DE2401322A1

DE2401322A1 - Measurement of velocity of moving solid particles - involves application of signals to two points and their spacing in time determined

Info

Publication number: DE2401322A1
Application number: DE2401322A
Authority: DE
Inventors: Axel Dr Ing Schulz-Walz
Original assignee: SCHULZ WALZ AXEL DR ING
Current assignee: SCHULZ WALZ AXEL DR ING
Priority date: 1974-01-11
Filing date: 1974-01-11
Publication date: 1975-07-24
Also published as: CH572623A5

Abstract

The two test points are provided at a certain distance from each other in the directon of particle movement and signals are applied through light conductors and are detected by photoelectric transducers; their spacing in time is determined by a cross correlation calculator; light conducting glass or plastics fibres are used for light supply to the test points, and to return the reflected light to photocells, in order to obtain a high optical resolution, two single glass fibres are used for guiding the reflected light, and one or several adjacent fibres are used for illumination. The apparatus determines the time for patterns of particles to pass between the two points.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Geschwindigkeitsmessung an bewegten Feststoffteilchen Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtung zu Geschwindigkeitsmessung von bewegten ?Feststoffteilchen, insbesondere von bewegten Schüt-tgütern oder von Mehrphasenströmungen. Es gibt in der Techni@ einen breiten Bereich von Meßproblemen, die derzeit nicht gelöst werden können. Genannt seien als Beispiele: 1. Die Ilessung der Geschwindigkeit von feinen Schüttgütern (Beispiel: Zement) in abzugsorganen oder Transportvorrichtungen. Method and device for measuring the speed of moving Solid particles The invention relates to a method and apparatus for measuring velocity of moving solid particles, especially moving bulk solids or of Multiphase flows. There are a wide range of measurement problems in Techni @, which cannot currently be resolved. Examples are: 1. The Ilessung the speed of fine bulk solids (example: cement) in discharge devices or transport devices.

2. Die Messung der Geschwindigkeit des Feststoffes in Vollmantelzentrifugen. 2. The measurement of the speed of the solid in solid bowl centrifuges.

3. Die Messung von Feststoff- oder Fluidgeschwindigleiten in Dellerzentrizugen. 3. The measurement of solid or fluid velocities in Deller centrifuges.

4. Die Messung von Fluidgeschwindigkeiten (Geschwindig keitsprofil) in Apparaten, die der Abwasseraufbereizung dienen. 4. The measurement of fluid velocities (velocity profile) in devices used for wastewater treatment.

Zweck der Erfindung ist es, derartige Meßprobleme zu lösen. Das Verfahren und Vorrichtung nach der L'rfindung besteht darin, daß an zwei in Richtung der Geschwindigkeit hintereinanderliegenden Meßstellen von bekanntem abstand Signale tiber Lichtleiter und nachgeschaltete fotoe lektrische Wandlerelemente aufgenommen werden und mit Hilfe eines Kreuzlrorrelationsrechners die zeitliche Verschiebung der X nale bestimmt wird.The purpose of the invention is to solve such measurement problems. The procedure and the device according to the invention consists in that at two in the direction of speed successive measuring points of known distance signals via fiber optics and downstream photoe lectric converter elements are included and with With the help of a cross-correlation calculator, the time shift of the X nals is determined will.

Die kontinuierliche Abtastullg der Struktur, also eine kontinuierlichen Erfassung von Inhomogenitäten des bewegten Mediums an zwei in Richtung der Geschwindigkeit hintereinander liegenden Meßstellen von bekanntem abstand, liefert ein der Cjtruktur analoges Meßsignal, Die Fig. 1 zeigt beispielhaft einen Ausschnitt aus den Signalen bei einer derartigen Strukturabtastung. Die Inhomogenitäten sind in diesem zelle Feststoffteilchen in einer strömenden Flüssigkeit.The continuous scanning of the structure, i.e. a continuous one Detection of inhomogeneities in the moving medium on two in the direction of speed behind each other lying measuring points of known distance, supplies a measuring signal analogous to the structure, Fig. 1 shows an example of a section of the signals in such a Structure scanning. The inhomogeneities are solid particles in this cell a flowing liquid.

Zur Geschwindigkeitsmessung wird dabei ausgenutzt die Ähnlichkeit der beiden so gewonnenen Signale, d.h. die Datsache, daß das an der ersten Meßstelle entstehende Signal zu einem späteren Zeitpunkt an der zweiten Meßstelle nochmals in ähnlicher Form entsteht. Die Zeitverschiebung die ser Signale ist gleich der Zeit, die vom auszumessenden Medium zum Durchlaufen der Meß<iistanz benötigt wird. Wird diese zeitliche Verschiebung der Signale bestimmt, durch Ausmessen oder mit Hilfe eines Korrelationsrechners, ist die gesuchte Geschwindigkeit bekannt, da die Meßdistanz vorgegeben ist, Fig. 1a zeigt ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Fig. 2 zeigt ein Beispiel eines miniaturisierten Meßwertaufnehmers. Das Bild zeigt eine Ansicht des Endes der Meßsonde, also den IIeßquerschnitt, Die mit "Geber A" und "Geber 3" bezeichneten einzelnen Glasfasern dienen der Reflexlichtrückführung, die angrenzenden Fasern der Beleuchtung der Meßstelle.The similarity is used to measure the speed of the two signals obtained in this way, i.e. the fact that this is at the first measuring point resulting signal again at a later point in time at the second measuring point arises in a similar form. The time shift these signals is equal to Time that the medium to be measured needs to run through the measuring distance will. Is this time shift of the signals determined by measuring or with the help of a correlation calculator, the desired speed is known, since the measuring distance is predetermined, FIG. 1a shows a block diagram of the inventive Contraption. Fig. 2 shows an example of a miniaturized transducer. The picture shows a view of the end of the measuring probe, i.e. the cross-section of the measurement Individual glass fibers labeled "Geber A" and "Geber 3" serve for the return of reflected light, the adjacent fibers of the lighting of the measuring point.

