NO168077B - Framgangsmaate og anordning ved papirmaskin. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en anordning for å måle hastigheten til en væskestrøm, som angitt i den innledende delen av patentkrav 1.

I US-patentskriftet nr. 3 464 887 har S.M. Salomon beskrevet et føleorgan som er konstruert for å føres inn i og trekkes med strømmen fra leppa. En liknende konstruksjon er beskrevet av Solomon i US-patentskriftet nr. 3 509 022.

I US-patentskriftet 3 562 105 beskriver D.B.R. Hill en leppstrømsmåler hvor et hult rørelement er plassert i utløps-strømmen til innløpskassen for å overføre trykk til en trykk-måler eller liknende.

I US-patentskriftet 3 399 565 beskriver J.F. Schmaeng

en anordning hvor et intrengende rør kan beveges inn i papir-massestrøm ved leppa og hvor det statiske trykket i fluidet i røret framskaffer en indikasjon på hastigheten til papir-massestrømmen.

Alle patenskriftene som er omtalt ovenfor krever en

eller annen form for fysisk kontakt med utstrømsmassen til innløpskassen I US-patentskriftet 3 337 393 beskriver J. D. Parker en indikator for utløpsstrømmen til innløpskassen, og denne indikatoren omfatter anvendelse av trykkraner e.l. oppstrøms leppa. I US-patent nr. 3 487 686 beskriver Solomon anvendelse av et par trykkoverførere ved utstrømningen fra leppa, for måling av tidsforskjellen mellom to signaler fra utløpsstrømmen til innløpskassen.

I US 4 201 467 er vist en anordning for måling av en væskstrøm ved hjelp av to lysstråler. Imidlertid er det anvendt en reflektert stråle og en innfallende stråle, der den reflekterte strålen omhyller den innfallende strålen, og er skilt omtrent 90° i anordningen for deteksjon ved to lys/spenningskonverter for generering av start og stopp-pulser for en krets.

US 3 941 477 viser et system der en laser-stråle blir generert og splittet ved et bi-prisme slik at de to under-strålene går parallelle veier gjennom fluidstrømmen. bet finnes ingen forslag om å la strålen gå på tvers av mediet.

I artikkelen "A Paper Sheet Contactless Linear Speed Measurement", av S. Bauduin et al. i IFAC PRP Automation, Vol. 4,1980, beskrives en teknikk for å måle lineær hastighet uten kontakt hvor hastighetsmålingen ved korrelasjon av to optiske signaler skjer ved bruk: av en enkelsignals-laser-sender.

I artikkelen "An Optical Correlation Flowmeter for Pulp Stock", av Daniel M. Shellhammer, publisert i The periodical Tappi, May 1975, Vol. 58, No. 5, pp. 113-116, beskrives en optisk korrelasjonsstrømmåler for å måle vannstrøm eller liknende gjennom et rør. En lignende anordning er beskrevet i brosjyren Eur-Control Optical Flow Transmitter br.ochure B218.80a, som kan fås fra Eur-Control USA Inc., 2579) Park Central Blvd., Decatur, Georgia 30035.

I US-patenskriftet nr. 3 620 914 beskrives et scanning-system som benyttes for å måle hastighet på bas"is av, doppler-frekvensforskyvning. For å måle dopplerforskyvningen:kreves en koherent, monokromatisk kilde, dvs. en laser. Ulempen med dette systemet er at laseren må være ganske kraftig;for å oppnå et sterkt signal og kan skape en risikabel situasjon for operatørene.

Formålet med oppfinnelsen er å framskaffe en anordning for kontaktløs utstrømshastighetsmåling for å mer nøyaktig fastsette forholdet mellom utstrømshastigheten og hastigheten til viren.

