DE1927330A1 - Mixture flow analyzer - Google Patents

Mixture flow analyzer

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DE1927330A1
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DE
Germany
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light
analyzer according
window
light guide
flow
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Pending
Application number
DE19691927330
Other languages
German (de)
Inventor
Norman Miller
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Atomic Power Constructions Ltd
Original Assignee
Atomic Power Constructions Ltd
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Publication date
Application filed by Atomic Power Constructions Ltd filed Critical Atomic Power Constructions Ltd
Publication of DE1927330A1 publication Critical patent/DE1927330A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/85Investigating moving fluids or granular solids
    • G01N21/8507Probe photometers, i.e. with optical measuring part dipped into fluid sample

Description

Beschreibun
zum Patentgesuch
Description
to the patent application

der Firma Atomic Power Constructions Limited, 6/14 Sutton Court Road, Sutton, Surrey / Englandfrom Atomic Power Constructions Limited, 6/14 Sutton Court Road, Sutton, Surrey / England

betreffend;
"Gemischdurchflußanalysator"
concerning;
"Mixture flow analyzer"

Die Erfindung bezieht sich auf einen Gemischdurchflußanalysator, insbesondere auf einen Analysator für die Verwendung bei Durchflußgemischen, welche teilweise in flüssiger Phase und teilweise in Gasphase vorliegen.The invention relates to a mixture flow analyzer, in particular to an analyzer for use with flow-through mixtures which are partially in the liquid phase and are partly in the gas phase.

Es ist in viel-en Fällen erforderlich, eine Strömung zu analysieren, bei der eine Änderung des physikalischen Status von Flüssigphase in Dampf- oder Gasphase erfolgt. Ein typisches Beispiel .ist ein Eisdetektor für Flugzeuge, denn bekanntlich ist die Eisbildung an Flugzeugtragflügeln möglicherweise ein erhebliches Gefahrenmoment. Ein Detektor, welcher die Änderung des Status zwischen feuchter Luft und Eis.in einer Luftströmung über den Tragflügeln ermitteln kann, wäre von erheblichem Wert.In many cases it is necessary to analyze a flow in which there is a change in the physical status from liquid phase to vapor or gas phase. Case in point .is an aircraft ice detector because it is well known that the formation of ice on aircraft wings is potentially significant Moment of danger. A detector that shows the change in status between moist air and ice. In an air flow over the wings would be of considerable value.

Ein zweites Beispiel bietet die Kernphysik. Dlehlorodifluromethan, das im Handel als Arcton 12 (Warenzeichen) erhältlich ist, wird verwendet als Modell für die-Eigenschaften von Flüssigkeiten, die bei hohem Druck kochen, bei der Untersuchung vonNuclear physics offers a second example. Dlehlorodifluromethane, commercially available as Arcton 12 (Trade Mark) is used as a model for the properties of liquids, that cook at high pressure, when examining

9O0S85/1DS89O0S85 / 1DS8

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Problemen, die bei zwei Phasenbedingungen in einem Kanal eines wassergekühlten Kernreaktors auftreten. Solche Untersuchungen erfordern einen Analysator, der in der Läge 1st, bis zu welchem Maße sich Blasen von gasförmigen Freon in flüssigem Freon ausbilden. Die Unterscheidung zwischen Freonflüssigkeit und Freongas kann im wesentlichen durch einen Detektor für den physikalischen Status erfolgen, doch besitzt ein solches Instrument nur eine begrenzte Brauchbarkeit, falls es nicht dynamische Gemischströmungen analysieren kann. Detektoren für den physikalischen Status können weitere Nachteile besitzen. Beispielsweise sind Sonden, welche leitfähig sind, für d. esen Anwendungsfall unbrauchbar, weil sowohl flüssiges wie auch gasförmiges Freon einen hohen elektrischen Widerstand besitzt. Sonden aus heißem Draht können sich als unbefriedigend erweisen, beispielsweise wegen ihrer geringen Ansprechgeschwindigkeit, ihrer Kosten und dergleichen.Problems encountered with two phase conditions in a channel of a water-cooled nuclear reactor. Such investigations require an analyzer that is capable of the extent to which bubbles of gaseous freon form in liquid freon. The distinction between freon liquid and freon gas can essentially be done by a physical status detector, but only has one such instrument limited usefulness if it cannot analyze dynamic mixture flows. Detectors for the physical Status can have other disadvantages. For example, probes that are conductive are useful for d. this application is unusable, because both liquid and gaseous freon have a high electrical resistance. Hot wire probes can prove unsatisfactory, for example because of their slow response speed, their cost, and the like.

Ein dritter Anwendungsfall besteht bei der Untersuchung von chemischen oder Fermentationsprozessen, die in einem Faß oder einem Kessel stattfinden. Ein Analysator kann die Bildung oder das Aufhören von Blasen in dem Kessel ermitteln und damit anzeigen, daß eine bestimmte Stufe in dem Prozeß erreicht worden ist.A third application is the study of chemical or fermentation processes that take place in a barrel or take place in a cauldron. An analyzer can determine the formation or the cessation of bubbles in the boiler and thus indicate that a certain stage in the process has been reached.

Viele der bekannten Anordnungen, die für diese Anwendungsfälle entwickelt worden sind, sind schwierig herzustellen und erfordern unerwünscht lange Meßspitzen. Solche Anordnungen sind in ihrer Brauchbarkeit im allgemeinen auf den spezifischen Anwendungsfall beschränkt und können nicht für andere Anwendungsfälle eingesetzt werden, ohne daß sie neu geeicht werden.Many of the known arrangements which have been developed for these applications are difficult to manufacture and require undesirably long measuring tips. Such arrangements are generally based on the specific application in their usefulness limited and cannot be used for other applications without being recalibrated.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Analysator für strömende Gemische zu schaffen, der eine kleine Sondenspitze aufweist, eine hohe Ansprechgeschwindigkeit besitzt und ohne größere Schwierigkeiten herstellbar ist. Der Analysator soll vielseitig sein und für die verschiedensten Anwendungszwecke ohne Notwendigkeit einer spezifischen Eichung einsetzbar sein.The object of the invention is to provide an analyzer for flowing To create mixtures that has a small probe tip, has a high response speed and without major difficulties can be produced. The analyzer should be versatile and can be used for a wide variety of purposes without the need for one specific calibration can be used.

9Q9885/1058 " 5* "9Q9885 / 1058 " 5 *"

BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch ein Lichtsystem für die Projektion eines Lichtstrahles auf ein Fenster, das so ausgebildet und angeordnet ist, daß Änderungen der optischen Eigenschaften der Strömung hinter dem Fenster zur Steuerung des Pegels des Lichtes dienen, das von dem Fenster zurückgeworfen wird und durch eine Detektoreinrichtung für den Pegel des zurückgeworfenen Lichtes,sowie durch eine Analysiereinrichtung zur Anzeige der Amplitude der Änderung des Pegels des zurückgeworfenen Liehts.This object is achieved according to the invention by a light system for projecting a light beam onto a window, which is so designed and arranged that changes in the optical properties of the flow behind the window for control the level of light reflected from the window and by a level detector of the reflected light, as well as by an analyzing device to display the amplitude of the change in the level of the reflected Liehts.

In der nachfolgenden Beschreibung wird das Wort "Licht" verwendet zur Bezeichnung nicht nur von sichtbarer Strahlung, sondern auch von Strahlung in dem Bereich von ultravioletten und infraroten Bereich des Spektrums.In the following description, the word "light" is used to denote not only visible radiation, but also from radiation in the ultraviolet and infrared regions of the spectrum.

