AT18025U1 - Ein Verfahren zur Vorhersage des Gefrierens von Strukturen, das durch Wolkentröpfchen verursacht wird, zur Überwachung der Gefrierentwicklung und zur Steuerung des Gefrierens von stationären oder sich bewegenden Strukturen und ein in dem Verfahren verwendetes linsenloses digitales Mikroskop - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Messung der gegenwärtigen Vereisungsumstände, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: - Empfangen (35) von einem Computer (3) meteorologische Messdaten von einer Wetterstation (6) - Aufzeichnen (32) von Beugungsbildern (25a) aufgrund von Wolkentröpfchen (25), die sich in einem offenen Messraum befinden, durch einen Bilddetektor (22) einer digitalen Inline-Holographievorrichtung (1) und - Speichern der aufgezeichneten Beugungsbilder (25a) auf dem Computer (3), wobei der Computer ferner folgende Schritte ausführt: - Berechnen (34) der Größe und Anzahl der Wolkentröpfchen (25, 26, 27) im offenen Messraum unter Verwendung der aufgezeichneten Beugungsbilder (25a) - Berechnen (34) eines Flüssigkeitswassergehalts und eines mittleren Volumendurchmessers der Wolkentröpfchen (25, 26, 27), die im offenen Messraum erfasst wurden, basierend auf den berechneten Größen und der Anzahl der Wolkentröpfchen (25, 26, 27), und - Kombinieren (38) der Berechnungsergebnisse des Flüssigkeitswassergehalts und des mittleren Volumendurchmessers mit meteorologischen Messdaten zur Bestimmung der gegenwärtigen Vereisungsumstände.

Description

Beschreibung

GEBIET DER ERFINDUNG

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Messsystem zur Messung von gegenwärtigen Vereisungsumständen und zur Erstellung einer Vorhersage über eine Eisansammlung auf einer mechanischen Struktur. Die Erfindung betrifft außerdem ein Computerprogrammprodukt, das in dem Messsystem verwendet wird.

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK

[0002] In kalten und hochgelegenen Gebieten können verschiedene Arten von mechanischen Strukturen in kurzer Zeit eine sehr starke mechanische Belastung erfahren, die durch Wolkentröpfchen verursacht wird, die in der Lage sind, auf der mechanischen Struktur zu vereisen. Mechanische Strukturen, die unter bestimmten meteorologischen Bedingungen vereisen können, sind beispielsweise Rotorblätter von Windkraftanlagen, Freileitungen und auch Flugzeugflügel. Die Auswertung der Vereisungsbedingungen in der Bauvorbereitungsphase ermöglicht den angemessenen Entwurf mechanischer Strukturen und benötigter Enteisungslösungen.

[0003] Strukturen, welche Höhe und Kälte ausgesetzt sind, sind aufgrund von Wolkentröpfchen vereisungsanfällig. Die Form und das Material einer Struktur haben einen erheblichen Einfluss darauf, wie die Struktur vereist. Andererseits vereist die Struktur bei unterschiedlichen Bewölkungsbedingungen sehr unterschiedlich.

[0004] Im Stand der Technik bekannte Vereisungssensoren basieren auf der Beobachtung oder Messung des angesammelten Eises auf der mechanischen Struktur. Die Sensoren messen nicht direkt die vorherrschenden meteorologischen Bedingungen, welche die Vereisung verursachen. Bekannte Vereisungssensoren messen nur die Vereisung einer mechanischen Struktur, die eine bestimmte Form hat. Daher kann aus dem Messergebnis nicht auf zuverlässige Weise direkt auf ein Einfrieren eines anders geformten Objekts geschlossen werden.

[0005] Das Unternehmen Droplet Measurement Technologies Inc. hat ein vorwärtsstreuendes optisches Spektrometer namens CDP zur Analyse von beispielsweise Wolkentröpfchen auf den Markt gebracht. Das CDP-Spektrometer kann Wolkentröpfchen messen, die eine Größenverteilung von 2 um bis 50 um haben. Die Wolkentröpfchen müssen einen Analysebereich eines kollimierten Laserstrahls gleichmäßiger Leistung durchqueren.

[0006] Wenn Wolkentröpfchen den Laserstrahl durchqueren, streut das Licht von den Wolkentröpfchen in alle Richtungen. Die CDP sammelt vorwärts gestreute Photonen innerhalb eines ringförmigen Kegels, der 4° bis 12° von dem Laserstrahl entfernt ist. Das gesammelte Licht wird dann zu einem Linsensystem und von dort zu Photodetektoren gelenkt, welche die Photonenpulse in elektrische Kalibrierpulse umwandeln. Die Partikelgröße wird dann basierend auf der Amplitude des Kalibrierpulses definiert.

[0007] Das CDP-Spektrometer ist keine holographische Messvorrichtung. Es wird hauptsächlich in Erkundungsflugzeugen verwendet.

[0008] In Windkraftanlagen wurden eine Reihe verschiedener Messverfahren hauptsächlich zur Erfassung von Eis auf Rotorblättern verwendet. Die Erfassungsverfahren basieren beispielsweise auf der Beobachtung mechanischer Schwingungen der Blätter. Außerdem werden kapazitive Sensoren zur Erkennung von Eis auf der Oberfläche des Rotorblattes verwendet. Diese Messsysteme erfassen jedoch Eis, das sich bereits auf dem Rotorblatt angesammelt hat. Diese Messergebnisse sagen nichts über meteorologische Bedingungen aus, die Eis auf dem Rotorblatt erzeugt haben. Und so kommt die Vereisungsinformation erst dann, wenn sich das Eis bereits deutlich auf der Oberfläche des Rotorblattes angesammelt hat.

Digitale Holographie wurde in den atmosphärischen Wissenschaften verwendet, um auch Wolkentröpfchen zu beschreiben. Ein holographisches Messsystem ist in der US 2011/0299079 dargestellt. Ein Luftfahrzeug transportiert ein holographisches Messinstrument mit hoher Abtastfre-

quenz durch ein Volumen von Interesse. Wenn sich das Instrument bewegt, sendet das holographische Messinstrument einen kollimierten Lichtstrahl entlang einer optischen Achse über das Volumen von Interesse. Der Lichtstrahl interagiert mit Partikeln, die in dem Volumen von Interesse enthalten sind. Ein schnelles, eindimensionales Detektorarray erfasst einfallendes Licht reflektierende Muster von Lichtintensitätsniveaus, welche der Wechselwirkung zwischen dem kollimierten Lichtstrahl und den Partikeln zugeordnet sind. Ein Prozessor integriert Informationen, die sich auf die erfassten Muster und eine Geschwindigkeit der relativen Bewegung zwischen der Messsonde und dem Volumen von Interesse beziehen, um zumindest eine statistisch aussagekräftige Abtastung von zeitabhängigen Partikelverteilungsinformationen zu bestimmen, die einer Gesamtheit des Volumens von Interesse zugeordnet sind. Unter Verwendung der zeitabhängigen Partikelverteilungsinformationen und der automatischen Rekonstruktionsalgorithmen, die auf dem Prozessor ablaufen, rekonstruiert der Prozessor Hologramme, welche die Partikel innerhalb des Volumens von Interesse darstellen. Diese Hologramme werden dann verwendet, um eine räumliche Verteilung, Größenverteilung, Anzahldichte oder Konzentration und/oder Form der Partikel innerhalb des Volumens von Interesse zu messen.