Fig. 3 zeigt eine Ansicht des gesamten Meßwertaufnehmers, bestehend aus Meßsonde und fotoelektrischen Wandlerelementen, Das Faserbündel teilt sich, von der Meßstelle kommend, in drei Arme auf, wobei er unterste Arm die Beleiichtungsfasern enthält, die beiden anderen Arme die beiden einzelnen tasern, die der Rückführung des reflektierten Lichtes dienen.Fig. 3 shows a view of the entire transducer, consisting from measuring probe and photoelectric transducer elements, the fiber bundle divides, Coming from the measuring point, in three arms, with the lowest arm the exposure fibers contains, the other two arms the two individual taser that of the recirculation serve the reflected light.

An jeder der beiden Meßstellen entsteht ein optisches Signal, das nach l0andlung in ein elektrisches Signal in Korrelationsrechner verarbeitet werden kann. Der Rechner liefert die Durchlaufzeit für die Meßdistanz, die im Beispiel 0,3 mm beträgt.An optical signal is generated at each of the two measuring points after conversion into an electrical signal in Correlation calculator can be processed. The computer supplies the processing time for the measuring distance, which is 0.3 mm in the example.

Fig. 4 zeigt schematisch die Signalentstehung. Die Inhomogenität ist in diesem Fall ein Feststoffteilchen in einer fluiden Phase. Die Beleuchtung erfolgt über die Faser (1,), die Reflexlicht-Rückfürung über die Faser (2.).Fig. 4 shows schematically the generation of signals. The inhomogeneity is in this case a solid particle in a fluid phase. The lighting takes place via the fiber (1,), the reflected light return via the fiber (2.).

Der aktive Bereich(3)ist das im Bereich beider Kegel liegende Gebiet. Das passierende Xeststoffteilchen(4)10st ein Signal aus, das Teilchen(5) wird nicht erfaßt wegen seines zu großen Abstandes. Die Schnitte(4a) und (4b) verdeutlichen dies. Bei Teilchen (5) ist der Anteil der vom Feststoffteilchen eingenommenen Fläche an der gesamen erfaßten Flächen zu klein. Durch eine geeignete Wahl von Faserdurchmesser, Abstrahlwinkel und der Meßdistanz lassen sich die Eigenschaften der Meßsonde weitgehend variieren und einzelnen Problembereichen anpassen.The active area (3) is the area in the area of both cones. The passing solid particle (4) emits a signal, the particle (5) does not recorded because of its too great distance. The sections (4a) and (4b) illustrate this. For particles (5) is the proportion of the area occupied by the solid particle too small on the total area covered. By a suitable choice of fiber diameter, The radiation angle and the measuring distance can largely change the properties of the measuring probe vary and adapt to individual problem areas.

Durch die Feinheit der Glasfaseren - Faserdurchmesser hier beispielsweise 40/«m - können bei einer derartigen Anordnung etwa Feststoffteilchen bis herunter zur Größe von einigen µm registriert werden.Due to the fineness of the glass fibers - fiber diameter here, for example 40 / «m - with such an arrangement, solid particles can be as low as down to a size of a few µm can be registered.

Da sich ein Heßergebnis mit dem llechner nur ergibt, wenn eine Inhomogenität, ein "signalerzeugendes Element" beide Meßstellen A und 3 durchläuft, gestattet ein derartiger Meßwertaufnehmer durch Verdrehen auch die Bestimmung der ltichtung des Geschwindigkeitsvektors.Since a Heß result with the llechner only results if there is an inhomogeneity, a "signal-generating element" passes through both measuring points A and 3, allows a Such transducers can also be used to determine the orientation of the Speed vector.

Mit zunebniender Entfernung der signalerzeugenden Elemente von der Meßsonden in Richtung senkrecht zur Sondenendfläche nimmt die Signalstärke extrem schnell ab, wie anhand von Fig. (4) gezeigt wurde. Die Meßsonde registriert somit nur Elemente in ihrer unmittelbaren Nähe. Damit und wegen der Kleinheit der gesamten Sonde (Durchmesser im Beispiel 1 mm) wird eine praktisch punktförmige Messung der Geschwindigkeit an einer interessierenden Stelle möglich.With increasing distance of the signal-generating elements from the Measuring probes in the direction perpendicular to the probe end face decreases the signal strength extremely quickly, as shown with reference to Fig. (4). The measuring probe thus registers only elements in their immediate vicinity. With that and because of the smallness of the whole Probe (diameter in the example 1 mm) is a practically point-shaped measurement of the Speed possible at a point of interest.

