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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ermitteln wenigstens einer Konzentration von Kohlepartikeln in einem Gasstrom.
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Ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung können beispielsweise bei Verbrennungsmaschinen und Verbrennungssystemen der Energietechnik zum Einsatz kommen und der Überwachung und Kontrolle eines Verbrennungsprozesses in der Verbrennungsmaschine bzw. im Verbrennungssystem dienen. Im Rahmen des Verbrennungsprozesses werden Kohlepartikel in wenigstens einem Brennraum verbrannt. Zur Realisierung eines optimalen bzw. insbesondere hinsichtlich der Entstehung von Schadstoffen vorteilhaften Verbrennungsprozesses spielt eine möglichst gute Homogenität der Massekonzentration der Kohlepartikel, die über die Zeit dem Brennraum zugeführt werden, eine wichtige Rolle.
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Die Kohlepartikel werden dem Brennraum beispielsweise mittels eines Gasstroms, insbesondere eines Luftstroms, zugeführt, in welchem die Kohlepartikel aufgenommen sind. Inhomogenitäten der Massekonzentration in dem Gasstrom können dabei durch unterschiedliche mechanische und strömungsdynamische Effekte auftreten und äußern sich beispielsweise in lokal innerhalb einer Flussröhre des Gasstroms erhöhten Staubkonzentrationen der Kohlepartikel. Solche Inhomogenitäten hinsichtlich der Verteilung der Massekonzentration der Kohlepartikel in dem Gasstrom sind unerwünscht und sollten erkannt werden, so dass beispielsweise in der Folge Gegenmaßnahmen getroffen werden können, um derartige Inhomogenitäten zu vermeiden.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ermitteln wenigstens einer Konzentration von Kohlepartikeln in einem Gasstrom zu schaffen, mittels welchen Inhomogenitäten der Verteilung bzw. der Konzentrationsverteilung der Kohlepartikel zumindest in einem Teil des Gasstroms auf besonders einfache Weise erfasst werden können.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln wenigstens einer Konzentration von Kohlepartikeln in einem einen Kanal durchströmenden Gasstrom. Bei dem Verfahren wird mittels wenigstens eines Mikrowellensensors zumindest ein Teil des Gasstroms mit darin aufgenommenen Kohlpartikeln erfasst. Ferner wird mittels des Mikrowellensensors wenigstens ein die Konzentration der Kohlpartikel charakterisierendes Messsignal bereitgestellt.
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Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Autokorrelationsfunktion des Messsignals ermittelt. Ferner wird in Abhängigkeit von der Autokorrelationsfunktion zumindest ein einen Abstand einer zur Konzentration gehörenden Stelle des Gasstroms vom Mikrowellensensor charakterisierender Abstandswert ermittelt.
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Mit anderen Worten kann anhand des Messsignals wenigstens eine Konzentration von Kohlepartikeln im Gasstrom ermittelt werden. Diese Konzentration liegt dabei an einer Stelle des Gasstroms bzw. im Gasstrom vor, wobei diese Stelle bzw. ihre Position relativ zum Gasstrom und somit relativ zum Mikrowellensensor zunächst nicht oder nur unter sehr hohem Aufwand ermittelt ist bzw. ermittelt werden kann. Um nun die wenigstens eine Konzentration der Stelle im Gasstrom relativ zum Mikrowellensensor zuzuordnen, werden die Autokorrelationsfunktion des Messsignals und in Abhängigkeit von der Autokorrelationsfunktion der Abstandswert ermittelt. So ist es möglich, im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens auf besonders einfache und somit zeit- und kostengünstige Weise die Position der Stelle, an der die wenigstens eine Konzentration vorliegt, relativ zum Mikrowellensensor und somit relativ zum Gasstrom zu ermitteln, um in der Folge auf besonders einfache Weise Rückschlüsse auf die Konzentrationsverteilung der Kohlepartikel zumindest in dem Teil des Gasstroms zu ziehen. Die Position der Stelle, an der die wenigstens eine Konzentration vorliegt, wird dabei durch den Abstandswert, d.h. durch den Abstand der Stelle vom Mikrowellensensor charakterisiert. Da die Position des Mikrowellensensors relativ zum Kanal bzw. relativ zum Gasstrom bekannt ist, kann aus dem Abstandswert auch die Position der Stelle, an der die wenigstens eine Konzentration vorliegt, relativ zum Kanal bzw. zum Gasstrom insgesamt auf einfache Weise berechnet werden.
