WO2019081060A1 - Device and method for determining the air velocity - Google Patents

Device and method for determining the air velocity

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WO2019081060A1
WO2019081060A1 PCT/EP2018/000487 EP2018000487W WO2019081060A1 WO 2019081060 A1 WO2019081060 A1 WO 2019081060A1 EP 2018000487 W EP2018000487 W EP 2018000487W WO 2019081060 A1 WO2019081060 A1 WO 2019081060A1
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particles
emitter
air
arrangement
detector
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Application number
PCT/EP2018/000487
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German (de)
French (fr)
Inventor
Ali SHAMSADDINLOU
Zachary WINTER
Original Assignee
Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule (Rwth) Aachen
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Filing date
Publication date
Application filed by Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule (Rwth) Aachen filed Critical Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule (Rwth) Aachen
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P5/00Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
    • G01P5/18Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring the time taken to traverse a fixed distance
    • G01P5/20Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring the time taken to traverse a fixed distance using particles entrained by a fluid stream

Definitions

  • the invention relates to an air velocity measuring device and a method for air velocity measurement.
  • Such devices and methods are described e.g. used to measure the air velocity relative to an object, e.g. a vehicle, e.g. an aircraft, and more preferably an aircraft or helicopter.
  • an object e.g. a vehicle, e.g. an aircraft, and more preferably an aircraft or helicopter.
  • the air speed measuring device according to the invention can thus be used preferably on moving objects in the surrounding air.
  • the device can also be used on a stationary object, e.g. on an object in a wind tunnel or a
  • Wind turbine e.g. at the nacelle or wing / rotor blade.
  • Air speed relative to the aircraft in order to ensure an aerodynamically stable behavior of the aircraft.
  • pitot tubes are known to measure the air velocity. These are based on the principle of
  • Air speed measuring device and a method for measuring air speed
  • Speed of air flow relative to a stationary or moving object preferably a vehicle, and especially an aircraft such as a vehicle. an aircraft or helicopter can be determined.
  • the invention provides for the application to moving vehicles that a
  • air velocity measuring device is carried with a vehicle, or this is part of the vehicle and the method during operation of the vehicle, in particular during a flight is performed.
  • stationary objects e.g. Wind turbines or objects in wind tunnels a simple and reliable
  • a stationary object is understood as being attached to a place of the earth, even if it has moving parts itself, e.g. in a wind turbine is the case.
  • an air velocity measuring device comprising an emitter arrangement, with which time-controlled, in particular pulsed, particles can be emitted, in particular subatomic or atomic or molecular particles, preferably charged subatomic, atomic or molecular particles, and at least one detector arrangement spaced apart from the emitter array, in particular at least one in a direction of air flow to the emitter array spaced detector array, with the of
  • Emitter array emitted and mitbewegte with an air flow particles are detectable and an evaluation unit which is set up the
  • the object of the invention is achieved in that by means of an emitter arrangement, time-controlled, in particular temporally pulsed, particles are emitted be, preferably subatomic, atomic or molecular particles, more preferably charged subatomic, atomic or molecular particles, which are moved with the flowing air from the emitter assembly towards at least one detector arrangement spaced from the emitter array and the time is detected by the at least one detector array, which require the particles to travel a known length of a measurement path.
  • This measuring section which cover the particles as they move along in the flowing air, may preferably be arranged between the emitter arrangement and a detector arrangement and / or between two detector arrangements, in particular between two in the direction of flow
  • Detector arrangements may be formed.
  • Emitter array and one or more detector arrays or between two or more detector arrays is known.
  • the respective lengths of the measuring sections are stored, for example, for calculating the speed in the evaluation unit.
  • the at least one detector arrangement may preferably be set up to generate a detection pulse when the particles reach the detector arrangement, in particular are thus detected by it, e.g. if these are the
  • Air velocity generated secondary effect such as a dynamic pressure generated, which depends on other factors, such as the tube opening, but the velocity of the air is measured directly by measuring the time, which need moving with the air particles for the return of the selected measuring section.
  • any timed, in particular pulsed operated release of particles a plurality of particles in particular thus to release a cloud of particles from the emitter assembly.
  • the evaluation unit which carries out the calculation of the speed from the time interval of the drive pulse and a detection pulse and / or between two detection pulses, can also be set up here
  • the evaluation unit can then be supplied with the externally generated control pulse and the detection pulse and / or the two necessary detection pulses in order to determine their respective time interval.
  • a device based on the measuring principle of the invention is just by generating a particle variety not susceptible to possible icing or other cross-sectional changes in the measuring section, because even with a reduction of the outlet opening of the emitter array or the inlet opening or generally the measuring cross section of the detector array emits and detects particles may be, with any cross-sectional changes do not affect the determined speed, but at most on the number of emitted and / or detected particles, so that only the height of the
  • Particle Detection indicating signal is changed. However, regardless of its amplitude or intensity, the correct air velocity is always determined from the measured signal, since the change in the cross section does not influence the time of flight of the particles, which may be reduced in number compared to a normal operation.
  • the height of the detected signal it is also possible from the height of the detected signal to draw conclusions on a possible external influence of the measuring path, e.g. by glaciation during flight operation, so that also depending on the signal height of the at least one detection arrangement, e.g. at
  • Falling below a signal threshold in time countermeasures can be initiated, for example, an active heating of the emitter assembly and / or detector arrangement or in the worst case that an aircraft is driving to the nearest airport.
  • the device according to the invention may be heatable, e.g. on
  • heating element in particular to prevent icing or to remove an existing.
  • the invention may also provide in the
  • the invention can provide that the measuring path is formed between the emitter arrangement and one
  • pulsed activation of the emitter arrangement to effect the release of particles, preferably of ions, that is to say charged atoms or molecules, from the emitter arrangement.
  • Pulsed driving of the emitter array initiates a time measurement which is terminated when the particles emitted by the emitter array have a, e.g. reach a single detection arrangement and the arrival there detected by the detection arrangement and through this a corresponding
  • Detection signal is generated.
  • the time of flight is known, which required the particles to the known measuring distance between emitter and
  • the invention may also provide for forming the measurement path between two or more detector arrays. Again, a number of particles, in particular a cloud of particles discharged by driving the emitter assembly from this and out with the air flow to the first detection arrangement, which indicates the arrival by a first detection signal.
  • the invention can provide here that the particles at least one in
  • a time measurement can be started by the first detection signal, which is terminated by a second detection signal.
  • the airspeed of the particles between the detection arrangements and thus the air velocity can be determined according to the aforementioned relationship.
  • Detection arrangements can also be designed such that the air and the particles moved with it flow past the detection apparatus. This also offers a low air resistance and preferably an influence of the detection device on the particle cloud is avoided.
  • a detection arrangement represents a baffle surface, which is streamed by the air, through which the particles are captured.
  • a baffle can thus be part of a measuring sensor, with which the arrival of the particles is detected.
  • the invention can provide uncharged particles, in particular atoms or molecules of a known mass, from one Emitter assembly in the air flow release. Preference is then given to emitting those particles which do not occur in the air, whose velocity is not measured, or only to a small extent at most.
  • the emitter assembly may be connected to a gas reservoir of such particles, and a gas valve of the emitter assembly may be pulsed to discharge a number, especially a cloud, of such particles from the emitter assembly.
  • a detector arrangement suitable for such particles may e.g. comprise at least one mass spectrometer.
  • the invention may provide a
  • Mass position which corresponds to the mass of the particles used in the
  • charged particles e.g.
  • subatomic charged particles such as e.g. To use electrons or atomic or molecular ions and produced in the emitter assembly such charged particles and controlled to release or to let already existing charged particles of a particle source present in the emitter assembly pulsed escape from the emitter array.
  • the emitter arrangement comprises a continuously emitting particle source and a timed particle trap, wherein the emission of .mu.s by an activation of the particle trap
  • Particles from the emitter assembly is effected, in particular pulsed effected.
  • the particle source can emit electrons, for which the
  • Particle source for example, a glowing element, preferably may comprise a glowing wire from which electrons emerge.
  • a glowing element may be part of an electrode arrangement between which an electrical potential is applied to apply the work function of the electrons, that is, the energy necessary to cause electrons to emit from the element.
  • the particle source can also emit charged particles resulting from radioactive radiation decay, in particular charged alpha particles or even electrons (beta particles). For this, the
  • alpha emitter e.g. by americium 241.
  • the controlled, in particular pulsed discharge of charged particles can be realized by a particle trap realized in the emitter arrangement.
  • a particle trap may be formed by a timed electrical and / or magnetic field, e.g. that is, by spaced electrodes or by at least one electromagnet. So can with such
  • Particle traps e.g. causes only at the time of pulsed
  • the particle trap can comprise an electric field that is formed between two or more electrically controllable electrodes.
  • the electrodes emitted by the particle source may be deflected and captured in an on-electric field.
  • a pulsed elimination of the electric field By a pulsed elimination of the electric field, a temporal window is created, in which the
  • Electrons can leave the emitter assembly, so that an electron cloud is formed, which is discharged from the emitter assembly and is guided with the air flow to the detector assembly.
  • the invention can also provide for realizing the particle trap with a pulsed magnetic field. For example, if the magnetic field is not turned on, the particles emitted by the particle source are trapped. By pulsed switching a magnetic field that is traversed by the particles may be pulsed to deflect a number of particles, eg alpha particles, through the then acting Lorentz force and thus be discharged from the emitter array, after which the particles are entrained with the airflow.
  • the arrangement has the advantage that when using a radioactive source that does not emit exclusively alpha particles, the uncharged radioactive particles or even electrons are always trapped.
  • the invention may also provide that the emitter assembly comprises a pulsed emissive particle source.
  • a glow element may be pulsed to emit electrons for emission.
  • the emitter arrangement comprises a pulsed driven light source, e.g. a laser, in particular a laser diode comprises, are triggered with the pulsed on the effect of the photoelectric effect electrons from a lighted element. With such a design of the emitter arrangement, a particle trap can be dispensed with.
  • the invention may provide, particularly preferably in the abovementioned particle types, that the particles can be emitted into the air stream perpendicular to the direction of airflow by means of the emitter arrangement.
  • the emitter arrangement can be arranged offset to the air flow perpendicular to the direction of air flow, in particular under a surface of the device
  • Velocity vector of this airspeed is oriented perpendicular to the direction of the air flow to be measured and thus does not distort the air velocity measurement.
  • Emitter assembly be positioned within the wing of the aircraft and the Emit particles perpendicular to the wing surface out of the wing.
  • the emitter assembly may be under a surface of a
  • Carrier element may be arranged on / in which also at least the
  • Such a carrier element may e.g. Part of a housing wall of an object relative to which the air velocity is to be measured.
  • the invention may provide in this application and also with general validity that the discharge of the particles from the emitter array, although perpendicular to a surface in parallel flow over the air flow, e.g. the wing surface or the surface of a support element takes place, but not in the plane of this surface, but at a distance from the surface, in particular so as to avoid a falsification of the speed measurement by the near-surface boundary region of the flow, where the
  • the emitter array may be disposed at least partially below the surface of a wing of an aircraft or other carrier element, but the emission opening of the emitter array from which the particles exit into the air stream is positioned at a distance from the surface. In particular, this distance can be greater than 5 cm.
  • the at least one detector array perpendicular to
  • the particles are thus preferably detected in the flyby of the detector array.
  • the detector can monitor / evaluate a physical quantity which changes as the particles fly by, e.g. a capacitance, an electric or magnetic field.
  • the particles passing by thus induce an observable effect in the detector arrangement, preferably without being influenced by the detector arrangement itself.
  • the invention may also provide that the
  • Emitter assembly is traversed by air and with the emitter assembly
  • Ingredients e.g. Atoms and / or molecules of the air of the air stream are timed ionizable.
  • the emitter arrangement can flow through this air
  • controllable electrode assemblies include.
  • An emitter arrangement of this type is preferably permeable in the direction of the air flow to be measured.
  • the emitter arrangement may be formed as a tubular element that is permeated by the flow. The flow is e.g. through a couple of
  • Led electrodes that may be arranged in the tubular member.
  • a high voltage pulse in particular more than 5 kV, a cloud of ionized air can be generated, which is carried along with the air flow according to its original direction and can be detected with a detection arrangement.
  • the invention may also provide for the use of other ionized air generators in such an emitter arrangement.
  • a detection device used in the device according to the invention or several thereof is selected as a function of the one to be detected
  • the at least one detector arrangement comprises at least one mass spectrometer which is tuned to the mass of the particles used.
  • the invention may provide that the emitter array at least one
  • Coil element comprises, through which the emitted particles can be passed with the air flow, in particular wherein the at least one
  • Coil element surrounds an air-flow pipe.
  • Such a coil element may e.g. be formed of only a single circular winding or by several.
  • the charged particles passing through the at least one coil element represent a pulsed current which induces an induced current
  • Emitter arrangement causes the time of flight and from this according to the aforementioned relationship, the airspeed.
  • Housing may be arranged, e.g. is arranged on a support element.
  • the invention may also provide that the detector arrangement comprises at least one electrically conductive baffle.
  • the detector arrangement comprises at least one electrically conductive baffle. The impact of the charged particles on this baffle surface results in a charge increase on the
  • the time interval of the charge increase after the triggering pulse which releases the charged particles from the emitter assembly represents the time of flight from which the air velocity can be calculated.
  • the invention can provide the baffle after each Measurement, or to unload each re-release of charged particles from the emitter assembly.
  • a detector arrangement may also comprise an electrode arrangement of at least two electrodes, between which an electric field is generated.
  • the electrodes may preferably be arranged so that the air can flow between them. Through the field, the charged particles are drawn onto one of the electrodes, and can thus be detected depending on the evaluation as a current and / or voltage pulse.
  • a detector arrangement comprises a plurality of particle detectors distributed in space.
  • these can be provided that a detector arrangement comprises a plurality of particle detectors distributed in space.
  • Particle detectors have a spatial distribution in one or more planes perpendicular to a connection direction between an emitter array and the detector array.
  • the particle detectors may form an annular configuration, preferably at the same angular distance from each other.
  • the particle detectors may e.g. be arranged inside and / or outside on the circumference of a tube through which flows through the air or outside on the circumference of a pen flowing around the air. It is thus also possible to detect three-dimensional velocity profiles and / or to reliably detect velocities, even if the distance direction between emitter arrangement and detector arrangement does not correspond exactly to the direction of air flow.
  • An emitter arrangement in particular if it is not under an air-overflowed surface and / or one or more detector arrays can each be arranged in a housing whose outer flow around the housing walls in the form of streamlined, so in particular
  • such a housing may be formed drop-shaped in cross-section parallel to the flow direction of the air.
  • the drive pulse in particular has a non-negligible pulse width, as described above, a plurality of particles is released and thus a cloud of particles is formed, which inevitably has an expansion
  • a detection signal will thus have a given signal level and a signal width, in particular because not all particles are detected exactly at the same time.
  • the invention may provide for the time between a selected edge, e.g. the rising edge of e.g. rectangular drive pulse and a predetermined relative signal level, e.g. 50% of the signal height or even 100% of the signal height of the detection peak, ie the maximum of the
  • predetermined limit charge are detected, in particular based on the timing is stopped.
  • adjustable Schmitt trigger at which signal level, the timing starts at the drive pulse and ends at the detection pulse.
  • the length of the measuring path is many times greater than the extent of a particle cloud, so that the signal shape of the drive pulse and the detection pulse, in particular their width, and the start and end of the time measurement defined therein no harmful falsification of the time measurement results.
  • measuring distances are chosen so that they are greater than 1 mm, more preferably greater than 1 cm, more preferably greater than 5 cm, even more preferably greater than 10 cm.
  • Drive pulses may have, for example, a repetition frequency of greater than 1 Hz, preferably greater than 100 Hz, more preferably greater than 1 kHz, and even more preferably greater than or equal to 10 kHz. All possible embodiments of the invention can provide that the emitter arrangement and the at least one detection arrangement are stationary on a stationary or moving object, eg a vehicle, in particular
  • Aircraft are attached, e.g. immovable on and / or under the wing or fuselage or even on a nacelle or a rotor blade / wing one
  • the emitter arrangement and the at least one detector arrangement are preferably spaced apart in one direction, which the
  • Longitudinal direction of the respective object e.g. corresponds to the hull of the vehicle or the nacelle of the wind turbine.
  • Device is rigidly mounted on the object in accordance with its longitudinal axis.
  • the invention can provide that the device comprises a carrier element on / in which the
  • the carrier element comprises at least one tail, in particular which is designed as a standing up from the support member fin and the
  • Carrier element is rotatably hinged to a base member, in particular the articulation point is arranged in the air flow direction in front of the emitter assembly, preferably also on the common extension line.
  • the air flow itself causes the guide element to generate a force on the carrier element with which the carrier element is rotated around the articulation point into the flow in such a way that it runs parallel to the rectilinear extent between the emitter arrangement and the at least one detector array is oriented.
  • the device according to the invention itself correct to always make the speed measurement parallel to the air flow.
  • the base element against which the support element rotates may be part of any object, e.g. of an aircraft or
  • Base member may be formed by the wing or a part thereof opposite the then the support member can rotate.
