WO2015165782A2 - Sensor and method for detecting at least one measurable measuring variable of a medium in a pipe - Google Patents

Sensor and method for detecting at least one measurable measuring variable of a medium in a pipe Download PDF

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WO2015165782A2
WO2015165782A2 PCT/EP2015/058625 EP2015058625W WO2015165782A2 WO 2015165782 A2 WO2015165782 A2 WO 2015165782A2 EP 2015058625 W EP2015058625 W EP 2015058625W WO 2015165782 A2 WO2015165782 A2 WO 2015165782A2
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tube
fiber
sensor
medium
mass flow
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Antoine Chabaud
Bernd Stuke
Ronny Leonhardt
Martin Voss
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Robert Bosch Gmbh
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    • G01L11/02—Measuring steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by means not provided for in group G01L7/00 or G01L9/00 by optical means
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    • G—PHYSICS
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    • G01K13/02—Thermometers specially adapted for specific purposes for measuring temperature of moving fluids or granular materials capable of flow
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    • G01L19/06—Means for preventing overload or deleterious influence of the measured medium on the measuring device or vice versa
    • G01L19/0627—Protection against aggressive medium in general
    • G01L19/0636—Protection against aggressive medium in general using particle filters

Definitions

  • the present invention relates to a sensor for detecting at least one measurable measured variable of a medium in a tube, to an evaluation device for evaluating a signal of the sensor, to a
  • a mass flow of a medium in a pipe can be detected by a sensor.
  • the Coriolis force can be exploited, which acts on the medium when it is transverse to his
  • a sensor for detecting at least one measurable measurand of a medium in a tube an evaluation device for evaluating a signal of the sensor, a method for measuring at least one measurable measurand of a medium in a tube and finally a corresponding computer program product presented according to the main claims.
  • Advantageous embodiments emerge from the respective subclaims and the following description.
  • Strain measurement sensors are detected. A particularly accurate detection is possible by optical elements. In this case, a change in length of an optical element is detected, which correlates with the deformation of the component.
  • a sensor for detecting at least one measurable measured variable of a medium in a tube is presented, wherein the sensor has at least one deformable, in particular extensible, evaluable by an evaluation device
  • Optical fiber has, which is arranged in the tube to detect the measured variable in dependence on the deformation, in particular elongation of the optical fiber.
  • Evaluation device is optically coupled to the at least one optical fiber or coupled, and is adapted to optically determine an elongation of the optical fiber, and to determine the measured variable using the strain.
  • a medium can be a liquid or a gas.
  • a measured variable can be understood to be a static pressure, a temperature and / or a mass flow.
  • An optical fiber may be an optical fiber in which light travels almost totally lossless from one end of the fiber to the other end of the fiber by total internal reflection on the walls of the fiber
  • An evaluation device can be in
  • the Evaluation device can also be connected to only one end of the fiber, if at the opposite end of the fiber, a reflection means for throwing back the light is arranged in the fiber.
  • Evaluation device can be configured to the elongation of
  • Fiber optic fiber using an optical method can be used.
  • data from a calibration table can be used.
  • At least one of the optical fibers may be formed as a mass flow sensing fiber.
  • the mass flow sensing fiber may be transverse to a
  • An arrangement transverse to the longitudinal direction of the tube may in the present case be understood to mean a direction which differs generally from the longitudinal direction of the tube, in particular which is at right angles to the longitudinal direction of the tube.
  • the mass flow sensing fiber can detect a mass flow of the medium through the tube.
  • Mass flow detection fiber the strain-induced difference in the spectrum of the transmitted light is detected. About this can on the
  • the sensor can be at least two optically separate
  • the mass flow sensing fibers may be distributed across a cross-sectional area of the tube transverse to the longitudinal direction.
  • the evaluation device may be configured to optically determine a first elongation of a first optical fiber of the sensor and at least a second elongation of a second optical fiber of the sensor, and
  • Fiber optic fibers can be achieved redundancy in the sensor. If one of the optical fibers breaks or has another defect, the remaining optical fibers can ensure the function of the sensor.
  • the sensor may comprise at least one further extensible optical fiber which can be evaluated by the evaluation device and which is at least in a partial region of a mass flow sensing fiber along the
  • Mass flow sensing fiber extends and is mechanically coupled to the mass flow sensing fiber in the portion.
  • Mass flow sensing fiber may form a bending beam for detecting a flow direction of the medium in the pipe, wherein a bending direction of the bending beam may be aligned in the longitudinal direction.
  • Mass flow sensing fiber and the further optical fiber can be optically separated from each other.
  • Optical fiber can be glued together, for example.
  • Bending beams can detect bi-directional bends, compressing one fiber at a time and stretching the other fiber.
  • the at least one mass flow sensing fiber may form a grid whose plane is transverse to the longitudinal axis of the tube. If the fibers are mounted in a cross section, using z. B.
  • the velocity distribution over the cross section can be determined.
  • the integral volume flow can be determined very accurately by specifying the flow cross section without assuming the
  • the at least one mass flow sensing fiber may be arranged in grid lines of the grating.
  • the grid lines may be arranged substantially parallel to each other.
  • the at least one mass flow sensing fiber may form a star-shaped lattice. Different grid shapes can be used to meet special sensor accuracy requirements.
  • the grating may have a first group of grating lines and at least a second one
  • the grid lines of the first group may be aligned substantially parallel to each other.
  • the grid lines of the second group may be aligned substantially parallel to each other.
  • the grid lines of the first group and the grid lines of the second group may be arranged at an angle to each other. For example, you can the groups are aligned at right angles to each other. This results in a cross-shaped grid, which can be made very tight mesh to detect the flow of the medium in the tube high resolution.
  • At least one of the optical fibers may be formed as a temperature detection fiber.
  • the temperature sensing fiber may be arranged in the longitudinal direction of the tube.
  • the temperature sensing fiber may be mechanically coupled to the tube to detect as a measure of thermal expansion of the tube due to a temperature of the medium in the tube.
  • An optical detection of the temperature can be carried out particularly accurately. The temperature measurement can be used to compensate the measurement results of other measurands.
  • At least one of the optical fibers may be formed as a pressure sensing fiber.
  • the pressure sensing fiber may be disposed transverse to the longitudinal direction of the tube.
  • the pressure sensing fiber may be at least partially annular along a wall of the tube and mechanically coupled to the tube to detect mechanical expansion of the tube due to static pressure of the medium in the tube.
  • An optical detection of the pressure can be carried out particularly accurately.
  • the pressure measurement can be used to check the plausibility of the measured quantities.
  • the sensor may comprise a screen for protecting the optical fiber.
  • the sieve can be arranged transversely to the tube. In particular, the sieve can have a smaller mesh size than the mesh. Through a sieve, damage to the optical fibers can be avoided. This allows a long life of the sensor can be achieved.
  • a sensor system which has a sensor according to a variant presented here and an evaluation unit coupled to the sensor according to a variant presented here.
  • the measurable measurand of a medium in the tube can be particularly well
  • a mass flow through the pipe are determined.
  • a computer program product or computer program with program code which can be stored on a machine-readable carrier or storage medium such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical memory and for carrying out and / or driving the steps of the method according to one of the above-described
  • Embodiments is used, especially when the program product is executed on a computer or a device.
  • FIG. 1 is a block diagram of a sensor according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 shows an illustration of a sensor for detecting at least one measurable measured variable of a medium in a tube according to a
  • Fig. 3 is an illustration of a star-shaped grid according to a
  • Fig. 4 is an illustration of a linear grating according to a
  • Fig. 5 is an illustration of a cross-shaped grid according to a
  • FIG. 6 shows a flowchart of a method for detecting at least one measurable measured variable of a medium in a pipe according to a
  • the foreign particles may be referred to as tracers.
  • a time-resolved and spatially resolved velocity profile can be detected by the sensor, with the volume flow or the
  • Mass flow can be closed.
  • Fig. 1 shows a block diagram of a sensor 100 according to a
  • the sensor 100 is designed to detect at least one measurable measured variable of a medium in a tube 102.
  • the sensor 100 has at least one of a Evaluation device 104 evaluable, stretchable optical fiber 106 on.
  • the optical fiber 106 is disposed in the tube 102 to detect the measurand.
  • the evaluation device 104 is optically coupled to the at least one optical fiber 106.
  • the evaluation device 104 is designed to optically determine an expansion of the optical fiber 106.
  • Evaluation device 104 is designed to determine the measured variable using the strain.
  • FIG. 1 shows a mass flow sensor 100 based on optical strain measurement.
  • the optical fiber 106 is disposed in the tube 102 so that an effective length of a measurement path of the optical fiber 106 is known. If the medium causes, for example, a mass flow, a static pressure and / or a temperature an elongation and thus a change in length of the optical fiber 106, the evaluation device 104 can measure a change in the length of the optical fiber 106. For example, using the speed of light, a runtime of a
  • Light pulse along the optical fiber 106 can be determined. Likewise, the change in length of the optical fiber fiber 106 can be detected via interferometry. The most widely used method is the analysis of the spectrum and the analysis of the wavelength fraction that is absorbed. It can the
  • Fiber optic fiber 106 through the measuring path several times.
  • a multiple arrangement of the optical fiber 106 in the measuring section can be detected by the evaluation device 104, a multiple of the actual change in length. As a result, a higher accuracy can be achieved.
  • the fiber optic fiber 106 may be freely disposed across the tube 102 in the tube. Then dynamic forces due to a flow of the medium can cause the change in length of the optical fiber 106. Thus, it can be concluded in the evaluation device 104 of the change in length of the optical fiber fiber 106 to a mass flow of the medium in the tube 102.
  • the fiber optic fiber 106 may be disposed along a wall of the tube 102.
  • the optical fiber 106 fixed to the wall be connected.
  • the optical fiber 106 is elongated as the wall of the tube 102 is stretched.
  • the wall is stretched when the medium in the tube 102 exerts a static pressure on an inside of the tube 102.
  • the tube 102 acts like a spring, and a diameter of the tube 102 becomes larger in proportion to the static pressure.
  • the evaluation device 104 can infer the pressure of the medium.
  • the wall changes its length when the medium in the tube 102 changes a temperature of the wall.
  • the tube 102 expands.
  • the tube 102 contracts.
  • the optical fiber 106 is fixedly connected to the tube 102 and is therefore stretched or compressed.
  • Length change can close the evaluation device 104 to the temperature of the medium.
  • the senor 100 has a screen for protecting the optical fiber fiber 106.
  • the sieve is arranged transversely to the tube in the tube.
  • the screen may retain solids from the media that could damage them upon impact with the optical fiber 106.
  • the screen has a smaller mesh size than a grating formed by the optical fiber 106.
  • Requirements for the shape and type of flow provides.
  • the senor technology allows a combined measurement of media pressure and flow.
  • Volume flow sensor 100 is only slightly dependent on the viscosity of the medium.
  • the sensor 100 can detect the volume flow Q (t) with high dynamics.
  • a tomographic evaluation method is the
  • Velocity profile u (r, phi, t) determined spatially resolved and time-resolved, whereby the integral volume flow V (t) can be determined.
  • the volume flow sensor 100 requires no calming sections and can be realized in a compact design. By an additional optical fiber 106, the static pressure can be measured using the existing transmitter 104. The volume flow sensor 100 can then detect the flow direction. The volume flow sensor 100 causes only low pressure losses.