Dette formålet oppnås ved å utforme anordningen*som angitt i den karakteriserende delen av patentkav 1. ;Et par optiske følerposisjonene er atskilt med en avstand i retningen til utstrømningen og er optisk koblet til en enkel lyskilde og et par følere. ;Den optiske koblingen er fortrinnsvis framskaffet ved todelte fiberoptikkbunter slik at en enkel lyskilde.kan anvendes med i det minste to lysfølere. ;Fortrinnsvis brukes hvitglødende sterk lyskilde.som kan varieres i intensitet. ;Bruken av fiberoptikkbunter minimaliserer uønskete virkninger av søl og liknende. ;Andre formål, trekk og fordeler ved oppfinnelsen vil framgå fra den følgende detaljerte beskrivelsen med henvisning til de vedlagte tegningene, der ;fig. 1 viser skjematisk gjengivelse av et par lysfølere adskilt med en avstand og plassert over utstrømningen fra innløpskassen, ;fig. 2 viser et sideriss av leppa anordnet for bruk av oppfinnelsen og viser oppfinnelsen i en skjematisk form, ;fig. 3 viser et forstørret riss av et par todelte optiske fibre som mates med en enkel lyskilde og som bestråler et par fotodioder, ;fig. 4 viser en skjematisk gjengivelse av lyspunkts-geometrien, spesielt lyspunktets lengde og bredde, ;fig. 5 viser en skjematisk gjengivelse av lyspunktets linjeavvik eller forskyvning mhp. strømretningen, ;fig. 6 viser en grafisk gjengivelse som viser kalibreringen av strømningsmåleren mot et laser doppleranemometer, ;fig. 7 viser en grafisk gjengivelse av signalgjennomtrengning og forskyvning pga. endringer i utstrømsmassens hastighet, ;fig. 8 viser en grafisk gjengivelse som sammenligner den krysskorrelerte utstrømshastigheten med utstrøms-hastigheten beregnet på grunnlag av trykket i innløpskassen, ;figurene 9 og 10 viser grafiske gjengivelser i form av linjeutskrift fra en papirmaskins drift fra start til stans, hvor fig. 9 gjengir konstant hastighet fra start til stans og fig. 10 gjengir en drift hvor strømmen faller satsvis før avstengning, ;fig. 11 viser en grafisk gjengivelse av data tatt fra en serie driftsforløp ved forskjellige strømhastigheter og forskjellige åpninger i leppen, ;fig. 12 og fig. 13 viser grafiske gjengivelser av driftsforløp papirmaskin med forskellige strømhastigheter med alle andre forhold konstant, ;fig. 14 viser en grafisk gjengivelse av krysskorrelasjonskoeffisienter mhp. hastigheten til de to driftsfor løpene i fig. 12 og 13, ;fig. 15 viser en grafisk gjengivelse av feil innført i systemet ved sensoravstand over utstrømningen til innløpskassen, ;fig. 16 viser en grafisk gjengivelse av feil som innføres i systemet ved horisontal skjevhet av føler-posisjonene mhp. strømretningen til utstrømningen fra innløpskassen, og ;fig. 17 viser en grafisk gjengivelse av feil som innføres i systemet ved vertikal skjevhet av føler-posisjonene. ;I samsvar med fig. 1, måler krysskorrelasjons strømmåleren til oppfinnelsen tiden som går mellom at et mønster internt eller på overflaten skal bevege seg fra en første følerposisjon A til en andre følerposisjon B som befinner seg like nedstrøms i forhold til følerposisjon A. Ved å bruke denne tiden © og avstanden mellom følerne kan strømhastigheten beregnes som V = D/©. ;Krysskorrelasjon er den teknikken som brukes for å beregne forflytningstiden fra følernes utgangssignaler. Følerne har hver en AC komponent fA(t) °9 fg^)- 1 det ideele tilfellet er fg(t) identisk med fA(t) ved tidsforskellen ©, slik at fft(t) = fB(t+©). ;Krysskorrelasjonsfunksjonen sammenligner disse to signalene og får resultatet RAB(t) som har et maksimum ved 8;hvor P er et integrasjonsintervall. Den tilsvarende digitale algoritmen er ;I hvert virkelig system vil være noe støy, det være seg støy som skriver seg fra feilstilling for følerne, signal-forvrengning eller ekstern elektromagnetisk interferens. ;Hvis støyen representeres ved f.N,(t), blir forholdet mellom følernes utgangsdata: ;Ved å sette utrykket ovenfor inn i krysskorrelasjonsligningen oppnår man: ;Separering av integralene gir: ;Hvis f,(t) og f„(t) er uavhengige, vil det andre ;A N ;integralet gå mot null. Hvis likevel komponenten fA(t) inneholder en støykomponent som er likeartet med komponenten f (t), vil resultatet R ha et markert toppunkt ved t=0. Dette er et spesielt problem ved 60 Hz og 120 Hz interferens. Funksjonene fA(t) og ffi(t) har begge kraft-spektra som vil være høyfrekvensbegrensede med en båndbredde BW. Toppunktet til krysskorrelasjonsfunksjonen RAfi(t) om © vil ha en bredde ved midtpunktet av 1/BW. For å få en nøyaktig verdi for RAfi(©)-maksimum, er det ønskelig at bredden ved toppunktet 1/BW er så smal som mulig. Den målte verdien