  • the invention can provide that the carrier element is guided with a space spaced from the articulation area in an arcuate guide groove.
  • the position of the carrier element in the guide groove can be detected by sensors.
  • the guide can be omitted in a groove.
  • the optional sensory measurement of the position of the support element relative to the base element a deviation of the extent of the object, e.g. the aircraft fuselage longitudinal extent of the air flow direction
  • the object extension can thus be corrected, in particular the aircraft fuselage longitudinal extension, e.g. be aligned by controlling the pilot or by correcting the autopilot control, parallel to the air flow, in particular such that a deviation of the aircraft fuselage longitudinal extension
  • Carrier element is reduced from a desired position.
  • the wind direction relative to the device can be determined by the rotational position measurement Basic element to be determined.
  • the orientation of another device carrying or receiving the base member may be relative to
  • the rotor blades or the gondolas of wind turbines can be aligned relative to the measured wind direction, in particular wherein the wind turbines are set in operation and / or out of operation depending on the measured wind speed.
  • the invention can provide for an aircraft to have on the wings pairs of two devices of the type according to the invention, which face one another on the wings above and below. It is thus possible by means of such a device to measure the air velocity above and below at least one wing of the aircraft. For example, can at
  • the emitter arrangement at the tip region of one of the air flow may also be provided that the emitter arrangement at the tip region of one of the air flow
  • Longitudinal extension direction is at least substantially parallel to the air flow, wherein the at least one detector array spaced from the tip region is arranged annularly in the circumferential direction of the pin around the pin surface around.
  • the tip portion of the pin can be formed tapered, in particular wherein the emitter assembly on / in the maximum tapered beginning of Tip area is arranged.
  • the at least one detector arrangement is subdivided in the circumferential direction into a plurality of detectors, in particular equiangularly spaced. This opens up even with this constructive design of the device as a pen the ability to detect three-dimensional velocity profiles or secure
  • the pin may be hollow, thus in effect forming a tube, wherein the emitter assembly is arranged in the tip region, in particular in / on the tapered tip region, around a flowed through by the air flow opening of the hollow pin around.
  • the hollow pin may include in its interior a dynamic pressure sensor or the hollow pin is part of a pitot tube.
  • FIG. 1 illustrates the basic principle of the invention.
  • a control pulse 2 in this case a square pulse 2 is generated by means of an evaluation unit 1.
  • drive pulses 2 can preferably be generated periodically repeating, so that the measurement method is likewise carried out periodically.
  • an emitter assembly 3 is driven, which is thereby caused, a number of particles 4, preferably charged
  • Release particles 4 e.g. Electrons or alpha particles, or neutral / charged atomic or molecular particles.
  • Detector arrangement 7 moves and generate at the detector assembly 7, a pulse-shaped detection signal 8, which is the evaluation unit 1 is supplied.
  • the detection signal 8 is here also visualized as a rectangular pulse, but it can also be a different pulse shape, such as a Gaussian form.
  • the square-wave pulse on which the evaluation is based can also be formed, for example, by a Schmitt trigger logic from a pulse of another pulse shape. In principle, any pulse shape of the detected pulse 8 may be subject to evaluation.
  • the evaluation unit 1 determines that the detected pulse 8 has arisen a time ⁇ after the drive pulse 2, and accordingly this time ⁇ t corresponds to the time of flight of the particles 4 between the emitter arrangement 3 and the detector arrangement 7.
  • the evaluation unit 1 can communicate to the outside, e.g. Show.
  • FIG. 2 shows schematically a possible realization of the device in a plan view. Visible is a support member 9, on or in which the
  • Emitter array 3 and also at least one detector unit 7 is arranged.
  • air flow 5 are again not shown here particles according to the arrows 6 after release from the emitter assembly 3 to
  • FIG. 3A shows these
  • the embodiment shown in Figure 2 has a flow direction in front of the
  • the rear end 9a of the support element 9 in the flow direction is guided in this embodiment in a groove 11, for example by a in the groove from the bottom the basic element 9 projecting pin.
  • the groove 11 can in a
  • Base element 12 may be arranged, on which also the articulation takes place at the articulation point 10.
  • Base element 12 may be the basic element 12 of the wings of a
  • a fin 13 which serves as a tail and automatically aligns the carrier element 9 and arranged thereon emitter array 3 and detector array 7 parallel to the air flow 5. Compared to a desired position, which is visualized by a dashed line 14, this results in a
  • the angular deviation ⁇ can be detected, e.g. by a in the
  • Guiding 11 realized sensor or by a sensor that detects the angle ⁇ in the pivot point 10. On the basis of the measured value of the angular deviation, e.g. to intervene in the control of a vehicle, in particular of an aircraft, to reduce the angular deviation or the orientation of any other device may be changed, in particular these are turned into the wind.
  • Cross-section substantially drop-shaped.
  • FIGS 3B and 3C show different embodiments of
  • Detector assembly 7 in the direction of air flow.
  • the detector arrangement 7 is impermeable to the flow of air.
  • the flowed-on surface of the detector arrangement 7 can form a baffle surface on which the particles 4 impinge and are thereby detected, for example by a charge accumulation on the baffle surface, if they are charged particles.
  • the detector arrangement 7 is permeable to the air flow.
  • the detector assembly 7, a tube 7 a, which is flowed through.
  • At least one sensor may be arranged on the inner wall of the tube 7a or around it, in order to detect the arrival, in particular the flying, of the particles.
  • FIGS. 3B and 3C also illustrate that the emitter arrangement 3, in particular its outlet opening perpendicular to the air flow 5, can be wider than the inlet opening or impact surface of the detector unit 7. Particle clouds can thus be generated which are wider than the inlet opening or impact surface.
  • FIG. 4A shows the articulation point 10 between the base element 9 and a basic element 12 shown symbolically by dashed lines.
  • FIG. 4A furthermore shows a modification in which the emitter arrangement 3 is also positioned above the surface of the carrier element 9 and thus the
  • Emitter assembly 3 is flowed through by the air 5. Particles 4 can be released in the emitter assembly 3 and carried with the air stream 5 to hit the detector assembly 7.
  • Emitter arrangement 3 and detector arrangement 7 can each have an air-flow-through pipe 3a or 7a according to FIG. 4B.
  • the respective outer casing shapes may be the same in both arrangements 3.7.
  • Figure 5 shows an embodiment of a possible emitter arrangement 3, e.g. one of Figure 4A.
  • Emitter assembly 3 comprises an electrode assembly having electrodes 3b between which an electric field can be pulsed with voltage supply 3c to pulsatically pulse air molecules or atoms in the flowing air.
  • the emitter assembly 3 of this type thus generates charged Particles directly from the air flowing through, then with a
  • Detector arrangement can be detected.
  • Figure 6A shows an emitter assembly 3 recessed beneath an overflow surface 15, e.g. the surface of a wing or a carrier element of Figures 2 to 4.
  • the emitter assembly 3 comprises a recess 3b in which an electron-emitting, e.g. glowing element 3c is arranged, which is energized for this purpose by means of a power supply 3d.
  • the power supply can be operated pulsed.
  • an electrode arrangement 3d can be arranged around the electron-emitting element 3c, with which an electric field E can be generated.
  • the electrodes may be e.g. be formed by permeable networks.
  • field E e.g. the
  • the field E between the electrodes 3d can be switched off pulsed.
  • the already released electrons 4 are then no longer captured, but can leave the area of the electrodes 3d and out of the
  • Emerge emitter assembly 3 according to Figure 6A in a direction 16 perpendicular to the flow direction 5 of the air.
  • FIG. 6C shows a design of an emitter arrangement 3 as a pulsed one
  • FIG. 7 shows an arrangement in which the emitter arrangement 3 comprises a radioactively decaying material supply 3e which emits charged alpha particles, as well as optionally gamma radiation.
  • the emitter assembly has a shield against the emission of radiation, if it is based on the particle generation by radioactive decay.
  • Material supply and / or the area of a particle trap have a lead jacket.
  • a pulsed magnetic field can be generated by means of a magnetic field that is visualized by a symbolically represented electromagnet arrangement 3 f, whereby a Lorentz force acts on the moving alpha particles 4 during the turn-on time, which are thereby deflected out of the emitter arrangement and these according to the arrows 16 Leave perpendicular to the air flow 5 and then carried along by this.
  • FIG. 8 visualizes a possible embodiment of a detector arrangement 7.
  • the latter comprises an air-flow-through tube 7 a, which is surrounded by a coil 7 b.
  • the charged particles 4, as they fly through the tube 7b, constitute a time-varying current which leads to an induced voltage in the coil 7b and represents the pulse-shaped detection signal.
  • the dashed lines 7c symbolize an electrode arrangement which serves to draw charged particles 4 onto one of the electrodes 7c and thereby detect them.
  • Electrode assembly 7c is to be understood as an alternative to coil 7b, but shown for simplicity in the same Figure 8.
  • the illustrated dashed lines 7c may also symbolize a mass spectrometer as another
  • the flowed-on surface 7c of the detector arrangement can form a baffle surface 7c, against which the charged particles 4 impinge, thereby leading to a charge accumulation on the baffle surface 7c, which can be detected.
  • Detector elements 7b and 7c accordingly electrically conductive with the
  • FIG. 10 shows an embodiment of a detector arrangement 7 with two
  • Detector coils 7b which also as two detector arrays in one
  • the charged particles 4 pass through the air flow 5 in succession to both coils 7b and thus generate induction voltage pulses that are temporally separated according to the air velocity and the distance x. With the knowledge of the distance x, it is thus possible to calculate back to the velocity of the air flow over the measured time interval of the pulses. Both coils 7b are connected to the
  • Evaluation unit connected, which calculates the speed.
  • FIG 11 shows an embodiment in which the emitter assembly 3 and the
  • Detector assembly 7 are each arranged receding below the surface of an object, relative to which the air velocity is to be determined. With the evaluation unit 1, which is connected to both arrangements 3, 7, the time interval between the generation and the detection of the cloud of particles 4 is determined.
  • FIG. 12 shows a development of FIG. 11 in which two
  • Detector assemblies 7, as well as the emitter assembly 3 are arranged receding below the surface of an object, but here with the
  • Evaluation unit 1 the time interval between the detections of the particles 4 is determined at the two detector units. Therefore, the evaluation unit is preferably connected here only to the detector units 7.
  • FIG. 13 shows an embodiment in which the emitter arrangement is arranged on the tapered tip region 17a of a pin 17 which is streamed by the air. At this point, particles 4 are generated with the emitter arrangement 3, which with the air flow along the lateral surface of the pin 17 to two here
  • Detector assemblies 7 are moved and detected there.
  • the pin 17 is hollow, i. designed as a tube.
  • Emitter array 3 is located at the tapered tip area 17a, e.g.
  • Detector assemblies 7 are again arranged as in Figure 13 outside the pin 17 annularly in the circumferential direction. Again, one can
  • Detector assembly 7 include a plurality of particle detectors, as shown in Figure 13.
  • the particles 4 are not only moved along the outside of the pin and detected by the detector assemblies 7, but also air penetrates through the flowed-17b into the interior of the pen

Abstract

The invention relates to an air velocity measuring device comprising an emitter arrangement (3), by which particles (4) can be emitted in a time-controlled manner, at least one detector arrangement (7) which is spaced apart from the emitter arrangement (3) and by which particles (4) emitted by the emitter arrangement (3) and moved with an air stream (5) can be detected, and an evaluation unit (1) which is designed to determine the velocity of the air stream (5) on the basis of the flight time of the particles (4) over the known length (x) of a measurement path. The invention further relates to a method for measuring the air velocity and to a method for monitoring the flow at the wings of an aircraft.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung der Luftgeschwindigkeit  Apparatus and method for determining airspeed
Die Erfindung betrifft eine Luftgeschwindigkeitsmessvorrichtung und ein Verfahren zur Luftgeschwindigkeitsmessung. Solche Vorrichtungen und Verfahren werden z.B. eingesetzt, um die Luftgeschwindigkeit relativ zu einem Objekt, z.B. einem Fahrzeug, z.B. einem Luftfahrzeug und besonders bevorzugt einem Flugzeug oder Hubschrauber zu bestimmen. Hierfür ist es bekannt, solche Vorrichtungen an einem Fahrzeug anzuordnen, so dass die Vorrichtung von der Luft angeströmt wird. Die erfindungsgemäße Luftgeschwind ig keitsmessvorrichtung kann somit bevorzugt an in der umgebenden Luft sich bewegende Objekte eingesetzt werden. Die Vorrichtung kann aber ebenso an einem stationären Objekt eingesetzt werden, z.B. an einem Objekt in einem Windkanal oder auch einer The invention relates to an air velocity measuring device and a method for air velocity measurement. Such devices and methods are described e.g. used to measure the air velocity relative to an object, e.g. a vehicle, e.g. an aircraft, and more preferably an aircraft or helicopter. For this purpose, it is known to arrange such devices on a vehicle, so that the device is affected by the air. The air speed measuring device according to the invention can thus be used preferably on moving objects in the surrounding air. However, the device can also be used on a stationary object, e.g. on an object in a wind tunnel or a
Windkraftanlage, z.B. an deren Gondel oder Flügel / Rotorblatt. Wind turbine, e.g. at the nacelle or wing / rotor blade.
Benötigt wird besonders in der Luftfahrt eine genaue Kenntnis über die In aviation, in particular, precise knowledge of the
Luftgeschwindigkeit relativ zum Luftfahrzeug, um ein aerodynamisch stabiles Verhalten des Luftfahrzeuges sicherstellen zu können. Air speed relative to the aircraft in order to ensure an aerodynamically stable behavior of the aircraft.
Im Stand der Technik sind im Wesentlichen sogenannte Pitot-Röhren bekannt, um die Luftgeschwindigkeit zu messen. Diese beruhen auf dem Prinzip der In the prior art, essentially so-called pitot tubes are known to measure the air velocity. These are based on the principle of
Staudruckerzeugung und Messung des Staudruckes in einer angeströmten und in Strömungsrichtung offenen Röhre. Problematisch ist bei diesem Röhren, dass sich diese z.B. durch Eisbildung oder andere äußere Einflüsse vor oder auch während eines Fluges zusetzen können und sodann fehlerhafte Messwerte erzeugen, die zu einer Fehlbeurteilung des Flugzeugverhaltens führen können. So ist es bekannt, dass derart defekte Pitot-Röhren bereits zu Flugzeugabstürzen geführt haben. Back pressure generation and measurement of dynamic pressure in a flown and open in the flow direction tube. The problem with this tube is that this is e.g. by ice formation or other external influences before or during a flight and then generate erroneous readings that can lead to a misjudgment of the aircraft behavior. So it is known that such defective Pitot tubes have already led to aircraft crashes.
BESTÄTIGUNGSKOPIE Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung eine CONFIRMATION COPY It is therefore an object of the invention
Luftgeschwindigkeitsmessvorrichtung und ein Verfahren zur Air speed measuring device and a method for
Luftgeschwindigkeitsmessung bereitzustellen, mittels der zuverlässig die Provide air velocity measurement, by means of the reliable
Geschwindigkeit der Luftströmung relativ zu einem stationären oder bewegten Objekt, bevorzugt einem Fahrzeug und besonders einem Luftfahrzeug, wie z.B. einem Flugzeug oder Hubschrauber bestimmt werden kann. Die Erfindung sieht bei der Anwendung an bewegten Fahrzeugen dafür vor, dass eine Speed of air flow relative to a stationary or moving object, preferably a vehicle, and especially an aircraft such as a vehicle. an aircraft or helicopter can be determined. The invention provides for the application to moving vehicles that a
erfindungsgemäße Luftgeschwindigkeitsmessvorrichtung mit einem Fahrzeug mitgeführt wird, bzw. diese Teil des Fahrzeuges ist und das Verfahren beim Betrieb des Fahrzeuges, insbesondere also während eines Fluges durchgeführt wird. Die Erfindung soll aber auch an stationären Objekten, z.B. Windkraftanlagen oder Objekten in Windkanälen eine einfache und zuverlässige According to the invention air velocity measuring device is carried with a vehicle, or this is part of the vehicle and the method during operation of the vehicle, in particular during a flight is performed. However, the invention should also be applied to stationary objects, e.g. Wind turbines or objects in wind tunnels a simple and reliable
Luftgeschwindigkeitsmessung erschließen. Dabei wird unter einem stationären Objekt ein solches Verstanden, dass an einem Ort der Erde befestigt ist, auch wenn es selbst bewegte Teile aufweist, wie es z.B. bei einer Windkraftanlage der Fall ist. Open air velocity measurement. Here, a stationary object is understood as being attached to a place of the earth, even if it has moving parts itself, e.g. in a wind turbine is the case.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Luftgeschwindigkeitsmessvorrichtung umfassend eine Emitteranordnung, mit der zeitgesteuert, insbesondere gepulst Teilchen emittierbar sind, insbesondere subatomare oder atomare oder molekulare Teilchen, bevorzugt geladene subatomere, atomare oder molekulare Teilchen emittierbar sind und wenigstens eine zur Emitteranordnung beabstandete Detektoranordnung, insbesondere wenigstens eine in einer Luftströmungsrichtung zur Emitteranordnung beabstandete Detektoranordnung, mit der von der The object is achieved by an air velocity measuring device comprising an emitter arrangement, with which time-controlled, in particular pulsed, particles can be emitted, in particular subatomic or atomic or molecular particles, preferably charged subatomic, atomic or molecular particles, and at least one detector arrangement spaced apart from the emitter array, in particular at least one in a direction of air flow to the emitter array spaced detector array, with the of
Emitteranordnung emittierte und mit einem Luftstrom mitbewegte Teilchen detektierbar sind und eine Auswerteeinheit, die eingerichtet ist die Emitter array emitted and mitbewegte with an air flow particles are detectable and an evaluation unit which is set up the
Geschwindigkeit des Luftstromes zu ermitteln aus der mittels der wenigstens einen Detektoranordnung bestimmten Flugzeit, welche die Teilchen benötigen, um die bekannte Länge einer Messstrecke zurückzulegen. To determine the speed of the air flow from the time determined by the at least one detector arrangement flight time, which require the particles to cover the known length of a measuring section.