  • the sensor 100 offers the possibility to record the temperature of the medium and to use it as additional information.
  • FIG. 2 shows an illustration of a sensor 100 for detecting at least one measurable measured variable of a medium in a tube 102 according to a
  • the sensor 100 essentially corresponds to the sensor in FIG. 1.
  • Optical fiber 106 is formed as a mass flow sensing fiber 200.
  • the mass flow sensing fiber 200 is arranged to flow around the medium in a direction transverse to a longitudinal direction of the tube 102 in the tube 102 in order to be used as the
  • Mass flow sensing fiber 200 The at least one
  • Mass flow sensing fiber 200 here forms a grid 202, the plane of which is arranged transversely to a longitudinal axis of the tube 102.
  • the at least one mass flow sensing fiber 200 forms a star-shaped grating 202. Since the grid 202 is composed of a plurality of mass flow detecting fibers 200, the available measuring distance is also multiplied. A small one
  • Elongation of the individual mass flow sensing fibers 200 adds up to a large overall change in length.
  • At least one of the optical fibers 106 is as
  • Temperature detection fiber 204 is formed.
  • the 204 is arranged in the longitudinal direction of the tube 102.
  • Temperature sensing fiber 204 is mechanically coupled to tube 102 to detect as a measure a thermal expansion of tube 102 due to a temperature of the medium in tube 102.
  • Thermal expansion coefficient of the tube 102 can directly on a Temperature of the tube 102, and thus to the temperature of the medium in the tube 102 are closed.
  • At least one of the optical fibers 106 is formed as a pressure sensing fiber 206.
  • the pressure sensing fiber 206 is disposed across the longitudinal direction of the tube 102.
  • the pressure sensing fiber 206 extends at least partially annularly along a wall 208 of the tube 102.
  • Pressure sensing fiber 206 is mechanically coupled to tube 102 to detect mechanical expansion of tube 102 due to static pressure of the medium in tube 102.
  • Optical fiber 106 or pressure sensing fiber 206 directly detects a change in an inner circumference of tube 102.
  • tube 102 becomes
  • Strength characteristics of a material of tube 102 may be used to directly deduce a force on tube 102 that is directly proportional to the static pressure of the medium in tube 102.
  • the senor 100 has a temperature sensor 210.
  • Temperature sensor 210 is designed as a probe.
  • the probe is embedded in the wall 208 of the tube 102.
  • the temperature sensor 210 serves as a reference to verify a temperature measurement using the temperature sensing fiber 204.
  • a signal drift on the temperature detection fiber 204 can be detected and compensated.
  • the temperature sensing fiber 204 and the pressure sensing fiber 206 are orthogonal to each other. As a result, they detect changes in size or changes in length of the tube 102 in different axes.
  • a temperature change of the medium causes a change in length of the tube 102 in all axes.
  • a pressure change of the medium causes only a widening of the diameter of the tube 102. Die
  • FIG. 2 shows a schematic structure of a measuring module 100.
  • the measuring module 100 has a temperature element 210 and a freely suspended grid 202 of individual optical fibers 106. Furthermore, the measuring module 100 has an optical waveguide 106, which is connected to the tube wall 208 as a pressure sensing fiber 206.
  • the measuring module 100 is as
  • Screw-in module 100 is formed.
  • the module 100 has a screw connection at both ends.
  • the acquisition of the velocity profile is done optically with several
  • Optical fiber elements 106 such as fiber optic Bragg grating sensors 106, which are arranged as a grid structure 202.
  • tomographic methods are used. During the measurement, in one embodiment, the effect is used that the intensity of the
  • Wavelength spectrum changes as a function of the elongation of the light guide 106 and this correlates directly to the flow velocity.
  • the senor 100 has at least two optically separate mass flow detection fibers 200.
  • the at least two mass flow sensing fibers 200 are individually with the
  • the mass flow sensing fibers 200 are distributed across a cross-sectional area of the tube 102 transverse to the longitudinal direction.
  • the evaluation device is designed to provide a first elongation of the first
  • mass flow detection fiber 200 and to determine the measurement using the expansions of the mass flow detection fibers 200.
  • Separate evaluation of the mass flow sensing fibers 200 allows for detection of different flow areas in the tube 102. For example, the flow on one side of the tube may be greater than on the other side of the tube. By detecting flow areas The mass n current Q (t) can be determined more accurately.
  • the separate detection on multiple mass flow sensing fibers 200 serves redundancy. Should one of the mass flow sensing fibers 200 have a defect, one of the other mass flow sensing fibers 200 or any other mass flow sensing fibers 200 may be used to measure the mass flow
  • the sensor 100 can be executed in several design variants depending on the measurement tasks.
  • the measuring principle is based on the introduction of a lattice 202 consisting of a plurality of individual fibers 106, so-called "fiber grade" fibers, into the measuring medium Due to the dynamic pressure, that is to say the momentum of the flow, the fibers 106 are stretched This elongation is proportional to the wavelength change of the maxima or minimum in the spectrum of the reflected or transmitted light and can be evaluated with the grating 202, a spatial distribution of the
  • the senor 100 has at least one further extensible optical fiber which can be evaluated by the evaluation device.
  • the further optical fiber extends at least in a portion of one of the mass flow sensing fibers 200 along the mass flow sensing fiber 200.
  • the further optical fiber is mechanically coupled to the mass flow sensing fiber 200 in the portion.
  • Mass flow sensing fiber 200 forms a bending beam for detecting a flow direction of the medium in the pipe.
  • Bending beam is aligned in the longitudinal direction. As the medium flows through the tube 102, the bending beam is bent. This is the one
  • Fiber optic fiber 106 extending on the downstream side of the
  • Bending beam is arranged.
  • the optical fiber fiber 106 disposed on the upstream side of the bending beam is compressed. That is, the downstream optical fiber fiber 106 becomes longer and the
  • upstream optical fiber 106 of the bending beam is shorter. From the difference in length, a direction of the flow can be determined.
  • a second fiber 106 may be used, which is coupled to the first fiber 106 on an intermediate carrier or by an adhesive layer.
  • the structure of two fibers 106 and the intermediate layer forms a bending beam, which is structurally designed so that the intermediate layer forms the neutral line of the bending beam.
  • a fiber 106 is stretched, the other compressed, so that an identification of the flow direction can take place.
  • the bending or stretching caused by the dynamic pressure is calculated as a difference signal between the strains of both fibers. By summation of the two strains, the temperature-induced strain can be determined and made plausible with the temperature element 210.
  • the static pressure can be determined according to the same optical principle with a separate fiber 106, which can be referred to as pressure measuring fiber 206.
  • the pressure measuring fiber 206 is in this case firmly connected to the conduit wall 208.
  • the pressure information is from the widening of the
  • the medium pressure causes a change in the electrical primitiveivity at a defined reflection point or transmission point.
  • the reflection factor or the transmission factor of the optical path changes, so that the pressure can be measured.
  • Cross influences on the optical properties of the light path can be compensated, in which a fiber 106 immediately adjacent to
  • FIG. 3 shows a representation of a star-shaped grid 202 according to a
  • the grating 202 substantially corresponds to the grating in Fig. 2.
  • the optical fiber 106 of the grating 202 all meet at the center of the tube. Between the optical fibers 106 of the grating 202 results in a mesh size of the grating 202. In this
  • Embodiment are four optical fibers 106 at regular intervals arranged diametrically across the pipe.
  • the fiber optic fiber 106 divides a cross-sectional area of the tube into equal segments.
  • FIG. 4 shows a representation of a linear grating 202 according to one
  • Embodiment of the present invention is the at least one
  • Mass flow detection fiber 200 disposed in, arranged substantially parallel to each other grid lines of the grid 202.
  • the grid lines of the grid 202 have equal distances to each other.
  • the optical fiber 106 of the grating 202 is arranged at regular intervals.
  • the optical fibers 106 are arranged vertically in the tube. In the illustrated embodiment, three optical fibers 106 share the
  • the two outer optical fiber fibers 106 are shorter than the centrally disposed optical fiber fiber 106 disposed diametrically across the pipe.
  • the outer optical fiber fibers 106 may be used to detect edge portions of the flow in the pipe.
  • FIG. 5 shows an illustration of a cross-shaped grid 202 according to an embodiment of the present invention.
  • the grid 202 has a first group 500 of grid lines and at least a second group 502 of FIG.
  • the grid lines of the first group 500 are aligned substantially parallel to each other.
  • the grid lines of the second group 502 are aligned substantially parallel to each other.
  • the grid lines of the first group 500 and the grid lines of the second group 502 are arranged at an angle to each other. In this embodiment, the grid lines of the groups 500, 502 are perpendicular to each other.
  • the first group 500 corresponds to the three mutually parallel optical fibers 106 in FIG. 4.
  • the second group 502 is arranged transversely to the first group 500 and has five optical fibers 106.
  • the grid 202 divides the cross-sectional area of the tube into a plurality of sub-areas through which the medium can flow through the grid 202. By the grid 202 shown here, the flow can be resolved very accurately. In other words, Figures 3, 4 and 5 represent different
  • FIG. 6 shows a flow chart of a method 600 for detecting at least one measurable measured variable of a medium in a tube according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the method comprises a step 602 of detecting and a step 604 of determining.
  • step 602 of the acquisition an elongation of at least one in the tube becomes
  • step 604 of determining the
  • the sensor 100 presented here can be used in all applications in which the flow measurement and / or the pressure measurement of the fluid makes sense. For example, in mobile machines for valves and pumps or in industrial engineering.
  • an exemplary embodiment comprises an "and / or" link between a first feature and a second feature, then this is to be read so that the embodiment according to one embodiment, both the first feature and the second feature and according to another embodiment either only first feature or only the second feature.

Abstract

The invention relates to a sensor (100) for detecting at least one measurable measuring variable of a medium in a pipe (102), wherein the sensor (100) comprises at least one expandable optical fiber (106) that can be evaluated by an evaluation device (104), said optical fiber being arranged in the pipe (102) in order to determine the measuring variable.

Description

Beschreibung Titel  Description title
Sensor und Verfahren zum Erfassen zumindest einer messbaren Messgröße eines Mediums in einem Rohr  Sensor and method for detecting at least one measurable measurand of a medium in a pipe
Stand der Technik State of the art
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Sensor zum Erfassen zumindest einer messbaren Messgröße eines Mediums in einem Rohr, auf eine Auswerteeinrichtung zum Auswerten eines Signals des Sensors, auf ein The present invention relates to a sensor for detecting at least one measurable measured variable of a medium in a tube, to an evaluation device for evaluating a signal of the sensor, to a
Verfahren zum Messen zumindest einer messbaren Messgröße eines Mediums in einem Rohr, sowie auf ein entsprechendes Computerprogrammprodukt. Method for measuring at least one measurable measurand of a medium in a pipe, and to a corresponding computer program product.
Ein Massenstrom eines Mediums in einem Rohr kann durch einen Sensor erfasst werden. Beispielsweise kann bei einem solchen Sensor die Corioliskraft ausgenutzt werden, die auf das Medium wirkt, wenn es quer zu seiner A mass flow of a medium in a pipe can be detected by a sensor. For example, in such a sensor, the Coriolis force can be exploited, which acts on the medium when it is transverse to his
Flussrichtung zu Schwingen angeregt wird. Flow direction is excited to vibrate.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz ein Sensor zum Erfassen zumindest einer messbaren Messgröße eines Mediums in einem Rohr, eine Auswerteeinrichtung zum Auswerten eines Signals des Sensors, ein Verfahren zum Messen zumindest einer messbaren Messgröße eines Mediums in einem Rohr sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogrammprodukt gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Against this background, with the approach presented here, a sensor for detecting at least one measurable measurand of a medium in a tube, an evaluation device for evaluating a signal of the sensor, a method for measuring at least one measurable measurand of a medium in a tube and finally a corresponding computer program product presented according to the main claims. Advantageous embodiments emerge from the respective subclaims and the following description.