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Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass anhand des Messsignals mehrere Konzentrationen bzw. zugehörige Konzentrationswerte der Kohlepartikel im Gasstrom anhand des Messsignals erfasst bzw. ermittelt werden, wobei es durch die Ermittlung der Autokorrelationsfunktion des Messsignals möglich ist, jeweilige Abstände bzw. Abstandswerte von jeweiligen Stellen, an denen die jeweiligen Konzentrationen vorliegen, vom Mikrowellensensor zu ermitteln. Auf diese Weise ist es möglich, die Konzentrationsverteilung der Kohlepartikel im Gasstrom zu ermitteln und in der Folge etwaige Inhomogenitäten der Konzentrationsverteilung und somit der Verteilung der Kohlepartikel insgesamt zu erfassen.
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Eine solche Inhomogenität der Konzentrationsverteilung liegt beispielsweise dann vor, wenn ermittelt wird, dass an einer ersten Stelle eine erste Konzentration der Kohlepartikel vorliegt, wobei an einer von der ersten Stelle beabstandeten, zweiten Stelle eine zweite Konzentration der Kohlepartikel vorliegt und wobei die zweite Konzentration an der zweiten Stelle wesentlich größer ist als die erste Konzentration an der ersten Stelle. Wird eine solche Inhomogenität der Konzentrationsverteilung erfasst, so können entsprechende Gegenmaßnahmen eingeleitet werden, um solch unerwünschte Inhomogenitäten zu vermeiden. Beispielsweise ist es möglich, den Gasstrom hinsichtlich seiner Strömung zu beeinflussen, um eine zumindest im Wesentlichen homogene Verteilung der Kohlepartikel im Gasstrom zu bewirken.
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Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es somit möglich, nicht nur die Konzentration der Kohlepartikel zu erfassen. Darüber hinaus kann eine räumliche Auflösungsfähigkeit auf einfache Weise geschaffen werden, so dass auch die Stelle bzw. ihre Position relativ zum Gasstrom ermittelt werden kann, an der die Konzentration vorliegt. Dazu sind keine aufwändigen, zusätzlichen Sensoren erforderlich und vorgesehen. Vielmehr können Daten von mittels des wenigstens einen Mikrowellensensors durchgeführten Reflektions- und Transmissionsmessungen genutzt werden.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass in dem Gasstrom, welcher beispielsweise ein Luftstrom ist, zahlreiche einzelne Kohlestaubpartikel aufgenommen sind, die eine Reihe statistischer Eigenschaften haben. Diese statistischen Eigenschaften sind beispielsweise die Korngröße bzw. die Partikelgröße, die Kornverteilung bzw. die Partikelverteilung, die Partikelform, Partikelmaterialeigenschaften wie beispielsweise Aschegehalt und/oder Feuchte etc., die Partikelposition zu einem gegebenen Zeitpunkt sowie die Partikelgeschwindigkeit.
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Obwohl die Kohlepartikel als solche nur in Ausnahmefällen einzeln im Messsignal zu erkennen sind, weil ihre Größe und Reflektionsstärke zu schwach sind, ist dennoch die Gesamtheit der Kohlepartikel im Messsignal zu beobachten. Das entsprechende Messsignal trägt somit zahlreiche Eigenschaften von statistischem Rauschen. Diese statistischen Eigenschaften tragen aber zusätzliche Informationen, deren Auswertung möglich ist und im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens durch die Ermittlung der Autokorrelationsfunktion erfolgt.
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Dem Verfahren liegt ferner die Idee zugrunde, dass ein einzelner Kohlepartikel, obwohl er als solcher nicht im statistischen Messsignal erkennbar ist, trotzdem einen Signalbeitrag zum Messsignal liefert, der als deterministisch angesehen werden kann, insbesondere, wenn die Flugbahn und Reflektivität des Kohlepartikels bekannt sind. Unter diesen Umständen hat der Signalbeitrag dieses einzelnen Kohlepartikels eine Autokorrelationsfunktion, die zeitlich so lange von null unterschiedlich ist, wie der Kohlepartikel zeitlich vom Mikrowellensensor erfasst wird. Mit anderen Worten ist die Autokorrelationsfunktion des einzelnen Kohlepartikels so lange zeitlich unterschiedlich von null, wie sich der Kohlepartikel im Erfassungsbereich des Mikrowellensensors befindet bzw. so lange der Durchtritt des Kohlepartikels durch das Sichtfeld bzw. den Erfassungsbereich des Mikrowellensensors andauert.
