des Mediums (1).

7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Drehachse (7) bezüglich der Oberfläche des Mediums (1) geneigt ist derart, daß ein Ab­ wälzen der Umhüllung (6) auf der Oberfläche möglich ist.

8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Sende- und/oder Empfangsan­ ordnung (2, 3), das Zwischenmedium (5) sowie die Umhüllung (6) zum Senden und/oder Empfangen von Radarwellen zur Un­ tersuchung des Erdbodens ausgebildet sind.

9. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß bei der Sende- und/oder Emp­ fangsanordnung (2, 3) zumindest die Sende- und/oder Emp­ fangsantenne (2) gekrümmt ist derart, daß für die verwen­ deten Wellen eine fokussierende Wirkung entsteht.