Dokumentenidentifikation |
EP0730733 29.11.2007 |
EP-Veröffentlichungsnummer |
0000730733 |
Titel |
VERFAHREN ZUR DETEKTION GANZ ODER TEILWEISE VERBORGENER INHOMOGENITÄTEN MITTELS MIKROWELLENSTRAHLUNG |
Anmelder |
Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V., 80686 München, DE |
Erfinder |
HARTRUMPF, Matthias, D-76135 Karlsruhe, DE; MUNSER, Roland, D-76199 Karlsruhe, DE |
DE-Aktenzeichen |
59410456 |
Vertragsstaaten |
CH, DE, FR, GB, LI |
Sprache des Dokument |
DE |
EP-Anmeldetag |
23.11.1994 |
EP-Aktenzeichen |
959013244 |
WO-Anmeldetag |
23.11.1994 |
PCT-Aktenzeichen |
PCT/DE94/01384 |
WO-Veröffentlichungsnummer |
1995014920 |
WO-Veröffentlichungsdatum |
01.06.1995 |
EP-Offenlegungsdatum |
11.09.1996 |
EP date of grant |
17.10.2007 |
Veröffentlichungstag im Patentblatt |
29.11.2007 |
IPC-Hauptklasse |
G01N 22/02(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
|
IPC-Nebenklasse |
E03F 7/12(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP
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Beschreibung[de] |
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Detektion ganz
oder teilweise verborgener Inhomogenitäten mittels Mikrowellenstrahlung gemäß
dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik
Zur Inspektion unzugänglicher Hohlräume (z.B.
Kanalrohre) werden üblicherweise Kameras benutzt. Beispielsweise wird die Inspektion
von Abwasserkanälen weitestgehend mit Kamera-Fahrzeugen durchgeführt.
Damit können die Strukturen auf der Innenseite - z.B. der Zustand der inneren
Kanalrohrwand - untersucht werden. Interessiert neben dem Zustand der Innenwand
des Hohlraums auch die nähere Umgebung, so muß die Inspektion durch die
Kamera durch Untersuchungen mit anderen Sensoren ergänzt werden - beispielsweise
mit Sensoren, die auf der Reflexion von Mikrowellenstrahlung im umgebenden Medium
basieren. Zur Untersuchung der Umgebung von Bohrlöchern bzw. Kanalrohren aus
deren Inneren heraus wurden deshalb in den letzten Jahren spezielle Radarsysteme
entwickelt.
Nach dem Stand der Technik (DASA-Firmenprospekt "GeoTelKANAL
Tiefenradar für die Kanalinspektion" (Oktober 1992); M. Bockmair, A. Fisch,
K.Peter: "Georadar - Erkennung von Schäden und Vortriebshindernissen" (in "Suchen
Sehen Sanieren - Internationales Symposium für Wasser/Abwasser in Lindau 11.-13.3.93");
Firmenprospekt Riooltechnieken Nederland, Schieweg 60, 2627 AN Delft (November 1990)]
bestehen diese Sensoren aus einem Paar nebeneinander angebrachter direktionaler
Antennen (d.h. einer Sende- und einer Empfangsantenne, die vorzugsweise in einer
Hauptrichtung abstrahlen oder die Mikrowellenstrahlung vorzugsweise aus einer Hauptrichtung
empfangen) und sind so ausgeführt, daß die Mikrowellenstrahlung bevorzugt
senkrecht zur Achse des zumeist zylindrischen Hohlraums gesendet bzw. empfangen
wird. Sender und Empfänger sind in den bekannten Anordnungen bislang entlang
der Achse eines Träger-Vehikels angeordnet und die Achsen ihrer Richtcharakteristiken
sind in etwa parallel zueinander und senkrecht zur Trägerachse (und damit zur
Hohlraumachse) ausgerichtet. Bei der Inpektion von Bohrlöchern können
derartige Sensoren anstelle des Bohrkopfs in die Bohrung eingebracht werden und
durch Drehung des Sensors um die Bohrlochachse kann eine komplette Erfassung des
umgebenden Mediums erfolgen.
DE4243201
offenbart ein Verfahren zur Detektion verborgener Inhomogenitäten
in einem undurchsichtigen Medium mit mindestens einer Mikrowellen-Sende-Antenne
und mindestens einer Mikrowellen-Empfangs-Antenne, die auf derselben Seite der Oberfläche
des zu untersuchenden Mediums auf einem gemeinsamen Träger angeordnet sind.
Daraus, dass die beiden Antennen alternativ durch eine Antenne ersetzt werden können,
ergibt sich, dass die Abstrahl/Empfangsrichtungen der beiden Antennen parallel sind.
