WO1999014561A1 - Method and device for measuring flow characteristics and other process parameters - Google Patents

Method and device for measuring flow characteristics and other process parameters Download PDF

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WO1999014561A1
WO1999014561A1 PCT/DE1998/002740 DE9802740W WO9914561A1 WO 1999014561 A1 WO1999014561 A1 WO 1999014561A1 DE 9802740 W DE9802740 W DE 9802740W WO 9914561 A1 WO9914561 A1 WO 9914561A1
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Margit Barth
Frank Obergriesser
Frank Schmidt
Jörg Rupp
Jürgen STECK
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Fraunhofer Ges Forschung
Margit Barth
Frank Obergriesser
Frank Schmidt
Rupp Joerg
Steck Juergen
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Definitions

  • the present invention relates to a method, various applications of the method and a device for measuring the flow characteristics of a medium and other process parameters.
  • a first application is in the field of flow measurement technology.
  • the flow measurement of gases and liquids forms the essential basis for the process control as well as for the quantization and calculation of quantities in numerous industrial application areas. Measurements on multiphase flows and / or under unknown flow conditions prove to be particularly problematic. Some of the process parameters cannot be determined or can only be determined inaccurately with the conventional flowmeters.
  • some known flowmeters deliver only the entire mass or flow rate when used in multi-phase flows.
  • Volume flow others only the throughput of one of the phases.
  • Still others provide measurement results which depend in an insufficiently known manner on the flow of the different phases, so that measurement errors can occur as a result.
  • the simultaneous It is necessary to record the mass and volume flows of all phases.
  • process parameters such as the fill level of partially filled pipes and open channels or the concentration and spatial distribution of the different phases in a medium are of interest. With the existing systems, these parameters are difficult to measure, inaccurate or not at all.
  • Hot wire anemometer or dynamic pressure probes known. Although these permit a flow profile measurement, they require a very long measurement time, since the sensor must be repositioned for each individual measurement point. They are therefore for surveillance dynamic, non-periodic processes unsuitable.
  • the use of laser Doppler anemometers also requires optical transparency of the media and the wall of the flow system. Hot wire anemometers and dynamic pressure probes are not without effects. They protrude into the flow and thus influence the measurand.
  • multi-gate Doppler systems based on ultrasound are known. These belong to the so-called pulse-echo systems, which enable a direct spatial assignment of received signals based on the respective signal delay.
  • an ultrasonic sensor transmits short ultrasonic signals at continuous intervals T and is operated as a receiver after a certain time.
  • the echoes of the spreaders (inhomogeneities) carried at different depths in the medium hit the sensor at different times.
  • signal sections belonging to different depths can be recorded separately and with regard to their
  • Speed information can be evaluated.
  • the spatial assignment is unambiguous if the signal transit time between the transducer and the maximum depth considered is smaller than the period T according to the following equation.
  • C denotes the speed of sound of the medium.
  • the speed distribution along the sound beam axis can thus be detected.
  • Appropriate processes require a multi-phase flow, as is currently the case in process technology, for example in the case of contaminated media.
  • the speed information sought is determined from the frequency shifts caused by the scattering on the moving inhomogeneities.
  • Multi-gate Doppler systems based on the pulse Doppler method allow spatially resolved speed measurements for determining the flow profile, but are limited with regard to the maximum detectable speed and also with regard to their maximum measuring rate. In addition, spatial and frequency resolution place conflicting demands on the bandwidth of pulse Doppler systems.
  • a further measuring method and a device for flow measurement on open wastewater channels are described in US-A-5311781.
  • an ultrasound transducer emits ultrasound pulses at short intervals at an angle to the flow direction and detects the echo resulting from scattering of inhomogeneities in the flow.
  • An evaluation unit identifies certain inhomogeneities within the respective time window on the basis of their characteristic echo signal. In the subsequent pulse-echo cycles, this characteristic echo signal is then searched for in the time window and the flow velocity is determined from its displacement.
  • a second application relates to the measurement of the flow characteristics in open waters, for example in the offshore area or in the area of marine biology.
  • a third application concerns the area of industrial process technology, but in a completely different problem area.
  • a system that records the concentration of the inhomogeneities (e.g. the different phases in a mixing process), the spatial distribution or stratification of the inhomogeneities and the degree of homogenization in real time.
  • concentration of the inhomogeneities e.g. the different phases in a mixing process
  • spatial distribution or stratification of the inhomogeneities e.g. the different phases in a mixing process
  • degree of homogenization e.g. the spatial distribution or stratification of the inhomogeneities and the degree of homogenization in real time.
  • laser Doppler anemometers As already explained above, laser Doppler anemometers, hot wire anemometers or dynamic pressure probes in principle allow the measurement of
  • Multi-gate Doppler systems allow spatially resolved speed measurements, but they have the disadvantages mentioned above with regard to the maximum detectable speed and also with regard to their maximum measuring rate. Essential process parameters such as level, concentration and distribution of inhomogeneities and the degree of homogenization are not recorded with such systems.
  • a fourth application relates to the development and construction of flow-around bodies.
  • Flow measurements are essential for the construction of flow-around bodies such as ship hulls, propellers, drilling platforms or buoys. When flowing around the body, gas enters the medium. Also arise
  • the present invention is therefore based on the object of specifying a device and a method which enable the precise and reliable measurement of the flow profile of a medium in mixing, separating, reaction and settling processes in open and closed containers.
  • the present invention is also based on the object of specifying a device and a method which enable the precise and reliable measurement of the flow profile of a medium on bodies which have flow around it.
  • the present invention is based on the third object of specifying a device and a method which enable the precise and reliable measurement of the flow profile of a medium in open channels, partially filled pipes and pressure lines.
  • the present invention is based on the fourth object of specifying an apparatus and a method which enable the exact and reliable measurement of the flow profile of a medium in open water.
  • the device according to the above tasks should also be inexpensive to implement and the measurement should be easy to carry out. Furthermore, the same device should be suitable for determining further parameters of the medium.
  • the task is with the device and the
  • the ultrasound system used according to the invention for the above applications uses inhomogeneities in fluids. It allows non-intrusive, spatially resolved speed measurements and flow profile measurements (or flow profile reconstructions) in inhomogeneous fluids in real time.
  • the spatially resolved speed measurement is based on the tracking process. Signals recorded in successive pulse-echo cycles are examined for their similarity. A special correlation algorithm determines the temporal shift of compared signal sections and from them the local flow velocities. A single ultrasonic transducer is sufficient to measure the flow profile along the axis of the sound beam. This reduces costs and simplifies the measurement. However, several converters can also be used. The measurement of a two-dimensional
  • the system enables flow rate-independent measurement of the flow in open channels, partially filled pipes and pressure lines. Compared to other systems, the restrictive installation conditions no longer apply. The measuring accuracy is increased. At the same time, process parameters such as the degree of turbulence, the fill level, the temperature, the concentration of the inhomogeneities and the spatial distribution or stratification of the inhomogeneities can be recorded in real time.
  • the tracking process determines the speed of the inhomogeneities. If there is slippage, i.e. If the speed of the inhomogeneities does not match that of the carrier medium, then a combination of the tracking method with a method that is independent of the inhomogeneities (e.g. the known one) can be used
  • Transit time difference method the mass flows of the carrier medium and the inhomogeneities are recorded separately. As a result, the flow of the different phases in a multi-phase flow can be detected.
  • the spatial distribution and concentration of the inhomogeneities is recorded by means of ultrasonic damping measurements in various local windows. Attenuation measurements at one or more frequencies provide information about the proportion of absorption and scattering in the overall attenuation.
  • sound velocity measurements can be used to determine the concentration.
  • Process monitoring and process control can be improved with the system.
  • the areas of application here are, for example, the chemical industry, the food industry, the paper industry, conveyor technology, the wastewater sector and the monitoring of pipelines or cooling circuits.
  • Level, the concentration of inhomogeneities, the spatial distribution or stratification of the inhomogeneities and the degree of homogenization can be recorded in real time.
  • the spatial distribution and concentration of the inhomogeneities can be detected by means of ultrasonic damping measurements in different local windows. Attenuation measurements at one or more frequencies provide information about the share of absorption and scatter in the total attenuation. In addition, sound velocity measurements can be used to determine the concentration. The degree of turbulence can be beyond the standard deviation of the
  • Speed measurement can be calculated.
  • the evaluation of the signals scattered on inhomogeneities enables monitoring of the degree of homogenization or. Separation.
  • the degree of homogenization can be derived from the temporal change in the amplitudes, the temporal change in the speed of sound or a pattern recognition of the scattered ultrasound signals. If, for example, the second phase goes into solution in the first, it takes place when the phase is complete Homogenization no longer takes place, ie the amplitudes approach the zero point with increasing homogenization.
  • the reverse case of a separation process provides an increase in the amplitudes over time.
  • the degree of homogenization can be inferred from the evaluation of the signal pattern. In both cases, the speed of sound will also change with the degree of homogenization.
  • the necessary information can advantageously be obtained from the echo signal data acquired for the flow profile measurement, so that the simultaneous detection of the degree of homogenization or separation is made possible without additional devices.
  • the system thus enables the monitoring and assessment of mixing, separation, reaction and settling processes in open and closed tanks, reaction and mixing vessels. It provides the parameters necessary to manage the corresponding processes and makes a significant contribution to reducing process times. Areas of application include, for example, the chemical industry, the food industry, the paper industry, the pharmaceutical industry, the wastewater sector or process engineering.
  • the system is also suitable for flow analysis on flow-around bodies such as Ship hulls, propellers, inflow bodies, drilling platforms or buoys.
  • flow-around bodies such as Ship hulls, propellers, inflow bodies, drilling platforms or buoys.
  • concentration, spatial distribution and dynamics of inhomogeneities such as Air bubbles can be captured in real time.
  • Attenuation measurements at one or more frequencies provide information about the proportion of absorption and scattering in the overall attenuation.
  • sound velocity measurements can be used to determine the concentration of the gas bubbles.
  • Areas of application include flow analysis on flow-around bodies such as Ships in flow channels or shipbuilding into consideration.
  • the multi-gate Doppler system described above can be used as an alternative to the tracking method for spatially resolved speed measurement.
  • the tracking method detects the change in position of spreaders (inhomogeneities) during a predetermined time T. If the position of an individual scatterer within the sound beam is tracked, its speed can be determined from the distance ⁇ s covered during a time T.
  • the ultrasound beam and the speed vector enclose the measuring angle ⁇ as shown in FIG. 1.
  • An ultrasound pulse sent at time tO hits the spreader in position 1 and is reflected.
  • va c • ⁇ t / 2 • T, (3)
  • the runtime difference sought can be determined by correlating the two received signals el (t) and e2 (t), the reference point of which is the associated transmission time.
  • the correlation function of the echoes is defined by
  • the axial extent that is, the length 1 of the examined volume range, is calculated according to equation (7) from the length ⁇ g of the time window and the length ⁇ p of the transmitted ultrasound pulse.
  • the spatial resolution of the speed detection is therefore a function of the gate length and the system bandwidth.
  • sample Volume The depth and length of the local window as well as the "width" and shape of the sound beam define the measurement volume, the so-called “Sample Volume” (SV).
  • the echoes of all the spreaders located in the SV interfere with a reception signal that is characteristic of the present configuration. If there is a change in position between two measurements, part of the scattering volume, which in the first echo represents the SV, leaves the area under consideration (FIG. 2). Only the signal portion of the volume remaining in the measuring window, the s. G. Remaining volume allows speed detection.
