DE102008058376A1 - Method and apparatus for fluid flow measurement - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung von Fluidströmungen, bei welchem Ultraschallimpulse in das Fluid eingestrahlt und eine Fluidströmung anhand der Impulsantworten erfasst wird. Hierbei ist vorgesehen, dass die Einstrahlungsrichtung mittels eines Ultraschall-Phasenarrays gewechselt und die Fluidströmung anhand von Impulsantworten aus unterschiedlichen Richtungen erfasst wird.The invention relates to a method for determining fluid flows, in which ultrasonic pulses are radiated into the fluid and a fluid flow is detected on the basis of the pulse responses. In this case, it is provided that the irradiation direction is changed by means of an ultrasonic phase array and the fluid flow is detected from impulse responses from different directions.
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Bestimmung von Fluidströmungen.The The present invention relates to the determination of fluid flows.
Es gibt eine Vielzahl von Anwendungen, bei denen es wünschenswert ist, Fluidströmungen genau erfassen zu können. Dazu gehört beispielsweise die Messung von Abwassermengen, die durch offene oder geschlossene Kanäle strömen, die Messung von durch ein Gewässer fließenden Wassermengen usw.It There are a variety of applications where it is desirable is to be able to accurately detect fluid flows. This includes, for example, the measurement of wastewater volumes, which flow through open or closed channels, the measurement of flowing through a body of water Quantities of water etc.
Es ist bereits vorgeschlagen worden, Strömungsmessungen unter Verwendung von Ultraschallsensoren durchzuführen.It has already been proposed to take flow measurements below Use of ultrasonic sensors.
So
beschreibt die
Hingewiesen
sei auch auf die
Ungeachtet der Vielzahl von Dokumenten, die sich mit der Messung von Fluiden auch unter Verwendung von Ultraschallimpulsen befassen, ist es wünschenswert, die Fluidströmungsmessung noch weiter zu verbessern. So soll die Messung von Fluidströmungen auch einem nur wenig erfahrenen Nutzer möglich sein; sie soll genau sein, insbesondere, wenn das Fluid über wechselnde Mengen an Sediment oder dergleichen strömt und/oder die Ultraschallsensoren durch Turbulenzen, Wellen oder dergleichen Schwankungen in ihrer Position unterworfen sind usw. Wünschenswert wäre es, zumindest einige dieser Probleme einer zumindest partiellen Linderung zuzuführen.regardless the multitude of documents dealing with the measurement of fluids also deal with using ultrasonic pulses, it is desirable to further improve the fluid flow measurement. So should the measurement of fluid flows even a little experienced users to be possible; it should be accurate, especially if the fluid over varying amounts of sediment or the like flows and / or the ultrasonic sensors by turbulence, Waves or the like are subject to fluctuations in their position etc. It would be desirable, at least some of these Problems of at least partial alleviation.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, Neues für die gewerbliche Anwendung bereitzustellen.The The object of the invention is new to the commercial To provide application.
Die Lösung dieser Aufgabe wird in unabhängiger Form beansprucht. Bevorzugte Ausführungsformen finden sich in den Unteransprüchen.The Solution of this task is in independent form claimed. Preferred embodiments can be found in the dependent claims.
Die vorliegende Erfindung schlägt somit in einem ersten Grundgedanken ein Verfahren zur Bestimmung von Fluidströmungen, bei welchen Ultraschallimpulse in das Fluid eingestrahlt werden und eine Fluidströmung anhand der Impulsantworten erfasst wird, vor. Es ist bevorzugt, dass die Einstrahlungsrichtung mittels eines Ultraschall-Phasenarrays gewechselt und die Fluidströmung anhand von Impulsantworten aus unterschiedlichen Richtungen erfasst wird.The The present invention thus proposes a first idea a method for determining fluid flows in which Ultrasonic pulses are radiated into the fluid and a fluid flow is detected on the basis of the impulse responses. It is preferable that the irradiation direction is changed by means of an ultrasonic phase array and the fluid flow based on impulse responses from different Directions is detected.
