Durchflussmessung mit Ultraschall-Phased-Array-Sensoren

Von:

Manuel Haide

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Die Entwicklung von Durchflusssensoren für Fluide ist gekennzeichnet durch verschleißfreie und flexible Messsysteme mit hoher Genauigkeit. Grundlage des behandelten Ultraschallmessprinzipes bilden schallreflektierende Schwebstoffe im Fluid, welche schlupffrei in der Strömung mitgeführt werden. Die vorliegende Arbeit beschreibt fusionierte Signalverarbeitungsverfahren zur Geschwindigkeitsbestimmung von Schwebstoffen in Fluiden. Zusammen mit einem Phased-Array-Ultraschallsensor wird die sukzessive Vermessung des Geschwindigkeitsprofils entlang des Querschnittes möglich. Das realisierte Sensorkonzept, bestehend aus einem Phased-Array-Strahler, digitalen Signalprozessor und Mikrocontroller, zeichnet sich mit den implementierten Auswerteverfahren durch folgende Merkmale aus: Verwendung der Phased-Array-Technologie Erstellung zweidimensionaler Strömungsmodelle Steigerung der Messentfernung/-geschwindigkeit, des SNR und des Informationsgehalts durch optimierte Signalcodierung Zeitliche Verfolgung von Reflektorspuren durch Objektverfolgungsverfahren Dopplerfrequenzbestimmung mittels Schätzmethoden Fusion von Doppler- und Entfernungsinformationen durch Kalman- und (J)PDA-Filter oder räumlicher Clustering-Methode