WO1990002099A1 - Process and device for measuring a flow rate - Google Patents

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WO1990002099A1
WO1990002099A1 PCT/EP1989/000913 EP8900913W WO9002099A1 WO 1990002099 A1 WO1990002099 A1 WO 1990002099A1 EP 8900913 W EP8900913 W EP 8900913W WO 9002099 A1 WO9002099 A1 WO 9002099A1
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WO
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radiation
receiving unit
flow
partial beams
measured
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Application number
PCT/EP1989/000913
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Inventor
Kurt Jansen
Original Assignee
Battelle-Institut E.V.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Application filed by Battelle-Institut E.V. filed Critical Battelle-Institut E.V.
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P5/00Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
    • G01P5/18Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring the time taken to traverse a fixed distance
    • G01P5/20Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring the time taken to traverse a fixed distance using particles entrained by a fluid stream

Definitions

  • the invention relates to a method for determining the speed of a flow and a device for performing the method and is based on one
  • Optical measuring methods allow the determination of the propagation velocities and flow properties of flows, for example gas or liquid flows, in which particles or other scattering centers move at the same speed as the flow, through a contact-free access to the measuring medium.
  • a known optical method is LaserDoppler anemometry, in which an interference pattern is generated by the superposition of two laser beams at the measurement location. If a particle flies through this interference pattern, a frequency component can be detected in the scattered light spectrum of the particle, the position of which in the spectrum is proportional to the flow velocity.
  • This method determines speeds using frequency measurement due to its small measurement volume with high spatial resolution.
  • this method cannot be used with only selective spatial resolution.
  • the light zone anemometer determines average velocities of a flow cross section through the parallel projection of a grating into the flow. Particles that fly through the stripe pattern generate scattered light with a preferred frequency component, the frequency of which in turn depends on the speed of propagation of the particles and the lattice constant.
  • scattering particle concentrations that fluctuate slightly over time and large scattering particles can cause disturbances. Even with a large scattering particle density, the signal-to-noise ratio becomes ever lower, since many scattering particles simultaneously emit signals with a generally statistically distributed phase position.
  • the transit time of flow inhomogeneities can be determined.
  • the speed to be determined results from this running time as the average speed over the known probe spacing.
  • the cross-correlation function can also be formed by signals from two measuring sensors onto which scattered radiation originating from two small measuring volumes is projected.
  • the measurement volumes e.g. two laser beams focused.
  • complex arrangements and adjustments of optical components are required.
  • the invention is based on the object, based on the features in the preamble of patent claims 1 and 7, of specifying a new method and a new device for determining the speed of a flow with the least possible technical outlay and requirements for the evaluation unit.
  • Detection with a sensor in order to obtain the required information of the scattering center runtime by forming the autocorrelation function.
  • a collimator and a double-hole diaphragm are to be provided in the device according to the invention.
  • the sum signal of an optoelectronic receiver unit originating from both partial beams serves as the evaluation signal.
  • a single photo element operated in the short circuit the surface of which detects both partial beams, supplies a measurement signal of sufficient amplitude without the need for additional amplification.
  • the amount of data is reduced by half compared to the application of the cross-correlation method, which means that the conditions for off-line processing are improved, ie the memory requirement is reduced.
  • the dimensions of the device according to the invention are also small as a result.
  • the method according to the invention allows the determination of the mean flow velocity in a larger cross-section for flows even with an unknown flow profile.
  • a semiconductor laser as radiation source, which is small and compact and whose radiation does not have to be expanded in contrast to the gas laser, is recommended for the device or the method according to the invention.
  • the autocorrelation function already enables the determination of the transit time from the position of a relative one
  • AGC automatic gain control
  • Measurements with optically transparent particles e.g. Drops of water, it may be necessary to use another screen with two opening channels immediately in front of the receiving unit. This aperture causes an angle selection of the incident radiation. Only the radiation from the diaphragm that comes from the desired angular range selected for the examination is transmitted. Disturbances of stray light from another angular range are thus prevented.
  • Fig. 1 shows an embodiment of a device according to the invention for performing the invention
  • 2A is a measured with the device of FIG. 1 Signal as a function of time for a single, small particle crossing the laser beams,
  • FIG. 2B shows the normalized autocorrelation function of the signal from FIG. 2A plotted against the time shift
  • FIG. 2C shows the processed normalized autocorrelation function of the signal from FIG. 2A
  • 3A shows a signal measured with the device according to FIG. 1 as a function of time for a single larger scattering particle
  • 3B shows the normalized autocorrelation function of the signal from FIG. 3A
  • 3C shows the processed normalized autocorrelation function of the signal from FIG. 3A
  • FIG. 4A shows a signal measured with the device according to FIG. 1 as a function of time for sand grains falling freely through the measurement volume
  • FIG. 4B shows the normalized autocorrelation function of the signal from FIG. 4A
  • FIGS. 4A and 4C shows the processed normalized autocorrelation function of the signal from FIGS. 4A and
  • FIG. 5 shows the time-dependent course of determined speed values for the measuring time range from FIG. 4A.
  • An exemplary embodiment of the device according to the invention is shown in FIG. 1 as a schematic block diagram
  • A serves as the radiation source
  • the laser beam leaving the collimator optics has a circular cross section with a diameter of 5 mm and is broken down into two parallel partial beams by the diaphragm (6) shown in FIG. 1.
  • the panel has two square openings, each with an edge length of 1 mm. The centers of the openings are 4 mm apart. This distance is as large as possible
  • the receiving unit of the measuring device has
  • Si photo element (7) with the dimensions 20 mm x 9 mm.
  • the short circuit current of a photo element is a linear function of the lighting intensity and is also proportional to the irradiated area.
  • Partial beam spacing etc. contained as information in the measurement signal.
  • the speed of the particles and their direction of flow perpendicular to the direction of propagation of the parallel beams are also indicated in FIG. 1.
  • a second amplifier stage (9) contains a high pass, a low pass and a notch filter of quality 17 and
  • the notch filter is tuned to the frequency of 50 Hz, so that
  • the post-amplifier can optionally have a constant
  • Amplification or operated with an AGC circuit (automatic gain control).
  • the advantage of the AGC circuit lies in the optimal measurement range resolution that automatically arises even with longer measurements under changing measurement conditions.
  • the amplifier output voltages are digitized by an analog / digital converter (10) and transferred to a computer (11) or a microprocessor with display unit via fast data transmission.
  • Flow velocities specified For example, at a flow speed of 2 m / s
  • Minimum sampling frequency which is proportional to the maximum occurring speed, must not be less than 2 kHz with the dimensions selected above. However, since only the measurement signal of a single photo element is to be evaluated, the measurement time range is also through in the case of off-line evaluations the amount of data to be processed is not too strong
  • the storage capacity is still not sufficient, it can be buffered accordingly or an online evaluation can be carried out.
