DE102009039659A1

DE102009039659A1 - Vortex flow meter for measuring e.g. fluid medium, has optical fiber connected with membrane, so that deflection of membrane caused by medium pressure in effectively connected region leads to extension and/or compression of fiber

Info

Publication number: DE102009039659A1
Application number: DE102009039659A
Authority: DE
Inventors: Henrik Krisch
Original assignee: Krohne Messtechnik GmbH and Co KG
Current assignee: Krohne Messtechnik GmbH and Co KG
Priority date: 2009-09-02
Filing date: 2009-09-02
Publication date: 2011-03-03
Anticipated expiration: 2029-09-03
Also published as: DE102009039659B4; DE102009039659A8

Abstract

The flow meter (1) has a damming body (3) arranged in a measuring pipe (2), and an optical fiber (7) arranged on and/or in a membrane (5) for detecting deflection of the membrane. The optical fiber is partially and effectively connected with the membrane, so that the deflection of the membrane caused by medium pressure in an effectively connected region leads to extension and/or compression of the optical fiber. The optical fiber is designed as a multicore fiber, a photon-crystal-fiber, a solid-core-photon-crystal-fiber or an optical fiber with fiber-integrated Bragg grating.

Description

Die Erfindung betrifft ein Vortex-Durchflussmessgerät mit einem von einem Medium durchströmbaren Messrohr, einem in dem Messrohr vorgesehenen Staukörper und einem im Wirkbereich des Staukörpers vorgesehenen Druckaufnehmer, wobei der Druckaufnehmer eine auslenkbare Membran aufweist und die Auslenkung der Membran messtechnisch zur Detektion des Drucks in dem der Membran benachbarten Medium herangezogen wird. Ferner betrifft die Erfindung einen Druckaufnehmer für ein Vortex-Durchflussmessgerät mit einer auslenkbaren Membran, wobei die Auslenkung der Membran messtechnisch zur Detektion des Drucks in dem der Membran benachbarten Medium herangezogen wird.The invention relates to a vortex flowmeter with a flowed through by a medium measuring tube, a provided in the measuring tube and a pressure sensor provided in the effective range of the bluff body pressure transducer, wherein the pressure transducer has a deflectable membrane and the deflection of the membrane by measurement for detecting the pressure in the Membrane adjacent medium is used. Furthermore, the invention relates to a pressure transducer for a vortex flowmeter with a deflectable membrane, wherein the deflection of the membrane is metrologically used to detect the pressure in the medium adjacent to the membrane.

Vortex-Durchflussmessgeräte sind seit langem bekannt, wobei das Messprinzip auf der Tatsache beruht, dass sich in einem flüssigen oder gasförmigen Medium hinter einem Staukörper, der von dem Medium umströmt wird, eine Wirbelstraße ausbilden kann, die durch sich mit der Strömung fortbewegende, sich vom Staukörper abgelöste Wirbel gebildet ist. Die Frequenz, mit der sich Wirbel von dem Staukörper ablösen, ist von der Strömungsgeschwindigkeit abhängig, wobei dieser Zusammenhang unter gewissen Voraussetzungen nahezu linear ist. Jedenfalls stellt die Messung der Wirbelfrequenz ein geeignetes Mittel zur Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit des Medium dar, weshalb indirekt – unter zusätzlicher Berücksichtigung von beispielsweise Druck und Temperatur – eine Bestimmung des Messdurchflusses durch die Wirbelfrequenzmessung möglich ist. Die in einer Wirbelstraße auftretenden Wirbel des Mediums führen zu lokalen Druckschwankungen, die von Druckaufnehmern detektiert werden können. Ein solcher Druckaufnehmer kann eine im Wesentlichen eben ausgestaltete Membran aufweisen und muss so in der Wirbelstraße angeordnet sein, dass die von dem Druckstaukörper erzeugten Wirbel – zumindest mittelbar – an der Membran des Druckaufnehmers vorbeiziehen und damit detektierbar sind. Dazu kann der Druckaufnehmer stromabwärts hinter dem Staukörper vorgesehen sein, er kann in dem Staukörper selbst ausgebildet sein oder beispielsweise über dem Staukörper angeordnet sein, wenn der Druckaufnehmer z. B. über Kanäle im Gehäuse des Durchflussmessgeräts die Druckschwanken der Wirbelstraße mittelbar erfasst.Vortex flowmeters have long been known, the measurement principle being based on the fact that in a liquid or gaseous medium behind a bluff body, which is flowed around by the medium, a vortex street can form, which moves by itself with the flow, from Bluff body detached vortex is formed. The frequency with which the vortices detach from the bluff body is dependent on the flow velocity, this relationship being almost linear under certain conditions. In any case, the measurement of the vortex frequency is a suitable means for determining the flow velocity of the medium, which is why indirectly - with additional consideration of, for example, pressure and temperature - a determination of the measurement flow through the vortex frequency measurement is possible. The vortex of the medium occurring in a vortex street lead to local pressure fluctuations, which can be detected by pressure transducers. Such a pressure sensor may have a substantially planar membrane and must be arranged in the vortex street so that the vortex generated by the pressure accumulation body - at least indirectly - pass the membrane of the pressure transducer and thus are detectable. For this purpose, the pressure transducer may be provided downstream of the bluff body, it may be formed in the bluff body itself or be arranged, for example, on the bluff body when the pressure transducer z. B. indirectly detected via channels in the housing of the flowmeter, the pressure fluctuations of the vortex street.

Aus dem Stand der Technik sind ganz unterschiedliche Methoden bekannt, um die Auslenkung der Membran des Druckaufnehmers zu erfassen, es werden häufig kapazitive oder induktive Effekte genutzt, teilweise auch mit Piezokristallen gearbeitet. Auch ist aus dem Stand der Technik bekannt, optische Fasern zur Erfassung der Membranbewegung einzusetzen, wobei hier beispielsweise Konstruktionen bekannt sind, bei denen die optische Faser praktisch senkrecht vor der Membran des Druckaufnehmers steht und stirnseitig die Membran mit Licht beaufschlagt, das von der Membran reflektiert und nachfolgend zur Bewegungsdetektion verwendet wird. Derartige Konstruktionen sind jedoch für raue Prozessanwendungen wenig geeignet.Very different methods are known from the prior art to detect the deflection of the membrane of the pressure transducer, it is often used capacitive or inductive effects, sometimes worked with piezo crystals. It is also known from the prior art to use optical fibers for detecting the membrane movement, in which case, for example, constructions are known in which the optical fiber is practically perpendicular in front of the membrane of the pressure transducer and the front end of the membrane is exposed to light, which reflects from the membrane and subsequently used for motion detection. However, such designs are poorly suited for harsh process applications.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Vortex-Durchflussmessgerät der eingangs genannten Art so auszugestalten, dass Durchflussmessungen mit hoher Genauigkeit und in einem rauen Umfeld durchgeführt werden können.It is therefore an object of the invention to provide a vortex flowmeter of the type mentioned in such a way that flow measurements with high accuracy and in a harsh environment can be performed.

Die zuvor hergeleitete und dargestellte Aufgabe ist bei dem Vortex-Durchflussmessgerät, von dem die vorliegende Erfindung ausgeht, dadurch gelöst, dass zur Erfassung der Auslenkung der Membran wenigstens eine optische Faser auf und/oder in der Membran angeordnet ist, wobei die optische Faser in ihrem Verlauf und/oder in der Membran zumindest teilweise mit der Membran wirksam verbunden ist, so dass eine durch den Mediumdruck hervorgerufene Auslenkung der Membran in dem wirksam verbundenen Bereich zu einer Streckung und/oder Stauchung der optischen Faser führt.The previously derived and illustrated object is achieved in the vortex flowmeter from which the present invention proceeds, characterized in that for detecting the deflection of the membrane at least one optical fiber on and / or in the membrane is arranged, wherein the optical fiber in their Course and / or in the membrane is at least partially operatively connected to the membrane, so that a caused by the medium pressure deflection of the membrane in the effectively connected area leads to an elongation and / or compression of the optical fiber.