  • the shift ⁇ t is estimated by locating the maximum of the time-limited KKF.
  • the temporal resolution is ⁇ Ta / 2.
  • Interpolation algorithms allow an increase in the resolution or a decrease in errors caused by time discretization in the detection of the delay shift.
  • Correlation function when normalized to the total energy of the signal sections. Since only the number of summands not equal to zero, but not the respective sum decreases linearly with the shift, this effect cannot be compensated for by a weight function. However, the effect does not apply when using block matching algorithms. Signal sections of different lengths are compared here, i.e. a shorter section is searched for in a longer section acquired later.
  • the method only requires a one-element converter to record the flow profile along a line, and is therefore inexpensive to implement.
  • the spatial assignment of the measuring depths results directly from the corresponding signal transit time.
  • DSP digital signal processor
  • the implemented software allows the system parameters to be freely specified within wide limits. These include the center frequency of the ultrasonic wave, the PRF, the number, depth and length of the measurement window, the sampling frequency, the level of the transmission amplitudes and
  • the (digitized) window length is set to 512 points.
  • the software also offers a number of options with regard to data acquisition and signal processing. For example, the number of echoes to be recorded in a measurement cycle can be selected. Search area limitation or limitation of the measuring range to a measuring interval and nonlinear filtering (e.g. median filtering) can be activated or deactivated. The position and length of the measuring interval as well as the dimension of the filter are adjustable parameters. By restricting the measurement interval, the processing time can be shortened and the probability of an incorrect maximum being detected (measurement error) can be reduced. If false maxima are nevertheless detected, their influence on the measurement result is suppressed by the non-linear filtering.
  • nonlinear filtering e.g. median filtering
  • the parameters are entered. After the user has confirmed the values, the hardware is initialized and the measurement is started. The set number of echoes is acquired and the KKF of successive signals is calculated, for example by conjugated complex multiplication in the frequency domain.
  • Additional fixed target suppression is possible. This can be done, for example, by subtracting successive echo signals and correlating the respective difference values.
  • the search for the maximum of the KKF occurs in the specified one O ⁇ t to HH in o in o in o in
  • Capture depths in parallel In this example, the number of pulse-echo cycles that are used to determine a speed value per gate is 28, and the pulse repetition frequency is 800 kHz.
  • the search range for the correlation maxima was limited to 0-30 points.
  • the median filtering rank was set to 2, which means the filter length is 5.
  • FIG. 4 shows the flow profiles determined at different speeds of the stirrer. Discontinuities in the profiles are due to the additional motion components mentioned and the associated strong turbulence.

Abstract

The invention pertains to a method, a number of applications thereof and a device for measuring the flow characteristics of a fluid. The suggested system enables measurement of flow characteristics in open channels, in partially filled pipes, in pressure pipes, on the bodies around which the fluid circulates or during mixing, separation, reaction or decantation processes. Other process parameters can be determined as well. The ultrasound system used according to the invention for the aforementioned applications takes advantage of the inhomogeneities of the fluid. It enables non interfering and locally-triggered flow rate measurement as well as real-time flow profile measurement in non homogeneous fluids. The locally triggered flow rate measurement rests upon the tracking method. The signals recorded in a sequence of pulse-echo cycles are examined as to their similarity. A special correlation algorithm permits the time-shift of compared signal sections and, consequently, the local rates of flow to be determined

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Strömungscharakteristik und anderer Prozeßparameter Method and device for measuring flow characteristics and other process parameters
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, verschiedene Anwendungen des Verfahrens und eine Vorrichtung zur Messung der Strömungscharakteristik eines Mediums und anderer Prozeßparameter.The present invention relates to a method, various applications of the method and a device for measuring the flow characteristics of a medium and other process parameters.
Ein erster Anwendungsfall liegt auf dem Gebiet der Flußmeßtechnik. Die Durchflußmessung von Gasen und Flüssigkeiten bildet in zahlreichen industriellen Anwendungsbereichen die maßgebliche Grundlage für die Prozeßführung sowie für die Quantisierung und Verrechnung von Mengen. Messungen an Mehrphasenströmungen und/oder unter unbekannten Strömungsbedingungen erweisen sich hierbei als besonders problematisch. Einige der Prozeßparameter können mit den üblichen Durchflußmeßgeräten nicht oder nur ungenau bestimmt werden .A first application is in the field of flow measurement technology. The flow measurement of gases and liquids forms the essential basis for the process control as well as for the quantization and calculation of quantities in numerous industrial application areas. Measurements on multiphase flows and / or under unknown flow conditions prove to be particularly problematic. Some of the process parameters cannot be determined or can only be determined inaccurately with the conventional flowmeters.
So liefern einige bekannte Durchflußmeßgeräte beim Einsatz an Mehrphasenströmungen nur den gesamten Massenbzw. Volumenstrom, andere nur den Durchsatz einer der Phasen. Wieder andere liefern Meßergebnisse, die in unzureichend bekannter Weise vom Durchfluß der verschiedenen Phasen abhängen, so daß als Folge davon Meßfehler auftreten können. Bei zahlreichen Anwendungen ist die gleichzeitige Erfassung der Massen- bzw. Volumenströme aller Phasen notwendig. Zudem sind Prozeßparameter wie der Füllstand teilgefüllter Rohre und offener Gerinne oder die Konzentration und die räumliche Verteilung der verschiedenen Phasen in einem Medium von Interesse. Mit den bestehenden Systemen sind diese Parameter nur schlecht, ungenau oder überhaupt nicht erfaßbar.For example, some known flowmeters deliver only the entire mass or flow rate when used in multi-phase flows. Volume flow, others only the throughput of one of the phases. Still others provide measurement results which depend in an insufficiently known manner on the flow of the different phases, so that measurement errors can occur as a result. In many applications, the simultaneous It is necessary to record the mass and volume flows of all phases. In addition, process parameters such as the fill level of partially filled pipes and open channels or the concentration and spatial distribution of the different phases in a medium are of interest. With the existing systems, these parameters are difficult to measure, inaccurate or not at all.
Die Genauigkeit der Durchflußmessung hängt bei vielen Verfahren stark vom momentanen Strömungsprofil ab. Bei den meisten Anwendungsfällen ist dieses Strömungsprofil jedoch unbekannt. Der Einsatzbereich vieler bekannter Durchflußmeßgeräte ist daher auf ungestörte axialsymmetrische Rohrströmungen beschränkt . Entsprechende Systeme versagen bei teilgefüllten Rohren, offenen Gerinnen und Behältern, die sich durch eine freie Flüssigkeitsoberfläche und einen veränderlichen Füllstand auszeichnen. Bei vollständig gefüllten Rohren setzen sie ausreichend lange und geradlinige Ein- und Auslaufstrecken zur Ausbildung ungestörterThe accuracy of the flow measurement in many processes depends heavily on the current flow profile. In most applications, however, this flow profile is unknown. The area of application of many known flowmeters is therefore restricted to undisturbed axially symmetrical pipe flows. Corresponding systems fail with partially filled pipes, open channels and containers, which are characterized by a free liquid surface and a variable fill level. When the pipes are completely full, they set sufficiently long and straight inlet and outlet sections to form undisturbed areas
Strömungsprofile voraus. Sie können daher nur an ganz bestimmten, definierten Stellen entlang der Strömung eingesetzt werden. Die falsche Wahl der Meßstelle oder die Nichteinhaltung entsprechender Einbauvorschrif en des Gerätes können daher zu großen Meßfehlern führen.Flow profiles ahead. They can therefore only be used at very specific, defined points along the flow. The wrong choice of the measuring point or the failure to comply with the corresponding installation instructions for the device can therefore lead to major measuring errors.
Zur Erreichung einer höheren Meßgenauigkeit bzw. um vom Strömungsprofil unabhängige Messungen zu erzielen, muß die Strömungscharakteristik selbst erfaßt werden.In order to achieve a higher measuring accuracy or to achieve measurements independent of the flow profile, the flow characteristic itself must be recorded.
Im Stand der Technik sind hierbei für den genannten Anwendungsfall Laser-Doppler-Anemometer,In the prior art, laser Doppler anemometers for the application mentioned are
Hitzdrahtanemometer oder Staudrucksonden bekannt. Diese gestatten zwar eine Strömungsprofilmessung, erfordern jedoch eine sehr lange Meßzeit, da für jeden einzelnen Meßpunkt eine erneute Positionierung des Sensors erforderlich ist. Sie sind daher zur Überwachung dynamischer, nicht periodischer Prozesse ungeeignet. Der Einsatz von Laser-Doppler-Anemometern setzt außerdem optische Transparenz der Medien und der Wandung des Fließsystems voraus. Hitzdrahtanemometer und Staudrucksonden sind nicht rückwirkungsfrei. Sie ragen in die Strömung und beeinflussen damit die Meßgröße.Hot wire anemometer or dynamic pressure probes known. Although these permit a flow profile measurement, they require a very long measurement time, since the sensor must be repositioned for each individual measurement point. They are therefore for surveillance dynamic, non-periodic processes unsuitable. The use of laser Doppler anemometers also requires optical transparency of the media and the wall of the flow system. Hot wire anemometers and dynamic pressure probes are not without effects. They protrude into the flow and thus influence the measurand.
Weiterhin sind auf Ultraschall basierende Multi- Gate-Doppler-Systeme bekannt. Diese gehören zu den sogenannten Puls-Echo-Systemen, die eine direkte räumliche Zuordnung empfangener Signale anhand der jeweiligen Signallaufzeit ermöglichen. Hierbei sendet beispielsweise ein Ultraschallsensor in kontinuierlichen Abständen T kurze Ultraschallsignale aus und wird nach einer bestimmten Zeit als Empfänger betrieben. Die Echos der, in unterschiedlichen Tiefen im Medium mitgeführten Streuer (Inhomogenitäten) treffen zu unterschiedlichen Zeiten auf den Sensor. Mit Hilfe einer Zeitfensterung können zu verschiedenen Tiefen gehörende Signalabschnitte getrennt aufgezeichnet und bezüglich ihrerFurthermore, multi-gate Doppler systems based on ultrasound are known. These belong to the so-called pulse-echo systems, which enable a direct spatial assignment of received signals based on the respective signal delay. Here, for example, an ultrasonic sensor transmits short ultrasonic signals at continuous intervals T and is operated as a receiver after a certain time. The echoes of the spreaders (inhomogeneities) carried at different depths in the medium hit the sensor at different times. With the help of a time window, signal sections belonging to different depths can be recorded separately and with regard to their
Geschwindigkeitsinformation ausgewertet werden. Die räumliche Zuordnung ist eindeutig, wenn die Signallaufzeit zwischen Wandler und der maximal betrachteten Tiefe gemäß nachfolgender Gleichung kleiner als die Periodendauer T ist. Dabei bezeichnet c die Schallgeschwindigkeit des Mediums .Speed information can be evaluated. The spatial assignment is unambiguous if the signal transit time between the transducer and the maximum depth considered is smaller than the period T according to the following equation. C denotes the speed of sound of the medium.
