WO2018137855A1 - Method and device for contactlessly measuring gas temperature profiles, in particular in a gas turbine - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a method and a device for non-contact measurement of gas temperature profiles, in particular in a gas turbine.
- Knowledge of the gas temperature is important for the design of the operating mode, the load and the loading of gas or steam turbines.
- the temperature of the gas not only has an effect on the efficiency of a turbine, but also on its service life. Therefore, it is advantageous to know as precisely as possible the temperature distribution of the gas within a turbine.
- a simulated temperature profile of a gas turbine blade and a surrounding gas is shown in FIG.
- a comparison of these simulations with measurement data requires a method that is able to determine the gas temperature resolved after the location.
- the object of the invention is to provide a method and a device for measuring gas temperature profiles for a room, in particular in a gas turbine, after the location dissolved. Such a method should be executable in very harsh environmental conditions.
- the object is achieved by a method according to the main claim and a device according to the independent claim.
- a device for non-contact measurement of a temperature profile of a gas in a room, in particular in a gas turbine proposed, by means of a light source light rays with respective wavelengths, a space inside the limiting surface, in particular a turbulent blade, illuminate points of illuminated surface by means of a unique each having a line of sight from the light source and back to a detection device of this individually, in particular as pixels are detected by means of a computer means for a particular point by a quotient of two detected intensities of two mutually similar wavelengths having light rays determining the temperature of the gas passing through the respective line of sight, by means of the computer means for a plurality of points of the surface, in particular by integrating it Following, determining temperatures of the gas between the surface on the one hand and the detection means on the other hand is carried out.
- a static temperature can be measured directly and can therefore be concluded, based on the speed of the gas, about its Mach number Ma to a total temperature. This can be done by the following formula:
- ⁇ is an isentropic exponent
- RF determines a so-called “recovery factor” or a recovery factor, which can be, for example, in a range from 0.75 to 0.9 to 1
- Na determines a Mach number
- the proposed method according to the invention allows direct access to the gas temperature, since thermographic processes only allow access to the surface temperature and the latter is dependent on heat transfer and heat transfer.
- thermographic processes only allow access to the surface temperature and the latter is dependent on heat transfer and heat transfer.
- With the knowledge of temperature profiles on the basis of measured data it is possible to conclude on the efficiency, service life, wear and other parameters, in particular of a gas turbine. This makes it possible, for example, to To optimize the degree of efficiency by changing the design of the turbine or the geometry of the turbine, while extending the service life. If a method according to the invention is used in continuous operation, it is also possible to make predictions about the wear. Likewise, the operation of a turbine with regard to the efficiency and the life or wear can be optimized.
- the temperature of the gas can be calculated in each case by means of the computer device for each individual section of a line of sight.
- the points P 2 ... P N which are located closest to a center point which can be predetermined by means of the detection device, can each have a specific temperature in a single point P i arranged along a scan line of the surface be assigned by the center, the line of sight S i , S i-1 , S N and the scan line definable subregion existing gas.
- the subregion may be defined as a circular sector starting from the midpoint with a radius as half the length of the first line of sight Sl and bounded by the first line of sight S i and the last line of sight S N.
- the respective subarea can be a circular ring part starting from the center with an outer radius than half the length of the line of sight S i , an inner radius being half the length the line of sight S i-1 and bounded by the scan line and the last line of sight S N de- be Finished.
- the determination of temperatures of the gas for a plurality of scan lines of the surface can be performed.
- the light source for the use of moving or certain surfaces can be switched on and off stroboscopically.
- At least one opening may be formed with a window in an outer wall of the room through which the light source and / or the detection device is detected.
- the light source may be a laser diode, a light-emitting diode or a thermal emitter with filter elements.
- the detection device may be a photodiode, a photodiode array or a CCD array or matrix.
- the surface can be selectively illuminated by means of at least one optical system and / or a respective point P i can be detected.
- the size of the optics may be smaller than the size of the illuminated surface.
- the distances of the points P i to one another and / or the length of the sections can be selected differently.
- the respective length li of a line of sight S i from a known geometry of the space and / or of the surface forming object, in particular the turbine blade, are calculated.
- FIG. 1 shows an exemplary embodiment of a simulated temperature profile of a gas turbine blade in a gas environment
- Figure 2 shows an embodiment of a device according to the invention
- FIG. 3 shows a representation of the measuring principle according to the invention
- FIG. 4 shows absorption lines of oxygen
- FIG. 5 shows a calibration curve for a temperature-dependent quotient
- FIG. 6 shows a first illustration for illustrating the measuring method according to the invention
- FIG. 7 shows a second illustration to illustrate the measuring method according to the invention
- FIG. 8 shows a third illustration to illustrate the method according to the invention.
- FIG. 9 shows a representation with a movable detection device
- FIG. 10 shows a representation with a stationary detection device
- FIG. 11 is an illustration showing a moving illuminated surface
- FIG. 12 shows a further illustration of the method according to the invention.
- FIG. 1 shows a representation of a simulated temperature profile of a gas turbine blade Ts in a gas environment. On the left, the gas turbine blade Ts is shown as a component with an indication of the sectional plane for the representation on the right side. The dashed level on the left is the
- FIG. 2 shows an illustration of a device according to the invention.
- a light source 1 mimics light beams having respective wavelengths to a space in a limiting surface Ob, which is embodied as a mirror M according to this embodiment.
- a detection device 3 detects reflected light rays. The light passes along a path length ⁇ a gas G.
- FIG. 3 illustrates the principle of the method according to the invention.
- the so-called Lambert-Beer absorption law is used. Therefore, the fact is used that absorb gases at different temperatures different levels. Transmission measurements of the gas allow a determination, depending on known parameters, of a gas concentration c in space, a temperature T and a pressure p, etc.
- Lambert-Beer's law can be expressed by the following formula.
- the absorption quotient a (lambda) depends on the wavelength lambda, molecular parameters, the temperature T and the pressure p. 1 denotes the length of the path which has been designated above in connection with FIG. 2 by ⁇ .
- FIG. 5 shows a calibration curve for temperature-dependent quotients Tr from a quotient formation on the basis of Lambert-Beer's law of absorption, a temperature-dependent calibration curve can be generated, the course of which is shown in FIG. This can be derived as follows (3):
- the intensities of the two absorption lines after a run through the distance ⁇ x, cs the concentration of the hot gas and I 0 is the known intensity at the beginning of the path.
- the known intensity Io may or may not be constant. That is, initial intensities may or may not be identical. Due to the different temperature response of absorption quotients, a clear relationship between temperature T and the intensity quotient Tr can be derived. Conversely, this relationship allows, at known concentration c and distance ⁇ x , to determine the temperature T of the gas G by measuring this quotient Tr. This is utilized according to the invention.
- Figures 6, 7 and 8 show illustrations for the description of the method according to the invention.
- the above-mentioned findings are further developed for extracting a temperature profile in a gas space according to the invention.
- FIG. 6 shows a first illustration for describing a device according to the invention and a method according to the invention.
- FIG. 6 shows in cross-section a turbine blade Ts whose surface is partially illuminated by means of a light source 1.
- a detection device 3 By means of a detection device 3, the inner space bounded by an outer wall A in the area of the illuminated surface Ob can be detected, in particular, pixel by pixel.
- Optics 7 for introducing the light beams and for detecting light beams along respective lines of sight Li for assigned points Pi may be introduced in the respective sight lines S i .
- regions of the outer wall A terminating the gas turbine are suitable for this purpose.
- FIG. 6 thus represents the first steps of the method according to the invention for extracting the temperature profile of the gas G for a specific space.
- a lighting of a gas turbine can be carried out by means of suitable light sources 1 and optics 7.
- the outer wall A of the gas turbine can be provided by means of an opening and by means of suitable windows. Through such access, the gas space can be illuminated and the reflected light can be captured again by means of a suitable optical system 7 on a suitable detection device 3 or detector.
- the light source 1 radiates offset light with suitable wavelengths ⁇ .
- Embodiments of light sources 1 may be a laser diode (VCSEL) whose wavelength is detuned, other suitable light sources 1 may alternatively be light-emitting diodes (LED) or thermal emitters with suitable filter elements.
- VCSEL laser diode
- LED light-emitting diodes
- the light source 1 and the optics 7 illuminate a defined area of the turbine blade Ts, which is designated with illuminated surface Ob.
- the illuminated area of the surface can be guided, for example, onto a photodiode or, depending on the embodiment, onto a photodiode array or a CCD matrix or CD array.
- the latter also makes it possible to determine 3D temperature profiles.
- An embodiment is characterized in that only a selective illumination of the surface is carried out Ob and the geometry of the gas space is scanned by means of a suitable non-illustrated mechanics, so as to obtain 2D or 3D temperature profiles.
- a respective line of sight Si is defined by the passage of a light beam from the light source 1 to a point Pi on the illuminated surface Ob and back to the detection device 3.
- each line of sight S i can be assigned a unique length Ii.
- the detection device 3 may have the optics 7, and those of the upper surface of the turbine blade Ts detected reflected light intensity and projected onto a CCD or a photodiode array. The detection can thus be particularly advantageous pixel by pixel.
