DE2856032A1 - Vorrichtung und verfahren zum messen der geschwindigkeit einer relativbewegung zwischen einem ersten koerper und einem zweiten koerper bzw. einem stroemungsmittel - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum messen der geschwindigkeit einer relativbewegung zwischen einem ersten koerper und einem zweiten koerper bzw. einem stroemungsmittel

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Description

TS 147 LB Guisborough-Cleveland
England
Anwaltsakte: 4136
Vorrichtung und Verfahren zum Messen der Geschwindigkeit einer Relativbewegung zv/ischen einem ersten Körper und einem zweiten Körper bzw. einem Strömungsmittel ,
Die Erfindung betrifft die Messung der Geschwindigkeit einer Relativbewegung zwischen einem ersten Körper und einem zweiten Körper bzw. einem Strömungsmittel.
Zum Messen der Durchflußgeschwindigkeit eines Strömungsmittels durch eine Rohrleitung sind bereits Geräte vorgeschlagen worden, die nach dem Kreuz-Korrelations-Verfahren arbeiten. Hierbei wird die Zeit, die das Strömungsmittel für den Weg zwischen zwei auseinander liegenden Orten benötigt, dadurch bestimmt, daß man die Bewegung von Strömungsstörungen entlang der genannten Orte erfaßt und die an den einzelnen Orten erzeugten Signale kreuz-korreliert. Der Scheitelwert
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der Kreuz-Korrelations-Kurve, Rxy (t*)» den man durch' Auftragen dieser Messungen gewinnt, erscheint zu einer Verzögerungszeit T*m, welche ein Maß für die Zeit ist, die das Strömungsmittel für den Weg von einem Ort zum anderen benötigt. %e Fließgeschwindigkeit V ist dann gleich /Tm, wobei L der Abstand zwischen den Orten ist.
Bei einem abgewandelten Verfahren zum Messen der Fließgeschwindigkeit eines Strömungsmittels in einer Leitung oder einem Rohr wird ein Störkörper in das Strömungsmittel eingebracht, damit hinter dem Störkörper die durch diesen erzeugten Wirbel erfaßt werden können. Die Geschwindigkeit, mit der diese Wirbel erzeugt werden, ist proportional der Fließgeschwindigkeit -des Strömungsmittels. Um das Signal zu verbessern, kann man das Störverhältnis am Ausgang des Detektors im Auto-Korrelations-Verfahren ■verwenden.
Ein Kreuz-Korrelations-Verfahren kann man auch dazu verwenden, die Fahrtgeschwindigkeit eines Schiffes zu messen. In diesem Falle werden zwei Detektoren an entsprechenden Stellen, die in Fahrtrichtung hintereinander liegen, des Schiffsrumpfes befestigt. Jeder Detektor erfaßt während
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der Fahrt des Schiffes die im Wasser auftretenden Störungen, beispielsweise Blasen. Die Verzögerungszeit i m zwischen der Erfassung einer Störung am vorderen und am hinteren Detektor ergibt sich wiederum im Kreuz-Korrelations-Verfahren. Die Fahrtgeschwindigkeit des Schiffes errechnet sich dann wie zuvor aus ΤΊη und aus dem Abstand zwischen den Detektoren.
Bei jedem der vorerwähnten Meßverfahren hängt die Zeit für das Herstellen einer einzigen Darstellung der Korrelations-Kurve von der Anzahl der erfaßten Kurvenpunkte und von der Verzögerungszeit zwischen jedem dieser Punkte ab. Falls die Kurve einhundert Punkte enthält und
auseinanderliegen, benachbarte Punkte 100 /u-sec/müssen in 100 yu-sec einhundert Multiplikationen und Additionen ausgeführt werden, Dies heißt mit anderen Worten, daß jede Multiplikation und Addition in 1 u-sec durchgeführt werden muß.
Bei den für solche Rechnungen verwendeten Hard-wire-Logikschaltungen kann man die erforderlichen Rechengeschwindigkeiten leicht auf elektronischem Wege erreichen und es ergibt sich keine merkliche Verzögerung bei Durchführung einer einzigen Rechnung für jeden Punkt und die Gewinnung eines Kurvenpunktes der Korrelationsfunktion . In der Praxis
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hat es sich jedoch herausgestellt, daß eine brauchbare Korrelations-Kurve nur erzielt werden kann, indem man das Korrelations-Verfahren einige Sekunden andauern läßt, so daß eine Anzahl von Kurvenpunkten der Korrelations-Kurve erzeugt v/ird. Hierzu muß man die Rechenergebnisse in einem mittelwert-bildenden Speicher eine gewisse Zeit, die man auch die Integrationszeit nennt, addieren. Um zu einer vorgegebenen Lösung des Scheitelwertes der Korrelations-Kurve zu kommen, ist die erforderliche . Integrationszeit um so größer, je geringer die Durchflußgeschwindigkeit oder die Schiffsgeschwindigkeit ist. Erfahrungen bei der Durchflußmessung von Flüssigkeiten haben gezeigt, daß bei unter 2 m/sec liegenden Geschwindigkeiten die notwendige Integrationszeit zur Gewinnung einer brauchbar genauen Schätzung der Fließgeschwindigkeit zu lang sein kann. Solche Verzögerungen können Instabilitäten bedingen, wenn der Durchflußmesser Teil eines im geschlossenen Kreis arbeitenden Systems ist, wie man ihn in Betriebsanlagen findet.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Messen der Geschwindigkeit einer Relativbewegung zwischen einem ersten Körper und
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einem zweiten Körper, bzw. einem Strömungsmittel ist · gekennzeichnet durch mindestens zwei im Betrieb am ersten Körper angebrachte Detektoren, die jeweils Störsignale aufnehmen, welche von Störungen im Strömungs mittel oder am zweiten Körper herrühren, den Detektoren zugeordnete Korrelatoren, welche mittels der durch die Detektoren erfaßten Störsignale Daten für mindestens zwei Kreuz-Korrelations- oder Auto-Korrelations-Kurven erzeugen, und eine Schaltung zur Kombination der von den Korrelatoren erzeugten Daten zur Erzeugung einer kombinierten Kreuz-Korrelations- oder Auto-Korrelations-Kurve, aus der sich die Geschwindigkeit der Relativbewegung errechnen läßt.
Hierbei kann die Vorrichtung mindestens zwei Paare von zusammengehörigen Detektoren enthalten, wobei die Detektoren eines jeden Paares im Betrieb an Orten angebracht werden, die in einer»Richtung parallel zu der Richtung, in der die Relativbewegung auftritt, auseinander liegen. Hierbei sind den entsprechenden Paaren von Detektoren Kreuz-Korrelatoren zugeordnet, welche aus den vom zugehörigen Detektorpaar erzeugten Störsignalen Daten für die Schaffung einer Kreuz-Korrelations-Kurve erzeugen.