Die optische Faser verläuft bei dem erfindungsgemäßen Vortex-Durchflussmessgerät also praktisch in und/oder parallel zu der Erstreckungsebene der Membran des Druckaufnehmers und stützt sich demnach flächig an der Membran ab. Die optische Faser ist dadurch besonders geschützt und kann so hohen Drücken – auch bei hohen Temperaturen – standhalten. Dadurch, dass die optische Faser die Auslenkung der Membran, indem sie wirksam mit der Membran verbunden ist, mitmacht bzw. mitmachen muss, wird die optische Faser gestreckt oder gestaucht – je nach Auslenkung der Membran-, wobei diese Längenänderung der Faser mit hoher Präzision optisch ausgewertet werden kann, beispielsweise durch an sich bekannte Verfahren, die beispielsweise auf der Interferenz elektromagnetischer Wellen beruhen. Mit diesem Verfahren ist es ohne weiteres möglich, Längenänderungen sicher zu detektieren, die im Bereich der Wellenlänge der verwendeten elektromagnetischen Strahlungen liegen.In the vortex flowmeter according to the invention, the optical fiber thus extends virtually in and / or parallel to the plane of extent of the membrane of the pressure transducer and is therefore supported flat against the membrane. The optical fiber is thus particularly protected and can thus withstand high pressures - even at high temperatures. By having the optical fiber interfere with the deflection of the membrane by being operatively connected to the membrane, the optical fiber is stretched or compressed, depending on the deflection of the membrane, and this change in length of the fiber is optical with high precision can be evaluated, for example by methods known per se, which are based for example on the interference of electromagnetic waves. With this method, it is readily possible to safely detect changes in length which are in the range of the wavelength of the electromagnetic radiation used.

In den Bereichen, in denen die optische Faser nicht wirksam mit der Membran verbunden ist, liegt die optische Faser vorzugsweise auch auf oder in der Membran, so dass die Faser zwar durch eine Bewegung der Membran selbst nicht gestaucht oder gestreckt wird, sich aber an der Membran abstützen kann.In the areas where the optical fiber is not effectively connected to the membrane, the optical fiber is preferably also on or in the membrane, so that the fiber is not compressed or stretched by a movement of the membrane itself, but at the Can support the membrane.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die optische Faser im wesentlichen nur an den Orten mit der Membran wirksam verbunden ist, die bei einer durch den Mediumdruck hervorgerufenen Auslenkung der Membran zu einer gleichsinnigen Streckung oder Stauchung der optischen Faser führen. Dieser Ausgestaltung der Erfindung liegt die wichtige Erkenntnis zugrunde, dass eine druckbeaufschlagte Membran nicht ausschließlich nur Bereiche aufweist, die gestreckt sind, oder ausschließlich nur Bereiche aufweist, die gestaucht sind, sondern dass bei einer Druckbeaufschlagung die Membran des Druckaufnehmers sowohl Bereiche aufweisen kann, die gestaucht sind, als auch Bereiche aufweisen kann, die gestreckt sind. Demzufolge ist es also durchaus möglich, dass eine optische Faser, die in beiden Bereichen, also dem gestauchten und dem gestreckten Bereich, wirksam mit der Membran verbunden ist sowohl gestaucht als auch gestreckt werden kann, so dass der Effekt einer resultierenden Längenänderung der optischen Faser im Ergebnis geschwächt wird, was nicht gewünscht sein kann. Aus diesem Grund wird die optische Faser im Wesentlichen nur an den Orten mit der Membran wirksam verbunden, die einheitlich nur für eine Stauchung oder Streckung der optischen Faser sorgen, so dass in Summe ein großer Gesamteffekt erzielt wird, was die Erkennung der Membranauslenkung messtechnisch vereinfacht. In a particularly advantageous embodiment of the invention, it is provided that the optical fiber is connected to the membrane substantially only at the locations that lead to a same direction stretching or compression of the optical fiber at a caused by the medium pressure deflection of the membrane. This embodiment of the invention is based on the important finding that a pressurized membrane does not exclusively have only areas that are stretched, or only has areas that are compressed, but that when a pressure is applied, the membrane of the pressure transducer can have both areas that are compressed are as well as can have areas that are stretched. Consequently, it is quite possible that an optical fiber which is effectively connected to the membrane in both regions, that is, the compressed and stretched regions, can be both compressed and stretched, so that the effect of resulting length change of the optical fiber in the Result is weakened, which may not be desired. For this reason, the optical fiber is effectively connected only at the locations with the membrane, which uniformly provide only for compression or elongation of the optical fiber, so that in total a large overall effect is achieved, which facilitates the detection of the membrane deflection metrologically.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung verläuft die optische Faser im Bereich der wirksamen Verbindung mit der Membran geradlinig, was insbesondere aus herstellungstechnischen Gründen vorteilhaft ist, aber auch vorteilhaft ist hinsichtlich der Bewertbarkeit der lokalen und insgesamt resultierende Streckung/Stauchung der Membran bei einer Druckbeaufschlagung. Insbesondere ist deshalb vorgesehen, dass der Bereich der wirksamen Verbindung zwischen der optischen Faser und der Membran so gewählt ist, dass die resultierende Stauchung oder Streckung im Wesentlichen maximal ist.According to a further preferred embodiment of the invention, the optical fiber extends in the region of the effective connection with the membrane in a straight line, which is advantageous in particular for manufacturing reasons, but also advantageous in terms of assessability of the local and total resulting stretching / compression of the membrane at a pressurization. In particular, it is therefore provided that the range of the effective connection between the optical fiber and the membrane is chosen so that the resulting compression or extension is substantially maximum.