- each point P i of the illuminated area Ob can advantageously be unambiguously assigned to a beam path from the light source 1 and back to detection device 3 in this way, which is illustrated in FIGS. 7 and 8.
- FIG. 6 shows the illumination of the gas space, in particular within a gas turbine, and the recording of reflected signals by means of a detection device 3.
- the illumination of a turbine blade Ts can, for example, be carried out by means of the wavelength around 760 nm for oxygen absorption lines with light of a laser diode.
- the optical signals can be converted into electrical signals.
- respective temperatures are shown in gray scale.
- FIG. 7 shows, in particular, the division of the illuminated surface of the turbine blade Ts as an exemplary embodiment, a space inside bounding object into discrete points Pi.
- FIG. 8 illustrates the embodiment of a detection device 3 in the form of a CCD array or arrays. Accordingly, each illuminated point Pi of the illuminated surface Ob can be assigned to a pixel of the CCD array. If a used optical system 7 is moved, the position of such an optical system 7 corresponds to such a pixel.
- Figure 8 shows the light rays contributing to the image on the CCD array.
- the pixels or picture elements of the detection device 3 are initially shown. Each pixel can be assigned a position of a point P i . Path differences between two adjacent positions are indicated by ⁇ i .
- Each pixel of the CCD array corresponds to a position P i on the turbine blade Ts and in this way integrates a TDLS signal over different ones
- Such factorization can also be after a
- An accounting method used according to the invention comprises the following calculation steps:
- Two suitable absorption lines of the target gas which have a different temperature response, should be selected. Such lines do not necessarily have to be adjacent.
- the installation of a suitable light source 1 with at least two advantageous wavelengths for measuring the respective temperature response of the two selected absorption lines of a gas G can be carried out by means of a so-called NDir technique.
- NDIR stands for Non-Dispersive Infrared.
- thermal emitters are used with matching filters as well as LEDs or lasers.
- the wavelength of the light source 1 can also be tuned over two absorption lines, so that one can proceed to spectroscopy as well as using TDLAS (Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy, translated as absorption spectroscopy using tunable laser diodes) or WMS.
- lasers are usually used.
- the installation of a suitable optics 7 is intended in particular to serve for the defined illumination of the gas space.
- a suitable optics 7 allow a defined recording of a illuminated area or illuminated surface Ob.
- the areas of the illumination and the recording should be close to each other, so that light rays can travel approximately the same way from the light source 1 back to the detection device 3.
- a beam path should be unambiguously assigned for each angle.
- a detector array such as a photodiode array or a charge coupled device array may also be used.
- each pixel of the field can be assigned a beam path and thus a line of sight Si.
- Each light beam can be assigned a point Pi on a gas space surface. With sufficient resolution, a path difference Dxi between adjacent points P i and Pi + 1 .
- an inventive evaluation can be performed and thus a temperature profile can be generated. In this case, a temperature profile can be detected by measurement for any gas space.
- FIG. 9 shows an exemplary embodiment of a method according to the invention using a movable, in particular rotating, sensor which has a light source 1 and a detection device 3.
- FIG. 10 shows an exemplary embodiment of a device for carrying out a method according to the invention, wherein a permanently positioned sensor with a ner light source 1 and a detection device 3 is used together with a fixed position sensor field.
- FIG. 11 shows an exemplary embodiment of a method according to the invention, wherein a fixed sensor is used whose light source 1 is additionally switched on and off stroboscopically.
- moving parts for example in the configuration of moving turbine blades Ts with correspondingly moving illuminated surfaces, can be measured by means of the method according to the invention.
- individual turbine blades Tsi can be selected and illuminated.
- FIG. 12 once again illustrates an overview of a method according to the invention.
- a metrological detection of light intensities for respective measuring points P i takes place on an illuminated surface Ob in a gas turbine.
- a temperature determination ensues from the determination of intensity quotients of different wavelengths of light.
- a respective gas temperature i can be calculated in a space between an illuminated surface Ob and the detection device 3.
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Abstract
The invention relates to a method and a device for contactlessly measuring a temperature profile of a gas in an area, in particular in a gas turbine. Light beams with respective wavelengths illuminate (St1) a surface which inwardly delimits the area, in particular the surface of a turbine blade, by means of a light source, wherein points (Pi where i = 1...N) of the illuminated surface can be detected individually, in particular as pixels, by a detection device using a unique visible line (Si), which has a respective length (li), from the light source to the detection device; the temperature (St2) of the gas, through which the respective visible line (Si) passes, is determined by means of a computing device for each point (Pi) using a quotient of two detected intensities of two light beams having similar wavelengths; and temperatures (St3) of the gas between the surface and the detection device are determined by means of the computing device for a plurality of points (Pi) of the surface, in particular using an integration process.
Description
Beschreibung description
Verfahren und Vorrichtung zur berührungslosen Messung von Gastemperaturprofilen, insbesondere in einer Gasturbine Method and device for non-contact measurement of gas temperature profiles, in particular in a gas turbine
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur berührungslosen Messung von Gastemperaturprofilen, insbesondere in einer Gasturbine. Für die Auslegung der Betriebsweise, der Belastung und der Beladung von Gas- oder Dampfturbinen ist die Kenntnis der Gastemperatur wichtig. Die Temperatur des Gases hat unter anderem nicht nur Einfluss auf den Wirkungsgrad einer Turbine, sondern ebenso auf deren Lebensdauer. Daher ist es von Vor- teil, möglichst genau die Temperaturverteilung des Gases innerhalb einer Turbine zu kennen. Ein simuliertes Temperaturprofil einer Gasturbinenschaufel und eines umgebenden Gases ist in Figur 1 dargestellt. Man erkennt deutlich räumlich unterschiedliche Gastemperaturen. Ein Vergleich dieser Simulationen mit Messdaten benötigt ein Verfahren, dass in der Lage ist, nach dem Ort aufgelöst die Gastemperatur zu bestimmen. Es ist Aufgabe der Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung von Gastemperaturprofilen für einen Raum, insbesondere in einer Gasturbine, nach dem Ort aufgelöst bereitzustellen. Ein derartiges Verfahren soll in sehr harschen Umgebungsbedingungen ausführbar sein. The present invention relates to a method and a device for non-contact measurement of gas temperature profiles, in particular in a gas turbine. Knowledge of the gas temperature is important for the design of the operating mode, the load and the loading of gas or steam turbines. Among other things, the temperature of the gas not only has an effect on the efficiency of a turbine, but also on its service life. Therefore, it is advantageous to know as precisely as possible the temperature distribution of the gas within a turbine. A simulated temperature profile of a gas turbine blade and a surrounding gas is shown in FIG. One recognizes clearly spatially different gas temperatures. A comparison of these simulations with measurement data requires a method that is able to determine the gas temperature resolved after the location. The object of the invention is to provide a method and a device for measuring gas temperature profiles for a room, in particular in a gas turbine, after the location dissolved. Such a method should be executable in very harsh environmental conditions.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß dem Hauptanspruch und eine Vorrichtung gemäß dem Nebenanspruch gelöst. The object is achieved by a method according to the main claim and a device according to the independent claim.
Gemäß einem ersten Aspekt wird ein Verfahren zur berührungs- losen Messung eines Temperaturprofils eines Gases in einemAccording to a first aspect, a method for non-contact measurement of a temperature profile of a gas in a
Raum, insbesondere in einer Gasturbine, vorgeschlagen, wobei mittels einer Lichtquelle Lichtstrahlen mit jeweiligen Wellenlängen eine den Raum innen begrenzende Oberfläche, insbe-
sondere einer Turbinenschaufel, beleuchten, wobei Punkte Pi der beleuchteten Oberfläche mittels einer eindeutigen jeweils eine Länge Ii aufweisenden Sichtlinie Si von der Lichtquelle und zurück zu einer Erfassungseinrichtung von dieser einzeln, insbesondere als Pixel, erfassbar sind, mittels einer Rechnereinrichtung für einen jeweiligen Punkt Pi mittels eines Quotienten zweier erfasster Intensitäten zweier zueinander ähnliche Wellenlängen aufweisenden Lichtstrahlen ein Bestimmen der Temperatur des von der jeweiligen Sichtlinie Si durchlaufenden Gases ausgeführt wird, mittels der Rechnereinrichtung für eine Vielzahl von Punkten Pi der Oberfläche ein, insbesondere mittels Integrierens erfolgendes, Bestimmen von Temperaturen des Gases zwischen der Oberfläche einerseits und der Erfassungseinrichtung andererseits ausgeführt wird. Space, in particular in a gas turbine, proposed, wherein by means of a light source light beams with respective wavelengths, a space inside the bounding surface, in particular In particular, a turbine blade, illuminate, wherein points Pi of the illuminated surface by means of a unique each having a length Ii line of sight S i from the light source and back to a detection device of this individually, in particular as pixels, can be detected by means of a computer device for a respective point Pi having means of a quotient of two detected intensities of two mutually similar wavelength light beams is carried out, determining the temperature of the passing of the respective line of sight S i gas, success end by means of the computer device for a plurality of points P i of the surface of an, in particular by integrating, determining temperatures of the gas between the surface on the one hand and the detection device on the other hand is performed.