Verfahrensgemäß löst die Erfindung die Aufgabe dadurch, dass mittels einer Emitteranordnung zeitgesteuert, insbesondere zeitlich gepulst Teilchen emittiert werden, bevorzugt subatomare, atomare oder molekulare Teilchen, weiter bevorzugt geladene subatomare, atomare oder molekulare Teilchen, die mit der strömenden Luft von der Emitteranordnung in Richtung zu wenigstens einer zur Emitteranordnung beabstandeten Detektoranordnung bewegt werden und mittels der wenigstens einen Detektoranordnung die Zeit detektiert wird, welche die Teilchen zum Zurücklegen einer bekannte Länge einer Messstrecke benötigen. According to the invention, the object of the invention is achieved in that by means of an emitter arrangement, time-controlled, in particular temporally pulsed, particles are emitted be, preferably subatomic, atomic or molecular particles, more preferably charged subatomic, atomic or molecular particles, which are moved with the flowing air from the emitter assembly towards at least one detector arrangement spaced from the emitter array and the time is detected by the at least one detector array, which require the particles to travel a known length of a measurement path.
Diese Messstrecke, welche die Teilchen durch das Mitbewegtwerden in der strömenden Luft zurücklegen, kann bevorzugt zwischen der Emitteranordnung und einer Detektoranordnung und/oder zwischen zwei Detektoranordnungen, insbesondere zwischen zwei in der Strömungsrichtung beabstandeten This measuring section, which cover the particles as they move along in the flowing air, may preferably be arranged between the emitter arrangement and a detector arrangement and / or between two detector arrangements, in particular between two in the direction of flow
Detektoranordnungen ausgebildet sein. Detector arrangements may be formed.
Hierfür ist es wesentlich, dass die Länge des Abstandes zwischen der For this it is essential that the length of the distance between the
Emitteranordnung und einer oder mehreren Detektoranordnungen oder zwischen zwei oder mehr Detektoranordnungen bekannt ist. Die jeweiligen Längen der Messtrecken werden beispielsweise zur Berechnung der Geschwindigkeit in der Auswerteeinheit gespeichert. Emitter array and one or more detector arrays or between two or more detector arrays is known. The respective lengths of the measuring sections are stored, for example, for calculating the speed in the evaluation unit.
Die wenigstens eine Detektoranordnung kann bevorzugt eingerichtet sein, einen Detektionspuls zu erzeugen, wenn die Teilchen die Detektoranordnung erreichen, insbesondere also von dieser detektiert werden, z.B. wenn diese die The at least one detector arrangement may preferably be set up to generate a detection pulse when the particles reach the detector arrangement, in particular are thus detected by it, e.g. if these are the
Detektoranordnung durchfliegen, an dieser vorbeifliegen oder an/in dieser eingefangen werden. Fly through detector array, fly past this or be caught on / in this.
Gemäß der Erfindung wird nicht wie im Stand der Technik ein durch die According to the invention is not as in the prior art by the
Luftgeschwindigkeit erzeugter sekundärer Effekt, wie z.B. ein Staudruck erzeugt, der von weiteren Einflüssen, wie z.B. der Röhrenöffnung abhängt, sondern die Geschwindigkeit der Luft wird unmittelbar gemessen anhand der Messung der Zeit, welche mit der Luft mitbewegte Teilchen für das Zurücklegen der gewählten Messstrecke benötigen. Dafür ist es bei der Erfindung vorgesehen mit jeder zeitlich gesteuerten, insbesondere gepulst betriebenen Freisetzung von Teilchen eine Vielzahl von Teilchen, insbesondere somit eine Wolke von Teilchen aus der Emitteranordnung zu entlassen. Air velocity generated secondary effect, such as a dynamic pressure generated, which depends on other factors, such as the tube opening, but the velocity of the air is measured directly by measuring the time, which need moving with the air particles for the return of the selected measuring section. For this purpose, it is provided in the invention with any timed, in particular pulsed operated release of particles a plurality of particles, in particular thus to release a cloud of particles from the emitter assembly.
Die Auswerteeinheit, welche die Berechnung der Geschwindigkeit aus dem zeitlichen Abstand von Ansteuerpuls und einem Detektionspuls und/oder zwischen zwei Detektionspulsen vornimmt kann hier auch eingerichtet sein, den The evaluation unit, which carries out the calculation of the speed from the time interval of the drive pulse and a detection pulse and / or between two detection pulses, can also be set up here
Ansteuerpuls für die Emitteranordnung zu erzeugen. Ebenso kann hierfür eine separate AnSteuereinheit vorgesehen sein. Der Auswerteeinheit kann dann der extern erzeugte Ansteuerpuls und der Detektionspuls und/oder die zwei nötigen Detektionspulse zugeführt sein, um deren jeweiligen zeitlichen Abstand zu bestimmen. To generate driving pulse for the emitter assembly. Likewise, this may be provided for this purpose a separate AnSteuereinheit. The evaluation unit can then be supplied with the externally generated control pulse and the detection pulse and / or the two necessary detection pulses in order to determine their respective time interval.
Eine auf dem Messprinzip der Erfindung beruhende Vorrichtung ist gerade durch das Erzeugen einer Teilchenvielzahl unanfällig gegen evtl. Vereisung oder sonstige Querschnittveränderungen in der Messstrecke, weil selbst bei einer Verringerung der Austrittsöffnung der Emitteranordnung oder der Eintrittsöffnung bzw. allgemein des Messquerschnitts der Detektoranordnung Teilchen emittiert und detektiert werden können, wobei sich evtl. Querschnittsänderungen nicht auf die ermittelte Geschwindigkeit auswirken, sondern allenfalls auf die Anzahl der emittierten und/oder detektierten Teilchen, sodass nur die Höhe des die A device based on the measuring principle of the invention is just by generating a particle variety not susceptible to possible icing or other cross-sectional changes in the measuring section, because even with a reduction of the outlet opening of the emitter array or the inlet opening or generally the measuring cross section of the detector array emits and detects particles may be, with any cross-sectional changes do not affect the determined speed, but at most on the number of emitted and / or detected particles, so that only the height of the
Teilchendetektion anzeigenden Signales geändert wird. Aus dem gemessenen Signal wird aber unabhängig von dessen Amplitude oder Intensität immer die korrekte Luftgeschwindigkeit ermittelt, da die Querschnittsänderung nicht die Flugzeit der ggfs. in der Anzahl gegenüber einem Normalbetrieb reduzierten Teilchen beeinflusst. Particle Detection indicating signal is changed. However, regardless of its amplitude or intensity, the correct air velocity is always determined from the measured signal, since the change in the cross section does not influence the time of flight of the particles, which may be reduced in number compared to a normal operation.
So besteht erfindungsgemäß auch die Möglichkeit aus der Höhe des detektierten Signales Rückschlüsse zu ziehen auf eine eventuelle externe Beeinflussung der Messstrecke, z.B. durch Vereisung im Flugbetrieb, so dass auch in Abhängigkeit der Signalhöhe der wenigstens einen Detektionsanordnung, z.B. bei Thus, according to the invention, it is also possible from the height of the detected signal to draw conclusions on a possible external influence of the measuring path, e.g. by glaciation during flight operation, so that also depending on the signal height of the at least one detection arrangement, e.g. at
Unterschreiten eines Signal-Grenzwertes rechtzeitig Gegenmaßnahmen eingeleitet werden können, z.B. ein aktives Beheizen der Emitteranordnung und / oder Detektoranordnung oder aber im schlimmsten Fall dass ein Flugzeug den nächstliegenden Flughafen ansteuert. Falling below a signal threshold in time countermeasures can be initiated, for example, an active heating of the emitter assembly and / or detector arrangement or in the worst case that an aircraft is driving to the nearest airport.
Allgemein kann die erfindungsgemäße Vorrichtung beheizbar sein, z.B. ein In general, the device according to the invention may be heatable, e.g. on
Heizelement umfassen, insbesondere um einer Vereisung vorzubeugen oder eine bestehende zu entfernen. Die Erfindung kann auch vorsehen die in der Include heating element, in particular to prevent icing or to remove an existing. The invention may also provide in the
Vorrichtung ggfs. durch den Betrieb entstehende Abwärme gezielt auf oder in zu wärmende Bereiche zu leiten, insbesondere zu vereisungsempfindlichen Device optionally. By the operation of resulting waste heat to be directed to or in areas to be heated, especially icing sensitive
Bereichen der Vorrichtung, um diese eisfrei zu halten. Areas of the device to keep it ice-free.
Die Erfindung kann, wie zuvor erwähnt, in einer Ausführung vorsehen, dass die Messstrecke ausgebildet ist zwischen der Emitteranordnung und einer As mentioned above, in one embodiment, the invention can provide that the measuring path is formed between the emitter arrangement and one
Detektoranordnung. Detector array.
Beispielsweise kann es hier vorgesehen sein durch eine gepulste Ansteuerung der Emitteranordnung das Entlassen von Teilchen, bevorzugt von Ionen, also geladenen Atomen oder Molekülen aus der Emitteranordnung zu bewirken. Durch die gepulste Ansteuerung der Emitteranordnung wird eine Zeitmessung gestartet, die beendet wird, wenn die von der Emitteranordnung emittierten Teilchen eine, z.B. eine einzige Detektionsanordnung erreichen und das Eintreffen dort durch die Detektionsanordnung detektiert und durch diese ein entsprechendes For example, it may be provided here by pulsed activation of the emitter arrangement to effect the release of particles, preferably of ions, that is to say charged atoms or molecules, from the emitter arrangement. Pulsed driving of the emitter array initiates a time measurement which is terminated when the particles emitted by the emitter array have a, e.g. reach a single detection arrangement and the arrival there detected by the detection arrangement and through this a corresponding
Detektionssignal erzeugt wird. Detection signal is generated.
Durch die erfolgte Zeitmessung ist die Flugzeit bekannt, die die Teilchen benötigt haben, um die bekannte Messstrecke zwischen Emitteranordnung und By measuring time, the time of flight is known, which required the particles to the known measuring distance between emitter and
Detektoranordnung zu durchfliegen, so dass hierdurch die Fluggeschwindigkeit der Teilchen und damit die Luftgeschwindigkeit berechnet werden kann gemäß dem Zusammenhang Geschwindigkeit = Messstrecke / Flugzeit. To fly through detector array, so that in this way the airspeed of the particles and thus the air velocity can be calculated according to the relationship speed = measuring distance / time of flight.
Die Erfindung kann auch vorsehen die Messstrecke zwischen zwei oder mehr Detektoranordnungen auszubilden. Auch hier wird eine Anzahl von Teilchen, insbesondere eine Teilchenwolke durch Ansteuerung der Emitteranordnung aus dieser entlassen und mit der Luftströmung zur ersten Detektionsanordnung geführt, welche das Eintreffen durch ein erstes Detektionssignal anzeigt. Die Erfindung kann hier vorsehen, dass die Teilchen zumindest eine in The invention may also provide for forming the measurement path between two or more detector arrays. Again, a number of particles, in particular a cloud of particles discharged by driving the emitter assembly from this and out with the air flow to the first detection arrangement, which indicates the arrival by a first detection signal. The invention can provide here that the particles at least one in
Flugrichtung erste Detektionsanordnung durchfliegen oder an dieser vorbeifliegen und hiernach mittels wenigstens einer zweiten Detektionsanordnung zumindest ein weiteres Mal detektiert werden, also wenigstens ein zweites Detektionssignal erzeugt wird. Hierfür kann durch das erste Detektionssignal eine Zeitmessung gestartet werden, welche durch ein zweites Detektionssignal beendet wird. Flight direction fly through the first detection arrangement or fly past it and hereafter be detected by at least one second detection arrangement at least one more time, so at least a second detection signal is generated. For this purpose, a time measurement can be started by the first detection signal, which is terminated by a second detection signal.
Durch Messung des zeitlichen Abstandes der Detektionssignale von aufeinander folgenden Detektionsanordnungen und deren bekannten Abstand kann wiederum die Fluggeschwindigkeit der Teilchen zwischen den Detektionsanordnungen und somit die Luftgeschwindigkeit gemäß dem zuvor benannten Zusammenhang bestimmt werden. By measuring the time interval of the detection signals of successive detection arrangements and their known distance, in turn, the airspeed of the particles between the detection arrangements and thus the air velocity can be determined according to the aforementioned relationship.
Die vorbeschriebenen Verfahrensweisen können auch kombiniert werden, so dass eine erste Messung der Luftgeschwindigkeit zwischen Emitteranordnung und erster Detektionsanordnung überprüft werden kann mittels wenigstens einer weiteren Messung der Luftgeschwindigkeit zwischen zwei aufeinander folgenden Detektionsanordnungen. The above-described procedures can also be combined so that a first measurement of the air velocity between the emitter arrangement and the first detection arrangement can be checked by means of at least one further measurement of the air velocity between two successive detection arrangements.
Bevorzugterweise, insbesondere aus aerodynamischen Gründen, sind die Preferably, especially for aerodynamic reasons, are the
Detektionsanordnungen von der Luft durchströmt und werden somit auch von den Teilchen durchflogen. Daher stellen solche Detektionsanordnungen einen sehr geringen Luftwiderstand dar. Detektionsanordnungen können auch so ausgebildet sein, dass die Luft und die damit bewegten Teilchen an der Detektionsvorrichtung vorbeiströmen. Auch dies bietet einen geringen Luftwiderstand und bevorzugt wird ein Einfluss der Detektionsvorrichtung auf die Teilchenwolke vermieden. Flowed through detection arrangements of the air and are thus flown through by the particles. Therefore, such detection arrangements represent a very low air resistance. Detection arrangements can also be designed such that the air and the particles moved with it flow past the detection apparatus. This also offers a low air resistance and preferably an influence of the detection device on the particle cloud is avoided.
Es kann aber auch vorgesehen sein, dass eine Detektionsanordnung eine von der Luft angeströmte Prallfläche darstellt, durch welche die Teilchen eingefangen werden. Eine solche Prallfläche kann somit Teil einer Mess-Sensorik sein, mit der das Eintreffen der Teilchen detektiert wird. However, it can also be provided that a detection arrangement represents a baffle surface, which is streamed by the air, through which the particles are captured. Such a baffle can thus be part of a measuring sensor, with which the arrival of the particles is detected.
Die Erfindung kann in einer möglichen Ausführung z.B. vorsehen ungeladene Teilchen, insbesondere Atome oder Moleküle einer bekannten Masse aus einer Emitteranordnung in den Luftstrom freizusetzen. Bevorzugt werden dann solche Teilchen emittiert, die in der Luft, deren Geschwindigkeit zu messen ist nicht oder allenfalls in geringen Maße vorkommen. Z.B. kann die Emitteranordnung mit einem Gasreservoir solcher Teilchen verbunden sein und ein Gas-Ventil der Emitteranordnung kann gepulst angesteuert sein, um eine Anzahl, insbesondere eine Wolke solcher Teilchen aus der Emitteranordnung zu entlassen. For example, in one possible embodiment, the invention can provide uncharged particles, in particular atoms or molecules of a known mass, from one Emitter assembly in the air flow release. Preference is then given to emitting those particles which do not occur in the air, whose velocity is not measured, or only to a small extent at most. For example, the emitter assembly may be connected to a gas reservoir of such particles, and a gas valve of the emitter assembly may be pulsed to discharge a number, especially a cloud, of such particles from the emitter assembly.
Eine für solche Teilchen geeignete Detektoranordnung kann z.B. wenigstens ein Massenspektrometer umfassen. Die Erfindung kann vorsehen eine A detector arrangement suitable for such particles may e.g. comprise at least one mass spectrometer. The invention may provide a
Massenposition, die der Masse der verwendeten Teilchen entspricht im Mass position, which corresponds to the mass of the particles used in the
Massenspektrum zeitlich auf das Auftreten eines Detektionssignales zu Mass spectrum in time to the occurrence of a detection signal too
überwachen. Der zeitliche Abstand zwischen dem Ansteuersignal der monitor. The time interval between the drive signal of the
Emitteranordnung und dem detektierten Signal entspricht wiederum der Flugzeit. Emitter arrangement and the detected signal again corresponds to the flight time.