Zur interferometrischen Auswertung der über die optische Faser geführten elektromagnetischen Wellen sind verschiedene Verfahren denkbar, wie beispielsweise die Auswertungen durch einen Michelson-Interferometer oder durch ein Mach-Zehnder-Interferometer. Bei Michelson-Interferometern wird die Phasenlage zweier Lichtwellen relativ zueinander untersucht, die aus einem einzigen Lichtsignal unter Verwendung eines Strahlteilers erzeugt worden sind, verschiedene optische Wege durchlaufen, nämlich beispielsweise einen Referenzpfad, dessen Länge durch eine Druckbeaufschlagung der Membran unbeeinflusst ist, und den Messpfad, der durch die mit der Membran wirksam verbundene optische Faser gebildet ist. Bei Michelson-Interferometern werden die elektromagnetischen Wellen am Ende der beiden Teilpfade reflektiert, was im Falle einer optischen Faser beispielsweise durch eine reflektive Beschichtung erreicht wird, danach werden die reflektierten Wellen zur Interferenz gebracht. Bei Mach-Zehnder-Interferometern wird ebenfalls ein Referenz- und ein Messlichtweg durch einen Strahlteiler erzeugt, wobei die nur in einer Richtung durchlaufenen Lichtwege mittels eines zweiten Strahlteilers überlagert werden, die Lichtwege von den elektromagnetischen Wellen also nur einmal durchlaufen werden.For interferometric evaluation of the guided over the optical fiber electromagnetic waves, various methods are conceivable, such as the evaluations by a Michelson interferometer or by a Mach-Zehnder interferometer. In Michelson interferometers, the phase relationship of two light waves relative to each other, which have been generated from a single light signal using a beam splitter, pass through different optical paths, namely a reference path whose length is unaffected by pressurization of the diaphragm, and the measuring path, which is formed by the effectively connected to the membrane optical fiber. In Michelson interferometers, the electromagnetic waves are reflected at the end of the two sub-paths, which is achieved in the case of an optical fiber, for example by a reflective coating, then the reflected waves are brought to interference. In Mach-Zehnder interferometers, a reference and a measuring light path is also generated by a beam splitter, wherein the traversed only in one direction light paths are superimposed by a second beam splitter, the light paths of the electromagnetic waves are therefore only passed through once.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, insbesondere bei Vortex-Durchflussmessgeräten, die eine interferrometrische Auswertung nach Mach-Zehnder realisieren, dass die – den Messzweig realisierende – optische Faser in einer Hinführrichtung zu der Membran geführt ist und unter Ausbildung einer Schlaufe in einer zur Hinführrichtung im Wesentlichen gegensinnigen Rückführrichtung von der Membran weggeführt ist. Diese Ausgestaltung ist deshalb vorteilhaft, weil eine zur Erzeugung der elektromagnetischen Wellen notwendige Sendevorrichtung und eine zur Auswertung der Lichtwellen notwendige Auswertevorrichtung in einer einzigen kompakten Auswerteeinheit gemeinsam realisiert werden können, so wie es bei konventionellen Vortex-Durchflussmessgeräten üblich ist.According to a further preferred embodiment of the invention is provided, in particular Vortex flowmeters, which realize an interferometric evaluation by Mach-Zehnder that the - the measuring branch realizing - optical fiber is guided in a Hinführrichtung to the membrane and forming a loop in a is guided away from the membrane to Hinrichtungrichtung in substantially opposite direction of return. This refinement is advantageous because a transmitting device necessary for generating the electromagnetic waves and an evaluation device necessary for evaluating the light waves can be jointly realized in a single compact evaluation unit, as is customary in conventional vortex flowmeters.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist als optische Faser ein Faser-Bragg-Gitter vorgesehen, also eine optische Faser, in deren Kern ein optischer Interferenzfilter eingeschrieben ist, wobei durch Untersuchung der reflektierten oder transmittierten Wellenlänge Aufschluss über den Dehnungs-/Stauchungszustand der optischen Faser erhalten wird. Der Bereich der optischen Faser, dem das Bragg-Gitter einbeschrieben ist, muss in dem wirksam mit der Membran verbundenen Bereich liegen, um einen wahrnehmbaren Effekt bei Auslenkung der Membran zu erhalten. Bei Auswertung des transmittierten Signals bietet sich die zuvor beschriebene Rückführung der Faser durch Schlaufenbildung an.In a further preferred embodiment of the invention, a fiber Bragg grating is provided as the optical fiber, ie an optical fiber, in the core of which an optical interference filter is inscribed, whereby by examination of the reflected or transmitted wavelength information about the strain / compression state of the optical Fiber is obtained. The region of the optical fiber which incorporates the Bragg grating must be in the region effectively connected to the membrane in order to obtain a perceptible effect upon deflection of the membrane. When evaluating the transmitted signal, the previously described recycling of the fiber by loop formation is suitable.

In jedem Fall ist darauf zu achten, dass der Krümmungsradius der Schlaufe den Krümmungsradius nicht unterschreitet, bei dem noch eine Totalreflexion der Lichtwelle durch die optische Faser erfolgen kann; zusätzlich sind die mechanische Stabilität gewährleistende Minimal-Krümmungsradien zu beachten.In any case, care should be taken that the radius of curvature of the loop does not fall below the radius of curvature at which a total reflection of the light wave can take place through the optical fiber; In addition, the minimum mechanical radii of curvature guaranteeing mechanical stability must be taken into account.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird davon ausgegangen, dass der auslenkbare Bereich der Membran im Wesentlichen kreisförmig begrenzt ist, entlang dieser Begrenzung eingespannt ist und einen Radius R aufweist. Durch die kreisförmige Einspannung entlang des Umfangs des auslenkbaren Bereichs der Membran werden folglich auch Momente auf die Einspannung übertragen. Für den Fall der festen Einspannung gelten bei Beaufschlagung der Membran mit einem Druck p für die Radialspannung: σ_r und die Umfangsspannung σ_φ die folgenden Zusammenhänge:

wobei die Formelzeichen die folgende Bedeutung haben:

σ_r: = Radialspannung,
σ_φ: = Umfangsspannung,
p: = Druck,
t: = Dicke der Membran,
R: = Radius der Membran und
μ: = Possionzahl.

In a preferred embodiment of the invention, it is assumed that the deflectable region of the membrane is essentially circular in shape, is clamped along this boundary and has a radius R. Due to the circular clamping along the circumference of the deflectable As a result, moments of the membrane are also transferred to the clamping. In the case of the fixed clamping, when the diaphragm is acted upon by a pressure p for the radial stress, σ _r and the hoop stress σ _φ, the following relationships apply:

where the symbols have the following meaning:

σ _r: = Radial stress,
σ _φ: = Hoop stress,
p: = Pressure,
t: = Thickness of the membrane,
R: = Radius of the membrane and
μ: = Possion number.

Die eigentlich interessierende Deformation der Membran entlang des Pfades, der den Bereich kennzeichnet, in dem die optische Faser wirksam mit der Membran verbunden ist, ist gegeben für eine elastische Deformation durch Gleichung 3:

wobei E das Elastizitätsmodul des Materials der Membran ist, σ_t die Spannung tangential zu dem Verlauf der optischen Faser ist, σ_o die Spannung orthogonal zu dem Verlauf der Faser ist.The actually interesting deformation of the membrane along the path, which characterizes the region in which the optical fiber is effectively connected to the membrane, is given for an elastic deformation by Equation 3:

where E is the modulus of elasticity of the material of the membrane, σ _{t is} the stress tangential to the course of the optical fiber, σ _o the stress is orthogonal to the course of the fiber.

Die Gesamtverzerrung ergibt sich dann durch Integration der lokal vorliegenden Verzerrungen entlang des Verlaufs der optischen Faser, in dem Bereich, in dem die optische Faser mit der Membran wirksam verbunden ist, also durch

The total distortion then results from integration of the local distortions along the path of the optical fiber, in the region in which the optical fiber is effectively connected to the membrane, that is through