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In der Praxis können die zwei Detektoren eines jeden Detektorpaares in genannter Ausrichtung eine Entfernung voneinander haben, die gleich oder im wesentlichen gleich dem Abstand der Detektoren der anderen Detektorenpaare ist. Vorzugsweise liegt keiner der Detektoren bezogen auf die generelle Ausrichtung am gleichen Ort wie ein anderer Detektor. So können η Detektoren vorgesehen sein, welche in der Meßrichtung auseinander liegen und n-1 Paare von zusammengehörigen Detektoren bilden*
Alternativ kann im Betrieb ein erster Detektor eines jeden Paares an einem ersten Ort entlang der Meßrichtung und ein zweiter Detektor eines jeden Paares an einem vom ersten Ort abgelegenen zweiten Ort in Meßrichtung angeordnet werden, wobei jeder Detektor Störungen erfaßt, die von den vom anderen Detektor am gleichen Ort erfaßten Störungen verschieden sind.
Zum Korrelieren kann man Auto-Korrelatoren verwenden, welche Daten zur Erzeugung einer Auto-Korrelations-Kurve aus den von jedem Detektor erfaßten Störsignalen liefern.
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Jeder Detektor kann ein Infrarot-Detektor ein piezoelektrischer Detektor, ein Heißdraht-Anemometer, ein kapazitiver Detektor oder auch ein optischer Detektor sein, sofern solche Detektoren in der Lage sind, Störsignale aufzunehmen, die in einem Strömungsmittel durch thermische Änderungen, Druckänderungen, Turbulenz, elektrostatische Eigenschaftsänderungen oder Inhomogenitäten des Strömungsmittels entstehen.
Ein elektrisch leitendes Strömungsmittel läßt sich auch einem Magnetfeld aussetzen, wobei dann jeder Detektor eine Elektrode sein kann, die eine im Strömungsmittel auftretende Spannung erfaßt, und dann die fluktuierende Komponente das zu korrelierende Signal bildet.
Auch kann man ein magnetisierbares Strömungsmittel einem Magnetfeld aussetzen, wobei dann jeder Detektor eine Hall-Effekt-Sonde oder ein induktiver Sensor ist, damit eine im Strömungsmittel entstehende Spannung erfaßt wird.
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Jeder Detektor kann auch ein abgestimmter Oszillator sein, dessen Abstimmung durch die Nähe eines Metalles beeinträchtigt wird.
Jedem Detektor läßt sich ein Sender für Ultraschall-, elektromagnetische oder Nuklear-Strahlung zuordnen, wobei dann jeder Detektor so ausgelegt ist, daß er ein Signal vom zugeordneten Sender empfängt, nachdem das ausgesendete Signal das Strömungsmittel durchquert hat oder vom zweiten Körper oder dem Strömungsmittel reflektiert wurde, wobei das von jedem Detektor erfaßte Störsignal das Signal vom zugehörigen Sender modulierte.
Die einzelnen Sender können mit sichtbarer, unsichtbarer^ Laser-Strahlung, einer gepulsten Laser- oder auch elektromagnetischer Radar-Strahlung arbeiten.
Mit besonderen Mitteln lassen sich im Strömungsmittel oder am zweiten Körper Störstellen erzeugen, wobei dann jeder einzelne Detektor so ausgebildet ist, daß er diese Störstellen erfaßt.
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Beim ersten Körper kann es sich um ein vom Strömungsmittel durchströmtes Rohr oder eine Leitung handeln, wobei dann die einzelnen Detektoren an der Leitung oder dem Rohr an in Längsrichtung aufeinanderfolgenden Stellen montiert sind. Beim ersten Körper kann es sich auch um einen stationären Gegenstand und beim Strömungsmittel um den innerhalb oder außerhalb eines Schornsteines aufsteigenden Rauch handeln, wobei dann die Detektoren optisch arbeiten und Inhomogenitäten im Rauch erfassen oder aber auch auf Infrarot-Strahlung ansprechen, um aufgeheizte Oberflächen oder heiße Strömungsmittel zu erfassen. Auch kann der erste Körper ein Flugzeug öder ein Schiff sein, wobei dann in diesem Falle die Detektoren am Flugzeug oder am Schiff an Orten angebracht werden, die in Fortbewegungsrichtung auseinander liegen. Ferner besteht die Möglichkeit, mit einem stationären ersten Körper und mit einem bewegten zweiten Körper, beispielsweise einem heißen Stahlband zu arbeiten, welches Inhomogenitäten auf der Oberfläche aufweist oder Infrarotoder Ultraschall-Strahlungen aussendet.
Zur Erfindung gehört ferner auch ein Verfahren zur Messung einer Relativbewegung zwischen einem ersten Körper und
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einem zweiten Körper bzw. einem Strömungsmittel, wobei dieses Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß man von Störungen im Strömungsmittel oder am zweiten Körper herrührende Störsignale neben mindestens zwei Stellen am ersten Körper erfaßt und mittels der erfaßten Störsignale Daten zur Erzeugung einer Kreuz-Korrelations- oder Auto-Korrelations-Kurve erzeugt, wobei die von den Korrelatoren erzeugten· Daten kombiniert werden, um eine kombinierte Kreuz-Korrelations- oder Auto-Korrelations-Kurve zu erzeugen, aus der sich*die Geschwindigkeit der Relativbewegung errechnen läßt.
Zweckmäßigerweise werden nach diesem Verfahren die Störsignale neben Orten des ersten Körpers, welche in Richtung parallel zu der auftretenden Relativbewegung auseinander liegen, erfaßt, um dann aus den an mindestens zwei Paaren von zusammengehörigen Orten erfaßten Störsignalen Daten für die Erzeugung einer Kreuz-Korrelations-Kurve zu gewinnen, wobei dann die Daten aus dem Datenerzeuger kombiniert werden, um eine kombinierte Kreuz-Korrelations-Kurve zu erhalten, aus deren Scheitelwert sich die Geschwindigkeit errechnen läßt.
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Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise veranschaulicht sind.
In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 einen Rohrleitungsabschnitt in Verbindungmit Sende- und Empfangsstationen und zugehörigen Schaltungsteilen gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 2 die Anwendung eines Kurveneinpaßverfahrens zur Bestimmung des wahren Scheitelpunktes einer Kreuz-Korrelations-Kurve aus der Schaltung der Fig. 1 ,
Fig. 3A abgewandelte Ausbildungen von Sender und 1S Empfänger in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer weiteren erfindungsgemäßen Vorrichtung und
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Fig. 5Α bis 5J verschiedene Sender- und Empfängerausbildungen für die erfindungsgemäße Vorrichtung.