Wenn ein Medium eine Kraft auf ein Bauteil ausübt, wird das Bauteil verformt, da jedes Bauteil entsprechend seiner Material kennwerte elastisch ist. Eine aus der Kraft resultierende Verformung des Bauteils kann über When a medium exerts a force on a component, the component is deformed because each component is elastic according to its material characteristics. One from the Force resulting deformation of the component can over
Dehnungsmessungssensoren erfasst werden. Eine besonders genaue Erfassung ist durch optische Elemente möglich. Dabei wird eine Längenänderung eines optischen Elements erfasst, die mit der Verformung des Bauteils korreliert.  Strain measurement sensors are detected. A particularly accurate detection is possible by optical elements. In this case, a change in length of an optical element is detected, which correlates with the deformation of the component.
Es wird ein Sensor zum Erfassen zumindest einer messbaren Messgröße eines Mediums in einem Rohr vorgestellt, wobei der Sensor zumindest eine, von einer Auswerteeinrichtung auswertbare, verformbare, insbesondere dehnbare A sensor for detecting at least one measurable measured variable of a medium in a tube is presented, wherein the sensor has at least one deformable, in particular extensible, evaluable by an evaluation device
Lichtleiterfaser aufweist, die in dem Rohr angeordnet ist, um die Messgröße in Abhängigkeit von der Verformung, insbesondere Dehnung der Lichtleiterfaser zu erfassen. Optical fiber has, which is arranged in the tube to detect the measured variable in dependence on the deformation, in particular elongation of the optical fiber.
Weiterhin wird eine Auswerteeinrichtung zum Auswerten eines Signals eines Sensors gemäß dem hier vorgestellten Ansatz vorgestellt, wobei die Furthermore, an evaluation device for evaluating a signal of a sensor according to the approach presented here is presented, wherein the
Auswerteeinrichtung optisch mit der zumindest einen Lichtleiterfaser koppelbar oder gekoppelt ist, und dazu ausgebildet ist, eine Dehnung der Lichtleiterfaser optisch zu bestimmen, und die Messgröße unter Verwendung der Dehnung zu bestimmen. Evaluation device is optically coupled to the at least one optical fiber or coupled, and is adapted to optically determine an elongation of the optical fiber, and to determine the measured variable using the strain.
Weiterhin wird ein Verfahren zum Messen einer messbaren Messgröße eines Mediums in einem Rohr vorgestellt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Furthermore, a method for measuring a measurable measurand of a medium in a tube is presented, wherein the method comprises the following steps:
Erfassen einer Dehnung zumindest einer in dem Rohr angeordneten Detecting an elongation of at least one disposed in the tube
Lichtleiterfaser; und Optical fiber; and
Bestimmen der Messgröße unter Verwendung der Dehnung. Determine the measurand using strain.
Ein Medium kann eine Flüssigkeit oder ein Gas sein. Unter einer Messgröße kann ein statischer Druck, eine Temperatur und oder ein Massenstrom verstanden werden. Eine Lichtleiterfaser kann eine optische Faser sein, in der Licht durch Totalreflexion an den Wänden der Faser nahezu verlustfrei von einem Ende der Faser zum anderen Ende der Faser transportiert A medium can be a liquid or a gas. A measured variable can be understood to be a static pressure, a temperature and / or a mass flow. An optical fiber may be an optical fiber in which light travels almost totally lossless from one end of the fiber to the other end of the fiber by total internal reflection on the walls of the fiber
beziehungsweise geleitet wird. Eine Auswerteeinrichtung kann in or is directed. An evaluation device can be in
betriebsbereitem Zustand mit beiden Enden der Faser verbunden sein. Die Auswerteeinrichtung kann auch nur mit einem Ende der Faser verbunden sein, wenn an dem gegenüberliegenden Ende der Faser eine Reflexionseinrichtung zum Zurückwerfen des Lichts in die Faser angeordnet ist. Die operable state to be connected to both ends of the fiber. The Evaluation device can also be connected to only one end of the fiber, if at the opposite end of the fiber, a reflection means for throwing back the light is arranged in the fiber. The
Auswerteeinrichtung kann dazu ausgebildet sein, die Dehnung der Evaluation device can be configured to the elongation of
Lichtleiterfaser unter Verwendung eines optischen Verfahrens zu bestimmen. Um die Messgröße zu bestimmen, kann auf Daten einer Kalibrierungstabelle zurückgegriffen werden. Fiber optic fiber using an optical method. To determine the measurand, data from a calibration table can be used.
Zumindest eine der Lichtleiterfasern kann als Massenstromerfassungsfaser ausgebildet sein. Die Massenstromerfassungsfaser kann quer zu einer At least one of the optical fibers may be formed as a mass flow sensing fiber. The mass flow sensing fiber may be transverse to a
Längsrichtung des Rohrs in dem Rohr von dem Medium umströmbar angeordnet sein. Unter einer Anordnung quer zur Längsrichtung des Rohrs kann vorliegend eine Richtung verstanden werden, die allgemein von der Längsrichtung des Rohres abweicht, insbesondere die rechtwinklig auf die Längsrichtung des Rohres steht. Als die Messgröße kann die Massenstromerfassungsfaser einen Massenstrom des Mediums durch das Rohr erfassen. Bei einer Longitudinal direction of the tube in the tube of the medium to be arranged flow around. An arrangement transverse to the longitudinal direction of the tube may in the present case be understood to mean a direction which differs generally from the longitudinal direction of the tube, in particular which is at right angles to the longitudinal direction of the tube. As the measurand, the mass flow sensing fiber can detect a mass flow of the medium through the tube. At a
Massenstromerfassungsfaser wird der dehnungsbedingte Unterschied im Spektrum des transmittierenden Lichts erfasst. Über dieses kann auf die Mass flow detection fiber, the strain-induced difference in the spectrum of the transmitted light is detected. About this can on the
Dehnung und folglich auf die wirkende Kraft bzw. den Massenstrom geschlossen werden. Elongation and consequently be closed on the acting force or the mass flow.
Der Sensor kann zumindest zwei optisch voneinander getrennte The sensor can be at least two optically separate
Massenstromerfassungsfasern aufweisen, die einzeln mit der Having mass flow detection fibers which individually with the
Auswerteeinrichtung koppelbar sind. Die Massenstromerfassungsfasern können über eine Querschnittsfläche des Rohrs quer zu der Längsrichtung verteilt sein.Evaluation can be coupled. The mass flow sensing fibers may be distributed across a cross-sectional area of the tube transverse to the longitudinal direction.
Die Auswerteeinrichtung kann dazu ausgebildet sein, eine erste Dehnung einer ersten Lichtleiterfaser des Sensors und zumindest eine zweite Dehnung einer zweiten Lichtleiterfaser des Sensors optisch zu bestimmen, und unter The evaluation device may be configured to optically determine a first elongation of a first optical fiber of the sensor and at least a second elongation of a second optical fiber of the sensor, and
Verwendung der Dehnungen der Lichtleiterfasern die Messgröße zu bestimmen. Durch Erfassen von mehreren Dehnungen mehrerer optisch getrennter Using the strains of the optical fibers to determine the measurement. By detecting multiple strains of several optically separated ones
Lichtleiterfasern kann eine Redundanz im Sensor erreicht werden. Wenn eine der Lichtleiterfasern bricht oder einen anderen Defekt aufweist, können die verbleibenden Lichtleiterfasern die Funktion des Sensors sicherstellen. Der Sensor kann zumindest eine weitere, von der Auswerteeinrichtung auswertbare, dehnbare Lichtleiterfaser aufweisen, die zumindest in einem Teilbereich einer Massenstromerfassungsfaser entlang der Fiber optic fibers can be achieved redundancy in the sensor. If one of the optical fibers breaks or has another defect, the remaining optical fibers can ensure the function of the sensor. The sensor may comprise at least one further extensible optical fiber which can be evaluated by the evaluation device and which is at least in a partial region of a mass flow sensing fiber along the
Massenstromerfassungsfaser verläuft und in dem Teilbereich mechanisch mit der Massenstromerfassungsfaser gekoppelt ist. Die weitere Lichtleiterfaser und dieMass flow sensing fiber extends and is mechanically coupled to the mass flow sensing fiber in the portion. The other optical fiber and the
Massenstromerfassungsfaser können einen Biegebalken zum Erfassen einer Strömungsrichtung des Mediums im Rohr ausbilden, wobei eine Biegerichtung des Biegebalkens in der Längsrichtung ausgerichtet sein kann. Die Mass flow sensing fiber may form a bending beam for detecting a flow direction of the medium in the pipe, wherein a bending direction of the bending beam may be aligned in the longitudinal direction. The
Massenstromerfassungsfaser und die weitere Lichtleiterfaser können optisch voneinander getrennt sein. Die Massenstromerfassungsfaser und die weitereMass flow sensing fiber and the further optical fiber can be optically separated from each other. The mass flow sensing fiber and the others
Lichtleiterfaser können beispielsweise miteinander verklebt sein. Der Optical fiber can be glued together, for example. Of the
Biegebalken kann Biegungen in zwei Richtungen erfassen, wobei dann jeweils eine der Fasern komprimiert wird und während die andere Faser gedehnt wird. Die zumindest eine Massenstromerfassungsfaser kann ein Gitter ausbilden, dessen Ebene quer zu der Längsachse des Rohrs angeordnet ist. Werden die Fasern in einem Querschnitt angebracht, ist unter Verwendung von z. B. Bending beams can detect bi-directional bends, compressing one fiber at a time and stretching the other fiber. The at least one mass flow sensing fiber may form a grid whose plane is transverse to the longitudinal axis of the tube. If the fibers are mounted in a cross section, using z. B.
tomographischen Auswerteverfahren die Geschwindigkeitsverteilung über dem Querschnitt ermittelbar. Damit kann der integrale Volumenstrom unter Angabe des Strömungsquerschnitts sehr genau bestimmt werden ohne Annahen an dieTomographic evaluation, the velocity distribution over the cross section can be determined. Thus, the integral volume flow can be determined very accurately by specifying the flow cross section without assuming the
Form des Strömungsprofils stellen zu müssen Form of the airfoil
Die zumindest eine Massenstromerfassungsfaser kann in Gitterlinien des Gitters angeordnet sein. Die Gitterlinien können im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sein. Die zumindest eine Massenstromerfassungsfaser kann ein sternförmiges Gitter ausbilden. Verschiedene Gitterformen können verwendet werden, um besondere Anforderungen an die Messgenauigkeit des Sensors zu erfüllen. Das Gitter kann eine erste Gruppe von Gitterlinien und zumindest eine zweiteThe at least one mass flow sensing fiber may be arranged in grid lines of the grating. The grid lines may be arranged substantially parallel to each other. The at least one mass flow sensing fiber may form a star-shaped lattice. Different grid shapes can be used to meet special sensor accuracy requirements. The grating may have a first group of grating lines and at least a second one
Gruppe von Gitterlinien aufweisen. Die Gitterlinien der ersten Gruppe können zueinander im Wesentlichen parallel ausgerichtet sein. Die Gitterlinien der zweiten Gruppe können zueinander im Wesentlichen parallel ausgerichtet sein. Die Gitterlinien der ersten Gruppe und die Gitterlinien der zweiten Gruppe können zueinander unter einem Winkel angeordnet sein. Beispielsweise können die Gruppen rechtwinklig zueinander ausgerichtet sein. Dadurch ergibt sich ein kreuzförmiges Gitter, das besonders engmaschig ausgeführt sein kann, um die Strömung des Mediums im Rohr hochauflösend zu erfassen. Group of grid lines. The grid lines of the first group may be aligned substantially parallel to each other. The grid lines of the second group may be aligned substantially parallel to each other. The grid lines of the first group and the grid lines of the second group may be arranged at an angle to each other. For example, you can the groups are aligned at right angles to each other. This results in a cross-shaped grid, which can be made very tight mesh to detect the flow of the medium in the tube high resolution.