av © er mer nøyaktig jo større båndvidden er. Nøyaktigheten av tidsintervallet © er også relatert til integrasjonsintervallet P. Jo 6tørre P er, jo mindre variasjon vil © ha. For hasighetsmålinger er likevel den raske responstiden ønskelig. Integrasjonsintervallet P bør derfor velges med begge disse forhold i tankene. ;Høypassfiltrering vil forbedre skarpheten til P ved O og eliminere lavfrekvens-støy. Man må imidlertid være varsom med å velge avbruddsfrekvensen, slik at den ikke influerer på signalstyrken og båndbredden. ;En konstruksjon i denne undersøkelsen utnytter følere som omfatter en lysemiterende diode som lyskilde som fokuseres på utstrømningen gjennom en linse. Det reflekterte signalet var fokusert på en fotodiode som var tilpasset den lysemitterende dioden. Med denne konstruksjonen kunne det sterke signalet bare oppnås når den lysemitterende dioden og fotodioden var i sitt brennpunkt. Posisjonering av følerne var kritisk, og forandring i utstrømsvinkelen krevde omjustering av følerne. Den lave styrken til den lysemitterende dioden gjorde det nødvendig å plassere følerne svært nær utstrømningen. Dette ga som nevnt ovenfor et signal med veldig mye støy og søl som ville sporadisk dekke til linsen og blokkere signalet fullstendig. ;Med referanse til figurene 2 og 3 ble ulempene nevnt ovenfor overvunnet, f.eks. ble posisjoneringsfølsomheten redusert ved å ha todelte fiberoptikkbunter som kobler en lyskilde til et par følere slik som PIN-dioder. Som lyskilde ble benyttet et glødende organ som kunne variere i gløde-intensitet. Dette løste problemet med med lav styrke på lyskilden, og fiberoptikken minimaliserte virkningen av skvettsøl. ;Signalene fra fotodioden ble matet til og filtrert av et 200 Hz høypassfilter, forsterket og lagret for senere analyse. Til dataanalyse ble benyttet en FFT ubikvitær (FFT Ubiquitous) tokanals spekteranalysator. ;I figurene 2 og 3 er utstrømningsenden til en innløps-kasse gjengitt ved 10 og omfatter ei leppe 12 som former utstrømningen 14 som leveres til en Fourdrinier vire 16 som bæres på en rull 18 som for oversiktens skyld er gjengitt til høyre for leppa 12 istedenfor under og like inntil denne. Følerposisjonene A og B i fig. 1 er gjengitt over utstrømningen 14 med en avstand fra hverandre i strøm-retningen. ;En fiberoptikkkonstruksjon 20 kobler en lyskilde 28, her en glødelampe, til et par lysfølere, her fotodioder, 24 og 26, ved refleksjon fra utstrømningen 14 fra innløpskassen. ;Slik det best framgår av fig. 3 omfatter den fiberoptiske konstruksjonen 20 et par fiberoptiske bunter 28 og 30. Hver av de fibroptiske buntene er todelte slik som gjengitt ved 32-38, slik at lyskilden 28 mater delene 32 og 36 som overfører et par med lystråler til utstrømningen fra innløpskassen, mens delene 34 og 38 overfører reflektert lys fra utstrømningen til de respektive fotodiodene 24 og 26. ;Når en ser tilbake på fig. 2, mates de elektriske signalene som genereres av fotodiodene til en forforsterker 40 før de sendes til et høypassfilter 42, f.eks. et 200 Hz høypassfilter. De filtrerte signalene blir så forsterket av en forsterker 44 og matet til et datalager 46 og til en spekteranalysator 48. ;I denne undersøkelsen ble det gjort prøver på kryss-korrelas jonshastighetsmåler i samsvar med oppfinnelsen for å bestemme nøyaktighet, lineæritet, bruk i utsatte omgivelser og posisjoneringseffekter på hastighetsmålingen. ;I disse undersøkelsene ble prøvene som angikk nøyaktighet, lineæritet og posisjoneringsfeil først utført i en fluidmekanisme, dvs. strømsløyfe i laboratoriet. Alle resultatene som framlegges nedenfor ble kalibrert mot et laserdoppleranemometer. Virkningen av signalgjennomtrengning inn i utstrømningen og virkningen av egenskapene til utstrømningensoverflaten på den korrelerte hastigheten ble også bestemt. Deretter ble hastighetsmåleren anvendt på en eksperimentpapirmaskin for videre studier av drift i denne omgivelsen. Som det vil framgå fra diskusjonen nedenfor ble resultatene sammenliknet med de beregnete hastighetene av utstrømningen til innløpskassen og resultatene fra forsøkene i fluidmekanikklaboratoriet. ;En sluttserie med forsøk ble utført med en stor strømsløyfe for å sammenlikne den krysskorrelerte hastigheten med hastigheten beregnet fra en pitotrørmåling. Alle disse resultatene er også vist nedenfor. ;For å bestemme målefeil, ble krysskorrelasjonskoeffisienten og signal-til-støy-forholdet bestemt. Krysskorrelasjonskoeffisienten XCC er et mål for det bidraget signalet fA(t) °99j*r til korrelasjons-toppen RAB(9). Krysskorrelasjonskoeffisienten beregnes ved uttrykket:

