NL2000362C2 - Systeem en werkwijze voor meten van een concentratieparameter van een vaste stof/vloeistof mengsel in een transportleiding. - Google Patents

Description

- 1 -

Systeem en werkwijze voor meten van een concentratieparameter van een vaste stof/vloeistof mengsel in een transportleiding

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een systeem voor het meten van 5 een concentratie in een vaste stof/vloeistof mengsel volgens de aanhef van conclusie 1.

Voorts heeft het systeem betrekking op een werkwijze voor het meten van een concentratie in een vaste stof/vloeistofmengsel. Een dergelijk systeem en werkwijze worden bijvoorbeeld toegepast in transportleidingen van baggerwerktuigen.

10 Voor een zo efficiënt mogelijk transport van een vaste stof/vloeistofmengsel in een transportleiding wordt gebruik gemaakt van sensoren waarmee procesparameters gemeten worden die de kwaliteit van het transportproces kunnen karakteriseren. Deze procesparameters kunnen tevens worden gebruikt om het transportproces (automatisch) te regelen.

15 Een procesparameter betreft de mengselconcentratie, dat wil zeggen een con centratie van een vaste stof (bijvoorbeeld zand) in een transportvloeistof (bijvoorbeeld water).

Voor een baggerproces is de regeling van de mengselconcentratie van belang. Een te lage mengselconcentratie leidt tot een inefficiënt baggerproces, omdat er te 20 weinig vaste stof per tijdseenheid door de transportvloeistof wordt verpompt. Een te hoge concentratie daarentegen is ook ongewenst aangezien dit een verzande leiding kan veroorzaken. Voor een zo efficiënt mogelijk baggerproces is het daarom gebruikelijk de mengselconcentratie tijdens het baggeren zo constant mogelijk te houden als functie van grondsoort, baggerdiepte, afgraafsnelheid, opvoerhoogte pomp, beschik-25 bare vermogen pomp, en gewenste mengselsnelheid.

Voor het vaststellen van de mengselconcentratie wordt in de baggerindustrie gebruik gemaakt van een systeem en werkwijze die door middel van een radioactieve bron de mengselconcentratie in de leiding bepalen.

Door de relatieve intensiteit van de radioactieve (γ-) straling die de transportlei-30 ding doorkruist te meten tijdens transport van het baggermengsel door de transportleiding, kan een mengselconcentratie worden afgeleid. Echter, aan het gebruik van een radioactieve bron kleven enkele nadelen.

-2-

In sommige landen is het wettelijk niet zondermeer toegestaan radioactieve bronnen te transporteren en/of toe te passen. Hierdoor wordt het gebruik aan boord van een baggerwerktuig veelal bemoeilijkt. Ook het transport van een bron naar een baggerwerktuig vanuit een nucleaire installatie of de opslag van radioactief materiaal 5 wordt door de wetgeving belemmerd. Daarnaast gelden voor de toepassing van de radioactieve bron diverse eisen wat betreft stralingsbescherming en -beveiliging. Bovendien, het gebruik van radioactieve bronnen wordt in de publieke opinie veelal negatief beoordeeld.

In de stand van de techniek wordt gebruik gemaakt van elektromagnetische gol-10 ven om dichtheidsbepaling te doen in vloeistof/vaste stof mengsel.

JP 07346080 beschrijft een systeem en werkwijze voor meting van de hoeveelheid vaste stof in een vaste stof/vloeistof mengsel met behulp van radiogolfstraling. Antennes worden aan de buitenkant van de transportleiding geplaatst. Om doorstraling van het mengsel mogelijk te maken, dient de transportleiding ter plaatse van de 15 antennes van een kunststof te zijn gemaakt.

Een nadeel van JP 07346080 is dat de radiogolfstraling onafgeschermd wordt toegepast. Daarnaast is het gebruik van een kunststofleiding bij systemen waar vaste stof/vloeistof mengsels worden verpompt, zoals bijvoorbeeld baggersystemen, niet wenselijk vanwege de relatief geringe slijtageweerstand van kunststof voor vaste stof 20 deeltjes zoals bijvoorbeeld zand. Ook kan de relatief lage drukbestendigheid van kunststof een belemmering zijn vanwege de toegepaste druk in de baggertransportlei-ding.

Het is de doelstelling van de onderhavige uitvinding, een systeem en een werkwijze voor het meten van concentraties in een vaste stof/vloeistof mengsel te ver-25 schaffen waaraan geen of minder bezwaren kleven dan het systeem volgens de stand van de techniek.

De doelstelling wordt bereikt door een systeem zoals gedefinieerd in conclusie 1.

De onderhavige uitvinding maakt gebruik van het feit dat de antennes zich tegen 30 de buiswand kunnen bevinden zonder dat hierdoor de elektromagnetische werking van de antennes nadelig wordt beïnvloed.

De uitvinding heeft als voordeel dat de transportbuis daardoor volledig van metaal kan zijn vervaardigd waardoor de sterkte van de buiswand kan toenemen ten opzichte van de stand van de techniek. Voorts bereikt de uitvinding dat de radiostraling -3- van de antennes door de metalen buiswand wordt afgeschermd van de omgeving zodat een betere signaal/ruis verhouding wordt verkregen en daarbij de omgeving wordt afgeschermd van de radiostraling in de buis zodat een betere elektromagnetische compatibiliteit wordt verkregen. Door de mogelijkheid van plaatsing van de antennes 5 direct op de buiswand heeft de uitvinding het voordeel dat een beschermende deklaag op de binnenzijde van de buiswand hoofdzakelijk ongewijzigd kan worden aangebracht over de antennes.