Gemäß einem zweiten Aspekt wird eine Vorrichtung zur berührungslosen Messung eines Temperaturprofils eines Gases in einem Raum, insbesondere in einer Gasturbine, vorgeschlagen, wobei mittels einer Lichtquelle Lichtstrahlen mit jeweiligen Wellenlängen eine den Raum innen begrenzende Oberfläche, insbesondere einer turbierenden Schaufel, beleuchten, wobei Punkte der beleuchteten Oberfläche mittels einer eindeutigen jeweils eine Länge aufweisenden Sichtlinie von der Lichtquelle und zurück zu einer Erfassungseinrichtung von dieser ein- zeln, insbesondere als Pixel, erfassbar sind, mittels einer Rechnereinrichtung für einen jeweiligen Punkt mittels eines Quotienten zweier erfassten Intensitäten zweier zueinander ähnliche Wellenlängen aufweisenden Lichtstrahlen ein Bestimmen der Temperatur des von der jeweiligen Sichtlinie durch- laufenden Gases ausgeführt wird, mittels der Rechnereinrichtung für eine Vielzahl von Punkten der Oberfläche ein, insbesondere mittels Integrierens erfolgendes, Bestimmen von Temperaturen des Gases zwischen der Oberfläche einerseits und der Erfassungseinrichtung andererseits ausgeführt wird. According to a second aspect, a device for non-contact measurement of a temperature profile of a gas in a room, in particular in a gas turbine, proposed, by means of a light source light rays with respective wavelengths, a space inside the limiting surface, in particular a turbulent blade, illuminate points of illuminated surface by means of a unique each having a line of sight from the light source and back to a detection device of this individually, in particular as pixels are detected by means of a computer means for a particular point by a quotient of two detected intensities of two mutually similar wavelengths having light rays determining the temperature of the gas passing through the respective line of sight, by means of the computer means for a plurality of points of the surface, in particular by integrating it Following, determining temperatures of the gas between the surface on the one hand and the detection means on the other hand is carried out.
Es ist erfindungsgemäß erkannt worden dass in Folge sehr harscher Umgebungsbedingungen einer Turbine vorteilhaft berührungslose Verfahren verwendet werden sollten. Erfindungsgemäß
wird ein Verfahren vorgeschlagen, dass in der Lage ist mittels optischer Messverfahren Temperaturprofile entlang von Sichtlinien zu bestimmen. Für das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren können sich folgende Vorteile ergeben: It has been recognized according to the invention that advantageously non-contact methods should be used as a consequence of very harsh environmental conditions of a turbine. According to the invention a method is proposed which is able to determine temperature profiles along visual lines by means of optical measuring methods. The following advantages may result for the method proposed according to the invention:
Besonders vorteilhaft ist es, dass direkt eine statische Temperatur gemessen werden kann und somit über die Geschwindig- keit des Gases ausgedrückt über deren Machzahl Ma auf eine totale Temperatur geschlossen werden kann. Dies kann mittels folgender Formel ausgeführt werden:
It is particularly advantageous that a static temperature can be measured directly and can therefore be concluded, based on the speed of the gas, about its Mach number Ma to a total temperature. This can be done by the following formula:
Dabei ist κ ein Isentropenexponent, RF bestimmt einen sogenannten „Recovery factor" bzw. einen Wiederherstellungsfaktor, der beispielsweise in einem Bereich von 0,75... 0,9 bis 1 liegen kann, Na bestimmt eine Machzahl. In this case, κ is an isentropic exponent, RF determines a so-called "recovery factor" or a recovery factor, which can be, for example, in a range from 0.75 to 0.9 to 1, Na determines a Mach number.
In Vergleich zu herkömmlichen Verfahren mit sogenannten Totaltemperatursonden kann eine statische Temperatur nicht lediglich abgeschätzt werden, sondern gemessen werden. Abschätzung mittels herkömmlicher Verfahren, die Totaltemperaturson- den verwenden ermöglichen lediglich Abschätzungen, da entsprechende Korrekturfaktoren der Sonden lediglich unzulänglich genau bekannt sind. In comparison to conventional methods with so-called total temperature probes, a static temperature can not only be estimated, but measured. Estimation using conventional methods that use total temperature probes only allow estimates, since corresponding correction factors of the probes are only insufficiently well known.
Im Vergleich zur herkömmlichen Thermographie ermöglicht das vorgeschlagene erfindungsgemäße Verfahren einen direkten Zugang zur Gastemperatur, da thermographische Verfahren lediglich den Zugang zur Oberflächentemperatur ermöglichen und letztere vom Wärmeübergang und Wärmedurchgang abhängig ist. Mit der Kenntnis von Temperaturprofilen anhand von Messdaten kann auf den Wirkungsgrad, die Lebensdauer, den Verschleiß und andere Parameter insbesondere einer Gasturbine geschlossen werden. Dadurch ist es möglich, beispielsweise den Wir-
kungsgrad zu optimieren, indem man die Auslegung der Turbine oder die Geometrie der Turbine verändert, bei gleichzeitiger Verlängerung der Lebensdauer. Wird ein erfindungsgemäßes Verfahren im Dauerbetrieb verwendet, so lassen sich ebenso Prognosen über den Verschleiß durchführen. Ebenso kann der Betrieb einer Turbine hinsichtlich des Wirkungsgrades und der Lebensdauer oder des Verschleißes optimiert werden. Compared to conventional thermography, the proposed method according to the invention allows direct access to the gas temperature, since thermographic processes only allow access to the surface temperature and the latter is dependent on heat transfer and heat transfer. With the knowledge of temperature profiles on the basis of measured data, it is possible to conclude on the efficiency, service life, wear and other parameters, in particular of a gas turbine. This makes it possible, for example, to To optimize the degree of efficiency by changing the design of the turbine or the geometry of the turbine, while extending the service life. If a method according to the invention is used in continuous operation, it is also possible to make predictions about the wear. Likewise, the operation of a turbine with regard to the efficiency and the life or wear can be optimized.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden mit den Unteransprüchen beansprucht . Further advantageous embodiments are claimed with the subclaims.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann mittels der Rechnereinrichtung für einen jeden einzelnen Abschnitt einer Sichtlinie jeweils die Temperatur des Gases berechnet werden. According to an advantageous embodiment, the temperature of the gas can be calculated in each case by means of the computer device for each individual section of a line of sight.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die für einen zu einem mittels der Erfassungseinrichtung vorgebbaren Mittelpunkt nächstgelegenen ersten Punkt Pi und für weitere ausgehend von dem ersten Punkt Pi entlang einer Scanlinie der Oberfläche angeordnete Punkte P2 ... PN jeweils bestimmte Temperatur einem in einem durch den Mittelpunkt, die Sichtlinien Si, Si-1, SN und der Scanlinie definierbaren Teilbereich vor- handenen Gas zugeordnet werden. According to a further advantageous embodiment, the points P 2 ... P N, which are located closest to a center point which can be predetermined by means of the detection device, can each have a specific temperature in a single point P i arranged along a scan line of the surface be assigned by the center, the line of sight S i , S i-1 , S N and the scan line definable subregion existing gas.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann für den ersten Punkt Pi der Teilbereich als Kreissektor ausgehend von dem Mittelpunkt mit einem Radius als die Hälfte der Länge der ersten Sichtlinie Sl und begrenzt durch die erste Sichtlinie Si und die letzte Sichtlinie SN definiert werden. According to a further advantageous embodiment, for the first point Pi, the subregion may be defined as a circular sector starting from the midpoint with a radius as half the length of the first line of sight Sl and bounded by the first line of sight S i and the last line of sight S N.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann für die weiteren Punkte P2 ... PN der jeweilige Teilbereich als Kreis- ringteil ausgehend von dem Mittelpunkt mit einem äußeren Radius als die Hälfte der Länge der Sichtlinie Si, einem inneren Radius als die Hälfte der Länge der Sichtlinie Si-1 und begrenzt durch die Scanlinie und die letzte Sichtlinie SN de-
finiert werden. According to a further advantageous embodiment, for the further points P 2 ... P N, the respective subarea can be a circular ring part starting from the center with an outer radius than half the length of the line of sight S i , an inner radius being half the length the line of sight S i-1 and bounded by the scan line and the last line of sight S N de- be Finished.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das Bestimmen von Temperaturen des Gases für eine Vielzahl von Scanlinien der Oberfläche ausgeführt werden. According to a further advantageous embodiment, the determination of temperatures of the gas for a plurality of scan lines of the surface can be performed.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Lichtquelle zur Nutzung bewegter oder bestimmter Oberflächen stroboskopisch ein- und ausgeschaltet werden. According to a further advantageous embodiment, the light source for the use of moving or certain surfaces can be switched on and off stroboscopically.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann in einer Außenwand des Raumes mindestens eine Öffnung mit einem Fenster ausgebildet sein, durch das die Lichtquelle und /oder die Erfassungseinrichtung erfasst. According to a further advantageous embodiment, at least one opening may be formed with a window in an outer wall of the room through which the light source and / or the detection device is detected.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Lichtquelle eine Laserdiode, eine Leuchtdiode oder ein thermischer Emitter mit Filterelementen sein. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Erfassungseinrichtung eine Fotodiode, eine Fotodioden-Array oder ein CCD-Array oder -Matrix sein. According to a further advantageous embodiment, the light source may be a laser diode, a light-emitting diode or a thermal emitter with filter elements. According to a further advantageous embodiment, the detection device may be a photodiode, a photodiode array or a CCD array or matrix.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann mittels mindestens einer Optik der Oberfläche punktuell beleuchtet und / oder ein jeweiliger Punkt Pi erfasst werden. According to a further advantageous embodiment, the surface can be selectively illuminated by means of at least one optical system and / or a respective point P i can be detected.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Größe der Optik kleiner als die Größe der beleuchteten Ober- fläche sein. According to a further advantageous embodiment, the size of the optics may be smaller than the size of the illuminated surface.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können die Abstände der Punkte Pi zueinander und / oder die Länge der Abschnitte verschieden ausgewählt werden. According to a further advantageous embodiment, the distances of the points P i to one another and / or the length of the sections can be selected differently.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann mittels der Rechnereinrichtung die jeweilige Länge Ii einer Sichtlinie Si aus einer bekannten Geometrie des Raumes und / oder