der en verdi på "1" er for identiske signaler, og verdien "0" er for signaler som ikke har noen likhet.

Signal-til-støy-forholdet S/N beregnes ved å dividere gjennomsnittet av signalautokorrelasjonen RAA(0) med autokorreiasjonen RNN(0) av støyfunksjonen i samsvar med uttrykket:

Som ved lyspunktgeometri, og med henvisning til fig. 4, er signal fA(t) og ffi(t) AC-komponentene av tilbake-spredningen av to lyspunkt på overflata av utstrømningen til innløpskassen. Lyspunkt har et endelig areal, slik at signalene målt derfra vil være øyeblikkelige gjennomsnitt av det som finner sted over deres arealer. Formen og innstillingen av punktene vil virke inn på kvaliteten og nøyaktigheten av signalene.

Økning i punktbredden over strømningsretningen (her x-retningen) gir sensorene et større synsfelt, med flere punkter av likhet enn det som kan korreleres. Dette øker graden av korrelasjon eller korrelasjonskoeffisienten XCC, og signal-til-støy-forholdet. Bredden av lyspunktet er begrenset til synsfeltet for sensorene, og det tjener ingen hensikt å øke denne ytterligere.

Minking av punktlengden i strømningsretningen (her z-retningen) gjør det gjennomsnittlige arealet av lyspunktet smalere, noe som øker båndbredden. Dette gir en skarp topp ved R^n(^)- Dersom lengden imidlertid økes for mye, vil

AB

den virke inn på signalstyrken.

Det refereres nå til fig. 5. Skjev innstilling av lyspunktene i strømningsretningen, dvs. i z.-retningen, innfører en kosinusfeil i separeringsavstanden D, og minker krysskorrelasjonskoeffisienten XCC. Dersom feilinnstillingen er stor nok, vil lys punktene ikke ha noen punkter av likhet langs strømmen og korrelasjonsgraden vil bli null. Øking av spotbredden vil selvsagt hjelp til med å minke dette problemet.

Innstillingen av føleoptikken over utstrømningen til innløpskassen innfører noen feil som er relatert til lyspunkt- og kosinusfeil. I forsøket på å bestemme disse feilene, ble det brukt en sirkelformet lysspot 1,982 mm i diameter, og sensorene var plassert i en avstand på 5,974 mm. Parametrene som ble undersøkt var avstanden fra strømningsflata, den horisontale skjevhten, den vertikale skjevheten og sensorsepareringen.

Avstanden av sensorene fra strømningsflata innførte ikke signifikante feil i den korrelerte hastigheten dersom den blir holdt innenfor spesielle grenser. Dette skyldes for det meste bruk av fiberoptikk, som holder punktstørrelsen mye mer konstant enn en linse. Idet sensorene er flyttet bort fra utstrømningsflata, begynner spotstørrelsen å øke, minker den effektive båndbredden og gjør at korrelasjons-toppen blir bredere. Krysskorrelasjonskoeffisienten XCC minker også og gir et lavere signal-til-støy-forhold. Ved omtrent 6,35 mm fra utstrømningsflata, begynner lyspunktene å overlappe. Denne overlappingen flytter de gjennomsnittlige arealene av sensorene mot hverandre og forårsaker at sensor-separer ingsavstanden synes mindre og hastigheten synes å øke som vist i fig. 15.