De uitvinding zal hieronder nader worden toegelicht aan de hand van enkele tekeningen waarin uitvoeringsvoorbeelden van de uitvinding zijn weergegeven. Deze 10 zijn uitsluitend bedoeld voor illustratieve doeleinden en niet ter beperking van de uit-vindingsgedachte, welke wordt gedefinieerd door de conclusies.

Hierbij toont: figuur 1 een schematische dwarsdoorsnede van een transportleiding voorzien 15 van een systeem volgens de onderhavige uitvinding; figuur 2 een uitvergroting van een gedeelte van de dwarsdoorsnede van figuur 1; figuur 3 een schematisch bovenaanzicht van een antenne; figuur 4 een schematische dwarsdoorsnede van de antenne volgens figuur 4; figuur 5 een alternatieve uitvoeringsvorm; 20 figuur 6 een schematische dwarsdoorsnede van een transportleiding voorzien van een extra externe geleidbaarheidsmeter, en figuur 7 een uitvoering met meerdere antennes voor het meten van een meng-selverdeling als “tomografisch” beeld.

25 Figuur 1 toont een schematische dwarsdoorsnede van een transportleiding T

voorzien van een systeem volgens de onderhavige uitvinding. Een deel van transportleiding T dient als behuizing voor een meetvolume V waarin het systeem een concen-tratieparameter van een vaste stof/vloeistof mengsel M kan meten. Onder een con-centratieparameter dient te worden verstaan een parameter die een samenstelling van 30 het vaste stof/vloeistof mengsel beschrijft zoals een dichtheid van het mengsel, of een concentratie van vaste stof in het mengsel.

De behuizing van het meetvolume V is voorzien van een eerste antenne Al en een tweede antenne A2, waarbij de eerste en tweede antenne Al, A2 van het type patch-antenne zijn. Het type ‘patch-antenne’ wordt ook wel aangeduid als microstrip- -4- antenne. Hieronder zal nader worden ingegaan op de wijze waarop dit type antenne is geïmplementeerd in de onderhavige uitvinding.

Antennes Al en A2 bevinden zich beide op de wand W van de transportleiding T bij het meetvolume V.

5 Bij voorkeur bevindt de tweede antenne A2 zich tegenover de eerste antenne Al (dat wil zeggen: in een directe zichtlijn), waarbij het meetvolume zich tussen de eerste en tweede antennes bevindt.

De wand W is bekleed met een afdeklaag C die zowel de wand W als de eerste en tweede antenne Al, A2 elektrisch en mechanisch afschermt van het meetvolume V 10 waarin zich tijdens gebruik het vaste stof/vloeistofmengsel M bevindt.

Door de mogelijkheid de antennes tegen de wand te kunnen plaatsen wordt aldus een doorgang van de transportleiding verkregen zonder obstakels voor een langsstromend mengsel.

De afdeklaag C bestaat uit een slijtvast diëlektrisch materiaal dat relatief goed 15 bestand is tegen een abrasieve werking van het vaste stofMoeistofmengsel M.

De wand W van de behuizing van het meetvolume is vervaardigd van een geschikt metaal om tijdens bedrijf de optredende druk in de leiding te kunnen weerstaan. Bovendien wordt aldus bereikt dat de antennes zijn afgeschermd van de omgeving buiten de transportleiding T.

20 Eerste antenne Al is verbonden aan een zender R1 voor het doorgeven van ra diosignalen vanuit de zender R1 naar het medium dat de antenne Al omgeeft.

Tweede antenne A2 is verbonden aan een ontvanger R2 voor het doorgeven van radiosignalen vanuit het medium dat de tweede antenne A2 omgeeft naar de ontvanger R2.

25 Tijdens gebruik worden door zender R1 radiosignalen met een ingestraalde energie El uitgestraald in het meetvolume V van de transportleiding T, waarin zich het te meten mengsel M bevindt. De radiosignalen (elektromagnetische straling) die zich door het medium voortplanten, zijn weergegeven door pijl RS. De ontvanger R2 ontvangt de radiosignalen die een rest-energie E2 hebben na het doorkruisen van het 30 meetvolume.

In afhankelijkheid van de fysische eigenschappen van het mengsel zoals diëlek-trische permittiviteit en magnetische permeabiliteit vindt er een absorptie van energie uit het elektromagnetische veld plaats die in principe bepaald kan worden uit de ver -5- houding tussen de door de zender R1 in het meetvolume ingestraalde energie El en de rest-energie E2 zoals gemeten door de ontvanger R2.

Uit deze verhouding kan de samenstelling van het mengsel M worden afgeleid.

Voorts kan ook uit de tijdvertraging die radiosignalen ondervinden tijdens de 5 passage van het meetvolume nadere informatie over het mengsel worden verkregen.

Verscheidene vormen van bruikbare radiosignalen zijn mogelijk. Pulsen, signalen waarvan een omhullende amplitude sinusvormig in de tijd varieert, en frequentie-zwaai signalen zijn enkele voorbeelden.

In figuur 1 is R1 aangeduid als een zender en is R2 aangeduid als een ontvanger. 10 Het is mogelijk voor R1 en R2 zend/ontvangers toe te passen die als zender en ook als ontvanger gebruikt kunnen worden, zodat eventueel de richting van de metingen kan worden omgekeerd.