Die Einstrahlungsrichtung der Ultraschallimpulse kann durch die Verwendung von Ultraschallphasenarrays ohne mechanische Verstellung und daher insbesondere sehr schnell verändert werden. Dies erlaubt wesentlich verbesserte Messungen. So kann entweder zusätzlich die Bewegung des Ultraschallsensors erfasst werden, beispielsweise mittels eines separaten Beschleunigungssensors, um dann auf die erfasste Bewegung zu kompensieren und damit eine Messung in stets die gleiche Richtung zu ermöglichen. Schon dies verbessert die Messungen, ohne einen aktiven Eingriff eines Benutzers zu erfordern. Alternativ und/oder zusätzlich ist es möglich, durch die Messung in unterschiedliche Richtungen und Mittelung bzw. Integration einen exakteren Wert zu erfassen. Auch dies ist ohne Eingriff eines Benutzers in automatisierter Weise möglich.The Direction of irradiation of the ultrasonic pulses can be through the use of ultrasonic phase arrays without mechanical adjustment and therefore especially be changed very quickly. This allows much improved measurements. So either in addition the movement of the ultrasonic sensor are detected, for example by means of a separate acceleration sensor, in order then to the compensated movement and thus a measurement in always to allow the same direction. Already this improves the measurements without requiring active intervention by a user. Alternatively and / or additionally, it is possible by the measurement in different directions and averaging or integration to capture a more exact value. Again, this is without intervention User in an automated way possible.
Die Anordnung ist mit einer Vielzahl von unterschiedlichen Fluiden verwendbar. So kann es sich bei dem Fluid um ein Gas oder Gasgemisch handeln, insbesondere Erdgas und/oder Methan, und/oder um eine Flüssigkeit, insbesondere Wasser und/oder wässerigen Lösungen und/oder Suspensionen, insbesondere Reinwasser, Trinkwasser, Abwasser; es sind aber auch Messungen von Chemikalien, zum Beispiel von Chemikalien für Prozesszwecke in der Industrie, möglich. Da in unterschiedliche Richtungen gemessen werden kann, wodurch die Genauigkeit erhöht ist, kann insbesondere trotz Vorliegen von Turbulenzen eine Messung erfolgen.The Arrangement is usable with a variety of different fluids. Thus, the fluid may be a gas or gas mixture, in particular Natural gas and / or methane, and / or a liquid, in particular Water and / or aqueous solutions and / or suspensions, in particular pure water, drinking water, waste water; but they are Measurements of chemicals, such as chemicals for Process purposes in the industry, possible. Because in different Directions can be measured, which increases the accuracy is, in particular, despite the presence of turbulence, a measurement respectively.
Fluidströmungen können erfindungsgemäß in einer Vielzahl von unterschiedlichen Bedingungen und Anwendungen erfasst werden.fluid flows can according to the invention in a variety be detected by different conditions and applications.
Besonders relevant wird aber die Messung in offenen Gewässern, offenen Kanälen, Rohrleitungen und insbesondere Druckleitungen sein.Especially However, the measurement becomes relevant in open waters, open Channels, pipelines and in particular pressure lines be.
Es wird einzuschätzen sein, dass die Entfernung, in welcher Fluidströmungen in der Umgebung als jeweiligen Ultraschall-Phasenarrays gut messbar ist, von der Leistung der Ultraschallimpulse, der Qualität der zur Ultraschallarray-Erregung und Impulsauswertung verwendeten Elektronik usw. abhängen wird. Wenn in einem Abstand von drei bis fünf, bevorzugt maximal zehn Metern die Fluidströmung bestimmt wird, ist dies für eine Vielzahl von Anwendungen ausreichend und erfordert keinen großen apparativen Aufwand.It will estimate that the distance in which Fluid flows in the environment as respective ultrasonic phase arrays is measurable well, from the power of the ultrasonic pulses, the quality used for ultrasonic array excitation and pulse evaluation Electronics, etc. will depend. If at a distance of three to five, preferably a maximum of ten meters, the fluid flow is determined, this is for a variety of applications sufficient and does not require much equipment.