Skjev innstilling av av sensorene horisontalt på strømningsretningen innfører en kosinusfeil, som nevnt ovenfor, i avstanden D og minker signal-til-støy-forholdet ved å redusere arealet av punktene som er korrelerbare ved at avstanden nå er en distanse D' i samsvar med forholdet

Fra undersøkelsene er cosinusfeilen neglisjerbar sammenliknet med prøveperiodefeilene i krysskorrelasjons-prosessen. Innstillingen av toppen RAB(e) blir ikke berørt ved slik skjev innstiling inntil grensen for sensor-innstillingen er nådd. Minkingen i signal-til-støy-forholdet idet arealene av likhet i lyspunktene avtar er konsistent med forventet utførelse, som vist i fig. 16.

Separasjonen mellom sensorposisjonene er svært kritisk, og virkningen av en anordning konstruert i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen. En økning i sensorposisjonsavstanden vil gi overflateegenskaper av utstrømningen med mer tid til forandring mellom lyspunktene. Dette vil øke signal-til-støy-forholdet inntil korrelasjonen eventuelt er tapt. Minking i sensorposisjonsavstanden gir en bedre korrelasjon, men med mindre overføringstider mellom sensor-posisjonene, vil korrelasjonsinstrumentet ha en større usikkerhet i tiden 0 som er målt.

Minimumsavstanden for å holde måleperiodeusikkerheter innenfor 0,5% kan beregnes ved uttrykket

Minimumsavstanden er altså begrenset av størrelsen og formen på lyspunktene.

Det turbulente signaltapet virker ikke inn på posisjonen av R (8)- toppen, slik at den ikke blir en signifikant faktor i krysskorrelasjonsfunksjonen inntil signal- til- støy- forholdet er redusert signifikant. Lyspunktet produserer en filtrering, og gjennomsnittlig effekt på signalene slik at dens z- bredde kan brukes til å beregne en tilnærmet maksimal sensorposisjonseparasjon i samsvar med uttrykket Dmax=3w' sliK at grensene for verdien D er jw^D ^ 100 PV/N.

Videre er feil innført ved signalinntrengningen i strømningen. Disse feilene er: (1) Signal tap- lav krysskorrelasjonskoeffisient XCC, (2) Refleksjon fra bunnen av utstrømnings - RAB(<e>) <->flytting og/eller utbredning, og (3) Gjennomsnittet av vertikal hastighetsprofil blir smalere og bredden og RAB(Q) flyttes.

Den første feilen (1) virker ikke direkte inn på tidsposisjonen av krysskorrelasjonsfunksjonen. Hovedeffekten er en reduksjon i signalstyrke, som bare er signifikant i klare løsninger med svært lite turbulens.

I den andre feilkilden (2), blir en del av signalet overført gjennom utstrømningen til dennes bunnflate der den blir reflektert tilbake til sensorene. Dersom bunnflata av utstrømningen vandrer med en hastighet som er litt forskjellig fra toppflata, blir forholdet mellom signalet fft(t) og ffi(t)

Den krysskorrelerte funksjonen blir da:

Dette vil gi en topp ved 8^ og 92. Med strømninger med omtrent samme hastigheter, vil bare en topp vises i krysskorrelasjonsfunksjonen, men den vil blir bredere og flyttet i tid.

Fig. 7 viser vertikal hastighetsprofil målt med Doppleranemometer. Svært framhevet i denne grafiske framstillingen er den krysskorrelerte hastigheten i klart vann under de samme forholdene. Dersom toppflata av utstrømningen er 1,626 mm fra dens senter, skulle den krysskorrelerte hastigheten i dette punktet bli 7,95m/s. Den målte hastigheten er 8,08 m/s, en forskjell på 1,6%, som kan bli delvis tillagt den lavere overflaterefleksjonen. Idet løsningen som skal måles blir mer ugjennomsiktig, blir denne feilkilden neglisjerbar.

Den tredje og siste kilden for gjennomtrengingsfeil (3) er gjennomsnittlig. Dette er signifikant i en "Wellseeded" strøm, og er et større tilfelle av overflaterefleksjonsfeil. I et fluid med cellulosefibre eller et annet reflekterende medium, vil lyspunktet trenge inn og gi tilbakespredning av signaler fra partikler ved forskjellige trinn. De sterkeste signalene vil komme fra nær ved overflata, men signalene fra forskjellige dybder som beveger seg med forskjellige hastigheter vil innføre feil i signalet.