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Dies bedeutet auch, dass vom Mikrowellensensor weit entfernte Kohlepartikel aufgrund der sogenannten Strahlaufweitung des vom Mikrowellensensor ausgesendeten Mikrowellensignals entsprechend länger benötigen, um durch den Erfassungsbereich des Mikrowellensensors hindurch zu treten, als demgegenüber näher am Mikrowellensensor durch dessen Erfassungsbereich hindurchtretende Kohlepartikel. Daher weisen die vom Mikrowellensensor weiter entfernt durch den Erfassungsbereich hindurchtretenden Kohlepartikel eine zeitlich gesehen ausgedehntere Autokorrelationsfunktion auf als die näher am Mikrowellensensor durch dessen Erfassungsbereich hindurchtretenden Kohlepartikel.
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Diese Eigenschaft des einzelnen Kohlepartikels überträgt sich nun auf die Autokorrelationsfunktion des realen, aus der Überlagerung der Vielzahl an Kohlepartikeln bestehenden Szenarios bzw. Messsignals. Während die untermittelbar gemessenen Informationen des Mikrowellensensors einen rauschähnlichen Charakter aufweisen, zeigt sich, dass Strähnen aus Kohlepartikeln, die besonders nah bzw. unmittelbar vor dem Mikrowellensensor vorbeiziehen, eine zeitlich relativ kurze Autokorrelationsfunktion aufweisen, wobei demgegenüber weiter vom Mikrowellensensor entfernte Strähnen aus Kohlepartikeln eine zeitlich länger ausgedehntere Autokorrelationsfunktion aufweisen.
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Auf Grundlage dieser Erkenntnisse ist es nun möglich, durch die Autokorrelationsfunktion unterschiedlich weit vom Mikrowellensensor beabstandete Strähnen aus Kohlepartikel und deren Konzentration zu erfassen, um somit etwaige Inhomogenitäten hinsichtlich der Konzentration der Kohlepartikel im Gasstrom erfassen zu können.
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Zur Realisierung einer besonders kostengünstigen Durchführung des Verfahrens, ist es bei einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass der Mikrowellensensor monofrequent betrieben wird. Hierdurch kann das Verfahren mit einem besonders einfachen und somit kostengünstigen Mikrowellensensor durchgeführt werden, welcher vorzugsweise in einem zumindest im Wesentlichen kontinuierlichen, monofrequenten Betrieb betrieben wird. Als Mikrowellensensor kann beispielsweise ein Dopplersensor verwendet werden.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird wenigstens ein Positionswert, welcher eine Position der Stelle relativ zu dem Kanal charakterisiert, in Abhängigkeit von dem Abstandswert ermittelt. Wie bereits angedeutet, ist es dadurch möglich, anhand des Abstandswerts die Position der Stelle, an der die wenigstens eine Konzentration vorliegt, in Relation zum Kanal bzw. zum Gasstrom insgesamt zu ermitteln. Dadurch können die Konzentrationsverteilungen etwaige Inhomogenitäten der Konzentrationsverteilung besonders präzise ermittelt werden.
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Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass mittels wenigstens eines zweiten Mikrowellensensors zumindest der Teil des Gasstroms mit den darin aufgenommenen Kohlepartikeln erfasst und wenigstens ein die Konzentration der Kohlepartikel charakterisierendes, zweites Messsignal bereitgestellt wird. Ferner wird eine zweite Autokorrelationsfunktion des zweiten Messsignals ermittelt. Darüber hinaus wird in Abhängigkeit von der ermittelten, zweiten Autokorrelationsfunktion zumindest ein einen Abstand der zur Konzentration gehörenden Stelle des Gasstroms vom zweiten Mikrowellensensor charakterisierender, zweiter Abstandswert ermittelt.
