FI95751C - Menetelmä veden eri faasien tunnistamiseksi ja menetelmässä käytettäväanturijärjestely - Google Patents

Description

95751

Menetelmä veden eri faasien tunnistamiseksi ja menetelmässä käytettävä anturijärjestely

Keksinnön kohteena on menetelmä veden eri faasien 5 tunnistamiseksi rakenteen pinnalta, jolle on sijoitettu anturiosa, joka on valmistettu akustista värähtelyä välittävästä materiaalista, jolloin anturiosa on päistään yhdistetty lähetin-vastaanotinyhdistelmään.

10 Keksinnön kohteena on lisäksi anturijärjestely veden eri faasien tunnistamiseksi rakenteen pinnalta, jolle anturijärjestelyn ainakin anturiosa on sijoitettu, jolloin anturijärjestely käsittää: 15 - ainakin yhden, pitkänomaisen, akustista värähtelyä välittävästä materiaalista valmistetun anturiosan, ja anturiosan päihin kytketyn lähetin-vastaanotinyhdis-20 telmän, akustisen värähtelyn, sopivimmin ultraääni- alueella vaikuttavan värähtelyn lähettämiseksi anturiosaan ja lähetetyn värähtelyn vasteen vastaanottamiseksi.

25 Alalla vallitsevan tekniikan tason suhteen viitataan julkaisuun GB-1117664. Tästä julkaisusta tunnetulla ratkaisulla ei pystytä kuitenkaan luotettavasti kaikissa, erityisesti vaativissa olosuhteissa tunnistamaan erityisesti jään muodostumista ko. rakenteen 30 pinnalle, jolle anturijär jestely on sijoitettu.

Varsinkin veden eri faasien erottaminen toisistaan on mahdotonta. Samoin erityisesti paikallisesti anturijärjestelyn sijoitusalueella tapahtuneen faasimuutoksen paikantaminen ei ole mahdollista.

Keksinnön tarkoituksena on esittää menetelmä, jolla voidaan saada aikaan erittäin tarkka veden eri faasien tunnistus väliaineesta, esim. ilmakehästä tai vedestä, 35 2 95751 johon anturijär jestely on sijoitettu, anturi järjestelyn mittausalueella, paikallisesti tapahtuneen faasimuutoksen toteaminen sekä anturijärjestelyn toimintakunnon jatkuva tarkistusmahdollisuus. Näiden tarkoitusten 5 saavuttamiseksi keksinnön mukaiselle menetelmälle on pääasiassa tunnusomaista se, että lähetetään vuorotellen akustista värähtelyä anturi-osaan lähetin-vastaanotinyhdistelmällä senmolemmis-10 ta päistä, ja vastaanotetaan molemmista anturiosan päistä akustisen värähtelyn vaste.

15 Keksinnön tarkoituksena on lisäksi esittää anturijär- jestely, jolle on pääasiassa tunnusomaista se, että lähetin-vastaanotinyhdistelmä on järjestetty lähettämään värähtelyä ja vastaanottamaan lähetetyn värähtelyn vasteen anturiosan molemmista päistä.

20

Menetelmällä ja anturi järjestelyllä suoritettava mittaus perustuu siis anturiosaan synnytetyn värähtelyn vaimenemisen mittaamiseen, värähtelyn läpäistessä anturiosan mittausalueella sijaitsevan veden eri 25 faasimuotoja. Synnytettävän värähtelyn jaksoluku on edullisesti korvan kuuloalueen ulkopuolella oleva ultraääni. Värähtely lähetetään edullisesti lähetin-vastaanotinyhdistelmästä pulssimuotoisena tai pulssi-purskeen muotoisena. Tämän värähtelyn amplitudi 30 pienenee mikäli anturijärjestelyn mittausalueella vesi alkaa hyhmettymisen kautta jäätyä. Mittaustulok-sena saatu lähetetyn värähtelyn vaste voidaan skaalata esim. niin, että mittausalueella olevan veden antama mittaustulos on lukuarvona suuruusluokkaa n. 1,0, 35 hyhmän n. 0,6 ja jään n. 0,2-0,0. Kun anturiosaan lähetetään keksinnön mukaisesti värähtelyä molempiin suuntiin ja vastaanotetaan sitä molemmista suunnista, voidaan esim. paikallinen faasimuutos todentaa tarkasti

II

3 95751 anturijärjestelyn mittausalueella. Tällöin paikallisen faasimuutoksen etureuna (se reuna, johon lähetin-vastaanotinyhdistelmästä ko. lähetyssuunnassa lähetetty värähtely osuu) näyttää lähetetyn värähtelyn suuntaan 5 nähden vastakkaissuuntaisen, ensimmäisen vasteen (paluukaiun) anturiosaa pitkin takaisin lähetin-vastaanotinyhdistelmään. Tapahtumaan kulunut aika voidaan mitata ja se kerrottuna pulssin, esim. 5000 m/s kulkunopeudella antaa tulokseksi värähtelyn 10 kulkeman edestakaisen matkan. Toisaalta paikallinen faasimuutos lukitsee anturiosan rakenteeseen joko suoraan tai keksinnön erään sovellusmuodon mukaisen tukialustan välityksellä, jolloin faasimuutoksen kohdalla värähtely siirtyy rakenteeseen, jonka pintaa 15 tarkkaillaan. Tällöin anturiosan värähtelyn lähetys- päähän nähden vastakkaisesta päästä voidaan vastaanottaa toinen värähtelyn vaste. Tällöin käytetty aika värähtelyn lähettämisen ja värähtelyn jomman kumman tai molempien vasteiden vastaanottamisen välillä on 20 lyhyempi kuin se aika, joka vaaditaan normaalissa tilanteessa anturiosan läpäisemiseen. Edellä esitetyt mittaukset voidaan suorittaa anturiosan molemmista päistä tietyin väliajoin vastakkaissuuntaisina automaattisina pulsseina tai pulssipurskeina. Edellä 25 esitetyllä tavalla saadaan luotettavasti selville veden faasimuutoksen alkaminen ja paikan määrittely tapahtuu siis värähtelyn lähettämisajankohdan ja sen vasteen vastaanottamisen välillä kuluvan ajan perusteella. Värähtelyn taajuus on yli 20 kHz - 300 kHz.