Die Vorrichtung gemäß Fig. 1 ist ein Durchflußmesser, für den das Kreuz-Korrelations-Verfahren verwendet wird, um die Fließgeschwindigkeit einer Flüssigkeit in einer Rohrleitung zu messen. Diese Messung basiert auf der Erfassung der Bewegung von Störungen in der Flüssigkeit entlang von vier Orten, die mit Abstand entlang der Rohrleitung angeordnet sind. Diese Störungen in der Flüssigkeit führen zu Störsignalen, die an jedem einzelnen Ort erfaßt, verarbeitet und dann mit den Störsignalen am anderen Ort bzw. den anderen Orten kreuz-korreliert werden. Hieraus ergeben sich drei Datengruppen, von denen jede zur Erzeugung einer Kreuz-Korrelatioris-Kurve geeignet ist. In der Praxis werden die drei Datengruppen addiert, um eine kombinierte Kreuz-Korrelations-Kurve zu bilden. Der Scheitelwert dieser Kurve entsteht zu einer Verzügerungszeit Tm, die gleich der Zeit ist, die eine Störung benötigt, um sich zwischen zwei benachbarten Orten weiter zu bewegen. Die Durchflußgeschwindigkeit wird dann errechnet, indem man den Abstand zwischen zwei benachbarten Orten durch fm dividiert.
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Wie Fig. 1 zeigt, gehören zur erfindungsgemäßen Vorrichtung ein Rohrabschnitt 1 zum Anschluß an eine bestehende Rohrleitung und vier Sende- und Empfangsstationen, nämlich in Strömungsrichtung gesehen eine vordere Station A, zwei Mittelstationen B und C und eine' hintere Station D. Diese Stationen liegen mit Abstand hintereinander an dem Rohrabschnitt 1 . Die Abstände zwischen den Stationen A und B, B und C und C und D sind untereinander gleich.
An jeder der vier Stationen des Rohrabschnittes 1 befindet sich zunächst ein Ultraschallsender Ta, Tb, Tc oder Td mit jeweils einem Übertrager und einer dem übertrager zugeordneten Treiberkreis. Die einzelnen Übertrager senden in die an dieser Station vorbeifließende Flüssigkeit eine Ultraschallstrahlung. Den einzelnen Sendern Ta, Tb, Tc oder Td ist ein dem Empfänger zugeordneter Übertrager Ra, Rb, Rc oder Rd zugeordnet, welche die durch die Flüssigkeit gemäß einer Sehne oder einem Durchmesser des Rohrabschnittes hindurchgeschickte Strahlung oder die von der Flüssigkeit reflektierte Strahlung aufnehmen.
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Demodulatoren Da, Db, Dc oder Dd zur Erfassung der auf die durch den Rohrabschnitt 1 übertragenen Ultraschall-Strahlung überlagerten Störsignale sind jeweils mit den Ausgängen der Übertrager Ra, Rb, Rc oder Rd verbunden. An die Ausgänge der Demodulatoren, die Amplitude, Phasenlage oder sonstige Modulationen erfassen können, sind an auf die Polarität ansprechende 1-Bit Probennehmer Sa, Sb, Sc bzw. Sd angeschlossen. Zu jedem Probennehmer gehört ein Nulldurchgang-Detektor, der dann in Abhängigkeit von der Polarität jeder Probe ein digitales Ausgangssignal liefert, das als logische 1 oder* O dargestellt wird. Die Probennahme erfolgt mit Impulsen eines Uhr- oder Takt-Impulsgebers 3. Die Impulse des Impulsgebers 3 werden den Probenehmern Sa bis Sd über einen Frequenzteiler 5 zugeführt, dessen Ausgangsimpulse mit einer Frequenz aufeinander folgen, die gleich der Uhrfrequenz geteilt durch die Anzahl der errechneten Korrelationspunkte ist. Beispielsweise bedürfte eine Probennahmefrequenz, die das Nyquist Theorem von 2,5 kHz erfüllt, eine Uhrfrequenz von 320 kHz erfordern, wenn 128 Korrelationspunkte zu errechnen sind. Die Anzahl der Korrelationspunkte läßt sich variieren, wenn auch die Uhrfrequenz entsprechend geändert wird.
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An die Probennehmer Sa bis Sd sind drei Verzögerungsleitungen D1, D2 und D3 angeschlossen, die jeweils von einem Bit eines Acht-Bit-128-Wort-Direkt-Zugriffsspeicher gebildet werden.
So ist der Ausgang des Probennehmers Sa an der vorderen Station A mit einer ersten Stufe in einer 128-Stufen-Verzögerungsleitung D1 verbunden. Ein erster mit dieser Verzögerungsleitung D1 verbundener Multiplizierer 7 liegt mit einem ersten Eingang unmittelbar am Ausgang des Probennehmers Sb der Station B. Ein zweiter Eingang des Multiplizierers 7 ist mit einem Schalter 9 verbunden, der im Betrieb den Multiplizierer 7 der Reihe nach mit dem Probennehmer Sa der Station A und anschließend mit jedem der 128 Plätze der Verzögerungsleitung D1 verbindet, Der Schalter 9 ist mit dem Uhrimpulsgeber 3 verbunden und liefert eine Folge von Sieben-Bit-Adressensignalen zum Adressieren ,jeder der 128 Plätze der Verzögerungsleitung D2. Wenn ein Platz gelesen wird, gelangt der am Platz gespeicherte Datenwert zum zweiten Eingang des Multiplizierers 7.
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Der Ausgang des Probennehmer Sb ist ebenfalls mit einer ersten Stufe der zv/eiten 128-stufigen Verzögerungsleitung D2 verbunden. Ein zweiter Multiplizierer 11 liegt mit seinem ersten Eingang an einem Ausgang des Probennehmers Sc der Station C, während ein zweiter Eingang im Betrieb der Reihe nach über eine Schaltvorrichtung 13 mit dem Probennehmer Sb und den entsprechenden Stufen der zweiten Verzögerungsleitung D2 verbunden wird.
Schließlich ist die dritte Verzögerungsleitung D^ m£t dem Ausgang des Probennehmers Sc und über den Schalter 17 mit einem dritten Multiplizierer 15 verbunden, dessen erster Eingang an den Probennehmer Sd der Station D verbunden ist.
Die Impulse zur Betätigung der Schalter 9, 13, 17, welche die einzelnen Multiplizierer 7, 11 und 15 mit den entsprechenden Stufen der zugehörigen Verzögerungslextungen D1, D2 und D3 verbinden, erhält man unmittelbar von dem vorerwähnten Uhrimpulsgeber 3. Die Verbindung zum zweiten Eingang eines jeden Multiplizierers 7, 11 und 15 wird daher mit einer Frequenz von 320 kHz geschaltet, die dem 128-fachen der Frequenz entspricht, mit der die Probennahme durchgeführt wird, damit letztlich eine 128-Punkte-
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Korrelations-Kurve gewonnen werden kann.
Die Ausgänge des ersten und zweiten Multiplizierers 7 bzw. 11 gelangen in einen digital-arbeitenden Addierer 19, dessen Ausgang zusammen mit dem Ausgang des dritten Multiplizierers 15 in einen zweiten Addierer 21 eingegeben werden. Falls noch weitere Kanäle verwendet •werden, müssen zusätzliche Addierer vorgesehen werden.