  • Measurement volumes are detected, can be evaluated with the photo element already without post-amplification measures
  • Arranged photo element which causes an angle selection.
  • the information contained in the measuring signal of the propagation time of scattering centers by the laser partial beams (1) and (2) is determined by calculating the autocorrelation function with subsequent processing.
  • the total light intensity I detected by the photo element (7) results for the short circuit operation of the photo element to (1)
  • I (t) I 1 (t) + I 2 (t) (2)
  • I 1,2 corresponds to the intensity of the laser partial beam (1) or (2).
  • the autocorrelation function of the intensity I 1 or the cross-correlation function of the intensities I 1 and I 2 are said to be ⁇
  • I 1 and I 2 now being understood to mean the signal component free of direct component and T indicating the observation period, a the partial beam spacing and ⁇ a time shift. For the sake of simplicity, the same symbols are retained.
  • the autocorrelation function C of the total intensity measured by the photoelement can be calculated as follows for any, but frozen, scattered particle distribution which moves through the partial beams.
  • Equations (2) and (3) give:
  • the flow rate can be specified.
  • Equations (3) and (4) change analogously.
  • Correlation functions are no longer just from Time shift ⁇ , but also dependent on the observation time t c and the observation period 2T.
  • 2A shows the measured time profile of the photo element signal at a point in time at which a
  • the scattering particle traverses the laser beams.
  • the scattering particle has one in the direction of flow
  • Propagation speed can be met sufficiently.
  • the data of the standardized AKF are prepared by appropriate software.
  • the function of the scattering particle is with
  • Runtime is almost identical to that of the previously explained case is random.
  • Speed curve as shown in Fig. 5, can be specified. It can be seen from the figure that the speed of the grains of sand at the measuring location fluctuates around the average value of 2.12 m / s with a satisfactory resolution.
  • Radiographic procedures have been included.
  • the reflection component can of the scattered light can be used at a suitable angle, as already mentioned above.
  • the method according to the invention and the device are also suitable for monitoring and controlling transport processes (production lines, assembly lines) in industry.

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Abstract

In a process and device for measuring a flow rate, the beam preferably emitted by a semiconductor laser (4) is split in the visible or infra-red range by means of a collimating lens system (5) and a twin hole diaphragm (6) connected downstream of the latter into two partial beams (1, 2) which are guided through the flow containing scattering centres. The total intensity of the partial beams or the reflected parts thereof passing through the flow is measured preferably by a photoelectric cell (7) and then amplified (8, 9). The autocorrelation function is derived from the measurement signal and processed (10, 11) in order to determine the transit time of the scattering centres through the partial beams. The process and device also yield satisfactory results in the case of high scattering particle densities and unknown flow profiles. Hardware costs are minimal and only a fairly small amount of data need to be evaluated, because only one receiving unit is required and only one measurement signal has to be evaluated.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Geschwindigkeit einer Strömung  Method and device for determining the speed of a flow
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Geschwindigkeit einer Strömung sowie eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens und geht aus von einem The invention relates to a method for determining the speed of a flow and a device for performing the method and is based on one
optischen Verfahren mit den Merkmalen im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. einer Vorrichtung mit den Merkmalen im Oberbegriff des Patentanspruchs 7. Optical method with the features in the preamble of claim 1 or a device with the features in the preamble of claim 7.
Optische Meßverfahren gestatten die Bestimmung der Ausbreitungsgeschwindigkeiten und Strömungseigenschaften von Strömungen, beispielsweise Gas- oder Flüssigkeitsströmungen, in denen Teilchen oder andere Streuzentren sich mit der gleichen Geschwindigkeit bewegen wie die Strömung, durch einen berührungsfreien Zugriff auf das Meßmedium. Optical measuring methods allow the determination of the propagation velocities and flow properties of flows, for example gas or liquid flows, in which particles or other scattering centers move at the same speed as the flow, through a contact-free access to the measuring medium.
Ein bekanntes optisches Verfahren stellt die LaserDoppler Anemometrie dar, bei der durch die Überlagerung zweier Laserstrahlen am Meßort ein Interferenzmuster erzeugt wird. Durchfliegt ein Teilchen dieses Interferenzmuster, so ist im Streulichtspektrum des Teilchens eine Frequenzkomponente detektierbar, deren Lage im Spektrum proportional zur Strömungsgeschwindigkeit ist. Dieses Verfahren ermittelt Geschwindigkeiten über die Frequenzmessung aufgrund seines kleinen Meßvolumens mit hoher Ortsauflösung. Ist jedoch die Kenntnis über die mittlere Strömungsgeschwindigkeit mit unbekanntem Strömungsprofil erwünscht, so kann dieses Verfahren mit nur selektiver Ortsauflösung nicht herangezogen werden. A known optical method is LaserDoppler anemometry, in which an interference pattern is generated by the superposition of two laser beams at the measurement location. If a particle flies through this interference pattern, a frequency component can be detected in the scattered light spectrum of the particle, the position of which in the spectrum is proportional to the flow velocity. This method determines speeds using frequency measurement due to its small measurement volume with high spatial resolution. However, if knowledge of the mean flow velocity with an unknown flow profile is desired, this method cannot be used with only selective spatial resolution.
Das ebenfalls bekannte Lichtzonenanemometer ermittelt mittlere Geschwindigkeiten eines Strömungsquerschnitts durch die Parallelprojektion eines Strichgitters in die Strömung. Teilchen, die das Streifenmuster durchfliegen, erzeugen Streulicht mit einer bevorzugten Frequenzkomponente, deren Frequenz wiederum von der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Teilchen und der Gitterkonstanten abhängt. Zeitlich leicht schwankende Streuteilchenkonzentrationen und große Streuteilchen können jedoch Störungen verursachen. Auch wird bei großer Streuteilchendichte das Signal/Rausch Verhältnis immer geringer, da viele Streuteilchen gleichzeitig Signale mit in der Regel statistisch verteilter Phasenlage aussenden. The light zone anemometer, which is also known, determines average velocities of a flow cross section through the parallel projection of a grating into the flow. Particles that fly through the stripe pattern generate scattered light with a preferred frequency component, the frequency of which in turn depends on the speed of propagation of the particles and the lattice constant. However, scattering particle concentrations that fluctuate slightly over time and large scattering particles can cause disturbances. Even with a large scattering particle density, the signal-to-noise ratio becomes ever lower, since many scattering particles simultaneously emit signals with a generally statistically distributed phase position.
Ferner ist vorgeschlagen worden, als statistische Auswertemethode Korrelationsverfahren zur Geschwindigkeitsbestimmung heranzuziehen. Zum Beispiel kann über die It has also been proposed to use correlation methods for determining the speed as a statistical evaluation method. For example, about the
Bildung der Kreuzkorrelationsfunktion zweier Signale von in Strömungsrichtung räumlich getrennt angeordneten Meßaufnehmern die Laufzeit von Strömungsinhomogenitäten bestimmt werden. Die zu ermittelnde Geschwindigkeit ergibt sich aus dieser Laufzeit als mittlere Geschwindigkeit über den bekannten Meßsondenabstand. Forming the cross-correlation function of two signals from measuring sensors arranged spatially separated in the flow direction, the transit time of flow inhomogeneities can be determined. The speed to be determined results from this running time as the average speed over the known probe spacing.