Krysskorrelasjonsfunksjonen for dette signalet er

og den gjennomsnittlige toppen RAB(©') er

Jo mer ugjennomsiktig løsningen er, jo mindre inntrengnings-dybde, og tiden vil bli kortere.

Fig. 7 viser også den krysskorrelerte hastigheten for en 0,3% mykved celluloseløsning. Forskjellen mellom overflatehastigheten og den målte hastigheten er 5,2%. Dette viser en mye større gjennomsnittlig inntrengning i utstrømning enn hastigheten i vann, noe som ville være ventet med større hastighet differensielt over dybdeprøven. Denne feilen kan være ønskelig dersom gjennomsnittshastigheten av utstrømningen skal måles. Øking av styrken av lyskilden 28 vil gi en større inntrengning, og et mer realistisk gjennomsnitt av hastigheten.

Den følgende tabellen er en feilanalyse- oppsummering for de ovenfor omtalte undersøkelsene.

Dersom det blir kompensert for inntrengningsfeilene, eller de er ønskelige, kan prosent usikkerhet for normal drift bringes ned til 0,65%.

Den følgende tabellen viser symboler og betydningen av dem, for de symbolske elementene benyttet i likningene ovenfor.

Kalibreringen av måleinstrumentet for krysskorrelasjons-strømningsmåling mot laser-Doppler anemometeret er vist i fig. 16. Den krysskorrelerte hastigheten av vann er minst nøyaktig av målingene og har en lineæritet på 0,99870. Lineæriteten av hastigheten ved å bruke tremasse er 0,99987, som er det samme som lineæriteten av hastigheten målt med laser-Doppler-anemometeret. Feilen i den krysskorrelerte hastigheten er ved de lavere utstrømningshastighetene, særlig i vannutstrømninger. Denne feilen er særlig et resultat av den smalere båndbredden på grunn av lavere frekvensturbulens, og i tilfelle med vann særlig på grunn av refleksjon fra utstrømningens lavere overflater. Den skjeve innstillingen av den krysskorrelerte hastigheten sammenliknet med laser-Doppler-anemometeret framgår av fig. 7, som illusterer gjennomsnittlig inntrengning av de krysskorrelerte signalene inn i utstrømningsflata sammenliknet med punktene der signalene i laser-Doppler-anemometer ble samlet. Idet utstrømningshastigheten blir endret, vil punktene for signal-samling innenfor utstrømningen flyttes, og gi skjev innstilling av slutt "grafen". Fordi krysskorrelasjonen i tremasse er nærmere signalsamlingspunktet i laser-Doppler-anemometeret enn det er i vann, bør den innstilles mindre skjevt, noe som tydelig framgår av fig. 7. Det er mindre feilinnstilling fra det som er teoreriske jo dypere signalet trenger inn i utstrømningen.

Det refereres nå til fig.8. Den krysskorrelerte utstrømningshastigheten er sammenliknet med utstrømnings-hastigheten beregnet fra innløpskassetrykket på en papirmaskin. Det framgår klart at kurvene er av lik form, men det er noe variasjon fra den teoretiske utstrømnings-hastigheten. Den grafiske linjeskriften i fig. 9 og 10, som kort nevnt ovenfor, er fra et driftsforløp i papirmaskin fra oppstarting til slutt. Disse grafiske framstillingene viser responsen av en anordning til små endringer i hastighet når den brukes utført som en kontinuerlig utlesingsanordning. Fig. 9 viser et kontinuerlig driftsforløp, mens fig. 10 viser et driftsforløp der strømningen slippes ned trinnvis ved enden av driftsforløpet.