30 Tärkeää on valita värähtelyn taajuus siten, että toimitaan alueella, joka ylittää rakenteessa 1 esiin-.· tyvät ominaisvärähtelytaajuudet.

Erityisesti siinä tapauksessa, että anturijärjestelyn 35 anturiosa vaurioituu siten, että se katkeaa, värähtely ei läpäise anturiosaa ja siten ainoa saatava vaste on katkeamiskohdasta anturiosan lähetyspäähän palautuva lähetetyn värähtelyn vaste, joka on olennaisesti 95751 4 säilyttänyt amplitudinsa. Keksinnön mukaisella menetelmällä ja anturijärjestelyllä pystytään paikallistamaan ja myös varmistamaan molempiin suuntiin anturiosassa tehtävin tarkistuksin katkeamiskohta mittaamalla 5 värähtelyn lähtö- ja paluuajan välinen ero anturiosan molemmista päistä, kun tunnetaan värähtelyn etenemisnopeus .

Oheisissa epäitsenäisissä patenttivaatimuksissa on 10 lisäksi esitetty eräitä keksinnön mukaisen menetelmän ja anturiosan edullisia sovellusmuotoja.

Keksintöä havainnollistetaan lähemmin seuraavassa selityksessä, jossa viitataan oheisiin piirustuksiin.

15 Piirustuksissa kuva 1 esittää kaaviollisesti yleiskuvaa kokonais järjestelmästä, jossa anturijärjestelyä käytetään, 20 kuva 2 esittää anturi järjestelyn ensimmäistä sovellusmuotoa kahtena vaihtoehtona sijoitettuna siiven tai roottorin pinnalle, 25 kuva 3 esittää kaaviollisesti anturijärjestelyn toista sovellusmuotoa, jossa anturiosa on esiasennettu pitkänomaisen muotokappaleen muotoiselle tukialustalle, joka on kiinnitetty rakenteeseen, jonka pinnalta tunnis-30 tetaan veden eri faaseja, jolloin osakuvas sa 3a on esitetty ko. sovellusmuodon poikkileikkausta suuremmassa mittakaavassa, kuva 4 esittää perspektiivikuvantona kaaviollises- 35 ti keksinnön mukaisen anturijärjestelyn kolmatta sovellusmuotoa, * 95751 kuva 5 esittää perspektiivikuvantona kaaviollises- ti keksinnön mukaisen anturijärjestelyn neljättä sovellusmuotoa, 5 kuva 6 esittää kaaviollisena perspektiivikuvantona keksinnön mukaisen anturijärjestelyn viidettä sovellusmuotoa, 10 kuva 7 esittää poikkileikkauskuvaa eräästä läpivientijärjestelyn sovellusmuodosta, kuva 8 esittää kaaviollisesti perspektiivikuvan tona osaa vaihtoehtoisesta toteutuksesta 15 koskien kuvan 3 mukaista toista sovellus- muotoa , kuva 9 esittää useamman anturijärjestelyn sovel- lusmuodon yhteiskäyttöä laivan yhteydessä, 20 kuva 10 esittää eräiden edellä mainittujen sovel-lusmuotojen mukaisten anturijärjestelyjen yhte i skäyttöä, j a 25 kuva 11 esittää anturijär jestelyn erästä sovellus- . muotoa kaaviollisesti tien pinnan olosuh teiden mittausjärjestelyssä.

Kuvassa 1 on esitetty yleiskuva kokonaisjärjestelmästä, 30 jossa yhtä tai useampaa keksinnön mukaista anturijär-jestelyä voidaan soveltaa veden eri faasien tunnis-tamiseksi. Kuvassa 1 on viitenumerolla 1 yleisesti esitetty rakennetta - pinta- tai tukirakennetta - jonka päälle anturijärjestelyn lankamainen tai nauhamainen 35 anturiosa 2 on sijoitettu. Kun rakenteen l pinnalla esiintyy vettä tai sen eri faaseja, voidaan anturijärjestelyllä tunnistaa veden kyseessä oleva faasi.

6 95751

Anturijärjestelyn erittelykyky veden faasien suhteen säilyy, vaikka veteen olisikin sekoitettu eri tyyppisiä kemikaaleja, kuten glykolia tai suolaa jne. Anturiosa 2 on yhdistetty lähetin-vastaanotinyhdistelmään 3.

5 Kuten kuvasta 1 on nähtävissä, anturiosa 2 on järjestetty lenkkimäiseksi, jolloin lähetin-vastaanotinyhdis-telmä 3 on yhtenäinen yksikkö, johon anturiosan 2 molemmat päät 6, 7 on kiinnitetty. Lenkkimäinen anturiosa 2 on edullisesti jo useimmissa sovellus-10 muodoissa monipuolisten toimintojen varmistamiseksi sijoitettu tarkoituksen mukaisesti rakenteeseen 1 siten, että anturiosan 2 lenkkimuoto on ainakin osalla anturiosan 2 pituutta yhdensuuntaisosa 2a, jossa olevat anturiosan 2 vyöhykkeet ovat olennaisesti 15 yhdensuuntaisina välimatkan päässä toisistaan, jolloin esim. jäätymistapahtuma "sulkee" anturiosan lenkkimuo-don yhdistämällä vyöhykkeet esim. kuvan 1 kohdassa

Ji· 20 Lähetin-vastaanotinyhdistelmä 3 toimii paikallisohjaus- yksikkönä, joka on sähköisesti (linja 4a) yhteydessä keskusohjausyksikköön 4, joka puolestaan on tarkkailu-laitteen, kuten näyttölaitteen 5 kanssa sähköisessä yhteydessä (linja 5a). Esimerkiksi näyttölaitteen 5 25 visuaalisesti antamien tietojen perusteella voidaan rakenteeseen 1 kohdistaa toimenpiteitä, esim. sulatusta tai jäätymisen estämistä joko nestesuihkutuksena (glykoli, suola jne) tai sähköisesti lämmittämällä. Toimenpiteet T voidaan suorittaa joko manuaalisesti 30 tai ne voidaan automatisoida osaksi keskusyksiköllä ohjattavaa kokonaisjärjestelmää (linja ^ toimenpide-' yksikköön TY).