T > tmax=2*smax/c (")T> tmax = 2 * smax / c (")
Damit kann die Geschwindigkeitsverteilung entlang der Schallstrahlachse detektiert werden. Entsprechende Verfahren setzen eine Mehrphasenströmung voraus, wie sie gerade in der Prozeßtechnik beispielsweise bei verschmutzten Medien vorliegt. Beim Puls-Doppier-Verfahren werden die gesuchten Geschwindigkeitsinformationen aus der durch die Streuung an den bewegten Inhomogenitäten hervorgerufenen Frequenzverschiebungen ermittel . Auf dem Puls-Doppler-Verfahren beruhende Multi-Gate- Doppler-Systeme gestatten zwar ortsaufgelöste Geschwindigkeitsmessungen zur Bestimmung des Strömungsprofils, sind jedoch hinsichtlich der maximal detektierbaren Geschwindigkeit und auch hinsichtlich ihrer maximalen Meßrate beschränkt. Zudem stellen Ortsund Frequenzauflösung konträre Anforderungen an die Bandbreite von Puls-Doppler-Systemen.The speed distribution along the sound beam axis can thus be detected. Appropriate processes require a multi-phase flow, as is currently the case in process technology, for example in the case of contaminated media. In the pulse-doubling method, the speed information sought is determined from the frequency shifts caused by the scattering on the moving inhomogeneities. Multi-gate Doppler systems based on the pulse Doppler method allow spatially resolved speed measurements for determining the flow profile, but are limited with regard to the maximum detectable speed and also with regard to their maximum measuring rate. In addition, spatial and frequency resolution place conflicting demands on the bandwidth of pulse Doppler systems.
Ein weiteres Meßverfahren und eine Vorrichtung zur Durchflußmessung an offenen Abwassergerinnen sind in der US-A-5311781 beschrieben. Bei diesem Puls-Echo-System emittiert ein Ultraschallwandler in kurzen Zeitabständen Ultraschallimpulse schräg zur Strömungsrichtung und detektiert das durch Streuung an Inhomogenitäten in der Strömung resultierende Echo. Eine Auswerteeinheit identifiziert bestimmte Inhomogenitäten innerhalb des jeweiligen Zeitfensters anhand ihres charakteristischen Echosignals. In den nachfolgenden Puls-Echo-Zyklen wird dann im Zeitfenster jeweils nach diesem charakteristischen Echosignal gesucht und aus dessen Verschiebung die Flußgeschwindigkeit ermittelt .A further measuring method and a device for flow measurement on open wastewater channels are described in US-A-5311781. In this pulse-echo system, an ultrasound transducer emits ultrasound pulses at short intervals at an angle to the flow direction and detects the echo resulting from scattering of inhomogeneities in the flow. An evaluation unit identifies certain inhomogeneities within the respective time window on the basis of their characteristic echo signal. In the subsequent pulse-echo cycles, this characteristic echo signal is then searched for in the time window and the flow velocity is determined from its displacement.
Ein zweiter Anwendungsfall betrifft die Messung der Strömungscharakteristik in offenen Gewässern, bespielsweise im Offshorebereich oder im Bereich der Meeresbiologie .A second application relates to the measurement of the flow characteristics in open waters, for example in the offshore area or in the area of marine biology.
Ein dritter Anwendungsfall betrifft wiederum den Bereich der industriellen Prozeßtechnik, allerdings in einem vollständig anderen Problemfeld.A third application concerns the area of industrial process technology, but in a completely different problem area.
In der Prozeßtechnik müssen bei Misch-, Trenn-, Reaktions- und Absetzprozessen, die sich in offenen und geschlossenen Tanks abspielen können, häufig lange Prozeßzeiten in Kauf genommen werden, da eine Echtzeit- Überwachung entscheidender Parameter nicht oder nur bedingt möglich ist.In process technology, mixing, separating, Reaction and settling processes, which can take place in open and closed tanks, often have to accept long process times because real-time monitoring of crucial parameters is not possible or only to a limited extent.
Zur Verbesserung der Prozeßführung ist ein System erforderlich, das die Konzentration der Inhomogenitäten (z.B. die unterschiedlichen Phasen bei einem Mischprozeß) , die räumliche Verteilung bzw. Schichtung der Inhomogenitäten und den Grad der Homogenisierung in Echtzeit erfaßt. Daneben ist eine Erfassung der Strömungscharakteristik wünschenswert, um den Prozeß selbst, und bei Echtzeit-Messungen die Prozeßführung zu optimieren. Die Messung des Strömungsprofils wird bislang nachTo improve the process control, a system is required that records the concentration of the inhomogeneities (e.g. the different phases in a mixing process), the spatial distribution or stratification of the inhomogeneities and the degree of homogenization in real time. In addition, it is desirable to record the flow characteristics in order to optimize the process itself and, in the case of real-time measurements, the process control. The measurement of the flow profile is so far
Kenntnis der Anmelderin nicht zur Überwachung und Führung der entsprechenden Prozesse eingesetzt.Knowledge of the applicant is not used to monitor and manage the corresponding processes.
Wie bereits oben ausgeführt gestatten zwar Laser- Doppler-Anemometer, Hitzdrahtanemometer oder Staudrucksonden prinzipiell die Messung vonAs already explained above, laser Doppler anemometers, hot wire anemometers or dynamic pressure probes in principle allow the measurement of
Strömungsverteilungen, sie erfordern jedoch eine sehr lange Meßzeit und sind damit zur Überwachung dynamischer Prozesse nur bedingt geeignet. Der Einsatz von Laser- Doppler-Anemometern setzt optisch transparente Medien und Wandungen voraus.Flow distributions, however, require a very long measuring time and are therefore only suitable for monitoring dynamic processes to a limited extent. The use of laser Doppler anemometers requires optically transparent media and walls.
Multi-Gate-Doppler-Systeme gestatten zwar ortsaufgelöste Geschwindigkeitsmessungen, sie weisen jedoch die oben angegebenen Nachteile hinsichtlich der maximal detektierbaren Geschwindigkeit und auch hinsichtlich ihrer maximalen Meßrate auf. Wesentliche Prozeßparameter wie Füllstand, Konzentration und Verteilung von Inhomogenitäten und der Grad der Homogenisierung werden mit solchen Systemen nicht erfaßt.Multi-gate Doppler systems allow spatially resolved speed measurements, but they have the disadvantages mentioned above with regard to the maximum detectable speed and also with regard to their maximum measuring rate. Essential process parameters such as level, concentration and distribution of inhomogeneities and the degree of homogenization are not recorded with such systems.
Ein vierter Anwendungsfall betrifft die Entwicklung und Konstruktion von umströmten Körpern. Zur Konstruktion umströmter Körper, wie beispielsweise Schiffsrümpfen, Schiffsschrauben, Bohrplattformen oder Bojen, sind Strömungsmessungen unerläßlich. Beim Umströmen des Körpers kommt es zu einem Gaseintrag ins Medium. Außerdem entstehenA fourth application relates to the development and construction of flow-around bodies. Flow measurements are essential for the construction of flow-around bodies such as ship hulls, propellers, drilling platforms or buoys. When flowing around the body, gas enters the medium. Also arise
Kavitationsblasen. Da diese Gasblasen zur Korrosion beitragen und den Wirkungsgrad vermindern, sind Kenntnisse über deren Verteilung, Konzentration und Geschwindigkeit von großem Interesse . Zur Strömungsmessung werden auf diesemCavitation bubbles. As these gas bubbles contribute to corrosion and reduce efficiency, knowledge of their distribution, concentration and speed is of great interest. For flow measurement are on this
Anwendungsgebiet bislang nur Laser-Doppler-Anemometer eingesetzt. Die langen Meßzeiten bei Laser-Doppler- Anemometern sind jedoch zur Überwachung der hier auftretenden dynamischen Prozesse nachteilig. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß gerade bei Messungen in Flüssigkeiten die Optik bzw. die vorgeschaltete Glaswand relativ schnell verschmutzt.So far only laser Doppler anemometers have been used. However, the long measuring times with laser Doppler anemometers are disadvantageous for monitoring the dynamic processes occurring here. Another disadvantage is that the optics or the upstream glass wall becomes soiled relatively quickly, especially when measuring in liquids.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren anzugeben, die die genaue und zuverlässige Messung des Strömungsprofils eines Mediums bei Misch-, Trenn-, Reaktions- und Absetzprozessen in offenen und geschlossenen Behältnissen ermöglichen. Der vorliegenden Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren anzugeben, die die genaue und zuverlässige Messung des Strömungsprofils eines Mediums an umströmten Körpern ermöglichen. Der vorliegenden Erfindung liegt die dritte Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren anzugeben, die die genaue und zuverlässige Messung des Strömungsprofils eines Mediums in offenen Gerinnen, teilgefüllten Rohren und Druckleitungen ermöglichen. Der vorliegenden Erfindung liegt die vierte Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren anzugeben, die die genaue und zuverlässige Messung des Strömungsprofils eines Mediums in offenen Gewässern ermöglichen.The present invention is therefore based on the object of specifying a device and a method which enable the precise and reliable measurement of the flow profile of a medium in mixing, separating, reaction and settling processes in open and closed containers. The present invention is also based on the object of specifying a device and a method which enable the precise and reliable measurement of the flow profile of a medium on bodies which have flow around it. The present invention is based on the third object of specifying a device and a method which enable the precise and reliable measurement of the flow profile of a medium in open channels, partially filled pipes and pressure lines. The present invention is based on the fourth object of specifying an apparatus and a method which enable the exact and reliable measurement of the flow profile of a medium in open water.
Die Vorrichtung gemäß der obigen Aufgaben soll zudem kostengünstig realisierbar und die Messung einfach durchführbar sein. Desweiteren soll die gleiche Vorrichtung für die Bestimmung weiterer Parameter des Mediums geeignet sein.The device according to the above tasks should also be inexpensive to implement and the measurement should be easy to carry out. Furthermore, the same device should be suitable for determining further parameters of the medium.
Die Aufgabe wird mit der Vorrichtung und denThe task is with the device and the
Verfahren gemäß den Merkmalen der Patentansprüche 1 bis 4 und 25 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens und der Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche .Method according to the features of claims 1 to 4 and 25 solved. Advantageous embodiments of the method and the device are the subject of the dependent claims.
Das erfindungsgemäß für die obigen Anwendungen eingesetzte Ultraschallsystem nutzt Inhomogenitäten in Fluiden aus. Es gestattet eingriffsfreie, ortsaufgelöste Geschwindigkeitsmessungen sowie Strömungsprofilmessungen (bzw. Strömungsprofilrekonstruktionen) in inhomogenen Fluiden in Echtzeit.The ultrasound system used according to the invention for the above applications uses inhomogeneities in fluids. It allows non-intrusive, spatially resolved speed measurements and flow profile measurements (or flow profile reconstructions) in inhomogeneous fluids in real time.
Die ortsaufgelöste Geschwindigkeitsmessung beruht auf dem Tracking-Verfahren. In aufeinanderfolgenden Puls- Echo-Zyklen aufgezeichnete Signale werden bezüglich ihrer Ähnlichkeit untersucht. Ein spezieller Korrelations- Algorithmus ermittelt die zeitliche Verschiebung verglichener Signalabschnitte und daraus die lokalen Strömungsgeschwindigkeiten . Zur Messung des Strömungsprofils entlang der Achse des Schallstrahls genügt ein einziger Ultraschallwandler. Dadurch werden die Kosten gesenkt und die Durchführung der Messung vereinfacht. Es können jedoch auch mehrere Wandler eingesetzt werden. Die Messung einer zweidimensionalenThe spatially resolved speed measurement is based on the tracking process. Signals recorded in successive pulse-echo cycles are examined for their similarity. A special correlation algorithm determines the temporal shift of compared signal sections and from them the local flow velocities. A single ultrasonic transducer is sufficient to measure the flow profile along the axis of the sound beam. This reduces costs and simplifies the measurement. However, several converters can also be used. The measurement of a two-dimensional
Geschwindigkeitsverteilung erfordert zwei oder mehr Wandler. Dreidimensionale Messungen sind schließlich mit drei oder mehr Ultraschallwandlern möglich.Speed distribution requires two or more Converter. Finally, three-dimensional measurements are possible with three or more ultrasonic transducers.