Resultatene fra den store strømningsløyfen nevnt ovenfor er vist i fig. 11, 12, 13 og 14. Fig. 11 viser en sammenlikning av data tatt over en serie på 21 driftsforløp med varierende strømningshastigheter og leppeåpninger. Målingene korresponderer svært godt ved lavere hastigheter, med noen signifikante variasjoner ved høyere hastigheter. Dette tillegges resultatet av pitotrør-målingen av sentret av utstrømningen og den krysskorrelerte målingen av overflata. Ved høyere utstrømningshastigheter vil forskjellen mellom overflate- og senterhastighet bli større. En lineær regresjonsanalyse av disse dataene gir en kor reiasjonskoeffisient på 0,9572. Fig. 12 og 13 viser utstrømningshastigheten versus mengden strømning for en maskin der innløpskassen enten ikke har noen spalteleppe eller har en spalteleppe på 1/4''. Strømningshastigheten ble variert mens alle andre forhold ble holdt konstante. Data oppnådd korresponderer generelt med data i fig. 11. Data vist i fig. 12 og 13 har korrelasjonskoeffisienter på hhv. 0,9979 og 0,9987. Fig. 10 viser en grafisk en framstilling av de krysskorrelerte koeffisientene versus hastigheten av de to driftsfor løpene i fig. 12 og 13. Idet utstrømningshastigheten øker er det mindre overflateendring mellom sensorposisjonene, og dermed større grad av korrelasjon. Båndbredden av signalet blir også større ved økt hastighet, på grunn av høyere frekvensturbulens på utstrømningsflata.

Den oppsummerte feilanalysen i Tabell I gir den ventede feil for normal drift med god innstilling av sensorene, og en "verste tilfelle"-situasjon, der signalet er utstrømning unntatt det som går tapt. Disse feilene er beregnet ved å anta en 6 mm sensor avstand med lyspunkter med diameter på 0,5 mm. Det målte mediet er antatt å være en relativt ugjennomsiktig løsning som vandrer med en hastighet på mellom 2 og 20 meter/sekund. Krysskorrelasjonen antar 1024 prøver tatt over et 3 ms intervall.

Den krysskorrelerte målingen av utstrømningshastighet i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen møter hensikts-messig behovene for målinger av utstrømningshastigheter til innløpskasse. Den forstyrrer ikke på noen måte utstrømningen, og den kan virke enkelt under svært harde forhold med minimal montasje og vedlikehold.

Nøyaktigheten synes å bli bedre enn ved de fleste eksisterende framgangsmåter for måling av utstrømnings-hastighet når elementene er nøyaktig innstilt. Også med en viss mengde feilinnstillinger, vil signalet vanligvis bli mistet før feilen i avlesingen blir signifikant.

En anordning konstruert i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen måler en overflatehastighet. Dersom senter-hastighten av utstrømningen er ønsket, er det nødvendig med en korrelasjonsfaktor. For de fleste anvendelser er imidlertid de relative endringene i hastigheten de viktigste parametrene og i slike anvendelser er en anordning konstruert i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen svært nøyaktig.

Fra omtalen foran er det klart at fiberoptikkkelementene 28 og 30 i fig. 2 og 3 er justerbart montert med hensyn på avstand, horisontal og vertikal skjevinnstilling og posisjon over utstrømningen til innløpskassen. Det er også klart at lyskilden 28 kan varieres i intensitet for å øke eller minke inntrengningen til utstrømningen.

Oppfinnelsen er beskrevet med referanse til en spesiell illustrerende utførelsesform med grafiske framstillinger av prøveresultater av et driftssystem, men mange endringer og modifikasjoner av oppfinnelsen kan være klare for fagfolk, uten at det avviker fra tanken og ramma for oppfinnelsen.

Claims (10)