Die Kreuzkorrelationsfunktion kann auch von Signalen zweier Meßaufnehmer gebildet werden, auf die aus zwei kleinen Meßvolumen herrührende Streustrahlung projiziert wird. Zur Bildung der Meßvolumen werden z.B. zwei Laserstrahlen fokussiert. Zur Aufspaltung eines Laserstrahls in zwei nichtparallele Strahlen und zu deren Fokussierung in den beiden Meßvolumen sowie für die exakte Projektion des Streulichts von den Volumen auf die Meßaufnehmer sind jedoch aufwendige Anordnungen und Justierungen optischer Bauelemente erforderlich. The cross-correlation function can also be formed by signals from two measuring sensors onto which scattered radiation originating from two small measuring volumes is projected. To form the measurement volumes, e.g. two laser beams focused. In order to split a laser beam into two non-parallel beams and to focus them in the two measuring volumes and for the exact projection of the scattered light from the volumes onto the measuring sensors, however, complex arrangements and adjustments of optical components are required.
Unabhängig von der Art und Weise der Gewinnung der Meßsignale für die Kreuzkorrelationsanalyse sind zudem stets zwei Detektoren notwendig. Außerdem wird für die Signalauswertung der beiden Detektorsignale eine relativ große Datenmenge benötigt, so daß in manchen Fällen eine Off-line Auswertung über eine Zwischenspeicherung aufgrund des endlichen Speicherplatzes nicht möglich ist. Regardless of the manner in which the measurement signals are obtained for the cross-correlation analysis, two detectors are always necessary. In addition, for the Signal evaluation of the two detector signals requires a relatively large amount of data, so that in some cases an off-line evaluation via intermediate storage is not possible due to the finite storage space.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von den Merkmalen im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 7 ein neues Verfahren bzw. eine neue Vorrichtung zur Bestimmung der Geschwindigkeit einer Strömung mit geringstmöglichem technischen Aufwand und Anforderungen an die Auswerteeinheit anzugeben. The invention is based on the object, based on the features in the preamble of patent claims 1 and 7, of specifying a new method and a new device for determining the speed of a flow with the least possible technical outlay and requirements for the evaluation unit.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der Patentansprüche 1 bzw. 7 gelöst. This object is solved by the subject matter of claims 1 and 7, respectively.
Im erfindungsgemäßen Verfahren, das die Laufzeitbestimmung mit Hilfe der Autokorrelationsfunktion eines einzigen Signals bildet, ist die Notwendigkeit zweier Detektoren vermieden. Es reichen eine einfache Aufspaltung der In the method according to the invention, which forms the runtime determination with the aid of the autocorrelation function of a single signal, the need for two detectors is avoided. A simple split of the
Strahlung in zwei Parallelstrahlen und anschließende Radiation in two parallel beams and subsequent
Detektierung mit einem Aufnehmer aus, um die erforderliche Information der Streuzentrenlaufzeit durch Bildung der Autokorrelationsfunktion zu gewinnen. Hierzu sind in der erfindungsgemäßen Vorrichtung lediglich ein Kollimator und eine Doppellochblende vorzusehen. Als Auswertesignal dient das von beiden Teilstrahlen herrührende Summensignal einer optoelektronischen Empfangseinheit. Detection with a sensor in order to obtain the required information of the scattering center runtime by forming the autocorrelation function. For this purpose, only a collimator and a double-hole diaphragm are to be provided in the device according to the invention. The sum signal of an optoelectronic receiver unit originating from both partial beams serves as the evaluation signal.
Insbesondere im Durchstrahlmeßverfahren liefert ein einziges im Kurzschluß betriebenes Fotoelement, dessen Fläche beide Teilstrahlen erfaßt, ein Meßsignal ausreichender Amplitude ohne erforderliche Nachverstärkung. In particular in the transmission measurement method, a single photo element operated in the short circuit, the surface of which detects both partial beams, supplies a measurement signal of sufficient amplitude without the need for additional amplification.
Da nur ein Meßsignal zu erfassen und auszuwerten ist, ist die Datenmenge im Vergleich zur Anwendung des Kreuzkorrelationsverfahrens um die Hälfte herabgesetzt, wodurch die Bedingungen für eine Off-line Verarbeitung verbessert sind, d.h. die Anforderung an den Speicherplatz herabgesetzt ist. Since only one measurement signal is to be recorded and evaluated, the amount of data is reduced by half compared to the application of the cross-correlation method, which means that the conditions for off-line processing are improved, ie the memory requirement is reduced.
Sowohl die geringe Anzahl optischer Bauelemente im Both the small number of optical components in the
Strahlengang als auch die reduzierte Empfangseinheit mit nur einem Detektor mit gegebenenfalls einem nachgeschalteten Verstärker sowie die Notwendigkeit nur eines Analog/Digitalwandlers bedingen geringe Hardwarekosten. The beam path as well as the reduced receiving unit with only one detector, possibly with a downstream amplifier, and the need for only one analog / digital converter result in low hardware costs.
Auch sind die Abmessungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung hierdurch gering. The dimensions of the device according to the invention are also small as a result.
Gegenüber dem Lichtzonenanemometer sind große oder zeitlich schwankende Streuteilchenkonzentrationen und das Auftreten großer Streuteilchen als Störgrößen im statistischen erfindungsgemäßen Verfahren ohne Bedeutung. Ein von vielen Streuteilchen oder Streuzentren anderer Art, wie z.B. Compared to the light zone anemometer, large or temporally fluctuating scattering particle concentrations and the occurrence of large scattering particles are irrelevant in the statistical method according to the invention. One of many scattering particles or other types of scattering centers, e.g.
Dichteschwankungen, herrührendes Signal ist bei der Bildung der Autokorrelationsfunktion gerade erwünscht. Zufällige zeitliche Korrelationen von Signalanteilen mittein sich dann durch die Integralbildung der Autokorrelationsfunktion besonders gut heraus. Fluctuations in density, resulting signal is just desired when forming the autocorrelation function. Random temporal correlations of signal components can then be found particularly well through the integral formation of the autocorrelation function.
Im Gegensatz zur Laser-Doppler Anemometrie gestattet das erfindungsgemäße Verfahren die Bestimmung der mittleren Strömungsgeschwindigkeit in einem größeren Querschnitt bei Strömungen auch mit unbekanntem Strömungsprofil. In contrast to laser Doppler anemometry, the method according to the invention allows the determination of the mean flow velocity in a larger cross-section for flows even with an unknown flow profile.