"Optisch^ Eigenschaften" wird gebraucht zur Bezeichnung sowohl von reflektiven als auch von refraktiven Eigenschaften."Optical ^ properties" is used to denote both of reflective as well as refractive properties.

"Durchfluß" oder "Strömung" bedeutet relative Bewegung zwischen dem Fenster und dem Gemisch und schließt die Strömung von Dünnschichten ein."Flow" or "flow" means relative movement between the window and the mixture and closes the flow off Thin layers.

Der Analysator gemäß der Erfindung kann auch eine Analysiereinrichtung zur Anzeige der Ä'nderungsfrequenz des Pegels des zurückgeworfenen Lichtes umfassen.The analyzer according to the invention can also be an analyzer to display the frequency of change in the level of the reflected Embrace light.

Das Lichtsystem kann einen Lichtleiter umfassen.The light system can comprise a light guide.

Das Fenster und der Lichtdetektor können an entgegengesetzten Enden des L chtleiters angeordnet sein.The window and the light detector can be on opposite sides Ends of the light guide be arranged.

Alternativ kann der Lichtleiter auch U- oder V-Form besitzen, wobei das Fenster in der Basis des U oder an der Spitze des V angeordnet ist und der Lichtdetektor sich am anderen Ende des Lichtleiters befindet.Alternatively, the light guide can also have a U or V shape, with the window in the base of the U or at the top of the V and the light detector at the other end of the Light guide is located.

- 4 90 9 8 85/1058- 4 90 9 8 85/1058

BADBATH

Das Fenster kann aus einer Krümmung des Lichtleiters bestehen, die genügend scharf ist, daß Licht aus dem Lichtleiter austreten kann, wenn dies durch die optischen Eigenschaften der Strömung hinter dem Fenster ermöglicht wird.The window can consist of a curvature of the light guide that is sharp enough that light from the light guide can escape if this is made possible by the optical properties of the flow behind the window.

Alternativ kann das Fenster ein rechter Kreisk'onus aus transparentem Material sein, dessen Basisebene quer zum Strahl des Lichtes liegt, das von dem Lichtsystem projeziert wird. Der Refraktionsindex des transparanten Materials und der halbvertikale Winkel des Konus sind so gewählt, daß sie auf die optischen Eigenschaften der Strömung hinter dem Fenster abgestimmt sind.Alternatively, the window can be a right circular cone be transparent material, the base plane of which is perpendicular to the beam of light projected by the light system. Of the Refractive index of the transparent material and the semi-vertical one The angles of the cone are chosen so that they are matched to the optical properties of the flow behind the window.

Wenn der Analysator im Reflektionsmodus betrieben wird, wird das Fenster vorzugsweise durch einen Zylinder aus transparantem Material gebildet, dessen Endfläche quer zum Lichtstrahl liegt, der von dem Lichtsystem projeziert wird.When the analyzer is operated in reflection mode, the window is preferably made by a cylinder made of transparant Material formed, the end face of which is transverse to the light beam which is projected by the light system.

4.4th

Die Einrichtungen zur Detektion des Lichtes können ei'ne Fotozelle, einen Fototransistor oder andere fotoempfindliche elektrische Bauelemente umfassen zur Erzeugung eines elektrischen Signals, das repräsentativ ist für den Pegel des z^ückgeworfenen Lichts, und die Analysiereinrichtung kann eine Ausgangsanzeigeeinrichtung sowie Einrichtungen zur Verarbeitung des elektrischen Signals für die Betätigung der Ausgangsanzeigeeinrichtung umfassen.The devices for detecting the light can be one Photocell, a phototransistor or other photosensitive Electrical components include to generate an electrical signal that is representative of the level of the thrown back Light, and the analyzing device can be an output display device as well as processing devices of the electrical signal for actuating the output indicator include.

Das Lichtsystem kann eine Festkörperlampe umfassen, die durch eine elektrische Wechselsignalquelle angeregt wird.The light system can comprise a solid-state lamp which is excited by an alternating electrical signal source.

Die Verarbeitung des elektrischen Signals kann die Anwendung eines Triggerschaltkreises umfassen, der betätigbar ist, wenn das elektrische Signal einen Schwellenpegel übersteigt. Der Ausgang des Triggerschaltkreises kann an eine Integratoreinheit angeschlossen sein zwecks zeitlicher Mittelwertbildung des Ausgangs.The application can process the electrical signal a trigger circuit which is actuatable when the electrical signal exceeds a threshold level. The output of the trigger circuit can be connected to an integrator unit for the purpose of averaging over time of the exit.

- 5 909885/1058 - 5 909885/1058

bad originalbad original

Ein Analysator gemäß der Erfindlang kann auch Abtasteinrichtungen umfassen, die betätigbar sind für die Justierung der Stellung des Fensters relativ zur Strömung.An analyzer according to the invention can also comprise scanning devices which can be actuated for adjusting the position of the window relative to the flow.

Gemäß der Erfindung wird ferner ein Mehrfachkopfgemischströmung sanalysat or vorgeschlagen mit einer Mehrzahl von Durchflußgemischanalysatoren wie oben beschrieben, wobei die Fenster in einer solchen Konfiguration entsprechend den Strömungsbedingungen, die zu messen sind, angeordnet sind, und die Ausgänge der Detektoren so kombiniert und manipuliert werden, daß eine Sichtanzeige des Gemischverteilungsprofils erzielt wird, sowie des Verhältnisses der Gemischbestandteile auf einer Anzeigeeinrichtung .According to the invention, a multiple head mixture flow analyzer is also proposed with a plurality of flow mixture analyzers as described above, the windows in such a configuration according to the flow conditions, that are to be measured, are arranged, and the outputs of the Detectors are combined and manipulated so that a visual display of the mixture distribution profile is achieved, as well as the Ratio of the mixture components on a display device .

Die Ausgangsanzeigeeinrichtung kann ein Qszilloskop sein.The output display device can be a oscilloscope.

Die Erfindung soll nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden, welche Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes darstellen. The invention shall hereinafter be considered with reference to the accompanying Drawings are explained in more detail, which represent embodiments of the subject matter of the invention.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 in schematischer Form eine Anordnung gemäß der Er-Fig. 1 in schematic form an arrangement according to the invention

• findung, die für die Anwendung als Durchflußgemischanalysator geeignet ist, .• Finding suitable for use as a flow-through mixture analyzer suitable is, .

Fig. 2,Fig. 2,

j5, undj5, and

4 alternative Konstruktionen eines Teils der Anordnung nach Fig. 1, wobei Fig. 4 eine Schnittdarstellung ist,4 alternative constructions of part of the assembly according to Fig. 1, where Fig. 4 is a sectional view,

Fig. 5 ein Diagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise der Anordnung nach Fig. 1,Fig. 5 is a diagram for explaining the operation of the Arrangement according to Fig. 1,

Fig. 6 einen Teil der Anordnung nach Fig. 1 für die.Anwendung des Reflektionsmodus, '6 shows part of the arrangement according to FIG. 1 for the application the reflection mode, '

909885/1058909885/1058

Pig. 7 eine alternative Anordnung eines Teils der Anordnung nach Pig. 1,Pig. Figure 7 shows an alternative arrangement of part of the arrangement after Pig. 1,

Fig. 8 eine Sehemadarsteilung für ein anderes Beispiel eines Durchflußgemischanalysators gemäß der Erfindung,Figure 8 is a vision chart division for another example of one Flow mixture analyzer according to the invention,

Fig. 9Fig. 9

und 10 alternative Konstruktionen von Teilen der Anordnung nach Fig. 8,and 10 alternative constructions of parts of the assembly according to Fig. 8,

Pig. 11 eine Diagrammdarstellung einer Anordnung gemäß der Erfindung, die für die Feststellung der Bildung von Eiskristallen in einem Strom von feuchter Luft geeignet ist und 'Pig. 11 is a diagrammatic representation of an arrangement according to the invention useful for determining the formation of Ice crystals in a stream of moist air is suitable and '

Fig. 12 ein Diagramm e'nes Mehrfachkopfdurchflußgemischana- ' lysators gemäß der Erfindung.Fig. 12 is a diagram of a multiple head flow mixture an- ' lysators according to the invention.