Bevorzugt sieht die Erfindung vor geladene Teilchen einzusetzen, z.B. It is preferred to use charged particles, e.g.
subatomare geladene Teilchen wie z.B. Elektronen oder atomare oder molekulare Ionen einzusetzen und in der Emitteranordnung solche geladenen Teilchen zu erzeugen und gesteuert zu entlassen oder aber bereits vorliegende geladene Teilchen einer in der Emitteranordnung vorhandenen Teilchenquelle gepulst aus der Emitteranordnung entweichen zu lassen. subatomic charged particles such as e.g. To use electrons or atomic or molecular ions and produced in the emitter assembly such charged particles and controlled to release or to let already existing charged particles of a particle source present in the emitter assembly pulsed escape from the emitter array.
Beispielsweise kann es vorgesehen sein, dass die Emitteranordnung eine kontinuierlich emittierende Teilchenquelle und eine zeitgesteuerte Teilchenfalle umfasst, wobei durch eine Ansteuerung der Teilchenfalle die Emission von For example, it may be provided that the emitter arrangement comprises a continuously emitting particle source and a timed particle trap, wherein the emission of .mu.s by an activation of the particle trap
Teilchen aus der Emitteranordnung bewirkbar ist, insbesondere gepulst bewirkbar ist. Particles from the emitter assembly is effected, in particular pulsed effected.
Beispielsweise kann die Teilchenquelle Elektronen emittieren, wofür die For example, the particle source can emit electrons, for which the
Teilchenquelle z.B. ein glühendes Element, bevorzugt einen glühenden Draht umfassen kann, aus dem Elektronen austreten. Ein solches glühendes Element kann Teil einer Elektrodenanordnung sein, zwischen der ein elektrisches Potential angelegt ist, um die Austrittsarbeit der Elektronen aufzubringen, also die Energie, die nötig ist, um Elektronen aus dem Element auszulösen. Alternativ können mit der Teilchenquelle auch geladene Teilchen emittierbar sein, die aus einem radioaktiven Strahlungszerfall resultieren, insbesondere geladene Alpha-Teilchen oder ebenso Elektronen (Beta-Teilchen). Hierfür kann die Particle source, for example, a glowing element, preferably may comprise a glowing wire from which electrons emerge. Such a glowing element may be part of an electrode arrangement between which an electrical potential is applied to apply the work function of the electrons, that is, the energy necessary to cause electrons to emit from the element. Alternatively, the particle source can also emit charged particles resulting from radioactive radiation decay, in particular charged alpha particles or even electrons (beta particles). For this, the
Teilchenquelle durch einen Materialvorrat eines radioaktiven Strahlers, Particle source through a supply of material of a radioactive emitter,
insbesondere Alpha-Strahlers ausgebildet sein, z.B. durch Americium 241. in particular alpha emitter, e.g. by americium 241.
Das gesteuerte, insbesondere gepulste Entlassen geladener Teilchen, z.B. der zuvor genannten, kann durch eine Teilchenfalle realisiert werden, die in der Emitteranordnung realisiert ist. The controlled, in particular pulsed discharge of charged particles, e.g. The above, can be realized by a particle trap realized in the emitter arrangement.
Z.B. kann eine Teilchenfalle durch ein zeitgesteuertes elektrisches und/oder magnetisches Feld ausgebildet sein, z.B. also durch beabstandete Elektroden oder durch wenigstens einen Elektromagneten. So kann mit einer solchen For example, For example, a particle trap may be formed by a timed electrical and / or magnetic field, e.g. that is, by spaced electrodes or by at least one electromagnet. So can with such
Teilchenfalle z.B. bewirkt werden, dass nur zum Zeitpunkt der gepulsten Particle traps e.g. causes only at the time of pulsed
Ansteuerung die Teilchen durch die Teilchenfalle hindurchtreten können und anderenfalls eingefangen werden, wodurch Sie am Austritt aus der Control the particles can pass through the particle trap and otherwise be captured, causing you at the exit of the
Emitteranordnung gehindert werden. Emitter arrangement be prevented.
Besonders bei der Nutzung von Elektronen, die sehr leichte Teilchen darstellen kann die Teilchenfalle ein elektrisches Feld umfassen, dass zwischen zwei oder mehr elektrisch ansteuerbaren Elektroden ausgebildet ist. Z.B. können die von der Teilchenquelle emittierten Elektroden in einem eingeschalteten elektrischen Feld abgelenkt und so eingefangen werden. Durch eine gepulste Ausschaltung des elektrischen Feldes wird ein zeitliches Fenster geschaffen, in welchem die Particularly in the case of the use of electrons, which are very light particles, the particle trap can comprise an electric field that is formed between two or more electrically controllable electrodes. For example, For example, the electrodes emitted by the particle source may be deflected and captured in an on-electric field. By a pulsed elimination of the electric field, a temporal window is created, in which the
Elektronen die Emitteranordnung verlassen können, so dass eine Elektronenwolke entsteht, die aus der Emitteranordnung entlassen wird und mit dem Luftstrom zur Detektoranordnung geführt wird. Electrons can leave the emitter assembly, so that an electron cloud is formed, which is discharged from the emitter assembly and is guided with the air flow to the detector assembly.
Allgemein, und insbesondere bei demgegenüber vergleichsweise schwereren geladenen Teilchen, z.B. geladenen Alpha-Teilchen kann die Erfindung auch vorsehen, die Teilchenfalle mit einem gepulst geschalteten Magnetfeld zu realisieren. Bei einem nicht eingeschalteten Magnetfeld werden die von der Teilchenquelle emittierten Teilchen z.B. eingefangen. Durch gepulstes Einschalten eines Magnetfeldes, das von den Teilchen durchflogen wird, kann gepulst eine Anzahl von Teilchen, z.B. Alpha-Teilchen durch die dann wirkende Lorentz-Kraft abgelenkt und so aus der Emitteranordnung entlassen werden, wonach die Teilchen mit dem Luftstrom mitgeführt werden. Die Anordnung hat den Vorteil, dass bei Verwendung einer radioaktiven Quelle, die nicht ausschließlich Alpha- Teilchen emittiert, die nicht geladenen radioaktiven Teilchen oder auch Elektronen immer eingefangen werden. In general, and in particular with comparatively heavier charged particles, eg charged alpha particles, the invention can also provide for realizing the particle trap with a pulsed magnetic field. For example, if the magnetic field is not turned on, the particles emitted by the particle source are trapped. By pulsed switching a magnetic field that is traversed by the particles may be pulsed to deflect a number of particles, eg alpha particles, through the then acting Lorentz force and thus be discharged from the emitter array, after which the particles are entrained with the airflow. The arrangement has the advantage that when using a radioactive source that does not emit exclusively alpha particles, the uncharged radioactive particles or even electrons are always trapped.
Alternativ kann die Erfindung auch vorsehen, dass die Emitteranordnung eine gepulst emittierende Teilchenquelle umfasst. Z.B. kann ein Glühelement zur Emission von Elektronen gepulst zum Glühen gebracht werden. Ebenso kann es vorgesehen sein, dass die Emitteranordnung eine gepulst angesteuert betriebene Lichtquelle, z.B. einen Laser, insbesondere eine Laserdiode umfasst, mit der gepulst über die Wirkung des photoelektrischen Effektes Elektronen aus einem beleuchteten Element ausgelöst werden. Bei einer solchen Ausbildung der Emitteranordnung kann eine Teilchenfalle entfallen. Alternatively, the invention may also provide that the emitter assembly comprises a pulsed emissive particle source. For example, For example, a glow element may be pulsed to emit electrons for emission. It may also be provided that the emitter arrangement comprises a pulsed driven light source, e.g. a laser, in particular a laser diode comprises, are triggered with the pulsed on the effect of the photoelectric effect electrons from a lighted element. With such a design of the emitter arrangement, a particle trap can be dispensed with.
Die Erfindung kann - besonders bevorzugt bei den vorangehend genannten Teilchenarten - vorsehen, dass mittels der Emitteranordnung die Teilchen senkrecht zur Luftströmungsrichtung in den Luftstrom emittierbar sind. Z.B. kann die Emitteranordnung senkrecht zur Luftströmungsrichtung zum Luftstrom versetzt angeordnet sein, insbesondere unter einer Oberfläche der Vorrichtung The invention may provide, particularly preferably in the abovementioned particle types, that the particles can be emitted into the air stream perpendicular to the direction of airflow by means of the emitter arrangement. For example, For example, the emitter arrangement can be arranged offset to the air flow perpendicular to the direction of air flow, in particular under a surface of the device
zurücktretend angeordnet sein, die vom Luftstrom parallel zur Oberfläche überströmt wird. be arranged receding, which is overflowed by the air flow parallel to the surface.
Dies hat den Vorteil, dass die Teilchen, selbst wenn sie mit einer This has the advantage that the particles, even if they are with one
Eigengeschwindigkeit die Emitteranordnung verlassen, der Airspeed leave the emitter assembly, the
Geschwindigkeitsvektor dieser Eigengeschwindigkeit senkrecht zu der Richtung der zu messenden Luftströmung orientiert ist und somit die Luft- Geschwindigkeitsmessung nicht verfälscht. Velocity vector of this airspeed is oriented perpendicular to the direction of the air flow to be measured and thus does not distort the air velocity measurement.
In der Anwendung der Vorrichtung bei einem Flugzeug kann z.B. die In the application of the device to an aircraft, e.g. the
Emitteranordnung innerhalb des Flügels des Flugzeuges positioniert sein und die Teilchen senkrecht zur Flügeloberfläche aus dem Flügel heraus emittieren. Emitter assembly be positioned within the wing of the aircraft and the Emit particles perpendicular to the wing surface out of the wing.
Allgemein kann die Emitteranordnung unter einer Oberfläche eines Generally, the emitter assembly may be under a surface of a
Trägerelementes angeordnet sein, auf/in welchem ebenso zumindest die Carrier element may be arranged on / in which also at least the
Detektoranordnung angeordnet ist. Ein solches Trägerelement kann z.B. Teil einer Gehäusewandung eines Objektes ein, relativ zu welchem die Luftgeschwindigkeit gemessen werden soll. Detector arrangement is arranged. Such a carrier element may e.g. Part of a housing wall of an object relative to which the air velocity is to be measured.
Die Erfindung kann bei dieser Anwendung und ebenso mit allgemeiner Gültigkeit vorsehen, dass das Entlassen der Teilchen aus der Emitteranordnung zwar senkrecht zu einer von der Luftströmung parallel überströmten Oberfläche, z.B. der Flügeloberfläche oder der Oberfläche eines Trägerelementes erfolgt, aber nicht in der Ebene dieser Oberfläche, sondern in einen Abstand zur Oberfläche, insbesondere um so eine Verfälschung der Geschwindigkeitsmessung durch den oberflächennahen Grenzbereich der Strömung zu vermeiden, wo die The invention may provide in this application and also with general validity that the discharge of the particles from the emitter array, although perpendicular to a surface in parallel flow over the air flow, e.g. the wing surface or the surface of a support element takes place, but not in the plane of this surface, but at a distance from the surface, in particular so as to avoid a falsification of the speed measurement by the near-surface boundary region of the flow, where the
Strömungsgeschwindigkeit abnimmt. Flow rate decreases.
Demnach kann also z.B. auch die Emitteranordnung zumindest teilweise unter der Oberfläche eines Flügels eines Flugzeuges oder eines sonstigen Trägerelementes angeordnet sein, die Emissionsöffnung der Emitteranordnung, aus welcher die Teilchen in den Luftstrom austreten ist hierbei jedoch in einem Abstand zur Oberfläche positioniert. Insbesondere kann dieser Abstand größer als 5 cm sein. Thus, e.g. Also, the emitter array may be disposed at least partially below the surface of a wing of an aircraft or other carrier element, but the emission opening of the emitter array from which the particles exit into the air stream is positioned at a distance from the surface. In particular, this distance can be greater than 5 cm.
Insbesondere in Verbindung mit einer der vorhergenannten Ausführungen, die Emitteranordnung zumindest teilweise unter der Oberfläche eines Flügels eines Flugzeuges oder eines sonstigen Trägerelementes anzuordnen, aber auch unabhängig hiervon und mit allgemeiner Gültigkeit kann es die Erfindung vorsehen, die wenigstens eine Detektoranordnung senkrecht zur In particular, in conjunction with one of the foregoing embodiments, to dispose the emitter assembly at least partially below the surface of a wing of an aircraft or other support member, but also independently thereof and of general validity, it may provide the invention, the at least one detector array perpendicular to
Luftströmungsrichtung zum Luftstrom versetzt anzuordnen, insbesondere unter eine Oberfläche der Vorrichtung zurücktretend anzuordnen, die vom Luftstrom parallel zur Oberfläche überströmt ist. Es kann sich um dieselbe Oberfläche eines Trägerelementes handeln, unter der auch die Emitteranordnung angeordnet ist. Es kann also auch vorgesehen sein, die Detektoranordnung unter die Oberfläche eines Flügels, Rumpfes oder einer sonstigen Oberfläche eines Flugzeuges oder Trägerelementes der Vorrichtung zurücktretend anzuordnen. Arranged air flow direction to the air flow to arrange, in particular recede under a surface of the device to be arranged, which is overflowed by the air flow parallel to the surface. It may be the same surface of a support element, under which the emitter assembly is arranged. It can therefore also be provided to arrange the detector arrangement receding below the surface of a wing, fuselage or another surface of an aircraft or carrier element of the device.
Bei dieser Anordnung werden die Teilchen somit bevorzugt im Vorbeiflug von der Detektoranordnung detektiert. Z.B. kann hierfür der Detektor eine physikalische Größe überwachen / auswerten, die sich durch den Vorbeiflug der Teilchen ändert, z.B. eine Kapazität, ein elektrisches oder magnetisches Feld. Die vorbeifliegenden Teilchen induzieren somit einen überwachbaren Effekt in der Detektoranordnung, bevorzugt ohne selbst von der Detektoranordnung beeinflusst zu werden. In this arrangement, the particles are thus preferably detected in the flyby of the detector array. For example, For this, the detector can monitor / evaluate a physical quantity which changes as the particles fly by, e.g. a capacitance, an electric or magnetic field. The particles passing by thus induce an observable effect in the detector arrangement, preferably without being influenced by the detector arrangement itself.
In einer anderen Ausführung kann die Erfindung auch vorsehen, dass die In another embodiment, the invention may also provide that the
Emitteranordnung von Luft durchströmt ist und mit der Emitteranordnung Emitter assembly is traversed by air and with the emitter assembly
Bestandteile, z.B. Atome und oder Moleküle der Luft des Luftstromes zeitgesteuert ionisierbar sind. Z.B. kann die Emitteranordnung hierfür luftdurchströmte Ingredients, e.g. Atoms and / or molecules of the air of the air stream are timed ionizable. For example, the emitter arrangement can flow through this air
ansteuerbare Elektrodenanordnungen umfassen. Eine Emitteranordnung dieser Art ist bevorzugt in der Richtung der zu messenden Luftströmung durchlässig. Z.B. kann die Emitteranordnung als ein rohrförmiges Element ausgebildet sein, dass von der Strömung durchsetzt ist. Die Strömung ist z.B. durch ein Paar von controllable electrode assemblies include. An emitter arrangement of this type is preferably permeable in the direction of the air flow to be measured. For example, For example, the emitter arrangement may be formed as a tubular element that is permeated by the flow. The flow is e.g. through a couple of
Elektroden geführt, die in dem rohrförmigen Element angeordnet sein können. Durch Anlegen eines Hochspannungspulses, insbesondere von mehr als 5 kV, kann eine Wolke ionisierter Luft erzeugt werden, die mit der Luftströmung gemäß ihrer ursprünglichen Richtung mitgeführt wird und mit einer Detektionsanordnung detektiert werden kann. Led electrodes that may be arranged in the tubular member. By applying a high voltage pulse, in particular more than 5 kV, a cloud of ionized air can be generated, which is carried along with the air flow according to its original direction and can be detected with a detection arrangement.
Die Erfindung kann jedoch auch vorsehen andere Erzeuger ionisierter Luft in einer solchen Emitteranordnung einzusetzen. However, the invention may also provide for the use of other ionized air generators in such an emitter arrangement.
Eine in der erfindungsgemäßen Vorrichtung eingesetzte Detektionsvorrichtung oder mehrere hiervon ist ausgewählt in Abhängigkeit der zu detektierenden A detection device used in the device according to the invention or several thereof is selected as a function of the one to be detected
Teilchen. Wie eingangs erwähnt kann es bei ungeladenen Teilchen vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Detektoranordnung wenigstens ein Massenspektrometer umfasst, das auf die Masse der verwendeten Teilchen abgestimmt ist. Particles. As mentioned above, in the case of uncharged particles, it may be provided that the at least one detector arrangement comprises at least one mass spectrometer which is tuned to the mass of the particles used.