Neben der Verwendung von beispielsweise Halogenlampen oder Gaslasern empfiehlt sich für die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das Verfahren insbesondere ein Halbleiterlaser als Strahlungsquelle, der klein und kompakt ist und dessen Strahlung im Gegensatz zum Gaslaser nicht aufgeweitet werden muß. Bei kleinen sich genügend schnell bewegenden Streuzentren ermöglicht bereits die Autokorrelationsfunktion die Bestimmung der Laufzeit aus der Lage eines relativen In addition to the use of, for example, halogen lamps or gas lasers, a semiconductor laser as radiation source, which is small and compact and whose radiation does not have to be expanded in contrast to the gas laser, is recommended for the device or the method according to the invention. In the case of small scattering centers moving sufficiently fast, the autocorrelation function already enables the determination of the transit time from the position of a relative one
Maximums. Ansonsten ergibt sich die Laufzeit nach zweimaliger Differenzierung und nach Invertierung der Autokorrelationsfunktion, nachdem das Hauptmaximum bei der Zeitverschiebung Null eliminiert worden ist, anhand der Lage des daraufhin auftretenden neuen Hauptmaximums auch bei größeren Streuteilchen mit guter Genauigkeit.  Maximum. Otherwise, the runtime results after two differentiations and after inverting the autocorrelation function, after the main maximum has been eliminated at zero time shift, based on the position of the new main maximum that then occurs, even with larger scattering particles, with good accuracy.
Bei stark schwankender Teilchendichte ist die Anwendung einer automatischen Verstärkungsregelung (AGC) im Anschluß an die Empfangseinheit empfehlenswert, wodurch sich auch bei länger andauernden Messungen stets automatisch eine optimale Meßbereichsauflösung einstellt. In the event of a strongly fluctuating particle density, the use of an automatic gain control (AGC) following the receiver unit is recommended, which means that an optimal measuring range resolution is always automatically obtained even with measurements that take longer.
Bei Auftreten von Mehrfachstreuung und besonders bei If multiple scattering occurs and especially when
Messungen mit optisch transparenten Teilchen, wie z.B. Wassertropfen, kann es nötig sein, eine weitere Blende mit zwei Öffnungskanälen unmittelbar vor der Empfangseinheit einzusetzen. Diese Blende bewirkt eine Winkelselektion der auftreffenden Strahlung. Es wird nur die Strahlung von der Blende durchgelassen, die aus dem gewünschten, für die Untersuchung ausgewählten Winkelbereich kommt. Störungen von Streulicht aus einem anderen Winkelbereich werden somit verhindert. Measurements with optically transparent particles, e.g. Drops of water, it may be necessary to use another screen with two opening channels immediately in front of the receiving unit. This aperture causes an angle selection of the incident radiation. Only the radiation from the diaphragm that comes from the desired angular range selected for the examination is transmitted. Disturbances of stray light from another angular range are thus prevented.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: The invention is explained in more detail below with reference to the drawings. Show it:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Fig. 1 shows an embodiment of a device according to the invention for performing the invention
Verfahrens, Process,
Fig. 2A ein mit der Vorrichtung nach Fig. 1 gemessenes Signal in Abhängigkeit von der Zeit für ein einzelnes, kleines, die Laserteilstrahlen durchquerendes Teilchen, 2A is a measured with the device of FIG. 1 Signal as a function of time for a single, small particle crossing the laser beams,
Fig. 2B die normierte Autokorrelationsfunktion des Signals aus Fig. 2A aufgetragen gegen die Zeitverschiebung, 2B shows the normalized autocorrelation function of the signal from FIG. 2A plotted against the time shift,
Fig. 2C die aufbereitete normierte Autokorrelationsfunktion des Signals aus Fig. 2A, 2C shows the processed normalized autocorrelation function of the signal from FIG. 2A,
Fig. 3A ein mit der Vorrichtung nach Fig. 1 gemessenes Signal in Abhängigkeit von der Zeit für ein einzelnes größeres Streuteilchen, 3A shows a signal measured with the device according to FIG. 1 as a function of time for a single larger scattering particle,
Fig. 3B die normierte Autokorrelationsfunktion des Signals aus Fig. 3A, 3B shows the normalized autocorrelation function of the signal from FIG. 3A,
Fig. 3C die aufbereitete normierte Autokorrelationsfunktion des Signals aus Fig. 3A, 3C shows the processed normalized autocorrelation function of the signal from FIG. 3A,
Fig. 4A ein mit der Vorrichtung nach Fig. 1 gemessenes Signal in Abhängigkeit von der Zeit für durch das Meßvolumen frei fallende Sandkörner, 4A shows a signal measured with the device according to FIG. 1 as a function of time for sand grains falling freely through the measurement volume,
Fig. 4B die normierte Autokorrelationsfunktion des Signals aus Fig. 4A, 4B shows the normalized autocorrelation function of the signal from FIG. 4A,
Fig. 4C die aufbereitete normierte Autokorrelationsfunktion des Signals aus Fig. 4A und 4C shows the processed normalized autocorrelation function of the signal from FIGS. 4A and
Fig. 5 den zeitabhängigen Verlauf ermittelter Geschwindigkeitswerte für den Meßzeitbereich aus Fig. 4A. Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in Fig. 1 als schematisches Blockschaltbild 5 shows the time-dependent course of determined speed values for the measuring time range from FIG. 4A. An exemplary embodiment of the device according to the invention is shown in FIG. 1 as a schematic block diagram
dargestellt. Als Strahlungsquelle dient ein shown. A serves as the radiation source
Halbleiterlaser (4) mit einer Kollimatoroptik (5) und einer optischen Leistung von 3 mW, wobei die Wellenlänge der Laserstrahlung im optischen Bereich oder im nahen Infrarot liegt. Für die weiter unten gezeigten Meßergebnisse wurde eine Wellenlänge von 870 nm gewählt. Eine nicht Semiconductor laser (4) with collimator optics (5) and an optical power of 3 mW, the wavelength of the laser radiation being in the optical range or in the near infrared. A wavelength of 870 nm was selected for the measurement results shown below. Not one
dargestellte in das kompakte Halbleiterlaserbauelement integrierte Monitordiode erlaubt mit Hilfe eines shown in the compact semiconductor laser device integrated monitor diode allows using a
elektronischen Regelkreises (3) die Steuerung und electronic control loop (3) the control and
Stabilisierung der Laserleistung, so daß eine Stabilization of the laser power, so that a
Temperaturstabilisierung der Laserdiode nicht nötig ist. Eine Schwankung der Laserleistung ist im übrigen für das erfindungsgemäße Meßverfahren ohne Bedeutung, so daß die Regelung ausschließlich dem Schutz der Laserdiode dient. Der die Kollimatoroptik verlassende Laserstrahl hat einen kreisförmigen Querschnitt mit einem Durchmesser von 5 mm und wird durch die in Fig. 1 gezeigte Blende (6) in zwei parallele Teilstrahlen zerlegt. Die Blende weist zwei quadratische Öffnungen auf, die jeweils eine Kantenlänge von 1 mm besitzen. Die Mittelpunkte der Öffnungen liegen 4 mm auseinander. Dieser Abstand ist möglichst groß Temperature stabilization of the laser diode is not necessary. A fluctuation in the laser power is otherwise irrelevant for the measuring method according to the invention, so that the control serves only to protect the laser diode. The laser beam leaving the collimator optics has a circular cross section with a diameter of 5 mm and is broken down into two parallel partial beams by the diaphragm (6) shown in FIG. 1. The panel has two square openings, each with an edge length of 1 mm. The centers of the openings are 4 mm apart. This distance is as large as possible
gewählt worden. Er ist durch die Abmessungen des has been chosen. It is characterized by the dimensions of the
Laserstrahldurchmessers begrenzt. Bei Verwendung eines Gaslasers werden für die Erzeugung der Teilstrahlen Laser beam diameter limited. When using a gas laser, the partial beams are generated
zusätzliche optische Elemente benötigt. Diese erübrigen sich beispielsweise bei Halogenlichtquellen. additional optical elements needed. These are unnecessary, for example, with halogen light sources.