1. Anordning for måling av hastigheten til en væskestrøm, omfattende lysgenereringsorgan (29) montert i nærheten av væskestrømmen (14) for å generere lys slik at hastigheten på strømmen (14) kan bestemmes; første fiberoptiske lyskoplingsmidler (28) anbrakt mellom lysgenereringsmidlene (29) og væskestrømmen (14) for å lede lyset mellom lysgenereringsmidlene (29) og væskestrømmen (14); første lysavfølingsmidler (24) for å avføle lys reflektert fra væskestrømmen (14) tilbake gjennom første koplingsmidler (28) og for å generere et første elektrisk signal proposjonalt med det reflekterte lyset gjennom første koplingsfilter (28); andre fiberoptiske lyskoplingsmidler (30) anbrakt mellom lysgenereringsmidlene (29) og væskestrømmen (14), de andre koplingsmidlene (30) er anbrakt nedstrøms i forhold til første koplingsmidler (28) for å lede lys mellom lysgenereringsmidlene (29) og væskestrømmen (14); andre lysavfølingsmidler (26) for avføling av lys reflektert fra væskestrømmen (14) ved den nedstrøms plasseringen tilbake gjennom de andre koplingsmidlene (30) og for å generere elektrisk signal proposjonal med det reflekterte lyset gjennom andre koplingsmidler (30); analyseringsmidler (48) opererbar for å krysskorrelere AC-komponenter av første og andre elektriske signaler for å oppnå et utgangssignal som representerer hastigheten på væskestrømmen (14) karakterisert ved at første og andre fiberoptiske lyskoplingsmidler omfatter en, respektive ett par med mellomrom anbrakte todelte første og andre fiberbunter (28,30), den første fiberbunten (28) omfatter en første, andre og tredje ende, den første enden er anbrakt i nærheten av væskestrømmen (14), den andre enden er anbrakt i nærheten av første lysavfølingsmidler (24) og den tredje enden er anbrakt i nærheten av lysgenereringsmidlene (29); den andre fiberbunten (30) omfatter første, andre og tredje ende, den første enden av den andre fiberbunten (30) er anbrakt i nærheten til væskestrømmen (14) ved den nedstrøms plasseringen av denne og nedstrøms i forhold til den første enden av den første fiberbunten (28), den andre enden av den andre fiberbunten (30) er anbrakt i nærheten av den andre lysavfølingsmidlene (26) og den tredje enden av den andre fiberbunten (30) er anbrakt i nærheten av lysgenereringsmidlene (29); lysintensiteten og lysgenereringsmidlene (29) er justerbar for å variere gjennomtrengningen av lyset inn i strømmen (14) og dybden som hastigheten måles på; høypassfilter (42) er koplet til de første og andre lysavfølingsmidler (24,26) for å filtrere ut komponenter av første og andre signaler under en forhåndsbestemt sekvens; forsterker (44) er koplet til høypassfiltret (42) for å forsterke de filtrerte første og andre signaler, analyseringsmidler (48) er koplet til forsterkeren (44) for å krysskorrelere AC-komponenten til den forsterkede første og andre signaler; og justerbare monteringsmidler er koplet til første og andre fiberbunter (28,30) for å tillate justering av mellomrommet mellom første og andre fiberbunter (28,30) i forhold til overflata av væskestrømmen; og væskestrømmen (14) omfatter masse fra ei innløpskasse til en papirmaskin (10).

2. Anordning i samsvar med krav 1, karakterisert ved at lysgenereringsorganene er ei glødelampe (29).

3. Anordning i samsvar med krav 1 eller 2, karakterisert ved at den første og andre lysavfølingsorgan omfatter en første resp. andre lysdiode (24,26), den første lysdioden (24) er lyskoplet til en todeling (34) av den første fiberbunten (28), den andre lysdioden (269 er lyskoplet til en todelig (38) av andre fiberbunt (38); og lysgenereringsmidlene (29) er lyskoplet til hver av den andre todelingen (34,36) av f iberbuntene (28,30).

4. Anordning i samsvar med noe av de foregående krav, karakterisert ved at de justerbare monteringsmidlene tillater justering av den horisontale skråen av første og andre fiberbunter (28,30).

5. Anordning i samsvar med noe av de foregående krav, karakterisert ved at den justerbare monteringsmidlene tillater justering av den vertikale skråen av første og andre fiberbunter (28,30).

6. Anordning i samsvar med noe av de foregående krav, karakterisert ved at den forforsterker (40) er koplet mellom første og andre lysavfølingsmidler (74,76) og høypassfiltret (42).

7. Anordning i samsvar med noe av de foregående krav, karakterisert ved at analyseringsmidlene omfatter en Fast Fourier Transform tokanals spektrumanalysator (48).

8. Anordning i samsvar med noe av de foregående krav, karakterisert ved at lagringsmidler (48,46) er koplet til forsterkeren (44) for lagring av data representert ved de forsterkete første og andre signalene.

9. Anordning i samsvar med noe av de foregående krav karakterisert ved at ananlyseringmidlet (48) er koplet til forsterkeren (44) for å bestemme forsinkelsen mellom AC-komponentene av første og andre elektriske signaler ved krysskorrelert funksjonssammenlikning.

10. Anordning i samsvar med krav 7, karakterisert ved at spektrumanalysatoren (48) kan opereres i samsvar med uttrykket der fft (t) og fB (t) representerer A.C. komponentene produdert via første og andre koplingsmidler (28,30), P er en forhåndsbestemt periode for integrasjon, 9 representerer forsinkelsestida mellom FA(t) °9 fB og RAB er krysskorrelasjonsutgangen og har et maksimum ved 9.