Bei Verwendung geladener Teilchen, welche die Emitteranordnung verlassen, kann die Erfindung vorsehen, dass die Emitteranordnung wenigstens ein When using charged particles leaving the emitter array, the invention may provide that the emitter array at least one
Spulenelement umfasst, durch welches hindurch die emittierten Teilchen mit dem Luftstrom hindurchführbar sind, insbesondere wobei das wenigstens eine Coil element comprises, through which the emitted particles can be passed with the air flow, in particular wherein the at least one
Spulenelement ein luftdurchströmtes Rohr umgibt. Ein solches Spulenelement kann z.B. aus nur einer einzigen Kreiswicklung ausgebildet sein oder auch durch mehrere. Coil element surrounds an air-flow pipe. Such a coil element may e.g. be formed of only a single circular winding or by several.
Die durch das wenigstens eine Spulenelement hindurchfliegenden geladenen Teilchen stellen einen gepulsten Strom dar, welcher zu einer induzierten The charged particles passing through the at least one coil element represent a pulsed current which induces an induced current
Spannung in dem Spulenelement führt, welche als Detektionssignal detektierbar ist. Aus dem zeitlichen Abstand des induzierten Spannungssignales zu dem Ansteuerpuls, der das Freisetzen der geladenen Teilchen aus der Voltage in the coil element leads, which is detectable as a detection signal. From the time interval of the induced voltage signal to the drive pulse, the release of the charged particles from the
Emitteranordnung bewirkt ergibt sich die Flugzeit und hieraus gemäß dem bereits genannten Zusammenhang die Luftgeschwindigkeit. Durch mehrere mit bekanntem Abstand beabstandete Spulenelemente ergibt sich die eingangs beschriebene Möglichkeit die Luftgeschwindigkeit zwischen zwei Emitter arrangement causes the time of flight and from this according to the aforementioned relationship, the airspeed. By several spaced apart with a known distance coil elements, the possibility described above, the air velocity between two
Detektoranordnungen zu messen. To measure detector arrays.
Allgemein können mehrere Detektoranordnungen in einem gemeinsamen In general, a plurality of detector arrangements in a common
Gehäuse angeordnet sein, das z.B. auf einem Trägerelement angeordnet ist. Housing may be arranged, e.g. is arranged on a support element.
Die Erfindung kann ebenso vorsehen, dass die Detektoranordnung wenigstens eine elektrisch leitfähige Prallfläche umfasst. Durch das Auftreffen der geladenen Teilchen auf dieser Prallfläche ergibt sich eine Ladungserhöhung auf der The invention may also provide that the detector arrangement comprises at least one electrically conductive baffle. The impact of the charged particles on this baffle surface results in a charge increase on the
Prallfläche. Der zeitliche Abstand der Ladungserhöhung nach dem auslösenden Puls der die geladenen Teilchen aus der Emitteranordnung freisetzt, repräsentiert wiederum die Flugzeit aus der sich die Luftgeschwindigkeit berechnen lässt. Bei dieser Ausführung kann die Erfindung vorsehen die Prallfläche nach jeder Messung, bzw. jedem erneuten Freisetzen von geladenen Teilchen aus der Emitteranordnung zu entladen. Baffle. The time interval of the charge increase after the triggering pulse which releases the charged particles from the emitter assembly, in turn, represents the time of flight from which the air velocity can be calculated. In this embodiment, the invention can provide the baffle after each Measurement, or to unload each re-release of charged particles from the emitter assembly.
Eine Detektoranordnung kann auch eine Elektrodenanordnung aus wenigstens zwei Elektroden umfassen, zwischen denen ein elektrischen Feld erzeugt ist. Die Elektroden können bevorzugt so angeordnet sein, dass die Luft zwischen diesen hindurchströmen kann. Durch das Feld werden die geladenen Teilchen auf eine der Elektroden gezogen, und können so je nach Auswerteelektronik als Strom- und/oder Spannungspuls detektiert werden. A detector arrangement may also comprise an electrode arrangement of at least two electrodes, between which an electric field is generated. The electrodes may preferably be arranged so that the air can flow between them. Through the field, the charged particles are drawn onto one of the electrodes, and can thus be detected depending on the evaluation as a current and / or voltage pulse.
Es kann auch vorgesehen sein, dass eine Detektoranordnung mehrere im Raum verteilte Teilchendetektoren umfasst. Insbesondere können diese It can also be provided that a detector arrangement comprises a plurality of particle detectors distributed in space. In particular, these can
Teilchendetektoren eine räumliche Verteilung in einer oder mehreren Ebenen senkrecht zu einer Verbindungsrichtung zwischen einer Emitteranordnung und der Detektoranordnung haben. Z.B. können die Teilchendetektoren eine ringförmige Konfiguration bilden, bevorzugt dabei gleichen Winkelabstand zueinander haben. Die Teilchendetektoren können z.B. innen und/oder außen am Umfang einer von der Luft durchströmten Röhre angeordnet sein oder außen am Umfang eines von der Luft umströmten Stiftes. Es besteht so die Möglichkeit auch dreidimensionale Geschwindigkeitsprofile zu erfassen und/oder Geschwindigkeiten zuverlässig zu detektieren, auch wenn die Abstandsrichtung zwischen Emitteranordnung und Detektoranordnung nicht exakt der Luftströmungsrichtung entspricht. Particle detectors have a spatial distribution in one or more planes perpendicular to a connection direction between an emitter array and the detector array. For example, The particle detectors may form an annular configuration, preferably at the same angular distance from each other. The particle detectors may e.g. be arranged inside and / or outside on the circumference of a tube through which flows through the air or outside on the circumference of a pen flowing around the air. It is thus also possible to detect three-dimensional velocity profiles and / or to reliably detect velocities, even if the distance direction between emitter arrangement and detector arrangement does not correspond exactly to the direction of air flow.
Eine Emitteranordnung, insbesondere sofern sie nicht unter einer luftüberströmten Oberfläche liegt und/oder eine oder mehrere Detektoranordnungen können jeweils in einem Gehäuse angeordnet sein, dessen äußere von der Luft umströmten Gehäusewandungen in der Form strömungsgünstig, insbesondere also An emitter arrangement, in particular if it is not under an air-overflowed surface and / or one or more detector arrays can each be arranged in a housing whose outer flow around the housing walls in the form of streamlined, so in particular
aerodynamisch ausgebildet sind, insbesondere kann ein solches Gehäuse im Querschnitt parallel zur Strömungsrichtung der Luft tropfenförmig ausgebildet sein. aerodynamically formed, in particular, such a housing may be formed drop-shaped in cross-section parallel to the flow direction of the air.
Bei der Messung des zeitlichen Abstandes zwischen einem bevorzugt elektrischen Ansteuerpuls zum Freisetzen von Teilchen aus der Emitteranordnung und einem Detektionssignal ist bevorzugt zu berücksichtigen, dass durch den Ansteuerpuls, insbesondere der eine nicht zu vernachlässigende Pulsbreite aufweist, wie eingangs beschrieben eine Vielzahl von Teilchen freigesetzt wird und somit eine Teilchenwolke entsteht, die unvermeidbar eine Ausdehnung aufweist, When measuring the time interval between a preferably electrical drive pulse for releasing particles from the emitter arrangement and a detection signal, it is preferable to take into account that the drive pulse, in particular has a non-negligible pulse width, as described above, a plurality of particles is released and thus a cloud of particles is formed, which inevitably has an expansion,
insbesondere eine Ausdehnung, die bei geladenen Teilchen aufgrund von in particular, an expansion that is due to charged particles due to
Abstoßungseffekten während der Flugzeit zunehmen kann. Ein Detektionssignal wird somit eine gegebene Signalhöhe und eine Signalbreite haben, insbesondere weil nicht alle Teilchen exakt gleichzeitig detektiert werden. Repulsion effects during flight time may increase. A detection signal will thus have a given signal level and a signal width, in particular because not all particles are detected exactly at the same time.
Hier kann es die Erfindung vorsehen, die Zeit zwischen einer gewählten Flanke, z.B. der steigenden Flanke eines z.B. rechteckförmigen Ansteuerpulses und einer vorgegebenen relativen Signalhöhe, wie z.B. 50% der Signalhöhe oder auch 100% der Signalhöhe des Detektionspeaks, also dem Maximum des Here, the invention may provide for the time between a selected edge, e.g. the rising edge of e.g. rectangular drive pulse and a predetermined relative signal level, e.g. 50% of the signal height or even 100% of the signal height of the detection peak, ie the maximum of the
Detektionspeaks zu messen. Im Fall der Ladungssammlung an einer Prallplatte oder einem Kondensatorpaar kann so auch die Überschreitung einer To measure detection peaks. In the case of accumulation of charge on a baffle plate or a pair of capacitors, so can the exceeding of a
vorbestimmten Grenzladung detektiert werden, insbesondere anhand der die Zeitmessung gestoppt wird. predetermined limit charge are detected, in particular based on the timing is stopped.
Z.B. kann durch einstellbare Schmitt-Trigger festgelegt werden, bei welcher Signalhöhe die Zeitmessung beim Ansteuerpuls beginnt und beim Detektionspuls endet. For example, can be determined by adjustable Schmitt trigger, at which signal level, the timing starts at the drive pulse and ends at the detection pulse.
Im Wesentlichen ist hier jedoch festzustellen, dass die Länge der Messstrecke um ein Vielfaches größer ist als die Ausdehnung einer Teilchenwolke, so dass sich durch die Signalform des Ansteuerpulses und des Detektionspulses, insbesondere deren Breite, sowie durch den darin festgelegten Beginn und das Ende der Zeitmessung keine schädliche Verfälschung der Zeitmessung ergibt. Bevorzugt sind Messstrecken so gewählt, dass diese größer als 1 mm, weiter bevorzugt größer als 1cm, weiter bevorzugt größer als 5 cm, noch weiter bevorzugt größer als 10 cm sind. Ansteuerpulse können beispielsweise eine Wiederholfrequenz von größer 1 Hz, bevorzugt größer 100 Hz, weiter bevorzugt größer 1 kHz und noch weiter bevorzugt größer gleich 10 KHz haben. Sämtliche möglichen Ausführungen der Erfindung können vorsehen, dass die Emitteranordnung und die wenigstens eine Detektionsanordung ortsfest an einem stationären oder bewegten Objekt, z.B. einem Fahrzeug, insbesondere Essentially, however, it should be stated here that the length of the measuring path is many times greater than the extent of a particle cloud, so that the signal shape of the drive pulse and the detection pulse, in particular their width, and the start and end of the time measurement defined therein no harmful falsification of the time measurement results. Preferably, measuring distances are chosen so that they are greater than 1 mm, more preferably greater than 1 cm, more preferably greater than 5 cm, even more preferably greater than 10 cm. Drive pulses may have, for example, a repetition frequency of greater than 1 Hz, preferably greater than 100 Hz, more preferably greater than 1 kHz, and even more preferably greater than or equal to 10 kHz. All possible embodiments of the invention can provide that the emitter arrangement and the at least one detection arrangement are stationary on a stationary or moving object, eg a vehicle, in particular
Luftfahrzeug befestigt sind, z.B. unbeweglich auf und/oder unter dem Flügel oder Rumpf oder auch an einer Gondel oder einem Rotorblatt/Flügel einer Aircraft are attached, e.g. immovable on and / or under the wing or fuselage or even on a nacelle or a rotor blade / wing one
Windkraftanlage. Hierbei sind bevorzugt die Emitteranordnung und die wenigstens eine Detektoranordnung in einer Richtung beabstandet, die der Wind turbine. In this case, the emitter arrangement and the at least one detector arrangement are preferably spaced apart in one direction, which the
Längserstreckungsrichtung des jeweiligen Objektes, z.B. des Rumpfes des Fahrzeuges oder der Gondel der Windkraftanlage entspricht. Longitudinal direction of the respective object, e.g. corresponds to the hull of the vehicle or the nacelle of the wind turbine.
Es kann vorkommen, insbesondere im Flugbetrieb oder durch sich ändernde Windrichtung auch bei stationären Objekten, dass Luftströmungen nicht exakt parallel zur Objekterstreckung z.B. Rumpferstreckung vorliegen, was zu einer Verfälschung der Messungen führen kann, insbesondere wenn die It may happen, especially in flight mode or by changing wind direction even in stationary objects, that air flows are not exactly parallel to the object extension, e.g. Humpferstreckung present, which can lead to a distortion of the measurements, especially if the
erfindungsgemäße Vorrichtung starr am Objekt in Übereinstimmung mit dessen Längsachse angebracht ist. Device according to the invention is rigidly mounted on the object in accordance with its longitudinal axis.
Die Erfindung kann in einer Weiterbildung aller möglichen Ausführungen vorsehen, dass die Vorrichtung ein Trägerelement umfasst, auf/in dem die In a development of all possible embodiments, the invention can provide that the device comprises a carrier element on / in which the
Emitteranordnung und die wenigstens eine Detektoranordnung in einer Emitter arrangement and the at least one detector arrangement in one
gemeinsamen geradlinigen Erstreckung hintereinanderliegend angeordnet sind, wobei das Trägerelement wenigstens ein Leitwerk umfasst, insbesondere das als eine vom Trägerelement aufstehende Flosse ausgebildet ist und das common rectilinear extent are arranged one behind the other, wherein the carrier element comprises at least one tail, in particular which is designed as a standing up from the support member fin and the
Trägerelement an einem Grundelement drehbar angelenkt ist, insbesondere die Anlenkstelle in Luftströmungsrichtung vor der Emitteranordnung angeordnet ist, bevorzugt ebenso auf der gemeinsamen Erstreckungslinie. Carrier element is rotatably hinged to a base member, in particular the articulation point is arranged in the air flow direction in front of the emitter assembly, preferably also on the common extension line.
Durch die Luftströmung selbst wird so aufgrund von deren aerodynamischer Wirkung auf das Leitelement bewirkt, dass das Leitelement eine Kraft auf das Trägerelement erzeugt, mit der das Trägerelement um die Anlenkstelle herum so in die Strömung gedreht wird, dass diese parallel zur geradlinigen Erstreckung zwischen Emitteranordnung und der wenigstens einen Detektoranordnung orientiert ist. Hierdurch richtet sich somit die erfindungsgemäße Vorrichtung selbst korrekt aus, um die Geschwindigkeitsmessung immer parallel zur Luftströmung vorzunehmen. Due to the aerodynamic effect on the guide element, the air flow itself causes the guide element to generate a force on the carrier element with which the carrier element is rotated around the articulation point into the flow in such a way that it runs parallel to the rectilinear extent between the emitter arrangement and the at least one detector array is oriented. As a result, thus the device according to the invention itself correct to always make the speed measurement parallel to the air flow.
Erfindungsgemäß kann das Grundelement, gegenüber dem das Trägerelement dreht, Teil eines beliebigen Objektes, z.B. eines Luftfahrzeuges oder According to the invention, the base element against which the support element rotates may be part of any object, e.g. of an aircraft or
bodenfahrenden Fahrzeuges oder auch einer Windkraftanalage, z.B. der Gondel oder eines Flügels sein. Insbesondere bei einem Flugzeug kann das ground moving vehicle or even a wind turbine, e.g. the gondola or a wing. In particular, in an aircraft that can
Grundelement durch den Flügel oder einen Teil hiervon gebildet sein gegenüber dem sodann das Trägerelement drehen kann. Base member may be formed by the wing or a part thereof opposite the then the support member can rotate.
Weiterhin kann die Erfindung vorsehen, dass das Trägerelement mit einem von der Anlenkstelle beabstandeten Bereich in einer kreisbogenförmigen Führungsnut geführt ist. Zusätzlich zur Führung kann die Position des Trägerelementes in der Führungsnut sensorisch erfassbar sein. Furthermore, the invention can provide that the carrier element is guided with a space spaced from the articulation area in an arcuate guide groove. In addition to the guide, the position of the carrier element in the guide groove can be detected by sensors.
Es besteht auch die Möglichkeit die Drehposition des Trägerelementes relativ zum Grundelement in oder an der Anlenkstelle zu messen, z.B. durch einen It is also possible to measure the rotational position of the carrier element relative to the base element in or at the articulation point, e.g. through a
Winkelencoder. In einem solchen Fall kann auch die Führung in einer Nut entfallen. Angle encoder. In such a case, the guide can be omitted in a groove.
Neben einer sicheren Führung bei der Drehung aber auch unabhängig von dieser kann durch die optionale sensorische Messung der Position des Trägerelementes relativ zum Grundelement, eine Abweichung der Erstreckung des Objektes, z.B. der Flugzeugrumpf-Längserstreckung von der Luftströmungsrichtung In addition to a safe guidance during the rotation but also independently of this, the optional sensory measurement of the position of the support element relative to the base element, a deviation of the extent of the object, e.g. the aircraft fuselage longitudinal extent of the air flow direction
messtechnisch erfasst werden. be detected metrologically.
In Abhängigkeit der Messwerte kann so die Objekterstreckung korrigiert werden, insbesondere die Flugzeugrumpf-Längserstreckung z.B. durch Steuerung des Piloten oder durch Korrektur der Autopilotsteuerung, parallel zur Luftströmung ausgerichtet werden, insbesondere so, dass eine Abweichung des Depending on the measured values, the object extension can thus be corrected, in particular the aircraft fuselage longitudinal extension, e.g. be aligned by controlling the pilot or by correcting the autopilot control, parallel to the air flow, in particular such that a deviation of the
Trägerelementes von einer Sollposition reduziert wird. Carrier element is reduced from a desired position.
