DE4336793A1

DE4336793A1 - Verfahren zur potentialfreien und strahlungsselektiven Übertragung von Sensor- und Aktorsignalen in und aus kontaminierten Räumen

Info

Publication number: DE4336793A1
Application number: DE19934336793
Authority: DE
Inventors: Lutz Dr Ing Habil Rothe; Frank E Dipl Ing Woetzel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-10-28
Filing date: 1993-10-28
Publication date: 1995-05-04

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft Verfahren und Anordnungen zur potentialfreien und strahlungsselektiven Übertragung von Sensor- und Aktorsignalen sowie Meßdaten in und aus radioaktiv und/oder toxisch kontaminierten Räumen, vorzugsweise für die Überwachung von radioaktiv belegten Deponien und Kernreaktoren.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, Verfahren und Komponenten zu entwickeln, die es gestatten, über elektromagnetische Wellen leiterkonfigurationen informationsbehaftete Signale mit hoher spektraler Selektivität, das heißt mit einem Transmissionsfenster lediglich im Spektralbereich der gewählten Datensignale, aus kontaminierten Räumen heraus oder in diese hinein zu übertragen.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Derzeit bekannte Verfahren der Signalübertragung in und aus radioaktiv kontaminierten Räumen beruhen auf der Übertragung mittels optischer Wellenleiter.

Da die Grenzschichten der optischen Wellenleiter bereits die Reflexionsbedingung auftretender bzw. in den Übertragungskanal eintretender Kernstrahlungskomponenten erfüllen, ist eine Nutz signalübertragung zwangsweise mit der Ableitung von Kernstrahlungsanteilen in den Außenraum des kontaminierten Objekts verbunden.

Konventionelle Techniken der Signalübertragung mittels potentialgebundener Übertragungssysteme erfüllen in gleicher Weise nicht die Absorptionsbedingung gegenüber den zu sperrenden Kernstrahlungskomponenten. Für chemisch kontaminierte Räume ist des weiteren eine potentialgebundene Signalführung auszuschließen.

Verfahren auf der Grundlage gegenläufiger Transmissionsspektren bezüglich der Strahlungstransparenz bzw. -nichttransparenz sind nicht bekannt.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Verfahren und Kompo nenten zu entwickeln, die eine Übertragung informations- oder datenbehafteter Signale über elektromagnetische Wellenleiterkonfigurationen der Eigenschaft hoher und definierbarer spektraler Selektivität, das heißt mit einem Transmissionsfenster ausschließlich im Spektralband der gewählten Datensignale, in und aus kontaminierten Räumen zu ermöglichen.

Des weiteren liegt damit der Erfindung die Aufgabe zugrunde, Verfahren zu entwickeln, die eine eindeutige Abbildung spezifischer Zustandswerte der jeweiligen Objekträume auf den ortsabhängigen Wellenüberlagerungszustand des Wellenleitersystems gestatten.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein dielektrischer Wellenleiter anwendungsbedingter geometrischer Wellenleiterlänge aus einem niederdielektrischen Material entsprechender stofflicher Komposition mit einem minimalen resultierenden dielektrischen Verlustwinkel bezogen auf den Spektralbereich des Transmissionssignals konfiguriert wird.

Hierbei wird der dielektrische Wellenleiter entsprechender spektralbezogener elektrischer Eigenschaften mit einer kreisförmigen Querschnittsebene ausgebildet.

Erfindungsgemäß wird im weiteren der dielektrische Wellenleiter kreisringförmig segmentiert mit einem hochleitfähigen Material, vorzugsweise Kupfer oder Silber, nach einer vom Spektralband des gewählten Sensorsignalformats abhängigen und definierbaren geometrischen Verteilungsfunktion mittels Sputterverfahren beschichtet. Das derart beschichtete dielektrische Wellenleitersystem wird zusätzlich ein- und ausgangsseitig über den Wellenleiterquerschnittsflächen mit einem hochleitfähigen Material, vorzugsweise wiederum Kupfer oder Silber, in der Form beschichtet, daß eine galvanische Verbindung zur erstgenannten kreisförmig segmentierten Umfangsflächenbeschichtung ausgeschlossen wird.