Das System ermöglicht die stömungsprofilunabhängige Messung des Durchflusses in offenen Gerinnen, teilgefüllten Rohren und Druckleitungen. Im Vergleich zu anderen Systemen fallen hier die restriktiven Einbaubedingungen weg. Die Meßgenauigkeit wird erhöht. Gleichzeitig können mit dem System Prozeßparameter wie der Turbulenzgrad, der Füllstand, die Temperatur, die Konzentration der Inhomogenitäten und die räumliche Verteilung bzw. die Schichtung der Inhomogenitäten in Echtzeit erfaßt werden.The system enables flow rate-independent measurement of the flow in open channels, partially filled pipes and pressure lines. Compared to other systems, the restrictive installation conditions no longer apply. The measuring accuracy is increased. At the same time, process parameters such as the degree of turbulence, the fill level, the temperature, the concentration of the inhomogeneities and the spatial distribution or stratification of the inhomogeneities can be recorded in real time.
Das Tracking-Verfahren ermittelt die Geschwindigkeit der Inhomogenitäten. Liegt Schlupf vor, d.h. stimmt die Geschwindigkeit der Inhomogenitäten nicht mit der des Trägermediums überein, so kann durch eine Kombination des Tracking-Verfahrens mit einem von den Inhomogenitäten unabhängigen Verfahren (z.B. das bekannteThe tracking process determines the speed of the inhomogeneities. If there is slippage, i.e. If the speed of the inhomogeneities does not match that of the carrier medium, then a combination of the tracking method with a method that is independent of the inhomogeneities (e.g. the known one) can be used
Laufzeitdifferenzverfahren) eine separate Erfassung der Massenströme des Trägermediums und der Inhomogenitäten erfolgen. Hierdurch kann der Durchfluß der unterschiedlichen Phasen bei einer Mehrphasenströmung erfaßt werden.Transit time difference method) the mass flows of the carrier medium and the inhomogeneities are recorded separately. As a result, the flow of the different phases in a multi-phase flow can be detected.
Die räumliche Verteilung und Konzentration der Inhomogenitäten wird über Ultraschall-Dämpfungsmessungen in verschiedenen Ortsfenstern erfaßt. Dämpfungsmessungen bei ein oder mehreren Frequenzen geben Aufschluß über den Anteil der Absorption und der Streuung an der Ges mtdämpfung .The spatial distribution and concentration of the inhomogeneities is recorded by means of ultrasonic damping measurements in various local windows. Attenuation measurements at one or more frequencies provide information about the proportion of absorption and scattering in the overall attenuation.
Daneben können Schallgeschwindigkeitsmessungen zur Bestimmung der Konzentration herangezogen werden. Mit dem System können die Prozeßüberwachung und die Prozeßführung verbessert werden. Als Einsatzgebiete kommen hierbei beispielsweise die chemische Industrie, die Lebensmittelindustrie, die Papierindustrie, die Fördertechnik, der Abwasserbereich und die Überwachung von Pipelines oder Kühlkreisläufen in betracht .In addition, sound velocity measurements can be used to determine the concentration. Process monitoring and process control can be improved with the system. The areas of application here are, for example, the chemical industry, the food industry, the paper industry, conveyor technology, the wastewater sector and the monitoring of pipelines or cooling circuits.
Mit dem dem eingesetzten Ultraschallsystem können bei Misch-, Trenn-, Reaktions- und Absetzprozessen gleichzeitig Prozeßparameter wie die Temperatur, derWith the ultrasound system used, process parameters such as the temperature, the
Füllstand, die Konzentration der Inhomogenitäten, die räumliche Verteilung bzw. die Schichtung der Inhomogenitäten und der Grad der Homogenisierung in Echtzeit erfaßt werden.Level, the concentration of inhomogeneities, the spatial distribution or stratification of the inhomogeneities and the degree of homogenization can be recorded in real time.
Auch bei diesem Anwendungsfall kann die räumliche Verteilung und Konzentration der Inhomogenitäten über Ultraschall-Dämpfungsmessungen in verschiedenen Ortsfenstern erfaßt werden. Dämpfungsmessungen bei ein oder mehreren Frequenzen geben Aufschluß über den Anteil der Absorption und der Streuung an der Gesamtdämpfung. Daneben können Schallgeschwindigkeitsmessungen zur Bestimmung der Konzentration herangezogen werden. Der Turbulenzgrad kann über die Standardabweichung derIn this application, too, the spatial distribution and concentration of the inhomogeneities can be detected by means of ultrasonic damping measurements in different local windows. Attenuation measurements at one or more frequencies provide information about the share of absorption and scatter in the total attenuation. In addition, sound velocity measurements can be used to determine the concentration. The degree of turbulence can be beyond the standard deviation of the
Geschwindigkeitsmessung berechnet werden. Die Auswertung der an Inhomogenitäten gestreuten Signale ermöglicht eine Überwachung des erreichten Grades der Homogenisierung bzw . Trennung .Speed measurement can be calculated. The evaluation of the signals scattered on inhomogeneities enables monitoring of the degree of homogenization or. Separation.
Der Grad der Homogenisierung kann hierbei über aus der zeitlichen Änderung der Amplituden, der zeitlichen Änderung der Schallgeschwindigkeit oder eine Mustererkennung der gestreuten Ultraschallsignale abgeleitet werden. Geht beispielsweise die zweite Phase in der ersten in Lösung so findet bei vollständiger Homogenisierung keine Streuung mehr statt, d.h. die Amplituden nähern sich mit zunehmender Homogenisierung dem Nullpunkt . Der umgekehrte Fall eines Trennungsprozesses liefert eine Erhöhung der Amplituden mit der Zeit. Bei Mischungen, die nicht in Lösung gehen, kann aus der Auswertung des Signalmusters auf den Grad der Homogenisierung geschlossen werden. In beiden Fällen wird sich auch die Schallgeschwindigkeit mit dem Grad der Homogenisierung ändern. Die notwendige Information kann in vorteilhafter Weise aus den zur Strömungsprofilmessung akquirierten Echosignaldaten gewonnen werden, so daß die gleichzeitige Erfassung des Grades der Homogenisierung oder Trennung ohne zusätzliche Einrichtungen ermöglicht wird.The degree of homogenization can be derived from the temporal change in the amplitudes, the temporal change in the speed of sound or a pattern recognition of the scattered ultrasound signals. If, for example, the second phase goes into solution in the first, it takes place when the phase is complete Homogenization no longer takes place, ie the amplitudes approach the zero point with increasing homogenization. The reverse case of a separation process provides an increase in the amplitudes over time. In the case of mixtures that do not go into solution, the degree of homogenization can be inferred from the evaluation of the signal pattern. In both cases, the speed of sound will also change with the degree of homogenization. The necessary information can advantageously be obtained from the echo signal data acquired for the flow profile measurement, so that the simultaneous detection of the degree of homogenization or separation is made possible without additional devices.
Das System ermöglicht damit die Überwachung und Beurteilung von Misch-, Trenn-, Reaktions- und Absetzprozessen in offenen und geschlossenen Tanks, Reaktions- und Mischgefäßen. Es liefert die zur Führung der entsprechenden Prozesse nötigen Parameter und trägt wesentlich zur Reduktion der Prozeßzeiten bei. Als Einsatzgebiete kommen hierbei beispielsweise die chemische Industrie, die Lebensmittelindustrie, die Papierindustrie, die Pharmaindustrie, der Abwasserbereich oder die Verfahrenstechnik in Betracht.The system thus enables the monitoring and assessment of mixing, separation, reaction and settling processes in open and closed tanks, reaction and mixing vessels. It provides the parameters necessary to manage the corresponding processes and makes a significant contribution to reducing process times. Areas of application include, for example, the chemical industry, the food industry, the paper industry, the pharmaceutical industry, the wastewater sector or process engineering.
Das System eignet sich weiterhin zur Strömungsanalyse an umströmten Körpern wie z.B. Schiffsrümpfen, Schiffsschrauben, Anströmkörpern, Bohrplattformen oder Bojen. Die Konzentration, die räumliche Verteilung und die Dynamik von Inhomogenitäten wie z.B. Luftblasen können in Echtzeit erfaßt werden.The system is also suitable for flow analysis on flow-around bodies such as Ship hulls, propellers, inflow bodies, drilling platforms or buoys. The concentration, spatial distribution and dynamics of inhomogeneities such as Air bubbles can be captured in real time.
Auch hier wird die räumliche Verteilung und Konzentration der Inhomogenitäten über Ultraschall- Dämpfungsmessungen in verschiedenen Ortsfenstern erfaßt. Dämpfungsmessungen bei ein oder mehreren Frequenzen geben Aufschluß über den Anteil der Absorption und der Streuung an der Ges mtdämpfung .Here, too, the spatial distribution and concentration of the inhomogeneities are recorded by means of ultrasonic damping measurements in different local windows. Attenuation measurements at one or more frequencies provide information about the proportion of absorption and scattering in the overall attenuation.
Daneben können Schallgeschwindigkeitsmessungen zur Bestimmung der Konzentration der Gasblasen herangezogen werden.In addition, sound velocity measurements can be used to determine the concentration of the gas bubbles.
Als Einsatzgebiete kommen hierbei beispielsweise die Strömungsanalyse an umströmten Körpern wie z.B. Schiffen in Strömungskanälen oder der Schiffbau in Betracht.Areas of application include flow analysis on flow-around bodies such as Ships in flow channels or shipbuilding into consideration.
Bei diesem Anwendungsfall kann alternativ zum Tracking-Verfahren auch das eingangs beschriebene Multi- Gate-Dopplersystem zur ortsaufgelösten Geschwindigkeitsmessung eingesetzt werden.In this application, the multi-gate Doppler system described above can be used as an alternative to the tracking method for spatially resolved speed measurement.
Im folgenden soll zunächst näher auf das Tracking- Verfahren eingegangen werden. Das Tracking-Verfahren detektiert die Positionsänderung von Streuern (Inhomogenitäten) während einer vorgegebenen Zeit T. Verfolgt man die Position eines Einzelstreuers innerhalb des Schallstrahls, so kann dessen Geschwindigkeit aus der während einer Zeit T zurückgelegten Distanz Δs ermittelt werden. Ultraschallstrahl und Geschwindigkeitsvektor schließen wie in Fig. 1 dargestellt den Meßwinkel α ein.In the following, the tracking process will first be discussed in more detail. The tracking method detects the change in position of spreaders (inhomogeneities) during a predetermined time T. If the position of an individual scatterer within the sound beam is tracked, its speed can be determined from the distance Δs covered during a time T. The ultrasound beam and the speed vector enclose the measuring angle α as shown in FIG. 1.