Aus der schwenkbaren Lagerung der Antennen ergibt sich, dass die Abstrahl/Empfangsrichtungen
beider Antennen die Oberfläche des Mediums unter einem Winkel ungleich 90°
schneiden.
US3562642
offenbart ein Verfahren zur Detektion verborgener Inhomogenitäten
in einem Medium mit einer Mikrowellen-Sende-Antenne und einer Mikrowellen-Empfangs-Antenne.
Die Abstrahl- und Empfangsrichtungen der beiden Antennen sind nicht parallel zueinander
orientiert, die Abstrahl- und die Empfangsrichtungen schneiden die Oberfläche
des Mediums unter einem Winkel ungleich 90° und die Abstrahl- und Empfangsrichtungen
schliessen eine Winkelhalbierende ein, die die Oberfläche des Mediums unter
einem Winkel ungleich 90° schneidet.
Probleme
Bei derartigen Anordnungen kommt es zu zwei unterschiedlichen
Problemen:
- 1. Durch die Ausrichtung der Sendeantennen etwa senkrecht zur Wand des Hohlraums
entstehen an derselben oft sehr starke Reflexionen, die direkt auf die Empfangsantennen
gelangen. Die Intensität der insgesamt empfangenen Strahlung hängt sehr
empfindlich vom Winkel der Wand und der dahinter befindlichen Objekte relativ zu
den Antennen ab. Die Abhängigkeit vom Winkel ist dabei sehr viel stärker
als diejenige vom Material bzw. dessen komplexen Brechungsindex bei der benutzten
Frequenz. Speziell bei der Inspektion von Kanälen, die in der Regel einen Feuchtigkeitsfilm
auf der Rohroberfläche aufweisen, hängt die Stärke des mittleren
empfangenen Signals primär von der Geometrie und der Ausrichtung der Wandoberfläche
relativ zu den Antenne ab. Die Detektion der mittleren empfangenen Intensität
erlaubt daher keinerlei Aussagen über den Rohrzustand bzw. das umgebende Material.
Diese Aussagen werden erst - unter Ausnutzung der Ausbreitungsgeschwindigkeit der
Mikrowellenstrahlung - durch eine mittelbare oder unmittelbare Zeit-, Frequenz-
oder Phasen-Auflösung der empfangenen Strahlung (z.B. mittels Frequenzmodulationstechniken
oder Pulsradar) möglich. Aufgrund der Höhe dieser Ausbreitungsgeschwindigkeit
ist jedoch eine sehr aufwendige, schnelle und damit teure Elektronik eine unabdingbare
Voraussetzung für die Umgebungsinspektion, da nur über diese die z.T.
sehr starken - im Vergleich zu den interessierenden Reflexen innerhalb der Rohrwände
bzw. der Umgebung - Signale von den Grenzschichten (innere Rohroberfläche und
Grenzfläche Rohroberfläche / homogene Rohrumgebung) weitgehend unterdrückt
werden können.
- 2. Mit derartigen Anordnungen allein wird die Wandung bzw. das dahinter befindliche
Medium vorzugsweise in einer Richtung inspiziert, d.h. ohne zusätzliche Maßnahmen
können relativ große Bereiche der Umgebung nicht erfaßt werden. Eine
vollständige Inspektion ist daher bislang nur für die Inspektion der Umgebung
von Bohrlöchern realisiert, bei der ein Radarsensor anstelle eines Bohrers
im Bohrloch gedreht werden kann, d.h. die vollständige Erfassung des umgebenden
Erdreichs durch eine Drehung eines Sende- Empfangsantennenpaars möglich ist.
Bei Anordnungen wie z.B. Kanalrobotern, bei denen das Trägervehikel keine Drehung
durchführt, muß nach dem Stand der Technik zur kompletten Inspektion deshalb
eine drehbare Halterung der Antennen vorgesehen werden, falls eine komplette Inspektion
der Umgebung vorgenommen werden soll.
Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, das Verfahren gemäß
dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dahingehend zu verbessern, daß eine verbesserte
Ortsauflösung ganz oder teilweise verborgener Inhomogenitäten in undurchsichtigen
Medien mittels Mikrowellenstrahlung ermöglicht wird. Dies wird erfindungsgemäß
durch Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen
gekennzeichnet.