Ein Sechzehn-Bit-128-Wort-Korrelator-Speicher 23 'liegt an den Ausgängen des zweiten Addierers 21. Eine Schaltvorrichtung 25 verbindet der Reihe nach die Ausgänge des Addierers 21 mit den entsprechenden Stufen des Speichers 23. Bei der Schaltvorrichtung 25 handelt es sich um einen Sechzehn-Bit-Addierer, der aus einer Reihe von sechzehn Logikschaltungen besteht, von denen jeweils eine den sechzehn Eingängen zu den entsprechenden Speicherplätzen des Speichers 23 zugeordnet ist. Zu jeder Logikschaltung gehört ein Kippkreis, dessen D-Eingang mit dem zügehörigen Speichereingang und dessen Ausgang mit einem Eingang eines Addierers verbunden ist. Ein zweiter Eingang für jeden Addierer ist mit den Ausgängen der Addiererkreise 21 und ein dritter Eingang mit dem Addierer
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verbunden, der dem unmittelbar vorangehenden Bit zugeordnet ist. Schließlich ist ein Ausgang eines jeden Addierers mit einem Eingang eines UND-Schaltkreises verbunden. Ein zweiter Eingang eines jeden Schaltkreises ist mit einem Uhrimpuls-Eingang und ein Ausgang des Schaltkreises mit dem zugehörigen Eingang des Speichers verbunden.
Weitere nicht dargestellte Schaltelemente sorgen dafür, daß dem Speicher 23 die adressierenden Uhrimpulse derart geliefert werden, daß die Speicherplätze der Reihefnach abgetastet werden.
Schließlich sorgt ein ebenfalls nicht dargestellter Microcomputer dafür, die im Speicher 23 eingegebenen Daten zu analysieren, in diese Daten eine Kurve einzupassen und die Scheitelwertstelle zu errechnen, und damit dann auch die Geschwindigkeit bei Kenntnis der Übertragerabstände.
Bei Verwendung des vorerwähnten Durchflußmessers ergeben sich durch Störungen in der die Rohrleitung durchfließenden Flüssigkeit Störsignale, die der Ultraschall-Strahlung überlagert werden, die von jedem der vier empfangsseitigen Übertrager Ra bis Rd in vorerwähnter Weise empfangen werden. Die jedem einzelnen Übertrager zugeordneten Demodulatoren Da, Db, Dc bzw. Dd lösen die Störsignale aus den Ultraschall-Frequenzsignalen
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heraus und speisen sie in die zugehörigen Probennehmer Sa, Sb, Sc bzw. Sd ein. Am Ausgang eines jeden Probennehmers entsteht dann ein Signal, welches je nach der momentanen Polarität des empfangenden Störsignals eine logische 1 oder O ist. Die Probennahme erfolgt mit einer Frequenz von 2,5 kHz oder irgendeiner anderen Frequenz, die zu einem Signalspektrum führt, welches das Nyquist-Probennahme-Theorem erfüllt. Die von jedem der Probennehmer Sa bis Sc erzeugten Signale gelangen . in die zugehörigen Verzögerungsleitungen D1, D2 und D3,
wo sie entsprechend dem Uhrtakt von einer Stufe zur nächsten mit Probennahme frequenz v/eitergegeben werden, obwohl in der Praxis ein Direktzugriffspeicher verwendet und Verzögerungen durch Schalten der Adressenleitung bewirkt werden können.
Wie schon zuvor erwähnt, liegt ein Eingang des ersten .Multiplizierers 7 unmittelbar am Ausgang des Probennehmers Sb, während ein zweiter Eingang der Reihe nach mit dem Ausgang des Probennehmers Sa und den verschiedenen Stufen der ersten Verzögerungsleitung D1 verbunden wird. Die Verbindungen zum zweiten Eingang des Multiplizierers werden mit einer Frequenz geschaltet, die gleich dem
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128-fachen der Probennahmefrequenz ist. Demzufolge bleibt das Ausgangssignal aus dem Probennehmer Sb ausreichend lange auf dem gleichen logischen Zustand, damit dieser Ausgang der Reihe nach mit dem Ausgangssignal aus dem Probennehmer Sa und dann mit jedem der Bits der verschiedenen Stufen der ersten Verzögerungsleitung D1 multipliziert werden kann. Dies heißt mit anderen Worten, daß eine Folge von 128 Signalen am Ausgang des ersten Multiplizierers 7 erzeugt wird, wobei das erste Signal dieser Folge das Produkt aus Ausgangssignalen aus den Probennehmern Sa und Sb darstellt. Jedes der übrigen Signale in der Folge verkörpert das Produkt von Ausgangssignal des Probennehmers Sb mit einem Signal , welches zuvor von dem Probennehmer Sa zur ersten Verzögerungsleitung D1 übertragen wurde bei stetig größer werdenden zeitlichen Längen. Die Signalfolge aus dem ersten Multiplizierer 7 stellt somit Daten dar, aus denen eine Korrelations-Kurve erzeugt werden kann.
Zur Erzeugung einer Korrelations-Kurve geeignete Daten sind ebenfalls erhältlich an den Ausgängen der zweiten und dritten Multiplizierer 11 bzw. 15 und v/eiteren, sofern solche verwendet werden.
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Im ersten Addierer 19 wird jedes Signal aus dem ersten Multiplizierer 7 zu dem Signal addiert, welches zur gleichen Zeit vom zweiten Multiplizierer 11 erzeugt wird. Die Summe der dem ersten Addierer 19 zugeführten beiden Signale gelangt dann zum zweiten Addierer 21, wo eine zusätzliche Addition des Signals vom dritten Multiplizierer 15 erfolgt. Im Endeffekt wird an den Ausgängen des zweiten Addierers 21 eine Folge von 128 Signalen erzeugt, von denen jedes die Summe der Signale darstellt, die zur gleichen Zeit durch die ersten, zweiten und dritten Multiplizierer 7, 11 bzw. 15 erzeugt werden. Jedes der drei Signale in einer Summe stellt für sich allein das Produkt von zwei Signalen dar, von denen das eine gegenüber dem anderen entsprechend der Zeitcharakteristik der Summe verzögert ist.