Die Ultraschallimpulse werden typisch mit einer Frequenz von über 200 kHz und unter 4000 kHz, bevorzugt um 1000 kHz mit einer Bandbreite von ±200–500 kHz in das Fluid eingestrahlt werden. Diese Frequenzen lassen sich ohne weiteres erzeugen. Der bevorzugte Frequenzbereich ermöglicht es auch, die Frequenzen zu wechseln, die in das Fluid eingestrahlt werden. Dies ist vorteilhaft, weil es bevorzugt ist, wenn die Ultraschallimpulse mit über der Zeit variierenden Frequenzen in das Fluid eingestrahlt werden, insbesondere mit einem Frequenzhub von über einigen 100 kHz, bevorzugt um 400 bis 1000 kHz, hinreichend hohe Grundfrequenzen vorausgesetzt.The Ultrasonic pulses are typically transmitted at a frequency of over 200 kHz and below 4000 kHz, preferably around 1000 kHz with a bandwidth of ± 200-500 kHz are injected into the fluid. These frequencies can be generated easily. The preferred one Frequency range also makes it possible to change the frequencies which are injected into the fluid. This is advantageous because it is preferred if the ultrasonic pulses with over the time varying frequencies are radiated into the fluid, in particular with a frequency deviation of more than a few hundred kHz, preferably around 400 to 1000 kHz, sufficiently high fundamental frequencies provided.
Dabei können die Ultraschallimpulsfrequenzen sprungartig und/oder chirpartig geändert werden. Dies bringt erhebliche Vorteile bei der Auswertung.there the ultrasonic pulse frequencies can jump and / or be changed chir partig. This brings significant benefits in the evaluation.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Emissionsrichtung bei Phasenarrays von der Frequenz der emittierten Impulse ab hängt. Beim „Chirpen”, das heißt der Durchstimmung der Frequenz während eines einzelnen Impulses, wird also die Emissionskeule wandern. Darauf kann kompensiert werden, und zwar entweder, indem während der Durchstimmung die Phasenlage unterschiedlicher Elemente des Ultraschallphasenarrays angepasst, das heißt verändert wird und/oder, indem bei der Auswertung berücksichtigt wird, dass die Impulssignalantworten aus sich ändernden Richtungen kommen. Da die Abhängigkeit der Emissionsrichtung von der Emissionsfrequenz für ein jeweils gegebenes Ultraschallphasenarray aber ohne weiteres bestimmbar ist, ist die Kompensation problemfrei, das heißt insbesondere ohne einen komplizierten Eingriff eines Benutzers einer erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich. Es sei darauf hingewiesen, dass ein chirpartiges Durchstimmen sowohl stetig als auch in kleinen, insbesondere quasikontinuierlichen Schritten möglich ist.It it should be noted that the emission direction in phase arrays depends on the frequency of the emitted pulses. When chirping, that is, the tuning of the frequency during of a single pulse, so the emission lobe will migrate. This can be compensated for, either by the tuning of the phase position of different elements of the Ultrasonic phase arrays adjusted, that is changed is and / or taken into account in the evaluation is that the pulse signal responses are changing Directions are coming. Because the dependence of the emission direction from the emission frequency for each given ultrasonic phase array but readily determinable, the compensation is problem-free, that is in particular without a complicated intervention a user of a device according to the invention possible. It should be noted that a chir part Tuning in steadily as well as in small, in particular quasi-continuous Steps is possible.
Die Einstrahlrichtung wird bevorzugt sprungartig gewechselt. Dies ist bevorzugt gegenüber einem allmählichen Überstreichen eines Bereiches. Es brauchen also erfindungsgemäß nicht zwei unmittelbar nebeneinander liegende Richtungen abgetastet zu werden, sondern es ist statt dessen möglich, stärker voneinander differierende Richtungen abzutasten. Dies ist vorteilhaft, weil auf diese Weise benachbart liegende Richtungen zu unterschiedlichen Zeiten abgetastet werden, was einerseits eine bessere Kompensation auf Sensorbewegungen erlaubt und auch bei Turbulenzen in der Strömung eine verbesserte Messung gewährleistet. So können durch „Springen” der Richtung die Differenzen der Strömungsgeschwindigkeit an unterschiedlichen Stellen sehr gut erfasst werden, das heißt es können Strömungsvektoren besonders leicht und gut gemessen werden. Es ist möglich, ein bestimmtes Sprungmuster, mit dem nach und nach alle oder fast alle Richtungen abgetastet werden, immer wieder zu wiederholen oder aber das Sprungmuster selbst über die Zeit gleichfalls zu variieren, so dass Fehler durch periodische Störungen noch besser vermieden werden.The Direction of irradiation is preferably changed abruptly. This is preferred over a gradual sweep of an area. So it does not need according to the invention scanned two immediately adjacent directions to instead, it is possible, stronger to scan each other differing directions. This is advantageous because neighboring directions are different in this way Times are sampled, which on the one hand better compensation allowed on sensor movements and even with turbulence in the flow ensures an improved measurement. So can by "jumping" the direction the differences the flow velocity in different places very much can be detected well, that is, it can flow vectors to be measured very easily and well. It is possible, a particular hopping pattern, with which gradually all or almost all directions are sampled, repeated or repeated but the jump pattern itself over time as well to vary, so that errors due to periodic disturbances even better avoided.