Zumindest eine der Lichtleiterfasern kann als Temperaturerfassungsfaser ausgebildet sein. Die Temperaturerfassungsfaser kann in der Längsrichtung des Rohrs angeordnet sein. Die Temperaturerfassungsfaser kann mechanisch mit dem Rohr gekoppelt sein, um als Messgröße eine thermische Ausdehnung des Rohrs aufgrund einer Temperatur des Mediums im Rohr zu erfassen. Eine optische Erfassung der Temperatur kann besonders genau durchgeführt werden. Die Temperaturmessung kann zum Kompensieren der Messergebnisse anderer Messgrößen verwendet werden. At least one of the optical fibers may be formed as a temperature detection fiber. The temperature sensing fiber may be arranged in the longitudinal direction of the tube. The temperature sensing fiber may be mechanically coupled to the tube to detect as a measure of thermal expansion of the tube due to a temperature of the medium in the tube. An optical detection of the temperature can be carried out particularly accurately. The temperature measurement can be used to compensate the measurement results of other measurands.
Zumindest eine der Lichtleiterfasern kann als Druckerfassungsfaser ausgebildet sein. Die Druckerfassungsfaser kann quer zu der Längsrichtung des Rohrs angeordnet sein. Die Druckerfassungsfaser kann zumindest teilweise ringförmig entlang einer Wand des Rohrs verlaufen und mechanisch mit dem Rohr gekoppelt sein, um eine mechanische Dehnung des Rohrs aufgrund eines statischen Drucks des Mediums im Rohr zu erfassen. Eine optische Erfassung des Drucks kann besonders genau durchgeführt werden. Die Druckmessung kann zur Plausibilisierung der Messgrößen verwendet werden. At least one of the optical fibers may be formed as a pressure sensing fiber. The pressure sensing fiber may be disposed transverse to the longitudinal direction of the tube. The pressure sensing fiber may be at least partially annular along a wall of the tube and mechanically coupled to the tube to detect mechanical expansion of the tube due to static pressure of the medium in the tube. An optical detection of the pressure can be carried out particularly accurately. The pressure measurement can be used to check the plausibility of the measured quantities.
Der Sensor kann ein Sieb zum Schutz der Lichtleiterfaser aufweisen. Das Sieb kann quer zu dem Rohr angeordnet sein. Das Sieb kann insbesondere eine geringere Maschenweite aufweisen, als das Gitter. Durch ein Sieb kann eine Beschädigung der Lichtleiterfasern vermieden werden. Dadurch kann eine lange Lebensdauer des Sensors erreicht werden. The sensor may comprise a screen for protecting the optical fiber. The sieve can be arranged transversely to the tube. In particular, the sieve can have a smaller mesh size than the mesh. Through a sieve, damage to the optical fibers can be avoided. This allows a long life of the sensor can be achieved.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird vorliegend ein Sensorsystem vorgeschlagen, das einen Sensor gemäß einer hier vorgestellten Variante und eine mit dem Sensor gekoppelte Auswerteeinheit gemäß einer hier vorgestellten Variante aufweist. Durch eine solche Ausführungsform kann besonders gut die messbare Messgröße eines Mediums in dem Rohr According to one embodiment of the present invention, a sensor system is proposed herein which has a sensor according to a variant presented here and an evaluation unit coupled to the sensor according to a variant presented here. By such an embodiment, the measurable measurand of a medium in the tube can be particularly well
(insbesondere ein Massedurchfluss durch das Rohr) bestimmt werden. Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen (In particular, a mass flow through the pipe) are determined. Also of advantage is a computer program product or computer program with program code which can be stored on a machine-readable carrier or storage medium such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical memory and for carrying out and / or driving the steps of the method according to one of the above-described
Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird. Embodiments is used, especially when the program product is executed on a computer or a device.
Der hier vorgestellte Ansatz wird nachstehend anhand der beigefügten The approach presented here will be described below with reference to the attached
Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen: Illustrated drawings by way of example. Show it:
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Sensors gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 1 is a block diagram of a sensor according to an embodiment of the present invention;
Fig. 2 eine Darstellung eines Sensors zum Erfassen zumindest einer messbaren Messgröße eines Mediums in einem Rohr gemäß einem 2 shows an illustration of a sensor for detecting at least one measurable measured variable of a medium in a tube according to a
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; Embodiment of the present invention;
Fig. 3 eine Darstellung eines sternförmigen Gitters gemäß einem Fig. 3 is an illustration of a star-shaped grid according to a
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; Embodiment of the present invention;
Fig. 4 eine Darstellung eines linearen Gitters gemäß einem Fig. 4 is an illustration of a linear grating according to a
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; Embodiment of the present invention;
Fig. 5 eine Darstellung eines kreuzförmigen Gitters gemäß einem Fig. 5 is an illustration of a cross-shaped grid according to a
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und Embodiment of the present invention; and
Fig. 6 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Erfassen zumindest einer messbaren Messgröße eines Mediums in einem Rohr gemäß einem 6 shows a flowchart of a method for detecting at least one measurable measured variable of a medium in a pipe according to a
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Embodiment of the present invention.
In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren In the following description of favorable embodiments of the present invention are for the in the various figures
dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird. represented and similar elements acting the same or similar Reference numeral used, wherein a repeated description of these elements is omitted.
Die Messung von Durchflüssen kann mit einer Vielfalt von Technologien durchgeführt werden, die jedoch oft gegenüber Änderungen der The measurement of flows can be done with a variety of technologies, but often against changes in the
Strömungsbedingungen empfindlich sind. Ein stark unsymmetrisches  Flow conditions are sensitive. A strongly asymmetrical one
Strömungsprofil, beispielsweise durch Einbauten, Umlenkungen und Flow profile, for example, by internals, deflections and
Querschnittsänderungen kann dann zu Messungenauigkeiten führen. Typische Technologien, die gegen Änderungen des Strömungsprofils Cross-sectional changes can then lead to measurement inaccuracies. Typical technologies that are against changes in the airfoil
unempfindlich sind, sind beispielsweise verdrängungsbasierte Messmethoden, wie Zahnradsensoren oder auf der Corioliskraft basierende Sensoren. Jedoch besitzen diese Sensoren eine geringe Dynamik beziehungsweise benötigen einen großen Bauraum. Weiterhin sind coriolisbasierte Sensoren stark gegen Vibrationen und Fremdmedien empfindlich. Letztlich sind diese Methoden spezialisiert auf der Messung von Durchflüssen. Um weitere Medienparameter wie den Mediumdruck zu messen ist ein hoher Aufwand, beispielsweise ein Einsatz von dedizierten Sensoren erforderlich. In Laboranwendungen können optische, insbesondere laseroptische are insensitive, are for example displacement-based measurement methods, such as gear sensors or sensors based on the Coriolis force. However, these sensors have a low dynamics or require a large amount of space. Furthermore, coriolis-based sensors are highly sensitive to vibration and foreign media. Ultimately, these methods are specialized in the measurement of flow rates. In order to measure other media parameters such as the medium pressure is a high effort, for example, a use of dedicated sensors required. In laboratory applications, optical, in particular laser-optical
Messmethoden wie beispielsweise die LIV oder die PIV (Particle Image  Measuring methods such as the LIV or the PIV (Particle Image
Velocimetry)- Methode verwendet werden. Dabei ist aber eine Mindest- Lichtdurchlässigkeit des Mediums beziehungsweise das Hinzufügen von dedizierten Fremdpartikeln nötig. Die Fremdpartikel können als Tracer bezeichnet werden. Velocimetry) method. However, a minimum light transmittance of the medium or the addition of dedicated foreign particles is necessary. The foreign particles may be referred to as tracers.
Der hier vorgestellte Ansatz stellt eine robuste Messmethode vor. Dabei kann durch den Sensor ein zeitaufgelöstes und ortsaufgelöstes Geschwindigkeitsprofil erfasst werden, mit dem auf den Volumenstrom beziehungsweise den The approach presented here presents a robust measurement method. In this case, a time-resolved and spatially resolved velocity profile can be detected by the sensor, with the volume flow or the
Massenstrom geschlossen werden kann. Mass flow can be closed.
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Sensors 100 gemäß einem Fig. 1 shows a block diagram of a sensor 100 according to a
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Sensor 100 ist dazu ausgebildet, zumindest eine messbare Messgröße eines Mediums in einem Rohr 102 zu erfassen. Der der Sensor 100 weist zumindest eine, von einer Auswerteeinrichtung 104 auswertbare, dehnbare Lichtleiterfaser 106 auf. Die Lichtleiterfaser 106 ist in dem Rohr 102 angeordnet, um die Messgröße zu erfassen. Die Auswerteeinrichtung 104 ist optisch mit der zumindest einen Lichtleiterfaser 106 gekoppelt. Die Auswerteeinrichtung 104 ist dazu ausgebildet, eine Dehnung der Lichtleiterfaser 106 optisch zu bestimmen. Die Embodiment of the present invention. The sensor 100 is designed to detect at least one measurable measured variable of a medium in a tube 102. The sensor 100 has at least one of a Evaluation device 104 evaluable, stretchable optical fiber 106 on. The optical fiber 106 is disposed in the tube 102 to detect the measurand. The evaluation device 104 is optically coupled to the at least one optical fiber 106. The evaluation device 104 is designed to optically determine an expansion of the optical fiber 106. The
Auswerteeinrichtung 104 ist dazu ausgebildet, die Messgröße unter Verwendung der Dehnung zu bestimmen. Evaluation device 104 is designed to determine the measured variable using the strain.
Mit anderen Worten zeigt Fig. 1 einen Massenstromsensor 100 auf Basis optischer Dehnungsmessung. In other words, FIG. 1 shows a mass flow sensor 100 based on optical strain measurement.