Jos anturiosan 2 kohtaan J syntyy paikallinen jäänmuo-35 dostuma, toimii keksinnön mukainen anturijärjestely seuraavasti. Lähetin-vastaanotinyhdistelmä 3 lähettää ensimmäisessä suunnassa (esim. vastapäivään) anturiosan läpi värähtelyä pulssimaisena tai pulssipurskeena.

Il 7 95751 Lähetyssuunta on esitetty kuvassa l nuolella V1.

Tällöin lähetin-vastaanotinyhdistelmä 3 vastaanottaa värähtelyn V, vasteen anturiosan 2 ensimmäisestä päästä 6 (värähtelyn V, lähetyspää). Tämä vaste W1 5 heijastuu jäämuodostuman J ensimmäisestä etureunasta J.,. Toisaalta ensimmäisestä päästä 6 lähetetty värähtely V, heijastuu myös rakenteeseen 1 (tai tukialustaan vrt. kuvat 3 ja 7), jolloin se jäämuodostuman J ohitettuaan siirtyy osittain takaisin anturiosaan 2, 10 jolloin anturiosan toisesta päästä 7 vastaanotetaan toinen vaste W2. Vastaava toiminta suoritetaan myös siten, että värähtely lähetetään anturiosan toisesta päästä värähtelynä V2, jolloin vastaavasti saadaan nuolin W3 ja W4 vastaanotetut värähtelyn V2 vasteet, 15 joilla voidaan määrittää jäämuodostuman toinen reuna

J2. Lähetin-vastaanotinyhdistelmä välittää edellä mainitut mittaussignaalit keskusohjausyksikköön, jossa on laskentaohjelmisto syntyneen jäämuodostuman J havaitsemiseksi ja paikallistamiseksi anturiosan 2 20 mittausalueella laskennallisesti. Jäämuodostuma J

pystytään siis alueellisesti paikantamaan hyvin tarkasti sen reunoista J, ja J2 saatujen sijaintitietojen perusteella. Kyseisestä jäämuodostumasta J tulee tieto näyttölaitteelle ja mahdollisesti käynnis-25 tetään joko manuaaliset tai automaattiset toimenpiteet •V T jäämuodostuman havaitsemisen johdosta.

Menetelmän edellä esitetty sovellusmuoto perustuu siis seuraaviin vaiheisiin: 30 A) lähetetään akustista värähtelyä V, anturiosaan 2 lähetin-vastaanotinyhdistelmällä 3 anturiosan 2 ensimmäisestä päästä 6, jolloin 35 B) vastaanotetaan lähetin-vastaanotinyhdistelmällä 3 anturiosan 2 mittausalueelta mahdollisesti takaisin-heijastuva ensimmäisestä päästä 6 lähetetyn 8 95751 akustisen värähtelyn V, ensimmäinen vasten W, mainitussa anturiosan 2 ensimmäisessä päässä 6, jolloin ensimmäinen vaste ilmaisee mittausalueella olevan veden faasimuutoksen olemassaoloa, jolloin 5 C) vastaanotetaan lähetin-vastaanotinyhdistelmän 3 anturiosan 2 toisessa päässä 7 ensimmäisestä päästä lähetetyn akustisen värähtelyn V, toinen vaste W2, jolloin 10 D) suoritetaan vaiheet A-C siten, että lähetetään akustista värähtelyä V2 anturiosan 2 toisesta päästä 7, jolloin vastaanotetaan anturiosaan 2 lähetetyn akustisen värähtelyn V2 vasteet W3, W4 15 kohtien B ja C mukaisesti, jolloin E) toistetaan vaiheita A-C tietyin väliajoin vaihtamalla tarvittaessa akustisen värähtelyn V,, V2 lähetyspäätä 6, 7, ja jolloin 20 F) laskennallisesti selvitetään lähetettyjen värähtelyjen V1, V2 ja niiden vasteiden W1, W2; W3, W4 antamien tietojen perusteella veden ko. faasin muoto anturiosan 2 mittausalueella.

25

Kuvassa 2 on esitetty anturijärjestelyn ensimmäinen sovellusmuoto kahtena vaihtoehtona. Ne on sijoitettu rakenteena 1 toimivan lentokoneen siiven tai roottorin, esim. tuulivoimalan roottorin pinnalle. Vasemman- 30 puoleinen vaihtoehto on tarkoitettu sijoittumaan siiven tai roottorin 8 jäätymiselle alttiille pinnalle : 8a ja oikeanpuoleinen vaihtoehto on järjestetty niitä tarpeita varten, joissa anturijärjestely on tarkoitettu mittaamaan myös siiven tai roottorin johtoreunan 35 tilannetta pinnan 8a lisäksi ja siten ylittämään ko. johtoreunan 8b. Anturiosa 2 on molemmissa vaihtoehdoissa muodostettu lenkkimäiseksi ja suoraan rakenteena 1 toimivan siiven tai roottorin pinnalle sijoitettavaksi.

li 9 95751

Lenkkimäisyyden aikaansaamiseksi anturiosa läpäisee (läpiviennit L1, L2, 1¾ ja L4) neljä kertaa rakenteen 1 pinnan, jolloin jokaisen läpäisyn yhteydessä on eristys- ja kiristyslaite, jonka eräs sovellusmuoto 5 on esitetty kuvassa 7 ja jolla anturiosa 2 kiristetään siiven tai roottorin ulkopinnalle. Anturiosa 2 on siis sijoitettu ensimmäiselle pinnalle (ulkopinnalle) , jolloin lähetin-vastaanotinyhdistelmä 3 on sijoitettu rakenteen 1 toisen pinnan puolelle, ulkopin-10 nan alapuolelle. Anturiosan 2 lenkkimäisyys on saatu aikaan siten, että mittaavat anturiosan 2 vyöhykkeet 2a (sopivasti yhdensuuntaisia) on yhdistetty toisiinsa läpivientien 1^ ja Lj välille pinnan 8a alapuolelle sijoittuvalla anturiosan materiaalia olevalla yhdys-15 osalla 2b. Läpivientien L, ja L* jälkeen yhdysosat 2c ja 2d yhdistävät anturiosan lähetin-vastaanotinyhdis-telmään 3.