Die Ausgänge des zweiten Addierers 21 werden der Reihe nach über die Schaltvorrichtung 25 den 128 Speicherplätzen des Korrelationsspeichers 23 zugeführt. Wenn die sechzehn Bits an einem Platz in dem Speicher 23 mit dem Schaltkreis 25 verbunden sind, wird der vorhandene Speicherinhalt eines Platzes zunächst über den Kippkreis dem Addierer im zugehörigen Logikkreis zugeführt, dann werden das Ausgangssignal am zweiten Eingang des Addiererkreises und ein Über-
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co
tragsignal vom vorangehenden Addiererkreis im Schaltkreis 25 zum bestehenden Speicherinhalt addiert, Ms dann schließlich die Ausgänge aller Addiererkreise im Schaltkreis 25 in die Speicherplätze eingeschrieben sind. Auf diese Weise entstehen in dem Korrelationsspeicher 23 Daten von jedem einzelnen der Multiplizierer. Diese Daten sind geeignet, eine kombinierte Kreuz-Korrelations-Kurve .aufzutragen. Bei der Bildung einer - solchen Kurve wird die Größe des Speicherwertes an jedem der 128 Speicherplätze als Ordinate aufgetragen, um einen Punkt der Kurve zu liefern, wobei dann die Abszisse dieses Punktes die Verzogerungszeit zwischen jedem Signalpaar ist ,dessen Produkt dieser Speicherstelle zugeführt wurde.
Wie schon zuvor erwähnt, sorgt ein Microcomputer für die Analyse des Inhaltes des Speichers 23. Die Ver-r wendung eines Microcomputers ist dadurch bedingt, daß die Kreuz-Korrelations-Kurve zu bestimmten Vierten der Verzogerungszeit errechnet wird. Häufig deckt sich jedoch der Durchgang durch den Scheitelwert nicht genau mit einer der Verzögerungszeiten, die bei der Errechnung der Korrelations-Kurve verwendet wurden. Um den wahren Scheitelwert zu bestimmen, kann man in gewissem Umfange interpolieren; das genaueste Verfahren ist jedoch darin zu sehen,
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eine mathematische Kurve mit Hilfe eines Microprozessors in die errechneten Punkte "einzupassen" . Das Ergebnis einer solchen Kurveneinpassung zeigt die Fig. 2. Das Kurveneinpassverfahren vergrößert auch die Ansprechgeschwindigkeit des Systems, weil eine "güfcige" Kurve (d. h. eine Kurve mit genau definiertem Scheitelpunkt) sogleich bei ihrer Erzeugung erfaßt und analysiert werden kann. Dieses Verfahren kann aber auch verwendet werden zur Analyse asymmetrischer oder Stör-Korrelationskurven oder Kurven, die von einem Strudel abgieitet werden, welchen ein wirbel-bildender Körper erzeugt, so daß Korrelations-Kurven mit vielfachem Scheitelpunkt entstehen. Die Kurvendaten können auch zu anderen Plätzen übertragen werden, um dort weiter analysiert zu werden, beispielsweise in Form einer exponentiellen Mittelwertbildung oder Fourier-Analyse, wobei man dann die Phasen-Frequenz-Eigenschaften des Kreuz-Energiespektrums verwenden kann, um die Ge-'schwindigkeit aller Signalfrequenzkomponenten zu bestimmen. In diesem Zusammenhange läßt sich auch eine Digital-Filterung vornehmen, um unerwünschte Spektralkomponenten auszuscheiden oder Korrekturfaktoren einzubringen. Schließlich kann man auch den Korrelationsspeicher freimachen, damit dort eine neue Kurve aufgebaut werden kann.
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Nachdem einmal die Korrelations-Kurve "bekannt ist, kann man mittels der Verzögerungszeit fm , zu der der Scheitelwert auftritt, die Durchflußgeschwindigkeit aus der Gleichung U = ^/Zm gewinnen, wobei L der Abstand zwischen jedem Paar von benachbarten Stationen und Tm die Verzögerungszeit ist, welch letztere dem Scheitelwert der Kreuz-Korrelations-Kurve entspricht, den man durch die Kurven-Einpaß-Analyse gewinnt.
Bei einer zweiten Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. 3A befindet sich eine Reihe von Ultraschallsendern.T1, T2 und T3 an Punkten, die gegenüber der Achse eines Rohrabschnittes 31 einer ersten Station winkelmäßig gegeneinander versetzt sind. Jedem der Sender T1 bis T3 ist ein empfangsseitiger Übertrager R1, R2 oder R3 zugeordnet. Diese Übertrager befinden sich ebenfalls an der ersten Station und sind so angeordnet, daß sie Strahlungen empfangen können, die der zugehörige Sender über eine Sehne des Rohrabschnittes überträgt. Eine zweite Station, die in Strömungsrichtung hinter der ersten Station liegt, weist ebenfalls eine entsprechende Reihe von zugehörigem Sendern ΤΊ bis T'3 und empfangsseitigen Übertragern R1I bis R13 auf. Jeder der Sender ΤΊ bis T'3 der zweiten Station hat die gleiche winkelmäßige Ausrichtung wie die zugehörigen Sender T1, T2 oder T3 der ersten Station.
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Dies gilt ebenfalls für die zugehörigen empfangsseitigen Übertrager. Die von jedem einzelnen empfangsseitigen Übertrager R'1 , R'2 oder R'3 an der zweiten Station empfangenen Störsignale bezieht sich somit auf die gleichen Störungen, wie die Störsignale, die an den zugehörigen empfangsseitigen Übertragern R1, R2 oder R3 der ersten Station empfangen werden. Die von jedem Paar zusammengehöriger empfangsseitiger Übertrager R1 und R'1, R2 und R'2 und R3 und R13 empfangenen Störsignale werden kreuzkorreliert, um eine Datengruppe zu erzeugen, 4aus denen sich dann die Kreuz-Korrelations-Kurve herstellen läßt. Die Fig. 3C zeigt eine Anordnung mit drei Sendern T1 bis T3 und drei Empfängern R1 bis R3 zur Messung des Durchflusses in unterschiedlichen Tiefen eines offenen Kanals. Die zugehörigen Sender und Empfänger einer zweiten Station sind nicht dargestellt.
Fig. 3B zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der jeder empfangsseitige Übertrager diametral gegenüberliegend zu dem zugehörigen Sender angeordnet ist.
Schnellere Errechnungen der Korrelations-Kurve sind dadurch möglich, daß man mehr als vier Sende- und Empfangsstationen
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anordnet. Wenn η Stationen vorhanden sind und jedes Paar benachbarter Stationen gleich weit auseinander liegt, ergeben sich n-1 Datengruppen zur Erzeugung der Kurve, so-' daß verglichen mit der Auswertung eines einzigen Paares, die Auswertung in einer Zeit möglich ist, welche um den
Faktor .1 Λ kleiner ist.
n- I
Der Abstand zwischen benachbarten Paaren von Stationen braucht nicht gleich zu sein, sofern man solche Abstandsunterschiede und somit Unterschiede in der Verzögerungszeit .berücksichtigt, bevor die Daten in den Korrelationsspeicher eingegeben werden.
Auch ist es nicht unbedingt erforderlich, jede Zwischenstation als eine eines Paares mit jeder der benachbarten Stationen zu verwenden.