In einem Ausgangszustand ist die Lichtleiterfaser 106 so in dem Rohr 102 angeordnet, dass eine wirksame Länge einer Messstrecke der Lichtleiterfaser 106 bekannt ist. Wenn das Medium durch beispielsweise einen Massenstrom, einen statischen Druck und/oder eine Temperatur eine Dehnung und damit eine Längenänderung der Lichtleiterfaser 106 bewirkt, kann die Auswerteeinrichtung 104 eine Veränderung der Länge der Lichtleiterfaser 106 messen. Beispielsweise kann unter Verwendung der Lichtgeschwindigkeit eine Laufzeit eines In an initial state, the optical fiber 106 is disposed in the tube 102 so that an effective length of a measurement path of the optical fiber 106 is known. If the medium causes, for example, a mass flow, a static pressure and / or a temperature an elongation and thus a change in length of the optical fiber 106, the evaluation device 104 can measure a change in the length of the optical fiber 106. For example, using the speed of light, a runtime of a
Lichtimpulses entlang der Lichtleiterfaser 106 bestimmt werden. Ebenso kann über Interferometrie die Längenänderung der Lichtleiterfaser 106 erfasst werden. Die am Weitesten verbreitete Methode ist die Analyse des Spektrums und die Analyse des Wellenlängenanteils, der absorbiert wird. Dabei kann die Light pulse along the optical fiber 106 can be determined. Likewise, the change in length of the optical fiber fiber 106 can be detected via interferometry. The most widely used method is the analysis of the spectrum and the analysis of the wavelength fraction that is absorbed. It can the
Lichtleiterfaser 106 die Messstrecke mehrfach durchlaufen. Durch eine mehrfache Anordnung der Lichtleiterfaser 106 in der Messstrecke kann von der Auswerteeinrichtung 104 ein Vielfaches der tatsächlichen Längenänderung erfasst werden. Dadurch kann eine höhere Genauigkeit erreicht werden. Fiber optic fiber 106 through the measuring path several times. By a multiple arrangement of the optical fiber 106 in the measuring section can be detected by the evaluation device 104, a multiple of the actual change in length. As a result, a higher accuracy can be achieved.
Beispielsweise kann die Lichtleiterfaser 106 quer zu dem Rohr 102 frei im Rohr angeordnet sein. Dann können dynamische Kräfte aufgrund einer Strömung des Mediums die Längenänderung der Lichtleiterfaser 106 bewirken. Somit kann in der Auswerteeinrichtung 104 von der Längenänderung der Lichtleiterfaser 106 auf einen Massenstrom des Mediums im Rohr 102 geschlossen werden. For example, the fiber optic fiber 106 may be freely disposed across the tube 102 in the tube. Then dynamic forces due to a flow of the medium can cause the change in length of the optical fiber 106. Thus, it can be concluded in the evaluation device 104 of the change in length of the optical fiber fiber 106 to a mass flow of the medium in the tube 102.
Ebenso kann die Lichtleiterfaser 106 entlang einer Wand des Rohrs 102 angeordnet sein. Dabei kann die Lichtleiterfaser 106 fest mit der Wand verbunden sein. Dadurch wird die Lichtleiterfaser 106 gelängt, wenn die Wand des Rohrs 102 gedehnt wird. Beispielsweise wird die Wand gedehnt, wenn das Medium im Rohr 102 einen statischen Druck auf eine Innenseite des Rohrs 102 ausübt. Dann wirkt das Rohr 102 wie eine Feder und ein Durchmesser des Rohrs 102 wird proportional zu dem statischen Druck größer. Über die Längenänderung kann die Auswerteeinrichtung 104 auf den Druck des Mediums rückschließen. Likewise, the fiber optic fiber 106 may be disposed along a wall of the tube 102. In this case, the optical fiber 106 fixed to the wall be connected. As a result, the optical fiber 106 is elongated as the wall of the tube 102 is stretched. For example, the wall is stretched when the medium in the tube 102 exerts a static pressure on an inside of the tube 102. Then, the tube 102 acts like a spring, and a diameter of the tube 102 becomes larger in proportion to the static pressure. About the change in length, the evaluation device 104 can infer the pressure of the medium.
Ebenso ändert die Wand ihre Länge, wenn das Medium im Rohr 102 eine Temperatur der Wand verändert. Wenn das Medium das Rohr 102 erwärmt, dehnt sich das Rohr 102 aus. Wenn das Medium das Rohr 102 abkühlt, zieht sich das Rohr 102 zusammen. Die Lichtleiterfaser 106 ist fest mit dem Rohr 102 verbunden und wird deshalb mitgedehnt oder komprimiert. Über die Likewise, the wall changes its length when the medium in the tube 102 changes a temperature of the wall. As the medium heats the tube 102, the tube 102 expands. As the medium cools the tube 102, the tube 102 contracts. The optical fiber 106 is fixedly connected to the tube 102 and is therefore stretched or compressed. About the
Längenänderung kann die Auswerteeinrichtung 104 auf die Temperatur des Mediums rückschließen. Length change can close the evaluation device 104 to the temperature of the medium.
In einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Sensor 100 ein Sieb zum Schutz der Lichtleiterfaser 106 auf. Das Sieb ist quer zu dem Rohr in dem Rohr angeordnet. Das Sieb kann Festkörper aus dem Medium zurückhalten, die bei einem Aufprall auf die Lichtleiterfaser 106 diese beschädigen könnten. In einem Ausführungsbeispiel weist das Sieb eine geringere Maschenweite auf, als ein durch die Lichtleiterfaser 106 ausgebildetes Gitter. In an embodiment not shown, the sensor 100 has a screen for protecting the optical fiber fiber 106. The sieve is arranged transversely to the tube in the tube. The screen may retain solids from the media that could damage them upon impact with the optical fiber 106. In one embodiment, the screen has a smaller mesh size than a grating formed by the optical fiber 106.
Der hier vorgestellte Ansatz ermöglicht eine Durchflussmessung, die The approach presented here allows a flow measurement, the
unempfindlich gegenüber Medienparametern ist und keine besonderen is insensitive to media parameters and no special
Anforderungen an die Form und Art der Strömung stellt. Beispielsweise kann auf eine Einlaufstrecke oder spezielle Störkörper verzichtet werden. Requirements for the shape and type of flow provides. For example, can be dispensed with an inlet section or special bluff body.
Durch eine geringe Erweiterung ermöglicht die Sensortechnologie eine kombinierte Messung von Mediendruck und Durchfluss. Der With a small extension, the sensor technology allows a combined measurement of media pressure and flow. Of the
Volumenstromsensor 100 ist nur geringfügig von der Viskosität des Mediums abhängig. Der Sensor 100 kann den Volumenstrom Q(t) mit hoher Dynamik erfassen. Durch ein tomografisches Auswerteverfahren wird das Volume flow sensor 100 is only slightly dependent on the viscosity of the medium. The sensor 100 can detect the volume flow Q (t) with high dynamics. By a tomographic evaluation method is the
Geschwindigkeitsprofil u(r,phi,t) ortsaufgelöst und zeitaufgelöst ermittelt, wodurch der integrale Volumenstrom V(t) bestimmt werden kann. Der Volumenstromsensor 100 benötigt keine Beruhigungsstrecken und ist in kompakter Bauweise realisierbar. Durch einen zusätzlichen Lichtleiter 106 kann unter Verwendung der vorhandenen Auswerteelektronik 104 der statische Druck gemessen werden. Der Volumenstromsensor 100 kann dann die Flussrichtung detektieren. Der Volumenstromsensor 100 verursacht nur geringe Druckverluste.Velocity profile u (r, phi, t) determined spatially resolved and time-resolved, whereby the integral volume flow V (t) can be determined. The volume flow sensor 100 requires no calming sections and can be realized in a compact design. By an additional optical fiber 106, the static pressure can be measured using the existing transmitter 104. The volume flow sensor 100 can then detect the flow direction. The volume flow sensor 100 causes only low pressure losses.
Der Sensor 100 bietet die Möglichkeit, die Temperatur des Mediums zu erfassen und als zusätzliche Information zu nutzen. The sensor 100 offers the possibility to record the temperature of the medium and to use it as additional information.
Fig. 2 zeigt eine Darstellung eines Sensors 100 zum Erfassen zumindest einer messbaren Messgröße eines Mediums in einem Rohr 102 gemäß einem FIG. 2 shows an illustration of a sensor 100 for detecting at least one measurable measured variable of a medium in a tube 102 according to a
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Sensor 100 entspricht im Wesentlichen dem Sensor in Fig. 1. Zusätzlich ist zumindest eine der  Embodiment of the present invention. The sensor 100 essentially corresponds to the sensor in FIG. 1. In addition, at least one of the sensors
Lichtleiterfasern 106 als Massenstromerfassungsfaser 200 ausgebildet. Die Massenstromerfassungsfaser 200 ist quer zu einer Längsrichtung des Rohrs 102 in dem Rohr 102 von dem Medium umströmbar angeordnet, um als die Optical fiber 106 is formed as a mass flow sensing fiber 200. The mass flow sensing fiber 200 is arranged to flow around the medium in a direction transverse to a longitudinal direction of the tube 102 in the tube 102 in order to be used as the
Messgröße einen Massenstrom Q(t) des Mediums durch das Rohr 102 zu erfassen. Wenn das Medium durch das Rohr 102 strömt, übt es eine Kraft auf die Massenstromerfassungsfaser 200 aus. Die Massenstromerfassungsfaser 200 biegt sich durch. Dadurch ändert sich die Länge der  Measure a mass flow Q (t) of the medium through the tube 102 to detect. As the medium flows through the tube 102, it exerts a force on the mass flow sensing fiber 200. The mass flow sensing fiber 200 bends. This changes the length of the
Massenstromerfassungsfaser 200. Die zumindest eine Mass flow sensing fiber 200. The at least one
Massenstromerfassungsfaser 200 bildet hier ein Gitter 202 aus, dessen Ebene quer zu einer Längsachse des Rohrs 102 angeordnet ist. Die zumindest eine Massenstromerfassungsfaser 200 bildet ein sternförmiges Gitter 202 aus. Da das Gitter 202 aus einer Vielzahl von Massenstromerfassungsfasern 200 besteht, ist auch die zur Verfügung stehende Messstrecke vervielfacht. Eine geringe Mass flow sensing fiber 200 here forms a grid 202, the plane of which is arranged transversely to a longitudinal axis of the tube 102. The at least one mass flow sensing fiber 200 forms a star-shaped grating 202. Since the grid 202 is composed of a plurality of mass flow detecting fibers 200, the available measuring distance is also multiplied. A small one
Dehnung der einzelnen Massenstromerfassungsfasern 200 addiert sich dadurch zu einer großen gesamten Längenänderung. Elongation of the individual mass flow sensing fibers 200 adds up to a large overall change in length.
Weiterhin ist zumindest eine der Lichtleiterfasern 106 als Furthermore, at least one of the optical fibers 106 is as
Temperaturerfassungsfaser 204 ausgebildet. Die TemperaturerfassungsfaserTemperature detection fiber 204 is formed. The temperature sensing fiber
204 ist in der Längsrichtung des Rohrs 102 angeordnet. Die 204 is arranged in the longitudinal direction of the tube 102. The
Temperaturerfassungsfaser 204 ist mechanisch mit dem Rohr 102 gekoppelt, um als Messgröße eine thermische Ausdehnung des Rohrs 102 aufgrund einer Temperatur des Mediums im Rohr 102 zu erfassen. Über den Temperature sensing fiber 204 is mechanically coupled to tube 102 to detect as a measure a thermal expansion of tube 102 due to a temperature of the medium in tube 102. On the
Wärmeausdehnungskoeffizienten des Rohrs 102 kann direkt auf eine Temperatur des Rohrs 102, und damit auf die Temperatur des Mediums im Rohr 102 geschlossen werden. Thermal expansion coefficient of the tube 102 can directly on a Temperature of the tube 102, and thus to the temperature of the medium in the tube 102 are closed.