Die folgenden milder zeigen einige Beispiele für den Znatz des beochriebenen Meßwertaufnehmers bei verschiedenen Pro slemen: Fig. 5 Problem: Geschwindigkeitsmessung bei feststoffbeladener Gas strömung.The following mildly show some examples of what has been described Transducer with different Pro slemen: Fig. 5 Problem: Speed measurement with solids-laden gas flow.

Von einer Dosierrinne (6) fällt feiner nuarzsand (7) um 40 µm an der Iießsonde (9) vorbei, die mit Hilfe der Markierung (8) in Bewegungsrichtung ausgerichtet ist. ES wird die Xallgeschwindigkeit des Sandes gemessen (Meßdistanz 0,6 mm). From a dosing channel (6) fine nuarz sand (7) falls around 40 µm pass the Iiesssonde (9) with the help of the marking (8) in the direction of movement is aligned. The general speed of the sand is measured (measuring distance 0.6 mm).

Fig. 6 Problem: Geschwindigkeitsnessung bei fießenden Schüttgütern.Fig. 6 Problem: speed measurement with flowing bulk goods.

Ein feines Schüttgut (10) fließt auf einer Platte (11). Die in Fig. 2 und 3 dargestellte Meßsonde ist in die Platte eingebaut und ermöglicht eine störungsfreie Geschwindigkeitsmessung an der wandnahen schicht. A fine bulk material (10) flows on a plate (11). The in Fig. 2 and 3 shown measuring probe is built into the plate and enables trouble-free Velocity measurement on the layer near the wall.

Fig. 7 Problem: Geschwindigkeitsmessung bei feststoffbeladenen ztrömungen, In einem Rohr (13) strömt eine feststoffbeladene Flüssigkeit (14). Die Ileßsonde kann bis zu dem gewünschten Wandabstand in die Strömung hineingeschoben werden.Fig. 7 Problem: Velocity measurement in solid-laden flows, A solid-laden liquid (14) flows in a pipe (13). The iless probe can be pushed into the flow up to the desired distance from the wall.

Fig. 83 Beispiel für Meßergebnisse bei Anordnung nach Fig. 7: Jede Kurve (Kreuzkorrelationsfunktion) gilt für einen 57andabstand der Meßsonde. Die Kurven werden jeweils einzeln vom Rechner angezeigt. Die gesuchte Durchlaufzeit für die Meßdistanz #t kann als Abstand des Kurvenmaximus von der Ordinate entnommen werden.Fig. 83 Example of measurement results with the arrangement according to Fig. 7: each Curve (cross-correlation function) applies to a distance between the measuring probe. the Curves are displayed individually by the computer. The lead time you are looking for for the measuring distance #t can be taken as the distance of the curve maximum from the ordinate will.

Die gezeigten Beispiele sind einige von mehreren erfolgreich betriebenen Meßanordnungen.The examples shown are just a few of several successfully operated Measuring arrangements.

Darüberhinaus sieht man anhand der Fig. 1 , daß einzelne Teilchen so deutlich'im Signal ZU erkennen sind, daß eine Zählung dereinzelnen Impulse mit elektronischen Mitteln sehr leicht möglich ist. Läßt sich über ein Modell das dazugehörende Fluidvolumen ermitteln, hat man eine Konzentrationsmessung. Leichter ist die reine ia/nein Information zu erhalten, d,h. Teilchen / keine Teilchen. Das ist bei der Überwachung von "sauberen Räumen" oder bei der Kontrolle des Klarlaufsbei Zentrifugen und Filtern interessant.In addition, it can be seen from FIG. 1 that individual particles can be seen so clearly in the signal ZU that the individual pulses are counted with electronic means is very easily possible. The associated Determine the fluid volume, one has a concentration measurement. The pure one is lighter ia / no to receive information, i.e. Particle / No Particle. That is with the Monitoring of "clean rooms" or when checking the clear runoff in centrifuges and filters interesting.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Method and device for speed measurement on - moving Particulate matter d a d u r g e k e n n n e i n e t that an swel in the direction the speed, one behind the other K'eßstellen of known distance signals Recorded via light guide and downstream photoelectric converter elements and with the help of a cross-correlation calculator the time shift the signals is determined.

2. Apparatus according to claim 1 d a d u r c h g e k e n n z e i c This means that the light is fed back to the measuring point and the return of the reflected light light-conducting glass fibers are used.

3. The method according to claim 1 and claim 2 d a d u r c h g e k e n It is not stated that in order to achieve a high optical resolution there are two individual optical fibers for reflected light return, one or more of the adjacent ones Fibers are used for lighting.

4. The method according to claim 1 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that instead of light-conducting glass fibers, light-conducting plastic fibers are used will.