Das hochleitfähig beschichtete Wellenleitersystem wird auf der Basis eines Zweitbeschichtungsschrittes geschlossen entlang sowohl der Umfangsfläche als auch der ein- und ausgangsseitigen Querschnittsflächen mit einem Material der Eigenschaft maximaler Kernquerschnitte der zugeordneten Stoffatome des gewählten Schichtstoffes mittels Bedampfungs- oder Hochratesputterverfahren belegt.

Das erfindungsgemäße Verfahren basiert weiterhin auf der Kopplung der Eingangsschnittstelle des überlagert beschichteten Wellenleitersystems mit einem schmalbandigen vektoriellen Netzwerkanalysesystem der Eigenschaft, die zweifache Ausgangssignalamplitude bezüglich des Transmissionsfaktors zu generieren.

Der Ausgangsschnittstelle des Wellenleitersystems wird die Erfassung der Amplituden- und Phasenspektren sowie des Polarisationszustandes ausgangsseitig resultierender gegenläufiger Partialwellen zugeordnet. Der Überlagerungszustand der Schnittstellenfelder der Ausgangsschnittstelle des Wellenleitersystems wird bezüglich des zugeordneten banddefinierten sowie -begrenzten Amplituden- und Phasenspektrums definierter Polarisation transformatorisch auf die Eingangsschnittstelle abgebildet. Die Abbildung der Sensorsignale bzw. -daten erfolgt erfindungsgemäß ausschließlich auf den amplituden- und -phasen- sowie polarisationsbezogenen Überlagerungszustand der Schnittstellenfelder der Ausgangsschnittstelle.

Die Transparenz des Übertragungskanals gegenüber dem Spektralbereich der wellengebundenen, vorzugsweise der Wellentypen der Eigenschaft der Intensitätsunabhängigkeit der zugeordneten Longitudinalkomponente über der Wellenleiterumfangsebene, Sensorsignale basiert hierbei auf der Anregung von Wellenfeldern, deren Ausbreitungsbedingung durch die Reflexionsbedingungen des strukturiert beschichteten dielektrischen Feldraumes erfüllt wird.

Die Nichttransparenz des Übertragungskanals gegenüber den zu sperrenden Kernstrahlungskomponenten beruht auf der partialisierten Erfüllung der Reflexions- und damit Ausbreitungsbedingung für den Nutzsignalbereich bzw. auf der Absorptionswirkung der geschlossenen Oberflächenbeschichtung mittels Stoffkomponenten der Eigenschaft maximaler Kernquerschnitte der stoffbezogenen Atomkerne.

Ausführungsbeispiel

Das erfindungsgemäße Verfahren soll an einem Beispiel näher erläutert werden.

Ein zylindrischer dielektrischer Wellenleiter wird mit einem kreisförmig segmentierten Kupfer-(Silber)-Belag der Schicht dicke von 17.5 Mikrometer mittels eines selektiven Hochrate- Sputterverfahren in der Weise beschichtet, daß ein Verhältnis von Spalt- zu Segmentbreite von 1 : 25 entsteht.

Als dielektrische Wellenleiterkomponente wird eine Aluminium oxid/PTFE-Komposition gewählt.

Die Spaltbreite wird auf 50 Mikrometer festgelegt. Die Ein- bzw. Auskopplung des elektromagnetischen Wellenfeldes erfolgt in der Form, daß im X-Band des elektromagnetischen Wellenspektrums ein radialsymmetrischer Ausbreitungstyp längs des Wellenleitersystems entsteht.

Das galvanisch oberflächensegmentierte Wellenleitersystem wird sekundär mit einer homogenen Bleischicht der Schichtdicke von 35 Mikrometer belegt, deren Geschlossenheit ausschließlich durch die elektromagnetischen Kopplungsblenden ein- und aus gangsseitig unterbrochen wird.