Allgemein und somit also auch losgelöst von der Flugzeug-Anwendung kann mit der Vorrichtung durch die Drehpositionsmessung die Windrichtung relativ zum Grundelement bestimmt werden. Z.B kann so die Ausrichtung einer anderen Vorrichtung, welche das Grundelement trägt oder aufnimmt, relativ zur In general, and therefore also detached from the aircraft application, the wind direction relative to the device can be determined by the rotational position measurement Basic element to be determined. For example, the orientation of another device carrying or receiving the base member may be relative to
gemessenen Windrichtung ausgerichtet werden. be aligned measured wind direction.
Z.B. können hierdurch die Rotorblätter bzw. die Gondeln von Windkraftanlagen relativ zur gemessenen Windrichtung ausgerichtet werden, insbesondere wobei in Abhängigkeit der gemessenen Windgeschwindigkeit die Windkraftanlagen in Betrieb und/oder ausser Betrieb gesetzt werden. For example, Thus, the rotor blades or the gondolas of wind turbines can be aligned relative to the measured wind direction, in particular wherein the wind turbines are set in operation and / or out of operation depending on the measured wind speed.
Besonders bei Flugzeugen kann es die Erfindung vorsehen, dass ein Flugzeug an den Flügeln Paare von zwei Vorrichtungen der erfindungsgemäßen Art aufweist, die sich an den Flügeln ober- und unterseitig gegenüberliegen. Es besteht so die Möglichkeit mittels je einer solchen Vorrichtung die Luftgeschwindigkeit über und unter wenigstens einem Flügel des Flugzeuges zu messen. Z.B. kann bei Particularly in the case of aircraft, the invention can provide for an aircraft to have on the wings pairs of two devices of the type according to the invention, which face one another on the wings above and below. It is thus possible by means of such a device to measure the air velocity above and below at least one wing of the aircraft. For example, can at
Überschreitung einer vorbestimmten Geschwindigkeitsdifferenz zwischen der Luftgeschwindigkeit über und unter dem Flügel sodann eine Warnung signalisiert werden, z.B. welche den Piloten auf einen drohenden Strömungsabriss am Flügel oder auch auf einen zu geringen Auftrieb hinweist. Exceeding a predetermined speed difference between the air velocity above and below the wing then a warning is signaled, e.g. which indicates the pilot an impending stall on the wing or too low buoyancy.
Es kann ebenso, z.B. statt einer Warnung oder zusätzlich zu dieser auch ein automatischer Eingriff in die Steuerung des Flugzeuges vorgenommen werden, insbesondere der bewirkt, dass die gemessene Geschwindigkeitsdifferenz verringert wird. It may also, e.g. Instead of a warning or in addition to this, an automatic intervention in the control of the aircraft are made, in particular causes the measured speed difference is reduced.
In einer möglichen Ausführung der Erfindung kann es auch vorgesehen sein, dass die Emitteranordnung am Spitzenbereich eines von der Luftströmung In one possible embodiment of the invention, it may also be provided that the emitter arrangement at the tip region of one of the air flow
anströmbaren / angeströmten Stiftes angeordnet ist, insbesondere dessen arranged to flow on / flowed pin is arranged, in particular its
Längserstreckungsrichtung zumindest im Wesentlichen parallel zur Luftströmung liegt, wobei die wenigstens eine Detektoranordnung von dem Spitzenbereich beabstandet ringförmig in der Umfangsrichtung des Stiftes um die Stiftoberfläche herum angeordnet ist. Longitudinal extension direction is at least substantially parallel to the air flow, wherein the at least one detector array spaced from the tip region is arranged annularly in the circumferential direction of the pin around the pin surface around.
Hier kann bevorzugt der Spitzenbereich des Stiftes verjüngt ausgebildet sein, insbesondere wobei die Emitteranordnung am/im maximal verjüngten Anfang des Spitzenbereiches angeordnet ist. Es besteht weiterhin die Möglichkeit, dass die wenigstens eine Detektoranordnung in der Umfangsrichtung in mehrere, insbesondere winkelgleich beabstandete Detektoren unterteilt ist. Dies erschließt auch bei dieser konstruktiven Ausbildung der Vorrichtung als Stift die Möglichkeit dreidimensionale Geschwindigkeitsprofile zu erfassen oder eine sichere Here, preferably, the tip portion of the pin can be formed tapered, in particular wherein the emitter assembly on / in the maximum tapered beginning of Tip area is arranged. There is also the possibility that the at least one detector arrangement is subdivided in the circumferential direction into a plurality of detectors, in particular equiangularly spaced. This opens up even with this constructive design of the device as a pen the ability to detect three-dimensional velocity profiles or secure
Geschwindigkeitsmessung vorzunehmen, wenn die Stifterstreckung nicht exakt parallel zur Luftströmungsrichtung liegt. Speed measurement, if the donor extension is not exactly parallel to the air flow direction.
In bevorzugter Weiterbildung kann der Stift hohl ausgebildet sein, somit also faktisch eine Röhre bilden, wobei die Emitteranordnung im Spitzenbereich, insbesondere im/am verjüngten Spitzenbereich, um eine von der Luftströmung angeströmte Öffnung des hohlen Stiftes herum angeordnet ist. Besonders bevorzugt kann der hohle Stift in seinem Inneren einen Staudrucksensor umfassen oder der hohle Stift Teil eines Pitot-Rohres ist. In a preferred embodiment, the pin may be hollow, thus in effect forming a tube, wherein the emitter assembly is arranged in the tip region, in particular in / on the tapered tip region, around a flowed through by the air flow opening of the hollow pin around. More preferably, the hollow pin may include in its interior a dynamic pressure sensor or the hollow pin is part of a pitot tube.
Mit der Vorrichtung können so z.B. auch die Messprinzipien eines Pitot-Rohrs und er Erfindung kombiniert werden. With the device, e.g. also the measuring principles of a Pitot tube and he invention are combined.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren beschrieben. Embodiments of the invention are described below with reference to FIGS.
Figur 1 verdeutlicht das Grundprinzip der Erfindung. In dieser Ausführung wird mittels einer Auswerteeinheit 1 ein Ansteuerpuls 2, hier ein Rechteckpuls 2 erzeugt. Allgemein können Ansteuerpulse 2 bevorzugt periodisch wiederholend erzeugt werden, so dass das Messverfahren ebenso periodisch durchgeführt wird. FIG. 1 illustrates the basic principle of the invention. In this embodiment, a control pulse 2, in this case a square pulse 2, is generated by means of an evaluation unit 1. In general, drive pulses 2 can preferably be generated periodically repeating, so that the measurement method is likewise carried out periodically.
Durch den Ansteuerpuls 2 wird eine Emitteranordnung 3 angesteuert, die hierdurch veranlasst wird, eine Anzahl von Teilchen 4, bevorzugt geladene By the drive pulse 2, an emitter assembly 3 is driven, which is thereby caused, a number of particles 4, preferably charged
Teilchen 4 freizusetzen, z.B. Elektronen oder Alpha-Teilchen, oder neutrale / geladene atomare oder molekulare Teilchen. Release particles 4, e.g. Electrons or alpha particles, or neutral / charged atomic or molecular particles.
Mit dem Luftstrom 5 werden die Teilchen 4 gemäß den Pfeilen 6 bis zur With the air flow 5, the particles 4 according to the arrows 6 to
Detektoranordnung 7 mitbewegt und erzeugen an der Detektoranordnung 7 ein pulsförmiges Detektionssignal 8, welches der Auswerteeinheit 1 zugeführt wird. Das Detektionssignal 8 ist hier ebenso als Rechteckpuls visualisiert, es kann aber auch eine andere Pulsform vorliegen, z.B. eine Gauß-Form. Der Rechteckpuls, welcher der Auswertung zugrunde liegt, kann auch z.B. durch eine Schmitt- Trigger-Logik aus einem Puls anderer Pulsform gebildet sein. Grundsätzlich kann jegliche Pulsform des detektierten Pulses 8 der Auswertung unterliegen. Detector arrangement 7 moves and generate at the detector assembly 7, a pulse-shaped detection signal 8, which is the evaluation unit 1 is supplied. The detection signal 8 is here also visualized as a rectangular pulse, but it can also be a different pulse shape, such as a Gaussian form. The square-wave pulse on which the evaluation is based can also be formed, for example, by a Schmitt trigger logic from a pulse of another pulse shape. In principle, any pulse shape of the detected pulse 8 may be subject to evaluation.
Die Auswerteeinheit 1 stellt fest, dass der detektierte Puls 8 eine Zeit Δί nach dem Ansteuerpuls 2 entstanden ist, wobei demnach diese Zeit At der Flugzeit der Teilchen 4 zwischen Emitteranordnung 3 und Detektoranordnung 7 entspricht. Der Abstand x zwischen diesen ist der Auswerteeinheit bekannt, so dass durch den Zusammenhang ν=χ/Δί die Geschwindigkeit v berechnet wird. Diesen The evaluation unit 1 determines that the detected pulse 8 has arisen a time Δί after the drive pulse 2, and accordingly this time Δt corresponds to the time of flight of the particles 4 between the emitter arrangement 3 and the detector arrangement 7. The distance x between them is known to the evaluation unit, so that the velocity v is calculated by the relationship ν = χ / Δί. this
Geschwindigkeitswert v kann die Auswerteeinheit 1 nach außen kommunizieren, z.B. anzeigen. Speed value v, the evaluation unit 1 can communicate to the outside, e.g. Show.
Figur 2 zeigt schematisch eine mögliche Realisation der Vorrichtung in einer Aufsicht. Erkennbar ist ein Trägerelement 9, auf bzw. in dem die FIG. 2 shows schematically a possible realization of the device in a plan view. Visible is a support member 9, on or in which the
Emitteranordnung 3 und ebenso wenigstens eine Detektoreinheit 7 angeordnet ist. Durch den Luftstrom 5 werden wiederum hier nicht gezeigte Teilchen gemäß den Pfeilen 6 nach dem Freisetzen aus der Emitteranordnung 3 zur Emitter array 3 and also at least one detector unit 7 is arranged. By the air flow 5 are again not shown here particles according to the arrows 6 after release from the emitter assembly 3 to
Detektoranordnung 7 bewegt und dort detektiert. Die Figur 3A zeigt diese Detector assembly 7 moves and detected there. FIG. 3A shows these
Ausführung in einer Seitenansicht und verdeutlich, dass die Emitteranordnung 3 in dem Trägerelement 9, insbesondere also unter dessen Oberfläche angeordnet sein kann. Hier werden Teilchen 4 senkrecht zur Oberfläche und somit auch senkrecht zur Luftströmung 5 aus der Emitteranordnung 3 in die Luftströmung freigesetzt. Execution in a side view and illustrates that the emitter assembly 3 in the support member 9, in particular under the surface can be arranged. Here particles 4 are released perpendicular to the surface and thus also perpendicular to the air flow 5 from the emitter assembly 3 in the air flow.
Die in Figur 2 gezeigte Ausführung hat eine in Strömungsrichtung vor der The embodiment shown in Figure 2 has a flow direction in front of the
Emitteranordnung liegende Anlenkstelle 10, um die herum das Trägerelement 9 drehen kann, zumindest in einem vorbestimmten Winkelbereich, z.B. plus/minus 20 Grad oder 30 Grad. Emitter assembly lying pivot point 10, around which the support member 9 can rotate, at least in a predetermined angular range, e.g. plus / minus 20 degrees or 30 degrees.
Das in Strömungsrichtung hintere Ende 9a des Trägerelementes 9 ist in dieser Ausführung in einer Nut 11 geführt, z.B. durch einen in die Nut von der Unterseite des Grundelementes 9 vorspringenden Zapfen. Die Nut 11 kann in einem The rear end 9a of the support element 9 in the flow direction is guided in this embodiment in a groove 11, for example by a in the groove from the bottom the basic element 9 projecting pin. The groove 11 can in a
Grundelement 12 angeordnet sein, an welchem auch die Anlenkung an der Anlenkstelle 10 erfolgt. Z.B. kann das Grundelement 12 der Flügel eines Base element 12 may be arranged, on which also the articulation takes place at the articulation point 10. For example, may be the basic element 12 of the wings of a
Flugzeuges sein oder ein Oberflächenbereich des Gehäuses eines beliebigen Objektes Airplane or a surface area of the housing of any object
Auf dem Trägerelement 9 ist nach oben in die Luftströmung 5 aufragend eine Flosse 13 angeordnet, die als Leitwerk dient und automatisch das Trägerelement 9 und die daran angeordneten Emitteranordnung 3 und Detektoranordnung 7 parallel zur Luftströmung 5 ausrichtet. Gegenüber einer Sollposition, die durch eine gestrichelte Linie 14 visualisiert ist ergibt sich dadurch eine On the support member 9 is upwardly projecting into the air flow 5 a fin 13, which serves as a tail and automatically aligns the carrier element 9 and arranged thereon emitter array 3 and detector array 7 parallel to the air flow 5. Compared to a desired position, which is visualized by a dashed line 14, this results in a
Winkelabweichung a. Angular deviation a.
Die Winkelabweichung α kann detektiert werden, z.B. durch eine in der The angular deviation α can be detected, e.g. by a in the
Führungsnut 11 realisierte Sensorik oder durch eine Sensorik, die den Winkel α in der Anlenkstelle 10 erfasst. Anhand des Messwertes der Winkelabweichung kann z.B. in die Steuerung eines Fahrzeuges, insbesondere eines Flugzeuges eingegriffen werden, um die Winkelabweichung zu verringern oder es kann die Ausrichtung einer anderen beliebigen Vorrichtung geändert werden, insbesondere diese in den Wind gedreht werden. Guiding 11 realized sensor or by a sensor that detects the angle α in the pivot point 10. On the basis of the measured value of the angular deviation, e.g. to intervene in the control of a vehicle, in particular of an aircraft, to reduce the angular deviation or the orientation of any other device may be changed, in particular these are turned into the wind.
Weil hier die Detektoranordnung 7 in den Luftstrom über der Oberfläche des Trägerelementes 9 hineinragt, ist das Gehäuse der Detektoranordnung Because here the detector assembly 7 protrudes into the air flow over the surface of the carrier element 9, the housing of the detector assembly
strömungsgünstig, insbesondere also aerodynamisch ausgebildet, hier im streamlined, in particular so aerodynamically formed here in
Querschnitt im Wesentlichen tropfenförmig. Cross-section substantially drop-shaped.
Die Figuren 3B und 3C zeigen verschiedene Ausführungen der Figures 3B and 3C show different embodiments of
Detektoranordnung 7 in Richtung der Luftströmung. Gemäß Figur 3B ist die Detektoranordnung 7 für die Luftströmung undurchlässig. Die angeströmte Fläche der Detektoranordnung 7 kann eine Prallfläche bilden, auf der die Teilchen 4 auftreffen und hierdurch detektiert werden, z.B. durch eine Ladungsansammlung auf der Prallfläche, wenn es sich um geladene Teilchen handelt. Gemäß Figur 3C ist die Detektoranordnung 7 für den Luftstrom durchlässig. Detector assembly 7 in the direction of air flow. According to FIG. 3B, the detector arrangement 7 is impermeable to the flow of air. The flowed-on surface of the detector arrangement 7 can form a baffle surface on which the particles 4 impinge and are thereby detected, for example by a charge accumulation on the baffle surface, if they are charged particles. According to FIG. 3C, the detector arrangement 7 is permeable to the air flow.
Beispielsweise weist die Detektoranordnung 7 ein Rohr 7a auf, das durchströmt wird. An der Innenwandung des Rohres 7a oder außen um dieses herum kann wenigstens ein Sensor angeordnet sein, um das Eintreffen, insbesondere das Hindurchfliegen der Teilchen zu detektieren. For example, the detector assembly 7, a tube 7 a, which is flowed through. At least one sensor may be arranged on the inner wall of the tube 7a or around it, in order to detect the arrival, in particular the flying, of the particles.
Die Figuren 3B und 3C verdeutlichen auch, dass die Emitteranordnung 3, insbesondere deren Auslaßöffnung senkrecht zur Luftströmung 5 breiter sein kann, als die Eingangsöffnung oder Prallfläche der Detektoreinheit 7. Es können so Teilchenwolken erzeugt werden, die breiter sind als die Eingangsöffnung oder Prallfläche. FIGS. 3B and 3C also illustrate that the emitter arrangement 3, in particular its outlet opening perpendicular to the air flow 5, can be wider than the inlet opening or impact surface of the detector unit 7. Particle clouds can thus be generated which are wider than the inlet opening or impact surface.
Das jeweilige Grundelement und die Anlenkung an diesem ist in den Figuren 3, nicht dargestellt, kann aber vorhanden sein. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Vorrichtung mit dem gezeigten Trägerelement 9 jedoch ohne eine Anlenkung ausgebildet ist. Figur 4A zeigt die Anlenkstelle 10 zwischen dem Grundelement 9 und einem symbolisch gestrichelt dargestellten Grundelement 12. The respective basic element and the articulation at this is not shown in the figures 3, but may be present. It can also be provided that the device with the carrier element 9 shown, however, is formed without an articulation. FIG. 4A shows the articulation point 10 between the base element 9 and a basic element 12 shown symbolically by dashed lines.