In een voorkeursuitvoeringsvorm zijn de zend/ontvangers R1 en R2 verbonden aan een besturingseenheid B zoals bijvoorbeeld een computer om automatisch en mo-15 gelijk gedurende een bepaald tijdsverloop en/of volgens een instelbaar patroon metingen van het energieverlies en/of de vertragingstijd in het mengsel M te kunnen verrichten. De besturingseenheid kan ook voorzien in een berekening van een mengsel-concentratieparameter op grond van verkregen meetresultaten.

Figuur 2 toont een uitvergroting van een gedeelte van de dwarsdoorsnede van 20 figuur 1 in een eerste uitvoeringsvorm.

In figuur 2 verwijzen dezelfde verwijzingscijfers als gebruikt in de voorgaande figuur 1 naar overeenkomstige onderdelen.

De eerste en tweede patch-antenne Al, A2 zijn ieder opgebouwd uit een metalen basisplaat PI en een metalen strip P2, die van elkaar zijn gescheiden door middel 25 van een diëlektricum P3. Hoewel het in deze figuur 2 niet wordt getoond, zijn de basisplaat PI en de strip P2 met elkaar verbonden, zoals nader zal worden toegelicht in figuren 4 en 5.

De basisplaat PI bevindt zich in contact met de wand W van de transportleiding T. Dankzij de eigenschappen van de patch-antenne Al, A2 kan er een geleidend con-30 tact bestaan tussen de wand W en de basisplaat PI van de antenne zonder dat dit de antennefunctie (de elektromagnetische werking) verstoort. Hierdoor kan op voordelige wijze, in tegenstelling tot andere antennetypen, waar juist een isolatie tussen de antenne en de wand nodig zou zijn, de patch-antenne Al, A2 zeer dicht tegen de wand W worden geplaatst.

-6-

Tussen de wand W en de basisplaat PI bevindt zich in deze uitvoeringsvorm een holte die opgevuld is met een opvulling D. De opvulling D dient om de antenne Al, A2 te ondersteunen zodat tijdens bedrijf een verhoogde druk binnen de transportleiding T de antenne Al, A2 niet zal deformeren.

5 Alternatief kan de elektrisch geleidende functie van plaat PI worden vervuld door wand W, zodat plaat PI kan vervallen. Hiertoe wordt de wand W vlak gemaakt.

Op alternatieve wijze kunnen in deze uitvoeringsvorm de plaat PI, het diëlektri-cum P3 en de strip P2 worden gekromd in de vorm van de binnenkant van de wand W, zodat opvulling D kan vervallen.

10 De strip P2 wordt door afdeklaag C geïsoleerd van de ruimte waarin zich tijdens bedrijf het vaste stof/vloeistof mengsel M bevindt.

De opvulling D bestaat uit een drukvast materiaal, kan een kunststof omvatten zoals irathaan of andere kunststoffen maar kan ook bestaan uit een keramisch materiaal zoals bijvoorbeeld aluminiumoxide.

15 De afdeklaag C bestaat uit een elektrisch isolerende kunststof die een hoge slijt- vastheid heeft voor het tijdens gebruik langsstromend vaste stofMoeistofmengsel M. Een voorbeeld is irathaan. Afhankelijk van de samenstelling van het vaste stof/vloeistofmengsel kan de afdeklaag C ook uit een ander elektrisch isolerend materiaal of uit al dan niet in een kunststof ingegoten keramische betegeling bestaan. Om 20 te voorkomen dat een te groot deel van de door patch-antenne Al uitgestraalde energie El zich naar patch-antenne A2 propageert langs de buiswand W via de afdeklaag C, is het mogelijk de afdeklaag plaatselijk geleidend te maken, bijvoorbeeld door de kunststof daar met metaaldeeltjes te doteren.

Figuur 3 toont een schematisch bovenaanzicht van een patch-antenne in de 25 lengterichting X van de transportleiding.

De antenne Al, A2 is van het type “patch antenne”, ook wel bekend als “mi-crostrip”. Een typische microstrip antenne bestaat uit een dunne elektrisch geleidende rechthoekige strip P2, ook wel “patch” genaamd, gescheiden van de elektrische geleidende rechthoekige basisplaat PI door een isolerend element P3, ook wel genoemd 30 “substraat”. De twee ruimtelijk gescheiden geleiders PI, P2 vormen in essentie de microstrip antenne.

Voor het meten van het radiosignaal ten behoeve van dichtheidsmetingen is het van belang dat de antenne-eigenschappen zodanig zijn dat het gebruikte radiosignaal een zodanige frequentie en golflengte kan hebben dat de diameter van het meetvo- -7- lume (dwz. de afstand in rechte lijn van de eerste antenne via het meetvolume naar de tweede antenne) gelijk is aan tenminste één halve golflengte van het radiosignaal.

In de onderhavige uitvinding zijn daarom de antenne afmetingen aangepast aan deze eis in afhankelijkheid van de diameter van het meetvolume.

5 In samenhang met de overeenkomstig gekozen frequentie van de elektromagne tische golven is de lengte van de strip P2 (parallel aan de lengterichting X van de transportleiding T) hoofdzakelijk van de dezelfde orde van grootte als de diameter van de transportleiding. De breedte van de strip P2 bedraagt minder dan de lengte van de strip P2. De breedte kan zodanig aangepast dat de plaatsing langs de wand zo opti-10 maal mogelijk kan worden gerealiseerd. De aansluit-impedantie van de antenne neemt toe met afname van de breedte, ook heeft de breedte van de strip invloed op het stra-lingsprofïel van de antenne, maar daardoor wordt de functionaliteit van het systeem niet belemmerd.