Grundgedanke der Erfindung ist es, diese Probleme durch
folgende Maßnahmen zu vermeiden:
- 1. Ausrichtung der Antennen so, daß die an der (glatten) Rohrwand und die
an der Grenzfläche Rohrwand zu umgebendem homogenem Erdreich reflektierte Strahlung
in der Regel nicht auf die Empfangsantennen gelangt. Dies gelingt, indem zumindest
eine Antenne gegenüber den bekannten Anordnungen so gedreht wird, daß
ihre mittlere Richtcharakteristik einen Winkel ungleich 90° zur Achse des Trägers
aufweist (die in der Regel mit der Hohlraumachse übereinstimmt), so daß
die Mikrowellen-Strahlung schief auf die Oberfläche des Mediums auftrifft.
- 2. Anordnung einer Sende- und mehrerer Empfangsantennen (nach Anspruch 3), so
daß jeweils die von einer Sendeantenne im Rohr und dem umgebenden Medium erzeugten
Signale mit mindestens zwei Antennen empfangen werden können. Eine technisch
gleichwertige Anordnung besteht aus mehreren Sendeantennen und einer oder mehreren
Empfangsantennen, die den Sende-Antennen nicht eins-zu-eins zugeordnet sind (siehe
Anspruch 4): dabei werden die zeitlich nacheinander von den Sendeantennen erzeugten
Signale mit der oder den Empfangsantennen gemessen. Aus den unterschiedlichen gemessenen
Signalen kann dann mit den bekannten Sender- und Empfängercharakteristiken
die Lage einer Inhomogenität in Richtung des durch die Richtcharakteristik-Achsen
der gleichartig betriebenen Antennen aufgespannten Winkelbereichs ermittelt werden.
Werden die Signale außerdem noch unmittelbar oder mittelbar Zeit-, Frequenz-
oder Phasen- aufgelöst, so kann auch die Winkellage mehrerer, in unterschiedlichem
Abstand befindlicher Inhomogenitäten ermittelt werden.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Bei einer unter 1. beschriebenen Ausrichtung der Antennen
(bei Verwendung mehrerer direktionaler Mikrowellen-Antennen nach Anspruch 1) relativ
zur Wand eines Kanalrohrs, das von homogenem Boden umgeben ist, wird die Strahlung
an der Grenzfläche Luft / Kanalrohr und Kanalrohr / umgebendes Erdreich nur
in geringem Ausmaß auf die Empfangs-Antenne (nach Anspruch 1) reflektiert.
Erst bei Anwesenheit einer Inhomogenität (z.B. Riß in der Rohrwand, Luftkammer
oder Feuchtigkeitszwiebel in der Umgebung des Rohres), wird die Strahlung zum Empfänger
hin gestreut. Dadurch kann bereits aus der mittleren empfangenen Intensität
auf eine Inhomogenität des umgebenden Mediums geschlossen werden und das Verhältnis
"Störsignal" (von den Wänden des Rohres auf die Empfangsantenne fallende
Strahlung) zu interessierendem Signal (an Inhomogenitäten im Rohr bzw. der
Umgebung auf die Empfangsantenne reflektierte bzw. gestreute Strahlung) erheblich
verkleinert werden.
Dieses "Störsignal" kann bei Antennen-Anordnungen
nach dem Stand der Technik, in Abhängigkeit von der Struktur der Oberfläche
und ihrer Ausrichtung relativ zu den Antennen, um Größenordnungen stärker
als die Signale von den zu detektierenden Inhomogenitäten sein und nur direkt
bzw. indirekt über laufzeitabhängige Effekte unterdrückt werden.
Daher ist es mit den bekannten Radarverfahren auch praktisch nicht möglich,
Inhomogenitäten im Rohrinneren, d.h. zwischen Rohraußen- und Innenwand,
zu detektieren.
Weiterhin hängen in einer Antennen-Anordnung nach
dem Stand der Technik auch die von den Inhomogenitäten im Medium empfangenen
Signale stärker von deren Oberflächenstruktur und Ausrichtung relativ
zu den Antennen als von dem komplexen Brechungsindex ab, so daß die Interpretation
der gemessenen Reflexionen sehr komplex und zumeist nicht eindeutig ist. Auch hier
kann durch eine erfindungsgemäße Messung der Intensitäten der rückwärts
gestreuten Wellen die Abhängigkeit der detektierten Intensität vom Winkel
der Oberfläche zu den Antennen stark vermindert werden, wodurch eine erheblich
vereinfachte und eindeutigere Interpretation der Messungen ermöglicht wird.
Ist eine mechanische Drehung eines Sende- und Empfangs-Antennenpaars
nicht erwünscht bzw. möglich, so ist erst durch eine erfindungsgemäße
Anordnung mehrerer Sende- und Empfangsantennen zum Beispiel in über den Umfang
des Trägervehikels angeordneten Gürteln, die gegeneinander in Richtung
der Vehikelachse gesehen verdreht sind, eine Bestimmung des Winkels einer detektierten
punktförmigen Inhomogenität relativ zu den Antennen möglich. Für
ausgedehnte Inhomogenitäten kann demgegenüber eine (mit der Richtcharakteristik
der Sende- / Empfangsantennen gewichtete) mittlere Winkellage detektiert werden.