[0009] Die JP 2007263864 offenbart eine digitale Holographiemessvorrichtung zum Messen einer winzigen Menge eines winzigen Objekts in einem dreidimensionalen Raum unter Verwendung von Bildwiedergabe mittels digitaler Holographie. Auf den dreidimensionalen Messraum wird ein kollimierter Lichtstrahl gerichtet. Eine Abbildungsebene, die senkrecht zu der Einstrahlrichtung des kollimierten Lichtstrahls ist, erfasst eine Amplitudenverteilung des Lichts auf jeder Wiedergabefläche an verschiedenen Positionen in der Tiefenrichtung senkrecht zu dem Hologrammbild.

[0010] Alle oben genannten optischen Messsysteme verwenden aufgrund des verwendeten kollimierten Lichtstrahls eine andere Art von Linsensystem. Die Linsen ergänzen den mechanischen Aufbau der Messvorrichtung um zusätzliche optische Elemente, welche die mechanische Struktur der Messvorrichtung kompliziert machen und damit die Herstellungskosten der optischen Messvorrichtung erhöhen.

[0011] Die CN 104897538 stellt eine auf digitaler Holographie basierende Vorrichtung zur Stauberfassung dar, die kein Linsensystem verwendet. Die Vorrichtung zur Stauberfassung basiert auf digitaler Holographie. Die Erfassungsvorrichtung weist einen Computer, eine monochromatische Lichtquelle, eine Lochblende, ein Filter und einen Matrixdetektor auf. Die Lochblende begrenzt einen räumlichen Ausbreitungsbereich des Beleuchtungsstrahls, um eine punktförmige Lichtquelle zu bilden. Das Filter wird verwendet, um den Wellenlängenbereich des durchgelassenen Beleuchtungsstrahls zu begrenzen. Staubpartikel in dem Beleuchtungsstrahl streuen die Lichtwellen. Die Amplituden- und Phasenänderungen der gestreuten Lichtwellen spiegeln die räumliche Verteilung und Partikelgrößenverteilung der Staubpartikel wider. Ein Teil der Beleuchtungsstrahlen wird nicht gestreut und sie werden als Referenzlichtwellen bezeichnet. Die gestreuten Lichtwellen stören die Referenzlichtwellen und bilden Interferenzstreifen auf dem Matrixdetektor. Der Arraydetektor erfasst das Intensitätssignal der Interferenzstreifen und zeichnet die Hologrammdaten auf. Der Computer verarbeitet die optischen Beugungsdaten, um ein dreidimensionales Bild der Staubpartikel in dem Messraum zu konstruieren. Aus den dreidimensionalen Bildern von Staubpartikeln und der Information über die räumliche Konzentration der Staubpartikel und der Information über die Partikelgrößenverteilung wird dann die Staubmenge an dem Ort erfasst. Die US 2015/0336676 A1 offenbart eine Tragflächenvereisungssteuerung von Luftfahrzeugen, die Wetterund Flugparameterdaten in Vereisungsbestimmungen und optimierte Flugpläne zur Vermeidung von Vereisung basierend auf der Art der Tragfläche umwandelt.

KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG

[0012] Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein neues und kostengünstiges Verfahren bereitzustellen, das Informationen über den Vereisungszustand von Wolkentröpfchen mit einer kurzen Ansprechzeit liefert. Diese Informationen werden verwendet, um einen Vereisungszustand zu erfassen und die Entwicklung der Vereisung auf einer mechanischen Struktur zu überwachen. Das in einem neuen Messsystem verwendete neue Verfahren ermöglicht eine frühere Reaktionszeit und

eine genaue Abschätzung des Vereisungszustandes, wodurch es möglich ist, durch Vereisung auf einer mechanischen Struktur verursachte Nachteile zu minimieren.

[0013] Die Aufgaben der Erfindung werden durch ein Verfahren und ein holographisches Inline Messsystem gelöst, wobei das Messsystem einen mittleren Volumendurchmesser (MVD) und einen Flüssigwassergehalt (Flüssigkeitswassergehalt) (LWC) von Wolkentröpfchen, die in einem offenen Messraum erfasst wurden, definiert. Das holographische Inline-Messsystem kombiniert sie dann mit meteorologischen Messdaten von einer Wetterstation, einem Material- und 3D-Modell der mechanischen Struktur und Informationen, die eine Bewegungsgeschwindigkeit der mechanischen Struktur darstellen. Das verwendete holographische Inline-Messsystem verwendet kein Linsensystem.

[0014] Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass ein aktueller Vereisungszustand einer mechanischen Struktur unter Verwendung von Messdaten über tatsächlich gemessene Wolkentröpfchen bestimmt wird.

[0015] Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass der Flüssigwassergehalt und der mittlere Volumendurchmesser der Wolkentröpfchen durch eine einzige Messung definiert werden.

[0016] Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Geschwindigkeit der Tröpfchen unter Verwendung von zwei oder mehr Strahlungspulsen pro Hologramm gemessen werden kann.

[0017] Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass es mit dem Messsystem möglich ist, eine Ansammlung von Eis auf der mechanischen Struktur vorherzusagen und den Beginn und das Ende eines Vereisungsereignisses je nach den tatsächlichen Vereisungsbedingungen um Minuten bis zu mehreren Stunden früher zu erfassen als die auf der Messung von angesammeltem Eis basierenden Eissensoren.

[0018] Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass sie es ermöglicht, die Vereisungsgeschwindigkeit von sich bewegenden mechanischen Strukturen zu steuern und zu optimieren, beispielsweise durch Begrenzen einer Bewegung der mechanischen Struktur in Bezug auf die Wolkentröpfchen oder durch Steuern der Erwärmung der mechanischen Struktur oder durch Ändern/Bewegen der vereisenden mechanischen Struktur, sodass der Wirkungsgrad der Eisablagerung von Wolkentröpfchen auf der mechanischen Struktur verringert werden kann.

[0019] Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass das System zum Messen von Wolkentröpfchen einfach und kostengünstig ist, da die verwendete digitale Inline-Holographievorrichtung eine linsenfreie Struktur ist.

[0020] Das Verfahren zur Messung der gegenwärtigen Vereisungsumstände gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein zu dem Vorhersagesystem gehörender Computer Folgendes durchführt:

- Berechnen der Größe und Anzahl der Wolkentröpfchen in dem offenen Messraum unter Verwendung der aufgezeichneten Beugungsbilder

- Berechnen eines Flüssigwassergehalts und eines mittleren Volumendurchmessers der Wolkentröpfchen, die in dem offenen Messraum erfasst wurden, basierend auf den berechneten Größen und der Anzahl der Wolkentröpfchen (25, 26, 27), und

- Kombinieren (38) der Berechnungsergebnisse des Flüssigwassergehalts und des mittleren Volumendurchmessers mit meteorologischen Messdaten zur Bestimmung der gegenwärtigen Vereisungsumstände.