Afhankelijk van het antenneontwerp kan de lengte van de basisplaat PI gelijk 15 aan of groter dan de lengte van de strip P2 zijn. Ook de breedte van de basisplaat PI kan gelijk zijn aan of groter zijn dan de breedte van de strip P2, in afhankelijkheid van de gewenste antenne-eigenschappen.

Er wordt opgemerkt dat de strip P2 in plaats van een rechthoekige vorm met een constante breedte een andere willekeurige vorm met een als functie van de lengte 20 verlopende breedte kan hebben, bijvoorbeeld een in de lengterichting X taps verlopende vorm. Een verlopende breedte van de strip P2 laat toe dat de antenne in staat kan zijn om een stralingsprofïel met relatief grotere bandbreedte te vormen dan een antenne met een rechthoekig gevormde strip P2.

Aan één zijde omvat de strip P2 van de patch-antenne Al, A2 een verbinding P5 25 met de basisplaat PI. Voorts omvat de patch-antenne Al, A2 een aansluiting P4 voor een zender/ontvanger op de strip P2.

Ook de relatieve permittiviteit van het te bepalen mengsel M speelt een rol bij het antenne-ontwerp, doordat hierdoor de aansluit-impedantie beïnvloed kan worden.

De permittiviteit van het isolerende element P3, welke bij conventionele mi-30 crostrip antennes ook uit een luchtspleet kan bestaan, beïnvloedt in belangrijke mate de benodigde afmetingen van de patch.

De verliezen van de antenne ten gevolge van de overgang tussen de antenne en het vaste stof/vloeistof mengsel zijn het kleinst als de permittiviteit van element P3 overeenkomt met de permittiviteit van het vaste stof/vloeistof mengsel. De permitti- -8- viteit van het vaste stof/vloeistof mengsel varieert in het gekozen frequentiegebied typisch tussen de 10 en de 80, afhankelijk van de vaste stof concentratie.

In de onderhavige uitvinding bestaat het isolerende element P3 uit een materiaal met een permittiviteit die binnen de typische grenzen van de permittiviteit van het 5 vaste stof/vloeistof mengsel ligt. Hierbij kan, in het geval de transportvloeistof water betreft, gedacht worden aan een polymeer waarin poedervormig of fijnkorrelig bari-umtitanaat, of een ander materiaal met hoge relatieve permittiviteit, is gemengd zodat een permittiviteit van ca. 80 wordt verkregen. Ook zou het isolerende element P3 kunnen bestaan uit een keramische laag met een geschikte permittiviteit, bijvoorbeeld 10 aluminiumoxide met een permittiviteit van ca. 10, of uit een composietmateriaal. Gezien de hoge kostprijs van materialen met een hoge permittiviteit, kan het wenselijk zijn een materiaal met lagere permittiviteit te gebruiken. Het gebruik van een materiaal met een permittiviteit lager dan 10 en in ieder geval groter dan 1 geeft een (goedkoper) alternatief dat bruikbaar is indien de elektrische geleidbaarheid van het vaste 15 stof/vloeistof mengsel beperkt blijft zodat een sub-optimale antenne voldoet.

De relatief hoge permittiviteit van het isolerende element P3 zorgt er tevens voor dat het formaat van de antenne Al, A2 kan afnemen (evenredig met de wortel van de permittiviteit) bij gelijkblijvende zendfrequentie. Dit komt de praktische toepasbaarheid van de antenne in de transportleiding in belangrijke mate ten goede aan-20 gezien daarmee de antenne qua afmetingen kan worden aangepast aan de afmeting van de transportleiding. Voorts is hierbij van belang dat de antenne-eigenschappen zodanig zijn dat het gebruikte radiosignaal een zodanige frequentie en golflengte kan hebben dat de diameter van het meetvolume (dwz. de transportleiding) gelijk is aan tenminste één halve golflengte.

25 De benaming “microstrip” staat bij onderhavige uitvinding uitsluitend voor het type en “micro” is derhalve geen indicatie voor het formaat van de antenne: waar conventionele microstrip antennes in lucht een patchlengte en -breedte hebben van een tot enkele tientallen millimeters, kan de antenne voor onderhavige uitvinding, afhankelijk van de te doorstralen diameter van de transportleiding en overeenkomstig 30 gekozen frequentie van de elektromagnetische golven, een patchlengte en -breedte hebben van een tot enkele tientallen centimeters: typisch is de patchlengte van de orde van grootte van de diameter van de transportleiding.

Het is in de onderhavige uitvinding mogelijk het systeem te gebruiken in een bereik van ongeveer 10 cm tot ongeveer 150 cm diameter van de transportleiding.

-9-

Zowel het isolerende element P3 als de strip P2 zijn ingebed in afdeklaag C. Behalve dat deze afdeklaag elk van de antennes Al, A2 en de wand W beschermt tegen het langsschurende vaste stofivloeistof mengsel, vergroot het ook de potentieel werkgebied van de antennes: zonder isolerende afdeklaag C zou in een geleidend 5 vaste stofiVloeistof mengsel een te groot deel van de door patch-antenne Al uitgezonden energie El door elektrische geleiding verloren gaan. De afdeklaag C gaat dit verlies ten gevolge van geleiding tegen. De afdeklaag C beïnvloedt bovendien de reso-nantieifequenties van de antennes, waarvoor bij het dimensioneren van de antenne gecompenseerd wordt. Om de resonantiefrequentie van de patch-antennene te kunnen 10 afstellen, wordt de patch-antenne inclusief afdeklaag C met een numeriek model doorgerekend.