Weiterhin ist zumindest eine der Lichtleiterfasern 106 als Druckerfassungsfaser 206 ausgebildet. Die Druckerfassungsfaser 206 ist quer zu der Längsrichtung des Rohrs 102 angeordnet. Die Druckerfassungsfaser 206 verläuft zumindest teilweise ringförmig entlang einer Wand 208 des Rohrs 102. Die Furthermore, at least one of the optical fibers 106 is formed as a pressure sensing fiber 206. The pressure sensing fiber 206 is disposed across the longitudinal direction of the tube 102. The pressure sensing fiber 206 extends at least partially annularly along a wall 208 of the tube 102. The
Druckerfassungsfaser 206 ist mechanisch mit dem Rohr 102 gekoppelt, um eine mechanische Dehnung des Rohrs 102 aufgrund eines statischen Drucks des Mediums im Rohr 102 zu erfassen. Die ringförmig um das Rohr 102 umlaufendePressure sensing fiber 206 is mechanically coupled to tube 102 to detect mechanical expansion of tube 102 due to static pressure of the medium in tube 102. The annular around the tube 102 encircling
Lichtleiterfaser 106 beziehungsweise Druckerfassungsfaser 206 erfasst direkt eine Änderung eines inneren Umfangs des Rohrs 102. Wenn der statische Druck des Mediums im Rohr 102 auf das Rohr 102 wirkt, wird das Rohr 102 Optical fiber 106 or pressure sensing fiber 206 directly detects a change in an inner circumference of tube 102. When the static pressure of the medium in tube 102 acts on tube 102, tube 102 becomes
aufgeweitet. Über Festigkeitskennwerte eines Materials des Rohrs 102 kann direkt auf eine, auf das Rohr 102 wirkende Kraft zurückgeschlossen werden, die direkt proportional zu dem statischen Druck des Mediums im Rohr 102 ist. widened. Strength characteristics of a material of tube 102 may be used to directly deduce a force on tube 102 that is directly proportional to the static pressure of the medium in tube 102.
Ferner weist der Sensor 100 einen Temperaturfühler 210 auf. Der Furthermore, the sensor 100 has a temperature sensor 210. Of the
Temperaturfühler 210 ist als Sonde ausgebildet. Die Sonde ist in die Wand 208 des Rohrs 102 eingelassen. Der Temperaturfühler 210 dient als Referenz, um eine Temperaturmessung unter Verwendung der Temperaturerfassungsfaser 204 zu verifizieren. Durch den Temperaturfühler 210 kann eine Signaldrift an der Temperaturerfassungsfaser 204 erkannt und kompensiert werden. Die Temperaturerfassungsfaser 204 und die Druckerfassungsfaser 206 sind orthogonal zueinander angeordnet. Dadurch erfassen sie Größenveränderungen beziehungsweise Längenveränderungen des Rohrs 102 in unterschiedlichen Achsen. Eine Temperaturänderung des Mediums bewirkt eine Längenänderung des Rohrs 102 in allen Achsen. Eine Druckänderung des Mediums bewirkt lediglich eine Aufweitung des Durchmessers des Rohrs 102. Die Temperature sensor 210 is designed as a probe. The probe is embedded in the wall 208 of the tube 102. The temperature sensor 210 serves as a reference to verify a temperature measurement using the temperature sensing fiber 204. By the temperature sensor 210, a signal drift on the temperature detection fiber 204 can be detected and compensated. The temperature sensing fiber 204 and the pressure sensing fiber 206 are orthogonal to each other. As a result, they detect changes in size or changes in length of the tube 102 in different axes. A temperature change of the medium causes a change in length of the tube 102 in all axes. A pressure change of the medium causes only a widening of the diameter of the tube 102. Die
Druckerfassungsfaser 206 und die Temperaturerfassungsfaser 204 können von der Auswerteeinrichtung 104 gemeinsam ausgewertet werden, um typische Signalmuster zu erkennen, die auf die Temperaturänderung beziehungsweise die Druckänderung hindeuten. Dadurch können die Messgrößen des Mediums besser erkannt werden. Mit anderen Worten zeigt Fig. 2 einen schematischen Aufbau eines Messmoduls 100. Das Messmodul 100 weist ein Temperaturelement 210 und ein frei aufgehängtes Gitter 202 aus einzelnen Lichtleiterfasern 106 auf. Weiterhin weist das Messmodul 100 einen Lichtleiter 106 auf, der als Druckerfassungsfaser 206 mit der Rohrwand 208 verbunden ist. Das Messmodul 100 ist als Pressure sensing fiber 206 and temperature sensing fiber 204 may be evaluated jointly by the evaluator 104 to detect typical signal patterns indicative of the temperature change and pressure change, respectively. As a result, the measured quantities of the medium can be better recognized. In other words, FIG. 2 shows a schematic structure of a measuring module 100. The measuring module 100 has a temperature element 210 and a freely suspended grid 202 of individual optical fibers 106. Furthermore, the measuring module 100 has an optical waveguide 106, which is connected to the tube wall 208 as a pressure sensing fiber 206. The measuring module 100 is as
Einschraubmodul 100 ausgebildet. Das Modul 100 weißt an beiden Enden eine Verschraubung auf. Screw-in module 100 is formed. The module 100 has a screw connection at both ends.
Dargestellt ist ein Messmodul 100 zur Erfassung eines örtlich und zeitlich aufgelösten Strömungsprofils zur Bestimmung des Volumenstroms, das robust ist, genau misst und nur geringfügig von den Fluideigenschaften abhängt. Shown is a measuring module 100 for detecting a spatially and temporally resolved flow profile for determining the volume flow, which is robust, measures accurately and only slightly depends on the fluid properties.
Die Erfassung des Geschwindigkeitsprofils erfolgt optisch mit mehreren The acquisition of the velocity profile is done optically with several
Lichtleiterelementen 106, beispielsweise faseroptische Bragg-Gitter-Sensoren 106, die als Gitterstruktur 202 angeordnet sind. Zur Auswertung der Signale und Rekonstruktion der Geschwindigkeitsverteilung in der Auswerteeinrichtung 104 werden tomografische Verfahren angewandt. Bei der Messung wird in einem Ausführungsbeispiel der Effekt genutzt, dass sich die Intensität des Optical fiber elements 106, such as fiber optic Bragg grating sensors 106, which are arranged as a grid structure 202. To evaluate the signals and reconstruct the velocity distribution in the evaluation device 104, tomographic methods are used. During the measurement, in one embodiment, the effect is used that the intensity of the
Wellenlängenspektrums in Abhängigkeit der Dehnung der Lichtleiter 106 ändert und diese direkt zur Strömungsgeschwindigkeit korreliert. Wavelength spectrum changes as a function of the elongation of the light guide 106 and this correlates directly to the flow velocity.
In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Sensor 100 zumindest zwei optisch voneinander getrennte Massenstromerfassungsfasern 200 auf. Die zumindest zwei Massenstromerfassungsfasern 200 sind einzeln mit der In an embodiment not shown, the sensor 100 has at least two optically separate mass flow detection fibers 200. The at least two mass flow sensing fibers 200 are individually with the
Auswerteeinrichtung gekoppelt. Die Massenstromerfassungsfasern 200 sind über eine Querschnittsfläche des Rohrs 102 quer zu der Längsrichtung verteilt. Die Auswerteeinrichtung ist dazu ausgebildet, eine erste Dehnung der ersten Evaluation device coupled. The mass flow sensing fibers 200 are distributed across a cross-sectional area of the tube 102 transverse to the longitudinal direction. The evaluation device is designed to provide a first elongation of the first
Massenstromerfassungsfaser 200 und eine zweite Dehnung der zweiten Mass flow sensing fiber 200 and a second elongation of the second
Massenstromerfassungsfaser 200 optisch zu bestimmen, und unter Verwendung der Dehnungen der Massenstromerfassungsfasern 200 die Messgröße zu bestimmen. Die getrennte Auswertung der Massenstromerfassungsfasern 200 ermöglicht ein Erkennen von verschiedenen Strömungsbereichen im Rohr 102. Beispielsweise kann die Strömung auf einer Seite des Rohrs größer sein, als auf der anderen Seite des Rohrs. Durch die Erfassung von Strömungsbereichen kann der Masse nstrom Q (t) genauer bestimmt werden. Ebenso dient die getrennte Erfassung an mehreren Massenstromerfassungsfasern 200 der Redundanz. Sollte eine der Massenstromerfassungsfasern 200 einen Defekt aufweisen, kann eine der anderen Massenstromerfassungsfasern 200 oder alle anderen Massenstromerfassungsfasern 200 für die Messung des MassenstromsOptionally, to determine mass flow detection fiber 200, and to determine the measurement using the expansions of the mass flow detection fibers 200. Separate evaluation of the mass flow sensing fibers 200 allows for detection of different flow areas in the tube 102. For example, the flow on one side of the tube may be greater than on the other side of the tube. By detecting flow areas The mass n current Q (t) can be determined more accurately. Likewise, the separate detection on multiple mass flow sensing fibers 200 serves redundancy. Should one of the mass flow sensing fibers 200 have a defect, one of the other mass flow sensing fibers 200 or any other mass flow sensing fibers 200 may be used to measure the mass flow
Q (t) verwendet werden, ohne wesentlich an Genauigkeit einzubüßen. Q (t) can be used without significantly sacrificing accuracy.