Die Fig. 5A und 5B zeigen die Anwendung von Ultraschall-Sendern und -Empfängern für eine Meßanordnung gemäß Fig. in Verbindung mit einer bewegten Oberfläche oder einem sich bewegenden Strömungsmittel. Gemäß Fig. 5A können Ultraischali- oder elektromagnetische Detektoren und im Falle der Fig. 5B Ultraschall-, elektromagnetische oder auf Kernstrahlung ansprechende Detektoren bzw. Empfänger verwendet
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werden, sofern von den Sendern die entsprechende Strahlung geliefert wird. Bei der Strahlung kann es sich um gepulste elektromagnetische Strahlungen, um kontinuierliches/ sichtbares oder unsichtbares.Laserlicht, um eine Doppler-Laserstrahlung oder um eine Doppler-elektromagnetische Radarstrahlung handeln. Es kann auch, wie Fig. 5D zeigt, jeder Sender an das Strömungsmittel eine Spannung anlegen, wobei dann jeder Empfänger so ausgebildet ist, daß er ein Signal bezüglich der elektrischen Leitfähigkeit des Strömungs-r mittels erzeugt. "Verwendet man einen divergierenden Strahl, können in Verbindung mit einem einzigen Sender auch mehrere Empfänger vorgesehen sein. Die Ultraschallsender können auch phasengesteuerte Übertragergruppen (Fig. 5G) enthalten, um den Brennpunkt der Strahlung zu variieren. Auch ist es möglich, die Sender mit phasen-modulierten oder Pseudozufall-Binärfolgen zu aktivieren, wobei die Modulation oder die Binärfolge so gewählt ist, daß stehende Schallwellen zerstört v/erden.
Wie Fig. 5C zeigt, kann man die elektrostatischen Eigenschaften eines Strömungsmittels erfassen oder aber es lassen sich Signale erzeugen, welche die Eigenschaften kernmagnetischer Resonanz wiedergeben (Fig. 51). Wenn das Strömungsmittel
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magnetische Partikel enthält, wie es bei einem Eisenerz-Schlamm oder einem Erz auf einem Förderer der Fall ist, läßt sich die Anordnung so treffen, daß Signale erzeugt werden, welche die Anwesenheit von Eisen oder Nicht-Eisenmetallen kennzeichnen. Fig. 5E zeigt eine Vorrichtung, bei der ein leitendes Strömungsmittel durch ein oder mehrere magnetische Felder hindurchläuft und an entsprechend angeordneten Elektroden Spannungen induziert.
Sofern das durch das Prüffeld laufende Material selbst
magnetisch ist, wie beispielsweise Eisenerz, kann man Schwankungen der magnetischen Eigenschaften mit Hall-Effekt-Sonden erfassen, oder aber auch induktiv arbeitende oder sonstige Sensoren, die brauchbare Signale liefern,verwenden. In ähnlicher Yieise kann man, wie Fig. 5F zeigt, das Prinzip der Metalldetektion so anwenden, daß entlang eines Rohres oder einer Leitung gefördertes Eisen oder Nicht-Eisen-Material erfaßt wird, um die geeigneten Signale zu liefern.
Abweichend hiervon können in das Strömungsmittel oder auf die Flüssigkeitsoberfläche Fremdkörper eingebracht oder aufgebracht v/erden, beispielsweise radioaktive Partikel, thermische Störer, leitende Strömungsmittel, optisch erfassbare Markierungen usw. Die Fremdkörper können nach dem Gesetz des Zufalls oder des Pseudo-Zufalls verteilt sein. Alle vorerwähnten Störungen
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■ν»
lassen sich mit den vorstehend beschriebenen Detektoren erfassen. Die Kreuz-Korrelation kann zwischen den Störern und den Detektoren vorgenommen werden, um ein Maß für die Störungsdurchlaufzeit zwischen dem Punkt der Einfügung und dem Detektor zu gewinnen.
Eine weitere Alternative liegt darin, die Sender fortzulassen und Empfänger zu verwenden, die auf Druck-, thermische, optische oder Dichte-Änderungen in dem benachbarten Strömungsmittel ansprechen oder aber auch die erzeugte Bewegung elektromagnetischer, akustischer oder Ultraschallsignale berücksichtigt, wie es die Fig. 5A und 5H zeigen. Wenn es sich darum handelt, die Geschwindigkeit zu messen, mit der der Rauch innerhalb oder außerhalb eines Schornsteines aufsteigt, kann man elektro-optische Vorrichtungen in Verbindung mit Fernrohren verwenden, um die Aufwärtsbewegung von Inhomogenitäten zu erfassen. Schließlich lassen sich, wie vorerwähnt, andere Ausführungsformen der Erfindung dazu verwenden, die Geschwindigkeit eines Flugzeuges oder Schiffes zu messen, wobei dann die Impulsechotechnik mit Radar oder Ultraschall zum Einsatz kommt. Sender und/oder Empfänger befinden sich dann an einer Reihe von in Bewegungsrichtung hintereinander liegenden Punkten des Schiffsrumpfes oder der Tragflügel . Auch hier werden die Signale von benachbarten
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Empfängerpaaren kreuzkorreliert und dann zusammenaddiert.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, bei der es sich um einen Wirbel-Durchflußmesser gemäß Fig. 5J handelt, erfaßt man die hinter einem Störkörper erzeugten Wirbel an zwei oder mehr verschiedenen Orten, welche in Längsrichtung eines Rohres, durch das die Flüssigkeit strömt, mit Abstand angeordnet sind. Die Erfassungsorte können auch gegenüber der Achse des flohres winkelmäßig gegeneinander versetzt sein. Hierbei gehört zu jedem Detektor ein Auto-Korrelator. Die Ausgänge der Auto-Korrelatoren werden mit Addiererkreisen kombiniert, einem Speicher zugeführt, um dann für die Bildung einer kombinierten Auto-Korrelat'ions-Kurve genauso zu dienen, wie es bei einer kombinierten Kreuz-Korrelations-Kurve gemäß Fig. 1 der Fall war.
Bei einer weiteren Ausführungsform wird jede Kreuz-Korrelations-Kurve oder kombinierte Kreuz-Korrelations-Kurve an einem gesonderten Speicherplatz gespeichert, um diese Kurven dann später beispielsweise unter Verwendung von Computer-Software zu kombinieren. Auf diese Weise
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können unterschiedliche Arten von Detektoren (beispielsweise ein auf das Wasser und ein auf das Ufer gerichteter Detektor) verwendet werden, um die Geschwindigkeit eines Schiffes gegenüber dem Wasser und dem Ufer zu bestimmen.
Die gesamte Mehrkanal-Korrelations-Schaltung der Fig. 1 läßt sich als ein einteiliger IC herstellen. Bei einigen Anwendungen, insbesondere für Signale von begrenzter Bandbreite erfolgt die Multiplikation, die Addition und die Speicherung durch einen Microcomputer. Die Multiplizierkreise der Fig. 1 lassen sich ersetzen durch exklusive NOR-Schaltelemente, da man von einer vollkommenen Korrelation sprechen kann, wenn die zwei zu multiplizierenden Signale beide 0 oder 1 sind. Wenn Signale niedriger Frequenzen kreuzkorreliert werden müssen, kann man solche Multiplikationen, Additionen und Speicherungen mit dem gleichen Microprozessor oder aber mit einem anderen Microprozessor, der für diesen Zweck programmiert ist, durchführen.