Figuur 4 toont een schematische dwarsdoorsnede van de antenne volgens figuur 3 langs lijn IV-IV.

In figuur 4 verwijzen dezelfde verwijzingscijfers als gebruikt in de voorgaande 15 figuren naar overeenkomstige onderdelen.

Op de basisplaat PI is het isolerende element P3 aangebracht. De strip P2 bevindt op het isolerende element P3. Via verbinding P5 aan een smalle kopzijde van de strip P2 is de basisplaat PI met de strip P2 verbonden.

De strip P2 is via een verbinding S verbonden met een zender/ontvanger Rl, 20 R2. Door een opening in de wand W en in het isolerende element P3 wordt een coaxi ale kabel gevoerd, bestaande uit binnengeleider S, een geleidende afscherming I en een isolatie (niet getoond), waarbij de binnengeleider S in elektrisch contact staat met de geleidende strip P2 via aansluiting P4 en de geleidende afscherming I in elektrisch contact staat met de wand W en/of basisplaat PI. De binnengeleider S wordt via 25 doorvoeren in de basisplaat PI en het isolerende element P3 met de strip P2 verbonden.

Figuur 5 toont een uitvergroting van een gedeelte van de dwarsdoorsnede van figuur 1 in een alternatieve uitvoeringsvorm.

In figuur 5 verwijzen dezelfde verwijzingscijfers als gebruikt in de voorgaande 30 figuren naar overeenkomstige onderdelen.

In deze alternatieve uitvoeringsvorm is in de wand W een gevlakt verdiept oppervlak W1 aangebracht waarin de basisplaat kan worden opgenomen waarbij de patch-antenne Al, A2 met het volledig oppervlak van de basisplaat PI in contact kan zijn met de wand W.

- 10-

Met name voor een kleinere diameter van de transportleiding kan de alternatieve uitvoering voordelig zijn om een patch-antenne met geschikte afinetingen te kunnen inbouwen.

In een verdere uitvoeringsvorm dient de wand W als basisplaat PI van een 5 patch-antenne. De wand W neemt de elektromagnetische functie over van de basisplaat PI.

Figuur 6 toont een schematische dwarsdoorsnede van een transportleiding voorzien van een systeem in een verdere uitvoeringsvorm.

In figuur 6 verwijzen dezelfde verwijzingscijfers als gebruikt in de voorgaande 10 figuren naar overeenkomstige onderdelen.

In een verdere uitvoeringsvorm omvat het systeem naast elementen die al getoond worden in figuur 1 een externe elektrische geleidbaarheidsmeter GM, waarbij de elektrische geleidbaarheidsmeter GM verbonden is met de besturingseenheid B voor doorgifte van geleidbaarheidssignalen aan de besturingseenheid B en waarbij de 15 elektrische geleidbaarheidsmeter GM is ingericht voor het tijdens gebruik meten van de geleidbaarheid van alleen de transportvloeistof.

De elektrische geleidsbaarheidsmeter bevindt zich tijdens gebruik in hoofdzakelijk de transportvloeistof van het vaste stof/vloeistof mengsel.

Het is bekend dat verzwakking van elektromagnetische golven in een geleidend 20 medium toeneemt met toenemende geleidbaarheid van het medium en met toenemende frequentie van de elektromagnetische golven. Ten gevolge van deze toenemende verzwakking wordt de bovengrens van de te gebruiken frequentie bepaald door de maximaal toelaatbare signaalverzwakking in het geleidende medium. De ondergrens voor de te gebruiken frequentie van de elektromagnetische golven wordt zoda-25 nig gekozen, dat bij een gemiddelde mengselsamenstelling tenminste één halve golflengte tussen de twee antennes past.

Zoals bovenvermeld, kan de dichtheid van het vaste stof/vloeistof mengsel bepaald worden uit een energieverlies of een tijdvertraging van radiosignalen die vanuit de eerste antenne door het meetvolume naar de tweede antenne passeren. Dit energie-30 verlies of deze tijdvertraging hangt samen met de effectieve relatieve permittiviteit van het vaste stof/vloeistof mengsel M waaraan een meting wordt verricht. De componenten (dat wil zeggen een vaste stof en een vloeistof) waaruit het mengsel bestaat hebben op zich verschillende relatieve permittiviteit.

- 11 -

Doordat de gemeten relatieve permittiviteit overeenkomt met de effectieve relatieve permittiviteit welke varieert tussen de relatieve permittiviteitswaarden van de afzonderlijke (twee) componenten, kan hieruit een volumeverhouding van de componenten bepaald worden.

5 De permittiviteit van het mengsel kan worden gemeten door middel van door straling met elektromagnetische golven, waarbij een propagatietijd t, gedefinieerd als de tijd die een golffront nodig heeft om vanuit de eerste antenne Al de tweede antenne A2 te bereiken, indicatief is voor een schijnbare permittiviteit van het vaste stof/vloeistof mengsel. De schijnbare permittiviteit verschilt van de effectieve permit-10 tiviteit in de zin dat de invloed van een eventuele geleidbaarheid van het mengsel in de schijnbare permittiviteit wordt meegenomen.