Es sei darauf hingewiesen, dass es möglich ist, die Dichte von ultraschall-streuenden Partikeln oder dergleichen im Fluid zu bestimmen beziehungsweise aus den Ultraschall streuenden beziehungsweise absorbierenden Partikeln oder dergleichen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die Fluidzusammensetzung zu bestimmen. Da für viele Fluide wie zum Beispiel Abwässer oder Ölgemische bekannt ist, welche Partikelbelastung mit welcher chemischen Belastung bzw. Zusammensetzung einhergeht, kann durch entsprechende Bestimmungen auf die chemische Zusammensetzung des Fluids geschlossen werden. Insbesondere kann zum Beispiel ein Feststoffgehalt in Wasser, insbesondere Abwasser bestimmt werden.It It should be noted that it is possible to determine the density of ultrasound-scattering particles or the like in the fluid too determine respectively from the ultrasound scattering or absorbent particles or the like with the invention Method to determine the fluid composition. Therefore many fluids such as waste water or oil mixtures It is known which particle load with which chemical load or composition can be determined by appropriate provisions be concluded on the chemical composition of the fluid. In particular, for example, a solids content in water, in particular Wastewater to be determined.
Ein Ultraschall-Phasenarray weist mehrere linear oder, bevorzugt, zweidimensional angeordnete Ultraschall emittierende und/oder empfangende Elemente auf. Es ist bevorzugt, wenn dabei alle Elemente des Ultraschall-Phasenarrays möglichst gleich verstärkt werden. Dabei ist es nicht erforderlich, dass bei Verstärkung der empfangenden Signale allen Elementen des Ultraschall-Phasenarrays gleiche Verstärkungsfaktoren zugeordnet werden, sondern dass die Verstärkung der einzelnen Elemente so gewählt wird, dass alle Elemente unter sonst gleichen Bedingungen das gleiche Ausgangssignal erzeugen. Dies ist etwa vorteilhaft, wenn eine Digitalisierung der Signale erfolgt, um eine Signalauswertung vornehmen zu können, beispielsweise unter Ausführung einer FFT und/oder einer Kreuzkorrelation.An ultrasonic phase array has a plurality of linearly or, preferably, two-dimensionally arranged ultrasound emitting and / or receiving elements. It is preferred if all elements of the ultrasonic phase array are amplified as equally as possible. It is not necessary that at Amplification of the receiving signals are assigned to all elements of the ultrasonic phase array equal gain factors, but that the gain of the individual elements is chosen so that all elements produce the same output under otherwise identical conditions. This is advantageous, for example, if the signals are digitized in order to be able to carry out a signal evaluation, for example by performing an FFT and / or a cross-correlation.