Die Anordnung nach Fig. 1 umfaßt ein Bündel optischer Fasern 1, die an einem Ende in eine Spitze 2 auslaufen in Konusform in einem spitzen Winkel von 90°· Die optischen Fasern 1 brauchen nicht koherent angeordnet zu sein.. Der Refraktionsindex der Spitze nähert sich dem der Innenumkleidung der optischen Fasern 1. Ein geeignetes Fluid, das in dieser Technik bekannt ist, wird an der Innenfläche zwischen den Fasern angeordnet und an der Spitze um die Lichtstreuung herabzusetzen. Am anderen Ende des Bündels sind die Pasern in zwei Gruppen J5 und 4 aufgeteilt. Eine der Gruppen 3 ist für den Empfang von Licht von einer Lichtquelle 5 ausgebildet, während die andere Gruppe 4 für die.Übertragung von Licht zu einem Lichtdetektor 6 ausgebildet ist.The arrangement of Figure 1 comprises a bundle of optical fibers 1, which at one end terminate in a tip 2 in a cone shape at an acute angle of 90 ° · The optical fibers 1 do not need to be coherently arranged. The refractive index the tip approaches that of the inner lining of the optical Fibers 1. A suitable fluid known in the art is placed on the inner surface between the fibers and at the top to reduce the light scattering. At the other end of the bundle, the wires are divided into two groups J5 and 4. One of the groups 3 is for receiving light from a light source 5 trained, while the other group 4 for the transmission of light to a light detector 6 is formed.

Die Lichtquelle umfaßt einen Lichtsender entsprechender Frequenz, sowie eine Anordnung für das Ausrichten eines Lichtstrahls von dem Lichtsender längs der Fasern.der einen Gruppe 3 des Faserbündels I. Als Lichtquelle ist eine Qüarzjodidlampe geeignet^The light source comprises a light transmitter of a corresponding frequency, as well as an arrangement for aligning a light beam from the light transmitter along the fibers.der one group 3 of the fiber bundle I. A quartz iodide lamp is suitable as the light source

909885/1058 -909885/1058 -

BADBATH

deren Licht durch eine Linse mit großer öffnung.fokussiert · wird, und zwar auf das aufgezweigte Ende der einen Fasergruppe. whose light is focused through a lens with a large aperture on the branched end of one fiber group.

Die Spitze 2 wird als Teil einer Sonde 7 ausgebildet; alternative Konstruktionen derselben sind in den Fig. 2, 3 und 4 dargestellt.The tip 2 is formed as part of a probe 7; alternative constructions thereof are shown in Figs and 4 shown.

Die Sonde nach den Fig. 2 oder 2 besteht aus einem Glasstab von etwa 2 mm Durchmesser, der durch Erhitzen Lind Ausziehen auf einen Durchmesser von 0, 4 mm am engeren Ende angespitzt ist. Die Spitze 2 ist geschliffen und poliert, so daß sich ein rechtwinkliger Konus ergibt. Fig. 2 zeigt eine gerade Sondenkonstruktion und Fig. 3 eine L-förmige Konstruktion» Die Sonde kann in anderer Weise gebogenffaß für bestimmte Anwendungszwecke angepaßt zu werden unrer der Voraussetzung, daß scharfe Knicke vermieden werden.The probe according to FIGS. 2 or 2 consists of a glass rod about 2 mm in diameter, which is heated and pulled out is pointed to a diameter of 0.4 mm at the narrower end. The tip 2 is ground and polished, like this that there is a right-angled cone. Fig. 2 shows a straight probe construction and Fig. 3 shows an L-shaped construction » The probe can be bent barrel for certain other ways To be adapted to the purposes of the application that sharp kinks are avoided.

In bestimmten Anwendungsfällen kann es erforderlich sein, daß die Spitze gegenüber Umgebungsbedingungen besonders widerstandsfähig ist. Die Sonde nach Fig. 4 wurde für diesen Zweck entworfen. Die Spitze 2 besteht, aus Safir am Ende eines spitz zulaufenden Safirstabes 8. Der Stab 8 wird durch eine Metallabdeckung geschützt, die gemäß ihren physikalischen Eigenschaften ausgesucht worden -ist. Es ist wünschenswert, ein Metall mit thermischen Expansionseigenschaften zu verwenden, die mit Safir kompatibel sind und durch das der Safir vollständig sicher geschützt ist. In Fig. ä ist ein spitz zulaufender Titanstab 9 dargestellt, der an einen Abschnitt 10 eines Rohres aus korrosionsfestem Stahl angelötet oder angeschweißt ist.In certain applications it may be necessary for the tip to be particularly resistant to environmental conditions. The probe of Figure 4 was designed for this purpose. The tip 2 consists of sapphire at the end of a tapering sapphire rod 8. The rod 8 is protected by a metal cover which has been selected according to its physical properties. It is desirable to use a metal with thermal expansion properties that are compatible with Safir and by which the Safir is completely securely protected. In Fig. Ä a tapering titanium rod 9 is shown, which is soldered or welded to a section 10 of a pipe made of corrosion-resistant steel.

Im Betrieb befindet sich die Sondenspitze 2 in der zu analysierenden Durchflußmischung. Eine Abtasteinrichtung 12 kann vorgesehen sein für die Justierung der Stellung der Spitze 2. Die Sondenspitze wird relativ zum Durchfluß so angeordnet, daß ihre Achse koaxial mit der Strömung ist und.stromaufwärtsIn operation, the probe tip 2 is in the closed position analyzing flow mixture. A scanning device 12 can be provided for adjusting the position of the tip 2. The probe tip is positioned relative to the flow so that its axis is coaxial with the flow and upstream

909885/1058- - 8 -909885 / 1058- - 8 -

ßAD ORIGINALßAD ORIGINAL

gerichtet oder mit der Strömung parallel zu einer Fläche- des spitzen Profils oder in einer Zwischenstellung zwischen die- ■ sen beiden Grenzstellungen.directed or with the flow parallel to a surface of the pointed profile or in an intermediate position between these two limit positions.

Die Länge der Sonde 7 wird festgelegt durch die erforderliche Spitzenanordnung in der Flüssigkeit oder durch den Bereich, der durch die Spitze abgetastet werden soll, falls diese Bedingung besteht. Die Querschnittfläche der Spitze quer zur Länge des Bündels ist abhängig von der Blasengröße, die festgestellt werden soll, wobei für jede Spitzenquerschnittsfläche eine minimale feststellbare Blasengröße existiert bei einer gegebenen Durchflußgeschwindigkeit.The length of the probe 7 is determined by the required tip arrangement in the liquid or by the Area to be scanned by the tip if this condition exists. The cross-sectional area of the tip across The length of the bundle depends on the bubble size that is to be determined, taking for each tip cross-sectional area a minimum detectable bubble size exists for a given flow rate.