De propagatietijd t wordt bepaald door het bronsignaal, uitgezonden door één van de antennes, te vergelijken met het signaal dat door de andere antenne wordt ontvangen. Uit een verschil tr tussen de propagatietijd tm van het radiosignaal in het 15 vaste stof/vloeistof mengsel, en de propagatietijd tO van het radiosignaal in enkel de transportvloeistof, kan de concentratie van het vaste stof/vloeistofmengsel worden bepaald.

Tijdens normaal bedrijf van het systeem wordt uit de verandering in de propagatietijd tr, gegeven als tr = tm - tO, de concentratie van het vaste 20 stof/vloeistofmengsel bepaald ten opzichte van de concentratie van de transportvloeistof.

Omdat de propagatietijd tO van het signaal in enkel de transportvloeistof ook afhangt van de elektrische geleidbaarheid van de transportvloeistof, welke typisch varieert tussen minder dan 0.5 S/m voor rivierwater en 4 S/m voor zeewater, dient de af-25 hankelijkheid van de geleidbaarheid te worden meegenomen in de berekening van de dichtheid van het vaste stof/vloeistof mengsel.

Hiertoe wordt voorafgaand aan een meetsessie (tijdens bedrijf) een ijking uitgevoerd, waarbij de propagatietijd tO bij enkel de transportvloeistof wordt gemeten. Deze ijking is bruikbaar zolang de geleidbaarheid van de transportvloeistof gedurende 30 het daaropvolgende normale bedrijf van het systeem niet significant verandert.

De geleidbaarheid van de transportvloeistof kan echter gedurende normaal bedrijf van het systeem veranderen, wat bijvoorbeeld in getijdengebieden, riviermondingen, kustwateren en dergelijke kan optreden.

- 12-

Als de geleidbaarheid van de transportvloeistof, gemeten door de elektrische geleidbaarheidsmeter GM significant verandert, kan de besturingseenheid B de ge-leidbaarheidssignalen van de elektrische geleidbaarheidsmeter GM gebruiken om de propagatietijdmetingen aan het vaste stof/vloeistof mengsel te corrigeren.

5 De externe elektrische geleidbaarheidsmeter GM meet de elektrische geleid baarheid buiten de transportleiding en niet daarbinnen omdat in de transportleiding de elektrische geleidbaarheid (uiteraard) afhangt van de vaste stof/vloeistof concentratie.

Bij een baggerwerktuig kan de elektrische geleidbaarheidsmeting plaatsvinden in het water, door de elektrische geleidbaarheidsmeter GM te plaatsen in de buurt van 10 het afgraafpunt zodat de gemeten elektrische geleidbaarheid zoveel mogelijk overeenkomt met de elektrische geleidbaarheid van de transportvloeistof.

Met de elektrische geleidingsmeter wordt de momentane geleidbaarheid van alleen de transportvloeistof tijdens ijking en tijdens normaal bedrijf van het systeem bepaald. Een aldus vastgestelde verandering van de geleidbaarheid dient te worden ge-15 bruikt om tijdens het normaal bedrijf van het systeem de propagatietijd tO te corrigeren.

Voorts wordt opgemerkt dat bij een transportvloeistof met een relatief hogere geleidbaarheid het gunstig kan zijn om met een zo laag mogelijke frequentie van het radiosignaal te werken, omdat bij deze frequentie het radiosignaal relatief het minst 20 wordt gedempt. Omdat bij een gelijkblijvende frequentie de golflengte in een medium met hogere geleidbaarheid lager wordt, biedt dit de mogelijkheid om bij toenemende geleidbaarheid de zendfrequentie te verlagen, zonder dat de eis dat bij een gemiddelde mengselsamenstelling tenminste één halve golflengte tussen de twee antennes moet passen, wordt geschonden. Door de zendfrequentie actief op de gemeten geleidbaar-25 heid te regelen, kan zo voor een groter bereik aan mengsel-geleidbaarheden een optimale meting worden verkregen.

In een verdere uitvoeringsvorm van de uitvinding zijn meer dan twee antennes naast elkaar langs de binnenomtrek van de wand W van het meetvolume V geplaatst. Alle antennes zijn met de besturingseenheid verbonden op een wijze zoals hierboven 30 is toegelicht voor een systeem met twee antennes. Door, onder besturing van de besturingseenheid, vanuit een antenne te zenden en met behulp van de overige antennes het verzonden signaal te ontvangen, kan informatie verkregen worden over de mengsel-concentratie op ieder van de meetpaden tussen de zendende antenne en één van de ontvangende antennes. De schakeling van de meer dan twee antennes met de bestu- - 13- ringseenheid is zodanig dat de besturingseenheid is ingericht om door samenvoeging van de gemeten mengselconcentraties voor ieder meetpad gegevens over de mengsel-concentratieverdeling over de buisdiameter te verkrijgen, bijvoorbeeld in de vorm van het bepalen van een tomografisch beeld van het mengsel in de buis.

5 Figuur 7 toont een voorbeeld van een meetsysteem dat zes antennes Al, A2, A3, A4, A5, A6 omvat die ieder afzonderlijk verbonden zijn aan een respectieve zen-der/ontvanger Rl, R2, R3, R4, R5, R6. De zender/ontvangers zijn verbonden met de besturingseenheid B die ingericht is voor het besturen van ieder van de zender/ontvangers (voor het zenden en/of ontvangen van signalen) en voor het ontvangen 10 van signalen vanuit ieder van de zender/ontvangers. De besturingseenheid B is voorts in staat om uit de ontvangen signalen informatie over de mengselconcentratieverde-ling binnen het meetvolume M te bepalen.