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Durch die Verwendung des zweiten Sensors ist es somit möglich, den zweiten Abstandswert zu berechnen und diesen mit dem ersten Abstandswert zu vergleichen. Dadurch können etwaige Messfehler kompensiert werden. In der Folge ist es möglich, die Konzentrationsverteilung der Kohlepartikel im Gasstrom besonders präzise zu erfassen. Durch die entsprechende Verwendung und Anordnung mehrerer Mikrowellensensoren, beispielsweise entlang eines Umfangs eines den Kanal begrenzenden Rohres, lassen sich mehrere Sensorinformationen von zumindest teilweise überlappenden Messgebieten erhalten. Mit anderen Worten überlappen sich jeweilige Erfassungsbereiche der Mikrowellensensoren.
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Somit ist es möglich, den überlappenden Bereich sowohl mittels des ersten Sensors als auch mittels des zweiten Sensors zu erfassen, entsprechende Daten über den überlappenden Bereich zu ermitteln und diese Daten dann zu vergleichen, um beispielsweise Messfehler zu kompensieren. Durch geeignete Verrechnung der individuellen Sensorinformationen sind tomographisch wirkende Auswerteverfahren darstellbar. Dadurch ist es möglich, die Zuverlässigkeit und Aussagekraft der gewonnenen Konzentration- bzw. Dichteverteilung innerhalb des Kanals zu steigern.
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Durch eine Verwendung von Mikrowellensensoren, deren Mikrowellenquellen mit bekannten Frequenz- und Phasenbeziehungen zueinander betrieben werden, lassen sich zudem auch die Transmissionsinformationen zwischen den Mikrowellensensoren auswerten. Wird beispielsweise ein Kohlepartikel mit einem vom ersten Mikrowellensensor ausgestrahlten Signal (Mikrowellen) beaufschlagt, so dass das Signal gestreut wird, so dass gestreute Signale entstehen, und erreichen die gestreuten Signale einen vom ersten Mikrowellensensor unterschiedlichen, zweiten Mikrowellensensor und/oder dritten Mikrowellensensor und können die gestreuten Signale mittels des zweiten und/oder dritten Sensors erfasst werden, so erhöht sich damit im Vergleich zur Verwendung lediglich eines Sensors der zur Auswertung verwendbare Informationsgehalt der Gesamtmessung.
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Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Positionswert in Abhängigkeit von den Abstandswerten ermittelt wird. Mit anderen Worten werden zur Ermittlung des Positionswerts beide Abstandswerte berücksichtigt, so dass der Positionswert besonders genau berechnet werden kann.
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Eine weitere Möglichkeit der Signalauswertung besteht darin, eine Kreuzkorrelationsfunktion der Messsignale der Mikrowellensensoren zu ermitteln. Mit anderen Worten ist es möglich, Kreuzkorrelationen zwischen den Mikrowellensensoren zu berechnen und auszuwerten. Mithilfe von Kreuzkorrelationen bzw. Kreuzkorrelationsfunktionen lässt sich beispielsweise ein bildgebendes Messverfahren des Querschnitts des Kanals darstellen. Dazu können beispielsweise zwei Reihen mit jeweiligen Mikrowellensensoren in jeweils linearer Anordnung vorgesehen werden, welche unter einem Winkel zueinander in das gleiche Volumen des Gasstroms hineinmessen. Mit anderen Worten werden die Mikrowellensensoren derart zueinander ausgerichtet, dass jeweilige Mittelachsen von jeweiligen Messbereichen der Mikrowellensensoren einen Winkel miteinander einschließen, wobei die Messbereiche einen den Mikrowellensensoren gemeinsamen Bereich des Gasstroms erfassen können.
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Werden nun die Kreuzkorrelationen der Mikrowellensensoren aus einer ersten der Reihen und der zweiten Reihe untersucht, so kann festgestellt werden, dass die Kreuzkorrelationen bzw. die Kreuzkorrelationsfunktionen beispielsweise bei Anwesenheit einer Strähne im Überlappungsbereich der jeweiligen Erfassungsbereiche der Mikrowellensensoren einen von null unterschiedlichen Wert annehmen, während die übrigen Kreuzkorrelationen zumindest im Wesentlichen null sind. So ist es möglich, die Position der Strähne aus Kohlepartikeln und somit deren Konzentration bzw. Dichte besonders exakt lokalisieren zu können, um in der Folge etwaige Inhomogenitäten besonders gut erfassen zu können.