Lentokoneen siiven tapauksessa anturiosa 2 on edullista 20 sijoittaa siten, että se ylittää polttoainesäiliön rajapinnan, jolloin voidaan tarkkailla pinnalla 8a vallitsevaa tilannetta sekä polttoainesäiliön kohdalla että kohdalla, jossa polttoainetta ei ole pinnan 8a vastakkaisella puolella. Polttoainesäiliön rajapinta 25 on viitteellisesti esitetty kuvassa 2 viitenumerolla 8c.

Kuvassa 3 on esitetty anturijärjestelyn sovellusmuoto, jossa anturiosa 2 on sijoitettu sopivimmin esiasennet-30 tuna ja testattuna tukialustalle 9, jonka välityksellä anturiosa 2 on ainakin osittain kiinnitetty rakenteen : 1 ensimmäiseen pintaan esim. lentokoneen siipeen tai roottoriin. Tukialusta 9 on pitkänomainen, litteä muotokappale, jossa on ensimmäisessä alustapinnassa 35 10 kiinnitys- ja tukielimet 9a anturiosan 2 kiinnit tämiseksi tukialustaan 9. Anturiosan 2 lenkkimuodon 10 95751 aikaansaavat kiinnitys- ja tukielimet on siten järjestetty tukialustan ensimmäiselle pinnalle, että anturi-osan 2 ainakin osalle pituutta muodostuu yhdensuun-taisosa 2a, jossa olevat anturiosan vyöhykkeet ovat 5 yhdensuuntaisina tukialustan kiinnitys- ja tukielinten 9a määrittämän välimatkan päässä toisistaan. Toinen alustapinta 11 on tarkoitettu sijoittumaan rakenteen 1 ensimmäistä pintaa (ulkopintaa) vasten. Läpiviennit L, ja l4 ja yhdysosat 2c ja 2d voidaan järjestää 10 kuvan 2 yhteydessä esitetyllä tavalla. Tukialusta voidaan kiinnittää rakenteeseen esim. ruuvikiinnityk-sellä 12 tai liimauksella. Kuvan 3 mukaista anturijärjestelyä voidaan käyttää siiven tai roottorin ulkopinnassa kuvan 2 mukaisten sovellusmuotojen tavoin.

15 Tällöin tukialusta 9 taivutetaan vastaamaan rakenteen 1 ulkopinnan muotoa esim. ylittämään patopisteen.

Anturiosa 2 ja tukialusta 9 muodostavat rakenteellisesti vahvan kokonaisuuden, jolla voidaan ylittää esimer-20 kiksi siivessä sellaisia kohtia, joihin ei voi kiinnittää ruuveja tai joita ei voi kiinnittää muutoin. (Kokonaisuus asennetaan esikokoonpantuna ja kokeiltuna alustaansa).

25 Erityisesti kuvassa 8 on kuvattu eräs tukialustavaihto-ehto, jolle anturiosa 2 esiasennetaan valmiiksi rakenteeseen l kiinnittämistä varten. Tällöin tukialustan 9 muodostava pitkänomainen muotokappale käsittää sen molemmissa pituussuuntaisissa sivupinnoissa ulokeosia 30 13, jotka ulkonevat tukialustan 9 runko-osasta.

Edelleen tukialusta 9 muodostuu kahdesta päällekkäin : yhteenliitettävästä kappaleesta 9b, 9c. Ulokeosissa 13 on tukialustan 9 pituussuuntaiset urat tai vastaavat, joihin anturiosa 2 sijoittuu. Ulokeosat 13 on 35 sijoitettu välimatkan päähän toisistaan tukialustan 9 pituussuunnassa, jolloin anturiosan 2 pituussuunnassa muodostuu tukialustan sivulle vapaita vyöhykkeitä 13a ulokeosien 13 väliin, jolloin anturiosa 2 ko. kohdassa w 95751 on suoraan ulkoilman kanssa yhteydessä. Muuttamalla alemman tukialustaosan 9c vahvuutta, voidaan saada kontrolloitua anturiosan 2 etäisyyttä rakenteesta 1. Ulokkeisiin 13 voidaan tarvittaessa sijoittaa eristeet 5 anturiosan 2 eristämiseksi tukialustasta 9. Ulokeosat 13 urineen muodostavat esitetyssä sovellusmuodossa mainitut kiinnitys- ja tukielimet 9a anturiosaa 2 varten. Tukialustassa 9 on lisäksi rei'itys 12 ruuvi-kiinnitystä varten.

10

Kuvissa 4 ja 5 on esitetty anturijärjestelyn kaksi muuta sovellusmuotoa, jolloin kuvassa 4 on esitetty tukialusta, joka muodostuu levystä 14 tai vastaavasta, jossa on kiinnityselimet 14a, esim. rei'itys, ruuvi-, 15 niitti- tms. kiinnitystä varten, ja levystä 14 ulkonevasta tankomaisesta rakenteesta 15, jonka ulkopintaa kiertää levyn 14 tai vastaavan läpäisevä, aina tanko-maisen rakenteen 15 yläpäähän asti ulottuva anturiosan 2 ensimmäinen osuus 2'. Toinen osuus 2" on viety 20 tankomaisen rakenteen 15 läpäisevän ja sen pituussuuntaisen sisäaukon 15c läpi lähetin-vastaanotinyhdis-telmään 3. Kuvassa 5 on puolestaan esitetty sovellus-muoto, jossa tankomainen rakenne 15 on U-muoto, jolloin U-muodon haarojen 15a, 15b päätyihin on sijoitettu 25 levyt tai vastaavat 14' ja 14", joista anturijärjestely kiinnitetään rakenteeseen kuvan 4 yhteydessä esitetyllä tavalla. Anturiosa 2 on kierteitetty U-muodon ympäri, jolloin kierteitys alkaa lähetin-vastaanotinyhdis-telmästä 3 tulevan yhdysosan 2c jälkeen, jolloin 30 anturiosa levyn 14' tai vastaavan läpäisten siirtyy ensimmäisestä U-muodon haarasta 15a toiseen U-muodon : haaraan 15b yhdistyen levyn 14' läpäisten lähetin- vastaanotinyhdistelmään 3 yhdysosalla 2d.

