Grundlegende Untersuchung zur Anwendung der Millimeterwellen- und Terahertz-Technologie an Holz und Holzwerkstoffen

Die Anwendung der Millimeterwellen- und Terahertz-Technologie zur Untersuchung der Eigenschaften und zur Prüfung von Bauteilen aus Holz hat bis dato wenig Verbreitung und Relevanz in der Praxis. In der Holzwerkstoffindustrie (OSB, Spanplatte, MDF etc.) existieren keine auf dieser Technologie basierenden Messsysteme zur Qualitätssicherung im Herstellungsprozess. Lediglich Mikrowellen kommen zur Feuchtemessung zum Einsatz - jedoch mit allenfalls minder befriedigender Genauigkeit der Ergebnisse. Bisherige wissenschaftliche Untersuchungen an Holz waren zumeist auf einen kleinen Frequenzbereich bis maximal 10 GHz beschränkt. In diesem Beitrag werden die Ergebnisse einer systematischen Untersuchung zur Anwendung der Millimeterwellen- und Terahertz-Technologie an Holz und Holzwerkstoffen vorgestellt. Dazu wurden die Untersuchungen über einen großen Frequenzbereich (8 - 325 GHz) durchgeführt. Diese Frequenzen werden mit Hilfe eines Netzwerkanalysators und verschiedener Mischer-Module erzeugt, womit sich sowohl Transmissions- als auch Reflexionsmessungen durchführen lassen. Ziel dieser Untersuchung ist es, erste grundlegende Erkenntnisse über die Wechselwirkung der elektromagnetischen Welle mit dem inhomogenen, anisotropen Werkstoff Holz über einen großen Frequenzbereich zu gewinnen. Dabei wird sowohl die Struktur als auch die Rohdichte und der Feuchtegehalt des Werkstoffes berücksichtigt. Dies ist nötig, da bisherige Untersuchungen gezeigt haben, dass gerade diese Faktoren einen massiven Einfluss auf die Ausbreitung der elektromagnetischen Welle innerhalb von Holz haben. Weiterhin beschäftigt sich dieser Beitrag mit den einstellbaren Messparametern des Netzwerkanalysators und der Einspeisung der elektromagnetischen Welle (mit/ohne Kontakt) und deren Auswirkungen auf die Wechselwirkung zwischen der elektromagnetischen Welle und dem Werkstoff. Ziel ist es, den optimalen Messaufbau mit passenden Einstellungen der Messparameter für eine Hochfrequenzmessung an Holz und Holzwerkstoffen zu finden. Im letzten Abschnitt dieses Beitrags werden die gewonnenen Kenntnisse speziell auf einen möglichen Anwendungsfall in der Holzwerkstoffindustrie übertragen.