[0021] Das Messsystem zum Messen der gegenwärtigen Vereisungsumstände, das einen Computer aufweist, ist dadurch gekennzeichnet, dass der Computer konfiguriert ist, um Folgendes durchzuführen:

- Berechnen der Größe und Anzahl der Wolkentröpfchen in dem offenen Messraum unter Verwendung der aufgezeichneten Beugungsbilder

- Berechnen eines Flüssigwassergehalts und eines mittleren Volumendurchmessers der in dem

offenen Messraum erfassten Wolkentröpfchen basierend auf den berechneten Größen und der Anzahl der Wolkentröpfchen (25, 26, 27), und

- Kombinieren der Berechnungsergebnisse des Flüssigwassergehalts und des mittleren Volumendurchmessers mit meteorologischen Messdaten zur Bestimmung der gegenwärtigen Vereisungsumstände.

[0022] Das Computerprogrammprodukt weist Computerprogrammcode-Mittel auf, die angepasst sind, um die folgenden Programmcodeschritte auszuführen, wenn das Programm auf einem Computer ausgeführt wird, um die gegenwärtigen Vereisungsumstände zu messen, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Vorhersage der Vereisungsumstände angepasst ist, wobei das Computerprogrammprodukt Folgendes aufweist:

- Code-Mittel zum Berechnen von Größen und Anzahl der Wolkentröpfchen in einem offenen Messraum einer holographischen Inline-Messvorrichtung unter Verwendung der aufgezeichneten Beugungsbilder

- Code-Mittel zum Berechnen eines Flüssigwassergehalts und eines mittleren Volumendurchmessers der in dem offenen Messraum erfassten Wolkentröpfchen basierend auf der berechneten Größe und Anzahl der Wolkentröpfchen (25, 26, 27), und

- Code-Mittel zum Kombinieren (38) der Berechnungsergebnisse des Flüssigwassergehalts und des mittleren Volumendurchmessers mit meteorologischen Messdaten zur Bestimmung der gegenwärtigen Vereisungsumstände.

[0023] Der Gedanke der Erfindung ist im Wesentlichen der folgende. Bei dem linsenlosen holografischen Inline-Messsystem und Verfahren gemäß der Erfindung strahlt eine punktförmige Weitwinkel Strahlungsquelle monochromatische elektromagnetische Strahlung aus. Die punktförmige monochromatische Strahlungsquelle kann beispielsweise ein Laser, eine Laserdiode, eine optische Faser, eine Lochblende oder eine Leuchtdiode sein. Die punktförmige Weitwinkel-Strahlungsquelle ist auf einen elektronischen Matrixdetektor, wie einen Bildsensor einer Digitalkamera, gerichtet. Während der Messsitzung werden Wolkentröpfchen in einen offenen Messraum zwischen der punktförmigen monochromatischen Strahlungsquelle und dem Matrixdetektor der Messvorrichtung getrieben. Die Wolkentröpfchen in dem Messraum streuen und beugen die elektromagnetische Strahlung zwischen der punktförmigen monochromatischen Strahlungsquelle und dem Matrixdetektor. Die gebeugten elektromagnetischen Strahlungswellen stören die ungebeugten elektromagnetischen Referenzstrahlungswellen und formen/bilden ein Beugungsmuster auf dem Matrixdetektor.

[0024] Von dem Matrixdetektor wird das Bild des Beugungsmusters zur Vorverarbeitung an einen Computer gesendet. Der Computer kann vorteilhafterweise Teil der eigentlichen Messvorrichtung sein.

[0025] Der Computer kann die Bilder des Beugungsmusters über drahtgebundene oder drahtlose Telekommunikationsnetzwerke an einen Server senden. Vorteilhafterweise können die auf einem Computer gespeicherten oder an einen Server gesendeten Beugungsmuster durch einen Rückwärtsausbreitungsvorhersagealgorithmus analysiert werden, welcher die Wellenform des Beugungsmusters auf unterschiedlichen ebenen Oberflächen zwischen der punktförmigen monochromatischen Strahlungsquelle und der Detektormatrix berechnet. Bei der Bildanalyse kann eine Form des Wolkentröpfchens bestimmt werden. Eine andere Möglichkeit, die Wolkentröpfchen auszuwerten, besteht darin, das gemessene Beugungsmuster mit verschiedenen bekannten Beugungsmustern abzugleichen und unter den bekannten Beugungsmustern die beste Ubereinstimmung zu finden. Als Ergebnis der Bildanalyse werden die Anzahl und Größe der einzelnen Wolkentröpfchen erhalten. Die Berechnungsergebnisse können verwendet werden, um die Daten des Flüssigwassergehalts (LWC) und des mittleren Volumendurchmessers (MVD) in dem verwendeten Messraum zu bestimmen. Wenn die erhaltenen Berechnungsdaten und meteorologischen Daten des Messortes kombiniert werden, ist es möglich, eine Vorhersage für die Eisansammlung an dem Messort in naher Zukunft zu erstellen.

[0026] Bei der vorliegenden Erfindung ist es auch möglich, die erhaltenen Berechnungsdaten der Wolkentröpfchen, die meteorologischen Daten und eine Bewegungsgeschwindigkeit einer me-

chanischen Struktur mit einem im Stand der Technik bekannten Vereisungsmodell zu kombinieren. Bei der vorliegenden Erfindung ist es unter Verwendung kombinierter Daten möglich, ein Vereisungsmuster zu verschiedenen Zeitpunkten für eine mechanische Freiformstruktur zu bestimmen.

[0027] Die Messvorrichtung gemäß der Erfindung kann entweder ein stationäres oder ein rotierendes Instrument sein, das beispielsweise an einem Blatt einer Windkraftanlage montiert ist. Wenn die Windkraftanlage arbeitet, kann die Messvorrichtung vorteilhafterweise Wolkentröpfchen in unterschiedlichen Höhen messen. Auf diese Weise kann die Messvorrichtung gemäß der Erfindung dünne oder unterschiedliche Wolkenschichten um die Windkraftanlage herum erfassen, die unterschiedliche Vereisungseigenschaften haben können. Die Messvorrichtung kann auBerdem Tröpfchenverteilungen in der Wolke messen.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

[0028] Die Erfindung ist nachfolgend ausführlich beschrieben. Es wird auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen. Es zeigen:

[0029] Figur 1 einige Funktionselemente eines beispielhaften Messsystems gemäß der Erfindung,

[0030] Figur 2 ein Beispiel eines Beugungsmusters eines Wolkentröpfchens,

[0031] Figur 3 in einem beispielhaften Ablaufdiagramm Hauptschritte des Verfahrens ge-

mäß der Erfindung und

[0032] Figur 4 Funktionselemente eines Computers oder eines Servers, die bei der Implementierung des Systems zur Vorhersage von Vereisung gemäß der Erfindung verwendet werden.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG

[0033] Die Ausführungsformen in der folgenden Beschreibung dienen nur als Beispiele und ein Fachmann kann den Grundgedanken der Erfindung auch auf eine andere Art als die, die in der Beschreibung beschrieben ist, ausführen. Obwohl die Beschreibung an mehreren Stellen Bezug auf eine bestimmte Ausführungsform oder Ausführungsformen nimmt, bedeutet dies nicht, dass nur auf eine beschriebene Ausführungsform Bezug genommen würde oder dass das beschriebene Merkmal nur in einer beschriebenen Ausführungsform benutzbar wäre. Die einzelnen Merkmale von zwei oder mehreren Ausführungsformen können kombiniert werden und neue Ausführungsformen der Erfindung können somit bereitgestellt werden.