Bijvoorbeeld bestuurt de besturingseenheid B de eerste zend/ontvanger Rl om een radiosignaal RS te zenden via de eerste antenne Al waarbij de andere 15 zend/ontvangers R2-R6 zijn ingesteld om het radiosignaal (na doorlopen van het meetvolume M) te ontvangen. Aan de hand van de ontvangen signalen bepaalt de besturingseenheid dan informatie over de samenstelling van het mengsel in het meetvolume als functie van het respectieve doorlopen meetpad tussen de eerste antenne en ieder van de overige antennes.

20 Een dergelijke meting kan de besturingseenheid op een ‘round robin’ wijze in een cyclus uitvoeren waarbij telkens één van de antennes na elkaar een radiosignaal uitzendt en de andere antennes het signaal ontvangen en de besturingseenheid de signalen op een geschikte wijze verzamelt en bewerkt.

Er wordt opgemerkt dat in een alternatieve vorm de besturingseenheid via een 25 multiplexer kan zijn aangesloten op de zend/ontvangers.

Claims (27)

1. Systeem voor het meten van een concentratieparameter van een vaste stof/vloeistof mengsel (M) omvattend een meetvolume (V), een eerste antenne 5 (Al) en tenminste een tweede antenne (A2), waarbij: - de eerste en tweede antenne ieder van het patch-antenne type is en ieder (Al; A2) een geleidende basisplaat (PI), een geleidende strip (P2) en een isolerend element (P3) omvat, waarbij het isolerend element (P3) zich bevindt tussen de basisplaat (PI) en de strip (P2), en de strip aan een kopzijde een geleidende 10 verbinding (P5) heeft met de basisplaat (PI); - de eerste en tweede antenne met de geleidende basisplaat (PI) op een wand (W) van het meetvolume is aangebracht, en - de wand (W) van het meetvolume van metaal is vervaardigd.

2. Systeem volgens conclusie 1, verder omvattend een zender (Rl) voor een 15 radiosignaal (RS), een ontvanger (R2) voor het radiosignaal en een besturings eenheid (B), waarbij een uitvoer van de zender (Rl) is verbonden met de eerste antenne (Al); een invoer van de ontvanger (R2) is verbonden met de tweede antenne (A2); de besturingseenheid (B) is verbonden met de zender en met de ontvanger en 20 de besturingseenheid (B) is ingericht voor het besturen van de zender en de ontvanger.

3. Systeem volgens conclusie 2, waarbij de besturingseenheid (B) is verbonden aan een gegevensuitgang van de zender voor het ontvangen van gegevens over het radiosignaal gegeneerd door de zender en voorts is verbonden aan een ge- 25 gevensuitgang van de ontvanger voor het ontvangen van gegevens over het radiosignaal ontvangen door de ontvanger.

4. Systeem volgens conclusie 3, waarbij de golflengte van het radiosignaal zodanig gekozen is dat een afstand in rechte lijn van de eerste antenne via het meetvolume naar de tweede antenne tijdens gebruik hoofdzakelijk gelijk is aan 30 tenminste één halve golflengte van het radiosignaal. - 15-

5. Systeem volgens conclusie 3, waarbij de besturingseenheid (B) is ingericht om tijdens gebruik een concentratieparameter van het vaste stof/vloei stof mengsel (M) te bepalen.

6. Systeem volgens conclusie 5, waarbij het systeem voorts een elektrische 5 geleidbaarheidsmeter (GM) omvat, de besturingseenheid (B) is verbonden met de elektrische geleidbaarheidsmeter voor het ontvangen van een geleidbaar-heidssignaal, en waarbij de besturingseenheid is ingericht om tijdens gebruik op basis van het geleidbaarheidssignaal een geleidbaarheidscorrectie te bepalen voor de concentratieparameter.

7. Systeem volgens conclusie 6, waarbij de elektrische geleidbaarheidsmeter (GM) zodanig is geplaatst dat tijdens gebruik in hoofdzaak alleen de geleidbaarheid van de vloeistof in het vaste stof7vloeistof mengsel (M) wordt gemeten.

8. Systeem volgens conclusie 1, waarbij een afdeklaag (C) is aangebracht op de 15 wand (W) en de op de wand aangebrachte eerste en tweede antennes (Al, A2), voor het afschermen van de wand en de antennes van het vaste stof/vloeistof mengsel (M).

9. Systeem volgens conclusie 1, waarbij zich een opvulling (D) bevindt tussen elk van de eerste en tweede antennes (Al, A2) en de wand (W) van het meet- 20 volume (V).

10. Systeem volgens conclusie 1, waarbij de wand (W) voor het binnen de basisplaat (PI) opnemen van een patch-antenne (Al; A2) een gevlakt oppervlak (Wl) voor die antenne omvat.

11. Systeem volgens conclusie 1, waarbij de basisplaat (PI), het diëlektricum (P3) 25 en de geleidende strip (P2) gekromd zijn uitgevoerd, zodanig dat zij direct aansluiten op de wand (W).