Durch Ausführung der Integration und Ermittlung der maximalen Verzerrung ergibt sich für eine gradlinig, radial aus dem Zentrum der optischen Membran geführte optische Faser, dass eine Dehnung der Faser im Bereich von r = [0]; R/√3] vorliegt und eine gegensinnige Deformation der Membran in dem verbleibenden Randbereich vorliegt. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist deshalb vorgesehen, dass bei einer radial orientierten optischen Faser der Bereich der wirksamen Verbindungen auf der Membran mit einem kreisförmig begrenzten auslenkbaren Bereich im Bereich von r = [0]; R/√3] vorgesehen ist oder – da ja eine vollkommene Symmetrie vorliegt – der Bereich der wirksamen Verbindung zwischen optischer Faser und Membran im Bereich von r = [–R/√3; R/√3] vorgesehen ist. Bevorzugt werden die angegebenen Bereiche vollständig für die wirksame Verbindung zwischen Membran und optischer Faser genutzt, da dann eine maximale Dehnung erfolgt und daher die Detektion einer Auslenkung besonders sicher ist.By carrying out the integration and determining the maximum distortion, for a straight-line optical fiber guided radially from the center of the optical membrane, an elongation of the fiber in the range of r = [0]; R / √3] and there is an opposite deformation of the membrane in the remaining edge region. According to a preferred embodiment of the invention, it is therefore provided that, in the case of a radially oriented optical fiber, the region of the active compounds on the membrane has a circularly limited deflectable region in the range of r = [0]; R / √3] or, since there is perfect symmetry, the range of the effective optical fiber to membrane connection in the range of r = [-R / √3; R / √3] is provided. The specified ranges are preferably used completely for the effective connection between membrane and optical fiber, since then a maximum elongation takes place and therefore the detection of a deflection is particularly safe.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung, bei der wiederum von einer fest eingespannten Membran mit einem kreisförmig berandeten auslenkbaren Bereich ausgegangen wird, ist nunmehr vorgesehen, den Bereich der wirksamen Verbindung zwischen der optischen Faser und der Membran zumindest teilweise entlang eines Kreises oder eines Kreissegments um den Mittelpunkt der Membran verlaufen zu lassen. Durch Anwendung der zuvor aufgezeigten gleichungsmäßigen Zusammenhänge auf den kreisförmigen Verlauf der optischen Faser lässt sich zeigen, dass eine maximale Dehnung und damit ein maximaler messtechnischer Effekt bei einem Radius von r = R/√3 vorliegt, weshalb in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen ist, dass der kreis- oder kreissegmentförmige Bereich der wirksamen Verbindung zwischen der optischen Faser und der Membran einen Radius von im Wesentlichen r = R/√3 aufweist.In a further advantageous embodiment of the invention, which in turn is assumed by a firmly clamped membrane with a circular bordered deflectable region, is now provided, the region of the effective connection between the optical fiber and the membrane at least partially along a circle or a circle segment to let the center of the membrane run. By applying the aforementioned equational relationships to the circular profile of the optical fiber, it can be shown that a maximum elongation and thus a maximum metrological effect is present at a radius of r = R / √3, which is why the invention is provided in a particularly advantageous embodiment in that the circular or circular area of the effective connection between the optical fiber and the membrane has a radius of substantially r = R / √3.

Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Vortex-Durchflussmessgeräts ist vorgesehen, dass – wie zuvor – der auslenkbare Bereich der Membran im Wesentlichen kreisförmig begrenzt ist, nunmehr aber im Wesentlichen momentenfrei gelagert ist und ebenfalls den Radius R aufweist. Der auslenkbare Bereich ist an seinem Umfang diesmal also nicht eingespannt, so dass Momente von der – wie auch immer ausgestalteten – Lagerung der Membran nicht aufgenommen werden. In diesem Fall lassen sich die Radialspannung σ_r und die Umfangsspannung σ_φ wie folgt beschreiben:

In a further preferred embodiment of a vortex flowmeter according to the invention it is provided that - as before - the deflectable region of the membrane is substantially circular limited, but is now stored substantially torque-free and also has the radius R. The deflectable region is thus not clamped on its circumference this time, so that moments of the - however designed - storage of the membrane are not absorbed. In this case, the radial stress σ _r and the hoop stress σ _φ can be described as follows:

Die Kombination der Gleichungen 5 und 6 mit Gleichung 4 gestattet wiederum Berechnung der resultierenden Verzerrung der Membran entlang eines bestimmten Pfades auf der Membran, der hier also durch den Verlauf der optischen Faser auf der Membran bestimmt ist. Es lässt sich wiederum zeigen, dass bei einem gradlinigen Weg, der radial aus dem Zentrum der Membran führt, eine Deformation im Bereich von r = [0; R√((3 + μ)/(3 + 3μ))] vorliegt, dementsprechend eine gegensinnig orientierte Deformation im verbleibenden Außenbereich vorliegt. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Vortex-Durchflussmessgeräts mit momentenfrei gelagerter kreisförmig begrenzter Membran ist deshalb vorgesehen, dass der Bereich der wirksamen Verbindung im Bereich von r = [0; R√((3 + μ)/(3 + 3μ))] vorgesehen ist oder im Bereich von r = [–R√((3 + μ)/(3 + 3μ)); R√((3 + μ)/(3 + 3μ))] vorgesehen ist. Bevorzugt werden die angegebenen Bereiche vollständig für die wirksame Verbindung zwischen Membran und optischer Faser genutzt, weil dann der erzielte Summeneffekt am größten ist und wirbelerzeugte Druckschwankungen am sichersten detektiert werden können.The combination of Equations 5 and 6 with Equation 4 in turn allows calculation of the resulting distortion of the membrane along a particular path on the membrane, which is determined here by the course of the optical fiber on the membrane. In turn, it can be shown that in a straight-line path which leads radially out of the center of the membrane, a deformation in the range of r = [0; R√ ((3 + μ) / (3 + 3μ))], there is accordingly an oppositely oriented deformation in the remaining outer region. In a preferred embodiment of the vortex flowmeter according to the invention with torque-free mounted circularly limited membrane is therefore provided that the range of the active compound in the range of r = [0; R√ ((3 + μ) / (3 + 3μ))] or in the range of r = [-R√ ((3 + μ) / (3 + 3μ)); R√ ((3 + μ) / (3 + 3μ))]. Preferably, the specified ranges are fully used for the effective connection between the membrane and optical fiber, because then the obtained sum effect is greatest and vortex generated pressure fluctuations can be detected most reliably.

Entsprechend lässt sich auch für den Fall der im Wesentlichen momentenfrei gelagerten Membran und für den Fall, dass die wirksame Verbindung zwischen der optischen Faser und der Membran zumindest teilweise entlang eines Kreises oder eines Kreissegments um den Mittelpunkt der Membran verläuft, zeigen, dass dann ein gewählter Radius r = R√((3 + μ)/(3 + 3μ)) zu einem maximalen Effekt führt und deshalb bevorzugt verwendet wird.Accordingly, even in the case of the substantially torque-free mounted membrane and in the event that the effective connection between the optical fiber and the membrane extends at least partially along a circle or a circle segment around the center of the membrane, show that then a selected Radius r = R√ ((3 + μ) / (3 + 3μ)) leads to a maximum effect and is therefore preferred.

Bei einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die optische Faser zumindest teilweise entlang eines Kreissegments verläuft, wobei jedoch der Kreismittelpunkt des Kreissegments gegenüber dem Mittelpunkt des auslenkbaren Bereichs der Membran um etwa 3% bis 6% des Radius R des auslenkbaren Bereichs der Membran verschoben ist, bevorzugt um 4,5% dieses Radius verschoben ist, wobei der Kreissegmentradius etwa 50% bis 70% des Radius des auslenkbaren Bereichs der Membran ausmacht, bevorzugt etwa 63% dieses Radius ausmacht, und sich das Kreissegment zum Mittelpunkt des auslenkbaren Bereichs der Membran hin öffnet, wobei diese Öffnung insbesondere symmetrisch zu dem Mittelpunkt des auslenkbaren Bereichs der Membran erfolgt. Numerische Simulationen haben ergeben, dass bei dieser Anordnung der optischen Faser auf der im Wesentlichen eingespannten Membran eine maximale Längenänderung bei Druckbeaufschlagung der Membran verzeichnet werden kann. Die Anordnung ist wiederum insbesondere dann vorteilhaft, wenn wenigstens einer der optischen Pfade in Transmission betrieben wird, wie dies beim Mach-Zehnder-Interferometer der Fall ist; hier bildet das Kreissegment dann bevorzugt im Wesentlichen einen Halbkreis.In a further particularly advantageous embodiment of the invention, it is provided that the optical fiber extends at least partially along a circular segment, but the circle center of the circle segment relative to the center of the deflectable region of the membrane by about 3% to 6% of the radius R of the deflectable region Membrane is displaced, preferably by 4.5% of this radius is shifted, wherein the circular segment radius is about 50% to 70% of the radius of the deflectable region of the membrane, preferably about 63% this radius makes up, and the circle segment to the center of the deflectable region the diaphragm opens, this opening is in particular symmetrical to the center of the deflectable region of the membrane. Numerical simulations have shown that in this arrangement of the optical fiber on the substantially clamped membrane, a maximum change in length when pressurizing the membrane can be recorded. The arrangement is again particularly advantageous when at least one of the optical paths is operated in transmission, as is the case with the Mach-Zehnder interferometer; Here, the circle segment then preferably forms essentially a semicircle.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung zeichnen sich dadurch aus, dass auf jeder Seite der Membran eine optische Faser vorgesehen ist und die Streckung/Stauchung beider Fasern zur Erfassung der Auslenkung der Membran herangezogen werden, insbesondere wobei die optischen Fasern jeweils so mit der Membran wirksam verbunden sind, dass die eine optische Faser gestreckt wird, während die andere Faser gestaucht wird und umgekehrt. Dadurch lassen sich besonders gut detektierbare Differenzeffekte nutzen.Further advantageous embodiments of the invention are characterized in that on each side of the membrane, an optical fiber is provided and the extension / compression of both fibers are used to detect the deflection of the membrane, in particular wherein the optical fibers are each so effectively connected to the membrane in that one optical fiber is stretched while the other fiber is compressed and vice versa. This makes it particularly easy to detect detectable differential effects.