[0034] Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, eine Größe und eine Anzahl von Wolkentröpfchen in einer Wolke zu bestimmen. Die Messergebnisse können vorteilhaft mit Messergebnissen herkömmlicher meteorologischer Messungen wie Temperatur, relativer Windgeschwindigkeit, Luftfeuchtigkeit und Windrichtung sowie mit einer Form- und Materialinformation einer mechanischen Struktur mit beweglichen mechanischen Teilen kombiniert werden. Unter Verwendung des Vorhersageverfahrens gemäß der Erfindung ist es dann möglich, die Schwere der durch Wolkentröpfchen verursachten Vereisung (d. h. eine Eisansammlungsrate), eine Veränderung der Vereisungsbedingung im Laufe der Zeit, eine Dauer der Vereisungsbedingungen (d. h. eine Anfangsund Endzeit der Vereisung) und eine Zeit für den Beginn von Gegenmaßnahmen zum Entfernen des angesammelten Eises von der mechanischen Struktur abzuschätzen.

[0035] Vorteilhafterweise ermöglicht die vorliege Erfindung zusätzlich eine proaktive Steuerung und Optimierung der Vereisung einer stationären oder sich bewegenden mechanischen Struktur, beispielsweise durch Begrenzen einer Bewegungsgeschwindigkeit der mechanischen Struktur in Bezug auf die Wolkentröpfchen, durch Steuern der Heizung der mechanischen Struktur oder durch Bewegen oder Drehen der vereisenden mechanischen Struktur, sodass der Wirkungsgrad der Ablagerung von kalten Wolkentröpfchen verringert wird.

[0036] Figur 1 stellt einige Funktionselemente eines beispielhaften Messsystems 100 gemäß der

Erfindung dar. In dem dargestellten Beispiel kann ein Vereisungszustand eines Rotorblattes 51 einer Windkraftanlage 5 vorhergesagt werden. In der folgenden Beschreibung wird das erfinderische Verfahren und System dargestellt, indem der Fall der Windkraftanlage als Beispiel verwendet wird.

[0037] Das erfinderische Verfahren und System zur Vorhersage von Vereisungsumständen können jedoch vorteilhafterweise auch im Zusammenhang mit Flugzeugflügeln, elektrischen Stromleitungen, Messungen von Vereisungsumständen vor dem Bau von hohen Türmen und Vorhersagen für Flughäfen oder den Straßenbau verwendet werden.

[0038] In Figur 1 weist das Messsystem 100 zur Vorhersage von Vereisungsumständen gemäß der Erfindung vorteilhafterweise eine holographische Inline-Messvorrichtung 1 und einen Computer 3, der eine drahtgebundene oder drahtlose Verbindung 23 zu der holographischen InlineMessvorrichtung 1 hat, auf. Uber diese Verbindung kann der Computer 3 vorteilhafterweise Vorgänge der holographischen Inline-Messvorrichtung 1 steuern und auch Beugungsbilder der Wolkentröpfchen speichern, welche die holographische Inline-Messvorrichtung 1 aufgezeichnet hat.

[0039] In einer vorteilhaften Ausführungsform sind in der holographischen Inline-Messvorrichtung 1 auch elektrische Komponenten und Funktionen integriert, die in der folgenden Beschreibung dargestellt sind, um auf dem Computer 3 ausgeführt zu werden.

[0040] Der Computer 3 hat außerdem eine Verbindung 52 zu einer Windkraftanlage 5 und eine Verbindung 61 zu einer meteorologischen Wetterstation 6. Vorteilhafterweise hat der Computer 3, der zu dem Messsystem 100 zur Vorhersage von Vereisung gehört, eine drahtgebundene oder drahtlose Verbindung 71 zum Internet 7. Uber das Internet 7 hat der Computer 3 vorteilhafterweise eine Verbindung zu einem Server 4. Der Server 4 kann zu einem Dienstleister gehören. Der Server 4 hat vorteilhafterweise eine Verbindung 41 zu einer Datenbank 4A. Die Datenbank 4A kann vorteilhafterweise Material- und 3D-Strukturinformationen verschiedener mechanischer Strukturen offenbaren. In dem Beispiel aus Figur 1 ist die mechanische Struktur, für die eine Vorhersage über eine Eisansammlung gemacht werden kann, das Rotorblatt 51 der Windkraftanlage 5.

[0041] Bei dem Verfahren zur Vorhersage von Vereisungsumständen gemäß der Erfindung verarbeitet entweder der Computer 3 oder der Server 4 die Beugungsbilder der holographischen Inline-Messvorrichtung 1 durch einen Rückwärtsausbreitungsvorhersagealgorithmus oder durch ein neuronales Netzwerk. Der Rückwärtsausbreitungsalgorithmus kann beispielsweise die sogenannte Winkelspektrummethode sein. Nach dem Rückwärtsausbreitungsvorhersageverfahren können die Daten des Flüssigwassergehalts (LWC) und des mittleren Volumendurchmessers (MVD) der gemessenen Wolkentröpfchen in einem Messraum der holographischen Inline-Messvorrichtung 1 bestimmt werden.

[0042] Die holographische Inline-Messvorrichtung 1 gemäß der Erfindung arbeitet vorteilhafterweise ohne optisches Linsensystem, wenn sie Beugungsbilder der Wolkentröpfchen aufzeichnet.

[0043] Die holographische Inline-Messvorrichtung 1 weist einen kohärenten elektromagnetischen Strahlungsteil 10 und einen Bildsensorteil 20 auf. Sowohl der Strahlungsteil 10 als auch der Bildsensorteil 20 haben auf einer Seite ein Fenster 13 oder 23, das für die verwendete monochromatische elektromagnetische Strahlung durchlässig ist. Die holographische Inline- Messvorrichtung 1 weist vorteilhafterweise auch ein Heizsystem auf (in Figur 1 nicht gezeigt), das vorteilhafterweise unter Verwendung von aktuellen Wolkentröpfchen-Messergebnissen gesteuert wird.

[0044] Der elektromagnetische Strahlungsteil 10 weist eine punktförmige, monochromatische Weitwinkel-Strahlungsquelle 12 auf. Durch die Verwendung der punktförmigen, monochromatischen Weitwinkel-Strahlungsquelle 12 kann eine Vergrößerung eines geometrischen Beugungsmusters von Wolkentröpfchen auf dem Matrixdetektor 22 erhalten werden. Bei der holographischen Inline-Messvorrichtung 1 wird daher bei einer linsenlosen Abbildung eine Vergrößerung der Beugungsmuster der Wolkentröpfchen in dem Messraum zwischen dem kohärenten elektromagnetischen Strahlungsteil 10 und dem Bildsensorteil 20 erreicht. Ein Abstand zwischen dem

kohärenten elektromagnetischen Strahlungsteil 10 und einem Bildsensorteil 20 beträgt je nach Größe des verwendeten Bildsensors vorteilhafterweise 20 mm bis 100 mm. Ein Abstand zwischen den Fenstern 13 und 23 kann dann beispielsweise zwischen 30 und 70 mm betragen.

[0045] Die punktförmige monochromatische Strahlungsquelle 12 ist vorteilhafterweise eine Laser-, LED- oder räumlich gefilterte Breitbandlichtquelle. Die Funktion der punktförmigen monochromatischen Strahlungsquelle 12 wird vorteilhaft von einer Steuereinheit 11 gesteuert. Die Steuereinheit 11 weist vorteilhafterweise eine Energieeinheit auf. Die Energieeinheit kann eine Batterie oder eine Stromversorgung mit einer Verbindung zu einem elektrischen Netzwerk sein. Die Steuereinheit 11 weist vorteilhafterweise auch eine Prozessoreinheit und einen Speicher, in dem zur Ausführung holographischer Messvorgänge gemäß der Erfindung erforderliche Computerprogramme gespeichert sind, auf.