Figur 4A zeigt weiterhin eine Abwandlung, bei welcher auch die Emitteranordnung 3 über der Oberfläche des Trägerelementes 9 positioniert ist und somit die FIG. 4A furthermore shows a modification in which the emitter arrangement 3 is also positioned above the surface of the carrier element 9 and thus the
Emitteranordnung 3 von der Luft 5 durchströmt wird. Teilchen 4 können in der Emitteranordnung 3 freigesetzt und mit dem Luftstrom 5 mitgeführt werden um auf die Detektoranordnung 7 zu treffen. Emitteranordnung 3 und Detektoranordnung 7 können jeweils ein luftdurchströmtes Rohr 3a bzw. 7a aufweisen gemäß der Figur 4B. Die jeweiligen äußeren Gehäuseformen können bei beiden Anordnungen 3,7 gleich sein. Emitter assembly 3 is flowed through by the air 5. Particles 4 can be released in the emitter assembly 3 and carried with the air stream 5 to hit the detector assembly 7. Emitter arrangement 3 and detector arrangement 7 can each have an air-flow-through pipe 3a or 7a according to FIG. 4B. The respective outer casing shapes may be the same in both arrangements 3.7.
Figur 5 zeigt eine Ausführung einer möglichen Emitteranordnung 3, z.B. eine solche der Figur 4A. Das luftdurchströmte Rohr 3a im Gehäuse der Figure 5 shows an embodiment of a possible emitter arrangement 3, e.g. one of Figure 4A. The air flowed through pipe 3a in the housing of
Emitteranordnung 3 umfasst eine Elektrodenanordnung mit Elektroden 3b zwischen denen gepulst mit der Spannungsversorgung 3c ein elektrisches Feld erzeugt werden kann, um gepulst Luftmoleküle oder -atome in der strömenden Luft zu ionisieren. Die Emitteranordnung 3 dieser Art erzeugt somit geladene Teilchen direkt aus der hindurchströmenden Luft, die sodann mit einer Emitter assembly 3 comprises an electrode assembly having electrodes 3b between which an electric field can be pulsed with voltage supply 3c to pulsatically pulse air molecules or atoms in the flowing air. The emitter assembly 3 of this type thus generates charged Particles directly from the air flowing through, then with a
Detektoranordnung detektiert werden können. Detector arrangement can be detected.
Figur 6A zeigt eine Emitteranordnung 3 die zurücktretend unter eine überströmte Oberfläche 15 angeordnet ist, z.B. die Oberfläche eines Flügels oder eines Trägerelementes der Figuren 2 bis 4. Figure 6A shows an emitter assembly 3 recessed beneath an overflow surface 15, e.g. the surface of a wing or a carrier element of Figures 2 to 4.
Die Emitteranordnung 3 umfasst eine Ausnehmung 3b, in der ein Elektronen emittierendes, z.B. glühendes Element 3c angeordnet ist, welches hierfür mittels einer Spannungsversorgung 3d bestromt wird. Die Spannungsversorgung kann gepulst betrieben sein. The emitter assembly 3 comprises a recess 3b in which an electron-emitting, e.g. glowing element 3c is arranged, which is energized for this purpose by means of a power supply 3d. The power supply can be operated pulsed.
Gemäß Figur 6B kann z.B. bei der Anordnung gemäß Figur 6A um das Elektronen emittierende Element 3c eine Elektrodenanordnung 3d angeordnet sein, mit der ein elektrisches Feld E erzeugt werden kann. Die Elektroden können z.B. durch durchlässige Netze ausgebildet sein. Durch das Feld E kann z.B. die According to Fig. 6B, e.g. in the arrangement according to FIG. 6A, an electrode arrangement 3d can be arranged around the electron-emitting element 3c, with which an electric field E can be generated. The electrodes may be e.g. be formed by permeable networks. By field E, e.g. the
Austrittsarbeit der Elektronen aufgebracht werden, so dass die Elektronen aus dem Element 3c ausgelöst und direkt durch die Elektroden 3d eingefangen werden. Die Elektroden 3d bilden somit eine Elektronenfalle, so dass mit eingeschaltetem Feld die Elektroden die Emitteranordnung 3 nicht verlassen können. Work function of the electrons are applied so that the electrons are released from the element 3c and captured directly by the electrodes 3d. The electrodes 3d thus form an electron trap, so that when the field is switched on the electrodes can not leave the emitter arrangement 3.
Das Feld E zwischen den Elektroden 3d kann gepulst abgeschaltet werden. Die sodann bereits ausgelösten Elektronen 4 werden dann nicht mehr eingefangen, sondern können den Bereich der Elektroden 3d verlassen und aus der The field E between the electrodes 3d can be switched off pulsed. The already released electrons 4 are then no longer captured, but can leave the area of the electrodes 3d and out of the
Emitteranordnung 3 austreten, gemäß Figur 6A in einer Richtung 16 senkrecht zur Strömungsrichtung 5 der Luft. Emerge emitter assembly 3, according to Figure 6A in a direction 16 perpendicular to the flow direction 5 of the air.
Figur 6C zeigt eine Ausbildung einer Emitteranordnung 3 als gepulste FIG. 6C shows a design of an emitter arrangement 3 as a pulsed one
Elektronenquelle, bei der mittels einer gepulst betriebenen Laserdiode 3g ein Elektronen emittierendes Element 3h beleuchtet und hierdurch die Austrittsarbeit der Elektronen 4 aufgebracht wird. Die ausgelösten Elektronen 4 können sodann die Emitteranordnung 3 verlassen in Richtung der Pfeile 16 und mit dem Luftstrom 5 mitgetragen werden. Figur 7 zeigt eine Anordnung bei welcher die Emitteranordnung 3 einen radioaktiv zerfallenden Materialvorrat 3e umfasst, der geladene Alphateilchen emittiert, ebenso wie ggfs. Gammastrahlung. Allgemein kann es auch vorgesehen sein, dass die Emitteranordnung eine Abschirmung gegen den Austritt von Strahlung aufweist, wenn Sie auf der Teilchenerzeugung durch radioaktiven Zerfall beruht. Z.B. kann die Emitteranordnung oder zumindest der darin bevorratete An electron source in which by means of a pulsed laser diode 3g, an electron-emitting element 3h illuminated and thereby the work function of the electrons 4 is applied. The triggered electrons 4 can then leave the emitter assembly 3 in the direction of the arrows 16 and be carried along with the air stream 5. FIG. 7 shows an arrangement in which the emitter arrangement 3 comprises a radioactively decaying material supply 3e which emits charged alpha particles, as well as optionally gamma radiation. In general, it can also be provided that the emitter assembly has a shield against the emission of radiation, if it is based on the particle generation by radioactive decay. For example, the emitter assembly or at least the stockpiled therein
Materialvorrat und/oder der Bereich einer Teilchenfalle eine Bleiummantelung aufweisen. Material supply and / or the area of a particle trap have a lead jacket.
Mittels eines magnetischen Feldes, dass durch eine symbolisiert dargestellte Elektromagnetanordnung 3f visualisiert ist, kann ein gepulstes Magnetfeld erzeugt werden, wodurch während dessen Anschaltzeit eine Lorentzkraft auf die bewegten Alpha-Teilchen 4 wirkt, die hierdurch aus der Emitteranordnung herausgelenkt werden und diese gemäß den Pfeilen 16 senkrecht zur Luftströmung 5 verlassen und von dieser sodann mitgetragen werden. A pulsed magnetic field can be generated by means of a magnetic field that is visualized by a symbolically represented electromagnet arrangement 3 f, whereby a Lorentz force acts on the moving alpha particles 4 during the turn-on time, which are thereby deflected out of the emitter arrangement and these according to the arrows 16 Leave perpendicular to the air flow 5 and then carried along by this.
Figur 8 visualisiert eine mögliche Ausführung einer Detektoranordnung 7. Diese umfasst eine luftdurchströmte Röhre 7a, die von einer Spule 7b umgeben ist. Die geladene Teilchen 4 stellen beim Durchfliegen der Röhre 7b einen sich zeitlich ändernden Ström dar, der zu einer induzierten Spannung in der Spule 7b führt und das pulsförmige Detektionssignal darstellt. Die gestrichelt dargestellten Linien 7c symbolisieren eine Elektrodenanordnung, die dazu dient geladene Teilchen 4 auf eine der Elektroden 7c zu ziehen und hierdurch zu detektieren. Die FIG. 8 visualizes a possible embodiment of a detector arrangement 7. The latter comprises an air-flow-through tube 7 a, which is surrounded by a coil 7 b. The charged particles 4, as they fly through the tube 7b, constitute a time-varying current which leads to an induced voltage in the coil 7b and represents the pulse-shaped detection signal. The dashed lines 7c symbolize an electrode arrangement which serves to draw charged particles 4 onto one of the electrodes 7c and thereby detect them. The
Elektrodenanordnung 7c ist als Alternative zur Spule 7b zu verstehen, jedoch zur Vereinfachung in derselben Figur 8 dargestellt. Die dargestellten gestrichelten Linien 7c können auch symbolisiert ein Massenspektrometer als weitere Electrode assembly 7c is to be understood as an alternative to coil 7b, but shown for simplicity in the same Figure 8. The illustrated dashed lines 7c may also symbolize a mass spectrometer as another
Alternative darstellen. Alternative pose.
Gemäß Figur 9 kann die angeströmte Fläche 7c der Detektoranordnung eine Prallfläche 7c ausbilden, an der die geladene Teilchen 4 auftreffen und hierdurch zu einer Ladungsansammlung auf der Prallfläche 7c führen, die detektiert werden kann. Bei den vorbeschriebenen Ausführungen der Figuren 8 und 9 sind die According to FIG. 9, the flowed-on surface 7c of the detector arrangement can form a baffle surface 7c, against which the charged particles 4 impinge, thereby leading to a charge accumulation on the baffle surface 7c, which can be detected. In the above embodiments of Figures 8 and 9 are the
Detektorelemente 7b bzw. 7c dementsprechend elektrisch leitend mit der Detector elements 7b and 7c accordingly electrically conductive with the
Auswerteeinheit verbunden. Evaluation unit connected.
Figur 10 zeigt eine Ausführung einer Detektoranordnung 7, mit zwei FIG. 10 shows an embodiment of a detector arrangement 7 with two
Detektorspulen 7b, was auch als zwei Detektoranordnungen in einem Detector coils 7b, which also as two detector arrays in one
gemeinsamen Gehäuse verstanden werden kann. Die geladenen Teilchen 4 durchfliegen mit dem Luftstrom 5 nacheinander beiden Spulen 7b und erzeugen so Induktionsspannungspulse die gemäß der Luftgeschwindigkeit und dem Abstand x zeitlich auseinanderliegen. Über den gemessenen zeitlichen Abstand der Pulse kann somit in Kenntnis des Abstandes x auf die Geschwindigkeit der Luftströmung zurückgerechnet werden. Beide Spulen 7b sind mit der common housing can be understood. The charged particles 4 pass through the air flow 5 in succession to both coils 7b and thus generate induction voltage pulses that are temporally separated according to the air velocity and the distance x. With the knowledge of the distance x, it is thus possible to calculate back to the velocity of the air flow over the measured time interval of the pulses. Both coils 7b are connected to the
Auswerteeinheit verbunden, welche die Geschwindigkeit berechnet. Evaluation unit connected, which calculates the speed.
Figur 11 zeigt eine Ausführung, bei der die Emitteranordnung 3 und die Figure 11 shows an embodiment in which the emitter assembly 3 and the
Detektoranordnung 7 jeweils zurücktretend unter die Oberfläche eines Objektes angeordnet sind, relativ zu dem die Luftgeschwindigkeit ermittelt werden soll. Mit der Auswerteeinheit 1 , die mit beiden Anordnungen 3,7 verbunden ist, wird der zeitliche Abstand zwischen der Erzeugung un der Detektion der Wolke von Teilchen 4 bestimmt. Detector assembly 7 are each arranged receding below the surface of an object, relative to which the air velocity is to be determined. With the evaluation unit 1, which is connected to both arrangements 3, 7, the time interval between the generation and the detection of the cloud of particles 4 is determined.
Figur 12 stellt eine Weiterbildung von Figur 11 dar, bei der zwei FIG. 12 shows a development of FIG. 11 in which two
Detektoranordnungen 7, ebenso wie die Emitteranordnung 3 unter die Oberfläche eines Objektes zurücktretend angeordnet sind, wobei hier jedoch mit der Detector assemblies 7, as well as the emitter assembly 3 are arranged receding below the surface of an object, but here with the
Auswerteeinheit 1 der zeitliche Abstand zwischen den Detektionen der Teilchen 4 an den beiden Detektoreinheiten ermittelt wird. Daher ist die Auswerteeinheit hier bevorzugt nur mit den Detektoreinheiten 7 verbunden. Evaluation unit 1, the time interval between the detections of the particles 4 is determined at the two detector units. Therefore, the evaluation unit is preferably connected here only to the detector units 7.
Figur 13 zeigt eine Ausführung bei der die Emitteranordnung an dem verjüngten Spitzenbereich 17a eines von der Luft angeströmten Stiftes 17 abgeordnet ist. An dieser Spitze werden mit der Emitteranordnung 3 Teilchen 4 erzeugt, die mit dem Luftstrom entlang der Mantelfläche des Stiftes 17 zu hier zwei FIG. 13 shows an embodiment in which the emitter arrangement is arranged on the tapered tip region 17a of a pin 17 which is streamed by the air. At this point, particles 4 are generated with the emitter arrangement 3, which with the air flow along the lateral surface of the pin 17 to two here
Detektoranordnungen 7 mitbewegt werden und dort detektiert werden. Hier ist am Beispiel der zweiten Detektoranordnung 7 dargestellt, dass diese in Umfangsrichtung in mehrere Teilchendetektoren 7a unterteilt sein kann, die jeweils unabhängig voneinander die Teilchen detektieren und so zu einer räumlichen Ortsauflösung der gemessenen Luftgeschwindigkeit beitragen können. Detector assemblies 7 are moved and detected there. Here is am Example of the second detector assembly 7 shown that this can be divided in the circumferential direction into a plurality of particle detectors 7a, each of which independently detect the particles and thus contribute to a spatial spatial resolution of the measured air velocity.
Gemäß Figur 14 ist der Stift 17 hohl, d.h. als Rohr ausgebildet. Die According to Figure 14, the pin 17 is hollow, i. designed as a tube. The
Emitteranordnung 3 befindet sich am verjüngten Spitzenbereich 17a, z.B. Emitter array 3 is located at the tapered tip area 17a, e.g.
ringförmig um eine Öffnung 17b des Stiftes 17 herum angeordnet. annularly arranged around an opening 17b of the pin 17 around.
Detektoranordnungen 7 sind wieder wie bei Figur 13 außen um den Stift 17 ringförmig in Umfangsrichtung angeordnet. Auch hier kann eine Detector assemblies 7 are again arranged as in Figure 13 outside the pin 17 annularly in the circumferential direction. Again, one can
Detektoranordnung 7 mehrere Teilchendetektoren umfassen, wie es zu Figur 13 gezeigt ist. Detector assembly 7 include a plurality of particle detectors, as shown in Figure 13.
Bei einer Luftgeschwindigkeitsmessung werden die Teilchen 4 nicht nur außen an dem Stift entlangbewegt und durch die Detektoranordnungen 7 detektiert, sondern es dringt auch Luft durch die angeströmte Öffnung 17b in das Innere des StiftesIn an air velocity measurement, the particles 4 are not only moved along the outside of the pin and detected by the detector assemblies 7, but also air penetrates through the flowed-17b into the interior of the pen
17 ein und erzeugt dort einen Staudruck, der zusätzlich mit dem Staudrucksensor17 and generates there a back pressure, in addition to the dynamic pressure sensor
18 am geschlossenen und hier bevorzugt abgewinkelten Ende des röhrenförmigen Stiftes gemessen werden kann. 18 can be measured at the closed and preferably angled end of the tubular pin.
Somit ist hier das Erfindungsprinzip mit dem Messprinzip einer Pitot-Röhre kombiniert. Thus, here the principle of the invention is combined with the measuring principle of a Pitot tube.