Vor der Beschreibung des Detektors 6 und der zugehörigen elektrischen Einrichtungen sollen die optischen Eigenschaften, der Anordnung unter Bezugnahme auf Fig. 5 erläutert werden.' Fig. 5 zeigt das Ende einer Sonde 7· Ein Lichtstrahl, 'der* eigentlich parallel zur Achse der Fasern 1 in Richtung der Spjtze 2 von der Lichtquelle 5 laufen sollte, ist mit dem Bezugszeichen 13 bezeichnet. Der Lichtstrahl 15 trifft auf uie Grenzfläche 14 der Spitze 2 auf. Der nachfolgend von dem Lichtstrahl durchlaufende Pfad hängt von de'n refraktiven und Reflektionseigenschaften der Grenzfläche 14 ab.Before describing the detector 6 and the associated electrical equipment, the optical properties, of the arrangement will be explained with reference to FIG. Fig. 5 shows the end of a probe 7. A light beam, 'the * should actually run parallel to the axis of the fibers 1 in the direction of the tip 2 of the light source 5, is with the Reference numeral 13 denotes. The light beam 15 hits uie the interface 14 of the tip 2. The following from the The path traversing the light beam depends on the refractive and reflective properties of the interface 14.

Falls der Strahl 13 einen Auftreffwinkel (senkrecht zur Grenzfläche 14) von i° besitzt und das Spitzenmaterial einen Refraktionsindex ja, besitzt (bei einer bestimmten Lichtfrequenz) und das Material bei der Grenzfläche einen Refraktionsindex u besitzt (bei der selben Frequenz) 3 so ist der Winkel zur Normalen des außen austretenden refraktjerten Strahls (falls ein solcher existiert) r° und gegeben durch die bekannte GleichungIf the beam 13 has an angle of incidence (perpendicular to the interface 14) of i ° and the tip material has a refractive index yes (at a certain light frequency) and the material at the interface has a refractive index u (at the same frequency) 3 then it is Angle to the normal of the externally exiting refracted beam (if one exists) r ° and given by the known equation

- 9 -909885/10 5 8- 9 -909885/10 5 8

ORIGINALORIGINAL

Es ist offensichtlich, daß der Winkel i_ durch den Winkel der konischen Spitze 2 gegeben ist. Da der Strahl IJ in die Basis des Konus senkrecht (oder mindestens sehr nahe bei der Senkrechten) eintritt, so ist der Winkel i_ gleich (90 - halbsenkrechter Winkel auf den Konus) °* )i, ist gegeben durch die Wahl des Materials für die konische Spitze 2. ,u besitzt einen ersten Wert, beispielsweise u , , wenn das äußere Material in flüssiger Phase vorliegt und einen zweiten Wert, beispielsweise .ju, wenn es in Dampfphase vorliegt. Durch eine entsprechende Auswahl der Werte für den Konuswinkel und.μ, kann der Dampfwert μ so eingestellt werden, daß sich eine totale innere Reflektion in der konischen Spitze ergibt. In diesem Fall wird der Strahl gegen die Grenzfläche 15 reflektiert, wo er wieder in Richtung des Lichtdetektors 6 reflektiert wird. Durch die richtige Festlegung des Wertes μ , ist es möglich, daß keine innere Totalreflektion erfolgt, in welchem Fall weniger Licht auf den Lichtdetektor 6 gelangt. Demgemäß verursacht eine Änderung der Phase von flüssig zu Gas eine Änderung des äußeren Refrakti ons indexwert es von μ ·, auf μ und eine entsprechende Änderung des vom Detektor 6 festgestellten Lichtes, It is obvious that the angle i_ is given by the angle of the conical tip 2. Since the beam IJ enters the base of the cone perpendicularly (or at least very close to the perpendicular), the angle i_ is equal to (90 - half-perpendicular angle to the cone) ° *) i, is given by the choice of material for the conical tip 2., u has a first value, for example u, when the outer material is in the liquid phase and a second value, for example .ju, when it is in the vapor phase. By appropriately selecting the values for the cone angle and μ, the vapor value μ can be set in such a way that there is a total internal reflection in the conical tip. In this case, the beam is reflected against the interface 15, where it is reflected again in the direction of the light detector 6. By correctly defining the value μ , it is possible that there is no total internal reflection, in which case less light reaches the light detector 6. Accordingly, a change in the phase from liquid to gas causes a change in the external refraction index value es from μ to μ and a corresponding change in the light detected by detector 6,

Man erkennt demgemäß, daß die Ausbildung der Sonde 7 sich danach richtet, welcher Anwendungsfall ins Auge gefaßt wird. Das beschriebene Ausführungsbeispiel ist jedoch für einen breiten Anwendungsbereich geeignet.It can accordingly be seen that the design of the probe 7 depends on which application is envisaged. However, the embodiment described is suitable for a wide range of applications.

Falls ein Konus von 90° Vertikalwinkel und ein Refraktionsindex von 1,62 angewandt werden, kann die Anordnung zwischen beinahe allen Flüssigkeiten und Gasen unterscheiden. Innere Totalreflektion erfolgt für diese Werte falls der äußere Refraktionsindex kleiner als 1,5 ist. Die Sonde ist demgemäß besonders geeignet für Gemische von Wasser (Refraktionsindex μ = und Luft = 1,00) oder beispielsweise FreonflüssigkeitIf a cone of 90 ° vertical angle and a refractive index of 1.62 are used, the arrangement can distinguish between almost all liquids and gases. Total internal reflection takes place for these values if the external refractive index is less than 1.5. Accordingly, the probe is particularly suitable for mixtures of water (refractive index μ = and air = 1.00) or, for example, Freon liquid

- 10 -- 10 -

909885/10 5 8909885/10 5 8

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= 1,25 bei und 67° C.) und Freondampf (u = 1,02). = 1.25 at and 67 ° C.) and Freon vapor (u = 1.02).

Man erkennt, daß alle Gemische aus Bestandteilen mit Refraktionsindices, die genügend unterschiedlich sind, daß sich eine feststellbare Änderung in dem von der Sondenspitze zurückgeworfenen Lichtpegel ergibt, mit der Anordnung gemäß der Erfindung analysiert werden können. Demgemäß gibt es keine theoretische Begrenzung für die Anordnung bezüglich der Analyse von Gemischen aus verschiedenen Phasen. Unter der Voraussetzung, daß die Refraktionsindices entsprechend sind, können Gemische ^ von ineinander unlösbaren Flüssigkeiten analysiert werden. Eine Analyse von ineinander unlösbaren Flüssigkeitsgemengen kann interessant sein bei der Verwendung von Pipelines xn schubweisem Betrieb.It can be seen that all mixtures of constituents with refractive indices which are sufficiently different that there is a noticeable change in the light level reflected by the probe tip can be analyzed with the arrangement according to the invention. Accordingly, there is no theoretical limitation on the arrangement with respect to the analysis of mixtures of different phases. Assuming that the refractive indices are appropriate, mixtures of liquids which are insoluble in one another can be analyzed. An analysis of liquid mixtures that are insoluble in one another can be of interest when pipelines are used in batches.

Die obigen Ausführungen beschäftigten sich mit' dem Fall, daß eine Änderung der Substanzen oder deren Phase von einer Änderung des Refraktionsindex allein begleitet wurde, während ein weiterer zu. berücksichtigender Faktor vorliegt, wenn eine Änderung der Phase oder Substanz von einer Änderung der RefLektionseigenschaften begleitet wird.The above explanations dealt with 'the case that a change in the substances or their phase was accompanied by a change in the refractive index alone, while another too. The factor to be taken into account is when there is a change in phase or substance from a change in reflective properties is accompanied.