Bei einer anderen Ausführungöform verwendet man einen einzigen Korrelator in Verbindung mit zwei oder mehr empfangsseitigen Übertragern, wobei diese Übertrager der Reihe nach mit dem Eingang des Korrelators nach einem Zeitteilungs-Multiplexverfahren verbunden werden.
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Die Verzögerungsleitungen D1 bis D3 der Fig. 1 lassen sich durch Schieberegister ersetzen.
Fig. 4 der Zeichnung zeigt eine Mehrkanalanordnung, die genau wie die Anordnung der Fig. 1 zum Messen der Durchflußgeschwindigkeit einer Flüssigkeit in einem Rohr verwendet werden kann.
Wie diese Fig. 4 zeigt, ist eine Gruppe von sechs Eingangskanälen A, B, C, D, E und F vorgesehen, welche mit den entsprechenden nicht dargestellten empfangsseitigen Übertragern an auseinanderliegenden Orten eines nicht dargestellten Rohres, durch das die Flüssigkeit fließt, verbunden sind. Jeder der Kanäle A bis F ist mit einem Festkontakt an jedem von sechs Schaltern S1|bis S6 angeschlossen.
Ein beweglicher Kontakt jeder der Schalter S1 bis S6 führt zu einem benachbarten Paar von Kreuz-Korrelatoren einer Gruppe, die insgesamt fünf Kreuz-Korrelatoren C1 bis C5 enthält. Jeder dieser Kreuz-Korrelatoren besteht aus einer Verzögerungsleitung und einem Multiplizierer entsprechend den Verzögerungsleitungen D1 bis DjJ und den Multiplizierern 7, 11 und 15 der Fig. 1. Am Ausgang eines jeden der Kreuz-Korrelatoren C1 bis C5 liegt ein zugehöriger Betriebsarten - Steuerschalter MCS1, MCS2, MCS3, MCS4 oder MCS5.
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Die Betriebsarten-Steuerschalter MCS1 bis MCS5 koppeln die Kreuz-Korrelatoren C^J bis C5 mit binären Addiererkreisen 41, 42, 43 und 44. Die Ausgänge der Addierer 41, 44 und 42 sind mit entsprechenden sechzehn Bit-Addiererkreisen verbunden. An jeden der sechzehn Addiererkreise schließt sich ein Korrelationsspeicher an, der dem Speicher 23 der Fig. 1 entspricht. Die Ausgänge der Korrelationsspeicher führen dann zu einem nicht dargestellten Mikrocomputer.
Die Schaltungsanordnung gem. Fig. 4 arbeitet genauso wie die der Fig. 1, indem sie die Eingangssignale von den empfangsseitigen Übertragern erfaßt, aus ihnen Proben entnimmt und den Kreuz-Korrelatoren C1 bis C5 zuführt, um dann die Ausgänge der Kreuz-Korrelatoren in den Addiererkreisen 41 bis 45 zu kombinieren, damit dann die kombinierten Korrelationskurven erzeugt werden können.
Bei der Anordnung gemäß Fig. 4 können jedoch die Schalter S1 bis S6 so betätigt werden, daß ein Signal aus einem beliebigen empfangsseitigen Übertrager mit dem Signal aus irgendeinem anderen empfangsseitigen Übertrager kreuz-korr«?liert oder auch mit sich selbst auto-korie liert wird. Dieses führt dazu^ daß man vorwärts oder rückwärts gerichtete Relativgeschwindigkeiten messen kann, wobei sich der Bereich der relativen Geschwindigkeitsmessung ausdehnen läßt, indem man bei höheren Geschwindigkeiten die Kreuz-Korrelation zwischen empfangsseitigen
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Übertragern vornimmt, die einen größeren Abstand voneinander haben. Die Betriebsarten-Steuerschalter MCS1 bis MCS5 legen durch ihre entsprechende Betätigung fest, wie die einzelnen Gruppen von Korrelationsdaten mit den Addiererkreisen 41 bis 44 zusammenaddiert werden. Die Verwendung dieser unterschiedlichen Betriebsarten ist von besonderem Vorteil, wenn es sich darum handelt, die Strömung in tiefen Kanälen oder Flüssen zu messen, oder wenn es sich darum handelt, Relativgeschwindigkeiten zwischen Übertragern und Oberflächen zu messen.
Die Anordnung gemäß Fig. 4 kann auch so betätigt werden, daß die Kreuz-Korrelations-Daten der verschiedenen Übertrager in verschiedenen Speichern gespeichert werden, wobei die gespeicherten Daten zusammenaddiert und unabhängig voneinander oder in gewünschter Weise kombiniert werden, so daß man einzelne oder aufeinander bezogene Geschwindigkeiten messen kann. Beispielsweise lassen sich mit Übertragern an einem Schiff in einem fließenden Strom gewonnene Messungen dazu verwenden, um die Geschwindigkeit des Schiffes gegenüber dem Wasser und gegenüber dem Flußbett unabhängig zu messen.
Als Beispiel sei erwähnt, daß bei einer Betriebsart der Anordnung gemäß Fig.4 die Eingangskanäle A bis F mit Übertragern verbunden sind, die mit gegenseitigem Abstand entlang eines Rohrabschnittes angeordnet sind. In diesem Falle befinden sich die Schalter S1 bis S6 in den in Fig. 4 dargestellten
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Schaltstellungen und es sind sämtliche Betriebsarten-Steuerschalter MCS1 bis MCS5 eingeschaltet. Das kombinierte Kreuz-Korrelations-Datum ergibt sich dann als A xB + BxC + CxD + DxE + ExF, wobei unter AxB verstanden werden soll A kreuz-korrsliert mit B,
Gemäß einem zweiten Beispiel liegen die mit den Kanälen A und D verbundenen Übertrager bezüglich der Flußrichtung an der gleichen Stelle, genauso wie dies auch gilt für die mit den Kanälen B und E bzw. den mit den Kanälen C und F verbundenen Übertrager. Die Betriebsarten-Steuerschalter MCS1, MCS2, MCS4 und MCS5 sind angeschaltet. Hierbei ergibt sich das kombinierte Kreuz-Korrelations-Datum als AxB + BxC + DxE + ExF.
Schließlich sei noch erwähnt, daß, sofern die Übertrager für die Kanäle A, C und E an einer Stelle und die Übertrager für die Kanäle B, D und F an einer anderen Stelle liegen und die Betriebsarten-Steuerschalter MCS1, MCS3 und MCS5 eingeschaltet sind, das Kreuz-Korrelations-Datum lautet AxB+CxD+ExF.
