Terahertz-Multikanalsystem zur Inline-Prozessregelung in der Rohrextrusion

Messsystem mit neuartigem Sensorkopf

Am Fraunhofer-Institut für Nachrichtentechnik, Heinrich-Hertz-Institut, HHI in Berlin wurde ein Terahertz-Gerät entwickelt, das erstmals aus kostengünstigen Standardbauteilen gefertigt wird und vergleichsweise handlich ist. Das hierfür eingesetzte Prinzip zur Erzeugung von Terahertz-Strahlung basiert auf einem optoelektronischen Verfahren. Mithilfe eines speziellen Halbleiters werden dabei Laserlicht-Pulse genutzt, um elektrische Terahertz-Pulse zu erzeugen. Diese sind nur billionstel Sekunden lang. Basis hierfür ist ein am Fraunhofer HHI neu entwickelter Halbleiter, der sich mit Laserlicht von 1,5 Mikrometer Wellenlänge anregen lässt. In der optischen Nachrichtentechnik ist das der Wellenlängen-Standard, sodass es hier eine große Zahl kostengünstiger und qualitativ hochwertiger optischer Bauteile und Laser gibt.

Zudem wurde ein integrierter Chip entwickelt, der gleichzeitig senden und empfangen kann. Somit ist es jetzt möglich, eine einzige optische Linse zu nutzen, die senkrecht auf das Objekt blickt und einen flexiblen Arbeitsabstand erlaubt. Diese Sende- und Empfangseinheit, der Transceiver, wurde in einen kompakten kleinen Sensorkopf integriert, der einen Durchmesser von nur 25 Millimeter und eine Länge von 35 Millimeter hat.

© Foto Fraunhofer HHI

Sensorkopf

Kunststoffrohre überwachen

Das vorgestellte Terahertz-Sensorsystem befindet sich bereits im Einsatz bei der Herstellung von Kunststoffrohren zur Überwachung der Dicke der Rohrwände direkt in der Fertigungslinie. Sind die Wände zu dünn, werden die Rohre instabil. Sind sie zu dick, wird wertvoller Kunststoff verschwendet. Bislang wird die Produktion von Kunststoffrohren mit Ultraschallsystemen überwacht. Die Terahertz-Technik bietet gegenüber dem Ultraschall jedoch mehrere Vorteile: Die Messung mit Ultraschall kann nur im Kontakt, also durch ein Medium wie das Ultraschall-Gel beim Arzt oder Wasser erfolgen. Die etwa 250 Grad Celsius heißen Rohre müssen für die Prüfung daher mit viel Aufwand und zeitlicher Verzögerung durch einen Wassertank gezogen werden. Dies ist nun nicht mehr erforderlich. Darüber hinaus versagt die Ultraschalltechnik auch bei sogenannten »intelligenten« Rohren, die aus einer Vielzahl unterschiedlicher Schichten aufgebaut sind und teilweise auch eine wellige Oberfläche besitzen.

Weitere mögliche Anwendungen liegen im Bereich der Faserverbundwerkstoffe, z.B. bei der Überprüfung von Lacken und Beschichtungen. Terahertz-Systeme ermöglichen hier die berührungslose Inline-Messung auch auf nicht leitenden Untergründen, bei denen herkömmliche Prüfverfahren wie z.B. Wirbelstrom versagen.