Der Sensor 100 kann in mehreren Ausführungsvarianten in Abhängigkeit der Messaufgaben ausgeführt werden. Das Messprinzip basiert auf dem Einbringen eines, aus mehreren Einzelfasern 106, sogenannten„Fiber grade" Fasern, bestehenden Gitters 202 in das Messmedium. Aufgrund des dynamischen Drucks, das heißt, des Strömungsimpulses, werden die Fasern 106 gedehnt. Diese Dehnung ist proportional zur Wellenlängenänderung des Maxima bzw. Minimal im Spektrum des reflektierten bzw. transmittierten Lichtes und kann ausgewertet werden. Mit dem Gitter 202 kann eine räumliche Verteilung derThe sensor 100 can be executed in several design variants depending on the measurement tasks. The measuring principle is based on the introduction of a lattice 202 consisting of a plurality of individual fibers 106, so-called "fiber grade" fibers, into the measuring medium Due to the dynamic pressure, that is to say the momentum of the flow, the fibers 106 are stretched This elongation is proportional to the wavelength change of the maxima or minimum in the spectrum of the reflected or transmitted light and can be evaluated with the grating 202, a spatial distribution of the
Dehnung detektiert werden und so auf ein ortsaufgelöstes Strömungsprofil zurückgeschlossen werden. Durch geeignete Anordnung der Fasern 106 entsteht somit ein tomografisches Messverfahren der Strömungsgeschwindigkeiten. In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Sensor 100 zumindest eine weitere, von der Auswerteeinrichtung auswertbare, dehnbare Lichtleiterfaser auf. Die weitere Lichtleiterfaser verläuft zumindest in einem Teilbereich einer der Massenstromerfassungsfasern 200 entlang der Massenstromerfassungsfaser 200. Die weitere Lichtleiterfaser ist in dem Teilbereich mechanisch mit der Massenstromerfassungsfaser 200 gekoppelt. Die weitere Lichtleiterfaser und dieElongation can be detected and thus closed back on a spatially resolved flow profile. By suitable arrangement of the fibers 106, a tomographic measurement method of the flow velocities thus results. In an exemplary embodiment which is not illustrated, the sensor 100 has at least one further extensible optical fiber which can be evaluated by the evaluation device. The further optical fiber extends at least in a portion of one of the mass flow sensing fibers 200 along the mass flow sensing fiber 200. The further optical fiber is mechanically coupled to the mass flow sensing fiber 200 in the portion. The other optical fiber and the
Massenstromerfassungsfaser 200 bilden einen Biegebalken zum Erfassen einer Strömungsrichtung des Mediums im Rohr aus. Eine Biegerichtung des Mass flow sensing fiber 200 forms a bending beam for detecting a flow direction of the medium in the pipe. A bending direction of the
Biegebalkens ist in der Längsrichtung ausgerichtet. Wenn das Medium durch das Rohr 102 strömt, wird der Biegebalken gebogen. Dabei wird diejenige Bending beam is aligned in the longitudinal direction. As the medium flows through the tube 102, the bending beam is bent. This is the one
Lichtleiterfaser 106 gelängt, die auf der stromabwärts angeordneten Seite desFiber optic fiber 106 extending on the downstream side of the
Biegebalkens angeordnet ist. Die auf der stromaufwärts angeordneten Seite des Biegebalkens angeordnete Lichtleiterfaser 106 wird komprimiert. Das heißt, das die stromabwärts angeordnete Lichtleiterfaser 106 länger wird und die Bending beam is arranged. The optical fiber fiber 106 disposed on the upstream side of the bending beam is compressed. That is, the downstream optical fiber fiber 106 becomes longer and the
stromaufwärts angeordnete Lichtleiterfaser 106 des Biegebalkens kürzer wird. Aus der Längendifferenz kann eine Richtung der Strömung ermittelt werden. Zur Detektion der Flussrichtung kann eine zweite Faser 106 eingesetzt werden, die auf einem Zwischenträger beziehungsweise durch eine Kleberschicht mit der ersten Faser 106 gekoppelt ist. Das Gebilde aus zwei Fasern 106 und der Zwischenschicht bildet einen Biegebalken, der konstruktiv so ausgelegt ist, dass die Zwischenschicht die Neutrallinie des Biegebalkens bildet. Bei einer Biegung dieses Balkens wird eine Faser 106 gedehnt, die andere gestaucht, sodass eine Identifikation der Flussrichtung erfolgen kann. Die durch den dynamischen Druck verursachte Biegung beziehungsweise Dehnung wird als Differenzsignal zwischen den Dehnungen beider Fasern berechnet. Durch Summation der beiden Dehnungen kann die temperaturbedingte Dehnung ermittelt und mit dem Temperaturelement 210 plausibilisiert werden. upstream optical fiber 106 of the bending beam is shorter. From the difference in length, a direction of the flow can be determined. For detecting the direction of flow, a second fiber 106 may be used, which is coupled to the first fiber 106 on an intermediate carrier or by an adhesive layer. The structure of two fibers 106 and the intermediate layer forms a bending beam, which is structurally designed so that the intermediate layer forms the neutral line of the bending beam. At a bend of this beam, a fiber 106 is stretched, the other compressed, so that an identification of the flow direction can take place. The bending or stretching caused by the dynamic pressure is calculated as a difference signal between the strains of both fibers. By summation of the two strains, the temperature-induced strain can be determined and made plausible with the temperature element 210.
Der statische Druck kann nach demselben optischen Prinzip mit einer separaten Faser 106, die als Druckmessfaser 206 bezeichnet werden kann, ermittelt werden. Die Druckmessfaser 206 ist hierbei fest mit der Leitungswand 208 verbunden. Die Druckinformation wird aus der Aufweitung des The static pressure can be determined according to the same optical principle with a separate fiber 106, which can be referred to as pressure measuring fiber 206. The pressure measuring fiber 206 is in this case firmly connected to the conduit wall 208. The pressure information is from the widening of the
Leitungsquerschnitts bei Druckbeaufschlagung, also einer Wanddehnung in Umfangsrichtung gewonnen. Line cross section when pressurized, so won a wall expansion in the circumferential direction.
In einem Ausführungsbeispiel verursacht der Mediumdruck eine Änderung der elektrischen Primitivität an einer definierten Reflexionsstelle beziehungsweise Transmissionsstelle. Somit ändert sich der Reflexionsfaktor beziehungsweise der Transmissionsfaktor der optischen Strecke, sodass der Druck gemessen werden kann. Quereinflüsse auf die optischen Eigenschaften der Lichtstrecke können kompensiert werden, in dem eine Faser 106 unmittelbar neben der In one embodiment, the medium pressure causes a change in the electrical primitivity at a defined reflection point or transmission point. Thus, the reflection factor or the transmission factor of the optical path changes, so that the pressure can be measured. Cross influences on the optical properties of the light path can be compensated, in which a fiber 106 immediately adjacent to
Druckmessfaser platziert wird, die jedoch nicht mit dem Mediumdruck gekoppelt ist. Fig. 3 zeigt eine Darstellung eines sternförmigen Gitters 202 gemäß einemPressure measuring fiber is placed, which is not coupled with the medium pressure. Fig. 3 shows a representation of a star-shaped grid 202 according to a
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Gitter 202 entspricht im Wesentlichen dem Gitter in Fig. 2. die Lichtleiterfaser 106 des Gitters 202 treffen sich alle in der Mitte des Rohrs. Zwischen den Lichtleiterfasern 106 des Gitters 202 ergibt sich eine Maschenweite des Gitters 202. In diesem Embodiment of the present invention. The grating 202 substantially corresponds to the grating in Fig. 2. the optical fiber 106 of the grating 202 all meet at the center of the tube. Between the optical fibers 106 of the grating 202 results in a mesh size of the grating 202. In this
Ausführungsbeispiel sind vier Lichtleiterfasern 106 in gleichmäßigen Abständen diametral quer zum Rohr angeordnet. Die Lichtleiterfaser 106 teilen eine Querschnittsfläche des Rohrs in gleiche Segmente. Embodiment are four optical fibers 106 at regular intervals arranged diametrically across the pipe. The fiber optic fiber 106 divides a cross-sectional area of the tube into equal segments.
Fig. 4 zeigt eine Darstellung eines linearen Gitters 202 gemäß einem 4 shows a representation of a linear grating 202 according to one
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Hier ist die zumindest eineEmbodiment of the present invention. Here is the at least one
Massenstromerfassungsfaser 200 in, im Wesentlichen parallel zueinander angeordneten Gitterlinien des Gitters 202 angeordnet. Die Gitterlinien des Gitters 202 weisen zueinander gleich große Abstände auf. Mit anderen Worten sind die Lichtleiterfaser 106 des Gitters 202 in regelmäßigen Abständen angeordnet. In der Darstellung sind die Lichtleiterfasern 106 senkrecht im Rohr angeordnet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel teilen drei Lichtleiterfasern 106 die Mass flow detection fiber 200 disposed in, arranged substantially parallel to each other grid lines of the grid 202. The grid lines of the grid 202 have equal distances to each other. In other words, the optical fiber 106 of the grating 202 is arranged at regular intervals. In the illustration, the optical fibers 106 are arranged vertically in the tube. In the illustrated embodiment, three optical fibers 106 share the
Querschnittsfläche des Rohrs in vier Teilflächen auf. Die zwei außen liegenden Lichtleiterfasern 106 sind kürzer, als die mittig angeordnete, diametral quer zum Rohr angeordnete Lichtleiterfaser 106. Die außen liegenden Lichtleiterfasern 106 können dazu verwendet werden, Randbereiche der Strömung im Rohr zu erfassen. Cross-sectional area of the tube in four sub-areas. The two outer optical fiber fibers 106 are shorter than the centrally disposed optical fiber fiber 106 disposed diametrically across the pipe. The outer optical fiber fibers 106 may be used to detect edge portions of the flow in the pipe.
Fig. 5 zeigt eine Darstellung eines kreuzförmigen Gitters 202 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Gitter 202 weist eine erste Gruppe 500 von Gitterlinien und zumindest eine zweite Gruppe 502 von 5 shows an illustration of a cross-shaped grid 202 according to an embodiment of the present invention. The grid 202 has a first group 500 of grid lines and at least a second group 502 of FIG
Gitterlinien auf. Die Gitterlinien der ersten Gruppe 500 sind zueinander im Wesentlichen parallel ausgerichtet. Die Gitterlinien der zweiten Gruppe 502 sind zueinander im Wesentlichen parallel ausgerichtet. Die Gitterlinien der ersten Gruppe 500 und die Gitterlinien der zweiten Gruppe 502 sind zueinander unter einem Winkel angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel stehen die Gitterlinien der Gruppen 500, 502 senkrecht zueinander. Die erste Gruppe 500 entspricht den drei parallel zueinander angeordneten Lichtleiterfasern 106 in Fig. 4. Die zweite Gruppe 502 ist quer zu der ersten Gruppe 500 angeordnet und weist fünf Lichtleiterfasern 106 auf. Das Gitter 202 teilt die Querschnittsfläche des Rohrs in eine Vielzahl von Teilflächen, durch die das Medium durch das Gitter 202 strömen kann. Durch das hier dargestellte Gitter 202 kann die Strömung sehr genau aufgelöst werden. Mit anderen Worten stellen die Figuren 3, 4 und 5 verschiedene Grid lines on. The grid lines of the first group 500 are aligned substantially parallel to each other. The grid lines of the second group 502 are aligned substantially parallel to each other. The grid lines of the first group 500 and the grid lines of the second group 502 are arranged at an angle to each other. In this embodiment, the grid lines of the groups 500, 502 are perpendicular to each other. The first group 500 corresponds to the three mutually parallel optical fibers 106 in FIG. 4. The second group 502 is arranged transversely to the first group 500 and has five optical fibers 106. The grid 202 divides the cross-sectional area of the tube into a plurality of sub-areas through which the medium can flow through the grid 202. By the grid 202 shown here, the flow can be resolved very accurately. In other words, Figures 3, 4 and 5 represent different
Ausführungsvarianten des Profilmessgitters 202 beziehungsweise Embodiment variants of the profile measuring grid 202 or
Geschwindigkeitsgitters 202 dar. Fig. 6 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 600 zum Erfassen zumindest einer messbaren Messgröße eines Mediums in einem Rohr gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren weist einen Schritt 602 des Erfassens und einen Schritt 604 des Bestimmens auf. Im Schritt 602 des Erfassens wird eine Dehnung zumindest einer in dem Rohr FIG. 6 shows a flow chart of a method 600 for detecting at least one measurable measured variable of a medium in a tube according to an exemplary embodiment of the present invention. The method comprises a step 602 of detecting and a step 604 of determining. In step 602 of the acquisition, an elongation of at least one in the tube becomes
angeordneten Lichtleiterfaser erfasst. Im Schritt 604 des Bestimmens wird diearranged optical fiber detected. In step 604 of determining, the
Messgröße unter Verwendung der Dehnung bestimmt. Measured using the strain determined.