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Claims (20)

Patentansprüche
1.J Vorrichtung zum Messen der Geschwindigkeit einer Relativbewegung zwischen einem ersten Körper und einem zweiten Körper bzw. einem Strömungsmittel, gekennzeichnet durch mindestens zwei im Betrieb am ersten Körper angebrachte Detektoren zur Erfassung von Störsignalen, welche von Unregelmäßigkeiten im Strömungsmittel oder am zweiten Körper herrühren; den Detektoren zugeordnete Korrelatoren, welche mittels der durch die Detektoren erfaßten Störsignale Daten für mindestens zwei Kreuz-Korrelations- oder Auto-Krrelations-Kurven erzeugen, und eine Kombinationsschaltung, die mit den von den Korrelatoren erzeugten Daten eine kombinierte Kreuz-Kcrrelations- oder Auto-Krrelations-Kurve bilden, aus der sich die Geschwindigkeit der Relativbewegung errechnen läßt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mindestens zwei Paare von zusammengehörigen Detektoren, die im Betrieb innerhalb eines jeden Paares an Orten angebracht sind, die parallel zur Relativbewegungsrichtung einen Abstand voneinander haben, wobei den entsprechenden Detektorenpaaren Kreuz-Korrelatoren zugeordnet sind, welche aus den vom zugehörigen Detektorpaar erzeugten Störsignalen Daten zur Bildung einer Kreuz-Korrelations-Kurve liefern.
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3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dafj die zwei Detektoren eines jeden Detektorpaares parallel zur Relativ- bewegungsrichtung einen Abstand voneinander haben, der im wesentlichen gleich dem Abstand der Detektoren in den anderen Detektorenpaaren ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß keiner der Detektoren bezogen auf die Meßrichtung am gleichen Ort wie ein anderer Detektor liegt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
η Detektoren vorgesehen sind, welche in der Meßrichtung auseinanderliegen und n-1 Paare von zusammengehörigen Detektoren bilden.
6. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Detektor eines jeden Paares an einem ersten Ort entlang der Meßstrecke und ein zweiter Detektor eines jeden Paares an einem vom ersten Ort in Meßrichtung abgelegenen zweiten Ort angeordnet ist, wobei jeder Detektor Störungen erfaßt, die von den vom anderen Detektor am gleichen Ort erfaßten Störungen verschieden sind.
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7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrelatoren Auto-Korrelatoren sind, welche aus den von jedem Detektor erfaßten Störsignalen Daten zur Erzeugung einer Auto-Krrelations-Kurve bilden.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrelations-Vorrichtung einen einzigen Korrelator enthält und eine Schaltvorrichtung vorgesehen ist, welche die Ausgänge der Detektoren dem Korrelator der Reihe nach zuführt. *
9. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Schaltvorrichtung,mit der selektiv jeder einzelne Detektor mit einer Mehrzahl von Korrelatoren verbunden werden kann,und eine weitere Umsehaltvorrichtung zur selektiven Kombination der Daten eines beliebigen Korrelators mit den von beliebigen anderen Korrelatoren erzeugten Daten.
. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 9, gekennzeichnet durch einen Zwischenspeicher für die Daten am Ausgang des Daten-Kombinations-Kreises.
11. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 10, gekennzeichnet durch einen Mikroprozessor, welcher mit der Kombinationsschaltung verbunden und so ausgelegt ist, daß er in die aufgetragenen Daten der Kombinationsschaltung eine mathematische Kreuz-Korrelations- oder Auto-Korrelations-Kurve einpaßt.
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12. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoren wahlweise Infrarot-Detektoren, piezoelektrische Detektoren, Heißdraht-Anemometer, kapazitive Detektoren oder optische Detektoren sind, welche Störsignale aufnehmen können, die in einem Strömungsmittel durch thermische Änderungen, Druckänderungen, Turbulenz, elektrostatische Eigenschaftsänderungen oder Inhomogenitäten des Strömungsmittels entstehen.
13. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 11 zur Verwendung bei elektrisch leitenden Strömungsmitteln, gekennzeichnet durch einen auf das Strömungsmittel einwirkenden Magnetfelderzeuger in Verbindung mit einer Detektorelektrode, die eine im Strömungsmittel entstehende Spannung erfaßt.
14. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 11 zur Verwendung bei magnetisierbaren Strömungsmitteln, gekennzeichnet durch einen auf das Strömungsmittel einwirkenden Magnetfelderzeuger in Verbindung mit einer Hall-Effekt-Sonde oder einem induktiven Sensor, welche eine im Strömungsmittel entstehende Spannung erfassen.
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15. Vorrichtung nach Anspruch 1 Ms 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoren abgestimmte Oszillatoren sind, deren Abstimmung durch die Nähe von Metall gestört wird.
16. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoren mit Sendern für Ultraschall-, elektromagnetische oder Nuklear-Strahlung zusammenarbeiten und durch Störungen modulierte Signale vom zugeordneten Sender empfangen, nachdem diese das Strömungsmittel durchquert haben oder vom zweiten Körper oder dem Strömungsmittel reflektiert wurden.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Sender mit sichtbarer Strahlung , unsichtbarer Strahlung, Laser-Strahlung, gepulster Laserstrahlung oder auch elektromagnetischer Radar-Strahlung arbeiten.
18. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 11, gekennzeichnet durch eine Anordnung zum Erzeugen von Unregelmäßigkeiten oder Störstellen im Strömungsmittel oder am zweiten Körper in Verbindung mit Detektoren, die diese Störstellen erfassen.
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19. Verfahren zum Messen der Geschwindigkeit einer Relativbewegung zwischen einem ersten Körper und einem zv/eiten Körper bzw. einem Strömungsmittel, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens an zwei Stellen des ersten Körpers von Störungen oder Unregelmäßigkeiten im Strömungsmittel oder am zweiten Körper herrührende Störsignale erfaßt und mit ihnen für eine Kreuz-Korrelations- oder AutoKorrelat ions-Kurve Daten erzeugt werden, die dann kombiniert als kombinierte Kreuz-Korrelations- oder Auto-Korrelations-Kurve die Möglichkeit geben, die Geschwindigkeit der Relativbewegung zu errechnen.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Störsignale neben Orten des ersten Körpers, welche mit Abstand parallel zur Relativbewegung liegen, erfaßt werden, daß dann aus den an mindestens zwei Paaren von zusammengehörigen Orten erfaßten Störsignalen Daten für die Erzeugung einer Kreuz-Korrelations -Kurve gewonnen werden und dann die gewonnenen Daten zu einer kombinierten Kreuz-Korrelations-Kurve kombiniert werden, aus deren Scheitelwert sich die Geschwindigkeit errechnen läßt.
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DE19782856032 1978-01-03 1978-12-23 Vorrichtung und verfahren zum messen der geschwindigkeit einer relativbewegung zwischen einem ersten koerper und einem zweiten koerper bzw. einem stroemungsmittel Granted DE2856032A1 (de)

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