Fig. 6 zeigt eine Sondenkonstruktion, weLche für den Be- ) trieb im Reflektionsmodus geeignet ist. Der Lichtleiter 1 wird abgeschlossen durch eine Sonde27, welche keine konische Spitze, wie in der oben beschriebenen Konstruktion, besitzt, sondern eine plane Fläche 27 quer zur Achse des LichtMters. Eine solche Konstruktion kann'Anwendung finden in der Analyse von Quecksilber/Luftgemischen. Wenn die Fläche 27 von Quecksilber umgeben ist, wird Licht von der Lichtquelle 5 zurück durch die Fläche 27 zum Lichtdetektor 6 reflektiert. Falls jedoch die Fläche 27 von Luft umgeben ist, wird kein Licht an der Fläche 27 reflektiert (oder nicht bis zu einem merkbaren Gradei und • der Strahl tritt in die Luft aus. Infolgedessen kann der Unterschied zwischen Quecksilber und Luft durch Änderung des Lichtpegels, der zum Detektor 6 gelangt, festgestellt werden. DerFig. 6 shows a probe structure which for the loading) operating in reflection mode is suitable. The light guide 1 is terminated by a probe 27 which does not have a conical tip, as in the construction described above, but a flat surface 27 transversely to the axis of the light meter. Such a construction can be used in the analysis of mercury / air mixtures. When the surface 27 is surrounded by mercury, light from the light source 5 is reflected back through the surface 27 to the light detector 6. If, however, the surface 27 is surrounded by air, no light will be reflected on the surface 27 (or not to a noticeable degree and the beam will escape into the air reaches the detector 6. The

909885/ 1058 - ir-909885/1058 - ir-

BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

Reflektionsbetriebsmodus kann Anwendung finden .in der Analyse von Gemischen aus Bestandteilen mit genügend unterschiedlichen Reflektionswerten.Reflection mode of operation can be used in analysis of mixtures of components with sufficiently different reflection values.

Es ist ins Auge gefaßt, daß die Sonde nach dem Reflektionsmodus angewandt werden kann für die Analyse von Flüssignatrium/ Natriumdampfgemischen, beispielsweise im Kühlkreislauf eines natriumgekühlten Kernreaktors.It is envisaged that the probe will operate in reflection mode can be used for the analysis of liquid sodium / sodium vapor mixtures, for example in a cooling circuit sodium-cooled nuclear reactor.

In allen Ausführungsformen ist der Lichtpegel am Lichtdetektor 6 ein Anzeigewert für die optischen Eigenschaften der Substanzen am Sondenende. Die Anordnung analysiert Gemische auf Basis von unterschiedlichen Bestandteilen des Gemisches mit unterschiedlichen optischen Eigenschaften. Das Licht wird in ein repräsentatives elektrisches Signal unter Anwendung eines Fototransistors umgewandelt, beispielsweise wird das Signal dann verstärkt und einer Triggereinheit 16 zugeführt. Die Triggereinheit 16 wird auf einen vorgegebenen Wert oberhalb des Rauschens eingestellt (infolge unerwünschter Lichtstreuung) , so daß mit sich ändernden Bedingungen an der KonusspJtze 2 eine Serie sich in der Breite ändernder Rechteckimpulse erzeugt wird.In all embodiments, the light level at the light detector 6 is an indication value for the optical properties of the Substances at the end of the probe. The arrangement analyzes mixtures on the basis of different components of the mixture with different optical properties. The light will converted into a representative electrical signal using a phototransistor, e.g. The signal is then amplified and fed to a trigger unit 16. The trigger unit 16 is set above a predetermined value of the noise set (as a result of undesired light scattering), so that with changing conditions at the cone point 2 a series of square-wave pulses that change in width is produced.

Eine Integratoreinheit 17 mittelt die AusgangsImpulse von der Triggereiheit l6 zur Anzeige des Verhältnisses der Bestandteile des Gemischs. Der Integrator umfaßt einen Feldeffekttransistor/ der von den Triggerausgangsimpulsen gespeist wird zur Steuerung der Ladung eines Kondensators durch eine Konstantstromwelle. Ein Entladewiderstand über dem Kondensator ermöglicht, daß der Kondensator sich auf ein Potential proportional zur mittlleren Pulsbreite auflegt. Dieses Potential wird an einem Ausgangsinstrument l8 angezeigt und stellt das Verhältnis der Bestandteile dar. Die Integrationsperiode kann geändert werden, um die Anordnung einem bestimmten Anwendüngsfall durch Änderung des Kondensatorwertes anzupassen.An integrator unit 17 averages the output pulses from the trigger unit 16 to display the ratio of the constituents of the mixture. The integrator comprises a field effect transistor / fed by the trigger output pulses is used to control the charge of a capacitor through a Constant current wave. A discharge resistor across the capacitor allows the capacitor to hang up at a potential proportional to the mean pulse width. This potential is displayed on an output instrument l8 and represents the Ratio of the constituent parts. The integration period can be changed to suit a particular application adapt by changing the capacitor value.

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Falls ein Dampff1üssigkeitsgemisch analysiert wird, kann ' die Sonde zur Peststellung von Blasen verwendet werden. Der Ausgang des Detektors kann einen Oszilloskop zugeführt werden in Form von Pulsen, deren Breite die Blasengröße anzeigt und deren Pulsfolgerate eine gewisse Anzeige der Natur und der Rate der Blasenbildung ergibt.If a vapor / liquid mixture is analyzed, ' the probe can be used to plague bubbles. The output of the detector can be fed to an oscilloscope in the form of pulses, the width of which indicates the bubble size and the pulse rate of which gives some indication of the nature and rate resulting in blistering.

Man erkennt, daß die Anordnung angewandt werden kann, um eine Leerperiode einer Flüssigkeitsströmung anzuzeigen. Ein Zähler der vom Ausgang der Triggereinheit gegattert wird und die Ausgangsimpulse eines Taktoszillators zählt, kann ange-" wandt werden,und unter entsprechender Eichung ergibt er eine direkte digitale Anzeige-der Leerperioden.It will be appreciated that the arrangement can be used to indicate a void period of liquid flow. A Counter that is gated from the output of the trigger unit and counts the output pulses of a clock oscillator can be " are turned, and with appropriate calibration it gives a direct digital display of empty periods.

Eine digitale Anzeige der Anzahl von Blasen, die sich in einer gegebenen Periode bilden, läßt sich erzielen durch Anwendung eines digitalen "Ereigniszählers", welcher die Anza^hl der Impulse im Ausgang des Triggers zählt.A digital indication of the number of bubbles that will form in a given period can be achieved through application a digital "event counter", which the Anza ^ hl the pulses in the output of the trigger counts.

In der oben beschriebenen Ausführungsform wurde das Licht von der Lichquelle 5 einem Zweigende 3 des Lichtleiters 1 zugeführt, während das andere Ende 4 einem Detektor 6 zugeführt wurde. Alternative Aufbauten sind möglich, wobei ein Beispiel in Fig. 7 dargestellt ist. Hier überträgt e:n einzelnes Bündel optischer Fasern33 Licht von einer Quelle 30 zu einer Spitze 29. Das von der Spitze 29 zurückkehrende Licht wird einem Lichtdetektor J51 zugeführt (der den übrigen oben beschriebenen elektrischen Geräten, wie oben beschrieben,vorgeschaltet ist). Ein halbversilberter Spiegel 32 wird in den Lichtpfad geschaltet, um in bekannter Weise das ausgesandte und das rücklaufende. Licht voneinander zu trennen und zu verhindern, daß Licht von der Quelle 30 direkt auf den Detektor j51 gelangt.In the embodiment described above, the light was fed from the light source 5 to a branch end 3 of the light guide 1, while the other end 4 was fed to a detector 6. Alternative constructions are possible, with one example is shown in FIG. Here e: n single bundle of optical fibers 33 transmits light from a source 30 to a tip 29. The light returning from the tip 29 is fed to a light detector J51 (the other electrical ones described above Devices, as described above, is connected upstream). A half-silvered mirror 32 is switched into the light path, around in a known way the sent and the returning. To separate light from each other and to prevent light from falling Source 30 reaches detector j51 directly.