Ein zur Zeit tO gesendeter Ultraschallimpuls trifft auf den in Position 1 befindlichen Streuer und wird reflektiert. Der Wandler empfängt das Echo zum Zeitpunkt t=t0+tl. Ein weiterer zum Zeitpunkt tO+T gesendeter Puls trifft am Ort 2 auf den selben Streuer. Sein Echo erreicht den Wandler zur Zeit t=t0+T+t2. Die Laufzeit des in Position 2 reflektierten Pulses ist damit um Δt=t2-tl größer als die des von Position 1 zurückkehrenden. Bei einer konstanten Schallgeschwindigkeit c legt Puls 2 einen um c*Δt=2*Δsa längeren Weg zurück als Puls 1. Der Streuer hat sich demnach während der Zeit T um die DistanzAn ultrasound pulse sent at time tO hits the spreader in position 1 and is reflected. The transducer receives the echo at time t = t0 + tl. Another pulse sent at time tO + T hits the same spreader at location 2. Its echo reaches the transducer at time t = t0 + T + t2. The transit time of the pulse reflected in position 2 is thus greater than that of the return from position 1 by Δt = t2-tl. At a constant speed of sound c, pulse 2 covers a longer path than pulse 1 by c * Δt = 2 * Δsa Spreader therefore has the distance T during the time
Δsa = c • Δt / 2 (2)Δsa = c • Δt / 2 (2)
in Richtung der Schallfeldachse fortbewegt. Daraus berechnet sich die axiale Geschwindigkeitskomponente va (für va cosα « c) zumoved in the direction of the sound field axis. The axial velocity component va (for va cosα «c) is calculated from this
va = c • Δt / 2 • T, (3)va = c • Δt / 2 • T, (3)
die Gesamtgeschwindigkeit zuthe overall speed too
v = (c • Δt) / (2 • T • cosα) . (4)v = (c • Δt) / (2 • T • cosα). (4)
Die gesuchte Laufzeitdifferenz kann durch Korrelation der beiden Empfangssignale el(t) und e2(t), deren Bezugspunkt jeweils der zugehörige Sendezeitpunkt ist, ermittelt werden. Die Korrelationsfunktion der Echos ist definiert durchThe runtime difference sought can be determined by correlating the two received signals el (t) and e2 (t), the reference point of which is the associated transmission time. The correlation function of the echoes is defined by
R(τ)=Jel(t) • e2(t+τ)dt. (5)R (τ) = Jel (t) • e2 (t + τ) dt. (5)
Die Verschiebung τmax im Maximum der Kreuzkorrelation (KKF) entspricht der gesuchtenThe shift τmax in the maximum of the cross correlation (KKF) corresponds to the one sought
Laufzeitdifferenz Δt . Daraus ergibt sich nach Gleichung (4) die axiale Geschwindigkeit des betrachteten Streuers.Transit time difference Δt. The equation (4) gives the axial speed of the spreader under consideration.
Im Realfall tragen alle im Schallstrahl befindlichen Streuer zu Echosignalen bei. Um die Verschiebung des zu einem bestimmten Meßvolumen gehörenden Signalabschnitts und damit die axiale Geschwindigkeitskomponente eines entsprechenden Streuervolumens zu bestimmten, werden den Echosignalen Zeitfenster (Gate) entnommen (Fig. 2). Aus ihrem zeitlichen Beginn tg sowie der Länge τp des gesendeten Ultraschall-Signals ergibt sich die Tiefe sa in der das Ortsfenster beginnt zuIn the real case, all the scatterers in the sound beam contribute to echo signals. In order to determine the displacement of the signal section belonging to a certain measurement volume and thus the axial speed component of a corresponding scattering volume, time windows (gates) are taken from the echo signals (FIG. 2). From their start in time tg and the length τp of the transmitted ultrasound signal results in the depth sa in which the local window begins
sa=c • (tg-τp) / 2. (6)sa = c • (tg-τp) / 2. (6)
Die axiale Ausdehnung, also die Länge 1 des untersuchten Volumenbereiches berechnet sich gemäß Gleichung (7) aus der Länge τg des Zeitfensters und der Länge τp des gesendeten Ultraschall-Pulses . Damit ist die Ortsauflösung der Geschwindigkeitsdetektion eine Funktion der Gate-Länge und der Systembandbreite.The axial extent, that is, the length 1 of the examined volume range, is calculated according to equation (7) from the length τg of the time window and the length τp of the transmitted ultrasound pulse. The spatial resolution of the speed detection is therefore a function of the gate length and the system bandwidth.
l=c • (τg-τp) / 2 (7)l = c • (τg-τp) / 2 (7)
Tiefe und Länge des Ortsfensters sowie "Breite" und Form des Schallstrahles definieren das Meßvolumen, das sogenannte "Sample Volume" (SV) . Die Echos aller im SV befindlichen Streuer interferieren zu einem für die vorliegende Konfiguration charakteristischen Empfangssignal. Findet zwischen zwei Messungen eine Positionsänderung statt, so verläßt ein Teil des Streuervolumens, das im ersten Echo das SV repräsentiert den betrachteten Bereich (Fig. 2) . Nur der Signalanteil des im Meßfenster verbleibenden Volumens, das s. g. Restvolumen gestattet eine Geschwindigkeitsdetektion.The depth and length of the local window as well as the "width" and shape of the sound beam define the measurement volume, the so-called "Sample Volume" (SV). The echoes of all the spreaders located in the SV interfere with a reception signal that is characteristic of the present configuration. If there is a change in position between two measurements, part of the scattering volume, which in the first echo represents the SV, leaves the area under consideration (FIG. 2). Only the signal portion of the volume remaining in the measuring window, the s. G. Remaining volume allows speed detection.
Eine entscheidende Größe in diesem Zusammenhang ist die Pulswiederholfrequenz PRF=1/T (Meßrate) . Sie muß bei einer gegebenen Geschwindigkeit ausreichend groß gewählt werden, so daß ein genügend großes Streuervolumen im SV verbleibt um ähnliche Signalabschnitte in aufeinanderfolgende Echos zu gewährleisten.A key parameter in this context is the pulse repetition frequency PRF = 1 / T (measuring rate). At a given speed, it must be chosen to be sufficiently large that a sufficiently large scattering volume remains in the SV in order to ensure similar signal sections in successive echoes.
Die Verschiebung Δt wird im einfachsten Fall geschätzt, indem man das Maximum der zeitbegrenzten KKF lokalisiert. Die Höhe des Korrelationsmaximums nimmt mit zunehmender Verschiebung und zunehmender Turbulenzen ab, In der Praxis werden die Echos mit einer Abtastrate fa(=l/Ta) digitalisiert. N Signalpunkte repräsentieren das im SV befindliche Streuermuster. Das Maximum der diskreten KorrelationIn the simplest case, the shift Δt is estimated by locating the maximum of the time-limited KKF. The height of the correlation maximum increases increasing displacement and increasing turbulence, in practice the echoes are digitized with a sampling rate fa (= l / Ta). N signal points represent the scatter pattern in the SV. The maximum of the discrete correlation
Figure imgf000016_0001
liefert die gesuchte LaufZeitverschiebung als eine Anzahl von n diskreten Punkten. Die axiale
Figure imgf000016_0001
returns the runtime shift as a number of n discrete points. The axial
Geschwindigkeitskomponente berechnet sich entsprechend Gleichung (3) zu:Velocity component is calculated according to equation (3):
va=n PRF / 2 • fa. (9)va = n PRF / 2 • fa. (9)
Die zeitliche Auflösung beträgt ±Ta/2. Interpolationsalgorithmen gestatten eine Erhöhung der Auflösung bzw. eine Verringerung der durch Zeitdiskretisierung bedingten Fehler bei der Detektion der Laufzeitveschiebung.The temporal resolution is ± Ta / 2. Interpolation algorithms allow an increase in the resolution or a decrease in errors caused by time discretization in the detection of the delay shift.
Die normierte KorrelationsfunktionThe normalized correlation function
Figure imgf000016_0002
Figure imgf000016_0002
liefert mit Werten zwischen -1 und 1 ein Maß für die Übereinstimmung verglichener Signalabschnitte.with values between -1 and 1 provides a measure of the correspondence of compared signal sections.
Um die Korrelationsfunktion der auf N Meßwerte beschränkten Signalabschnitte bei Verschiebung k≠O berechnen zu können gibt es verschiedene Möglichkeiten. Die Datenfelder können um jeweils N Nullen ergänzt werden oder aber die Summation in Gleichung (8) erfolgt in Abhängigkeit von der Verschiebung über N-k Summanden. In beiden Fällen sinkt die Zahl der Produkte, die zum Funktionswert der KKF beitragen, linear mit der Verschiebung. Damit ist die Amplitude der KKF nicht nur von der Übereinstimmung der Signale bei der jeweiligen Verschiebung, sondern auch von der Verschiebung selbst abhängig. Gleiches gilt für die normierteThere are various possibilities for calculating the correlation function of the signal sections with a shift k bei O limited to N measured values. The data fields can be supplemented by N zeros in each case, or the summation in equation (8) takes place in Dependence on the shift over Nk summands. In both cases, the number of products that contribute to the functional value of the KKF decreases linearly with the shift. The amplitude of the KKF is not only dependent on the agreement of the signals for the respective shift, but also on the shift itself. The same applies to the standardized
Korrelationsfunktion bei Normierung auf die Gesamtenergie der Signalabschnitte. Da lediglich die Zahl der Summanden ungleich Null, nicht aber die jeweilige Summe linear mit der Verschiebung abnimmt, kann dieser Effekt nicht durch eine Gewichtsfunktion kompensiert werden. Der Effekt entfällt jedoch unter Anwendung von Block-Matching- Algorithmen. Hier werden Signalabschnitte unterschiedlicher Länge verglichen, d.h. ein kürzerer Abschnitt wird in einem später akquirierten längeren Abschnitt gesucht.Correlation function when normalized to the total energy of the signal sections. Since only the number of summands not equal to zero, but not the respective sum decreases linearly with the shift, this effect cannot be compensated for by a weight function. However, the effect does not apply when using block matching algorithms. Signal sections of different lengths are compared here, i.e. a shorter section is searched for in a longer section acquired later.
Während die Berechnung diskreter Werte der KKF bzw. kurzer Abschnitte der Korrelationsfunktion vorteilhaft im Zeitbereich erfolgen kann, empfiehlt sich zur Berechnung der gesamten KKF vor allem bei langen Fenstern eine Fourier-Transformation der um N "Nullen" ergänzten Signale. Durch Multiplikation der Spektren und Rücktransformation in den Zeitbereich erhält man die gesuchte KKF.While the calculation of discrete values of the KKF or short sections of the correlation function can advantageously be carried out in the time domain, a Fourier transformation of the signals supplemented by N "zeros" is recommended for calculating the entire KKF, especially in the case of long windows. Multiplying the spectra and transforming it back into the time domain gives the KKF we are looking for.
Da das Tracking-Verfahren auf der Detektion von Laufzeitänderungen basiert, stellen Geschwindigkeits- und Ortsauflösung keine konträren Anforderungen an dasSince the tracking process is based on the detection of changes in transit time, speed and location resolution make no contradictory demands on it
System. Eine gleichzeitige Optimierung beider Größen ist ohne zusätzlichen technischen Aufwand möglich. Die frequenzabhängige Dämpfung verändert aufeinanderfolgende Echos gleichermaßen, so daß die mittels Kreuzkorrelation berechnete LaufZeitänderung von der Dämpfung unbeeinflußt bleibt. Der entscheidende Vorteil des Tracking-Verfahrens liegt darin, daß höhere Geschwindigkeiten in größeren Tiefen gemessen werden können als dies mit üblichen Puls- Doppler-Systemen möglich ist.System. A simultaneous optimization of both sizes is possible without additional technical effort. The frequency-dependent damping alters successive echoes equally, so that the change in transit time calculated by means of cross correlation remains unaffected by the damping. The decisive advantage of the tracking process lies in the fact that higher speeds can be measured at greater depths than is possible with conventional pulse Doppler systems.
