EP0138017A1

Method for ultrasonic Doppler fluid flow measurement with improved spatial resolution

Abstract

1. A method of carrying out ultrasonic flow measurements in accordance with the Doppler principle, wherein previously transmitted ultrasound (24, 25) is received as reflected ultrasound (23 ; 24', 25'), with a Doppler frequency shift DELTA f corresponding to the flow speed to be measured, where the flow is measured at the location of the intersection (124, 125 ; 224, 225) of the transmitting sound lobe and the receiving sound lobe and is determined from the signal of the receiving transducer (22, 31), characterized in that for the detection and/or analysis of the complete flow profiles inside the pipeline (1) the angle alpha of the sound lobe (24, 25, 23 ; 24, 25, 24', 25') of at least one of the transmitting and receiving transducers (21, 22 ; 21, 31) is changed for individual measurements within an angle range alpha n such that a representative portion of the flow profil of the cross-section inside the pipeline (1) is detected.

EP0138017A1, drawing sheet 1
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8 claims: 2 independent, 6 dependent

  1. 1
    Verfahren zur Ultraschall-Durchflußmessung nach dem Doppler-Prinzip, bei dem zuvor ausgesandter Ultraschall (24, 25) mit einer der zu messenden Strömungsgeschwindigkeit entsprechenden Doppler-Frequenzverschiebung Δf als reflektierter Ultraschall (23;24;25') wieder empfangen wird, wobei die Strömung am 0rt der Überschneidung (124, 125;224, 225) der Sende-Schallkeule und der Empfangs-Schallkeule gemessen wird, gekennzeichnet dadurch, daß zur Erfassung und/oder Auswertung des vollständigen Strömungsprofils im Innern des Rohres (1) der Winkel α der Schallkeule (24, 25, 23;24, 25, 24', 25') wenigstens eines der Sende- und Empfangswandler (21, 22;21, 31) für jeweils einzelne Messungen in einem solchen Winkelbereich α n verändert wird, daß ein repräsentativer Ausschnitt des Strömungsprofils des Querschnittes des Innern des Rohres (1) erfaßt wird.
  2. 2
    Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Winkel x nur einer der beiden Schallkeulen (24, 25) des Sende- oder Empfangswandlers (21) verändert wird (Fig.2).
  3. 3
    Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Winkel α in einem solchen Winkelbereich verändert wird, daß die Werte der Strömungsgeschwindigkeiten für einen Halbmesser (r) des Querschnittes des Innern des Rohres (1) gemessen werden (Fig.2).
  4. 4
    Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Veränderung des Winkelsα durch Änderung der Frequenz der Anregungswechselspannung (U) für den Sendewandler (21) bewirkt wird.
  5. 5
    Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß der Sende-oder Empfangswandler (21) ein Ultraschall-Wandler (2 oder 3 in Fig.1) mit Interdigitalstruktur (9) ist, bei dem Elektroden auf wenigstens einer der Flächen (4, 6) des jeweiligen Wandlerkörpers (K) und/oder bei dem eine Interdigitalstruktur der Polarisation des Wandlerkörpers (K) vorgesehen sind, wobei die Winkel α 1 ' α 2' ... der Schallkeulen (24, 25 " ...) durch Frequenzänderung der Frequenz der anregenden Wechselspannung (U) veränderbar ist.
  6. 6
    Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet dadurch, daß der weitere zugehörige Empfangs- oder Sendewandler (22) ein Wandler mit richtungsmäßig unveränderbarer Schallkeule (23) ist.
  7. 7
    Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1, 3 oder 4, gekennzeichnet dadurch, daß sowohl Sendewandler (21) als auch Empfangswandler (31) Ultraschall-Wandler (2, 3 in Fig.1) mit Interdigitalstruktur (9) der Elektroden auf wenigstens einer. der Flächen (4, 6) des jeweiligen Wandlerkörpers (K) und/oder mit Interdigitalstruktur der Polarisation des Wandlerkörpers (K) sind, wobei die jeweils veränderbaren Winkel α 1 , α 2 ;α' der jeweiligen Sende-Schallkeule (24, 25) einerseits und der jeweiligen Empfangs-Schallkeule (24', 25) andererseits für die jeweilige Messung so gewählt sind, daß eine Überschneidung (224, 225) der Schallkeulen vorliegt (Fig.3).
  8. 8
    Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet dadurch, daß die an voneinander verschiedenen Orten in der Rohrwandung (21) angebrachten Wandler (21, 31) mit Interdigitalstruktur unterschiedlich große Periodizitätskonstanten (d 1 , d 2 ) haben.