Die Empfangseinheit der Meßvorrichtung weist ein The receiving unit of the measuring device has
großflächiges Si-Fotoelement (7) mit den Abmessungen 20 mm x 9 mm auf. Der Kurzschlußstrom eines Fotoelements ist eine lineare Funktion der Beleuchtungsintensität und ist ebenfalls proportional zur bestrahlten Fläche. Vom large-area Si photo element (7) with the dimensions 20 mm x 9 mm. The short circuit current of a photo element is a linear function of the lighting intensity and is also proportional to the irradiated area. From
Fotoelement wird also die Summenintensität der beiden The total intensity of the two becomes the photo element
Laserteilstrahlen in einen hierzu proportionalen Kurzschlußstrom umgesetzt, der durch eine Vorverstärkerstufe (8) in eine Meßspannung gewandelt wird. Laser partial beams in a proportional to this Short-circuit current implemented, which is converted into a measuring voltage by a preamplifier stage (8).
Treten Streuzentren z.B. Streuteilchen durch die beiden Teilstrahlen (1,2), so ist deren Laufzeit über den If scattering centers occur e.g. Scattering particles through the two partial beams (1,2), their running time is longer than
Teilstrahlabstand u.a. als Information im Meßsignal enthalten. In Fig. 1 sind die Geschwindigkeit der Teilchen und deren Strömungsrichtung senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Parallelstrahlen ebenfalls angedeutet. Partial beam spacing etc. contained as information in the measurement signal. The speed of the particles and their direction of flow perpendicular to the direction of propagation of the parallel beams are also indicated in FIG. 1.
Eine zweite Verstärkerstufe (9) enthält einen Hochpaß, einen Tiefpaß und ein Sperrfilter der Güte 17 und A second amplifier stage (9) contains a high pass, a low pass and a notch filter of quality 17 and
reduziert das Meßsignalspektrum jeweils auf den für die Auswertung benötigten Frequenzbereich. Das Sperrfilter ist auf die Frequenz von 50 Hz abgestimmt, so daß das reduces the measurement signal spectrum to the frequency range required for the evaluation. The notch filter is tuned to the frequency of 50 Hz, so that
Meßsignal von Störeinflüssen weitgehenst befreit ist. Der Nachverstärker kann wahlweise mit einer konstanten Measurement signal is largely free of interference. The post-amplifier can optionally have a constant
Verstärkung oder mit einer AGC-Schaltung betrieben werden (automatic gain control). Der Vorteil der AGC-Schaltung liegt in der auch bei länger andauernden Messungen unter wechselnden Meßbedingungen sich automatisch einstellenden optimalen Meßbereichsauflösung. Die VerstärkerausgangsSpannungen werden durch einen Analog/Digitalwandler (10) digitalisiert und über eine schnelle Datenübertragung einem Rechner (11) bzw. einem Mikroprozessor mit Anzeigeeinheit übergeben. Amplification or operated with an AGC circuit (automatic gain control). The advantage of the AGC circuit lies in the optimal measurement range resolution that automatically arises even with longer measurements under changing measurement conditions. The amplifier output voltages are digitized by an analog / digital converter (10) and transferred to a computer (11) or a microprocessor with display unit via fast data transmission.
Die Anforderungen an den Rechner bzw. Mikroprozessor bzgl. der zu verarbeitenden Datenmenge und der Abtastrate hierfür werden durch die jeweils zu messenden The requirements for the computer or microprocessor with regard to the amount of data to be processed and the sampling rate for this are determined by the respectively to be measured
Strömungsgeschwindigkeiten vorgegeben. Beispielsweise soll bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 2 m/s die  Flow velocities specified. For example, at a flow speed of 2 m / s
Mindestabtastfrequenz, die proportional zur maximal auftretenden Geschwindigkeit ist, nicht kleiner als 2 kHz bei den oben gewählten Abmessungen sein. Da jedoch nur das Meßsignal eines einzigen Fotoelements auszuwerten ist, ist auch bei Off-line Auswertungen der Meßzeitbereich durch die zu verarbeitende Datenmenge nicht zu stark Minimum sampling frequency, which is proportional to the maximum occurring speed, must not be less than 2 kHz with the dimensions selected above. However, since only the measurement signal of a single photo element is to be evaluated, the measurement time range is also through in the case of off-line evaluations the amount of data to be processed is not too strong
eingeschränkt. Reicht die Speicherkapazität dennoch nicht aus, so kann entsprechend zwischengespeichert werden bzw. eine On-line Auswertung durchgeführt werden. Für  limited. If the storage capacity is still not sufficient, it can be buffered accordingly or an online evaluation can be carried out. For
Labormessungen kann auf die Nachverstärkung meist  Laboratory measurements can usually be done on post-amplification
verzichtet werden, während z.B. insbesondere bei langen Übertragungsleitungen zwischen Vorverstärker und Rechner, wie sie in Produktionsbetrieben häufig vorkommen,  can be dispensed with, e.g. especially with long transmission lines between preamplifier and computer, as they often occur in production plants,
auftretende Störeinflüsse mit Hilfe des Nachverstärkers möglichst zu eliminieren sind.  Any interference that may occur should be eliminated with the help of the post-amplifier.
Das in der hier gezeigten Vorrichtung angewandte The one used in the device shown here
Durchstrahlmeßverfahren, bei dem die durch Streuung im Meßvolumen modifizierten Strahlen im Anschluß an das  Transmission measurement method in which the rays modified by scattering in the measurement volume following the
Meßvolumen erfaßt werden, ergeben sich mit dem Fotoelement bereits ohne Nachverstärkungsmaßnahmen auswertbare  Measurement volumes are detected, can be evaluated with the photo element already without post-amplification measures
Summensignale. Beim Auftreten von Mehrfachstreuung und bei Anwesenheit von optisch transparenten Teilchen in der Strömung (z.B. Wassertropfen) wird vorzugsweise eine weitere Blende mit zwei Durchtrittskanälen vor dem  Sum signals. In the event of multiple scattering and in the presence of optically transparent particles in the flow (e.g. water droplets), a further orifice with two passages in front of the
Fotoelement angeordnet, die eine Winkelselektion bewirkt.  Arranged photo element, which causes an angle selection.
