Workshop "Meßtechnik für stationäre und transiente ...

durch Treiberschaltungen mit niedriger Ausgangsimpedanz möglichst genau auf
Nullpotential gehalten. Die Übersprechströme werden über die niedrige Ausgangs-
impedanz der Treiberstufen abgeleitet. Durch niederohmische Meßverstärker (Impe-
danzwandler) an den Empfängerelektroden wird erreicht, daß das Potential der Em-
pfängerelektroden ebenfalls stets Null ist. Im Ergebnis befinden sich alle Elektroden
des Gittersensors mit Ausnahme der einen gerade angesteuerten Senderelektrode
stets auf dem gleichen elektrischen Potential (Nullpotential), so daß keine Ströme
auftreten können, die zu einer Verringerung des Kontrasts führen. Im Ergebnis ist
die räumliche Auflösung des Meßverfahrens identisch mit der Dichte des Netzes von
Kreuzungspunkten zwischen den Sender- und Empfängerelektroden.
3.3 Realisierung der Ansteuerung mit einer Wechselspannung
Bei allen Sensoren, die auf einer keitfähigkeitsmessung beruhen wird der Betrieb mit
einer gleichanteilfreien Wechselspannung bevorzugt, um Polarisations- und Elektro-
lyseeffekte an den Elektroden zu unterbinden. Häufig wird eine hochfrequente
Wechselspannung für die Ansteuerung der Meßgeber benutzt. Empfangsseitig wird
ein Demodulator mit nachgeschaltetem Tiefpaß zur Trägerunterdrückung eingesetzt.
Die Betriebsfrequenz muß bei dieser Schaltung ein Vielfaches der angestrebten
Meßfrequenz sein, wodurch mit Wechselspannungen im MHz-Bereich gearbeitet
werden muß und die kapazitive Lasten im Sensor oft Schwierigkeiten bereiten.
Beim vorgestellten Gerat wird ein bipolarer symmetrischer Rechteckimpuls zur An-
steuerung verwendet. Die Empfängerströme werden durch SampleIHold-Schaltun-
gen verzögert abgetastet, nachdem der Sensor und die Meßverstärker einge-
schwungen sind. Dadurch wird nur der Realteil des Stroms erfaßt, der durch das
Meßmedium von der Sender- zur Empfängerelektrode gelangt. Die Imaginäranteile
der Sensor- und Kabelimpedanz haben keinen Einfluß auf das Meßergebnis. Durch
diese Art der Ansteuerung ist die Ansteuerfrequenz gleich der Meßfrequenz für die
Abtastung des einzelnen Meßpunkts, die sich aus der Gesamtmeßfrequenz von
1024 Hz dividiert durch die Anzahl der Senderelektroden ergibt.
3.4 Leistungsparameter des Prototypgeräts
Die Signalerfassungseinheit des Prototypgeräts kann einen Sensor mit Ebenen je 16
Elektroden, d.h. mit 16 X 16 Meßpunkten ansteuern. Alternativ können auch 4 Sen-
soren mit 2 Ebenen zu je 8 Elektroden, d.h. mit 8 X 8 Meßpunkten gleichzeitig be-
trieben werden. Die Einheit ist mit vier Einkartenrechnem mit dem Prozessor MC
68340 (25 MHz Taktfrequenz, 4 MByte Speicher) bestückt. Je Rechner ist ein vier-
kanaliger ADC mit einer Umsetzzeit kleiner 10 ps bei einer Auflösung von 12 bit vor-
handen, der die Analogsignale von je 4 der 16 Empfängerelektroden umsetzt. Die
Daten werden in den Einkartenrechnern gepuffert, anschließend von einem PC
übernommen und dort visualisiert bzw. abgespeichert. Die Kommunikation zwischen
der Signalerfassungseinheit und dem Datenerfassungs-PC geschieht über serielle
Schnittstellen. Es kann zwischen den Betriebsarten "on-line mode" und "off-line mo-
den gewählt werden. Die Meßfrequenz von 1024 Messungen pro Sekunde wird im
off-tine mode erreicht. Die Speicherkapazität der Einheit erlaubt die Aufnahme von
Sequenzen von 60 s Dauer. Eine Bildrekonstruktion, die für tomographische Verfahren
(z.8. in [I I]) benätigt wird, ist aufgrund des geschilderten Signalerfassungsverfahrens
nicht notwendig, d.h. die Meßdaten sind sofort nach der Messung für
Auswertungen oder Visualisierungen verfügbar.