Nach einer eigenständigen Lehre betrifft die Erfindung auch einen Druckaufnehmer für ein Vortex-Durchflussmessgerät, wobei die Auslenkung der Membran messtechnisch zur Detektion des Drucks in dem der Membran benachbarten Medium heranziehbar ist, wobei zur Erfassung der Auslenkung der Membran wenigstens eine optische Faser auf und/oder in der Membran angeordnet ist, wobei die optische Faser in ihrem Verlauf auf und/oder in der Membran zumindest teilweise mit der Membran wirksam verbunden ist, so dass eine durch den Mediumdruck hervorgerufene Auslenkung der Membran in dem wirksam verbundenen Bereich zu einer Streckung und/oder Stauchung der optischen Faser führt.According to an independent teaching, the invention also relates to a pressure transducer for a vortex flowmeter, wherein the deflection of the membrane is metrologically applicable for detecting the pressure in the adjacent medium of the membrane, wherein for detecting the deflection of the membrane at least one optical fiber and / or is arranged in the membrane, wherein the optical fiber in its course on and / or in the membrane is at least partially operatively connected to the membrane, so that caused by the medium pressure deflection of the membrane in the effectively connected region to an extension and / or Compression of the optical fiber leads.

Im Einzelnen gibt es nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, das erfindungsgemäße Vortex-Durchflussmessgerät und den erfindungsgemäßen Druckaufnehmer auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird verwiesen einerseits auf die den Patentansprüchen 1 und 15 nachgeordneten Patentansprüche, andererseits auf die folgende Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen In particular, there are now a variety of ways to design and develop the vortex flowmeter according to the invention and the pressure sensor according to the invention. Reference is made on the one hand to the patent claims 1 and 15 subordinate claims, on the other hand to the following description of embodiments in conjunction with the drawings. In the drawing show

1 eine schematische Übersichtsdarstellung eines Vortex-Durchflussmessgeräts mit Druckmeßaufnehmer in Schnittdarstellung, 1 a schematic overview of a vortex flowmeter with Druckmeßaufnehmer in section,

2 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Membran mit einer optischen Faser, wobei die optische Faser zentral und gradlinig auf der Membran ausgerichtet ist, 2 a first embodiment of a membrane with an optical fiber, wherein the optical fiber is aligned centrally and straight on the membrane,

3 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Membran mit einer in einem kreisförmigen Bereich wirksam mit der Membran verbundenen optischen Faser, 3 another embodiment of a membrane having an optical fiber operatively connected to the membrane in a circular area,

4 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Membran eines Druckmessaufnehmers mit einer halbkreisförmigen, mittelpunktverschobenen optischen Faser, 4 another embodiment of a diaphragm of a pressure transducer with a semi-circular center-shifted optical fiber,

5a–5e weitere Ausführungsbeispiele zur Erstreckung einer optischen Faser auf einer Membran in wirksam verbundenen Bereichen und 5a - 5e Further embodiments for extending an optical fiber on a membrane in effectively connected areas and

6a, b die Membran eines Druckaufnehmers mit aufgebrachter optischer Faser im Querschnitt. 6a , b the membrane of a pressure transducer with applied optical fiber in cross section.

In 1 ist in einer Schnittdarstellung schematisch ein Vortex-Durchflussmessgerät 1 dargestellt mit einem Messrohr 2, das von einem nicht weiter dargestellten Medium durchströmbar ist. In dem Messrohr 2 ist ein Staukörper 3 vorgesehen, der von dem Medium angeströmt wird und durch den stromabwärts Wirbel in dem Medium erzeugt werden, die sich vom Staukörper stromabwärts ablösen und mit dem strömenden Medium davongetragen werden und eine Wirbelstraße ausbilden. Die Frequenz, mit der sich Wirbel ablösen, ist ein Maß für die Strömungsgeschwindigkeit innerhalb des Messrohrs 2.In 1 is a sectional view schematically a vortex flowmeter 1 represented with a measuring tube 2 , which is flowed through by a medium, not shown. In the measuring tube 2 is a baffle 3 provided, which is flowed by the medium and are generated by the downstream vortex in the medium, which detach from the bluff body downstream and carried away with the flowing medium and form a vortex street. The frequency at which vortices detach, is a measure of the flow velocity within the measuring tube 2 ,

Im Wirkbereich des Staukörpers 3 ist ferner ein Druckaufnehmer 4 vorgesehen, wobei der Druckaufnehmer 4 eine auslenkbare Membran 5 aufweist und die Auslenkung der Membran 5 messtechnisch zur Detektion des Drucks in dem der Membran benachbarten Medium herangezogen werden kann. Wenn davon die Rede ist, dass ”im Wirkbereich des Staukörpers 3” ein Druckaufnehmer 4 vorgesehen ist, dann ist damit gemeint, dass der Druckaufnehmer 4 – durch welche konstruktiven Maßnahmen auch immer – so angeordnet ist, dass er die von dem Staukörper 3 hervorgerufenen Wirbel und die durch diese Wirbel hervorgerufenen Druckschwankungen erfassen kann. Dazu kann der Druckaufnehmer tatsächlich stromabwärts hinter dem Staukörper angeordnet sein, der Druckaufnehmer 4 kann aber auch, wie in 1 dargestellt, im Wesentlichen oberhalb des Staukörpers 3 angeordnet sein, wobei die durch die Wirbel hervorgerufenen Druckschwankungen durch in dem Messrohr 2 vorgesehene Kanäle 6 zu der Membran 5 gelangen.In the effective range of the bluff body 3 is also a pressure transducer 4 provided, wherein the pressure transducer 4 a deflectable membrane 5 has and the deflection of the membrane 5 can be used metrologically for detecting the pressure in the medium adjacent to the membrane. If it is said that "in the effective range of the bluff body 3 "A pressure transducer 4 is provided, then it is meant that the pressure transducer 4 - By whatever constructive measures whatsoever - is arranged so that it from the bluff body 3 generated vortices and can detect the pressure fluctuations caused by these vortices. For this purpose, the pressure sensor can actually be arranged downstream of the bluff body, the pressure transducer 4 but also, as in 1 shown, substantially above the bluff body 3 be arranged, wherein caused by the vortex pressure fluctuations through in the measuring tube 2 intended channels 6 to the membrane 5 reach.