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Das Auswerten der Kreuzkorrelationen ist auch dann möglich, wenn die Mikrowellensensoren bzw. ihre jeweiligen Mittelachsen nicht rechtwinklig oder als lineare Anordnung angeordnet sind, sondern beispielsweise auf dem Umfang eines den Kanal begrenzenden Rohres angebracht sind. Eine wichtige Rolle für diese Auswerteart ist eine geeignet vorgesehene Überdeckung bzw. Überlappung der jeweiligen Erfassungsbereiche der Mikrowellensensoren, wobei die Erfassungsbereiche auch als Gesichtsfelder der Mikrowellensensoren bezeichnet werden.
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Ein großer Vorteil der kreuzkorrelationsbasierten Auswertung ist, dass die Mikrowellensensoren hierzu nicht kohärent betrieben werden müssen oder die Relativlage von jeweiligen Frequenzen der Mikrowellensensoren bekannt sein muss. Das Verfahren kann somit besonders einfach durchgeführt werden.
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Durch die Verwendung der Information über die Position der wenigstens einen Konzentration lässt sich das Messsignal beispielsweise in Form eines Massenstromsignals dergestalt bewerten, dass ein Massenstrommessfehler, der auf der Anwesenheit der Strähne aus Kohlepartikeln beruht, korrigiert bzw. kompensiert werden kann.
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Im Rahmen des Verfahrens werden statistische Eigenschaften des wenigstens einen Messsignals zur Bestimmung des beispielsweise radialen Abstands der wenigstens einen Konzentration vom Mikrowellensensor auswertet. Ein Vorteil dabei ist, dass somit eine Entfernungsauflösung von Mikrowellensensoren einfach realisiert werden kann. Im Gegensatz zu FMCW- oder Pulsverfahren (FMCW – Frequency-modulated continuous-wave) kann die Entfernungsauflösung mit einem nur geringen Schaltungsaufwand und einem nur geringen systemtechnischen Aufwand realisiert werden. Jedoch ist es ohne weiteres möglich, das Verfahren auch mit Puls- oder FMCW-Verfahren zu kombinieren, um die Konzentrationsverteilung auf einfache und schnelle Weise besonders präzise erfassen zu können.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird als der zweite Mikrowellensensor ein in Umfangsrichtung des Kanals und/oder in Strömungsrichtung des Gasstroms durch den Kanal zum ersten Mikrowellensensor versetzt angeordneter, zweiter Mikrowellensensor verwendet. Hierdurch kann eine besonders hohe Präzision hinsichtlich der Erfassung der Konzentrationsverteilung realisiert werden.
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Die Wahl des Frequenzbereichs des wenigstens einen Mikrowellensensors ist völlig frei. Zu erwarten ist jedoch, dass sich durch höhere Frequenzen eine höhere Messauflösung und ein verbessertes Verhältnis des Messsignals zu Signalrauschen realisieren lassen.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ermitteln wenigstens einer Konzentration von Kohlepartikeln in einem einen Kanal durchströmenden Gasstrom, mit wenigstens einem Mikrowellensensor zum Erfassen zumindest eines Teils des Gasstroms mit darin aufgenommenen Kohlepartikeln und zum Bereitstellen wenigstens eines die Konzentration der Kohlepartikel charakterisierenden Messsignals. Die Vorrichtung umfasst ferner eine mit dem Mikrowellensensor gekoppelte Auswerteeinheit, welche dazu ausgelegt ist, eine Autokorrelationsfunktion des Messsignals und in Abhängigkeit von der Autokorrelationsfunktion zumindest einen Abstand einer zur Konzentration gehörenden Stelle des Gasstroms vom Mikrowellensensor charakterisierenden Abstandswert zu ermitteln. Mit anderen Worten ist die Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet. Vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht nicht nur die Ermittlung der Konzentration, sondern auch die Ermittlung einer Position der Stelle, an der die Konzentration vorliegt, relativ zum Gasstrom bzw. zum Kanal insgesamt. Dadurch können die Konzentrationsverteilung der Kohlepartikel sowie etwaige Inhomogenitäten der Konzentrationsverteilung auf besonders einfache, zeit- und kostengünstige Weise ermittelt werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in der einzigen Figur eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zum Ermitteln wenigstens einer Konzentration von Kohlepartikeln in einem einen Kanal durchströmenden Gasstrom, wobei die Vorrichtung wenigstens einen Mikrowellensensor zum Bereitstellen eines Messsignals und eine Auswerteeinheit umfasst, welche dazu ausgelegt ist, eine Autokorrelationsfunktion des Messsignals und in Abhängigkeit von der Autokorrelationsfunktion zumindest einen einen Abstand einer zur Konzentration gehörenden Stelle des Gasstroms vom Mikrowellensensor charakterisierenden Abstandswert zu ermitteln.