[0046] Die Steuereinheit 11 weist vorteilhafterweise auch eine Schnittstelle auf, durch die eine Verbindung 22a zu dem Matrixdetektor 22 hergestellt werden kann. Uber diese Verbindung 22a sendet der Matrixdetektor 22 vorteilhafterweise Befehle, die Ein- und Ausschaltzeiten der punktförmigen monochromatischen Strahlungsquelle 12 steuern. Der Matrixdetektor 22 kann beispielsweise der punktförmigen monochromatischen Strahlungsquelle 12 befehlen, Strahlung vorteilhafterweise im gepulsten Modus zu übertragen.

[0047] Pulse pro Beugungsbild können mehr als einer sein. Die Länge des Messpulses beträgt vorteilhafterweise weniger als 50 Nanosekunden, um die Bewegung der Tröpfchen in einem Bild anzuhalten.

[0048] In dem Beispiel aus Figur 1 erstreckt sich ein konisches monochromatisches Strahlungsmuster 12a von der punktförmigen monochromatischen Strahlungsquelle 12 zu dem Matrixdetektor 22 des Bildsensorteils 20 hin. Die Wellenlänge der verwendeten monochromatischen Strahlung kann 400 nm bis 1 100 nm betragen. In dem konischen monochromatischen Strahlungsmuster 12a sind drei beispielhafte Wolkentröpfchen 25, 26 und 27 zu sehen. Die Größe der Wolkentröpfchen kann von 1 um bis 200 um variieren.

[0049] In dem Beispiel aus Figur 1 befindet sich in dem konischen monochromatischen Strahlungsmuster 12a ein beispielhaftes Wolkentröpfchen 25, das einen Teil des monochromatischen Strahlungsmusters 12a streut und beugt, sodass der Matrixdetektor 22 ein vergrößertes Beugungsbild 25a des Wolkentröpfchens 25 aufzeichnen kann. Beugungsbilder der Wolkentröpfchen 26 und 27 wurden in Figur 1 aus Gründen der UÜbersichtlichkeit nicht gezeichnet.

[0050] Über die Verbindung 23 werden die aufgezeichneten Beugungsbilder von dem Matrixdetektor 22 zu dem Computer 3 übertragen.

[0051] Der Computer 3 kann auch mehrere Vorgänge der Inline-Holographievorrichtung 1 steuern. Einige Beispiele sind Befehle in Bezug auf die Einstellung von Start-, Abschalt- und Messparametern, wie Bildrate, Lichtstärke, Hologrammaufzeichnungsmodus und Heizungssteuerung.

[0052] In dem Beispiel aus Figur 1 hat der Computer 3 vorteilhafterweise eine drahtgebundene oder drahtlose Verbindung 61 zu einer nächstgelegenen meteorologischen Wetterstation 6. Vorteilhafterweise empfängt der Computer 3 von der Wetterstation mindestens aktuelle Messdaten, welche Temperatur, Windgeschwindigkeit, Windrichtung und Relativitätsfeuchtigkeit betreffen.

[0053] Bei der vorliegenden Erfindung ist es nicht zwingend notwendig, separat Windmessungen durchzuführen. Die Erfindung ermöglicht die Messung der Geschwindigkeit von Wolkentröpfchen, wenn mehr als zwei Belichtungspulse pro Bild (Hologramm) verwendet werden. Wird eine Zeit zwischen den Strahlungspulsen nicht konstant gehalten und liegen mindestens 3 Strahlungspulse pro Bild vor, beispielsweise 2 bis 8 Messpulse, so kann eine Bewegungsrichtung und -geschwindigkeit der Wolkentröpfchen in dem Messvolumen bestimmt werden, d. h. aus den gespeicherten Hologrammbildern kann eine Windrichtung und -stärke bestimmt werden.

[0054] In dem Beispiel aus Figur 1 hat der Computer 3 vorteilhafterweise eine drahtgebundene oder drahtlose Verbindung 52 zu einer Windkraftanlage 5. Bei schweren Vereisungsbedingungen können die Rotorblätter 51 der Windkraftanlage 5 beschädigt werden.

[0055] Die mechanischen 3D-Struktur- und Materialdaten des Rotorblattes 51 der Windkraftanlage 5 werden vorteilhafterweise in der Datenbank 4A gespeichert. Der Computer 3 hat über das Internet 7 eine Kommunikationsverbindung zu dem Server 4 sowie zu der Datenbank 4A.

[0056] In einer vorteilhaften Ausführungsform verarbeitet der Computer vorteilhafterweise empfangene Beugungsbilder der Wolkentröpfchen 25, 26 und 27 vor. Der Computer 3 kann beispielsweise leere Bilder und einen Hintergrund aus gespeicherten Beugungsbildern entfernen, einen Zeitstempel hinzufügen und/oder die Beugungsbilder gruppieren. Nach der Vorverarbeitungsphase kann der Computer 3 die vorverarbeiteten Beugungsbilder, meteorologischen Daten und Daten, welche die 3D-Form und die Materialien des Rotorblattes 51 beschreiben, an den Server 4 senden.

[0057] Der Server 4 kann eine Bildanalyse durchführen, indem er beispielsweise einen Rückwärtsausbreitungsvorhersagealgorithmus für Beugungsmuster der Beugungsbilder verwendet. Die Bildanalyse kann auf unterschiedlichen ebenen Flächen zwischen der punktförmigen monochromatischen Strahlungsquelle 12 und dem Matrixdetektor 22 beispielsweise in Intervallen von 5 bis 20 um erfolgen. Bei der Bildanalyse können die Formen und Größen der erfassten Wolkentröpfchen 25, 26 und 27 bestimmt werden. Als Ergebnis der Bildanalyse werden die Anzahl und Größe der einzelnen Wolkentröpfchen 25, 26 und 27 erhalten.

[0058] Wenn der Durchmesser jedes Wolkentröpfchens 25, 26 und 27 definiert ist, kann das Volumen jedes Wolkentröpfchens als ein Volumen einer Kugel berechnet werden. Es kann eine gesamte Wassermenge in Gramm erhalten werden, wenn die Durchmesser aller Wolkentröpfchen 25, 26 und 27 bekannt sind. Wird dieser berechnete Wert durch das Volumen des Messraumes der Inline-Holographievorrichtung 1 dividiert, so stellt das Berechnungsergebnis das Wasservolumen gegenüber dem Messvolumen, d. h. den Flüssigwassergehalt (LWC) g/m*® in dem Messraum der Inline-Holographievorrichtung 1, dar. Zusätzlich kann die Tröpfchengrößenverteilung der Wolkentröpfchen aus den Durchmessern der Wolkentröpfchen 25, 26 und 27 erhalten werden. Aus diesen Messdaten kann ein mittlerer Volumendurchmesser (MVD) definiert werden, der ein wesentlicher Parameter bei bekannten Vereisungsmodellen unterschiedlicher mechanischer Strukturen ist.