des die Oberfläche bildenden Objektes, insbesondere der Turbinenschaufel, berechnet werden. According to a further advantageous embodiment, by means of the computer device, the respective length li of a line of sight S i from a known geometry of the space and / or of the surface forming object, in particular the turbine blade, are calculated.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden in Verbindung mit den Figuren näher beschrieben. Es zeigen: Further advantageous embodiments will be described in more detail in connection with the figures. Show it:
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel eines simulierten Temperaturprofils einer Gasturbinenschaufel in einer Gasumgebung ; FIG. 1 shows an exemplary embodiment of a simulated temperature profile of a gas turbine blade in a gas environment;
Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; Figure 2 shows an embodiment of a device according to the invention;
Figur 3 zeigt eine Darstellung zum erfindungsgemäßen Mess- prinzip; FIG. 3 shows a representation of the measuring principle according to the invention;
Figur 4 zeigt Absorptionslinien von Sauerstoff, FIG. 4 shows absorption lines of oxygen,
Figur 5 zeigt eine Kalibrierkurve für einen temperaturab- hängigen Quotienten; FIG. 5 shows a calibration curve for a temperature-dependent quotient;
Figur 6 zeigt eine erste Darstellung zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Messverfahrens; Figur 7 zeigt eine zweite Darstellung zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Messverfahrens; FIG. 6 shows a first illustration for illustrating the measuring method according to the invention; FIG. 7 shows a second illustration to illustrate the measuring method according to the invention;
Figur 8 zeigt eine dritte Darstellung zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens; FIG. 8 shows a third illustration to illustrate the method according to the invention;
Figur 9 zeigt eine Darstellung mit einer beweglichen Erfassungseinrichtung; FIG. 9 shows a representation with a movable detection device;
Figur 10 zeigt eine Darstellung mit einer unbeweglichen Er- fassungseinrichtung; FIG. 10 shows a representation with a stationary detection device;
Figur 11 zeigt eine Darstellung mit einer bewegten beleuchteten Oberfläche;
Figur 12 zeigt eine weitere Darstellung zum erfindungsgemäßen Verfahren. Figur 1 zeigt eine Darstellung eines simulierten Temperaturprofils einer Gasturbinenschaufel Ts in einer Gasumgebung. Links ist die Gasturbinenschaufel Ts als Bauteil mit einer Angabe der Schnittebene für die Darstellung auf der rechten Seite dargestellt. Die gestrichelte Ebene links ist die Fig. 11 is an illustration showing a moving illuminated surface; FIG. 12 shows a further illustration of the method according to the invention. FIG. 1 shows a representation of a simulated temperature profile of a gas turbine blade Ts in a gas environment. On the left, the gas turbine blade Ts is shown as a component with an indication of the sectional plane for the representation on the right side. The dashed level on the left is the
Schnittebene durchgestrichener Kreis in der das errechnete Section plane crossed-out circle in which the calculated
Temperaturprofil dargestellt ist. Das Gas ist mit dem Bezugszeichen G gekennzeichnet. Temperature profile is shown. The gas is marked with the reference symbol G.
Figur 2 zeigt eine Darstellung einer erfindungsgemäßen Vor- richtung. Eine Lichtquelle 1 imitiert Lichtstrahlen mit jeweiligen Wellenlängen auf einen Raum in begrenzender Oberfläche Ob, die gemäß diesen Ausführungsbeispiel als ein Spiegel M ausgeführt ist. Eine Erfassungseinrichtung 3 erfasst reflektierte Lichtstrahlen. Das Licht durchläuft entlang einer Weglänge Δχ ein Gas G. FIG. 2 shows an illustration of a device according to the invention. A light source 1 mimics light beams having respective wavelengths to a space in a limiting surface Ob, which is embodied as a mirror M according to this embodiment. A detection device 3 detects reflected light rays. The light passes along a path length Δχ a gas G.
Figur 3 stellt das Prinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens dar. Dabei wird das sogenannte Lambert-Beer ' sehe Absorptionsgesetz genutzt. Daher wird die Tatsache genutzt, dass Gase bei unterschiedlichen Temperaturen unterschiedlich stark absorbieren. Transmissionsmessungen des Gases erlauben eine Bestimmung je nach bekannten Parametern von einer Gaskonzentration c im Raum, einer Temperatur T und eines Druckes p usw. Das Lambert-Beer ' sche Gesetz kann mit folgender Formel ausge- drückt werden.
FIG. 3 illustrates the principle of the method according to the invention. The so-called Lambert-Beer absorption law is used. Therefore, the fact is used that absorb gases at different temperatures different levels. Transmission measurements of the gas allow a determination, depending on known parameters, of a gas concentration c in space, a temperature T and a pressure p, etc. Lambert-Beer's law can be expressed by the following formula.
Dabei hängt der Absorptionsquotient a(lambda) von der Wellen- länge lambda, molekularen Parametern, der Temperatur T und vom Druck p ab. 1 bezeichnet die Länge des Weges, die vorstehend in Verbindung mit Figur 2 mit Δχ bezeichnet worden ist.
Figur 4 zeigt eine Darstellung des Absorptionsverhaltens von Sauerstoff in Abhängigkeit von der Sauerstofftemperatur und einer jeweiligen Wellenlänge des transmittierenden Lichts. Gemäß Figur 4 zeigen sich für die Temperaturabhängigkeit der Transmission bzw. der Absorption in Abhängigkeit von der gewählten Lichtwellenlänge minimal der Transmission. Diese liegen hier für die verschiedenen Temperaturen von Sauerstoff beispielsweise bei den hier benachbarten Wellenlängen λι = 759,63 nm und λ2 =759,666 nm. Damit ergeben sich zwei verschiedene Absorptionsquotienten a(1) bei (c,T) und a2 ) (c,T). Die dargestellten Absorptionslinien für Sauerstoff zeigen je nach Temperatur des Sauerstoffs unterschiedliche Verläufe, man spricht von unterschiedlichen Temperaturgängen. Derartige Darstellungen können alternativ ebenso für Wasserdampf, Kohlendioxyd oder andere Gase erhalten werden. The absorption quotient a (lambda) depends on the wavelength lambda, molecular parameters, the temperature T and the pressure p. 1 denotes the length of the path which has been designated above in connection with FIG. 2 by Δχ. FIG. 4 shows a representation of the absorption behavior of oxygen as a function of the oxygen temperature and a respective wavelength of the transmitted light. According to FIG. 4, for the temperature dependence of the transmission or the absorption as a function of the selected wavelength of light, the transmittance is minimal. These lie here for the different temperatures of oxygen, for example at the adjacent wavelengths λι = 759.63 nm and λ 2 = 759.666 nm. This results in two different absorption quotients a (1) at (c, T) and a2) (c, T). The illustrated absorption lines for oxygen show different courses depending on the temperature of the oxygen, one speaks of different temperature responses. Such representations may alternatively be obtained as well for water vapor, carbon dioxide or other gases.
Figur 5 zeigt eine Kalibrierkurve für temperaturabhängige Quotienten Tr aus einer Quotientenbildung auf der Grundlage des Lambert-Beer ' sehen Absorptionsgesetzes kann eine temperaturabhängige Kalibrierkurve erzeugt werden, deren Verlauf in Figur 5 dargestellt ist. Diese lässt sich folgendermaßen (3) herleiten :
FIG. 5 shows a calibration curve for temperature-dependent quotients Tr from a quotient formation on the basis of Lambert-Beer's law of absorption, a temperature-dependent calibration curve can be generated, the course of which is shown in FIG. This can be derived as follows (3):
Es ergibt sich folgender Quotient: The result is the following quotient:
Dabei bestimmen: Hereby determine:
Die Intensitäten der beiden Absorptionslinien nach einem durchlaufen der Wegstrecke Δx, c s die Konzentration des heißen Gases und I0 ist die bekannte Intensität am Anfang der Wegstrecke. Die bekannte Intensität Io kann, muss aber nicht konstant sein. D.h. Anfangsintensitäten können, müssen aber nicht identisch sein. Infolge des unterschiedlichen Temperaturganges von Absorptionsquotienten lässt sich eine eindeuti- ge Beziehung zwischen Temperatur T und dem Intensitätsquotienten Tr herleiten. Im Umkehrschluss lässt diese Beziehung es zu, bei bekannter Konzentration c und Wegstrecke Δx, die Temperatur T des Gases G mittels der Messung dieses Quotienten Tr zu bestimmen. Dieses wird erfindungsgemäß ausgenutzt. The intensities of the two absorption lines after a run through the distance Δ x, cs the concentration of the hot gas and I 0 is the known intensity at the beginning of the path. The known intensity Io may or may not be constant. That is, initial intensities may or may not be identical. Due to the different temperature response of absorption quotients, a clear relationship between temperature T and the intensity quotient Tr can be derived. Conversely, this relationship allows, at known concentration c and distance Δ x , to determine the temperature T of the gas G by measuring this quotient Tr. This is utilized according to the invention.