Es ist möglich, dass durch Einstrahlung von Ultraschallimpulsen in unterschiedliche Richtungen – und der Auswertung der dazu gewonnenen Impulsantworten – ein Strömungsprofil erstellt wird und/oder Turbulenzen erfasst werden. Dies erhöht die Genauigkeit der Messungen, die durchgeführt werden. Es sei darauf hingewiesen, dass das Ultraschallphasenarray eindimensional sein kann, das heißt dass ein Linien-Array verwendbar ist; in einem solchen Fall kann ein fächerartiges Überstreichen einer Ebene erfolgen. Mit einem zweiten Linien-Array, das zum Beispiel komplementär aufgespannt ist, lassen sich Geschwindigkeitsvektoren im gesamten durchströmten Strömungsquerschnitt bestimmen. Typisch werden aber zweidimensionale Felder von Ultraschallsendern/-Empfängern verwendet werden. Hier lassen sich Strömungsmuster dreidimensional ohne mechanische Bewegung des Sensorfeldes erfassen und damit Turbulenzen usw. besonders gut bestimmen. Wenn Korrelationsmessungen durchgeführt werden, ist es vorteilhaft, Auswertefenster unter Berücksichtigung ermittelter Turbulenzen und/oder Strömungsprofile anzupassen. Dies erlaubt es, die Auswertefenster im Laufe einer andauernden Messung zu verkleinern und damit die Auswertezeit und die Wiederholfrequenz bzw. Abtastrate zu erhöhen. Dass die Auswertefenster nicht lediglich automatisch verkleinert werden können, sondern in gleicher Weise vergrösserbar sind, sei erwähnt.It is possible that by irradiation of ultrasonic pulses in different directions - and the evaluation of Impulse impulses derived from this - a flow profile is created and / or turbulence is detected. This increases the Accuracy of the measurements that are performed. It it should be noted that the ultrasonic phase array is one-dimensional that is, that a line array is usable; in such a case, a fan-like sweeping a level. With a second line array, for example is stretched complementary, can be velocity vectors throughout the flow cross-section determine. However, two-dimensional fields of ultrasound transmitters / receivers become typical be used. Here flow patterns can be three-dimensional without detect mechanical movement of the sensor field and thus turbulence etc. determine particularly well. When performing correlation measurements be, it is advantageous to evaluation window under consideration adjusted turbulence and / or flow profiles. This allows the evaluation windows over the course of a continuous To reduce the measurement and thus the evaluation time and the repetition frequency or to increase the sampling rate. That the evaluation windows are not can only be reduced automatically, but in the same way are enlargeable, may be mentioned.
Es ist möglich, den Signaluntergrund zu erfassen und bei der Signalauswertung zu berücksichtigen. Dazu kann beispielsweise eine Messung ohne vorherige Emission von Ultraschallsignalen erfolgen. Die dabei erhaltenen Signale stellen einen zum Beispiel zu subtrahierenden Untergrund dar, durch dessen Berücksichtigung die Messgenauigkeit weiter erhöht werden kann.It is possible to detect the signal background and in the Signal evaluation. This can for example a measurement without prior emission of ultrasonic signals. The The signals obtained thereby represent one to be subtracted, for example Underground, by taking the measurement accuracy can be further increased.
Es ist möglich und bevorzugt, wenn mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung Sedimente erfasst werden. Auf diese Weise können die durch Ablagerungen in Rohrleitungen, Gewässern usw. bedingten Querschnittsverkleinerungen berücksichtigt werden, die bei gleicher Strömungsgeschwindigkeit eine Verringerung der Gesamtströmungsmenge bedingen. Die Erfassung von Sedimenten trägt damit zur Erhöhung der Messgenauigkeit weiter bei.It is possible and preferred when using the method of the present invention Invention sediments are detected. That way you can due to deposits in pipelines, waters, etc. conditional cross-sectional reductions are taken into account, which at the same flow rate, a reduction the total flow amount. The detection of sediments thus contributes to increasing the measurement accuracy at.
Es ist möglich, die Impulsantworten beziehungsweise die bei deren Analyse ermittelten Strömungsdaten auch zur Bestimmung von festen Marken und/oder zur Lagebestimmung des Ultraschall-Phasenarrays heranzuziehen. So wird die Lage von Sedimenten sich kurzfristig nicht verändern. Wenn nun ein Sensor, der auf der Oberfläche eines Fluids aufschwimmt, zum Beispiel schaukelt, wird dies zu einer vermeintlichen Bewegung der Sedimente führen; da eine solche aber nicht auftreten wird, kann darauf geschlossen werden, dass der Sensor sich bewegt hat, was kompensiert werden kann. Die hohe Messrate, mit der in unterschiedliche Richtungen abgetastet werden kann, erlaubt dabei in vorteilhafter Weise, dass auch vergleichsweise schnelle Bewegungen erfasst werden können. Es sei allerdings darauf hingewiesen, dass erforderlichenfalls auch ein Beschleunigungsmesser oder dergleichen in den Sensor beziehungsweise dessen Gehäuse integriert werden kann, um auf Bewegungen desselben zu kompensieren. Die Integration kann dabei zum Beispiel durch Einbau auf eine Trägerplatine oder dergleichen erfolgen oder durch Integration auf ein und demselben Chip geschehen.It is possible, the impulse responses or at their analysis also determined flow data for determination of fixed marks and / or for determining the position of the ultrasonic phase array consulted. So the location of sediments becomes short-term Don `t change. If now a sensor on the surface of a Fluids floating, for example, swings, this becomes a supposed Lead sediment movement; but not one will occur, it can be concluded that the sensor has moved, which can be compensated. The high measuring rate, with which it is possible to scan in different directions doing in an advantageous manner that even comparatively fast Movements can be detected. It is, however, on it noted that, if necessary, an accelerometer or the like in the sensor or its housing can be integrated to compensate for movements thereof. The integration can be done, for example, by installation on a carrier board or the like, or by integration on one and the same Chip happened.
