DE3609957A1

DE3609957A1 - Verfahren und vorrichtung zur prozesskalibrierung faseroptischer sensoren in mehrphasensystemen

Info

Publication number: DE3609957A1
Application number: DE19863609957
Authority: DE
Inventors: Andreas Dr.-Ing. O-6850 Lobenstein Geisenheiner; Alfred Dr.-Ing. O-9200 Freiberg Hoffmann; Dieter Dr.sc.nat. O-5300 Weimar Petrak; Martin O-6850 Lobenstein Wyrwich
Original assignee: Bergakademie Freiberg
Current assignee: Bergakademie Freiberg
Priority date: 1985-04-25
Filing date: 1986-03-25
Publication date: 1986-10-30
Also published as: CH671104A5; HUT41123A; DD236595A1; HU195334B

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Prozeßkalibrierung faseropti-
scher Sensoren in Mehrphasensystemen.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Prozeßkalibrierung faseroptischer Sensoren, die in Mehrphasensystemen zur Messung der Teilchenkonzentration, Teilchengeschwindigkeit und Teilchengröße anwendbar ist.
Direkte Messungen an der dispersen Phase in Mehrphasensystemen, wie die Messung der Teilchenkonzentration, Teilchengeschwindigkeit und Teilchengröße auf einheitlicher physikalischer Basis mittels faseroptischer Sensoren, sind erst in jüngster Zeit durch Patentanmeldungen (z.B. DD-WP 160 200, DD-WP 145 874, DD-WP 142 606 u.a.) und die ihnen zugrundeliegenden theoretischen und experimentellen Arbeiten verbreitet worden. In diesem Zusammenhang ist auch eine "Vorrichtung zum Eichen faseroptischer Meßtechnik" (DD-WP 219 286) entwickelt worden, mit deren Hilfe die faseroptische Meßtechnik zeitweilig und außerhalb des Mehrphasensystems auf ihre Meßgenauigkeit überprüft werden kann. Für die sichere kontinuierliche Überwachung und Steuerung von Prozessen in Mehrphasensystemen mittels faseroptischer Sensoren ist diese Vorrichtung nicht geeignet. Andere bekannte Vorrichtungen zum Eichen von meßtechnischen Einrichtungen sind an die jeweilige Meßmethode gebunden. Aus der Zusammenstellung dieser Methoden, z.B. Freiberger Forschungsheft A 608, 1980, lassen sich keine Hinweise für eine modifizierte Anwendung bei der faseroptischen Meßtechnik ableiten. Es sind auch keine Vorrichtungen und Verfahren bekannt, die bei der unvermeidbaren Verschmutzung der Sensoren innerhalb des Mehrphasensystems eine Kalibrierung gewährleisten, d. h. über längere Betriebszeiträume das anstehende Meßsignal mit gleichbleibender Genauigkeit liefern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu entwickeln, mit denen faseroptische Sensoren innerhalb des Mehrphasensystems während des technologischen Prozesses kalibriert werden können, d.h. durch Verschmutzungen bedingte Empfindlichkeitsminderungen zu beseitigen bzw. auszugleichen, um die sichere Überwachung und Steuerung von Prozessen mit Mehrphasensystemen mittels faseroptischer Sensoren bei vertretbarem technischen und ökonomischen Aufwand zu ermöglichen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß mit einer an den Sensoren angebrachten Vorrichtung mehrere Verfahrensschritte realisiert werden, die in Summe der Prozeßkalibrierung der Sensoren entsprechen. Der erste Verfahrensschritt besteht darin, daß die optischen Wirkungsflächen der Sensoren von anhaftenden Partikeln des Mehrphasensystems befreit werden. Danach werden die Sensoren derart verschoben, daß sich der Meßspalt Null ergibt. In einem weiteren Verfahrensschritt wird das zur Ausleuchtung des Meßvolumens erforderliche Licht in seiner Intensität geschwächt und mit einer Frequenz gepulst. Danach werden die so entstehenden Kalibriersignale hinsichtlich ihrer Amplitude und Frequenz gemessen und mit einem charakteristischen Eichwert des Mehrphasensystems verglichen. Im nächsten Verfahrensschritt wird bei Übereinstimmung der Meßspalt auf den ursprünglichen Wert eingestellt und zum Meßregime umgeschaltet. Bei Nichtübereinstimmung wird der Reinigungsvorgang wiederholt bzw. das Kalibriersignal durch elektronische und/oder optische Verstärkung der Impulse auf den erforderlichen Wert gebracht. Die Reinigung der optischen Wirkungsflächen der Sensoren kann auf verschiedene Art und Weise vorgenommen werden. So kann ein Reinigungskeil mit Hilfe eines Senk- und Hubmechanismus in den Meßspalt eingeführt werden. Ein Spreizmechanismus würde in diesem Falle die optischen Wirkungsflächen anschließend verschieben und damit den Meßspalt zeitweilig auf Null einstellen. Auf Reinigungskeil und Spreizmechanismus kann verzichtet werden, wenn die optischen Wirkungsflächen durch axiale Verschiebung und Rotation eines Sensors bewegt werden.
Die Rotation beim Meßspalt Null bewirkt dann die Schmutzablösung. An Stelle des Spreizmechanismus sind ein Senk- und Hubmechanismus sowie ein Drehmechanismus für einen der Sensoren erforderlich.
Wie das Verfahren im einzelnen angewendet und wie die zu seiner Durchführung benötigte Vorrichtung beschaffen sein kann ergibt sich aus den nachfolgenden Beispielen.
Beispiel 1 In der zugehörigen Zeichnung zeigt Figur 1: Ein Blockschaltbild für das Verfahren mit Einzelheiten der Kalibriervorrichtung einschließlich Reinigungskeil. Durch das Steuerteil 12 wird der Senk- und Hubmechanismus 6 für den Reinigungskeil 5 ausgelöst. Dieser Reinigungskeil 5 wird in den Meßspalt 4 eingeführt und reinigt dabei die optischen Wirkungsflächen 3 von anhaftenden Partikeln des Mehrphasensystems. Nach dem Wiederausfahren des Reinigungskeils 5 aus dem Meßspalt 4 wird vom Steuerteil 12 ein Impuls für den Spreizmechanismus 7 ausgelöst, der die Sensoren 1 und 2 derart verschiebt, daß der Meßspalt 4 gleich Null wird. Vom Steuerteil 12 gelangt ein Auslöseimpuls an den Impulsgenerator 10 und von dort an die Beleuchtungsquelle 9. Er bewirkt die Abschwächung der Lichtintensität, aber auch die Pulsation dieses Lichtes mit wählbarer Frequenz. Während dieses pulsierende Licht über den Sensor für die Beleuchtung 1 eintritt, gelangt es über den Sensor für das Signal 2 und den optoelektronischen Signalwandler 8 als Kalibriersignal zum Vergleichsverstärker 11, in dem der Vergleich der Signale nach Amplitude und Frequenz mit einem charakteristischen Eichwert des Mehrphasensystems vorgenommen wird. Bei Übereinstimmung wird über das Steuerteil 12 der Spreizmechanismus 7 zum Öffnen des Meßspaltes 4 ausgelöst. Bei Nichtübereinstimmung des Kalibriersignals mit dem Eichwert wird der Reinigungsvorgang wiederholt bzw. die elektronische Signalverstärkung im Vergleichsverstärker vorgenommen. Über den Schalter 13 wird dann zum Meßregime mittels Zähler 15 übergegangen.
Beispiel 2 In der zugehörigen Zeichnung zeigt Figur 2: Ein Blockschaltbild für das Verfahren mit Einzelheiten der Kalibriervorrichtung ohne Reinigungskeil.
Das Steuerteil 12 startet den Senk- und Hubmechanismus 16 für den Sensor 1. Dieser bewegt sich abwärts und läßt den Meßspalt 4 zu Null werden. Dann wird ein Drehmechanismus 17 ausgelöst, der den Sensor 1 in eine Rotationsbewegung um seine Achse versetzt. Dadurch reiben und gleiten die optischen Wirkungsflächen 3 aneinander und werden so von anhaftenden Partikeln des Mehrphasensystems befreit. Das weitere Verfahren zur Kalibrierung vollzieht sich dann in den gleichen Verfahrensschritten, die im Beispiel 1 nach Figur 1 beschrieben sind.
Zusammenstellung der verwendeten Bezugszeichen 1 Sensor 2 Sensor 3 Optische Wirkungsflächen 4 Meßspalt 5 Reinigungskeil 6 Senk- und Hubmechanismus für den Reinigungskeil 7 Spreizmechanismus 8 Optoelektronischer Signalwandler 9 Beleuchtungsquelle 10 Impulsgenerator 11 Vergleichsverstärker 12 Steuerteil 13 Schalter 14 Signalanalyse und -darstellung 15 Zähler 16 Senk- und Hubmechanismus für den Sensor 1 17 Drehmechanismus für den Sensor 1