35 Kuvassa 6 on esitetty keksinnön anturijärjestelyn viides sovellusmuoto, johon kuuluva elementti 15d on muotoiltu varsinaisen tankomaisen rakenteen 15 osaksi, ja kiinnitetty takaosaan 15e esim. liimauksella tai 12 95751 ruuviliitoksella erityisesti siiven johtoreunaksi. Elementti 15d sisältää sen pinnalla olevan anturiosan 2 vyöhykkeen 2e lisäksi jään sulatukseen tarkoitetun lämmitysvastusjärjestelyn 16 (esim. kaksi lämmitysvas-5 tusta anturiosan 2 pituussuuntaisina). Sovellusmuoto on varustettu esim. kuvien 4 ja 5 mukaisella levyllä 14 tai vastaavalla ja vastaavilla kiinnityselimillä 14a, jotka muodostavat osan tukialustasta. Tukialustaan kuuluu siis lisäksi elementin 15d tavoin levystä 14 10 ulkoneva takaosa 15e, jolloin osat 15d ja 15e muodostavat yhdessä tankomaisen rakenteen 15, jolla on sen pituussuuntaa vastaan kohtisuorassa poikki leikkauksessa katsottuna siipiprofiilin muoto. Anturiosan 2 vyöhyke 2e on järjestetty siipiprofiilimuodon patopisteen 15 kohdalle ja sen suuntaisesti tankomaisen rakenteen 15 ulkopinnalle. Anturiosa 2 on johdettu ko. ulkopinnalla olevalle osuudelleen 1. vyöhykkeelle 2e tankomaisen rakenteen 15 sisällä (vyöhyke 2f). Tämä anturiosan 2 vyöhyke 2f on yhdistetty päistään lähetin-vastaanotin-20 yhdistelmään 3. Siipiprofiilimuodon etuosassa olevaa lämmitysvastusjär jestelyä 16 ohjaa keskusyksikkö erityisesti kuvan 11 yhteydessä esitetyllä tavalla.

Kuvan 6 mukainen sovellusmuoto on erityisesti tarkoi-25 tettu lentokoneen yhteyteen ja kiinnitettäväksi . lentokoneen runkoon tarkkailemaan lennon aikana mahdollisesti syntyvää jäätä. Oleellisesti kuvan 6 mukaista sovellusmuotoa vastaava ratkaisu voidaan toteuttaa myös kuvan 2 mukaisella rakenteella, jolloin 30 anturiosa 2 johdetaan siiven tai roottorin patopisteen suuntaisena ainakin osalla siiven tai roottorin • pituutta.

Kuvassa 7 on esitetty eräs sovellusmuoto toteuttaa 35 aiemmissa kuvissa yleisellä viitemerkinnällä 1,,-1¾ esitetty läpivienti. Rakenteeseen 1 on muodostettu reikä R, jonka kautta anturiosa 2 on johdettu rakenteen 1 ensimmäisen pinnan puolelta sen toisen pinnan

II

13 95751 puolelle. Reiässä on eristysrakenne E, joka estää reiän R kautta tapahtuvat vuodot. Toisen pinnan puolella on kiristyslaite KR. Se on kiinnitetty rakenteeseen 1 ja käsittää toisesta pinnasta oleel-5 lisesti reiän R kohdalta vinosti ulkonevan tukilevyn TL, jossa on pituussuuntainen rako PR. Anturiosan kiinnitys on toteutettu luistikiristimellä LR, joka on sovitettu raon PR pituussuunnassa liikkuvaksi ja tukilevyyn TL lukittavaksi lukitusruuvilla L. Luisti-10 kiristin LR on kiinnitetty anturiosaan kiinnittimellä K. Tällöin anturiosa 2 voidaan kiristää luistikiris-tintä LR raon PR pituussuunnassa siirtämällä rakenteen 1 ensimmäiselle pinnalle, jolloin yhdysosat 2b-2d ovat vapaita kiristysvaikutuksesta.

15

Yleisesti kiristyslaite siis käsittää ensimmäisen osan (1. tukilevyn TL) ja toisen osan (1. luistikiris-timen LR) , joista ensimmäinen on kiinnitetty rakenteen 1 toiseen pintaan 1. sisäpintaan ja joista toinen on 20 kiinnitetty anturiosaan 2. Ensimmäinen ja toinen osa on järjestetty anturiosan kiristystarkoituksessa toistensa suhteen liikkuviksi anturiosan 2 kiristämiseksi. Osat lukitaan toistensa yhteyteen lukituslait-teella (1. lukitusruuvilla). Tämä konstruktio voi 25 vaihdella rakenteellisesti huomattavasti.

Kuvassa 9 on esitetty kokonaisjärjestelmäsovellus laivan yhteydessä. Tällöin kolme anturijärjestelyä on sijoitettu toisaalta laivan mastoon M, toisaalta 30 tutkan TU ja savupiipun S yhteyteen tarkkailemaan erityisesti kuvan 1 yhteydessä esitetyllä tavalla : tilannetta laivan toimintojen kannalta tärkeissä kohteissa.

35 Kuvassa 10 on esitetty keksinnön sovellusmuoto, jossa käytetään yhteismittausta veden faasien esiintymisestä useassa eri kohteessa käyttäen keksinnön mukaisen anturijärjestelyn eri sovellusmuotoja. Esitetyssä 14 95751 kokonaisjärjestelmässä anturijärjestely A (kuva 4) tarkkailee alijäähtyneen veden jäätymistä, anturijär-jestely B tarkkailee maan pinnalla vallitsevaa tilannetta toimien esim. tien pintaa kuvaavana alustana 5 (esim. kuvan 3 mukainen sovellusmuoto), kolmanneksi anturijärjestelyt C ja D, esim. tuulivoimalan roottorin yhteydessä ja/tai mastorakenteen yhteydessä tarkkaile-vat sumupilven jäätymistapahtumaa. Vaihtoehdon C mukaiset anturijärjestelyt voivat olla rakenteeltaan 10 esim. kuvien 2 ja 3 mukaisia ja tilanteen D anturijär-jestelyt voivat olla esim. kuvissa 4 ja/tai 5 esitetyn kaltaisia. Kaikki edellä mainitut anturijärjestelyt on yhdistetty keskusyksikköön 4, josta näytön 5 ja toimenpideyksikön TY avulla suoritetaan jatkotoimen-15 piteet.