Schutz wird im übrigen auch beansprucht für eine Fluidströmungsmessanordnung, insbesondere zur Ausführung nach einem der vorhergehend beschriebenen Verfahren mit einem Ultraschallimpulssende-/-empfangsmittel zum Senden von Ultraschallimpulsen in Fluide und zum Empfangen von Ultraschallimpulsantworten aus dem Fluid und einem Auswertemittel zur Bestimmung von Fluidströmungen zur Auswertung der Ultraschallimpulsantworten. Es ist bevorzugt, dass das Ultraschallimpulssende-/-empfangsmittel als zweidimensionales Ultraschallarray ausgebildet ist und das Auswertemittel zum Auswerten von Impulsantworten aus unterschiedlichen Richtungen. Das Ultraschallimpulssendemittel wird typisch ein mehrdimensionales Ultraschallphasenarray sein.protection is also claimed for a fluid flow measuring arrangement, in particular for execution according to one of the preceding described method with a Ultraschallimpulssende - / - receiving means for sending ultrasonic pulses into fluids and for receiving Ultrasonic impulse responses from the fluid and an evaluation means for determining fluid flows for evaluating the ultrasonic impulse responses. It It is preferred that the ultrasonic pulse transmitting / receiving means is designed as a two-dimensional ultrasound array and the evaluation means for Evaluation of impulse responses from different directions. The ultrasonic pulse transmitter will typically be a multidimensional one Be ultrasonic phase array.
Die Erfindung wird im folgenden nur beispielhaft mit Bezug auf die Zeichnung beschrieben, wobei dargestellt ist durchThe Invention will now be described by way of example only with reference to the drawings described, wherein is represented by
Nach
Die
Fluidströmungsmessanordnung
Bevorzugt,
typisch und dargestellt ist aber, dass der Sensor in seinem fluiddichten
Gehäuse lediglich eine Signalkonditionierung
Neben der Signalgenerierung und -konditionierung kann aber auch die gesamte weitere Auswertung im Sensor erfolgen, das Forttreiben des Sensors kann dann zum Beispiel mit der Strom-/Spannungsversorgung verhindert werden.Next The signal generation and conditioning can also the entire carried out further evaluation in the sensor, the driving of the sensor can then prevented, for example, with the power / voltage supply become.
Das
Ultraschallimpulssende-/-empfangsmittel
Die
Ultraschallimpulse
Die
Fluide
Das
Auswertemittel
Die
Steuerung im Sensor ist dazu ausgebildet, durch entsprechende Einstellungen
der Phasenschieber eine Emission in unterschiedliche Richtungen
Die
Anordnung wird verwendet wie folgt:
Zunächst wird
der fluiddicht und schwimmfähig umhüllte Sensor
in das Fluid verbracht, was durch Einwerfen des bereits mit dem
Auswertemittel verbundenen Sensors geschehen kann. Durch die Auswerteleitung
ist der Sensor zugleich am Abtreiben gehindert.The arrangement is used as follows:
First, the fluid-tight and buoyant coated sensor is spent in the fluid, which can be done by inserting the sensor already connected to the evaluation. Through the evaluation line, the sensor is also prevented from aborting.