Jedes der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele kann mit einer Festkörperlampe als Lichtquelle betrieben werden. Die Lampe kann von einer Hochfrequenzquelle angesteuert werden, so daß der Lichtausgang wirksam zerhackt wird. Die Verwendung von zer-Each of the exemplary embodiments described above can be operated with a solid-state lamp as the light source. The lamp can be driven by a high frequency source so that the light output is effectively chopped up. The use of cer-

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■hacktem Licht ist insbesondere vorteilhaft, da die Verwendung von Wechselspannungsverstärkern, die dem Detektor nachgeschaltet sind, ermöglicht wird. Ein bestimmtes Beispiel für ein sol ches System ist in Fig. 8 dargestellt.■ chopped light is particularly beneficial as the use by AC voltage amplifiers, which are connected downstream of the detector, is made possible. A specific example of a sol The system is shown in FIG.

Die Hochfrequenzquelle 33 zur Speisung der Lampe 34 hat eine Frequenz von 100 MHz, und die Lampe 34 ist vom Gallium--Arsenid-Typ. Der Block 35 stellt ein optisches System dar, umfassend eine Gemischanalysensonde, wie oben beschrieben, von der das Licht zum Detektor und den Triggerschaltkreisen 36 zurückkehrt. Der Ausgang des Triggerschaltkreises besteht aus einem Hoehfrequenzsignal (infolge der zerhackten Natur des Lichts), das pulsmoduliert ist entsprechend den Knd-erungen der optischen Eigenschaften an der Sondenspitze. Ein Zähler 37 kann verwendet werden zur Zählung der Anzahl der Hochfrequenzschwingungen im Triggerausgang, welche während.einer vorgegebenen Zeitdauer erfolgen zwecks Anzeige der Verhältnisse der Gemischbestandteile. Ein "Ereigniszähler" J>Q (mit einem entsprechenden Tiefpaßfilter) kann verwendet werden zur Zählung der Änderungen der optischen Eigenschaften des Fensters während einer vorgegebenen Periode.The high-frequency source 33 for feeding the lamp 34 has a frequency of 100 MHz, and the lamp 34 is of the gallium-arsenide type. Block 35 represents an optical system comprising a mixture analyzer probe, as described above, from which the light returns to the detector and trigger circuitry 36. The output of the trigger circuit consists of a high frequency signal (due to the chopped nature of the light) that is pulse modulated according to changes in the optical properties at the probe tip. A counter 37 can be used to count the number of high-frequency oscillations in the trigger output, which take place during a predetermined period of time for the purpose of displaying the proportions of the mixture components. An "event counter"J> Q (with an appropriate low pass filter) can be used to count the changes in the optical properties of the window during a given period.

Die.Verwendung einer Gallium-Arsenid-Lampe ermöglicht, daß die optischen Teile der Anordnung sehr kompakt ausgebildet werden können, wie in den Fig. 9 und 10 dargestellt. Eine GaI-lium-Arsenid-Lampe 39 ist direkt in einer Sonde 4θ des beschriebenen Typs eingesetzt, so daß das Licht in Richtung der Sondenspitze'ausgesandt wird. Die Fläche der Lampe 39 in Kontakt mit der Sonde 40 bedeckt nur einen Teil der Fläche des ' Sondenquerschnitts, während der übrige Teil der Fläche Verwendung findet für den Empfang des rücklaufenden Lichtes von der Spitze durch einen Detektor 4l. In Fig. 9 ist die Lampe 39 zentral eingesetzt und von einem ringförmigen Detektor 41 umgeben.The use of a gallium arsenide lamp enables that the optical parts of the arrangement are very compact can be, as shown in Figs. A GaI lium arsenide lamp 39 is directly in a probe 4θ of the one described Type used so that the light is emitted in the direction of the probe tip '. The surface of the lamp 39 in contact with the probe 40 covers only part of the area of the probe cross-section, while the remaining part of the area is in use takes place for the reception of the returning light from the tip through a detector 4l. In Fig. 9 is the lamp 39 inserted centrally and surrounded by an annular detector 41.

■ - 14 -■ - 14 -

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Eine etwas abgewandelte Konstruktion ist in Pig. IO dargestellt, in der die Lampe auf einem verlängerten Endabschnitt Ser Sonde 40 angeordnet ist. Es wird vermutet, daß Konstruktionen möglich sind, bei denen, die Gallium-Ar--.-:. ■ senid-Lampe ein integraler Bestandteil der Sonde ist.A slightly modified construction is in Pig. IO shown in which the lamp is arranged on an extended end portion Ser probe 40. It is believed that constructions are possible in those using Gallium-Ar --.- :. ■ senid lamp is an integral part of the probe.

Gemischdurchflußanalysatoren gemäß der Erfindung können verwendet werden für die Analyse von Wasser/Wasserdampfgemischen (beispielsweise in der Destillation oder in der VeT--: ■ dampfersteuerung), Preongas/Freonflüssigkeitanalyse (Kern-.. ■ physik), Wasser/Luftanalyse (Kavitationsprobleme), wie auch in vielen anderen Fällen. Die Analysatoren gemäß der Erfindung sind durch ihre Vielseitigkeit gekennzeichnet, indem sie nicht spezielle für je-den bestimmten Anwendungsfall geeicht werden müssen. Mixture flow analyzers according to the invention can be used for the analysis of water / water vapor mixtures (for example in distillation or in VeT--: ■ steam control), preon gas / freon liquid analysis (nuclear .. ■ physics), water / air analysis (cavitation problems), such as also in many other cases. The analyzers according to the invention are characterized by their versatility in that they do not have to be specially calibrated for each particular application.

Die-Anordnung kann in klaren oder milchigtrüben Flüssigkeiten arbeiten, unabhängig von deren elektrischer Leitfähigkeit oder deren Widerstand.The arrangement can be in clear or milky liquids work, regardless of their electrical conductivity or resistance.

Die oben beschriebene Ausführungsform nach dem Refraktionsmodus kann auch verwendet werden zur Feststellung der Blasenbildung in Flüssigkeit in einem Faß oder einem Kessel, in dem ein. chemischer oder Fermentationsprozeß stattfindet, wobei die Blasenbildung anzeigt, daß eine bestimmte Stufe des Prozesses erreicht worden ist. In ähnlicher Weise kann die Anordnung verwendet werden zur Feststellung des Aufhörens der Blasenbildung.The embodiment described above after the refraction mode can also be used to determine the formation of bubbles in liquid in a barrel or a kettle in which a. chemical or fermentation process is taking place, the formation of bubbles indicating that a certain stage of the process is taking place has been achieved. Similarly, the arrangement can be used to determine the cessation of the Blistering.

Fig. 11 zeigt einen Eisdetektor gemäß der Erfindung silt ähnlichen Eigenschaften wie die oben beschriebenen Ausführungsformen. Ein Bündel optischer Fasern 19 endet in einem Detektorkopf 20 .von rechtwinklig konischer Form mit einem spitzen Winkel von 90° . Am anderen Ende des Bündels 19 sind die Fibern aufgeteilt in zwei Gruppen 21 und 22. Die Gruppe empfängt Licht11 shows an ice detector according to the invention similar characteristics to the embodiments described above. A bundle of optical fibers 19 ends in a detector head 20 of a right-angled conical shape with an acute angle of 90 °. At the other end of the bundle 19 are the fibers divided into two groups 21 and 22. The group receives light

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von einer Quelle 23, während die andere Gruppe auf einer Anzeigeplatte 24 befestigt ist. Ein halbkugelfrömiger Schild 25 schirmt den Detektor gegen verschmutzung ab (beispielsweise zum Fernhalten von Schlamm von Straßenoberflächen, falls der Detektor an einem Fahrzeug befestigt ist).from one source 23 while the other group is on a display panel 24 is attached. A hemispherical shield 25 shields the detector from contamination (e.g. to keep mud away from road surfaces, if the Detector is attached to a vehicle).