Figuren 6, 7 und 8 zeigen Darstellungen zur Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die vorstehend genannten Erkenntnisse werden zur erfindungsgemäßen Extrahierung eines Temperaturprofils in einem Gasraum weiter entwickelt. Figures 6, 7 and 8 show illustrations for the description of the method according to the invention. The above-mentioned findings are further developed for extracting a temperature profile in a gas space according to the invention.
Figur 6 zeigt eine erste Darstellung zur Beschreibung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Figur 6 zeigt im Querschnitt eine Turbinenschaufel Ts, deren Oberfläche teilweise mittels einer Lichtquelle 1 beleuchtet wird. Mittels einer Erfassungseinrichtung 3 kann der durch eine Außenwand A begrenzte innere Raum im Bereich der beleuchteten Oberfläche Ob insbesondere pixelweise er- fasst werden. Es können Optiken 7 zur Einbringung der Lichtstrahlen und zum Erfassen von Lichtstrahlen entlang jeweili- ger Sichtlinien Li für zugeordnete Punkte Pi in den jeweiligen Sichtlinien Si eingebracht sein. Hierfür eignen sich insbesondere Bereiche der die Gasturbine abschließenden Außenwand A. Figur 6 stellt damit die ersten Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Extrahierung des Temperaturprofi- les des Gases G für einen bestimmten Raum dar. Das hier beschriebene Verfahren wird nachfolgend anhand einer 2D- Projektion beschrieben, kann alternativ ebenso im dreidimensionalen Raum 3D eingesetzt werden.
Zuerst kann ein Beleuchten einer Gasturbine mittels geeigneter Lichtquellen 1 und Optiken 7 ausgeführt werden. Die Außenwand A der Gasturbine kann mittels einer Öffnung und mit- tels geeigneter Fenster versehen werden. Durch einen derartigen Zugang kann der Gasraum beleuchtet werden und kann das reflektierte Licht wieder mittels einer geeigneten Optik 7 auf eine geeignete Erfassungseinrichtung 3 bzw. Detektor eingefangen werden. Die Lichtquelle 1 strahlt zeitlich versetzt Licht mit geeigneten Wellenlängen λ aus. Ausführungsbeispiele für Lichtquellen 1 kann eine Laserdiode (VCSEL) sein, deren Wellenlänge verstimmt wird, weitere geeignete Lichtquellen 1 können alternativ lichtimitierende Dioden (LED) oder thermische Emitter mit geeigneten Filterelementen sein. FIG. 6 shows a first illustration for describing a device according to the invention and a method according to the invention. FIG. 6 shows in cross-section a turbine blade Ts whose surface is partially illuminated by means of a light source 1. By means of a detection device 3, the inner space bounded by an outer wall A in the area of the illuminated surface Ob can be detected, in particular, pixel by pixel. Optics 7 for introducing the light beams and for detecting light beams along respective lines of sight Li for assigned points Pi may be introduced in the respective sight lines S i . In particular, regions of the outer wall A terminating the gas turbine are suitable for this purpose. FIG. 6 thus represents the first steps of the method according to the invention for extracting the temperature profile of the gas G for a specific space. The method described here will be described below with reference to a 2D projection, Alternatively, it can also be used in three-dimensional 3D space. First, a lighting of a gas turbine can be carried out by means of suitable light sources 1 and optics 7. The outer wall A of the gas turbine can be provided by means of an opening and by means of suitable windows. Through such access, the gas space can be illuminated and the reflected light can be captured again by means of a suitable optical system 7 on a suitable detection device 3 or detector. The light source 1 radiates offset light with suitable wavelengths λ. Embodiments of light sources 1 may be a laser diode (VCSEL) whose wavelength is detuned, other suitable light sources 1 may alternatively be light-emitting diodes (LED) or thermal emitters with suitable filter elements.
Die Lichtquelle 1 und die Optik 7 beleuchten einen definierten Bereich der Turbinenschaufel Ts, der mit beleuchteter Oberfläche Ob bezeichnet ist. The light source 1 and the optics 7 illuminate a defined area of the turbine blade Ts, which is designated with illuminated surface Ob.
Mittels der geeigneten Optik 7 kann der beleuchtete Bereich der Oberfläche Ob beispielsweise auf eine Fotodiode oder je nach Ausführungsform auf ein Fotodioden-Array oder eine CCD- Matrix bzw. CD-Array geleitet werden. Letzteres ermöglicht es ebenso 3D-Temperaturprofile zu ermitteln. Eine Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, das lediglich eine punktuelle Ausleuchtung der Oberfläche Ob ausgeführt wird und mittels einer geeigneten nicht näher dargestellten Mechanik die Geometrie des Gasraumes abgescannt wird, um so 2D-oder 3D-Temperaturprofile zu erhalten. Das nachfolgend be- schriebene Verfahren lässt sich ausführen, solange eine richtige Zuordnung von Sichtlinien Si zu jeweiligen Punkten Pi mit i=l N der beleuchteten Oberfläche Ob gewährleistet ist. Eine jeweilige Sichtlinie Si ist durch den Lauf eines Lichtstrahles von der Lichtquelle 1 zu einem Punkt Pi auf der be- leuchteten Oberfläche Ob und zurück zu der Erfassungseinrichtung 3 definiert. Dabei kann einer jeden Sichtlinie Si eine eindeutige Länge Ii zugeordnet werden. Die Erfassungseinrichtung 3 kann die Optik 7 aufweisen, und die die von der Ober-
fläche der Turbinenschaufel Ts reflektierte Lichtintensität erfasst und auf eine CCD-oder ein Fotodioden-Array projiziert. Die Erfassung kann damit besonders vorteilhaft pixelweise erfolgen. By means of the suitable optics 7, the illuminated area of the surface can be guided, for example, onto a photodiode or, depending on the embodiment, onto a photodiode array or a CCD matrix or CD array. The latter also makes it possible to determine 3D temperature profiles. An embodiment is characterized in that only a selective illumination of the surface is carried out Ob and the geometry of the gas space is scanned by means of a suitable non-illustrated mechanics, so as to obtain 2D or 3D temperature profiles. The method described below can be carried out as long as a correct assignment of line of sight Si to respective points P i with i = 1 N of the illuminated surface Ob is ensured. A respective line of sight Si is defined by the passage of a light beam from the light source 1 to a point Pi on the illuminated surface Ob and back to the detection device 3. In this case, each line of sight S i can be assigned a unique length Ii. The detection device 3 may have the optics 7, and those of the upper surface of the turbine blade Ts detected reflected light intensity and projected onto a CCD or a photodiode array. The detection can thus be particularly advantageous pixel by pixel.
Zur Vereinfachung kann angenommen werden, dass im Vergleich zu der beleuchteten Fläche Ob die Dimensionen der Optiken 7 klein sind. Damit kann davon ausgegangen werden, dass Lichtstrahlen von der Lichtquelle 1 ausgehen und nach einer Refle- xion annähernd auf den gleichen Weg zur Erfassungseinrichtung 3 zurück verlaufen. Jeder Punkt Pi der beleuchteten Fläche Ob kann auf diese Weise vorteilhaft eindeutig einem Strahlverlauf von der Lichtquelle 1 und zurück zu Erfassungseinrichtung 3 zugeordnet werden, was in den Figuren 7 und 8 darge- stellt ist. For the sake of simplicity, it can be assumed that the dimensions of the optics 7 are small compared to the illuminated area. It can therefore be assumed that light rays emanate from the light source 1 and, after a reflection, run back almost the same way to the detection device 3. Each point P i of the illuminated area Ob can advantageously be unambiguously assigned to a beam path from the light source 1 and back to detection device 3 in this way, which is illustrated in FIGS. 7 and 8.
Eine derartige eindeutige Zuordnung ermöglicht es aus der Geometrie des Gasraumes, die Länge Ii einer jeweiligen Sichtlinie Si zu rekonstruieren, wie dies in Verbindung mit Formel (3) nachfolgend mathematisch beschrieben wird. Jedem Pixel kann damit ebenso eine Sichtlinie Si zugeordnet werden. Derartige Linien Si können dann in einzelne Segmente oder Abschnitte Δxi unterteilt werden. Die Länge Δxi der einzelnen Segmente untereinander muss nicht identisch sein, da die Punkte Pi ebenfalls nicht äquidistant angeordnet sein müssen, sondern von der Geometrie des Gasraumes abhängig angeordnet werden können . Such a unique assignment makes it possible from the geometry of the gas space to reconstruct the length Ii of a respective line of sight S i , as will be described mathematically in connection with formula (3) below. Each pixel can thus also be assigned a line of sight S i . Such lines S i can then be divided into individual segments or sections Δx i . The length Δx i of the individual segments with one another does not have to be identical, since the points Pi likewise do not have to be arranged equidistantly, but can be arranged depending on the geometry of the gas space.