Dann
wird die Steuerung aktiviert und im Frequenzgenerator werden chirpende
Impulse erzeugt. Zugleich werden die den einzelnen Elementen zugeordneten
Phasenschieber so eingestellt, dass sich für eine Mittelfrequenz
eine erste Emissionsrichtung ergibt. Die Impulserzeugung wird für
eine bestimmte Dauer – die Impulsdauer – fortgesetzt
und während dieser Zeit werden die Elemente des Ultraschallphasenarrays
mit Ultraschallleistung beaufschlagt, wobei die Frequenz der Ul traschallwellen
durch die jeweilige Frequenz am Frequenzgenerator und die relative Phasenlage
zueinander durch die Phasenschieber so bestimmt wird, dass sich
(für eine gegebene Mittelfrequenz) eine Emission in eine
gewünschte Richtung, zum Beispiel
Nach Ablauf der Impulsdauer wird dann der Frequenzgenerator abgeschaltet und die Leistungsbeaufschlagung der Elemente beendet. Zugleich wird begonnen, das jetzt an den Elementen vorhandene Signal als Impulsantwortsignal zu konditionieren, das heißt zu verstärken und zu digitalisieren. Das digitalisierte Signal wird dann mit weiterer Information, etwa betreffend die jeweils angestrahlte Richtung, an das Auswertemittel übertragen.To End of the pulse duration then the frequency generator is turned off and the powering of the elements finished. At the same time started, the signal now present at the elements as an impulse response signal to condition, that is to amplify and to digitize. The digitized signal is then with another Information, for example concerning the respectively illuminated direction, transferred to the evaluation.
Nach
Ablauf einer Impulsantwortzeit wird eine neue Phaseneinstellung
an den Phasenschiebern vorgenommen und eine Ultraschall-Einstrahlung
in eine andere Richtung, zum Beispiel
Auf diese Weise werden nach und nach alle Richtungen, die mit dem Sensor erreicht werden sollen, abgetastet.On This way, gradually, all the directions that come with the sensor be reached, scanned.
Weiter
wird regelmäßig eine Abtastung nach unterschiedlichen
Richtungen
Es ist einsichtig, dass wahlweise ein eigener Signaluntergrund für jede Richtung bestimmbar ist, was eine bestmögliche Anpassung erlaubt, aber die Abtastrate wegen der erhöhten Zeitdauer für Signaluntergrundmessungen verringert. Alternativ wäre es möglich, nur wenige Messungen in unterschiedlichen Richtungen vorzunehmen und erforderlichenfalls eine Interpolation zwischen dem Signaluntergrund unterschiedlicher Richtungen vorzunehmen. Dies kann bereits hilfreich sein, um lokale Unterschiede zu berücksichtigen. Noch einfacher wird die Berücksichtigung des Signaluntergrundes, wenn nur eine einzige Signaluntergrundmessung global für alle Richtungen vorgenommen wird. Welche Art der Untergrundbestimmung im einzelnen am sinnvollsten ist, wird unter anderem vom Verhalten des Untergrundes abhängig sein. So wird es bei ausgeprägter Richtungsstabilität, das heißt zumindest weitgehend isotropem Untergrund, aber zugleich starker zeitlicher Variabilität bevorzugt sein, den Signaluntergrund global zu berücksichtigen, aber häufig zu erfassen. Ist hingegen eine große Richtungsabhängigkeit gegeben, die aber weitgehend zeitlich konstant ist, kann eine gelegentliche Erfassung des Untergrundes in unterschiedlichen Richtungen bevorzugt sein. Es sei darauf hingewiesen, dass das Untergrundverhalten wiederum von einer Vielzahl von Faktoren beeinflusst sein kann, wie mögliche Temperaturschwankungen des Fluids, Einstreuungen usw. Dass die Untergrundberücksichtigung im Laufe einer Messung geändert werden kann, zum Beispiel weil sich der Untergrund zeitlich stabilisiert, aber statt dessen Richtungsschwankungen auftreten, sei erwähnt.It is obvious that either a separate signal background for Every direction is determinable, which is the best possible adaptation allowed, but the sampling rate because of the increased time duration for signal background measurements. Alternative would be it is possible to do only a few measurements in different directions and, if necessary, an interpolation between to undertake the signal background of different directions. This can already be helpful to consider local differences. Even easier is the consideration of the signal background, if only a single signal background measurement is global for all directions are made. What kind of underground determination In the most meaningful, among other things, is the behavior dependent on the underground. So it gets more pronounced Directional stability, that is, at least largely Isotropic underground, but at the same time strong temporal variability be preferred to globally consider the signal background, but often to grasp. Is on the other hand a big one Directional dependence given, but largely temporally constant, may be an occasional capture of the subsoil be preferred in different directions. It should be noted that the underground behavior in turn depends on a variety of factors can be influenced as possible temperature fluctuations of the Fluids, interferences, etc. That the underground consideration can be changed during a measurement, for example because the underground stabilizes in time, but instead Directional fluctuations occur, it should be mentioned.