Im Betrieb wird der Dtektor an einer Flugzeugtragfläche, an einem Motorfahrzeug oder beispielsweise einem Schiff derart befestigt, daß eine Luftströmung über den Detektorkopf streicht. Die Luft wird durch die Anordnung daraufhin analy- . siert, ob Eiskristalle vorhanden sind.In operation, the detector is mounted on an aircraft wing, on a motor vehicle or, for example, a ship attached that a flow of air sweeps over the detector head. The air is then analyzed by the arrangement. determines whether there are ice crystals.

Wenn feuchte Luft am Detektorkopf vorhanden ist, ist das am Ende der Faserngruppe 22 auftretende Licht gering. Wenn sich jedoch Eis bildet, erscheint viel mehr Licht am Ende dei Faserngruppe 22. Das zunehmende Licht dient als Warnung des Beobachters vor einer Eisbildung. Alternativ kann eine elektronische Anordnung verwendet werden zur Feststellung des Lichtpegels entsprechend der Eisbildung.If there is moist air on the detector head, that is light occurring at the end of the fiber group 22 is low. However, when ice forms, much more light appears at the end of the fiber group 22. The increasing light serves as a warning to the observer of ice formation. Alternatively, an electronic Arrangement can be used to determine the light level according to the ice formation.

Fig. 12 zeigt vier Sätze von Durchflußanalysatoren ähnlich denen des ersten Ausführungsbeispiels, kombiniert zur Ausbildung eines Mehrfachkopfgemischdurchflußanalysators. Der Durchflußanalysator A umfaßt eine Lichtleiter 26a, Sonde 27a und Detektor und Triggerschaltkreise 28a. Die Durchflußanalysatoren B, C und D sind identisch ausgebildet und mit entsprechenden Bezugszeichen versehen. Eine gemeinsame Lichtquelle w:rd zur Speisung der Lichtleiter 26a, 26b, 26c una 26d eingesetzt. Die Sonden 27a, 27b, 27c und 27d sind in einer Konfiguration angeordnet,entsprechend den Durchflußbedingungen, welche gemessen werden sollen. Die Ausgänge der Detektoren und Triggerschaltkreise 28a, 28b, 28c, und 28d werden in einer Kombiniereinheit so kombiniert, daß sieh eine Sichtanzeige des Gemischverteilungsprofils und der GemischbestandteilVerhältnisse an einer äußeren Anzeigeanordnung J>1 (die ein Oszilloskop sein kann) ergibt.Fig. 12 shows four sets of flow analyzers similar to those of the first embodiment combined to form a multi-head mixture flow analyzer. The flow analyzer A includes an optical fiber 26a, probe 27a, and detector and trigger circuitry 28a. The flow analyzers B, C and D are of identical design and are provided with corresponding reference numerals. A common light source w: rd for feeding the optical fibers 26a, 26b used, 26c una 26d. The probes 27a, 27b, 27c and 27d are arranged in a configuration corresponding to the flow conditions to be measured. The outputs of the detectors and trigger circuits 28a, 28b, 28c, and 28d are combined in a combining unit so that there is a visual display of the mixture distribution profile and the mixture constituent ratios on an external display arrangement J> 1 (which can be an oscilloscope).

- 16 909885/1058 - 16 909885/1058

Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele umfassen sämtlich einen Lichtleiter mit einem Fenster in Form einer geschliffenen konischen Spitze, jedoch sind andere Formen gemäß der Erfindung möglich. Beispielsweise kann das Fenster gebildet werden durch Biegen eines Lichtleiters geringen Durchmessers um einen Winkel, der in Verbindung mit dem Biegungsradius der Fensterzone groß genug ist, daß sich eine wesentliche Störung der totalen Innenreflektionseigenschaften des Lichtleiters ergibt. Das Fenster kann meißeiförmig sein oder irgendeine Form einer optischen Oberfläche unter einem Winkel aufweisen.The embodiments described above all include a light guide with a window in the form of a ground conical tip, however other shapes are possible according to the invention. For example, the window are formed by bending a small diameter light guide through an angle which, in conjunction with the radius of curvature of the window zone, is large enough that a substantial Disturbance of the total internal reflection properties of the light guide results. The window can be chisel-shaped or have some shape of an optical surface at an angle.

Es ist nicht erforderlich, daß das Licht von der Lichtquelle zu dem Fenster über einen Lichtleiter übertragen wird. Es wäre möglich, einen engen Lichtstrahl zu benutzen, der durch das Medium zwischen Quelle und Fenster in die Basis des Fensters projeziert wird. Es versteht sich, daß Änderungen des Übentragungsmediums und von außen einfallendes Licht unzulässig sind, die das Licht in dem Pfad zum oder von dem Fenster modulieren könnten. Insbesondere darf das Strömungsmedium nicht zwischen der Lj entquelle und dem Fenster strömen, derart, daß es Änderungen des Lichtpegels hervorrufen kann. Eine koherente Lichtquelle kann sich für diesen Betriebsmodus als vorteilhaft erweisen. Der Betrieb in dem nicht sichtbaren Bereich des Spektrums ist bereits erwähnt worden und könnte sich als zv.eckmäßig in Anwendungsfällen erweisen, bei denen sichtbares Licht ausschließt.It is not necessary that the light from the light source be transmitted to the window via a light guide. It would be possible to use a narrow beam of light that passes through the medium between the source and the window is projected into the base of the window. It will be understood that changes in the transmission medium and outside light that modulates the light in the path to or from the window is prohibited could. In particular, the flow medium must not flow between the source source and the window in such a way that it changes of the light level. A coherent light source can prove to be advantageous for this operating mode. The operation in the invisible part of the spectrum has already been mentioned and could prove to be practical Prove in applications where visible light excludes.

Patentansprüche; Claims ;

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Claims (17)