Durch die sehr kurzen Latenzzeiten der optischen Messtechnik und der Messung durch eine geschlossene optische Strecke 106 wird eine schnelle, gegen Fremdpartikel unempfindliche Messung des Durchflusses erreicht. Aufgrund der tomografischen Eigenschaften des Verfahrens 600 kann auf das Strömungsprofil geschlossen werden, sodass der richtige Volumenstrom berechnet werden kann. Da die Fasern sehr geringe Abmessungen haben, verursacht das Verfahren 600 nur sehr geringe Druckverluste. Das Verfahren 600 ist quasi unempfindlich gegen die Änderung der Mediumviskosität. Methoden zur Kompensation vonDue to the very short latencies of the optical measurement technique and the measurement by a closed optical path 106, a fast, insensitive to foreign particles measurement of the flow is achieved. Due to the tomographic characteristics of the method 600, it is possible to deduce the flow profile so that the correct volume flow can be calculated. Since the fibers have very small dimensions, the method 600 causes only very low pressure losses. The method 600 is virtually insensitive to the change of the medium viscosity. Methods for compensation of
Dichteänderungen können umgesetzt werden. Density changes can be implemented.
Der hier vorgestellte Sensor 100 kann in allen Anwendungen eingesetzt werden, in denen die Durchflussmessung und/oder die Druckmessung des Fluids sinnvoll ist. Beispielsweise in mobilen Arbeitsmaschinen bei Ventilen und Pumpen oder in der Industrietechnik. The sensor 100 presented here can be used in all applications in which the flow measurement and / or the pressure measurement of the fluid makes sense. For example, in mobile machines for valves and pumps or in industrial engineering.
Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden. The embodiments described and shown in the figures are chosen only by way of example. Different embodiments may be combined together or in relation to individual features. Also, an embodiment can be supplemented by features of another embodiment.
Ferner können die hier vorgestellten Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden. Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine„und/oder"- Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist. Furthermore, the method steps presented here can be repeated as well as executed in a sequence other than that described. If an exemplary embodiment comprises an "and / or" link between a first feature and a second feature, then this is to be read so that the embodiment according to one embodiment, both the first feature and the second feature and according to another embodiment either only first feature or only the second feature.

Claims

Ansprüche claims
1. Sensor (100) zum Erfassen zumindest einer messbaren Messgröße eines Mediums in einem Rohr (102), wobei der Sensor (100) zumindest eine, von einer Auswerteeinrichtung (104) auswertbare, verformbare, insbesondere dehnbare Lichtleiterfaser (106) aufweist, die in dem Rohr (102) angeordnet ist, um die Messgröße in Abhängigkeit von der Verformung, insbesondere Dehnung der Lichtleiterfaser (106) zu erfassen. A sensor (100) for detecting at least one measurable measured variable of a medium in a tube (102), wherein the sensor (100) has at least one deformable, in particular extensible optical fiber (106) which can be evaluated by an evaluation device (104) the tube (102) is arranged to detect the measured variable as a function of the deformation, in particular elongation of the optical fiber (106).
2. Sensor (100) gemäß Anspruch 1, bei dem zumindest eine der 2. Sensor (100) according to claim 1, wherein at least one of
Lichtleiterfasern (106) als Massenstromerfassungsfaser (200) ausgebildet ist, wobei die Massenstromerfassungsfaser (200) quer zu einer Längsrichtung des Rohrs (102) in dem Rohr (102) von dem Medium umströmbar angeordnet ist, um als die Messgröße einen Massenstrom (Q(t)) des Mediums durch das Rohr (102) zu erfassen.  Optical fiber (106) is formed as a mass flow sensing fiber (200), wherein the mass flow sensing fiber (200) arranged transversely to a longitudinal direction of the tube (102) in the tube (102) flow around the medium, as the measured variable mass flow (Q (t )) of the medium through the tube (102).
3. Sensor (100) gemäß Anspruch 2, mit zumindest zwei optisch 3. Sensor (100) according to claim 2, with at least two optically
voneinander getrennten Massenstromerfassungsfasern (200), die einzeln mit der Auswerteeinrichtung (104) koppelbar sind, wobei die Massenstromerfassungsfasern (200) über eine Querschnittsfläche des Rohrs (102) quer zu der Längsrichtung verteilt sind.  separate mass flow sensing fibers (200) individually coupled to the evaluator (104), the mass flow sensing fibers (200) being distributed across a cross-sectional area of the tube (102) transverse to the longitudinal direction.
4. Sensor (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit zumindest einer weiteren, von der Auswerteeinrichtung (104) auswertbaren, dehnbaren Lichtleiterfaser (106), die zumindest in einem Teilbereich einer Massenstromerfassungsfaser (200) entlang der Massenstromerfassungsfaser (200) verläuft und in dem Teilbereich mechanisch mit der Massenstromerfassungsfaser (200) gekoppelt ist, um einen Biegebalken zum Erfassen einer Strömungsrichtung des Mediums im Rohr (102) auszubilden, wobei eine Biegerichtung des Biegebalkens in der Längsrichtung ausgerichtet ist. Sensor (100) einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem die zumindest eine Massenstromerfassungsfaser (200) ein Gitter (202) ausbildet, dessen Ebene quer zu der Längsachse des Rohrs (102) angeordnet ist. 4. sensor (100) according to one of the preceding claims, with at least one further, of the evaluation device (104) evaluable, extensible optical fiber (106) extending in at least a portion of a mass flow sensing fiber (200) along the mass flow sensing fiber (200) and in the portion is mechanically coupled to the mass flow sensing fiber (200) to form a bending beam for detecting a flow direction of the medium in the tube (102), wherein a bending direction of the bending beam is aligned in the longitudinal direction. A sensor (100) according to any one of the preceding claims, wherein the at least one mass flow sensing fiber (200) forms a grid (202) whose plane is transverse to the longitudinal axis of the tube (102).
Sensor (100) gemäß Anspruch 5, bei dem die zumindest eine Sensor (100) according to claim 5, wherein the at least one
Massenstromerfassungsfaser (200) in, im Wesentlichen parallel zueinander angeordneten Gitterlinien des Gitters (202) angeordnet ist und/oder ein sternförmiges Gitter (202) ausbildet. Mass flow detection fiber (200) is arranged in, arranged substantially parallel to each other grid lines of the grid (202) and / or a star-shaped grid (202) is formed.
Sensor (100) gemäß Anspruch 5, bei dem das Gitter (202) eine erste Gruppe (500) von Gitterlinien und zumindest eine zweite Gruppe (502) von Gitterlinien aufweist, wobei die Gitterlinien der ersten Gruppe (500) zueinander im Wesentlichen parallel ausgerichtet sind und die A sensor (100) according to claim 5, wherein the grid (202) comprises a first group (500) of grid lines and at least a second group (502) of grid lines, wherein the grid lines of the first group (500) are aligned substantially parallel to each other and the
Gitterlinien der zweiten Gruppe (502) zueinander im Wesentlichen parallel ausgerichtet sind, insbesondere wobei die Gitterlinien der ersten Gruppe (500) und die Gitterlinien der zweiten Gruppe (502) zueinander unter einem Winkel angeordnet sind. Grid lines of the second group (502) are aligned substantially parallel to each other, in particular wherein the grid lines of the first group (500) and the grid lines of the second group (502) are arranged at an angle to each other.
Sensor (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem zumindest eine der Lichtleiterfasern (106) als Sensor (100) according to one of the preceding claims, wherein at least one of the optical fibers (106) as
Temperaturerfassungsfaser (204) ausgebildet ist, wobei die Temperature detection fiber (204) is formed, wherein the
Temperaturerfassungsfaser (204) in der Längsrichtung des Rohrs (102) angeordnet ist und mechanisch mit dem Rohr (102) gekoppelt ist, um als Messgröße eine thermische Ausdehnung des Rohrs (102) aufgrund einer Temperatur des Mediums im Rohr (102) zu erfassen. Temperature detection fiber (204) is arranged in the longitudinal direction of the tube (102) and is mechanically coupled to the tube (102) to detect as a measure of thermal expansion of the tube (102) due to a temperature of the medium in the tube (102).
Sensor (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem zumindest eine der Lichtleiterfasern (106) als Druckerfassungsfaser (206) ausgebildet ist, wobei die Druckerfassungsfaser (206) quer zu der Längsrichtung des Rohrs (102) angeordnet ist, insbesondere zumindest teilweise ringförmig entlang einer Wand (208) des Rohrs (102) verläuft und mechanisch mit dem Rohr (102) gekoppelt ist, um eine mechanische Dehnung des Rohrs (102) aufgrund eines statischen Drucks des Mediums im Rohr (102) zu erfassen. Sensor (100) according to one of the preceding claims, wherein at least one of the optical fibers (106) is formed as a pressure sensing fiber (206), wherein the pressure sensing fiber (206) is arranged transversely to the longitudinal direction of the tube (102), in particular at least partially annular along a wall (208) of the tube (102) and is mechanically coupled to the tube (102) to a mechanical strain of the tube (102) due to a static pressure of the medium in the tube (102) to detect.
Sensor (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einem Sieb zum Schutz der Lichtleiterfaser (106), das quer zu dem Rohr (102) angeordnet ist, wobei das Sieb insbesondere eine geringere Sensor (100) according to one of the preceding claims, comprising a screen for protecting the optical fiber (106), which is arranged transversely to the tube (102), wherein the screen in particular a smaller
Maschenweite aufweist, als das Gitter (202). Mesh has, as the grid (202).
Auswerteeinrichtung (104) zum Auswerten eines Signals eines Sensors (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Auswerteeinrichtung (104) optisch mit der zumindest einen Evaluation device (104) for evaluating a signal of a sensor (100) according to one of the preceding claims, wherein the evaluation device (104) optically with the at least one
Lichtleiterfaser (106) koppelbar oder gekoppelt ist und dazu ausgebildet ist, eine Verformung, insbesondere Dehnung der Lichtleiterfaser (106) optisch zu bestimmen und die Messgröße unter Verwendung der Verformung, insbesondere Dehnung zu bestimmen. Fiber optic fiber (106) is coupled or coupled and is adapted to optically determine a deformation, in particular elongation of the optical fiber (106) and to determine the measured variable using the deformation, in particular elongation.
Auswerteeinrichtung (104) gemäß Anspruch 11, die dazu ausgebildet ist eine erste Dehnung einer ersten Lichtleiterfaser (106) des Sensors (100) und zumindest eine zweite Dehnung einer zweiten Lichtleiterfaser (106) des Sensors (100) optisch zu bestimmen, und unter Verwendung der Dehnung der ersten Lichtleitfaser (106) und der zweiten Dehnung der zweiten Lichtleiterfaser (106) die Messgröße zu bestimmen. The evaluation device (104) of claim 11, configured to optically determine a first strain of a first optical fiber (106) of the sensor (100) and at least a second strain of a second optical fiber (106) of the sensor (100), and using the Elongating the first optical fiber (106) and the second elongation of the second optical fiber (106) to determine the measured variable.
Verfahren (600) zum Messen einer messbaren Messgröße eines Mediums in einem Rohr (102), wobei das Verfahren (600) die folgenden Schritte aufweist: A method (600) of measuring a measurable measurand of a medium in a tube (102), the method (600) comprising the steps of:
Erfassen (602) einer Dehnung zumindest einer in dem Rohr (102) angeordneten Lichtleiterfaser (106); und Detecting (602) an elongation of at least one optical fiber (106) disposed in the tube (102); and
Bestimmen (604) der Messgröße unter Verwendung der Dehnung. Determining (604) the measurand using strain.
Computerprogramm, das dazu eingerichtet ist, alle Schritte eines Verfahrens nach Anspruch 13 durchzuführen und/oder anzusteuern. Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 14. Computer program adapted to perform and / or control all steps of a method according to claim 13. A machine-readable storage medium having a computer program stored thereon according to claim 14.
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