Aus den Impulsantworten die für eine jeweilige Richtung erhalten werden, werden dann in der Auswerteeinheit unter Berücksichtigung des gegebenenfalls gewichte richtungsinterpolierten Signal-Untergrundes in per se bekannter Weise Strömungsgeschwindigkeiten für gegebene Volumina bestimmt. Dabei kann anhand jener Volumina, die eine Strömungsgeschwindigkeit Null besitzen und besonders weit vom Sensor liegen, auf das Vorhandensein von Ablagerungen, das heißt Sedimenten und dergleichen geschlossen werden. Aus der Lage einer Oberfläche, die von diesen Volumina aufgespannt wird, kann dann rückgeschlossen werden, ob der Sensor sich bewegt hat oder nicht. Auf eine etwaige Schaukelbewegung kann dabei bei einer hinreichend hohen Abtastrate kompensiert werden, indem eine Rotationstransformation um den Sensor dergestalt durchgeführt wird, dass sich eine konstante, typische mittlere Lage der Sedimentoberfläche ergibt. Dass bei Nichtvorhandensein von Sedimenten einleuchtenderweise eine Fluidbettwandung als Fixfläche herangezogen werden kann, sei erwähnt. Gleichfalls erwähnt seien andere Transformationen, um zum Beispiel auf translative Bewegungen um eine Mittellage zu kompensieren.From the impulse responses which are obtained for a respective direction, flow velocities for given volumes are then determined in the evaluation unit, taking into account the optionally weighted direction-interpolated signal background in per se known manner. It can be based on those volumes that have a flow velocity zero and especially are far from the sensor, on the presence of deposits, that is closed sediments and the like. From the position of a surface, which is spanned by these volumes, it can then be deduced whether the sensor has moved or not. In this case, a possible swinging motion can be compensated for at a sufficiently high sampling rate by carrying out a rotation transformation around the sensor in such a way that a constant, typical average position of the sediment surface results. It is worth mentioning that in the absence of sediments a fluid bed wall can be used as a fix surface. Likewise, other transformations may be mentioned in order to compensate, for example, for translational movements about a central position.
Im übrigen ist es möglich, gegebenenfalls eine Schaukelfrequenz zu bestimmen und zu unterschiedlichen Zeiten während einer Abtastung aufgenommene Signale auf unterschiedliche Weise zu kompensieren. Dies ist besonders bei sprunghaftem Wechsel der Richtungen vorteilhaft.Furthermore It is possible, if necessary, a rocking frequency determine and at different times during one Sample to compensate for recorded signals in different ways. This is particularly advantageous in sudden changes of directions.
Nach der gegebenenfalls durchgeführten und bevorzugten, wenn auch nicht zwingenden Kompensation auf die Untergrundsignale und die Schwankungen, kann ein Strömungsmuster erstellt werden und der Gesamtdurchfluss durch einen Querschnitt des Fluidbettes bestimmt werden. Dabei können insbesondere auch Dif ferenzgeschwindigkeiten von unterschiedlichen Volumina und damit Geschwindigkeitsvektoren in der Flüssigkeit ermittelt werden.To if appropriate and preferred, if also not compelling compensation to the underground signals and the fluctuations, a flow pattern can be created and the total flow through a cross section of the fluidized bed be determined. In particular, it is also possible to use differential speeds of different volumes and thus velocity vectors in the liquid can be determined.
Auf diese Weise wird eine erhöhte Genauigkeit bei der Messung ermöglicht.On This way, an increased accuracy in the measurement allows.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| R118 | Application deemed withdrawn due to claim for domestic priority |
Effective date: 20110520 |