Gemeinsam ist allen dargestellten Ausführungsbeispielen, dass zur Erfassung der Auslenkung der Membran 5 wenigstens eine optische Faser 7 auf der Membran 5 angeordnet ist, wobei die optische Faser 7 in ihrem Verlauf auf der Membran 5 zumindest teilweise mit der Membran 5 wirksam verbunden ist, so dass eine durch den Mediumdruck hervorgerufene Auslenkung der Membran 5 in dem wirksam verbundenen Bereich 8 zu einer Streckung und/oder Stauchung der optischen Faser 7 führt.Common to all illustrated embodiments that for detecting the deflection of the membrane 5 at least one optical fiber 7 on the membrane 5 is arranged, wherein the optical fiber 7 in its course on the membrane 5 at least partially with the membrane 5 is effectively connected, so that caused by the medium pressure deflection of the membrane 5 in the effectively connected area 8th to a stretching and / or compression of the optical fiber 7 leads.

Durch die flächige Anordnung der optischen Faser 7 auf der Membran 5 lässt sich die optische Faser 7 besonders sicher und geschützt an der Membran 5 befestigen, weshalb die Anordnung auch für widrige Einsatzbedingungen geeignet ist, also beispielsweise für Einsatzbedingungen mit hohen Prozessdrücken und -temperaturen.Due to the planar arrangement of the optical fiber 7 on the membrane 5 can be the optical fiber 7 especially safe and protected on the membrane 5 attach, which is why the arrangement is also suitable for adverse conditions, ie, for example, for operating conditions with high process pressures and temperatures.

Besonders vorteilhaft ist bei den in den 1 bis 6 dargestellten Ausführungsbeispielen, dass die optische Faser 7 im Wesentlichen nur an den Orten mit der Membran 5 wirksam verbunden ist, die bei einer durch den Mediumdruck hervorgerufenen Auslenkung der Membran 5 zu einer gleichsinnigen Streckung oder Stauchung der optischen Faser 7 führen. Durch diese Maßnahme wird erreicht, dass mit jeder Erweiterung des wirksam verbundenen Bereiches 8, in dem die optische Faser 7 die Stauchung oder Streckung der Membran 5 mitmacht, zu einer zusätzlichen Auslenkung führt, die sich zu den Auslenkungen addiert, die in den weiteren Punkten des wirksam verbundenen Bereiches 8 vorliegen. Nähere Untersuchungen verschiedener Membranformen haben zu der Erkenntnis geführt, dass durch eine Druckbeaufschlagung die Membran 5 nicht in allen Bereichen gestaucht oder gestreckt wird, sondern vielmehr Bereiche auftreten, in denen eine Stauchung der Membran 5 vorliegt und Bereiche vorliegen, in denen eine Streckung der Membran 5 vorliegt. Damit sich nicht ungünstigstenfalls alle Effekte über den Verlauf der optischen Faser 7 im wirksam verbundenen Bereich 8 aufheben und ein möglichst großer Summeneffekt erzielt wird, sind die optischen Fasern 7 in den Ausführungsbeispielen gemäß den 1 bis 8 auf der Membran 5 in bestimmter Weise angeordnet worden.Particularly advantageous is in the in the 1 to 6 illustrated embodiments that the optical fiber 7 essentially only at the locations with the membrane 5 is effectively connected, at a caused by the medium pressure deflection of the membrane 5 to the same direction stretching or compression of the optical fiber 7 to lead. By this measure is achieved that with each extension of the effectively connected range 8th in which the optical fiber 7 the compression or extension of the membrane 5 Contributes to an additional deflection, which adds to the deflections in the other points of the effectively connected area 8th available. Further investigations of various membrane forms have led to the finding that by pressurizing the membrane 5 not in All areas are compressed or stretched, but rather areas occur in which a compression of the membrane 5 is present and areas exist in which an extension of the membrane 5 is present. So that not unfavorably all effects over the course of the optical fiber 7 in the effectively connected area 8th cancel and the largest possible sum effect is achieved, are the optical fibers 7 in the embodiments according to the 1 to 8th on the membrane 5 arranged in a certain way.

Bei den Ausführungsbeispielen gemäß den 2 bis 4 ist die optische Faser 7 in einer Hinführrichtung zu der Membran hin geführt und ist die optische Faser 7 unter Ausbildung einer Schlaufe 9 in einer zur Hinführrichtung im Wesentlichen gegensinnigen Rückführrichtung von der Membran 5 weggeführt. Diese Anordnung ist insbesondere bei solchen Vortex-Durchflussmessgeräten sinnvoll, die wenigstens ein über einen vollständig transmittierten Pfad geführtes unreflektiertes elektromagnetisches Signal auswerten, was beispielsweise bei Mach-Zehnder-Interferometern der Fall ist.In the embodiments according to the 2 to 4 is the optical fiber 7 guided in a Hinführrichtung towards the membrane and is the optical fiber 7 forming a loop 9 in a direction of return substantially opposite directions of return of the membrane 5 led away. This arrangement is particularly useful in those vortex flowmeters that evaluate at least one conducted over a completely transmitted path unreflected electromagnetic signal, which is the case for example with Mach-Zehnder interferometers.

In den 1, 2 und 5 verlaufen die optischen Fasern 7 im Bereich 8 der wirksamen Verbindung mit der Membran geradlinig, wobei hier auch darauf geachtet worden ist, dass der Bereich 8 der wirksamen Verbindung so gewählt ist, dass die resultierende Deformation (Stauchung, Streckung) der Membran maximal ist.In the 1 . 2 and 5 the optical fibers run 7 in the area 8th the active compound with the membrane in a straight line, whereby it has also been taken to ensure that the area 8th the active compound is chosen so that the resulting deformation (compression, extension) of the membrane is maximum.

Welcher Pfad der optischen Faser 7 auf der Membran 5 innerhalb des wirksam verbundenen Bereiches 8 zu wählen ist, hängt stark von der Geometrie der Membran 5 und der Lagerung der Membran 5 ab, so dass hier Fallunterscheidungen bezüglich verschiedener Randbedingungen und Geometrievorgaben zu treffen sind.Which path of the optical fiber 7 on the membrane 5 within the effectively connected area 8th to choose depends greatly on the geometry of the membrane 5 and the storage of the membrane 5 so that case distinctions with respect to different boundary conditions and geometry specifications are to be made here.

In den 2 bis 4 ist der auslenkbare Bereich 10 der Membran 5 im Wesentlichen kreisförmig begrenzt und entlang dieser Begrenzung in einem Einspannbereich 11 eingespannt, wobei der auslenkbare Bereich 10 der Membran 5 einen Radius R aufweist. Ein runder auslenkbarer Bereich 10 der Membran 5 ist gegenüber eckigen Konturen häufig von Vorteil, da die Rotationssymmetrie per se mechanische Spannungsspitzen an bestimmten Einspannbereichen nicht aufweist. Eine umlaufende Einspannung der Membran im Einspannbereich kann beispielsweise durch eine die Membran unter Vorspannung umgreifende Membranhalterung 12 realisiert sein, wie sie in 1 angedeutet ist.In the 2 to 4 is the deflectable area 10 the membrane 5 essentially circularly delimited and along this boundary in a clamping area 11 clamped, the deflectable area 10 the membrane 5 has a radius R. A round deflectable area 10 the membrane 5 is often advantageous over angular contours, since the rotational symmetry per se does not have mechanical stress peaks at certain clamping areas. A circumferential clamping of the membrane in the clamping area can, for example, by a membrane holder under bias bias surrounding the membrane 12 be realized as they are in 1 is indicated.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 ist die optische Faser 7 radial orientiert, wobei der Bereich 8 der wirksamen Verbindung von Membran 5 und der optischen Faser 7 im Bereich von r = [–R/√3; R/√3] vorgesehen ist, wobei vorliegend dieser Bereich vollständig für den Bereich 8 der wirksamen Verbindung genutzt ist. Wie im allgemeinen Beschreibungsteil ausgeführt worden ist, lässt sich zeigen, dass bei einer fest eingespannten kreisförmigen Membran eine einheitliche – gleichgerichtete – Deformation vom Zentrum der Membran bis zum etwa 0,58-fachen des Radius vorliegt und von dort bis zum Außenbereich eine entgegengerichtete Deformation vorliegt.In the embodiment according to 2 is the optical fiber 7 radially oriented, the area 8th the effective connection of membrane 5 and the optical fiber 7 in the range of r = [-R / √3; R / √3], in the present case this area being complete for the area 8th the active compound is used. As has been stated in the general part of the description, it can be shown that with a firmly clamped circular membrane a uniform - rectified - deformation from the center of the membrane to about 0.58 times the radius is present and from there to the outside an opposite deformation ,