Figur 6 zeigt die Beleuchtung des Gasraumes, insbesondere in- nerhalb einer Gasturbine, und die Aufnahme von reflektierten Signalen mittels einer Erfassungseinrichtung 3. Die Beleuchtung einer Turbinenschaufel Ts kann beispielsweise mittels der Wellenlänge um 760 nm für Sauerstoffabsorptionslinien mit Licht einer Laserdiode ausgeführt werden. Mittels einer Diode oder eines Charge cappled device -(CCD-) Feldes können die optischen Signale in elektrische Signale gewandelt werden. In den Figuren 6 bis 8 sind jeweilige Temperaturen in Graustufen dargestellt .
Figur 7 stellt insbesondere die Aufteilung der beleuchteten Oberfläche Ob der Turbinenschaufel Ts als Ausführungsbeispiel einen Raum innen begrenzenden Objektes in diskrete Punkte Pi dar . FIG. 6 shows the illumination of the gas space, in particular within a gas turbine, and the recording of reflected signals by means of a detection device 3. The illumination of a turbine blade Ts can, for example, be carried out by means of the wavelength around 760 nm for oxygen absorption lines with light of a laser diode. By means of a diode or a charge-capped device (CCD) field, the optical signals can be converted into electrical signals. In FIGS. 6 to 8, respective temperatures are shown in gray scale. FIG. 7 shows, in particular, the division of the illuminated surface of the turbine blade Ts as an exemplary embodiment, a space inside bounding object into discrete points Pi.
Figur 8 stellt die Ausführungsform einer Erfassungseinrichtung 3 in Form eines CCD-Feldes oder Arrays dar. Entsprechend kann jeder beleuchtete Punkt Pi der beleuchteten Oberfläche Ob einem Pixel des CCD-Arrays zugeordnet werden. Wird eine verwendete Optik 7 verfahren, so entspricht die Position einer derartigen Optik 7 einem solchem Pixel . Figur 8 zeigt insbesondere die Lichtstrahlen, die zu dem Bild auf den CCD- Array beitragen. Unten rechts in Figur 8 sind zunächst die Pixel bzw. Bildelemente der Erfassungseinrichtung 3 dargestellt. Jedem Bildelement ist eine Position eines Punktes Pi zuordenbar . Wegdifferenzen zwischen zwei benachbarten Positionen sind mit Δχi angegeben. Jeder Pixel des CCD-Feldes entspricht einer Position Pi auf der Turbinenschaufel Ts und in- tegriert auf diese Weise ein TDLS-Signal über verschiedeneFIG. 8 illustrates the embodiment of a detection device 3 in the form of a CCD array or arrays. Accordingly, each illuminated point Pi of the illuminated surface Ob can be assigned to a pixel of the CCD array. If a used optical system 7 is moved, the position of such an optical system 7 corresponds to such a pixel. In particular, Figure 8 shows the light rays contributing to the image on the CCD array. At the bottom right in FIG. 8, the pixels or picture elements of the detection device 3 are initially shown. Each pixel can be assigned a position of a point P i . Path differences between two adjacent positions are indicated by Δχ i . Each pixel of the CCD array corresponds to a position P i on the turbine blade Ts and in this way integrates a TDLS signal over different ones
Wege . Ways .
Das Lambert-Beer ' sehe Absorptionsgesetz ermöglicht nun eine Integration über alle vorhandenen Sichtlinien Si hinweg. Lambert-Beer's law of absorption now allows integration across all existing lines of sight S i .
Hierbei wird berücksichtigt, dass das Licht von der Lichtquelle 1 bis zum Punkt Pi und zur Erfassungseinrichtung 3 zurück den doppelten Weg durchläuft, was den Faktor 2 erklärt. Nutzt man die Tatsache, dass bei genügend großer Auflösung des verwendeten CCD-Arrays ein Weglängenunterschied Δχι zwi- sehen zwei benachbarten Punkten Pi und Pi+i klein ist, so lässt sich mittels dem Lambert-Beer ' sehen Absorptionsgesetz folgende Faktorisierung (4) ausführen: Here, it is considered that the light back passes through twice the distance from the light source 1 to the point P i and the detector 3, which explains the factor. 2 If one uses the fact that, given a sufficiently large resolution of the CCD array used, a path length difference Δθ between two adjacent points P i and P i + i is small, the following factorization (4) can be carried out by means of Lambert-Beer's law of absorption :
Eine derartige Faktorisierung kann ebenso nach einer Such factorization can also be after a
Quotientenbildung für zwei unterschiedliche Absorptionsl ausgeführt werden und es ergibt sich folgende Gleichung Quotient formation are carried out for two different Absorptionsl and there is the following equation
Auf diese Weise ist eine Beziehung berechnet worden, die es erlaubt anhand der Kalibrierkurve gemäß Figur 5 jeden einzel- nen Segment im Bereich zwischen der beleuchteten OberflächeIn this way, a relationship has been calculated which, using the calibration curve according to FIG. 5, permits each individual segment in the region between the illuminated surface
Ob und der Lichtquelle 1 und der Erfassungseinrichtung 3 eine
Temperatur T zuzuordnen. Dabei fließt ein jeweiliger Messwert jedes Pixels für die unterschiedlichen Absorptionslinien zusammen mit den vorstehend mathematisch beschriebenen Beziehungen untereinander in die Auswertung mit ein. Dies ist nachfolgend erneut mit den Formel (6) zusammenfassend beschrieben . Whether and the light source 1 and the detection device 3 a Temperature T assign. In this case, a respective measured value of each pixel for the different absorption lines together with the relationships described above mathematically flows into one another in the evaluation. This is described in summary below with the formula (6).
Ein erfindungsgemäß angewendetes Rechnungsverfahren beinhaltet folgende Rechenschritte: An accounting method used according to the invention comprises the following calculation steps:
1. Ein Intensitätsverhältnis wird mit der Erfassungseinrichtung 3 gemessen: 1. An intensity ratio is measured with the detection device 3:
2. In einem zweiten Schritt kann das eingeprägte Intensitätsverhältnis C aus dem Gesamtaufbau leicht abgeleitet werden und wird als konstant betrachtet und kann in ausgewählten Fällen als C=1 festgelegt werden: 2. In a second step, the impressed intensity ratio C can easily be deduced from the overall structure and is considered to be constant and in selected cases can be defined as C = 1:
. Es erfolgt das Berechnen einer Temperatur Ti eines , The calculation of a temperature Ti is performed
ten Segmentes Pi aus den entsprechenden Lambert- Beerschen-Gesetz : th segment Pi from the corresponding Lambert-Beer's law:
Der Abstand zwischen Segmenten Δxi muss nicht äqu tant sein solange er bekannt ist: The distance between segments Δx i need not be equal as long as it is known:
4. Herleiten der jeweiligen Temperatur Ti+i jedes aufeinanderfolgenden Segmentes Pi+1 aus dem Ergebnis des vorhergehenden Segment Pi bis das letzte Segment PN berechnet wird: 4. deriving the respective temperature Ti + i of each successive segment P i + 1 from the result of the preceding segment P i until the last segment P N is calculated:
In einem 5. Schritt wird folgendes Ergebnis erhalten. Ein Satz von Temperaturen i für einen jeweiligen individuellen Segmentbereich Pi entlang einer Sichtlinie mit einem Raumteil mit heißem Gas beispielsweise von der Wand, an der die Erfassungseinrichtung 3 angeordnet ist, zu einer Turbinenschaufel Ts einer Gasturbine an der gegenüberliegenden Seite der Außenwand A der Gasturbine. Mit Bezug auf bekannte Verfahren zur Temperaturbestimmung mittels Integration wird auf den Stand der Technik [1] und [2] verwiesen: In a fifth step, the following result is obtained. A set of temperatures i for a respective individual segment area P i along a line of sight with a hot gas space part, for example, from the wall on which the detection means 3 is located to a turbine blade Ts of a gas turbine on the opposite side of the outer wall A of the gas turbine. With reference to known methods for determining temperature by means of integration, reference is made to the prior art [1] and [2]:
Zusammenfassend können die in Verbindung mit Figuren 6 bis 8 beschriebenen Schritte noch unter Berücksichtigung folgender Aspekte ausgeführt werden: In summary, the steps described in connection with FIGS. 6 to 8 can still be carried out taking into account the following aspects:
Es sollten zwei geeignete Absorptionslinien des Zielgases, die einem unterschiedlichen Temperaturgang aufweisen, ausgewählt werden. Derartige Linien müssen nicht zwangsläufig benachbart sein. Der Einbau einer geeigneten Lichtquelle 1 mit mindestens zwei vorteilhaften Wellenlängen zur Messung des jeweiligen Temperaturganges der zwei ausgewählten Absorptionslinien eines Gases G kann mittels einer sogenannten NDir- Technik ausgeführt werden. NDIR steht für Nicht Dispersiver Infrarot. Bei Verwendung einer derartigen Technik können