Weiterbildungen der Erfindung
In einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 6 bestehen
die Antennen aus flachen bzw. gebogenen Patches. Dadurch können Mikrowellen-
bzw. Radarsensoren mit sehr geringem Platzbedarf aufgebaut werden, die - im Gegensatz
zu den bekannten Anordnungen, die ein eigenes Trägerfahrzeug erfordern - zusätzlich
auf einem marktüblichen Kamera-Inspektionsfahrzeug anbringbar sind.
Wird mit diesen oder anderen Antennenformen, die Oberwellen
der Grundfrequenz emittieren bzw. empfangen können, entsprechend Anspruch 7
zeitlich nacheinander sowohl mit der Grundwelle, als auch mit einer oder mehreren
Oberwellen angeregt bzw. detektiert, so kann mit der gleichen Anordnung von Sende-
und Empfangsantennen, unter Ausnutzung der in Abhängigkeit von der Frequenz
unterschiedlichen Eindringtiefe der Mikrowellenstrahlung und der unterschiedlichen
Sende- und Empfangscharakteristiken, die Auflösung der räumlichen Lage
der Inhomogenität(en) verbessert werden.
Ferner kann damit, unter Ausnutzung der vom komplexen Brechungsindex
der Inhomogenität bei der jeweiligen Frequenz abhängigen Stärke der
rückgestreuten Mikrowellenstrahlung, eine genauere Identifikation der Art der
Inhomogenität (Hohlraum, Gestein, Wasserblase..) vorgenommen werden.
Weiterhin ist es damit selbst bei einfachsten Anwendungen,
bei denen die einzelnen Sendeantennen zeitlich nacheinander mit unmodulierter bzw.
amplitudenmodulierter Mikrowellenstrahlung angeregt werden, bereits möglich,
aufgrund der unterschiedlichen Eindringtiefe der Mikrowellenstrahlung die Lage einer
Inhomogenität in Richtung der mittleren Abstrahlrichtung annähernd zu
bestimmen.
Zur kompletten Erfassung der Umgebung rund um ein gegebenes
Trägervehikel können mehrere Sende- und Empfangsantennenpaare auf demselben
angeordnet werden. Die Zahl der Antennenpaare wird man in der Regel so wählen,
daß sie, multipliziert mit dem Öffnungswinkel der Sende- bzw. Empfangscharakteristik,
einen Wert größer als 360° ergibt. Um eine gute und möglichst
einfache Abschirmung der Sender und Empfänger zu ermöglichen, wird man
nach dem Stand der Technik nach Möglichkeit sowohl Sendeantenne.1 als auch
Empfangsantennen in Form eines n-Ecks anordnen, bei dem die Abstrahl- und Empfangsrichtungen
annähernd senkrecht zur Achse des Trägervehikels und ihre Projektionen
in eine zu dieser Achse senkrechte Ebene paarweise parallel sind, d.h. auf demselben
wird sich je ein Sender- und ein Empfängergürtel befinden. Damit kann
dann zwar eine komplette Erfassung des umgebenden Mediums erfolgen, jedoch kann
die Winkellage der detektierten Inhomogenitäten in der zur Gürtelachse
senkrechten Ebene nur auf einen Bruchteil von 360 °/n genau ermittelt werden.
Eine diesem Stand der Technik gegenüber sehr viel
genauere Bestimmung der Winkellage ist hingegen möglich, wenn erfindungsgemäß
Sender- und Empfängergürtel entsprechend Anspruch 8 gegeneinander so verdreht
sind, daß die von einer Sendeantenne emittierte und an den Inhomogenitäten
gestreute bzw. reflektierte Strahlung mit mindestens zwei Antennen detektiert werden
kann. Bei bekannten Sende- und Empfängercharakteristiken kann dann aus den
Unterschieden der detektierten Intensitäten und Phasen die Winkellage der Inhomogenitäten
bestimmt werden. Prinzipiell ist die gleiche Information ermittelbar, wenn zwei
Sender zeitlich nacheinander Mikrowellenstrahlung emittieren und die an den Inhomogenitäten
gestreute bzw. reflektierte Strahlung von mindestens einer Antenne detektiert wird.
Durch die Anbringung weiterer Antennengürtel auf dem
Trägervehikel gemäß Anspruch 9 kann die Auflösung der räumlichen
Lage der Inhomogenitäten weiter verbessert werden.