Edelleen kuvassa 11 on esitetty eräs keksinnön mukainen anturi järjestelyn sovellusmuoto, jossa anturijär jestely toimii osana kokonaismittausjärjestelmää siten, että 20 anturijärjestely on sijoitettu ainakin anturiosan 2 osalta tukialustana toimivaan muotokappaleeseen, jonka sisään on upotettu lämmitys- ja jäähdytysyksiköt 16 ja 17, esim. sähköisesti toimivat, sekä ainakin yksi lämpötilamittausanturi 18. Edellä mainitut osat 25 on anturiosan 2 lähetin-vastaanotinyhdistelmän 3 . lisäksi yhdistetty keskusyksikköön 4, joka tarkkailee veden faasien esiintymistä ja lämpötilaa maantien olosuhteissa, esim. maantien pinnalla, on yhdistetty esim. autoilijoita informoivaan näyttöön 5.

30

Kuten edellisistä esimerkeistä käy ilmi, anturijärjes-5 tely on mahdollista asentaa erilaisiin rakenteisiin valiten ko. rakenteeseen soveltuvan sovellusmuodon siten, että anturijärjestely ei häiritse rakenteen 35 toimintaa. Seuraavassa on esimerkkejä keksinnön mukaisen anturijärjestelyn sovelluskohteista: Lentokoneen siivet, vakaajät, moottorin ilmanottoaukot, helikopterien roottorit, tuulivoimaloiden roottorit,

II

15 95751 laivojen rakenteet, mastot, taavetit ym. järjestelmät, tutka- ja muut antennit ja mastorakenteet, maanteiden pinnat, sillat, rakennukset, muut kulkuneuvot ja niiden kulkutiet. Sovellusmuodoltaan erilaisten 5 anturijärjestelyjen yhteiskäytöllä voidaan mitata samanaikaisesti useita erilaisia ympäristöolosuhteita samanaikaisesti. Ne voidaan liittää yhteen ja samaan keskusyksikköön, kuten erityisesti kuvista 9-11 käy ilmi. Tällöin keskusyksikköä voidaan käyttää ohjaamaan 10 tarvittavia toimenpiteitä, esim. visuaalista informaatiota ja/tai sulatustoimenpiteitä jne. Kokonaisjärjestelmää voidaan myös hyödyntää ohjelmoimalla keskusyksikkö logiikalla, joka antaa tietoja erilaisten johtopäätösten tekemiseksi tai epärelevanttien tietojen 15 poistamiseksi.

Erityisesti anturijärjestelyn sovellusmuodot, joissa anturiosa on sijoitettu tukialustalle (kuvat 3-6 ja 8) , on tarkoitettu sellaisiin käyttökohteisiin, joissa 20 anturiosa joutuu erityyppisten mekaanisten rasitusten kohteeksi, esim. jäänpoiston yhteydessä lentokoneen siiveltä tai silloin, kun jää poistuu rakenteen lämmityksen johdosta, kuten esim. tuulivoimalan roottorista, jolloin irtoava jää aiheuttaa anturiosaan 25 sitä irrottamaan pyrkiviä voimia. On selvää, että tukialustan konstruktiolla ja materiaalivalinnalla voidaan ohjata myös anturiosassa kulkevan pulssin kulkua anturiosalta tukialustaan ja/tai tukialustan yhteydessä olevaan rakenteeseen ja takaisin anturiosaan 30 paikallisen faasimuutoksen etu- ja takareunan määrittelemiseksi.

Kuten erityisesti kuvien 6 ja 11 mukaisen sovellus-muodon yhteydessä on esitetty, rakenteeseen 1 ja/tai 35 tukialustaan voidaan sijoittaa myös lämmitys- ja/tai jäähdytysyksikkö, jolla rakennetta 1 ja/tai tukialus-taa voidaan lämmittää ja siten sulattaa rakenteen 1 ja/tai tukialustan yhteydessä oleva jää ja mikäli 16 95751 jäätyminen edelleen jatkuu lämmityksen jälkeen saadaan sulatusprosessia tarvittavin määräajoin toistamalla selville se, että vesi esiintyy ko. mittausolosuhteissa jäänä ja ko. tilanne jatkuu edelleen. Sulattava 5 elementti voidaan sijoittaa myös tukialustaan esim. kuvan 8 mukaisessa rakenteessa tukialustan 9 runko-osan yhteyteen välittömästi ulokeosien 13 kantaosan kohdalle tukiosan pituussuuntaisesti.

10 Erityisesti kuvan 11 mukaisessa sovellusmuodossa on edullista, että tukialusta muodostetaan esim. asfalttipintaisen maantien olosuhteita simuloivaksi kappaleeksi, joka ei ole varsinaisella liikennöintiväylällä anturi järjestelmän ja tukialustan vaurioitumisen 15 estämiseksi.

Anturijärjestelyä voidaan käyttää myös muiden fysikaalisten suureiden mittaukseen, kuten esim. anturiosan lämpötilan mittaukseen, jolloin tämäntapaiset mittauk-20 set voivat liittyä kokonaisjärjestelmän toiminnan tarkoituksiin, kuten anturiosan toimintakunnon tarkkailuun. Erityisesti kuvan 2 mukaiseen sovellusmuotoon viitaten anturiosa voidaan kiinnittää suoraan erilaisiin rakenteisiin, kuten juuri lentokoneen siipiin, 25 ultraääntä vaimentamattomin läpiviennein, jolloin . - anturiosa voidaan siirtää kulkemaan rakenteen sisällä eli sisäpinnan puolella. Näin saadaan aikaan useista mittausosa-alueista koostuva mittausalue käyttämällä kaikille mittausosa-alueille yhteistä anturiosaa.