thermische Emitter mit passenden Filtern sowie LEDs oder Laser verwendet werden. Wahlweise kann die Wellenlänge der Lichtquelle 1 ebenso über zwei Absorptionslinien durchgestimmt werden, so dass man zur Spektroskopie ebenso verfahren wie TDLAS (Tunible Diode Laser Absorption Spectroscopy, übersetzt etwa Absorptionsspektroskopie mittels durchstimmbarer Laserdioden) oder WMS verwenden kann. Hierfür werden in der Regel Laser verwendet. Der Einbau einer geeigneten Optik 7 soll insbesondere der definierten Ausleuchtung des Gasraumes dienen. Ebenso soll eine geeignete Optik 7 eine definierte Aufnahme einer ausgeleuchteten Fläche oder ausgeleuchteten Oberfläche Ob ermöglichen. Besonders vorteilhaft sollten die Bereiche der Beleuchtung und der Aufnahme dicht beieinander liegen, so dass Lichtstrahlen annähernd den gleichen Weg von der Lichtquelle 1 zurück zur Erfassungseinrichtung 3 zurücklegen können. Mittels einer geeigneten Mechanik, die es ermöglicht, die zu beleuchtende Oberfläche Ob abzuscannen, um somit ein mehrdimensionales Profil der Temperatur zu ermöglichen, soll für jeden Winkel einen Strahlengang eindeutig zu- ordnen. Alternativ zu einem derartigen Scanbetrieb kann ebenso ein Detektor-Feld, wie beispielsweise ein Fotodioden-Feld oder ein Ladungskopplungsvorrichtungs-Feld verwendet werden. Auf diese Weise kann jeden Pixel des Feldes ein Strahlengang und damit eine Sichtlinie Si zugeordnet werden. Jeden Licht- strahl kann ein Punkt Pi auf einer Gasraumfläche zugeordnet werden. Bei ausreichender Auflösung ist ein Wegunterschied Dxi zwischen benachbarten Punkten Pi und Pi+1. Damit kann ein erfindungsgemäßes Auswerteverfahren ausgeführt werden und somit ein Temperaturprofil erzeugt werden. Dabei kann für einen beliebigen Gasraum ein Temperaturprofil messtechnisch erfasst werden . Two suitable absorption lines of the target gas, which have a different temperature response, should be selected. Such lines do not necessarily have to be adjacent. The installation of a suitable light source 1 with at least two advantageous wavelengths for measuring the respective temperature response of the two selected absorption lines of a gas G can be carried out by means of a so-called NDir technique. NDIR stands for Non-Dispersive Infrared. When using such a technique can thermal emitters are used with matching filters as well as LEDs or lasers. Optionally, the wavelength of the light source 1 can also be tuned over two absorption lines, so that one can proceed to spectroscopy as well as using TDLAS (Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy, translated as absorption spectroscopy using tunable laser diodes) or WMS. For this purpose lasers are usually used. The installation of a suitable optics 7 is intended in particular to serve for the defined illumination of the gas space. Likewise, should a suitable optics 7 allow a defined recording of a illuminated area or illuminated surface Ob. Particularly advantageously, the areas of the illumination and the recording should be close to each other, so that light rays can travel approximately the same way from the light source 1 back to the detection device 3. By means of a suitable mechanism, which makes it possible to scan the surface to be illuminated so as to enable a multi-dimensional profile of the temperature, a beam path should be unambiguously assigned for each angle. As an alternative to such a scan operation, a detector array such as a photodiode array or a charge coupled device array may also be used. In this way, each pixel of the field can be assigned a beam path and thus a line of sight Si. Each light beam can be assigned a point Pi on a gas space surface. With sufficient resolution, a path difference Dxi between adjacent points P i and Pi + 1 . Thus, an inventive evaluation can be performed and thus a temperature profile can be generated. In this case, a temperature profile can be detected by measurement for any gas space.
Figur 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens unter Verwendung eines beweglichen insbesondere rotierenden Sensors, der eine Lichtquelle 1 und eine Erfassungseinrichtung 3 aufweist. Figur 10 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei ein festpositionierter Sensor mit ei-
ner Lichtquelle 1 und einer Erfassungseinrichtung 3 zusammen mit einem festpositionierten Sensorfeld verwendet wird. FIG. 9 shows an exemplary embodiment of a method according to the invention using a movable, in particular rotating, sensor which has a light source 1 and a detection device 3. FIG. 10 shows an exemplary embodiment of a device for carrying out a method according to the invention, wherein a permanently positioned sensor with a ner light source 1 and a detection device 3 is used together with a fixed position sensor field.
Figur 11 zeigt ein Ausführungsbeispiel zu einem erfindungsge- mäßen Verfahren, wobei ein fester Sensor verwendet wird, dessen Lichtquelle 1 zusätzlich stroboskopisch ein und ausgeschaltet wird. So können ebenso bewegte Teile, beispielsweise in Ausgestaltung von sich bewegenden Turbinenschaufeln Ts mit entsprechend sich bewegenden beleuchteten Oberflächen Ob mit- tels des erfindungsgemäßen Verfahrens vermessen werden. Je nach eingestellter Phase der Stroboskopie können einzelne Turbinenschaufeln Tsi ausgewählt und beleuchtet werden. FIG. 11 shows an exemplary embodiment of a method according to the invention, wherein a fixed sensor is used whose light source 1 is additionally switched on and off stroboscopically. Thus, also moving parts, for example in the configuration of moving turbine blades Ts with correspondingly moving illuminated surfaces, can be measured by means of the method according to the invention. Depending on the set phase of stroboscopy, individual turbine blades Tsi can be selected and illuminated.
Figur 12 veranschaulicht noch einmal eine Übersicht über ein erfindungsgemäßes Verfahren. In einem ersten Schritt Stl erfolgt eine messtechnische Erfassung von Lichtintensitäten für jeweilige Messpunkte Pi auf einer beleuchteten Oberfläche Ob in einer Gasturbine. Mit einem zweiten Schritt St2 erfolgt eine Temperaturbestimmung aus der Ermittlung von Intensitäts- quotienten verschiedener Lichtwellenlängen. Mit einem dritten Schritt St3 kann in einem Raum zwischen einer beleuchteten Oberfläche Ob und der Erfassungseinrichtung 3 eine jeweilige Gastemperatur i berechnet werden. [1] Ronald K. Hanson, Jay B. Jeffries, Diode Laser Sensors for Ground Testing, 25th AIAA Aerodynamic Measurement Technology and Ground Testing Conference 5 - 8 June 2006, San Francisco, California. [2] CS. Goldenstein et al . , Proc . Combus . Inst. (2014), http: //dx.doi .org/10.1016/j .proci .2014.05.027.
FIG. 12 once again illustrates an overview of a method according to the invention. In a first step Stl, a metrological detection of light intensities for respective measuring points P i takes place on an illuminated surface Ob in a gas turbine. With a second step St2, a temperature determination ensues from the determination of intensity quotients of different wavelengths of light. With a third step St3, a respective gas temperature i can be calculated in a space between an illuminated surface Ob and the detection device 3. [1] Ronald K. Hanson, Jay B. Jeffries, Diode Laser Sensors for Ground Testing, 25th AIAA Aerodynamic Measurement Technology and Ground Testing Conference 5 - 8 June 2006, San Francisco, California. [2] CS. Goldenstein et al. , Proc. Combus. Inst. (2014), http: //dx.doi .org / 10.1016 / j .proci .2014.05.027.
Claims
1. Verfahren zur berührungslosen Messung eines Temperaturprofils eines Gases in einem Raum, 1. A method for non-contact measurement of a temperature profile of a gas in a room,
wobei mittels einer Lichtquelle Lichtstrahlen mit jeweiligen Wellenlängen eine den Raum innen begrenzende Oberfläche beleuchten (St1), wobei Punkte (Pi mit i = 1...N) der beleuchteten Oberfläche mittels einer eindeutigen jeweils eine Länge (Ii) aufweisenden Sichtlinie (Si) von der Lichtquelle und zurück zu einer Erfassungseinrichtung von dieser einzeln erfassbar sind; mittels einer Rechnereinrichtung für jeden Punkt (Pi) mittels eines Quotienten zweier erfasster Intensitäten zweier zueinander ähnliche Wellenlängen aufweisenden Lichtstrahlen ein Bestimmen der Temperatur (St2) des von der jeweiligen Sichtlinie (Si) durchlaufenden Gases ausgeführt wird; wherein by means of a light source light beams with respective wavelengths illuminate a surface bounding the space inside (St1), points (P i with i = 1 ... N) of the illuminated surface by means of a unique line of sight (Si) each having a length (Ii) from the light source and back to a detection device are individually detectable by the latter; by means of a computer device for each point (P i ) by means of a quotient of two detected intensities of two mutually similar wavelengths having light rays determining the temperature (St2) of the respective line of sight (S i ) passing gas is executed;
mittels der Rechnereinrichtung für eine Vielzahl von Punkten (Pi) der Oberfläche ein Bestimmen von Tempera- turen (St3) des Gases zwischen der Oberfläche einerseits und der Erfassungseinrichtung andererseits ausgeführt wird. By means of the computer device for a plurality of points (P i ) of the surface, a determination of temperatures (St3) of the gas between the surface on the one hand and the detection device on the other hand is carried out.