Die oben beschriebenen Verfahren sind unabhängig von
der Art der Anregung und Detektion der Mikrowellenstrahlung. Die Vorteile sind schon
bei sehr einfachen Sensoren nutzbar, bei denen eine CW- (constant wave = mit konstanter
Amplitude) bzw. AM-(amplitudenmoduliert) Anregung einer Antenne bzw. eine abwechselnde
Anregung mehrerer Antennen erfolgt. Bei solchen Sensoren kann jedoch eine Auflösung
in Strahlrichtung nur grob über die Überlappungsbereiche der Sende- und
Empfangscharakteristiken bzw. die unterschiedliche Reichweite der Mikrowelleristrahlung
bei unterschiedlichen Frequenzen erfolgen. Werden entsprechend Anspruch 10 jedoch
zusätzlich Radartechniken zur Anregung und zeitlichen Auflösung der empfangenen
Strahlung eingesetzt, so kann auch der Abstand mehrerer in Strahlrichtung hintereinander
befindlicher Inhomogenitäten zu den Antennen bestimmt werden.
Darstellung der Erfindung
Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung nach den Ansprüchen
1-12 werden anhand der Figuren 1 bis 3 erläutert.
Es zeigt Figur 1 die seitliche Sicht auf ein Beispiel einer
erfindungsgemäßen Verkippung einer Sendeantenne 1 mit einer Abstrahlrichtung
1'. Sie ist um einen Winkel 13 gegen die (mittlere) Senkrechte auf das zu inspizierende
Medium 4 verkippt. Der Winkel 13 sollte größer als 13° sein und beträgt
vorzugsweise 30 - 60°. Die von dieser Antenne mit einer Abstrahlcharakteristik
4 emittierte Mikrowellenstrahlung 5 wird teilweise an der Grenzfläche zum Medium
reflektiert. Die reflektierte Strahlung 16 kann von der Empfangsantenne praktisch
nicht detektiert werden, da die mittlere Abstrahlrichtung 1' und die mittlere Empfangsrichtung
2' nicht symmetrisch zur (mittleren) Senkrechten auf das zu inspizierende Medium
4 liegen (d.h. die Winkelhalbierende des aus Senderichtung 1' und Empfangsrichtung
2' gebildeten Winkels steht in einem Winkel ungleich 90 auf der Oberfläche
des Mediums), d.h. an der Grenzfläche zum Medium können nur wenige, die
Detektion von Inhomogenitäten störende Signale entstehen. Trifft die in
das Medium 4 eindringende Mikrowellenstrahlung auf eine Inhomogenität 8, so
gelangt ein Teil der daran gestreuten Strahlung 9 in Richtung zur Empfangsantenne
2, deren Richtcharakteristik mit 12 und deren mittlere Empfangsrichtung mit 2' bezeichnet
ist.
In der Figur 2 a) ist die Sicht auf ein Beispiel
einer erfindungsgemäßen Anordnung von einer Sendeantenne (1) und zwei
Empfangsantennen (2 und 3) zur Detektion der Winkellage einer Inhomogenität
in der Umgebung 4 eines zylindrischen Hohlraums. Die Figuren 2b) und 2c) zeigen
die Seitenansicht und die Sicht auf einen Schnitt senkrecht zur Achse des zu inspizierenden
Hohlraums. Die von der Sendeantenne 1 abgestrahlte Mikrowellenstrahlung wird teilweise
an Inhomogenitäten des umgebenden Mediums 4 gestreut bzw. reflektiert und ein
Teil dieser gestreuten Strahlung wird mit Antenne 2, ein anderer Teil mit Antenne
3 detektiert. Die Unterschiede der jeweils detektierten Intensitäten hängen
primär vom Abstand der Inhomogenität(en) zu den Antennen und ihrer Lage
relativ zu den Abstrahl- und Empfangscharakteristiken der jeweiligen Antennen sowie
der Winkellage (5) bzw. (6) der Empfangsantenne (2) bzw. (3) zur Sendeantenne (1)
ab.
Figur 3 zeigt eine Anordnung in der beide Erfindungsgedanken
realisiert sind.
Wie in Figur 2 sind das Mediums mit (4), die Antennen mit
(1,2 und 3), und die mittlere Richtung der Empfangscharakteristiken mit (2' und
3') bezeichnet. Figur 3a) zeigt die Draufsicht, Figur 3b) die Seitenansicht und
Figur 3c) die Sicht auf einen Schnitt senkrecht zur Achse des zu inspizierenden
Hohlraums. Der Unterschied in der Figur 3 gezeigten Anordnung zu der in Figur 2
gezeigten besteht in der Verkippung der Empfangsantennen um einen Winkel (7) gegen
die Richtung der mittleren Abstrahlung und hin zur Achse des zylindrischen Hohlraums.