Die im Meßsignal enthaltene Information der Laufzeit von Streuzentren durch die Laserteilstrahlen (1) und (2) wird durch eine Berechnung der Autokorrelationsfunktion mit anschließender, Aufbereitung ermittelt. Die vom Fotoelement (7) erfaßte Gesamtlichtintensität I ergibt sich für den Kurzschlußbetrieb des Fotoelements zu (1)
Figure imgf000011_0001
The information contained in the measuring signal of the propagation time of scattering centers by the laser partial beams (1) and (2) is determined by calculating the autocorrelation function with subsequent processing. The total light intensity I detected by the photo element (7) results for the short circuit operation of the photo element to (1)
Figure imgf000011_0001
mit i: Intensitätsdichte  with i: intensity density
r: Ortskoordinate  r: location coordinate
t: Zeit  t: time
A: Fotoelementfläche. Für die in Fig. 1 gezeigte Anordnung ergibt sich damit: A: Photo element area. For the arrangement shown in FIG. 1, this results in:
I(t) = I1(t) + I2(t) (2) wobei I1,2 der Intensität des Laserteilstrahls (1) bzw. (2) entspricht. Die Autokorrelationsfunktion der Intensität I1 bzw. die Kreuzkorrelationsfunktion aus den Intensitäten I1 und I2 seien durch
Figure imgf000012_0001
α
I (t) = I 1 (t) + I 2 (t) (2) where I 1,2 corresponds to the intensity of the laser partial beam (1) or (2). The autocorrelation function of the intensity I 1 or the cross-correlation function of the intensities I 1 and I 2 are said to be
Figure imgf000012_0001
α
Figure imgf000012_0002
Figure imgf000012_0002
definiert, wobei unter I1 und I2 nunmehr der gleichanteilsfreie Signalanteil verstanden wird und T den Beobachtungszeitraum, a den Teilstrahlabstand und Ʈ eine Zeitverschiebung angeben. Der Einfachheit halber werden dennoch die gleichen Symbole beibehalten. defined, with I 1 and I 2 now being understood to mean the signal component free of direct component and T indicating the observation period, a the partial beam spacing and Ʈ a time shift. For the sake of simplicity, the same symbols are retained.
Für eine beliebige, jedoch eingefrorene Streuteilchenverteilung, die sich durch die Teilstrahlen bewegt, läßt sich die Autokorrelationsfunktion C der durch das Photoelement gemessenen Gesamtintensität wie folgt berechnen. Dabei wird mit Ʈ =a/v die Laufzeit bezeichnet; v kennzeichnet die Teilchengeschwindigkeit. Es gilt für diesen Sonderfall:
Figure imgf000012_0003
The autocorrelation function C of the total intensity measured by the photoelement can be calculated as follows for any, but frozen, scattered particle distribution which moves through the partial beams. The runtime is denoted by Ʈ = a / v; v denotes the particle velocity. The following applies to this special case:
Figure imgf000012_0003
Mit Gleichung (2) und (3) erhält man:  Equations (2) and (3) give:
1 /
Figure imgf000012_0004
t
Figure imgf000013_0004
1 /
Figure imgf000012_0004
t
Figure imgf000013_0004
Sind die Korrelationsfunktionen C11 (Ʈ ) und C12 (Ʈ', Ʈ) bzgl . Ʈ so schmalbandig, daß ihre Funktionsverläufe in einem Are the correlation functions C 11 (Ʈ) and C 12 (Ʈ ', Ʈ) regarding Ʈ so narrow-banded that their functional courses in one
C- Ʈ Diagramm nicht überlappen, so folgt für die auf  C- Ʈ diagram does not overlap, so follows for the
C( Ʈ',Ʈ=0 ) normierte Autokorrelationsfunktion
Figure imgf000013_0003
C (Ʈ ', Ʈ = 0) normalized autocorrelation function
Figure imgf000013_0003
Aus der Gleichung (8) läßt sich der prinzipielle Verlauf von K(Ʈ',Ʈ) unmittelbar ablesen: K(Ʈ',Ʈ) besitzt bei Ʈ =0 ein absolutes Maximum der Höhe 1, ist symmetrisch bzgl. Ʈ =0 und besitzt zwei Nebenmaxima der Höhe 0,5 bei c = Ʈ ' und Ʈ =- Ʈ'. Die Lage eines dieser Nebenmaxima ist zu bestimmen, so daß über die Beziehung £ The basic course of K (Ʈ ', Ʈ) can be read directly from equation (8): K (Ʈ', Ʈ) has an absolute maximum of height 1 at Ʈ = 0, is symmetrical with respect to Ʈ = 0 and has two secondary maxima of height 0.5 at c = Ʈ 'and Ʈ = - Ʈ'. The position of one of these secondary maxima is to be determined so that the relationship £
Figure imgf000013_0002
Figure imgf000013_0002
die Strömungsgeschwindigkeit angegeben werden kann.  the flow rate can be specified.
Da in der Realität keine unendlichen Meßzeiten zur Since in reality there are no infinite measuring times for
Verfügung stehen und der Beobachter bei instationären Strömungsvorgängen einen zeitlich aufgelösten  Are available and the observer has a temporally resolved flow
Geschwindigkeitsverlauf ermitteln möchte, wird eine  Want to determine the speed curve, is a
Kurzzeitkorrelationsfunktion definiert. An Stelle der Gleichung ( 6 ) erhält man
Figure imgf000013_0001
Short-term correlation function defined. Instead of equation (6) one obtains
Figure imgf000013_0001
Die Gleichungen (3) und (4) ändern sich analog. Die  Equations (3) and (4) change analogously. The
Korrelationsfunktionen sind nun nicht mehr nur von der Zeitverschiebung Ʈ, sondern auch vom Beobachtungszeitpunkt tc und dem Beobachtungszeitraum 2T abhängig. Correlation functions are no longer just from Time shift Ʈ, but also dependent on the observation time t c and the observation period 2T.
Es ergeben sich die im folgenden erläuterten Ergebnisse für die auf der Grundlage der obigen Überlegungen mit Hilfe der in Fig.1 skizzierten Vorrichtung durchgeführten und ausgewerteten Messungen. The results explained below result for the measurements carried out and evaluated on the basis of the above considerations with the aid of the device outlined in FIG.