Das Ausführungsbeispiel einer Membran 5 gemäß 3 zeichnet sich dadurch aus, dass der Bereich 8 der wirksamen Verbindung zwischen der optischen Faser 7 und der Membran 5 zum Großteil entlang eines Kreises um den Mittelpunkt der Membran 5 verläuft, wobei der Kreis bzw. hier das Kreissegment einen Radius vom im Wesentlichen dem 0,58-fachen des Radius R des auslenkbaren Bereichs 10 der Membran 5 aufweist. Auch hier ist der – wie zuvor bereits erläutert worden ist – Effekt einer gleichsinnigen Deformation in Umfangsrichtung am größten und nimmt sowohl zur Berandung des auslenkbaren Bereichs 10 der Membran 5 wie auch zum Zentrum der Membran 5 hin ab, bis keine Deformation mehr vorliegt und sich die verschiedenen Deformationen aufheben.The embodiment of a membrane 5 according to 3 is characterized by the fact that the area 8th the effective connection between the optical fiber 7 and the membrane 5 mostly along a circle around the center of the membrane 5 runs, wherein the circle or here the circle segment has a radius of substantially 0.58 times the radius R of the deflectable region 10 the membrane 5 having. Again, as previously explained, the effect of the same direction of deformation in the circumferential direction is greatest and increases both towards the boundary of the deflectable region 10 the membrane 5 as well as to the center of the membrane 5 down until no deformation is present and cancel the various deformations.

Bei anderen, hier nicht dargestellten Ausführungsbeispielen ist der auslenkbare Bereich der Membran ebenfalls im Wesentlichen kreisförmig begrenzt, jedoch im Gegensatz zu den hier dargestellten Ausführungsbeispielen ist die Membran in Wesentlichen momentenfrei gelagert. Wie weiter oben dargestellt, verläuft dann die Grenzlinie zwischen Streckung und Stauchung viel weiter im Außenbereich als dies bei den fest eingespannten Membranen der Fall ist.In other embodiments, not shown here, the deflectable region of the membrane is also substantially circularly limited, but in contrast to the embodiments shown here, the membrane is mounted substantially free of torque. As shown above, then the boundary line between stretching and compression runs much farther in the outer region than is the case with the firmly clamped membranes.

Bei tatsächlich realisierten Membraneinspannungen liegt möglicherweise eine Mischform der beiden ”reinen” Lagerungen vor, also eine Mischform zwischen der momentenfreien und der vollständig Momente aufnehmenden Lagerung. Insoweit wird folglich empfohlen, den Bereich 8 der wirksamen Verbindungen im Bereich von r = [R/√3; R√((3 + μ)/(3 + 3μ)] vorzusehen.In the case of actually realized diaphragm restraints, there may possibly be a mixed form of the two "pure" bearings, that is to say a mixed form between the torque-free and the fully torque-bearing bearing. In that regard, therefore, the area is recommended 8th of the active compounds in the range of r = [R / √3; R√ ((3 + μ) / (3 + 3μ)].

Die in 4 dargestellte Membran 5 zeichnet sich dadurch aus, dass die optische Faser 7 in dem mit der Membran wirksam verbundenen Bereich 8 entlang eines Kreissegments verläuft, hier entlang eines Halbkreises, wobei der Kreismittelpunkt M_S des Kreissegments um etwa 4,5% des Radius R des auslenkbaren Bereichs 10 der Membran 5 verschoben ist und der Radius r des Kreissegments etwa 63% des Radius R des auslenkbaren Bereichs 10 der Membran 5 ausmacht. Ein solcher mittelpunktverschobener Halbkreis des angegebenen Radius r weist dann eine maximale Deformation auf, wenn er sich symmetrisch zum Mittelpunkt M₀ des auslenkbaren Bereichs 10 der Membran 5 hin öffnet, der Mittelpunkt M₀ also innerhalb des Halbkreissegments liegt und nicht außerhalb.In the 4 represented membrane 5 is characterized by the fact that the optical fiber 7 in the region operatively connected to the membrane 8th runs along a circle segment, here along a semicircle, wherein the circle center M _{S of} the circle segment by about 4.5% of the radius R of the deflectable region 10 the membrane 5 is shifted and the radius r of the circular segment about 63% of the radius R of the deflectable range 10 the membrane 5 accounts. Such a midpoint-shifted semicircle of the specified radius r then has a maximum deformation when it is symmetrical to the center M _{0 of} the deflectable region 10 the membrane 5 opens, the center M ₀ is thus within the semicircular segment and not outside.

In 5 sind verschiedene bevorzugte Ausführungsbeispiele zur Anordnung und Ausrichtung von wirksam verbundenen Bereichen 8 zwischen optischer Faser 7 und Membran 5 dargestellt. Bei den Ausführungsbeispielen gemäß den 5b und 5c verläuft der Bereich der wirksamen Verbindung zwischen optischer Faser 7 und der Membran 5 geradlinig und radial durch das Zentrum der Membran 5, was die Herstellung vereinfacht und gut reproduzierbare Ergebnisse unterstützt. Hier werden ausschließlich Radialspannungen und die durch Sie verursachten Deformationen der Membran 5 erfasst.In 5 are various preferred embodiments for the placement and alignment of effectively connected areas 8th between optical fiber 7 and membrane 5 shown. In the embodiments according to the 5b and 5c The range of effective connection between optical fiber 7 and the membrane 5 rectilinear and radial through the center of the membrane 5 , which simplifies manufacturing and supports highly reproducible results. Here are only radial stresses and caused by you deformations of the membrane 5 detected.

Die Anordnung der wirksam verbundenen Bereiche 8 gemäß den 5d und 5e verlaufen ebenfalls geradlinig auf der Membran 5, sind jedoch dezentral auf der Membran 5 angeordnet, so dass sie nicht nur durch Radialspannungen, sondern auch durch Umfangsspannungen beeinflusst werden. Es ist immer darauf zu achten, dass die entstehende Schlaufe 9 einen hinreichend großen KrÜmmungsradius aufweist, damit innerhalb der optischen Faser 7 Totalreflexion erreicht wird. Alle in 5 dargestellten Ausführungsbeispiele eignen sich vor allem zur Verwendung mit einem Interferometer nach Mach-Zehnder, bei dem die verschiedenen Signalpfade im Wesentlichen reflektionsfrei durchlaufen werden und das emittierte und die optische Faser durchlaufende Lichtsignal ohne abschließende Reflexion ausgewertet wird.The arrangement of the effectively connected areas 8th according to the 5d and 5e also run straight on the membrane 5 but are decentralized on the membrane 5 arranged so that they are not only influenced by radial stresses, but also by circumferential stresses. It is always important to make sure that the resulting loop 9 has a sufficiently large Krümmungradius, thus within the optical fiber 7 Total reflection is achieved. Alone 5 illustrated embodiments are particularly suitable for use with a Mach-Zehnder interferometer, in which the various signal paths are traversed substantially free of reflection and the emitted and the optical fiber passing light signal is evaluated without final reflection.