[0059] Wenn der Server 4 den Flüssigwassergehalt (LWC) und den mittleren Volumendurchmesser (MVD) mit den meteorologischen Messdaten, Struktur- und Materialdaten und der Bewegungsgeschwindigkeit des Rotorblattes 51 kombiniert, ist der Server 4 in der Lage, Vereisungsbedingungen zu unterschiedlichen Zeitpunkten in der nahen Zukunft für das Rotorblatt 51 vorherzusagen.

[0060] In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform verwendet der Computer 3 den oben erwähnten Rückwärtsausbreitungsvorhersagealgorithmus. Der Computer 3 kann analysierte Beugungsbilder mit meteorologischen Daten und Daten, welche Form und Materialien und die Bewegungsgeschwindigkeit des Rotorblattes 51 beschreiben, in einem Vereisungsmodell kombinieren, welches der Computer vorteilhafterweise aus der Datenbank 4A abgerufen hat, um eine Vorhersage über eine Eisansammlung auf dem Rotorblatt 51 zu erstellen.

[0061] Figur 2 stellt ein beispielhaftes Beugungsbild dar, das ein rundes Wolkentröpfchen, beispielsweise das Wolkentröpfchen 25, auf dem Matrixdetektor 22 der holographischen Inline Messvorrichtung 1 erzeugen kann.

[0062] Figur 3 stellt ein beispielhaftes Ablaufdiagramm dar, das zeigt, wie eine Vorhersage über eine Eisansammlung auf einer mechanischen Struktur erreicht werden kann. Die Erfindung ist nicht auf eine Vorhersage über eine Eisansammlung auf dem Rotorblatt 51 der Windkraftanlage 5 beschränkt, die in Figur 1 dargestellt ist und in der folgenden Beschreibung als Beispiel für eine mechanische Struktur verwendet wird.

[0063] In dem dargestellten Ablaufdiagramm aus Figur 3 und der entsprechenden Beschreibung wird das eigentliche Verfahren der Vorhersage über eine Eisansammlung in dem Server 4, der zu dem Messsystem 100 gemäß der Erfindung gehört, durchgeführt.

[0064] Das erfinderische Verfahren ist jedoch nicht auf die Ausführungsform aus Figur 3 beschränkt, bei welcher der Server 4 die Vorhersage über eine Eisansammlung erstellt. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung können die dargestellten Verfahrensschritte aus Figur 3 auf dem Computer 3 ausgeführt werden.

[0065] In Schritt 30 wird das Messsystem 100 aktiviert, indem auf dem Computer 3 ein Messprogramm gemäß der Erfindung geöffnet wird.

[0066] In diesem Schritt wird dem Computer 3 mindestens ein gewünschtes Messintervall, beispielsweise ein Bild pro Sekunde, eingegeben.

[0067] In Schritt 31 aktiviert der Computer 3 die holographische Inline-Messvorrichtung 1, indem er einen Startbefehl und auch andere Messanweisungen, die während der Messsitzung benötigt werden, an die holographische Inline-Messvorrichtung 1 sendet.

[0068] In Schritt 32 nimmt die Inline-Holographievorrichtung 1 Beugungsbilder gemäß den Anweisungen des Computers 3 auf und sendet die Beugungsbilder vorteilhafterweise an den Computer 3.

[0069] Es ist für einen Fachmann offensichtlich, dass die folgenden Verfahrensschritte 33 bis 37 auch in einer anderen Reihenfolge als der in Figur 3 dargestellten ausgeführt werden können, ohne dass sich das Endergebnis, d. h. eine Vorhersage über eine Eisansammlung auf dem Rotorblatt 51, ändert.

[0070] In Schritt 33 speichert der Computer 3 die empfangenen Beugungsbilder zumindest vorübergehend in seiner Speichereinheit ab. Vorteilhafterweise verarbeitet der Computer 3 die gespeicherten Bilder von Zeit zu Zeit vor. Der Computer 3 kann beispielsweise diejenigen Bilder aus den Beugungsbildern entfernen, bei denen keine Anderung gegenüber den vorherigen Beugungsbildern zu sehen ist.

[0071] Nach der Vorverarbeitung sendet der Computer 3 vorteilhafterweise zumindest die vorverarbeiteten Beugungsbilder 25a an den Server 4.

[0072] In Schritt 34 verwendet der Server 4 vorteilhafterweise einen Rückwärtsausbreitungsvorhersagealgorithmus zur Berechnung des Durchmessers jedes Wolkentröpfchens 25, 26 und 27. Der Server 4 kann auch das Volumen jedes Wolkentröpfchens definieren. Dann kann der Server 4 eine gesamte Wassermenge in Gramm aller gemessenen Wolkentröpfchen berechnen. Dann dividiert der Server die Wassermenge durch das Volumen des Messraums der holographischen Inline-Messvorrichtung 1. Das Berechnungsergebnis stellt das Wasservolumen gegenüber dem Messvolumen, d. h. den Flüssigwassergehalt (LWC) g/m3 in dem Messraum der holographischen Inline-Messvorrichtung 1, dar.

[0073] Der Server kann außerdem eine Tröpfchengrößenverteilung der gemessenen Wolkentröpfchen 25, 26 und 27 berechnen. Aus den Daten dieser Berechnungsergebnisse kann der mittlere Volumendurchmesser (MVD) definiert werden, der ein wesentlicher Parameter bei im Stand der Technik bekannten Vereisungsmodellen unterschiedlicher mechanischer Strukturen ist.

[0074] In Schritt 35 empfängt der Server 4 aktuelle meteorologische Messdaten der Wetterstation 6, die sich in der Nähe eines Standorts der Windkraftanlage 5 befindet, und speichert die Wetter-

daten in seiner Speichereinheit. In einer vorteilhaften Ausführungsform sendet der Computer 3 die meteorologischen Messdaten an den Server 4.

[0075] In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ruft der Server 4 meteorologische Messdaten der Wetterstation 6 direkt von der meteorologischen Wetterstation 6 ab.

[0076] In Schritt 36 empfängt der Server 4 Material- und 3D-Modelldaten des Rotorblattes 51. In einer vorteilhaften Ausführungsform sendet der Computer 3 die Material- und 3D-Modelldaten des Rotorblattes 51 an den Server 4.

[0077] In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann der Server 4 die Material- und 3DModelldaten des Rotorblattes 51 über die Verbindung 41 direkt von der Datenbank 4A abrufen.

[0078] In Schritt 37 empfängt der Server 4 aktuelle Rotationsdaten des Rotorblattes 51 vorteilhafterweise von dem Computer 3.

[0079] In Schritt 38 kombiniert der Server 4 vorteilhafterweise die Daten des Flüssigwassergehalts (LWC), des mittleren Volumendurchmessers (MVD), die aktuellen meteorologischen Messdaten, 3D-Modelldaten und die Materialdaten und die Bewegungsgeschwindigkeit des Rotorblattes 51 mit einem bekannten Vereisungsmodell des Rotorblattes 51. Das kombinierende Ergebnis ist eine Vorhersage über eine Eisansammlung zu unterschiedlichen Zeitpunkten in der nahen Zukunft für das Rotorblatt 51 der Windkraftanlage 5.

[0080] Am Ende von Schritt 38 sendet der Server 4 vorteilhafterweise die Vorhersage über eine Eisansammlung an den Computer 3. In einer vorteilhaften Ausführungsform speichert der Server 4 die Vereisungsvorhersage außerdem in der Datenbank 4A.