Beim hier vorliegenden Verfahren reichen prinzipiell zwei Puls-Echo-Zyklen (ein Meßzyklus) aus, um dieIn principle, in the present method, two pulse-echo cycles (one measuring cycle) are sufficient for the
Geschwindigkeit in einem Ortsfenster zu ermitteln. Damit sind höhere Meßraten als bei Puls-Doppler-Systemen möglich.Determine speed in a location window. This enables higher measuring rates than with pulse Doppler systems.
Das Verfahren benötigt nur einen Einelementwandler, um das Strömungsprofil entlang einer Linie zu erfassen, und ist daher kostengünstig realisierbar. Die räumliche Zuordnung der Meßtiefen ergibt sich dabei unmittelbar aus der entsprechenden Signallaufzeit.The method only requires a one-element converter to record the flow profile along a line, and is therefore inexpensive to implement. The spatial assignment of the measuring depths results directly from the corresponding signal transit time.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert, in denenThe invention is explained in more detail below with reference to the drawings, in which
Fig. 1 das Prinzip des Tracking-Verfahrens am Beispiel eines Einzelstreuers,1 shows the principle of the tracking method using the example of a single spreader,
Fig. 2 das Prinzip des Tracking-Verfahrens zur ortsaufgelösten Geschwindigkeitsmessung,2 shows the principle of the tracking method for spatially resolved speed measurement,
Fig.3 die schematische Darstellung eines Meßpfades eines Ausführungsbeispiels , und3 shows the schematic representation of a measurement path of an embodiment, and
Fig 4 das Ergebnis einer Strömungsprofilmessung in einem zylindrischen Rührbehälter zeigen.4 show the result of a flow profile measurement in a cylindrical stirred tank.
Als Beispiel für ein universelles System zum Einsatz bei den obigen Anwendungsfällen wird im folgenden eine Implementierung der auszuführenden Funktionen in einen DSP (digitaler Signalprozessor) vorgeschlagen. Die implementierte Software gestattet eine in weiten Grenzen freie Vorgabe der Systemparameter. Hierzu gehören die Mittenfrequenz der Ultraschallwelle, die PRF, die Zahl, Tiefe und Länge der Meßfenster, die Abtastfrequenz, die Höhe der Sendeamplituden undAs an example of a universal system for use in the above applications, an implementation of the functions to be carried out in a DSP (digital signal processor) is proposed below. The implemented software allows the system parameters to be freely specified within wide limits. These include the center frequency of the ultrasonic wave, the PRF, the number, depth and length of the measurement window, the sampling frequency, the level of the transmission amplitudes and
Empfangsverstärkungsfaktoren (für die unterschiedlichen Ortsfenster) . Die (digitalisierte) Fensterlänge wird bei diesem Beispiel auf 512 Punkte festgelegt. Die Software bietet zudem einige Wahlmöglichkeiten in bezug auf die Datenaquisition und die Signalverarbeitung. So ist beispielsweise die Zahl der in einem Meßzyklus aufzuzeichnenden Echos wählbar. Suchbereichsbeschränkung bzw. Beschränkung des Meßbereichs auf ein Meßintervall und nichtlineare Filterung (z.B. Medianfilterung) können aktiviert oder ausgeschaltet werden. Lage und Länge des Meßintervalls sowie die Dimension des Filters sind einstellbare Parameter. Durch die Beschränkung des Meßintervalls können die Verarbeitungszeit verkürzt und die Wahrscheinlichkeit für die Detektion eines falschen Maximums (Meßfehler) verringert werden. Werden dennoch falsche Maxima detektiert, so wird ihr Einfluß auf das Meßergebnis durch die nichtlineare Filterung unterdrückt.Reception amplification factors (for the different local windows). In this example, the (digitized) window length is set to 512 points. The software also offers a number of options with regard to data acquisition and signal processing. For example, the number of echoes to be recorded in a measurement cycle can be selected. Search area limitation or limitation of the measuring range to a measuring interval and nonlinear filtering (e.g. median filtering) can be activated or deactivated. The position and length of the measuring interval as well as the dimension of the filter are adjustable parameters. By restricting the measurement interval, the processing time can be shortened and the probability of an incorrect maximum being detected (measurement error) can be reduced. If false maxima are nevertheless detected, their influence on the measurement result is suppressed by the non-linear filtering.
Vor dem Start der Messung erfolgt zunächst die Parametereingabe. Nach Bestätigung der Werte durch den Benutzer erfolgt die Hardware-Initialisierung und die Messung wird gestartet. Die eingestellte Anzahl der Echos wird akquiriert und die KKF aufeinanderfolgender Signale, beispielsweise durch konjuguiertkomplexe Multiplikation im Frequenzbereich, berechnet.Before starting the measurement, the parameters are entered. After the user has confirmed the values, the hardware is initialized and the measurement is started. The set number of echoes is acquired and the KKF of successive signals is calculated, for example by conjugated complex multiplication in the frequency domain.
Eine zusätzliche Festzielunterdrückung ist möglich. Diese kann beispielsweise durch Substraktion aufeinanderfolgender Echosignale und Korrelation der jeweiligen Differenzwerte erfolgen. Bei Aktivierung der Meßbereichsbegrenzung erfolgt die Suche nach dem Maximum der KKF im vorgegebenen O ω t to H H in o in o in o inAdditional fixed target suppression is possible. This can be done, for example, by subtracting successive echo signals and correlating the respective difference values. When the measuring range limitation is activated, the search for the maximum of the KKF occurs in the specified one O ω t to HH in o in o in o in
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ω w t to H H in o in o in o inω w t to H H in o in o in o in
mm
3030
>>
0000
30 m Ω m ro30 mΩ m ro
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Tiefen parallel zu erfassen. Die Zahl der Puls-Echo- Zyklen, die pro Gate zur Ermittlung eines Geschwindigkeitswertes herangezogen werden, beträgt in diesem Beispiel 28, die Pulswiederholfrequenz 800 kHz. Der Suchbereich für die Korrelationsmaxima wurde auf 0-30 Punkte beschränkt . Als Rang für die Medianfilterung wurde 2 eingestellt, womit die Filterlänge 5 beträgt.Capture depths in parallel. In this example, the number of pulse-echo cycles that are used to determine a speed value per gate is 28, and the pulse repetition frequency is 800 kHz. The search range for the correlation maxima was limited to 0-30 points. The median filtering rank was set to 2, which means the filter length is 5.
Figur 4 zeigt die bei verschiedenen Drehzahlen des Rühreres ermittelten Strömungsprofile. Unstetigkeiten in den Profilen sind auf die erwähnten zusätzlichen Bewegungskomponenten und die damit verbundene starke Turbulenz zurückzuführen. FIG. 4 shows the flow profiles determined at different speeds of the stirrer. Discontinuities in the profiles are due to the additional motion components mentioned and the associated strong turbulence.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Messung der Strömungscharakteristik eines Mediums bei Misch-, Trenn-, Reaktions- und1. Method for measuring the flow characteristics of a medium in mixing, separating, reaction and
Absetzprozessen in offenen und geschlossenen Behältnissen mit folgenden Verfahrensschritten:Settling processes in open and closed containers with the following process steps:
Vorsehen zumindest eines Ultraschallwandlers an oder in einem offenen oder geschlossenen Behältnis, in dem Misch-, Trenn-, Reaktions- und Absetzprozesse ablaufen;Providing at least one ultrasonic transducer on or in an open or closed container in which mixing, separating, reaction and settling processes take place;
Aussenden eines ersten kurzen Ultraschallsignales in eine Richtung, die eine Richtungskomponente in Strömungsrichtung aufweist;Emitting a first short ultrasound signal in a direction which has a directional component in the flow direction;
Empfangen von ersten Echosignalen von an Inhomogenitäten in der Strömung gestreuten Anteilen des ersten kurzen Ultraschallsignales in einem vorgegebenen Zeitfenster, das einem ersten Ortsfenster in der Strömung entspricht ;Receiving first echo signals from portions of the first short ultrasonic signal scattered due to inhomogeneities in the flow in a predetermined time window that corresponds to a first location window in the flow;
Digitalisieren des ersten Echosignalverlaufs; - Speichern des digitalisierten ersten Echosignalverlaufs ;Digitizing the first echo waveform; - storing the digitized first echo waveform;
Aussenden eines zweiten kurzen Ultraschallsignales in einem vorgegebenen kleinen zeitlichen Abstand zur Aussendung des ersten kurzen Ultraschallsignales in die gleiche Richtung;Emitting a second short ultrasound signal at a predetermined small time interval for emitting the first short ultrasound signal in the same direction;
Empfangen von zweiten Echosignalen von an Inhomogenitäten in der Strömung gestreuten Anteilen des zweiten kurzen Ultraschallsignales in einem vorgegebenen Zeitfenster, das dem ersten Ortsfenster in der Strömung entspricht;Receiving second echo signals from portions of the second short ultrasound signal scattered due to inhomogeneities in the flow in a predetermined time window which corresponds to the first location window in the flow;
Digitalisieren des zweiten Echosignalverlaufs ; Bilden der Kreuzkorrelation zwischen einem oder mehreren Bereichen des ersten Echosignalverlaufs und einem oder mehreren Bereichen des zweiten Echosignalverlaufs ;Digitizing the second echo waveform; Forming the cross correlation between one or more areas of the first echo waveform and one or more areas of the second echo waveform;
Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit (en) in dem ersten Ortsfenster in der Strömung aus der Position eines lokalen Maximums der Kreuzkorrelation bzw. von lokalen Maxima der Kreuzkorrelationen;Determination of the flow velocity (s) in the first local window in the flow from the position of a local maximum of the cross-correlation or of local maxima of the cross-correlations;
Wiederholen des Meßzyklus gemäß den vorangehenden Verfahrensschritten bei verschobenen Zeitfenstern, die anderen Ortsfenstern in der Strömung entsprechen, falls die Erfassung der vollständigen Strömungscharakteristik im gewünschten Bereich noch nicht abgeschlossen ist .Repeating the measuring cycle in accordance with the preceding method steps with shifted time windows which correspond to other local windows in the flow, if the acquisition of the complete flow characteristics in the desired area has not yet been completed.