6 zeigt den Querschnitt durch eine Membran 5 und durch auf der Membran 5 befestigte optische Fasern 7. Die Membran 5 besteht hier aus einer Aluminiumoxid(Al₂O₃)-Keramik, wobei die optische Fasern 7 mittels einer großflächig aufgetragenen Beschichtung 13 auf der Membran befestigt sind. Bei dem in 6b dargestellten Ausschnitt ist die Glasfaser 7 durch lokal aufgebrachten Klebstoff 13 benetzt und mit der Membran 5 verbunden. 6 shows the cross section through a membrane 5 and through on the membrane 5 attached optical fibers 7 , The membrane 5 here consists of an alumina (Al ₂ O ₃ ) ceramic, wherein the optical fibers 7 by means of a coating applied over a large area 13 attached to the membrane. At the in 6b The detail shown is the glass fiber 7 by locally applied adhesive 13 wetted and with the membrane 5 connected.

6a zeigt ferner, dass auf jeder Seite der Membran 5 eine optische Faser 7 vorgesehen ist und die Streckung/Stauchung beider Fasern 7 zur Erfassung der Auslenkung der Membran 5 heranziehbar ist. Die optischen Fasern 7 sind jeweils so mit der Membran 5 wirksam verbunden, dass die eine optische Faser 7 gestreckt wird, wenn die andere Faser 7 gestaucht wird und umgekehrt. Durch die unterschiedlichen Effekte lässt sich dann ein größeres Differenzsignal zur Detektierung der Auslenkung der Membran 5 erreichen. 6a also shows that on each side of the membrane 5 an optical fiber 7 is provided and the stretching / compression of both fibers 7 for detecting the deflection of the membrane 5 is approachable. The optical fibers 7 are each so with the membrane 5 effectively connected to that one optical fiber 7 is stretched when the other fiber 7 is compressed and vice versa. Due to the different effects can then be a larger difference signal for detecting the deflection of the membrane 5 to reach.

Claims

Vortex flowmeter ( 1 ) with a through-flow of a medium measuring tube ( 2 ), one in the measuring tube ( 2 ) provided baffle body ( 3 ) and one within the effective range of the bluff body ( 3 ) provided pressure transducer ( 4 ), wherein the pressure transducer ( 4 ) a deflectable membrane ( 5 ), and the deflection of the membrane ( 5 ) metrologically for detecting the pressure in the membrane ( 5 ) adjacent medium, characterized in that for detecting the deflection of the membrane ( 5 ) at least one optical fiber ( 7 ) on and / or in the membrane ( 5 ), wherein the optical fiber ( 7 ) in their course on and / or in the membrane ( 5 ) at least partially with the membrane ( 5 ), so that a deflection of the membrane caused by the medium pressure ( 5 ) in the effectively connected area ( 8th ) to a stretching and / or compression of the optical fiber ( 7 ) leads.

Vortex flowmeter ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the optical fiber ( 7 ) substantially only at the locations with the membrane ( 5 ) is effectively connected, which at a caused by the medium pressure deflection of the membrane ( 5 ) to the same direction stretching or compression of the optical fiber ( 7 ) to lead.

Vortex flowmeter ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the optical fiber ( 7 ) in a direction to the membrane ( 5 ) and forming a loop ( 9 ) in a direction of return substantially opposite directions of return of the membrane ( 5 ) is guided away.

Vortex flowmeter ( 1 ) according to claim 2 or 3, characterized in that the optical fiber ( 7 ) in the Area ( 8th ) of the active compound with the membrane ( 5 ) runs in a straight line, in particular the area ( 8th ) of the active compound is chosen so that the resulting compression or extension of the membrane is maximum.

Vortex flowmeter ( 1 ) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the deflectable region ( 10 ) of the membrane ( 5 ) is bounded in a substantially circular manner and is clamped along this boundary and has a radius R.

Vortex flowmeter ( 1 ) according to claim 5, characterized in that the optical fiber ( 7 ) is radially oriented and the region ( 8th ) of the active compound in the range of r = [0; R / √3] or in the range of r = [-R / √3; R / √3], wherein preferably the ranges indicated are completely for the effective connection between the membrane ( 5 ) and the optical fiber ( 7 ) are used.

Vortex flowmeter ( 1 ) according to claim 5, characterized in that the area ( 8th ) of the effective connection between the optical fiber ( 7 ) and the membrane ( 5 ) at least partially along a circle or a circle segment around the center M _{0 of} the membrane ( 5 ), in particular wherein the circle or the circle segment has a radius of substantially r = R / √3.

Vortex flowmeter ( 1 ) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the deflectable region ( 10 ) of the membrane ( 5 ) is substantially circular limited and stored substantially torque-free and has the radius R.

Vortex flowmeter ( 1 ) according to claim 8, characterized in that the optical fiber ( 7 ) is radially oriented and the region ( 8th ) of the active compound in the range of r = [0; R√ ((3 + μ) / (3 + 3μ))] or in the range of r = [-R√ ((3 + μ) / (3 + 3μ)); R√ ((3 + μ) / (3 + 3μ))], where μ is the Poisson's number of the membrane material, and preferably the ranges given are completely for the effective connection between the membrane ( 5 ) and the optical fiber ( 7 ) are used.

Vortex flowmeter according to claim 8, characterized in that the area ( 8th ) of the effective connection between the optical fiber ( 7 ) and the membrane ( 5 ) at least partially along a circle or a circle segment around the center M _{0 of} the membrane, in particular wherein the circle or the circle segment has a radius of substantially r = R√ ((3 + μ) / (3 + 3μ)), wherein μ is the Poisson number of the membrane material.

Vortex flowmeter ( 1 ) according to claim 5, characterized in that in which with the membrane ( 5 ) effectively connected area ( 8th ) the optical fiber ( 7 ) extends at least partially along a circle segment, wherein the circle center (M _S ) of the circle segment with respect to the center (M ₀ ) of the deflectable region ( 10 ) of the membrane ( 5 ) is shifted by about 0.03 · R to 0.06 · R, preferably 0.045 · R, the circle segment radius is about 0.5 · R to 0.7 · R, preferably 0.63 · R, and the circular segment, in particular symmetric, to the center of the deflectable region ( 10 ) of the membrane ( 5 ) opens.

Vortex flowmeter ( 1 ) according to claim 11, characterized in that the circular segment is a substantially a semicircle.

Vortex flowmeter ( 1 ) according to one of claims 1 to 12, characterized in that on each side of the membrane an optical fiber ( 7 ) and the stretching / compression of both fibers ( 7 ) for detecting the deflection of the membrane ( 5 ), in particular wherein the optical fibers ( 7 ) so with the membrane ( 5 ) are effectively connected, that at a deflection of the membrane ( 5 ) which is an optical fiber ( 7 ) is stretched while the other optical fiber ( 7 ) and vice versa.

Vortex flowmeter ( 1 ) according to one of claims 1 to 13, characterized in that as optical fiber ( 7 ) a multicore fiber, a photon-crystal fiber (PCF), a solid-core photon-crystal fiber (SCPCF) or an optical fiber with fiber Bragg gratings is used.

Pressure transducer for a vortex flowmeter ( 1 ) with a deflectable membrane ( 5 ), wherein the deflection of the membrane ( 5 ) metrologically for detecting the pressure in the membrane ( 5 ) adjacent medium, characterized in that for detecting the deflection of the membrane ( 5 ) at least one optical fiber ( 7 ) on and / or in the membrane ( 5 ), wherein the optical fiber ( 7 ) in their course on and / or in the membrane ( 5 ) at least partially with the membrane ( 5 ), so that a deflection of the membrane caused by the medium pressure ( 5 ) in the effectively connected area ( 8th ) to a stretching and / or compression of the optical fiber ( 7 ) leads.

Pressure sensor according to claim 15, characterized by the features of the characterizing part of at least one claim of claims 2 to 14.