12. Systeem volgens willekeurig een van voorgaande conclusies, waarbij de wand (W) de basisplaat (PI) is van een patch-antenne (Al; A2). - 16-

13. Systeem volgens conclusie 1, waarbij het isolerend element (P3) een diëlektri-cum is met een hogere relatieve permittiviteit dan lucht, bij voorkeur met een relatieve permittiviteit van de vloeistof in het vaste stof/vloeistof mengsel behorende bij een frequentie of frequentiegebied van het radiosignaal.

14. Systeem volgens conclusie 13, waarbij het isolerend element bestaat uit een kunststof-bariumtitanaat composiet of een keramisch materiaal.

15. Systeem volgens conclusie 13, waarbij de basisplaat (PI) en de strip (P2) zich uitstrekken in een lengterichting (X) van het meetvolume (V), waarbij de lengte van de strip (P2) van hoofdzakelijk de orde van grootte van de afstand 10 tussen de eerste antenne en de tweede antenne is.

16. Systeem volgens conclusie 15, waarbij de lengte van de basisplaat (PI) gelijk is aan tenminste de lengte van de strip (P2).

17. Systeem volgens conclusie 13, waarbij de verbinding tussen de eerste antenne (Al) of de tweede antenne (A2) en de zender (Rl) respectievelijk de ontvan- 15 ger (R2) een signaalvoerende geleider (S) en een verdere geleider (I) omvat, waarbij de signaalvoerende geleider verbonden (P4) is met de strip (P2) van de respectieve antenne (Al; A2) en de verdere geleider verbonden is met de wand (W) van het meetvolume (V) en/of de basisplaat (P2) van de respectieve antenne (Al; A2).

18. Systeem volgens conclusie 17, waarbij in het isolerend element (P3) en in de basisplaat (PI) een doorvoer is voorzien voor het doorvoeren van de signaalvoerende geleider (S).

19. Systeem volgens conclusie 13, waarbij de strip (P2) van de antenne (Al; A2) een rechthoekige vorm heeft.

20. Systeem volgens conclusie 13, waarbij de strip (P2) van de antenne (Al; A2) een als functie van de lengte verlopende breedte heeft.

21. Systeem volgens één van de voorafgaande conclusies, waarbij de besturingseenheid (B) is ingericht om tijdens gebruik een grondffequentie van het radiosignaal van de zender (Rl) als functie van de door de elektrische ge- - 17- leidbaarheidsmeter gemeten geleidbaarheid van de vloeistof aan te passen, op zodanige wijze dat de golflengte van het radiosignaal als functie van de gemeten geleidbaarheid, hoofdzakelijk constant is.

22. Systeem volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij er meer dan twee 5 antennes langs een binnenomtrek van de wand (W) geplaatst zijn, en waarbij de meer dan twee antennes zodanig geschakeld zijn dat tussen een zendende antenne en iedere ontvangende antenne tijdens gebruik een bijbehorend meet-pad bestaat waarlangs de mengselconcentratie bepaald kan worden, waarbij de besturingseenheid ingericht is om door samenvoeging van de mengselconcen-10 traties als functie van de meetpaden gegevens betreffende een mengselcon- centratieverdeling in het meetvolume te bepalen.

23. Systeem volgens conclusie 22, waarbij de besturingseenheid is ingericht voor het op een ‘round robin’ wijze in een cyclus uitvoeren van metingen waarbij telkens één antenne een radiosignaal uitzendt en de andere antennes het sig- 15 naai ontvangen en de besturingseenheid de signalen op een geschikte wijze verzamelt en bewerkt.

24. Werkwijze voor het meten van een concentratieparameter van een vaste stof/vloeistof mengsel (M) omvattend: verschaffen van een meetvolume (V) voor het bevatten van het vaste 20 stof/vloeistof mengsel (M); verschaffen van een eerste antenne (Al) en een tweede antenne (A2), zijnde antennes van het patch-antenne type, ieder (Al; A2) een geleidende basisplaat (PI), een geleidende strip (P2) en een isolerend element (P3) omvattend, waarbij het isolerend element (P3) zich bevindt tussen de basisplaat (PI) en de 25 strip (P2), en de strip aan een kopzijde een verbinding (P5) heeft met de basis plaat (PI); waarbij ieder van de eerste en tweede antennes met de geleidende basisplaat (PI) op een wand (W) van het meetvolume is aangebracht, en de wand van het meetvolume van metaal is vervaardigd.

25. Werkwijze volgens conclusie 24, voorts omvattend: zenden van een radiosignaal door de eerste antenne; - 18- ontvangen van het radiosignaal door de tweede antenne, en uit een verschil van het verzonden radiosignaal en het ontvangen radiosignaal bepalen van een concentratieparameter van het vaste stof/vloeistofmengsel.

26. Werkwijze volgens conclusie 25, voorts omvattend: 5 het meten van een elektrische geleidbaarheid van alleen een vloeistof van het vaste stof/ vloeistofmengsel, en het corrigeren van de concentratieparameter van het vaste stof/vloeistofmengsel met behulp van de gemeten elektrische geleidbaarheid van de vloeistof.

27. Werkwijze volgens één van de conclusies 24 - 26, omvattend het verschaffen van meer dan twee antennes die langs een binnenomtrek van de wand (W) geplaatst zijn; het zodanig schakelen van de meer dan twee antennes tussen een zendende antenne en iedere ontvangende antenne dat tijdens gebruik een bijbehorend 15 meetpad bestaat voor het bepalen van de mengselconcentratie; het samenvoeging van de mengselconcentraties als functie van de meetpaden teneinde een mengselconcentratieverdeling in het meetvolume te bepalen.