Dadurch kann die Detektion von an der Grenzfläche Hohlraum zu umgebenden Medium
vermieden bzw. minimert werden. Ein weiterer Vorteil dieser Verkippung ist die geringere
Empfindlichkeit gegenüber Struktur und Ausrichtung der Oberfläche der
zu detektierenden Inhomogenitäten.
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Anspruch[de] |
Verfahren zur Detektion ganz oder teilweise verborgener Inhomogenitäten
in undurchsichtigen Medien mittels Mikrowellenstrahlung mit mindestens einer Mikrowellen-Sende-Antenne
und mindestens einer Mikrowellen-Empfangs-Antenne, die auf derselben Seite der Oberfläche
des zu untersuchenden Mediums angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet,
dass die wenigstens eine Mikrowellen-Sende-Antenne eine direktionale Abstrahlrichtung
und die wenigstens eine Mikrowellen-Empfangs-Antenne eine direktionale Empfangsrichtung
aufweisen, dass die wenigstens eine Mikrowellen-Sende- und die wenigstens eine Mikrowellen-Empfangs-Antenne
auf einem gemeinsamen Träger derart angeordnet werden, dass jeweils die Abstrahl-
und Empfangsrichtung nicht parallel zueinander orientiert sind, die Abstrahl- und/oder
die Empfangsrichtung die Oberfläche des Mediums (4) unter einem Winkel ungleich
90° schneiden und die Abstrahl- und Empfangsrichtung eine Winkelhalbierende
einschliessen, die die Oberfläche des Mediums (4) unter einem Winkel ungleich
90° schneidet.
Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Anordnung gleich vieler Mikrowellen-Sende-Antennen
und Mikrowellen-Empfangs-Antennen die Antennen jeweils paarweise angeordnet werden.
Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Anordnung von wenigstens einer Mikrowellen-Sende-Antenne
sowie mehreren Mikrowellen-Empfangs-Antennen aus dem Amplituden-Verhältnis
und/oder der unterschiedlichen Laufzeit und/oder der unterschiedlichen Phase der
empfangenen Signale der Winkel des detektierten Objektes in Richtung des durch die
Richtcharakteristik-Achsen der gleichartig betriebenen Antennen aufgespannten Winkelbereichs
ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Anordnung von mehreren Mikrowellen-Sende-Antennen
sowie wenigstens einer Mikrowellen-Empfangs-Antenne die Mikrowellen-Sende-Antennen
zeitlich nacheinander erzeugte Signale senden, und aus dem Amplituden-Verhältnis
und/oder der unterschiedlichen Laufzeit und/oder der unterschiedlichen Phase der
empfangenen Signale der Winkel des detektierten Objektes in Richtung des durch die
Richtcharakteristik-Achsen der gleichartig betriebenen Antennen aufgespannten Winkelbereichs
ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Mikrowellen-Sende- und die
wenigstens eine Mikowellen-Empfangs-Antenne auf dem Träger dreh- oder verstellbar
angeordnet werden.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Mikrowellen-Sende- und die
wenigstens eine Mikrowellen-Empfangs-Antenne als flache oder gebogene Patch-Antenne
ausgebildet werden.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Mikrowellen-Sende- und die
wenigstens eine Mikrowellen-Empfangs-Antenne sowohl mit der Grundwelle als auch
mit einer oder mehreren Oberwellen betrieben werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Vielzahl von Mikrowellen-Sende- und
Mikowellen-Empfangs-Antennen auf dem Träger die Mikrowellen-Sende- und Empfangs-Antennen
in Form von mindestens zwei Gürteln mit einer Anordnung der Antennen oder ihrer
Abstrahlungs-/Empfangsflächen in Form eines n-Ecks um eine Achse des Trägers
angeordnet werden, und
dass die in eine Ebene senkrecht zur Achse des Trägers projizierten mittleren
Abstrahl- und Empfangsrichtungen nicht parallel zueinander verlaufen und bei
Anordnung der Antennen in gleich ausgebildeten Sende- und Empfangsgürteln,
diese Gürtel gegeneinander verdreht auf dem Trägergerät angebracht
werden.
Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere weitere Sende- und/oder Empfangsgürtel
zur Verbesserung der Ortsauflösung auf dem Trägergerät angebracht
werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass die Abstrahlung der Mikrowellen in Form von
Pulsen oder moduliert erfolgt und die empfangene Strahlung unmittelbar oder mittelbar
nach der Zeit, der Frequenz oder der Phase aufgelöst gemessen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass als ganz oder teilweise verborgene Inhomogenitäten
Risse oder sonstige Schadstellen in undichten Rohrverbindungen, in einer Wand von
Kanalrohren oder von luft- oder wassergefüllten Hohlräumen, nasse Stellen,
Steine, Gegenständen aus Beton, Steingut oder Metall in der Umgebung von Rohren
detektiert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, dass ein Trägervehikel oder ein Inspektions-
oder Sanierungsfahrzeug als Träger für die wenigstens eine Mikrowellen-Sende-Antenne
und die wenigstens eine Mikrowellen-Empfangs-Antenne verwendet wird.
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Anspruch[en] |
A method for detecting completely or partially concealed inhomogeneities
in nontransparent media by means of microwave radiation using at least one microwave
transmission antenna and at least one microwave reception antenna disposed on the
same side of the surface of the to-be-examined medium,
the at least one microwave transmission antenna has a directional emission direction
and the at least one microwave reception antenna has one directional reception direction,
the at least one microwave transmission antenna and the at least one microwave reception
antenna are arranged on a common carrier in such a manner that the transmission
and reception direction are not oriented parallel to each other, the transmission
direction and/or the reception direction intersect the surface of the medium (4)
at an angle unequal 90° and the transmission direction and reception direction
enclose an angle-bisecting line which intersects the surface of the medium (4) at
an angle unequal 90°.
The method according to claim 1,
characterized in that in an arrangement with the same number of microwave
transmission antennas and microwave reception antennas, the antennas are disposed
in pairs.
The method according to claim 1,
characterized in that in an arrangement with at least one microwave transmission
antenna and a multiplicity of microwave reception antennas, the angle of the detected
object in the direction of the angle range set by the directional characteristic
axes of the same-operated antennas is determined from the amplitude ratio and/or
the different duration and/or the different phase of the received signals.
The method according to claim 1,
characterized in that in an arrangement with a multiplicity of microwave
transmission antennas and at least one microwave reception antenna, the microwave
transmission antennas transmit temporally successively generated signals and the
angle of the detected object in the direction of the angle range set by the directional
characteristic axes of the same-operated antennas is determined from the amplitude
ratio and/or the different duration and/or the different phase of the received signals.
The method according to one of the claims 1 to 4,
characterized in that the at least one microwave transmission antenna and
the at least one microwave reception antenna are disposed on the carrier in a turnable
or adjustable manner.
The method according to claims 1 to 5,
characterized in that the at least one microwave transmission antenna and
the at least one microwave reception antenna are designed as a flat or curved patch
antenna.
The method according to the claims 1 to 6,
characterized in that the at least one microwave transmission antenna and
the at least one microwave reception antenna are operated with the ground wave as
well as with one or a multiplicity of harmonic waves.
The method according to one o the claims 1 to 7,
characterized in that in the case of a multiplicity of microwave transmission
antennas and microwave reception antennas, the microwave transmission antennas and
the microwave reception antennas are disposed on the carrier in the form of at least
two belts with one arrangement of the antennas or their emission/reception areas
disposed in the form of an n-corner about one axis of the carrier, and
the average emission and reception directions projected into one plane perpendicular
to the axis of the carrier do not run in parallel and in an arrangement of antennas
in same-designed transmission and reception belts, these belts are disposed on the
carrier device in a twisted manner.
The method according to claim 8,
characterized in that one or a multiplicity of additional transmission and/or
reception belts are disposed on the carrier device to improve local resolution.
The method according to one of the claims 1 to 9,
characterized in that emission of the microwaves is in the form of pulses
or modulated and the received radiation is directly or indirectly measured resolved
according to time, frequency or phase.
The method according to one of the claims 1 to 10,
characterized in that cracks or other damaged areas in leaking pipelines,
in a wall of a sewage pipe or in air-filled or water-filled hollow spaces, moist
areas, stones, concrete, ceramic or metal objects in the vicinity of the pipes are
detected as completely or partially concealed inhomogeneities.
The method according to one of the claims 1 to 11,
characterized in that a carrier vehicle or an inspection or repair vehicle
is employed as the carrier for the at least one microwave transmission antenna and
the at least one reception antenna.