2. Verfahren zur Messung der Strömungscharakteristik eines Mediums an umströmten Körpern mit folgenden Verfahrensschritten:2. Method for measuring the flow characteristics of a medium on bodies with flow around it with the following method steps:
Vorsehen zumindest eines Ultraschallwandlers im Bereich des umströmten Körpers ; - Aussenden eines ersten kurzen Ultraschallsignales in eine Richtung, die eine Richtungskomponente in Strömungsrichtung am umströmten Körper aufweist;Providing at least one ultrasound transducer in the area of the flow around the body; Emitting a first short ultrasound signal in a direction which has a directional component in the flow direction on the body being flowed around;
Empfangen von ersten Echosignalen von an Inhomogenitäten in der Strömung gestreuten Anteilen des ersten kurzen Ultraschallsignales in einem vorgegebenenReceiving first echo signals from portions of the first short ultrasonic signal scattered due to inhomogeneities in the flow in a predetermined one
Zeitfenster, das einem ersten Ortsfenster in der Strömung entspricht ;Time window that corresponds to a first location window in the current;
Digitalisieren des ersten Echosignalverlaufs ; Speichern des digitalisierten ersten Echosignalverlaufs;Digitizing the first echo waveform; Storing the digitized first echo waveform;
Aussenden eines zweiten kurzen Ultraschallsignales in einem vorgegebenen kleinen zeitlichen Abstand zur Aussendung des ersten kurzen Ultraschallsignales in die gleiche Richtung; - Empfangen von zweiten Echosignalen von anEmitting a second short ultrasound signal at a predetermined small time interval for emitting the first short ultrasound signal in the same direction; - Receiving second echo signals from on
Inhomogenitäten in der Strömung gestreuten Anteilen des zweiten kurzen Ultraschallsignales in einem vorgegebenen Zeitfenster, das dem ersten Ortsfenster in der Strömung entspricht; - Digitalisieren des zweiten Echosignalverlaufs; Bilden der Kreuzkorrelation zwischen einem oder mehreren Bereichen des ersten Echosignalverlaufs und einem oder mehreren Bereichen des zweiten Echosignalverlaufs ;Inhomogeneities of the second short ultrasonic signal scattered in the flow in a predetermined time window which corresponds to the first local window in the flow; - Digitize the second echo waveform; Form the cross-correlation between one or multiple areas of the first echo waveform and one or more areas of the second echo waveform;
Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit (en) in dem ersten Ortsfenster in der Strömung aus der Position eines lokalen Maximums der Kreuzkorrelation bzw. von lokalen Maxima der Kreuzkorrelationen;Determining the flow velocity (s) in the first local window in the flow from the position of a local maximum of the cross correlation or of local maxima of the cross correlations;
Wiederholen des Meßzyklus gemäß den vorangehenden Verfahrensschritten bei verschobenen Zeitfenstern, die anderen Ortsfenstern in der Strömung entsprechen, falls die Erfassung der vollständigen Strömungscharakteristik im gewünschten Bereich noch nicht abgeschlossen ist.Repeating the measuring cycle in accordance with the preceding method steps with shifted time windows which correspond to other local windows in the flow, if the acquisition of the complete flow characteristics in the desired area has not yet been completed.
3. Verfahren zur Messung der Strömungscharakteristik eines Mediums in offenen Gerinnen, teilgefüllten Rohren und Druckleitungen mit folgenden Verfahrensschritten:3. Method for measuring the flow characteristics of a medium in open channels, partially filled pipes and pressure lines with the following method steps:
Vorsehen zumindest eines Ultraschallwandlers an oder in einem offenen Gerinne, teilgefüllten Rohr oder einer Druckleitung;Providing at least one ultrasonic transducer on or in an open channel, partially filled pipe or a pressure line;
Aussenden eines ersten kurzen Ultraschallsignales in eine Richtung, die eine Richtungskomponente in Strömungsrichtung aufweist;Emitting a first short ultrasound signal in a direction which has a directional component in the flow direction;
Empfangen von ersten Echosignalen von an Inhomogenitäten in der Strömung gestreuten Anteilen des ersten kurzen Ultraschallsignales in einem vorgegebenen Zeitfenster, das einem ersten Ortsfenster in der Strömung entspricht;Receiving first echo signals from portions of the first short ultrasonic signal scattered due to inhomogeneities in the flow in a predetermined time window that corresponds to a first location window in the flow;
Digitalisieren des ersten Echosignalverlaufs; - Speichern des digitalisierten ersten Echosignalverlaufs ;Digitizing the first echo waveform; - storing the digitized first echo waveform;
Aussenden eines zweiten kurzen Ultraschallsignales in einem vorgegebenen kleinen zeitlichen Abstand zur Aussendung des ersten kurzen Ultraschallsignales in die gleiche Richtung;Emitting a second short ultrasound signal at a predetermined small time interval for emitting the first short ultrasound signal in the same direction;
Empfangen von zweiten Echosignalen von an Inhomogenitäten in der Strömung gestreuten Anteilen des zweiten kurzen Ultraschallsignales in einem vorgegebenen Zeitfenster, das dem ersten Ortsfenster in der Strömung entspricht; - Digitalisieren des zweiten Echosignalverlaufs; Bilden der Kreuzkorrelation zwischen einem oder mehreren Bereichen des ersten Echosignalverlaufs und einem oder mehreren Bereichen des zweiten Echosignalverlaufs ; - Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit (en) in dem ersten Ortsfenster in der Strömung aus der Position eines lokalen Maximums der Kreuzkorrelation bzw. von lokalen Maxima der Kreuzkorrelationen;Receiving second echo signals from on Inhomogeneities of the second short ultrasonic signal scattered in the flow in a predetermined time window which corresponds to the first local window in the flow; - Digitize the second echo waveform; Forming the cross correlation between one or more areas of the first echo waveform and one or more areas of the second echo waveform; - Determination of the flow velocity (s) in the first local window in the flow from the position of a local maximum of the cross correlation or of local maxima of the cross correlations;
Wiederholen des Meßzyklus gemäß den vorangehenden Verfahrensschritten bei verschobenen Zeitfenstern, die anderen Ortsfenstern in der Strömung entsprechen, falls die Erfassung der vollständigen Strömungscharakteristik im gewünschten Bereich noch nicht abgeschlossen ist.Repeating the measuring cycle in accordance with the preceding method steps with shifted time windows which correspond to other local windows in the flow, if the acquisition of the complete flow characteristics in the desired area has not yet been completed.
4. Verfahren zur Messung der Strömungscharakteristik in offenen Gewässern mit folgenden Verfahrensschritten:4. Method for measuring the flow characteristics in open waters with the following method steps:
Vorsehen zumindest eines Ultraschallwandlers in einem offenen Gewässer; - Aussenden eines ersten kurzen Ultraschallsignales in eine Richtung, die eine Richtungskomponente in Strömungsrichtung aufweist;Providing at least one ultrasonic transducer in an open body of water; Emitting a first short ultrasonic signal in a direction which has a directional component in the flow direction;
Empfangen von ersten Echosignalen von an Inhomogenitäten in der Strömung gestreuten Anteilen des ersten kurzen Ultraschallsignales in einem vorgegebenenReceiving first echo signals from portions of the first short ultrasonic signal scattered due to inhomogeneities in the flow in a predetermined one
Zeitfenster, das einem ersten Ortsfenster in der Strömung entspricht ;Time window that corresponds to a first location window in the current;
Digitalisieren des ersten Echosignalverlaufs ; Speichern des digitalisierten ersten Echosignalverlaufs;Digitizing the first echo waveform; Storing the digitized first echo waveform;
Aussenden eines zweiten kurzen Ultraschallsignales in einem vorgegebenen kleinen zeitlichen Abstand zur Aussendung des ersten kurzen Ultraschallsignales in die gleiche Richtung;Send a second short ultrasound signal at a predetermined small time interval for the transmission of the first short ultrasound signal in the same direction;
Empfangen von zweiten Echosignalen von an Inhomogenitäten in der Strömung gestreuten Anteilen des zweiten kurzen Ultraschallsignales in einem vorgegebenen Zeitfenster, das dem ersten Ortsfenster in der Strömung entspricht;Receiving second echo signals from portions of the second short ultrasound signal scattered due to inhomogeneities in the flow in a predetermined time window which corresponds to the first location window in the flow;
Digitalisieren des zweiten Echosignalverlaufs; - Bilden der Kreuzkorrelation zwischen einem oder mehreren Bereichen des ersten Echosignalverlaufs und einem oder mehreren Bereichen des zweiten Echosignalverlaufs ;Digitizing the second echo waveform; Forming the cross-correlation between one or more areas of the first echo waveform and one or more areas of the second echo waveform;
Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit (en) in dem ersten Ortsfenster in der Strömung aus der Position eines lokalen Maximums der Kreuzkorrelation bzw. von lokalen Maxima der Kreuzkorrelationen;Determining the flow velocity (s) in the first local window in the flow from the position of a local maximum of the cross correlation or of local maxima of the cross correlations;
Wiederholen des Meßzyklus gemäß den vorangehenden Verfahrensschritten bei verschobenen Zeitfenstern, die anderen Ortsfenstern in der Strömung entsprechen, falls die Erfassung der vollständigen Strömungscharakteristik im gewünschten Bereich noch nicht abgeschlossen ist .Repeating the measuring cycle in accordance with the preceding method steps with shifted time windows which correspond to other local windows in the flow, if the acquisition of the complete flow characteristics in the desired area has not yet been completed.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß über den Füllstand und das ermittelte Strömungsprofil der Durchfluß des Mediums im offenen Gerinne, teilgefüllten Rohr oder der Druckleitung berechnet wird.5. The method according to claim 3, characterized in that the flow of the medium in the open channel, partially filled pipe or the pressure line is calculated via the level and the determined flow profile.
6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Auftreten von Schlupf zwischen den6. The method according to claim 3, characterized in that when slip occurs between the
Inhomogenitäten und dem Medium eine zusätzliche Durchflußmessung, beispielsweise über das Laufzeitdifferenzverfahren, durchgeführt wird, um die Geschwindigkeit des Mediums zu erfassen. Inhomogeneities and the medium, an additional flow measurement, for example using the transit time difference method, is carried out in order to detect the speed of the medium.
7. Verf hren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , daß der Grad der Homogenisierung oder Trennung anhand der Änderung der Amplituden der gestreuten Ultraschallsignale oder anhand der Änderung der Schallgeschwindigkeit im Medium oder anhand einer Mustererkennung bestimmt wird.7. The method according to claim 1, characterized in that the degree of homogenization or separation is determined on the basis of the change in the amplitudes of the scattered ultrasound signals or on the basis of the change in the speed of sound in the medium or on the basis of a pattern recognition.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstand bzw. der Pegel des Mediums über eine LaufZeitmessung mittels Ultraschall durch Reflexion an der Oberfläche des strömenden Mediums bestimmt wird.8. The method according to any one of claims 1, 3 to 7, characterized in that the fill level or the level of the medium is determined by means of a transit time measurement by means of ultrasound by reflection on the surface of the flowing medium.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Mediums über eine LaufZeitmessung mittels Ultraschall bestimmt wird.9. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the temperature of the medium is determined by means of ultrasonic transit time measurement.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration und Verteilung von Inhomogenitäten im Medium über eine Ultraschalldämpfungsmessung oder10. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the concentration and distribution of inhomogeneities in the medium via an ultrasonic attenuation measurement or
Schallgeschwindigkeitsmessung bestimmt wird.Sound velocity measurement is determined.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Standardabweichung von Meßwerten der Strömungsgeschwindigkeit der Turbulenzgrad bestimmt wird.11. The method according to any one of claims 1 to 10, characterized in that the degree of turbulence is determined from the standard deviation of measured values of the flow rate.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die korrelierten Zeitfenster die gleiche Länge aufweisen.12. The method according to any one of claims 1 to 11, characterized in that the correlated time windows have the same length.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß unterschiedlich lange Zeitfenster korreliert werden (Block-Matching-Algorithmus) . 13. The method according to any one of claims 1 to 11, characterized in that time windows of different lengths are correlated (block matching algorithm).