30 Läpivientiosa voi sisältää eristysosan, jonka avulla anturi voidaan kiristää rakenteen 1 pinnalle (vrt.

• kuva 2). Tällöin kiristetty anturiosa puristautuu tiukasti kiinni ko. pintaa vasten ja kestää mekaanisia rasituksia, kuten esim. jään poistoa, tuulta, tms.

35 Keksinnön mukainen anturiosa on mahdollista myös muodostaa useammista osista, kuten esim. juuri kuvan 2 mukaisessa sovellusmuodossa on useimmiten tarpeen 11 17 95751 erityisesti yhdysosan 2b osalta. Anturilankaa voi myös jatkaa erillisellä jatkokappaleella. Tämä helpottaa anturilangan asennusta tai korjausta langan katketessa.

5

Edellä esitettyyn viitaten keksinnön mukainen anturi-järjestely on asennettavuuden ja sovellusmuotojen osalta monipuolinen. Anturi järjestelyä voidaan soveltaa joko täysin paikalla asennettuna tai anturijärjestely 10 voidaan esiasentaa tukialustalle ja koestaa tuotanto-olosuhteissa. Kokonaisjärjestelmällä voidaan anturi järjestelyn mittaustulosten lisäksi yhdistää useita faasimuutostapahtumaan liittyviä fysikaalisia tapahtumia ja tietoja, kuten aika, lämpötila, vikahälytys 15 ja käyttäjän toiminta jne.

Claims (20)

1β 95751

1. Menetelmä veden eri faasien tunnistamiseksi 5 rakenteen (1) pinnalta, jolle on sijoitettu anturiosa (2) , joka on valmistettu akustista värähtelyä välittävästä materiaalista, jolloin anturiosa (2) on päistään yhdistetty lähetin-vastaanotinyhdistelmään (3) , tunnettu siitä, että 10 lähetetään vuorotellen akustista värähteyä (V,, V2) anturiosaan (2) lähetin-vastaanotinyhdistelmällä (3) sen molemmista päistä (6, 7), ja - vastaanotetaan molemmista anturiosan (2) päistä 15 (6, 7) akustisen värähtelyn vaste (W,, W2; W3, WJ .

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lähetetään värähtely ultraäänialueella 20 olevana värähtelynä pulsseina ja/tai pulssipurskeina, jolloin värähtelyn taajuus on 20-300 kHz.

3. Patenttivaatimuksen l tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 25 A) lähetetään akustista värähtelyä (V,) anturiosaan (2) lähetin-vastaanotinyhdistelmällä (3) anturiosan (2) ensimmäisestä päästä (6), jolloin

30 B) vastaanotetaan lähetin-vastaanotinyhdistelmällä (3) anturiosan (2) mittausalueelta mahdollisesti takaisinheijastuva ensimmäisestä päästä (6) lähetetyn akustisen värähtelyn (V,) ensimmäinen vaste (VV.,) mainitussa anturiosan (2) ensimmäisessä 35 päässä (6), jolloin ensimmäinen vaste ilmaisee mittausalueella olevan veden faasimuutoksen olemassaoloa, jolloin 19 95751 C) vastaanotetaan lähetin-vastaanotinyhdistelmän (3) anturiosan (2) toisessa päässä (7) ensimmäisestä päästä lähetetyn akustisen värähtelyn (V,) toinen 5 vaste (W2) , jolloin D) suoritetaan vaiheet A-C siten, että lähetetään akustista värähtelyä (V2) anturiosan (2) toisesta päästä (7), jolloin vastaanotetaan anturiosaan (2) 10 lähetetyn akustisen värähtelyn (V2) vasteet (W3, W4) kohtien B ja C mukaisesti, jolloin E) toistetaan vaiheita A-C tietyin väliajoin vaihtamalla tarvittaessa akustisen värähtelyn (V1, V2) 15 lähetyspäätä (6, 7), ja jolloin F) laskennallisesti selvitetään lähetettyjen värähte- lyjen (V,, V2) ja niiden vasteiden (W1, W2; Wj, w4) antamien tietojen perusteella veden ko. 20 faasin muoto anturiosan (2) mittausalueella.

4. Jonkin patenttivaatimuksista 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 25. muodostetaan erityisesti vaatimuksen kohdan F) toimenpiteitä varten lähetin-vastaanotinyhdistelmään (3) yhdistetty keskusohjausyksikkö (4), johon muodostetaan laskentaohjelmisto veden faasitietojen selvittämiseksi käyttäen laskentaohjelmistossa 30 yhtälöryhmiä, joiden ainakin yhtenä muuttujaryhmänä ovat mainitut akustiset värähtelyt (V1, v2) ja niiden vasteet (W1( W2; W3, W4) .

5. Jonkin patenttivaatimuksista 1-4 mukainen menetel- 35 mä, tunnettu siitä, että järjestetään keskusoh jausyksikkö (4) ohjaamaan rakenteeseen (1), jonka 20 95751 yhteydessä anturiosa (2) on, kohdistettavia toimenpiteitä, jotka käynnistetään veden faasimuodosta saatujen tietojen perusteella.

6. Anturi järjestely veden eri faasien tunnistamiseksi rakenteen (1) pinnalta, jolle anturi järjestelyn ainakin anturiosa (2) on sijoitettu, jolloin anturijärjestely käsittää: 10. ainakin yhden, pitkänomaisen, akustista värähtelyä välittävästä materiaalista valmistetun anturiosan (2) , - anturiosan (2) päihin kytketyn lähetin-vastaanotin-15 yhdistelmän (3), akustisen värähtelyn, sopivimmin ultraäänialueella vaikuttavan värähtelyn lähettämiseksi anturiosaan (2) ja lähetetyn värähtelyn vasteen vastaanottamiseksi, 20 tunnettu siitä, että lähetin-vastaanotinyhdis- telmä (3) on järjestetty lähettämään värähtelyä ja vastaanottamaan lähetetyn värähtelyn vasteen anturiosan (2) molemmista päistä (6, 7).