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Die Figur zeigt in einer schematischen Querschnittsansicht ein Kanalelement in Form eines Rohres 10 mit einem zumindest im Wesentlichen kreisrunden und in Umfangsrichtung des Rohres 10 vollständig geschlossenen Hohlquerschnitt, welcher einen Kanal 12 bildet. Mit anderen Worten ist durch das Rohr 10 der Kanal 12 begrenzt. Das Rohr 10 ist beispielsweise ein Bauteil einer Verbrennungsmaschine, welche wenigstens einen Brennraum aufweist. In diesem Brennraum findet ein Verbrennungsprozess statt. Diesem Verbrennungsprozess werden Kohlepartikel 14 zugeführt, welche in einem Gasstrom in Form eines Luftstroms aufgenommen sind und mittels des Luftstroms in den Brennraum eingeleitet werden. Stromauf des Brennraums durchströmt der Luftstrom mit den darin aufgenommenen Kohlepartikeln 14 den Kanal 12, wie es aus der Figur zu erkennen ist.
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Um etwaige Inhomogenitäten der Konzentrationsverteilung der Kohlepartikel 14 im Luftstrom zu ermitteln, ist eine im Ganzen mit 16 bezeichnete Vorrichtung zum Durchführen eines Verfahrens zum Ermitteln wenigstens einer Konzentration der Kohlepartikel 14 in dem Luftstrom vorgesehen. Die Vorrichtung 16 umfasst wenigstens zwei Mikrowellensensoren 18, 20, welche an einer den Kanal 12 begrenzenden, innenumfangsseitigen Mantelfläche 22 des Rohres 10 im Kanal 12 angeordnet sind. Die Vorrichtung 16 umfasst auch eine Auswerteeinheit 24, mit welcher die Mikrowellensensoren 18, 20 verbunden sind. Zum Erfassen der Konzentration strahlen die Mikrowellensensoren 18, 20 in einem jeweiligen Erfassungsbereich 26, 28 Mikrowellen aus, wobei diese Mikrowellen – wie anhand der Erfassungsbereiche 26, 28 erkennbar ist – in den Kanal 12 und somit in den Luftstrom mit den Kohlepartikeln 14 eingestrahlt werden. Vorliegend sind die Mikrowellensensoren 18, 20 in Umfangsrichtung des Kanals 12 und somit des Rohres versetzt zueinander derart angeordnet, dass die Erfassungsbereiche 26, 28 bzw. jeweilige Mittelachsen der Erfassungsbereiche 26, 28 einen Winkel miteinander einschließen. Dadurch überlappen sich die Erfassungsbereiche 26, 28 gegenseitig in einem Überlappungsbereich 30.