[0081] In Schritt 39 empfängt der Computer 3 zunächst die Eisansammlungsvorhersage und kann in einer zweiten Teilphase eine Entscheidung über einen Bedarf an Gegenmaßnahmen aufgrund der Eisansammlungsvorhersage treffen.

[0082] Lautet die Entscheidung in Schritt 39 „Nein“, so darf der Computer 3 nur einen Befehl an die holographische Inline-Messvorrichtung 1 senden, um in einem Messzustand fortzufahren.

[0083] Lautet die Entscheidung in Schritt 39 „Ja“, so gibt der Computer 3 in einer vorteilhaften Ausführungsform zumindest eine Warnung aus, dass aufgrund der Eisansammlungsvorhersage Gegenmaßnahmen erforderlich sind.

[0084] In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform startet der Computer 3 sofort Gegenmaßnahmen. Der Computer 3 kann beispielsweise die Drehzahl der Anlage 5 ändern, ein Heizsystem des Rotorblattes 51 starten oder die Windkraftanlage 5 in eine Richtung drehen, welche die Vereisungsgeschwindigkeit minimiert.

[0085] In Schritt 40 sind die Gegenmaßnahmen in der Windkraftanlage im Gange. Der Computer 3 bestätigt auch in dieser Alternative der holographischen Inline-Messvorrichtung den Befehl, in einem Messzustand fortzufahren.

[0086] Figur 4 zeigt funktionelle Hauptelemente oder Teile des Computers 3 oder des Servers 4, die bei der Implementierung des zum Bestimmen gegenwärtiger Vereisungsumstände verwendeten Verfahrens verwendet werden, oder die zu dem Ansammlungs-Vorhersagesystem 100 gemäß der Erfindung gehören. Der Computer 3 oder Server 4 weist einen Prozessor oder ein Prozessormittel 121 auf, der/das vorteilhafterweise eine arithmetisch-logische Einheit, eine Anzahl unterschiedlicher Register und Steuerkreise aufweist. Eine Datenspeicheranordnung 122, wie eine Speichereinheit oder Speichermittel, auf der/denen computerlesbare Informationen oder Programme oder Daten der mechanischen Struktur gespeichert werden können, wurde mit dem Prozessormittel 121 verbunden. Die Speichermittel 122 enthalten üblicherweise Speichereinheiten, die sowohl die Lese- als auch die Schreibfunktionen (Random Access Memory, RAM) ermöglichen, und Speichereinheiten, die nichtflüchtige Speicher enthalten, von welchen die Daten nur gelesen werden können (Read Only Memory, ROM).

[0087] Der Computer 3 oder der Server 4 weist außerdem ein Schnittstellenelement 124 auf, das einen Eingang oder ein Eingangsmittel 126 zum Empfangen von Daten von der holographischen Inline-Messvorrichtung 1, von der Windkraftanlage 5, von der meteorologischen Wetterstation 6 und von der Datenbank 4A aufweist. Die mit dem Eingangsmittel 126 empfangenen Daten werden vorteilhafterweise übertragen, um von dem Prozessormittel 121 des Computers 3 oder Servers 4 verarbeitet zu werden.

[0088] Das Schnittstellenelement 124 weist außerdem einen Ausgang oder ein Ausgangsmittel 125 auf, mit dem Messdaten unterschiedlicher Art von dem Prozessormittel 121 übertragen werden und mit welchem das Prozessormittel 121 die Vorhersage von Vereisungsumständen vorteilhaft an eine Datenverarbeitungsvorrichtung eines Verwalters der dargestellten Windkraftanlage 5 senden kann.

[0089] Vorteilhafterweise weist der Computer 3 oder Server 4 außerdem eine Benutzerschnitt

stelle 123 auf, die Mittel zum Empfangen von Daten und/oder Steuerbefehlen von dem Verwalter der Windkraftanlage 5 aufweist. Die Benutzerschnittstelle 123 kann beispielsweise eine Tastatur, einen Kontaktbildschirm, ein Mikrofon und einen Lautsprecher aufweisen.

[0090] Das Prozessormittel 121, das Speichermittel 122, das Schnittstellenelement 124 und die Benutzerschnittstelle 123 sind elektrisch miteinander verbunden, um empfangene und/oder gespeicherte Daten oder Informationen gemäß vorbestimmten und im Wesentlichen vorprogrammierten Betriebsabläufen systematisch auszuführen. Solche Betriebsabläufe schließen auch die Betriebsabläufe eines Computerprodukts ein, mit welchem die dargestellten Verfahrensschritte aus Figur 3 ausgeführt werden, mit denen eine Eisansammlungsvorhersage einer mechanischen Struktur erreicht wird.

[0091] Es ist für den Fachmann offensichtlich, dass die Funktionen des vorliegenden Verfahrens zur Vorhersage gegenwärtiger Vereisungsumstände vorteilhafterweise auch als sogenannter Cloud-Dienst oder sogenanntes Cloud Computing implementiert werden können. Bei dieser Ausführungsform ist sich der Verwalter nicht bewusst, dass er einen verteilten Dienst nutzt, da die Nutzungserfahrung der Sichtweise eines lokal arbeitenden Systems entspricht. Der Verwalter sieht die Schnittstelle genau wie in der Ausführungsform, bei welcher das System 100 zur Vorhersage von Eisansammlungen in einem Computer 3 oder Server 4 implementiert ist.

[0092] Einige vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens und Systems zur Vorhersage von Vereisungsumständen gemäß der Erfindung wurden oben beschrieben. Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, aber die erfinderische Idee kann auf zahlreiche Arten innerhalb des Schutzumfangs der Patentansprüche angewendet werden.

Claims (1)

1. Ansprüche

   1. Verfahren zur Messung der gegenwärtigen Vereisungsumstände, wobei das Verfahren Folgendes umfasst:

   - Empfangen (35) von einem Computer (3) meteorologische Messdaten von einer Wetterstation (6)

   - Aufzeichnen (32) von Beugungsbildern (25a) aufgrund von Wolkentröpfchen (25), die sich in einem offenen Messraum befinden, durch einen Bilddetektor (22) einer digitalen InlineHolographievorrichtung (1) und

   - Speichern der aufgezeichneten Beugungsbilder (25a) auf dem Computer (3), wobei der Computer ferner folgende Schritte ausführt:

   - Berechnen (34) der Größe und Anzahl der Wolkentröpfchen (25, 26, 27) im offenen Messraum unter Verwendung der aufgezeichneten Beugungsbilder (25a)

   - Berechnen (34) eines Flüssigkeitswassergehalts und eines mittleren Volumendurchmessers der Wolkentröpfchen (25, 26, 27), die im offenen Messraum erfasst wurden, basierend auf den berechneten Größen und der Anzahl der Wolkentröpfchen (25, 26, 27), und

   - Kombinieren (38) der Berechnungsergebnisse des Flüssigkeitswassergehalts und des mittleren Volumendurchmessers mit meteorologischen Messdaten zur Bestimmung der gegenwärtigen Vereisungsumstände.