Die Fig. 2A zeigt den gemessenen zeitlichen Verlauf des Fotoelementsignals zu einem Zeitpunkt, zu dem ein 2A shows the measured time profile of the photo element signal at a point in time at which a
einzelnes Streuteilchen die Laserteilstrahlen durchquert. Das Streuteilchen besitzt in Strömungsrichtung eine single scattering particle traverses the laser beams. The scattering particle has one in the direction of flow
Abmessung < 3 mm, da in Fig. 2A deutlich zu sehen ist, daß der Teilcheneintritt in den Teilstrahl 2 erst stattfindet, nachdem das Streuteilchen den Strahl 1 verlassen hat. Die vom Rechner bestimmte normierte Autokorrelationsfunktion (AKF) K(Ʈ',Ʈ) ist in Fig. 2B dargestellt. Die Kurve Dimension <3 mm, since it can be clearly seen in FIG. 2A that the particle entry into the partial beam 2 only takes place after the scattering particle has left the beam 1. The normalized autocorrelation function (AKF) K (Ʈ ', Ʈ) determined by the computer is shown in FIG. 2B. The curve
entspricht in etwa dem vorher für einen Sonderfall corresponds approximately to that previously for a special case
abgeschätzten AKF-Verlauf, da die für den besprochenen Spezialfall getroffenen Voraussetzungen von kleinen estimated AKF course, since the requirements made for the special case discussed are small
Streuteilchen bzw. Streuzentren mit genügend großer Scattering particles or scattering centers with large enough
Ausbreitungsgeschwindigkeit ausreichend erfüllt werden. Um die bereits in Fig. 2B ablesbare Lage des Nebenmaximums deutlicher hervorzuheben, werden die Daten der normierten AKF durch entsprechende Software aufbereitet. Die Propagation speed can be met sufficiently. In order to emphasize the position of the secondary maximum which can already be seen in FIG. 2B, the data of the standardized AKF are prepared by appropriate software. The
normierte AKF wird zweimal nach der Zeitverschiebung Ʈ differenziert und invertiert. Danach werden die nicht interessierenden negativen Anteile und die des  standardized AKF is differentiated and inverted twice after the time shift Ʈ. Then the negative parts of interest and those of the
Hauptmaximums bei der Zeitverschiebung Null entfernt.  Major maximums removed at zero time shift.
Somit ist die weitere Ermittlung der Laufzeit Ʈ' auf eine einfache Maximumbestimmung reduziert. Die Fig. 2C gibt die in besonderer Weise aufbereiteten Daten wieder. Die  The further determination of the transit time Ʈ 'is thus reduced to a simple maximum determination. 2C shows the data that has been prepared in a special way. The
Laufzeit des Streuteilchens ist der Funktion mit  The function of the scattering particle is with
ungefähr 3 ms zu entnehmen. Dies entspricht nach Gleichung (9) mit dem vorliegenden a-Wert einer Geschwindigkeit von etwa 1,3 m/s. Messungen mit einem Streuteilchen, dessen Abmessungen größer als 3 mm sind, zeigt die Folge der Figuren 3A bis 3C. Das Teilchen schattet nacheinander beide Teilstrahlen vom Fotoelement ab, so daß die gemessene Gesamtintensität auf Null sinkt. Dies hat zur Folge, daß die berechneten Korrelationfunktionen der Teilstrahlintensitäten, siehe Gleichung (3) und (4), in Fig. 3B überlappen. Ausgeprägte Nebenmaxima sind der gezeigten Autokorrelationsfunktion nicht mehr zu entnehmen. Das gleiche wie das anhand der Fig. 2A bis 2C erläuterte Datenaufbereitungsverfahren liefert jedoch auch für diesen Fall deutlich die Laufzeit des Teilchens, siehe Fig. 3C. Die Tatsache, daß die about 3 ms. According to equation (9), this corresponds to the present a value of a speed of approximately 1.3 m / s. The sequence of FIGS. 3A to 3C shows measurements with a scattering particle whose dimensions are larger than 3 mm. The particle successively shades both partial beams from the photo element so that the total intensity measured drops to zero. As a result, the calculated correlation functions of the partial beam intensities, see equations (3) and (4), overlap in FIG. 3B. Pronounced secondary maxima can no longer be found in the autocorrelation function shown. The same as the data preparation method explained with reference to FIGS. 2A to 2C, however, also clearly provides the runtime of the particle in this case, see FIG. 3C. The fact that the
Laufzeit fast identisch mit der des zuvor erläuterten Falles ist, ist zufällig. Runtime is almost identical to that of the previously explained case is random.
Bei der dritten dargestellten Messung werden Bedingungen, wie sie z.B. bei der Druckluftförderung von Teilchen vorkommen, simuliert, indem aus etwa 22 cm Höhe frei fallende Sandkörner das Meßvolumen auf einer Breite von 20 cm durchqueren. Das Meßsignal (Fig. 4A) zeigt starke Schwankungen aufgrund der großen Teilchenzahl, die die Laserteilstrahlen durchqueren. Für ein kleines Zeitfenster aus den dargestellten Meßdaten zeigen die normierte AKF und die aufbereitete normierte AKF auch für diese In the third measurement shown, conditions such as e.g. occur in the compressed air conveyance of particles, simulated by grains of sand falling freely from a height of about 22 cm traverse the measuring volume over a width of 20 cm. The measurement signal (Fig. 4A) shows large fluctuations due to the large number of particles that the laser beams pass through. For a small time window from the measurement data shown, the standardized AKF and the prepared standardized AKF also show them
Vielteilchenmessung deutlich die charakteristische Many-particle measurement clearly the characteristic
Zeitverschiebung (Laufzeit), die im Meßsignal enthalten ist (Fig. 4B + 4C). Läßt man dieses Zeitfenster über die gesamte Meßzeit gleiten, kann ein zeitabhängiger Time shift (transit time), which is contained in the measurement signal (Fig. 4B + 4C). If you let this time window slide over the entire measuring time, a time-dependent one
Geschwindigkeitsverlauf, wie in Fig. 5 dargestellt, angegeben werden. Es ist der Figur zu entnehmen, daß die Geschwindigkeit der Sandkörner am Meßort um den Mittelwert von 2,12 m/s mit zufriedenstellender Auflösung schwankt. Speed curve, as shown in Fig. 5, can be specified. It can be seen from the figure that the speed of the grains of sand at the measuring location fluctuates around the average value of 2.12 m / s with a satisfactory resolution.
Alle Messungen sind, wie es Fig. 1 zeigt, jeweils im All measurements are, as shown in Fig. 1, in each case
Durchstrahlverfahren aufgenommen worden. Je nach Meßobjekt und Meßbedingungen kann jedoch auch der Reflexionsanteil des Streulichts unter einem geeigneten Winkel ausgenutzt werden, wie bereits weiter oben erwähnt wurde. Radiographic procedures have been included. Depending on the measurement object and measurement conditions, however, the reflection component can of the scattered light can be used at a suitable angle, as already mentioned above.