Claims

Patentansprüche claims
1. Luftgeschwindigkeitsmessvorrichtung umfassend a. eine Emitteranordnung (3), mit der zeitgesteuert Teilchen (4) emittierbar sind, insbesondere subatomare, atomare oder molekulare Teilchen (4), bevorzugt geladene subatomare, atomare oder molekulare Teilchen (4) emittierbar sind und b. wenigstens eine zur Emitteranordnung (3) beabstandete An air velocity measuring device comprising a. an emitter arrangement (3) with which time-controlled particles (4) can be emitted, in particular subatomic, atomic or molecular particles (4), preferably charged subatomic, atomic or molecular particles (4) are emissable and b. at least one spaced from the emitter assembly (3)
Detektoranordnung (7), insbesondere wenigstens eine in einer Luftströmungsrichtung (5) zur Emitteranordnung (3) beabstandete Detektoranordnung (7), mit der von der Emitteranordnung (3) emittierte und mit einem Luftstrom (5) mitbewegte Teilchen (4) detektierbar sind und c. eine Auswerteeinheit (1 ), die eingerichtet ist die Geschwindigkeit des Luftstromes (5) zu ermitteln aus der Flugzeit der Teilchen (4) über die bekannte Länge (x) einer Messstrecke.  Detector assembly (7), in particular at least one in a direction of air flow (5) to the emitter assembly (3) spaced detector assembly (7), with the emitted from the emitter assembly (3) and with an air flow (5) mitbewegte particles (4) are detectable and c , an evaluation unit (1) which is set up to determine the speed of the air flow (5) from the time of flight of the particles (4) over the known length (x) of a measuring path.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die 2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the
Messstrecke ausgebildet ist zwischen der Emitteranordnung (3) und einer Detektoranordnung (7) und/oder zwischen zwei oder mehr  Measuring section is formed between the emitter assembly (3) and a detector assembly (7) and / or between two or more
Detektoranordnungen (7).  Detector arrangements (7).
3. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch 3. Device according to one of the preceding claims, characterized
gekennzeichnet, dass die Emitteranordnung (3) eine kontinuierlich  in that the emitter arrangement (3) is continuous
emittierende Teilchenquelle (3c, 3e) und eine zeitgesteuerte Teilchenfalle ((3d, 3f) umfasst, wobei durch eine Ansteuerung der Teilchenfalle (3d, 3f) die Emission von Teilchen (4) aus der Emitteranordnung (3) bewirkbar ist.  comprising emitting particle source (3c, 3e) and a time-controlled particle trap ((3d, 3f), wherein the emission of particles (4) from the emitter assembly (3) can be effected by driving the particle trap (3d, 3f).
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mit der 4. Apparatus according to claim 3, characterized in that with the
Teilchenquelle (3c) Elektronen (4) emittierbar sind, insbesondere die Teilchenquelle (3c) ein glühendes Element (3c), bevorzugt einen glühenden Draht umfasst, aus dem Elektronen (4) austreten. Particle source (3c) electrons (4) are emissive, in particular the Particle source (3c) comprises a glowing element (3c), preferably a glowing wire from which electrons (4) emerge.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die 5. Apparatus according to claim 3, characterized in that the
Teilchenquelle (3e) durch einen radioaktiv zerfallenden Materialvorrat, bevorzugt durch einen Materialvorrat eines Alpha-Strahlers ausgebildet ist, mit dem geladene Teilchen (4) emittierbar sind, insbesondere geladene Alpha- Teilchen oder Elektronen.  Particle source (3e) is formed by a radioactively decaying material supply, preferably by a material supply of an alpha emitter, are charged with the charged particles (4), in particular charged alpha particles or electrons.
6. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche 4 oder 5, dadurch 6. Device according to one of the preceding claims 4 or 5, characterized
gekennzeichnet, dass eine Teilchenfalle (3d, 3f) durch ein zeitgesteuertes elektrisches und/oder magnetisches Feld ausgebildet ist.  in that a particle trap (3d, 3f) is formed by a time-controlled electric and / or magnetic field.
7. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch 7. Device according to one of the preceding claims, characterized
gekennzeichnet, dass die Emitteranordnung (3) eine gepulst emittierende Teilchenquelle umfasst, insbesondere ein gepulst beleuchtetes Element (3h), aus dem über den photoelektrischen Effekt Elektronen (4) auslösbar sind.  in that the emitter arrangement (3) comprises a pulsed emitting particle source, in particular a pulsed illuminated element (3h), from which electrons (4) can be triggered via the photoelectric effect.
8. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch 8. Device according to one of the preceding claims, characterized
gekennzeichnet, dass mittels der Emitteranordnung (3) die Teilchen (4) senkrecht zur Luftströmungsrichtung in den Luftstrom (5) emittierbar sind, insbesondere die Emitteranordnung (3) senkrecht zur Luftströmungsrichtung zum Luftstrom (5) versetzt angeordnet ist, insbesondere unter eine Oberfläche (15) der Vorrichtung zurücktretend angeordnet ist, die vom Luftstrom (5) parallel zur Oberfläche (15) überströmt ist.  characterized in that by means of the emitter arrangement (3) the particles (4) are perpendicular to the air flow direction in the air stream (5) are emissive, in particular the emitter assembly (3) perpendicular to the air flow direction to the air flow (5) is arranged offset, in particular under a surface (15 ) is arranged receding the device, which is overflowed by the air flow (5) parallel to the surface (15).
9. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch 9. Device according to one of the preceding claims, characterized
gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Detektoranordnung senkrecht zur Luftströmungsrichtung zum Luftstrom (5) versetzt angeordnet ist,  characterized in that the at least one detector arrangement is arranged offset in a direction perpendicular to the direction of air flow to the air flow (5),
insbesondere unter eine Oberfläche (15) der Vorrichtung zurücktretend angeordnet ist, die vom Luftstrom (5) parallel zur Oberfläche (15) überströmt ist.  is arranged in particular receding under a surface (15) of the device, which is overflowed by the air flow (5) parallel to the surface (15).
10. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch 10. Device according to one of the preceding claims, characterized
gekennzeichnet, dass die Emitteranordnung (3) von Luft durchströmt ist und mit der Emitteranordnung (3) Bestandteile, insbesondere Atome und oder Moleküle der Luft des Luftstromes (5) zeitgesteuert ionisierbar sind, insbesondere die Emitteranordnung (3) luftdurchströmte ansteuerbare characterized in that the emitter assembly (3) is traversed by air and with the emitter assembly (3) components, in particular atoms and / or molecules of the air of the air stream (5) are timed ionizable, in particular the emitter arrangement (3) can be driven by air
Elektroden umfasst.  Includes electrodes.
11.Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch 11.Vorrichtung according to any one of the preceding claims, characterized
gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Detektoranordnung (7) a. wenigstens ein Spulenelement (7b) umfasst, durch welches hindurch die emittierten Teilchen (4) mit dem Luftstrom (5) hindurchführbar sind, insbesondere wobei das wenigstens eine Spulenelement (7b) ein luftdurchströmtes Rohr (7a) umgibt und/oder b. wenigstens eine elektrisch leitfähige Prallfläche (7c) umfasst und/oder c. wenigstens ein Massenspektrometer (7c) umfasst und/oder d. wenigstens ein Elektrodenpaar (7c) umfasst mit einem zwischen diesen ausgebildeten elektrischen Feld, mit dem geladene Teilchen aus dem Luftstrom angezogen werden und/oder e. mehrere im Raum verteilte Teilchendetektoren umfasst, insbesondere mehrere Teilchendetektoren, die ringförmig, bevorzugt mit gleichem Winkelabstand, bevorzugt innen und/oder außen entlang des Umfangs an einem luftdurchströmten Rohr oder luftüberströmten Stift angeordnet sind.  characterized in that the at least one detector arrangement (7) a. at least one coil element (7b) through which the emitted particles (4) can be passed with the air flow (5), in particular wherein the at least one coil element (7b) surrounds a tube (7a) through which air flows and / or b. at least one electrically conductive baffle (7c) comprises and / or c. at least one mass spectrometer (7c) and / or d. at least one pair of electrodes (7c) comprises an electric field formed between them, with which charged particles are attracted from the air stream and / or e. a plurality of distributed in space particle detectors comprises, in particular a plurality of particle detectors, which are annular, preferably with the same angular distance, preferably inside and / or outside along the circumference of an air-flowed pipe or air-flowed pin are arranged.
12. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch 12. Device according to one of the preceding claims, characterized
gekennzeichnet, dass sie ein Trägerelement (9) umfasst, auf dem die  characterized in that it comprises a support element (9) on which the
Emitteranordnung (3) und die wenigstens eine Detektoranordnung (7) in einer gemeinsamen geradlinigen Erstreckung hintereinanderliegend angeordnet sind, wobei das Trägerelement (9) wenigstens ein Leitwerk (13) umfasst, insbesondere das als eine vom Trägerelement (9) aufstehende Flosse (13) ausgebildet ist und das Trägerelement (9) an einem Grundelement (12) drehbar angelenkt ist, insbesondere die Anlenkstelle (10) in  Emitter arrangement (3) and the at least one detector arrangement (7) are arranged one behind the other in a common rectilinear extent, wherein the carrier element (9) at least one tail unit (13), in particular formed as a from the support member (9) upstanding fin (13) is and the carrier element (9) on a base member (12) is rotatably articulated, in particular the articulation point (10) in
Luftströmungsrichtung vor der Emitteranordnung (3) angeordnet ist.  Air flow direction in front of the emitter assembly (3) is arranged.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das 13. The apparatus according to claim 11, characterized in that the
Grundelement (12) Teil eines Luftfahrzeuges oder bodenfahrenden  Basic element (12) Part of an aircraft or ground-based
Fahrzeuges oder einer Gondel oder eines Flügels einer Windkraftanlage ist. Vehicle or a gondola or a wing of a wind turbine.
14. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (9) mit einem von der Anlenkstelle (10) beabstandeten Bereich in einer kreisbogenförmigen Führungsnut (11 ) geführt ist. 14. The apparatus of claim 11 or 12, characterized in that the carrier element (9) with one of the articulation point (10) spaced area in an arcuate guide groove (11) is guided.
15. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche 11 bis 13, dadurch 15. Device according to one of the preceding claims 11 to 13, characterized
gekennzeichnet, dass die Position des Trägerelementes (9) relativ zum Grundelement (12) sensorisch erfasst ist, insbesondere durch wenigstens einen Sensor in der Führungsnut (11 ) oder am Trägerelement (9) oder in/an der Anlenkstelle (10).  in that the position of the carrier element (9) relative to the base element (12) is detected by sensors, in particular by at least one sensor in the guide groove (11) or on the carrier element (9) or in / at the articulation point (10).
16. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch 16. Device according to one of the preceding claims, characterized
gekennzeichnet, dass die Emitteranordnung (3) und/oder Detektoranordnung (7) beheizbar sind, insbesondere in Abhängigkeit der Höhe des Signales detektierter Teilchen (4).  in that the emitter arrangement (3) and / or detector arrangement (7) can be heated, in particular as a function of the height of the signal of detected particles (4).
17. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch 17. Device according to one of the preceding claims, characterized
gekennzeichnet, dass die Emitteranordnung am Spitzenbereich eines von der Luftströmung anströmbaren / angeströmten Stiftes (17) angeordnet ist, insbesondere dessen Längserstreckungsrichtung zumindest im Wesentlichen parallel zur Luftströmung liegt, wobei die wenigstens eine Detektoranordnung (7) von dem Spitzenbereich (17a) beabstandet ringförmig in der  in that the emitter arrangement is arranged at the tip region of a pin (17) which can be flowed against / flowed by the air flow, in particular whose longitudinal direction is at least substantially parallel to the air flow, wherein the at least one detector arrangement (7) is annularly spaced from the tip region (17a)
Umfangsrichtung des Stiftes (17) um die Stiftoberfläche herum angeordnet ist.  Circumferential direction of the pin (17) is arranged around the pin surface around.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der 18. The apparatus according to claim 17, characterized in that the
Spitzenbereich (17a) verjüngt ausgebildet ist, insbesondere wobei die  Tip region (17 a) is tapered, in particular wherein the
Emitteranordnung (3) am/im maximal verjüngten Anfang des Spitzenbereiches (17a) angeordnet ist.  Emitter assembly (3) on / in the maximally tapered beginning of the tip portion (17 a) is arranged.
19. Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Detektoranordnung (7) in der Umfangsrichtung in mehrere, insbesondere winkelgleich beabstandete Detektoren (7a) unterteilt ist. 19. The apparatus of claim 17 or 18, characterized in that the at least one detector arrangement (7) in the circumferential direction into a plurality, in particular equiangularly spaced detectors (7a) is divided.
20. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche 17 bis 19, dadurch 20. Device according to one of the preceding claims 17 to 19, characterized
gekennzeichnet, dass der Stift (17) hohl ausgebildet ist und die  characterized in that the pin (17) is hollow and the
Emitteranordnung (3) im Spitzenbereich (17a), insbesondere im/am verjüngten Spitzenbereich (17a), um eine von der Luftströmung angeströmte Öffnung (17b) des hohlen Stiftes (17) herum angeordnet ist, bevorzugt wobei der hohle Stift (17) in seinem Inneren einen Staudrucksensor (18) umfasst oder der hohle Stift Teil eines Pitot-Rohres ist. Emitter assembly (3) in the tip region (17a), in particular in / on the tapered tip portion (17a) around an air flow flowed through opening (17b) of the hollow pin (17) is arranged around, preferably wherein the hollow Pin (17) in its interior comprises a dynamic pressure sensor (18) or the hollow pin is part of a Pitot tube.
21. Luftfahrzeug, insbesondere Flugzeug oder Hubschrauber umfassend 21. Aircraft, in particular aircraft or helicopter comprising
wenigstens eine Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, insbesondere umfassend Paare von zwei Vorrichtungen nach einem der vorherigen Ansprüche, die sich an den Flügeln ober- und unterseitig gegenüberliegen.  at least one device according to one of the preceding claims, in particular comprising pairs of two devices according to one of the preceding claims, which are opposite to the wings above and below.
22. Verfahren zur Messung der Luftgeschwindigkeit relativ zu einem Objekt, 22. A method of measuring air velocity relative to an object,
insbesondere einem Fahrzeug, bevorzugt einem Luftfahrzeug, weiter bevorzugt einem Flugzeug, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Emitteranordnung (3) zeitgesteuert, insbesondere zeitlich gepulst Teilchen (4) emittiert werden, bevorzugt geladene subatomare, atomare oder molekulare Teilchen, die mit der strömenden Luft (5) von der Emitteranordnung (3) in Richtung zu wenigstens einer zur Emitteranordnung (3) beabstandeten Detektoranordnung (7) bewegt werden und mittels der wenigstens einen Detektoranordnung (7) die Zeit detektiert wird, welche die Teilchen (4) zum Zurücklegen einer bekannten Länge (x) einer Messstrecke benötigen, insbesondere die zwischen der Emitteranordnung (3) und einer  in particular a vehicle, preferably an aircraft, more preferably an aircraft, characterized in that by means of an emitter assembly (3) time-controlled, in particular temporally pulsed particles (4) are emitted, preferably charged subatomic, atomic or molecular particles, with the flowing air ( 5) are moved from the emitter assembly (3) towards at least one detector assembly (7) spaced from the emitter assembly (3), and the time is detected by the at least one detector assembly (7) to cause the particles (4) to travel a known length (x) require a measuring path, in particular between the emitter array (3) and a
Detektoranordnung (7) und/oder zwischen zwei Detektoranordnungen (7, 7b) oder zwei beabstandeten Detektionselementen (7b) einer Detektoranordnung ausgebildet ist.  Detector assembly (7) and / or between two detector assemblies (7, 7b) or two spaced detection elements (7b) of a detector array is formed.
23. Verfahren zur Überwachung der Strömung an den Flügeln eines Flugzeuges, dadurch gekennzeichnet, dass mittels je einer Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche die Luftgeschwindigkeit über und unter wenigstens einem Flügel des Flugzeuges gemessen wird und bei Überschreitung einer vorbestimmten Geschwindigkeitsdifferenz eine Warnung signalisiert wird oder ein automatischer Eingriff in die Steuerung des Flugzeuges vorgenommen werden, insbesondere der bewirkt, dass die gemessene 23. A method for monitoring the flow on the wings of an aircraft, characterized in that by means of a device according to any one of the preceding claims, the air velocity above and below at least one wing of the aircraft is measured and when exceeding a predetermined speed difference, a warning is signaled or be made automatic intervention in the control of the aircraft, in particular, causes the measured
Geschwindigkeitsdifferenz verringert wird.  Speed difference is reduced.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2632326A (en) * 1948-08-31 1953-03-24 Bendix Aviat Corp True air speed indicator of the ionization type
US2637208A (en) * 1949-11-17 1953-05-05 Nat Res Corp Velocity measuring by use of high energy electrons
DE972121C (en) * 1948-06-16 1959-05-27 Bendix Aviat Corp Device for measuring a current speed, in particular for measuring the aircraft speed
EP2801829A1 (en) * 2013-05-07 2014-11-12 The Boeing Company Methods and apparatus to determine aircraft flight conditions

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2569974A (en) * 1944-04-11 1951-10-02 United Aircraft Corp Velocity measuring device
DE878112C (en) * 1951-06-13 1953-06-01 Siemens Ag Electronic flow meter
US4680962A (en) * 1984-01-20 1987-07-21 Durbin Enoch J Fluid flow rate and direction measuring apparatus

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE972121C (en) * 1948-06-16 1959-05-27 Bendix Aviat Corp Device for measuring a current speed, in particular for measuring the aircraft speed
US2632326A (en) * 1948-08-31 1953-03-24 Bendix Aviat Corp True air speed indicator of the ionization type
US2637208A (en) * 1949-11-17 1953-05-05 Nat Res Corp Velocity measuring by use of high energy electrons
EP2801829A1 (en) * 2013-05-07 2014-11-12 The Boeing Company Methods and apparatus to determine aircraft flight conditions

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