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Die Mikrowellensensoren 18, 20 stellen dabei ein jeweiliges, die Konzentration der Kohlepartikel zumindest im jeweiligen Erfassungsbereich 26, 28 charakterisierendes Messsignal bereit. Mit anderen Worten ist es möglich, anhand des jeweiligen Messsignals die jeweilige Konzentration der Kohlepartikel 14 im jeweiligen Messbereich 26, 28 zu ermitteln. Da sich die Erfassungsbereiche 26, 28 im Überlappungsbereich 30 gegenseitig überlappen, werden sowohl mittels des Mikrowellensensors 18 als auch mittels des Mikrowellensensors 20 Informationen über die Konzentration der Kohlepartikel 14 im Überlappungsbereich 30 bereitgestellt. Mit anderen Worten enthält sowohl das Messsignal des Mikrowellensensors 18 als auch das Messsignal des Mikrowellensensors 20 eine jeweilige Information über die Konzentration der Kohlepartikel 14 im Überlappungsbereich 30, so dass sowohl in Abhängigkeit von dem Messsignal des Mikrowellensensors 18 als auch in Abhängigkeit von dem Messsignal des Mikrowellensensors 20 die Konzentration der Kohlepartikel 14 im Überlappungsbereich 30 ermittelt werden kann. Diese ermittelten Konzentrationen und Messsignale können miteinander verglichen werden, so dass etwaige Messfehler kompensiert werden können.
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Dies bedeutet also, dass anhand des Messsignals des Mikrowellensensors 18 eine Konzentration der Kohlepartikel 14 an einer Stelle im Überlappungsbereich 30 ermittelt werden kann, wobei auch anhand des Messsignals des Mikrowellensensors 20 die Konzentration der Kohlepartikel 14 an dieser Stelle ermittelt werden kann, da sich die Erfassungsbereiche 26, 28 gegenseitig überlappen. Diese Stelle, d.h. die Position dieser Stelle beispielsweise relativ zum Rohr 20 ist jedoch noch nicht bekannt. Um die Position der Stelle besonders präzise und einfach erfassen bzw. ermitteln zu können, wird mittels der Auswerteeinheit 24 eine jeweilige Autokorrelationsfunktion der jeweiligen Messsignale und in Abhängigkeit von der jeweiligen Autokorrelationsfunktion zumindest ein jeweiliger, einen Abstand der zur Konzentration gehörenden Stelle des Luftstroms vom jeweiligen Mikrowellensensor 18, 20 charakterisierender Abstandswert ermittelt. Mit anderen Worten wird eine erste Autokorrelationsfunktion des Messsignals des Mikrowellensensors 18 ermittelt, wobei in Abhängigkeit von der ersten Autokorrelationsfunktion ein erster Abstandswert ermittelt wird, welcher den Abstand der Stelle, an der die Konzentration vorliegt, vom Mikrowellensensor 18 charakterisiert.
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Entsprechend dazu wird eine zweite Autokorrelationsfunktion des Messsignals des Mikrowellensensors 20 ermittelt. In Abhängigkeit von der zweiten Autokorrelationsfunktion wird ein zweiter Abstandswert ermittelt, welcher den Abstand der Stelle, an der die Konzentration vorliegt, vom Mikrowellensensor 20 charakterisiert. Somit kann der Abstand der Stelle sowohl vom Mikrowellensensor 18 als auch vom Mikrowellensensor 20 ermittelt werden. Aus diesen Abstandsinformationen kann schließlich die Position der Stelle relativ zum Kanal 12 bzw. zum Rohr 10 berechnet werden. Somit ist nicht nur die Konzentration der Kohlepartikel 14 an der Stelle, sondern auch die Position der Stelle bekannt. Auf diese Weise ist es beispielsweise möglich, die Konzentrationen an unterschiedlichen Stellen im Luftstrom sowie die jeweiligen Positionen dieser Stellen zu ermitteln. Auf diese Weise kann besonders einfach die Konzentrationsverteilung der Kohlepartikel 14 im Luftstrom ermittelt werden, so dass etwaige Inhomogenitäten der Konzentrationsverteilung erfasst werden können.
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Eine weitere Möglichkeit der Signalauswertung besteht darin, Kreuzkorrelationen bzw. Kreuzkorrelationsfunktionen zwischen den Mikrowellensensoren 18, 20 und deren Messsignale zu berechnen und auszuwerten. Mithilfe von derartigen Kreuzkorrelationen lässt sich beispielsweise ein bildgebendes Messverfahren des Querschnitts des Rohrs 10 darstellen.
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Durch das Bestimmen der Abstände mithilfe der Autokorrelationsfunktionen kann eine mikrowellenbasierte Kohlestaubmessung mit einer sehr hohen räumlichen Auflösungsfähigkeit auf einfache Weise, d.h. mit einem nur geringen Rechen- und Schaltungsaufwand realisiert werden.