Neben der Anwendung von Geschwindigkeitsmessungen von Gasen und Flüssigkeiten, in Strömungskanälen aller Art und Mehrphasen- und Partikelströmungen eignen sich das erfindungsgemäße Verfahrung und die Vorrichtung auch zur Überwachung und Steuerung von Transportvorgängen (Fertigungsstraßen, Fließbänder) in der Industrie. In addition to the use of speed measurements of gases and liquids, in flow channels of all kinds and multi-phase and particle flows, the method according to the invention and the device are also suitable for monitoring and controlling transport processes (production lines, assembly lines) in industry.

Claims

Patentansprüche Claims
1. Verfahren zur Bestimmung der Geschwindigkeit einer Strömung, in welchem Strahlung im sichtbaren oder infraroten Bereich nach Durchtritt oder Reflexion durch die Streuzentren enthaltende Strömung mit einer optoelektronischen Empfangseinheit gemessen wird und die von der Empfangseinheit gelieferten Meßsignale unter Anwendung eines Korrelationsverfahrens zur Gewinnung der Laufzeit der Streuzentren durch die Strahlung ausgewertet 1. A method for determining the speed of a flow, in which radiation in the visible or infrared range after passage or reflection through the flow containing scattering centers is measured with an optoelectronic receiving unit and the measurement signals supplied by the receiving unit using a correlation method to obtain the running time of the scattering centers evaluated by the radiation
werden, become,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
daß die Strahlung in ein paralleles Strahlenbündel umgesetzt wird, das daraufhin vor Durchtritt oder Reflexion durch die Strömung in zwei parallele Teilstrahlen zerlegt wird, daß mit der optoelektronischen Empfangseinheit jeweils die Summenintensität beider Teilstrahlen gemessen wird und daß von dem gemessenen Summensignal die Autokorrelationsfunktion gebildet wird. that the radiation is converted into a parallel bundle of rays, which is then broken down into two parallel partial beams before passage or reflection through the flow, that the sum intensity of both partial beams is measured with the optoelectronic receiving unit, and that the autocorrelation function is formed from the measured sum signal.
2. Verfahren nach Anspruch 1, 2. The method according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
daß die Autokorrelationsfunktion des Meßsignals zweimal nach der Zeit differenziert wird und daß nach Invertieren der Funktion und nach Eliminieren des Hauptmaximums bei der Zeitverschiebung Null die Lage des daraufhin vorliegenden, neuen Hauptmaximums bestimmt wird. that the autocorrelation function of the measurement signal is differentiated twice according to the time and that after inverting the function and after eliminating the main maximum at zero time shift, the position of the new main maximum which is then present is determined.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, 3. The method according to any one of the preceding claims, characterized in
daß die Strahlung eines Halbleiterlasers verwendet wird. that the radiation from a semiconductor laser is used.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, 4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in
daß das gemessene Summensignal vorverstärkt und wahlweise mit gleichzeitiger Filterung bei fester Verstärkung oder automatisch geregelter Verstärkung vor der Digitalisierung nachverstärkt wird. that the measured sum signal is preamplified and optionally with simultaneous filtering with fixed gain or automatically controlled gain before digitization.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, 5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in
daß die nichtparallelen Anteile der Strahlung unmittelbar vor der Empfangseinheit ausgeblendet werden. that the non-parallel portions of the radiation are masked out immediately in front of the receiving unit.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, 6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that
daß die Summenintensität mit einem im Kurzschluß betriebenen Fotoelement gemessen wird. that the sum intensity is measured with a photo element operated in the short circuit.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer Strahlung im sichtbaren oder infraroten Bereich aussendenden Strahlungsquelle, einer optoelektronischen Empfangseinheit und einer eine Korrelationsfunktion der von der Empfangseinheit gelieferten Meßsignale bildenden Auswerteeinheit, 7. Device for carrying out the method according to claim 1 with a radiation source emitting radiation in the visible or infrared range, an optoelectronic receiving unit and an evaluation unit forming a correlation function of the measurement signals supplied by the receiving unit,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
daß die Vorrichtung im Anschluß an die Strahlungsquelle (4) eine Kollimatoroptik (5) aufweist, der eine Doppellochblende (6) nachgeschaltet ist, die die durchtretende Strahlung in zwei parallele Teilstrahlen zerlegt, daß die optoelektronische Empfangseinheit (7,8,9) dazu ausgelegt ist, die Summenintensität der Teilstrahlen nach Durchtritt oder Reflexion durch die Strömung zu messen, und daß die Auswerteeinheit (9,10,11) die Autokorrelationsfunktion des Meßsignals bildet und aus dieser die Laufzeit der Streuzentren in der Strömung über die Teilstrahldistanz ermittelt.  that the device following the radiation source (4) has a collimator lens (5), which is followed by a double-hole diaphragm (6), which splits the radiation passing through into two parallel partial beams that the optoelectronic receiving unit (7, 8, 9) is designed for is to measure the sum intensity of the partial beams after passage or reflection through the flow, and that the evaluation unit (9, 10, 11) forms the autocorrelation function of the measurement signal and determines the running time of the scattering centers in the flow over the partial beam distance.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, 8. The device according to claim 7,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
daß die Lichtquelle (4) ein Halbleiterlaser ist. that the light source (4) is a semiconductor laser.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, 9. The device according to claim 7 or claim 8,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
daß die Empfangseinheit ein beide Teilstrahlen erfassendes Fotoelement (7) aufweist, dessen Kurzschlußstrom gemessen wird. that the receiving unit has a photo element (7) which detects both partial beams and whose short circuit current is measured.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, 10. The device according to one of claims 7 to 9,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
daß die Empfangseinheit einen Vorverstärker (8) und eine wahlweise nachzuschaltende Filtereinheit (9) mit Hauptverstärker und/oder automatischer Verstärkungsregelung (AGC) aufweist. that the receiving unit has a preamplifier (8) and an optional downstream filter unit (9) with main amplifier and / or automatic gain control (AGC).
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, 11. The device according to one of claims 7 to 10,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
daß die Auswerteeinheit einen Analog/Digitalwandler (10) und einen Mikroprozessor mit Anzeigeeinheit oder Rechner (11) aufweist. that the evaluation unit has an analog / digital converter (10) and a microprocessor with display unit or computer (11).
12. Vorrichtung nach Anspruch 8, 12. The device according to claim 8,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
daß eine Einrichtung (3) zur Intensitätsregelung der that a device (3) for intensity control of
Halbleiterlaserstrahlung vorgesehen ist. Semiconductor laser radiation is provided.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, 13. The device according to one of claims 7 to 12,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
daß zur Ausblendung nichtparalleler Strahlungsanteile eine weitere, der Empfangseinheit (7,8,9) vorgeschaltete dickere Blende mit zwei Durchtrittskanälen vorgesehen ist. that a further, thicker screen with two through-channels is provided for masking out non-parallel radiation components, upstream of the receiving unit (7, 8, 9).
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