PatentansprücheClaims .Gemischdurchflußanalysator;, gekennzeichnet durch ein Lichtsystem zur.Projektion eines Lichtstrahls auf ein Fenster, das so ausgebildet und angeordnet ist» daß Änderungen der optischen Eigenschaften der Strömung hinter dem Fenster die Steuerung, des Pegels von Licht bewirken, -das vom Fenster zurückgeworfen wird und durch Detektoreinrichtungen für den Pegel des zurückgeworfenen Lichtes, sowie Analysiereinrichtungen zur Anzeige der Amplitude der Pegeländerungen des zurückgeworfenen Lichts..Mixed flow analyzer ;, characterized by a Light system for projecting a light beam onto a window, which is designed and arranged so that changes in the optical Characteristics of the flow behind the window control, effect of the level of light -that bounced back from the window and by detector devices for the level of the reflected light, as well as analyzing devices to display the amplitude of the level changes of the reflected light Light. 2. Analysator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Analysiereinrichtungen zur Anzeige der Frequenz der Pegeländerungen des zurückgeworfenen Lichts.2. Analyzer according to claim 1, characterized by analyzing devices to display the frequency of changes in level of the reflected light. =vt α -■·; ■ ■ ■= vt α - ■ ·; ■ ■ ■ 3· Analysator nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtsystem einen Lichtleiter umfaßt.3. Analyzer according to one of Claims 1 or 2, characterized in that the light system comprises a light guide. 4. Analysator nach Anspruch 3> dadUKh gekennzeichnet, daß sich das Fenster an einem Ende des Lichtleiters befinuet und die Detektoreinrichtung am anderen Ende des Lichtleiters.4. Analyzer according to claim 3> dadUKh indicated that the window is located at one end of the light guide and the detector device at the other end of the light guide. 5* Analysator nach Anspruch 3* dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleiter von U- oder V-Form ist und das Fenster sich in der Basis des' U oder an der Spitze des V befindet und die Lichtdetektoreinrichtung sich am anderen Ende des Lichtleiters befindet .5 * analyzer according to claim 3 * characterized in that the light guide is U- or V-shaped and the window is in the base of the 'U or at the top of the V and the light detector means is at the other end of the light guide. 6. Analysator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Fenster durch eine Biegung des Lichtleiters gebildet ist, welche genügend scharfe Krümmung besitzt, daß Licht aus dem Lichtleiter·austreten kann, wenn dies durch die optischen Eigenschaften der Strömung hinter dem Fenst-er .ermöglich'c wird. 9 0 9 8 8 S / 1 flffl6. Analyzer according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the window is formed by a bend in the light guide which has a sufficiently sharp curvature has that light can escape from the light guide if this is made possible by the optical properties of the flow behind the window. 9 0 9 8 8 S / 1 flffl J. Analysator nach einem der. Ansprüche 1 bis 5-,. dadurch gekennzeichnet, daß das Fenster durch einen, rechten Kreis- " ...-konus aus transparentem Material gebildet ist mit der Ebene seiner Basis quer zum Lichtstrahl der von· dem. Licht system projeziert wird. J. Analyzer according to one of the. Claims 1 to 5- ,. characterized in that the window is formed by a right circular cone made of transparent material with the plane of its base transverse to the light beam which is projected by the light system. 8. Analysator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet=, daß der Spitzenwinkel des Konus 90° beträgt. ■ zm:r 8. Analyzer according to claim 7, characterized in that the tip angle of the cone is 90 °. ■ zm: r 9. Analysator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch9. Analyzer according to one of claims 1 to 5, characterized * gekennzeichnet, daß das Fenster durch einen Zylinder aus transparentem Material geoildet ist mit seiner Enaflache quer zum von dem Lichtsystem projezierten Lichtstrahl. ·* indicated that the window is covered by a cylinder made of transparent The material is geo-formed with its surface perpendicular to the light beam projected by the light system. · 10. Analysator nach einem der vorangehenden Ansprüche', dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtsystem eine Festkörperlampe umfaßt, die durch eine pulsierende elektrische Quelle angeregt wird.10. Analyzer according to one of the preceding claims', characterized in that the light system is a solid-state lamp which is excited by a pulsating electrical source. 11. Analysator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß d:\e Detektoreinrichtung für das Licht ein fotoempfindliches elektrisches Bauelement zur Erzeugung11. Analyzer according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the detector device for generating the light is a photosensitive electrical component k eines elektrischen Signals umfaßt, das repräsentativ für den Pegel des zurückgeworfenen Lichtes ist, und daß die Analysiereinrichtung eine Anzeigeeinrichtung, sowie eine Anordnung zur Verarbeitung des elektrischen Signals für die Betätigung der Anzeigeeinrichtung umfaßt.k includes an electrical signal representative of the The level of the reflected light is, and that the analyzing device has a display device and an arrangement for Processing of the electrical signal for the actuation of the Includes display device. 12. Analysator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß für die Verarbeitung des elektrischen Signals ein Triggerschaltkreis vorgesehen ist, der bei Überschreiten eines Schwellempegeis durch das elektrische Signal betätigbar ist.12. Analyzer according to claim 11, characterized in that that a trigger circuit for processing the electrical signal is provided, which can be actuated by the electrical signal when a threshold level is exceeded. - 19 -- 19 - 909885/1058909885/1058 BAD ORfGlNALBAD ORfGlNAL 13. Analysator nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Triggerschaltkreisausgang mit. einer Integratoreinheit für die Bestimmung des zeitlichen Mittelwerts des Ausgangs verbunden ist.13. Analyzer according to claim 12, characterized in that the trigger circuit output with. an integrator unit for the determination of the mean value of the output over time. 14. Analysator nach e;nem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Abtasteinrichtungen für die Justierung der Stellung des Fensters relativ zur Strömung.14. Analyzer according to one of the preceding claims, characterized by scanning devices for adjusting the position of the window relative to the flow. 15· Analysator nach den Ansprüchen 5, 11, 13 und 7 oder 9> dadurch gekennzeichnet, daß das transparente Material Safir ist, daß das fotoempfindliche elektrische Bauelement ein Fototransistor ist und daß die Integratöreinhejt einen Kondensator mit einem Parallelwiderstand umfaßt, der unter Steuerung durch den Triggerausgang von einem Konstantstromgenerator geladen wird. .15 · Analyzer according to claims 5, 11, 13 and 7 or 9> characterized in that the transparent material is Safir, that the photosensitive electrical component is a phototransistor and that the integrating unit comprises a capacitor with a parallel resistor which is controlled by the Trigger output is loaded from a constant current generator. . 16. Analysator nach den Ansprüchen Ί, 10, 13 und 7 oder 9> dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleiter ein Festkörper ist, daß die Festkörperlampe eine Gall ium-Arsenid-Lampe ist, daß das Fenster !in Teil des "",ichtleiters ausgebildet ist, daß die Lampe und die Detektoreinrich ung beide an dem dem Fenster abgewandten Ende des Lichtleiters angeordnet sind, und daß der Integrator aus einem Zähler für die Zählung der Änderungen im Ausgang des Triggerschrltkreises besteht, entsprechend den Änderungen im Lchtaisgang der Lampe im Ansprechen auf die Wechselst eisung derselben.16. Analyzer according to claims Ί, 10, 13 and 7 or 9> characterized in that the light guide is a solid, that the solid-state lamp is a gall ium arsenide lamp, that the window! In part of the "", ichtleiters formed is that the lamp and the detector device are both arranged at the end of the light guide facing away from the window, and that the integrator consists of a counter for counting the changes in the output of the trigger circuit, corresponding to the changes in the light output of the lamp in response to the Exchange of the same. 17. Analysator nach einem der vorangehenden Ansprüche, ausgebildet als Mehrfachkopfgemischdurchflußanalysator, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Fenster in einer Konfiguration ange:rdnet s"'nd entsprechend den Strömungsbedingungen, welche gemessen werden sollen, und daß die Ausgänge der Detektoren so kombiniert und manipuliert werden, daß eine Sichtanzeige des Gemischverteilungsprofils und der GemischbestandteilVerhältnisse auf einer Anzeigeeinrichtung erzielt wird.17. Analyzer according to one of the preceding claims, formed as a multi-head mixture flow analyzer, characterized in that several windows are arranged in one configuration s "'nd according to the flow conditions which are measured should be, and that the outputs of the detectors so combined and manipulated that a visual display of the Mixture distribution profile and the mixture constituent ratios is achieved on a display device. 909885/ 1058.909885/1058. BAD ORiGSNALBAD ORiGSNAL l8. Analysator nach Anspruch IJ, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinrichtung ein Oszilloskop ist.l8. Analyzer according to Claim IJ, characterized in that the display device is an oscilloscope. 909885/ 1 058909885/1 058 BAD ORiGiNALORIGINAL BATHROOM
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