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Anspruch[fr] |
Procédé pour la détection d'hétérogénéités
entièrement ou partiellement dissimulées dans des milieux non transparents
au moyen d'un rayonnement à micro-ondes avec au moins une antenne émettrice
à micro-ondes et au moins une antenne réceptrice à micro-ondes qui
sont disposées sur le même côté de la surface du milieu à
analyser
caractérisé en ce qu'
au moins une antenne émettrice à micro-ondes présente une direction
de rayonnement directionnelle et qu'au moins une antenne de réception à
micro-ondes présente une direction de réception directionnelle,
en ce qu'au moins l'antenne émettrice à micro-ondes et au moins
l'antenne réceptrice à micro-ondes sont disposées sur un support
commun de telle sorte que chaque direction de rayonnement et de réception ne
sont pas orientées parallèlement l'une par rapport à l'autre, la
direction de rayonnement et/ou de réception coupent la surface du milieu (4)
à un angle inégal à 90° et en ce que la direction de
rayonnement et de réception comportent une bissectrice qui coupe la surface
du milieu (4) à un angle inégal à 90°.
Procédé selon la revendication 1
caractérisé en ce que pour une disposition égale à de
nombreuses antennes d'émission à micro-ondes et d'antennes réceptrices
à micro-ondes, les antennes sont à chaque fois disposées par paires.
Procédé selon la revendication 1
caractérisé en ce que pour une disposition d'au moins une antenne
émettrice à micro-ondes ainsi que plusieurs antennes de réception
à micro-ondes, l'angle de l'objet à détecter dans la direction de
la zone angulaire déployée à travers les axes de caractéristiques
directionnelles des antennes fonctionnant de la même façon, est déterminé
à partir du rapport d'amplitude et/ou du temps de fonctionnement différent
et/ou de la phase différente des signaux reçus.
Procédé selon la revendication 1
caractérisé en ce que pour une disposition de plusieurs antennes
émettrices à micro-ondes ainsi qu'au moins une antenne réceptrice
à micro-ondes, les antennes émettrices à micro-ondes émettent
des signaux générés chronologiquement les uns après les autres
et l'angle de l'objet à détecter dans la direction de la zone angulaire
déployée à travers les axes de caractéristiques directionnelle
des antennes fonctionnant de la même façon, est déterminé à
partir du rapport d'amplitude et/ou du temps de fonctionnement différent et/ou
de la phase différente des signaux reçus.
Procédé selon les revendications 1 à 4
caractérisé en ce qu'au moins l'antenne émettrice à micro-ondes
et au moins l'antenne réceptrice à micro-ondes sont disposées sur
le support de façon pivotable ou réglable.
Procédé selon les revendications 1 à 5
caractérisé en ce qu'au moins l'antenne émettrice à micro-ondes
et au moins l'antenne réceptrice à micro-ondes sont constituées comme
une antenne à connexions plate ou courbe.
Procédé selon les revendications 1 à 6
caractérisé en ce qu'au moins l'antenne émettrice à micro-ondes
et au moins l'antenne réceptrice à micro-ondes sont actionnées tant
avec une onde fondamentale qu'avec une ou plusieurs ondes harmoniques.
Procédé selon les revendications 1 à 7
caractérisé en ce que pour un grand nombre d'antennes émettrices
et réceptrices à micro-ondes, les antennes émettrices et réceptrices
à micro-ondes sont disposées sur le support sous la forme d'au moins deux
bandes avec une disposition des antennes ou de leurs surfaces de rayonnement/de
réception en forme d'angle n autour d'un axe du support,
en ce que les directions de rayonnement et de réception médianes
projetées dans un plan perpendiculairement à l'axe du support ne sont
pas parallèles entre elles et
en ce que pour une disposition des antennes en bandes émettrices et
réceptrices formées de façon identique, ces bandes sont montées
tournées l'une contre l'autre sur l'appareil porteur.
Procédé selon la revendication 8
caractérisé en ce que une ou plusieurs autres bandes émettrices
et/ou réceptrices sont montées sur l'appareil porteur pour améliorer
la résolution locale
Procédé selon les revendications 1 à 9
caractérisé en ce que le rayonnement des micro-ondes a lieu sous
la forme d'impulsions ou par modulation et le rayonnement reçu est mesuré
résolu, directement ou indirectement en fonction du temps, de la fréquence
ou de la phase.
Procédé selon les revendications 1 à 10
caractérisé en ce que l'on détecte des fissures ou autres
points de dommage dans des conduits non étanches, dans une paroi de canalisations
ou de cavités remplies d'air ou d'eau, de lieux humides, pierres, objets en
béton, grès ou métal dans un environnement de conduits en tant qu'hétérogénéités
entièrement ou partiellement dissimulées.
Procédé selon les revendications 1 à 11
caractérisé en ce qu'un véhicule portable ou un véhicule
d'inspection ou d'assainissement est utilisé comme support pour au moins l'antenne
émettrice à micro-ondes et au moins l'antenne réceptrice à micro-ondes.
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Patent Zeichnungen (PDF)
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