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zur Prozeßkalibrierung faseroptischer Sensoren in Mehrphasensystemen, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei oder beliebig vielen Meßvorgängen die optischen Wirkungsflächen (3) der Sensoren (1) und (2) gereinigt, danach derart verschoben werden, daß der Meßspalt (4) Null ist, danach das zur Ausleuchtung des Meßvolumens erforderliche Licht einer Beleuchtungsquelle (9) in seiner Intensität geschwächt und mit einer Frequenz mittels Impulsgenerator (10) gepulst wird und die so entstehenden Kalibriersignale hinsichtlich ihrer Amplitude und Frequenz in einem Vergleichsverstärker (11) gemessen und mit einem charakteristischen Eichwert des Mehrphasensystems verglichen werden, bei Obereinstimmung zum Meßregime umgeschaltet, bei Nichtübereinstimmung der Reinigungsvorgang wiederholt, bzw.

die elektronische und/oder optische Verstärkung des Kalibriersignales vorgenommen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Reinigen ein Reinigungskeil (5) über einen Senk- und Hubmechanismus (6) in den Meßspalt (4) ein- und ausgeführt und mit einem Spreizmechanismus (7) der Meßspalt (4) zeitweilig auf den Wert Null eingestellt wird oder die optischen Wirkungsflächen (3) durch axiale Verschiebung und Rotation des Sensors (1) mittels Senk- und Hubmechanismus (16) bzw.

Drehmechanismus (17) gereinigt und für die Kalibrierung vorbereitet werden.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren (1) und (2), die über einem Meßspalt (4) fluchtend einen mit einem außerhalb des Mehrphasensystems befindlichen Senk- und Hubmechanismus (6) verbundenen Reinigungskeil (5) aufweisen, mit einem Spreizmechanismus (7) mechanisch gekoppelt oder daß im Mehrphasensystem der mit einem Senk- und Hubmecha- nismus (16) sowie einem Drehmechanismus (17) direkt verbundene Sensor (1) und der Sensor (2) mit den jeweiligen optischen Wirkungsflächen (3) gegenüberliegend angeordnet und außerhalb des Mehrphasensystems mit einem optoelektronischen Signalwandler (8), einer Beleuchtungsquelle (9) und nachgeschalteten Einheiten verbunden sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die nachgeschalteten Einheiten aus einem Impulsgenerator (10), einem Vergleichsverstärker (11), einem Steuerteil (12), einem Schalter (13), einer Signalanalyse und -darstellung (14) und einem Zähler (15) bestehen.