Die Signalkopplung eingangsseitig erfolgt über einen Microstrip- Hohlwellenleiter-Übergang mit einem frequenzunabhängigen Amplitudengang über dem Übertragungsspektralbereich, wobei die Eingangsschnittstelle die Separierung sowohl hin- als auch rücklaufender Feldkomponenten und deren vektorielle Bewertung zuläßt.

Definitionsgemäß bezieht sich in diesem Ausführungsfall die Richtung des Welleneinfalles auf die objektgerichtete Wellen führung; die Richtung des Wellenausfalles ist identisch der quellengerichteten Wellenführung.

Ausgangsseitig erfolgt die Signalkopplung über ein parallel gekoppeltes System spektral innerhalb des Eingangssignalfrequenz bereiches versetzter Bandpässe mit reziproken Transmissions eigenschaften, deren Ausgangsebenen definierte Streuparameter ebenen gegenüber der Eingangsebene bilden.

Claims

1. Verfahren zur potentialfreien und strahlungsselektiven Übertragung von Sensor- und Aktorsignalen aus radioaktiv und/oder toxisch kontaminierten Räumen, bestehend aus einem dielektrischen Wellenleiter mit zugehörigen Schnittstellen zur Ein- und Auskopplung von Signalen und den Eigenschaften eines passiven und reziproken Zweitores, dadurch gekenn zeichnet, daß

- ein dielektrischer Wellenleiter anwendungsbedingter geometrischer Wellenleiterlänge aus einem nieder dielektrischen Material entsprechender stofflicher Kompo sition mit einem minimalen resultierenden dielektrischen Verlustwinkel bezogen auf den Spektralbereich des Transmissionssignals konfiguriert wird;
- der dielektrische Wellenleiter entsprechender spektralbezogener elektrischer Eigenschaften mit einer kreisförmigen Berandung in der Wellenleiterquerschnitts ebene konfiguriert wird;
- der dielektrische Wellenleiter kreisringförmig segmentiert mit einem hochleitfähigen Material sowie nach einer definierten geometrischen Verteilungsfunktion beschichtet wird;
- das beschichtete dielektrische Wellenleitersystem ein- und ausgangsseitig über den Wellenleiterquerschnittsflächen mit einem hochleitfähigen Material der Bedingung, eine galvanische Verbindung zur hochleitfähigen und kreisförmig segmentierten Umfangsflächenbeschichtung auszuschließen, beschichtet wird.

2. Verfahren zur potentialfreien und strahlungsselektiven Übertragung von Sensor- und Aktorsignalen in und aus kontaminierten Räumen, bestehend aus einem Wellenleitersystem mit zugehöriger Ein- und Ausgangsschnittstelle, dadurch gekennzeichnet, daß

- die Eingangsschnittstelle des Wellenleitersystems mit einem schmalbandigen vektoriellen Netzwerkanalysesystem der Eigenschaft, die zweifache Ausgangssignalamplitude bezüglich des Transmissionsfaktors des Wellenleiterübertragungssystems zu generieren, gekoppelt wird;
- die Ausgangsschnittstelle des Wellenleitersystems die Amplituden- und Phasenspektren sowie den Polarisations zustand ausgangsseitig resultierender gegenläufiger Partialwellen erfaßt;
- der Überlagerungszustand der Schnittstellenfelder der der Ausgangsschnittstelle des Wellenleitersystems bezüglich des zugeordneten banddefinierten und -begrenzten Amplituden- und Phasenspektrums eindeutiger Polarisation auf die Eingangsschnittstelle abgebildet wird;
- die Sensordaten bzw. -signale ausschließlich auf den amplituden-, phasen- und polarisationsbezogenen Überlage rungszustand der Schnittstellenfelder der Ausgangsschnitt stelle abgebildet werden.