2. Verfahren nach Anspruch 1, 2. The method according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
mittels der Rechnereinrichtung für einen jeden einzelnen Abschnitt einer Sichtlinie jeweils die Temperatur des Gases berechnet wird. the temperature of the gas is calculated in each case by means of the computer device for each individual section of a line of sight.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, 3. The method according to claim 1 or 2,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
die für einen zu einem mittels der Erfassungseinrichtung vorgebaren Mittelpunkt nächstgelegenen ersten Punkt (Pi) und für weitere ausgehend von dem ersten Punkt (Pi) entlang einer Scanlinie der Oberfläche angeordnete weitere Punkte (P2...PN) jeweils bestimmte Tempe¬ ratur einem in einem durch den Mittelpunkt, die Sichtlinie (Si) , die vorangehende Sichtlinie (Si-1) , die letz-
te Sichtlime (SN) und der Scanlinie definierbaren Teilbereich vorhandenen Gas zugeordnet wird. for any nearest to a predeterminable by means of the detecting means midpoint first point (Pi) and further from the first point (Pi) along a scan line of the surface disposed more points (P 2 ... PN) in each case certain Tempe ¬ temperature a in one through the center, the line of sight (S i ), the previous line of sight (S i-1 ), the last te visual lime (S N ) and the scan line definable subrange is assigned to existing gas.
4. Verfahren nach Anspruch 3 , 4. The method according to claim 3,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
für den ersten Punkt (P1) der Teilbereich als Kreissektor ausgehend von dem Mittelpunkt mit einem Radius als die Hälfte der Länge der ersten Sichtlinie (Si) und begrenzt durch die erste Sichtlinie (Si) und die letzte Sichtlinie (SN) definiert wird. for the first point (P 1 ) the subregion is defined as a circular sector starting from the midpoint with a radius of half the length of the first line of sight (Si) and bounded by the first line of sight (Si) and the last line of sight (S N ).
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, 5. The method according to claim 3 or 4,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
für die weiteren Punkte (P2...PN) der jeweilige Teilbe¬ reich als Kreisringteil ausgehend von dem Mittelpunkt mit einem äußeren Radius als die Hälfte der Länge der Sichtlinie (Si) , einem inneren Radius als die Hälfte der Länge der vorangehenden Sichtlinie (Si-1) und begrenzet durch die Scanlinie und die letzte Sichtlinie (SN) definiert wird. to the other points (P 2 ... P N) of the respective Teilbe ¬ rich as a circular ring part starting from the center to an outer radius than half the length of the line of sight (S i), an inner radius than half of the length of the preceding Line of sight (S i-1 ) and limited by the scan line and the last line of sight (S N ) is defined.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass 6. The method according to any one of the preceding claims 3 to 5, characterized in that
das Bestimmen von Temperaturen des Gases für eine Viel zahl von Scanlinien der Oberfläche ausgeführt wird. determining temperatures of the gas for a plurality of scanning lines of the surface is performed.
7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, 7. The method according to any one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
die Lichtquelle zur Nutzung bewegter oder bestimmter Oberflächen stroboskopisch ein- und ausgeschaltet wird the light source for using moving or certain surfaces is strobed on and off
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 8. The method according to any one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
in einer Außenwand des Raumes mindestens eine Öffnung mit einem Fenster ausgebildet ist, durch das die Licht quelle sendet und/oder die Erfassungseinrichtung er- fasst .
in an outer wall of the space, at least one opening is formed with a window through which the light source transmits and / or detects the detection device.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that
die Lichtquelle eine Laserdiode, eine Leuchtdiode oder ein thermischer Emitter mit Filterelementen ist. the light source is a laser diode, a light emitting diode or a thermal emitter with filter elements.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that
die Erfassungseinrichtung eine Fotodiode, ein Fotodio- den-Array oder ein CCD-Array oder -Matrix ist. the detector is a photodiode, a photodiode array, or a CCD array or array.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 11. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that
mittels mindestens einer Optik die Oberfläche punktuell beleuchtet und/oder ein jeweiliger Punkt Pi erfasst wird . the surface is selectively illuminated by means of at least one optical system and / or a respective point Pi is detected.
12. Verfahren nach Anspruch 11, 12. The method according to claim 11,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
die Größe der Optik kleiner als die Größe der beleuchteten Oberfläche ist. The size of the optics is smaller than the size of the illuminated surface.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 13. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that
die Abstände der Punkte Pi zueinander und/oder die Länge der Abschnitte verschieden ausgewählt werden. the distances of the points Pi to each other and / or the length of the sections are selected differently.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 14. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that
mittels der Rechnereinrichtung die jeweilige Länge Ii einer Sichtlinie Si aus einer bekannten Geometrie des Raumes und/oder des die Oberfläche bildenden Objektes, insbesondere der Turbinenschaufel, berechnet wird. the respective length Ii of a line of sight Si from a known geometry of the space and / or of the surface forming object, in particular of the turbine blade, is calculated by means of the computer device.
15. Vorrichtung zur berührungslosen Messung eines Temperaturprofils eines Gases (G) in einem Raum, wobei mittels einer Lichtquelle (1) Lichtstrahlen mit jeweiligen Wellenlängen eine den Raum innen begrenzende Oberfläche (Ob) , insbesondere einer Turbinenschaufel
(Ts) , beleuchten, wobei Punkte (Pi mit i = 1...N) der beleuchteten Oberfläche mittels einer eindeutigen jeweils eine Länge (Ii) aufweisenden Sichtlinie (Si) von der Lichtquelle (1) und zurück zu einer Erfassungseinrich- tung (3) von dieser einzeln, insbesondere als Pixel, erfassbar sind; 15. A device for non-contact measurement of a temperature profile of a gas (G) in a room, wherein by means of a light source (1) light beams with respective wavelengths a surface bounding the space inside (Ob), in particular a turbine blade (Ts), where points (P i with i = 1... N) of the illuminated surface by means of a unique line of sight (Si) each having a length (Ii) from the light source (1) and back to a detection device (3) detectable by the latter individually, in particular as pixels;
mittels einer Rechnereinrichtung (5) für einen jeweiligen Punkt (Pi) mittels eines Quotienten zweier erfass- ter Intensitäten zweier zueinander ähnliche Wellenlän- gen aufweisenden Lichtstrahlen ein Bestimmen der Temperatur des von der jeweiligen Sichtlinie (Si) durchlaufenden Gases ausgeführt wird; by means of a computer device (5) for a respective point (P i ) a determination of the temperature of the gas passing through the respective line of sight (S i ) is carried out by means of a quotient of two detected intensities of two light beams having similar wavelengths;
mittels der Rechnereinrichtung (5) für eine Vielzahl von Punkten (Pi) der Oberfläche ein, insbesondere mit- tels Integrierens erfolgendes, Bestimmen von Temperaturen des Gases zwischen der Oberfläche einerseits und der Erfassungseinrichtung (3) andererseits ausgeführt wird . by means of the computer device (5) for a multiplicity of points (P i ) of the surface, in particular by means of integration, determining temperatures of the gas between the surface on the one hand and the detection device (3) on the other hand.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, 16. The device according to claim 15,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
die Lichtquelle (1) zur Nutzung bewegter oder bestimmter Oberflächen (Ob) ein Stroboskop ist. the light source (1) for using moving or certain surfaces (ob) is a stroboscope.
17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, 17. Device according to claim 15 or 16,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
in einer Außenwand (A) des Raumes mindestens eine Öffnung mit einem Fenster (F) ausgebildet ist, durch das die Lichtquelle (1) sendet und/oder die Erfassungseinrichtung (3) erfasst. in an outer wall (A) of the space, at least one opening with a window (F) is formed through which the light source (1) transmits and / or detects the detection device (3).
18. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 15 bis 17, 18. Device according to one of the preceding claims 15 to 17,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
die Lichtquelle (1) eine Laserdiode, eine Leuchtdiode oder ein thermischer Emitter mit Filterelementen ist.
the light source (1) is a laser diode, a light-emitting diode or a thermal emitter with filter elements.
19. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche19. Device according to one of the preceding claims
15 bis 18, 15 to 18,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
die Erfassungseinrichtung (3) eine Fotodiode, ein Foto- dioden-Array oder ein CCD-Array oder -Matrix ist. the detection device (3) is a photodiode, a photo diode array or a CCD array or matrix.
20. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche20. Device according to one of the preceding claims
15 bis 19, 15 to 19,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
mittels mindestens einer Optik (7) die Oberfläche punktuell beleuchtet und/oder ein jeweiliger Punkt Pi er- fasst wird. by means of at least one optical system (7) the surface is selectively illuminated and / or a respective point Pi is detected.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, 21. Device according to claim 20,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
die Größe der Optik (7) kleiner als die Größe der beleuchteten Oberfläche ist.
the size of the optics (7) is smaller than the size of the illuminated surface.
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