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13 , dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich eine Festzielunterdrückung, beispielsweise über ein Differenzverfahren, erfolgt.14. The method according to any one of claims 1 to 13, characterized in that in addition a fixed target suppression takes place, for example via a difference method.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein Meßzyklus die Aussendung weiterer kurzer Ultraschallsignale in vorgegebenen kleinen zeitlichen Abständen zur Aussendung des jeweils vorangehenden kurzen Ultraschallsignales in die gleiche Richtung umfaßt, das Empfangen der Echosignale von an Inhomogenitäten in der Strömung gestreuten Anteilen der weiteren Ultraschallsignale in vorgegebenen Zeitfenstern, die dem gleichen Ortsfenster in der Strömung entsprechen, das Digitalisieren der weiteren Echosignalverläufe und das Bilden der Kreuzkorrelation zwischen den Echosignalverläufen der Ultraschallsignale, so daß mehrere Meßwerte der Strömungsgeschwindigkeit für ein Ortsfenster in der Strömung erhalten werden.15. The method according to any one of claims 1 to 14, characterized in that a measuring cycle comprises the transmission of further short ultrasonic signals in predetermined small time intervals for transmitting the preceding short ultrasonic signal in the same direction, the reception of the echo signals from inhomogeneities in the flow scattered portions of the further ultrasonic signals in predetermined time windows, which correspond to the same location window in the flow, digitizing the further echo signal profiles and forming the cross-correlation between the echo signal profiles of the ultrasound signals, so that several measured values of the flow velocity for a location window in the flow are obtained.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst alle Echosignalverläufe gespeichert und erst nach Abschluß eines Meßzyklus korreliert werden.16. The method according to claim 15, characterized in that initially all echo waveforms are stored and are only correlated after the completion of a measurement cycle.
17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Meßwerte für das gleiche Ortsfenster einer nichtlinearen Filterung, beispielsweise einer Medianfilterung, mit nachfolgender statistischer Auswertung (z.B. Mittelwert, Standardabweichung) unterzogen werden.17. The method according to claim 15 or 16, characterized in that a plurality of measured values for the same local window are subjected to a non-linear filtering, for example a median filtering, with subsequent statistical evaluation (e.g. mean value, standard deviation).
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß bei in Relation zur Fensterlänge großen Positionsänderungen der Inhomogenitäten zwischen den benachbarten Puls-Echo-Zyklen die Kreuzkorrelation mittels Fouriertransformation und konjugiert komplexer Multiplikation im Frequenzbereich, und bei in Relation zur Fensterlänge kleinen Positionsänderungen der Inhomogenitäten zwischen den benachbarten Puls-Echo- Zyklen die Kreuzkorrelation mittels konjugiert komplexer Multiplikation im Zeitbereich erfolgt.18. The method according to any one of claims 1 to 17, characterized in that with large changes in position in relation to the window length of the inhomogeneities between the adjacent pulse-echo cycles, the cross-correlation by means of Fourier transformation and conjugate complex Multiplication in the frequency domain, and with small changes in position of the inhomogeneities between the neighboring pulse-echo cycles in relation to the window length, the cross-correlation takes place by means of complex conjugate multiplication in the time domain.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Beurteilung der Zuverlässigkeit der Messung anhand eines normierten Kreuzkorrelationskoeffizienten erfolgt.19. The method according to any one of claims 1 to 18, characterized in that the reliability of the measurement is assessed on the basis of a normalized cross-correlation coefficient.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung des Maximums der Kreuzkorrelation nur in einem vorgebbaren oder von einem Algorithmus ermittelten Meßintervall innerhalb des Zeitfensters erfolgt.20. The method according to any one of claims 1 to 19, characterized in that the determination of the maximum of the cross-correlation takes place only within a predeterminable measurement interval or a measurement interval determined by an algorithm within the time window.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Ermittlung des Maximums der Kreuzkorrelation im gefundenen Maximum eine Interpolation durchgeführt wird.21. The method according to any one of claims 1 to 20, characterized in that an interpolation is carried out in the determination of the maximum of the cross correlation in the maximum found.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß bei Veränderung des Ortsfensters die Sendeamplituden, die Empfangsverstärkung, die Pulswiederholfrequenz, das Meßintervall und gegebenenfalls die Fenstergröße angepaßt werden.22. The method according to any one of claims 1 to 21, characterized in that the transmission amplitudes, the reception gain, the pulse repetition frequency, the measurement interval and, if appropriate, the window size are adjusted when the local window changes.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß durch Vorsehen weiterer23. The method according to any one of claims 1 to 22, characterized in that by providing further
Ultraschallwandler und eines Multiplexers eine zwei- oder dreidimensionale Erfassung der Strömungscharakteristik erfolgt .Ultrasonic transducer and a multiplexer, a two- or three-dimensional detection of the flow characteristics takes place.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß durch Vorsehen weiterer Ultraschallwandler und zusätzlicher Auswertekanäle eine zwei- oder dreidimensionale Erfassung der Strömungscharakteristik erfolgt .24. The method according to any one of claims 1 to 22, characterized in that by providing further Ultrasonic transducer and additional evaluation channels, a two- or three-dimensional detection of the flow characteristics takes place.
25. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 24 , die zumindest aus einem Ultraschallwandler mit einer Ansteuer- und Auswerteelektronik besteht, wobei eine Eingabemöglichkeit für die Eingabe von Parametern vorgesehen ist, nach denen die AnSteuereinheit den Ultraschallwandler ansteuert und die Auswerteelektronik die Auswertung vornimmt, wobei die Parameter den zeitlichen Abstand der Ultraschallsignale, die Länge, Position und Anzahl der Zeitfenster, die Mittenfrequenz, die Anzahl der pro Meßpunkt auszusendenden Ultraschallsignale und die Sendeamplituden und Empfangsverstärkungen für die unterschiedlichen Zeitfenster umfassen.25. Device for carrying out the method according to one of claims 1 to 24, which consists of at least one ultrasound transducer with control and evaluation electronics, wherein an input option is provided for the input of parameters according to which the control unit controls the ultrasound transducer and the evaluation electronics Evaluates, the parameters include the time interval of the ultrasound signals, the length, position and number of time windows, the center frequency, the number of ultrasound signals to be transmitted per measuring point and the transmission amplitudes and reception amplifications for the different time windows.
26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Parameter weiterhin die Form und Länge der Ultraschallsignale und die Abtastfrequenz umfassen.26. The apparatus according to claim 25, characterized in that the parameters further include the shape and length of the ultrasonic signals and the sampling frequency.
27. Vorrichtung nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Parameter weiterhin das27. The apparatus of claim 25 or 26, characterized in that the parameters continue to be the
Meßintervall und die Filterordnung umfassen.Measuring interval and the filter order include.
28. Verfahren zur Messung der Strömungscharakteristik eines Mediums an umströmten Körpern mit einem Puls-Echo- Verfahren mittels Ultraschall, insbesondere mit dem Multi-Gate-Dopplersystem.28. Method for measuring the flow characteristics of a medium on bodies with flow around it using a pulse-echo method using ultrasound, in particular using the multi-gate Doppler system.
29. Verfahren zur Messung der Strömungscharakteristik eines Mediums bei Misch-, Trenn-, Reaktions- und Absetzprozessen in offenen und geschlossenen Behältnissen it einem Puls-Echo-Verfahren mittels Ultraschall, insbesondere mit dem Multi-Gate-Dopplersystem. 29. Method for measuring the flow characteristics of a medium in mixing, separating, reaction and settling processes in open and closed containers with a pulse-echo method using ultrasound, in particular with the multi-gate Doppler system.
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10001015C2 (en) * 1999-09-19 2002-11-14 Deutsch Zentr Luft & Raumfahrt Method for measuring the distance of objects, atmospheric particles and the like by means of lidar or laser radar signals
DE10134264B4 (en) * 2001-07-18 2008-06-26 Nivus Gmbh flowmeter
DE10224294A1 (en) 2002-05-31 2004-01-15 systec Controls Meß- und Regeltechnik GmbH Method for ultrasonic transit time quantity measurement
DE10328974B4 (en) * 2002-06-27 2006-10-05 Rupp, Jörg Method and apparatus for characterizing the consistency of liquid-solid suspensions, slips or soft sediments below a water surface
DE102006027182A1 (en) * 2006-05-02 2007-11-08 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Workpiece testing method, involves determining movement trajectory on basis of comparison of measuring signals received at position with respect to initial position, at which volume area of workpiece is detected
DE102008058376A1 (en) 2008-11-20 2010-06-02 Nivus Gmbh Method and apparatus for fluid flow measurement
DE102015106695A1 (en) 2015-04-29 2016-11-03 Manuel Haide Method and device for flow measurement
DE102018006084B3 (en) * 2018-08-02 2020-01-30 Nivus Gmbh Measuring method and measuring arrangement for measuring the particle size distribution and particle concentration in a liquid-flow line

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0312224A1 (en) * 1987-09-30 1989-04-19 Panametrics, Inc. Differential correlation analyzer
EP0508675A1 (en) * 1991-04-08 1992-10-14 Kabushiki Kaisha Toshiba Ultrasound high velocity flow correlation measurement using coded pulses
US5311781A (en) * 1990-10-09 1994-05-17 Advanced Instrumentation Inc. Flowmeter for object-bearing liquids

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FI67627C (en) * 1981-10-19 1985-04-10 Eino Haerkoenen PROCEDURE FOR THE ORGANIZATION OF THE PROCESSING OF STRUCTURES AND THE EXTENSION OF GENERATION OF THE GENOM UTNYTTJANDET AV ULTRALJUD
DE3333409A1 (en) * 1983-09-15 1985-04-04 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München METHOD FOR ULTRASONIC FLOW MEASUREMENT ACCORDING TO THE DOPPLER PRINCIPLE WITH IMPROVED LOCAL RESOLUTION
DE9007497U1 (en) * 1989-03-16 1992-08-06 Lang Apparatebau Gmbh, 8227 Siegsdorf, De
US5226328A (en) * 1989-11-17 1993-07-13 Ads Environmental Services, Inc. Velocity measurement system
EP0447597B1 (en) * 1990-03-23 1995-02-22 Siemens Aktiengesellschaft Method and apparatus to avoid ambiguities in a pulse-doppler apparatus
DE4118809C2 (en) * 1991-06-07 1994-12-22 Wagner Louise Device for measuring small liquid and particle flows
DE4118810C2 (en) * 1991-06-07 1993-11-18 Wagner Louise Device for measuring small particles in a medium flowing in a measuring tube

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0312224A1 (en) * 1987-09-30 1989-04-19 Panametrics, Inc. Differential correlation analyzer
US5311781A (en) * 1990-10-09 1994-05-17 Advanced Instrumentation Inc. Flowmeter for object-bearing liquids
EP0508675A1 (en) * 1991-04-08 1992-10-14 Kabushiki Kaisha Toshiba Ultrasound high velocity flow correlation measurement using coded pulses

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HEIN I A ET AL: "A REAL-TIME ULTRASOUND TIME-DOMAIN CORRELATION BLOOD FLOWMETER: PART I - THEORY AND DESIGN", IEEE TRANSACTIONS ON ULTRASONICS, FERROELECTRICS AND FREQUENCY CONTROL, vol. 40, no. 6, 1 November 1993 (1993-11-01), pages 768 - 775, XP000415589 *

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