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen anturijärjestely, . . tunnettu siitä, että anturiosa (2) on järjestetty lenkkimäiseksi ja että lähetin-vastaanotinyhdistelmä (3) on yhtenäinen yksikkö.

8. Patenttivaatimuksen 6 tai 7 mukainen anturijär jestely, tunnettu siitä, että lenkkimäinen anturi-: osa (2) on sijoitettu rakenteen (1) ensimmäiselle pinnalle, että lähetin-vastaanotinyhdistelmä (3) on sijoitettu rakenteen (1) toisen pinnan puolelle, ja 35 että anturiosa (2) ja lähetin-vastaanotinyhdistelmä (3) on yhdistetty toisiinsa rakenteen (1) läpäisevän läpivienti järjestelyn (1,,-1¾) avulla. Il 21 95751

9. Jonkin patenttivaatimuksista 6-8 mukainen anturi-järjestely, tunnettu siitä, että anturiosa (2) on ainakin osittain sijoitettu tukialustalle (9), jonka välityksellä anturiosa (2) ainakin osittain on kiin- 5 nitetty rakenteen (1) ensimmäiseen pintaan.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen anturijärjestely, tunnettu siitä, että tukialusta (9) on pitkänomainen, litteä muotokappale, jossa on elimet (9a) anturi- 10 osan (2) kiinnittämiseksi tukialustaan.

11. Patenttivaatimuksen 9 tai 10 mukainen anturijärjestely, tunnettu siitä, että tukialustana (9) olevan pitkänomaisen ja litteän muotokappaleen ensim- 15 mäiselle alustapinnalle (10) on muodostettu mainitut kiinnitys-ja tukielimet (9a) anturiosan (2) kiinnittämiseksi, jolloin toinen alustapinta (11) on tarkoitettu sijoittumaan rakenteen (1) pintaa vasten.

12. Patenttivaatimuksen 9 tai 10 mukainen anturijärjestely, tunnettu siitä, että tukialustana (9) olevan pitkänomaisen litteän muotokappaleen ainakin toisen sivureunan yhteyteen tai läheisyyteen on muodostettu ulokejärjestely (13), jonka yhteydessä 25 mainitut kiinnitys- ja tukielimet (9a) anturiosan (2) kiinnittämiseksi sijaitsevat, jolloin ulokeosien (13) väliin jää tila (13a, 13a'), jossa anturiosa (2) on yhteydessä ulkoilmaan.

13. Jonkin patenttivaatimuksista 6-12 mukainen anturi- järjestely, tunnettu siitä, että tukialustana (9) : toimivassa muotokappaleessa olevat kiinnitys- ja tukielimet (9c) ja/tai läpivientijärjestelyn (I^-L^) läpivientien sijainnit rakenteessa (1) on siten 35 järjestetty, että ainakin osalla anturiosan (2) pituutta muodostuu yhdensuuntaisosa (2a), jossa olevat anturiosan (2) vyöhykkeet ovat yhdensuuntaisina 22 95751 tukialustan (9) kiinnitys- ja tukielinten (9a) ja/tai läpivientijärjestelyn (L|-L4) määrittämän välimatkan päässä toisistaan.

14. Patenttivaatimuksen 6-9 mukainen anturi järjestely, tunnettu siitä, että tukialustan, johon anturiosa (2) on sijoitettu, muodostaa oleellisesti tankomainen rakenne (15, 15a, 15b).

15. Patenttivaatimuksen 14 mukainen anturijärjestely, tunnettu siitä, että tankomainen rakenne (15) käsittää sisäaukon (15c), jolloin anturiosan (2) ensimmäinen osuus (2’) on sopivimmin kierretty tanko-maisen rakenteen (15) ympärille ja toinen osuus (2") 15 on johdettu sisäaukon (15c) kautta lähetin-vastaanotin-yhdistelmään (3).

16. Patenttivaatimuksen 14 mukainen anturijärjestely, tunnettu siitä, että tankomainen rakenne (15) on . 20 oleellisesti U-muotoinen, jolloin anturiosa (2) on kierretty U-muodon ympäri ulottumaan oleellisesti koko U-muodon pituudelle.

17. Patenttivaatimusten 8, 9 tai 14 mukainen anturi-25 järjestely, tunnettu siitä, että anturiosa (2) on : ainakin osittain sijoitettu rakenteen (1), kuten lentokoneen siiven, roottorin tai tukirakenteen (15) yhteyteen siten, että se on poikkileikkaukseltaan siipiprofiilin muotoisen rakenteen (1) patopisteen 30 suuntainen ja/tai sen ylittävä.

18. Jonkin patenttivaatimuksista 14-17 mukainen anturijärjestely, tunnettu siitä, että tukialusta käsittää lisäksi tankomaisen rakenteen (15; 15a, 15b) 35 yhteydessä olevan ainakin yhden levyn (14, 14', 14") tai vastaavan, josta anturijärjestely on järjestetty levyssä (14, 14', 14") tai vastaavassa olevia kiinni-tyselimiä käyttäen kiinnitettäväksi rakenteeseen (1) . 23 95751

19. Patenttivaatimuksen 13 mukainen anturi järjestely, tunnettu siitä, että läpivientijärjestely (L,-1¾) käsittää rakenteeseen (1) tehdyn reiän (R) yhteydessä 5 olevan kiristyslaitteen (KR), jonka ensimmäinen osa (TL) on kiinnitetty rakenteeseen (1) ja jonka toinen osa (LR) on kiinnitetty anturiosaan (2), jolloin ensimmäinen ja toinen osa ovat anturiosan (2) kiristämiseksi järjestetty toistensa suhteen liikkuviksi ja 10 yhteenlukittaviksi lukituslaitteella (L).

20. Jonkin patenttivaatimuksista 6-19 mukainen anturijärjestely, tunnettu siitä, että anturijär-jestelyn yhteyteen, erityisesti tukialustan (9, 15) 15 yhteyteen on järjestetty fysikaalisia olosuhteita muuttavia ja/tai niitä mittaavia elimiä, kuten lämmitys-/ jäähdytysyksiköt (16, 17) ja/tai ainakin yksi lämpötilamittausanturi (18). 24 95751