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Computer zur Erstellung einer Vorhersage über eine Eisansammlung auf einer mechanischen Struktur (51) ferner folgende Schritte ausführt:

   - Abrufen (36) von Material- und Forminformationen der mechanischen Struktur (51) aus einer Datenbank (4A), die Material- und 3D-Modelle mechanischer Strukturen umfasst

   - Empfangen von (37) Informationen, die eine Bewegungsgeschwindigkeit der mechanischen Struktur (51) darstellen, und

   - Kombinieren mit den gegenwärtigen Vereisungsumständen, um eine Vorhersage der Eisansammlung auf der mechanischen Struktur zu machen (51).

   3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die digitale Inline-Holographievorrichtung (1) eine punktförmige monochromatische Lichtquelle (12) mit einer Wellenlänge von 400 nm bis 1100 nm verwendet.

   4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Bilddetektor (22) und die punktförmige monochromatische Lichtquelle (12) gesteuert werden, pulsierend zum Aufzeichnen von Beugungsbildern (25a) der Wolkentröpfchen (25, 26, 27) aus mehreren Abständen über dem Bilddetektor (22) zu arbeiten.

   5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung der Größe und Anzahl der Wolkentröpfchen (25, 26, 27) unter Verwendung eines Rückwärtsausbreitungsvorhersagealgorithmus oder eines neuronalen Netzwerks zu den empfangenen Beugungsbildern (25a) durchgeführt wird.

   6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass meteorologische Messdaten von der Wetterstation (6) Temperatur-, Windgeschwindigkeits-, Windrichtungs- und Relativitätsfeuchtigkeitsdaten umfassen.

   7. Messsystem (100) zum Messen der gegenwärtigen Vereisungsumstände, wobei das Messsystem Folgendes umfasst:

   - eine digitale Inline-Holographievorrichtung (1), die eine monochromatische Lichtquelle (12) und einen Matrixdetektor (22) umfasst, wobei die digitale Inline-Holographievorrichtung (1) konfiguriert ist, um Beugungsbilder (25a) aufgrund von Wolkentröpfchen (25, 26, 27) aufzuzeichnen, die sich in einem offenen Messraum der digitalen Inline-Holographievorrichtung

   Österreichisches AT 18 025 U1 2023-11-15

   (1) befinden

   - einen Computer (3), der konfiguriert ist, um meteorologische Messdaten von einer Wetterstation (6) zu empfangen, und

   - einen Server (4), der über ein Kommunikationsnetzwerk (7) mit dem Computer (3) verbunden werden kann, wobei der Computer (3) oder der Server (4) ferner konfiguriert ist, um:

   - Größe und Anzahl der Wolkentröpfchen (25, 26, 27) im offenen Messraum unter Verwendung der aufgezeichneten Beugungsbilder (25a) zu berechnen

   - einen Flüssigkeitswassergehalt und einen mittleren Volumendurchmesser der im offenen Messraum erfassten Wolkentröpfchen (25, 26, 27) anhand der berechneten Größen und Anzahl der Wolkentröpfchen (25, 26, 27) zu berechnen, und

   - die Berechnungsergebnisse des Flüssigkeitswassergehalts und des mittleren Volumendurchmessers mit meteorologischen Messdaten zur Bestimmung der gegenwärtigen Vereisungsumstände zu kombinieren.

   Messsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erstellung einer Vorhersage über eine Eisansammlung auf einer mechanischen Struktur (51) der Computer (3) oder der Server (4) ferner konfiguriert ist, um:

   - Material- und Forminformationen der mechanischen Struktur (51) aus einer Datenbank (4A) abzurufen (36), die Material- und 3D-Modelle mechanischer Strukturen umfasst

   - Informationen zu erhalten (37), die eine Bewegungsgeschwindigkeit der mechanischen Struktur (51) darstellen, und

   - sie mit den gegenwärtigen Vereisungsumständen zu kombinieren, um eine Vorhersage der Eisansammlung auf der mechanischen Struktur zu machen (51).

   10.

   11.

   12.

   13.

   Messsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die digitale Inline-Holographievorrichtung (1) konfiguriert ist, um eine punktförmige monochromatische Lichtquelle (12) mit einer Wellenlänge von 400 um bis 1100 um zu verwenden.

   Messsystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Matrixdetektor (22) konfiguriert ist, um die punktförmige monochromatische Lichtquelle (12) zu steuern, in gepulster Weise zu arbeiten, um Beugungsbilder (25a) der Wolkentröpfchen (25, 26, 27) aus mehreren Abständen über dem Matrixdetektor (22) aufzunehmen.

   Messsystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Berechnung der Größe und Anzahl der Wolkentröpfchen (25, 27) der Computer (3) oder der Server (4) konfiguriert ist, um einen Rückwärtsausbreitungsvorhersagealgorithmus oder ein neuronales Netzwerk für die empfangenen Beugungsbilder (25a) zu verwenden.

   Messsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass meteorologische Messdaten von der Wetterstation (6) Temperatur-, Windgeschwindigkeits-, Windrichtungs- und Relativitätsfeuchtigkeitsdaten umfassen.

   Computerprogrammprodukt mit Computerprogrammcode-Mitteln, die angepasst sind, um die folgenden Programmcodeschritte auszuführen, wenn das Programm auf einem Computer ausgeführt wird, um die gegenwärtigen Vereisungsumstände zu messen, umfassend:

   - Code-Mittel zum Empfangen (35) von meteorologischen Messdaten von einer Wetterstation (6) und

   - Code-Mittel zum Aufzeichnen (32) von Beugungsbildern (25a) von einem Matrixdetektor (22) einer digitalen Inline- Holographievorrichtung (1), wobei sich die Beugungsbilder, die von Wolkentröpfchen (25, 26, 27) erzeugt werden, in einem offenen Messraum befinden,

   wobei zur Anpassung an die Vorhersage der strukturellen Vereisung das Computerprogramm ferner Folgendes umfasst:

   - Code-Mittel zum Berechnen (34) von Größen und Anzahl der Wolkentröpfchen (25, 26, 27) in einem offenen Messraum einer holographischen Inline-Messvorrichtung (1) unter Verwendung der aufgezeichneten Beugungsbilder (25a)

   - Code-Mittel zum Berechnen (34) eines Flüssigkeitswassergehalts und eines mittleren Volumendurchmessers der im offenen Messraum nachgewiesenen Wolkentröpfchen (25, 26, 27) auf der Grundlage der berechneten Größe und Anzahl der Wolkentröpfchen (25, 26, 27), und

   - Code-Mittel zum Kombinieren (38) der Berechnungsergebnisse des Flüssigkeitswassergehalts und des mittleren Volumendurchmessers mit meteorologischen Messdaten zur Bestimmung der gegenwärtigen Vereisungsumstände.

   14. Computerprogrammprodukt nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Computerprogramm zur Erstellung einer Vorhersage über eine Eisansammlung auf einer mechanischen Struktur (51) ferner Folgendes umfasst:

   - Code-Mittel zum Abrufen (36) von Material- und Forminformationen der mechanischen Struktur (51) aus einer Datenbank (4A), die Material- und 3D-Modelle mechanischer Strukturen umfasst

   - Code-Mittel zum Empfangen (37) von Informationen, die eine Bewegungsgeschwindigkeit der mechanischen Struktur (51) darstellen, und

   - Code-Mittel zum Kombinieren mit den gegenwärtigen Vereisungsumständen, um eine Vorhersage der Eisansammlung auf der mechanischen Struktur (51) zu machen.

   Hierzu 4 Blatt Zeichnungen