Procedimiento y dispositivo para la determinación del caudal de un fluido circulante.

Procedimiento para la determinación del caudal de un fluido circulante,

en donde

- el fluido (8) es calentado mediante un haz óptico de calentamiento (2.10, 2.3),

- el haz de calentamiento (2.10, 2.3) es modulado en intensidad o pulsado, y

- un haz óptico de detección (2.3) pasa a través del sitio de calentamiento,caracterizado por el hecho

- de que los ejes ópticos del haz de calentamiento y del haz de detección (2.10, 2.3) coinciden al menos en elsitio de calentamiento,

- de que el haz de detección (2.3) es captado mediante un conjunto de detectores (2.5),

- y de que mediante el conjunto de detectores (2.5) se efectúan durante el calentamiento varias mediciones queson consecutivas en el tiempo, mediante lo cual se determina la evolución en el tiempo del índice refractivo de lazona de calentamiento en el fluido (8).

Procedimiento y dispositivo para la determinación del caudal de un fluido circulante [0001] La invención se refiere a un procedimiento y un dispositivo para la determinación del caudal de un fluido circulante según los preámbulos de la reivindicación 1 y de la reivindicación 9.

Son conocidos en distintas configuraciones procedimientos y dispositivos genéricos.

Así es conocida la técnica de medir la desviación de un haz láser delgado al pasar el mismo a través de una zona de un fluido calentada de otra manera, para así sacar conclusiones acerca de la velocidad del fluido.

Como alternativa es conocida la técnica de medir la velocidad de circulación de un fluido mediante un sistema de detectores dado el caso óptico situado después de un punto de calentamiento dado el caso producido asimismo ópticamente a través del tiempo de recorrido de una zona calentada por breve espacio de tiempo desde el punto de calentamiento hasta el punto de medición.

Es desventajoso el hecho de que aquí son necesarios dos sitios y equipos de trabajo separados localmente, por una parte para el calentamiento, y por otra parte para la detección del calentamiento.

La US 4.654.803 prevé una medición de la velocidad de un fluido mediante deflexión fototérmica. Se mide una simple desviación del haz de medición. La US 4.654.803 prevé para ello un procedimiento con un haz de calentamiento que calienta una zona de calentamiento de un fluido, en donde la zona de calentamiento es atravesada por un haz óptico de medición y es detectada mediante un detector de células laterales. Como magnitud a determinar está prevista tan sólo una medición de un valor medio. La disminución de la media de la velocidad es descrita mediante un modelo exponencial, si bien un modelo de este tipo es demasiado sencillo como para poder describir un perfil de intensidad complejo. La publicación impresa mide por lo tanto únicamente la tasa de la deflexión y calcula a partir de la misma la velocidad media del fluido circulante.

La US 4.213.699 da a conocer un procedimiento para la detección de pequeñas concentraciones de una determinada sustancia (en particular aceite) en un medio transparente, en donde se transmite un haz láser a través del medio. El haz láser es absorbido por la concentración de aceite dentro del medio y el haz es desviado al pasar a través del medio. Mediante una pantalla se determina la focalización o la desviación y su magnitud del haz desviado.

La publicación impresa, que se ocupa de la determinación de concentraciones de una sustancia en un fluido, indica en sí un recorrido de medición con láser uniaxial para la determinación de determinadas propiedades de un fluido. La publicación impresa usa para la evaluación el ensanchamiento del haz láser de medición a través de la distinta absorción de la sustancia en el fluido.

La invención persigue la finalidad de crear un procedimiento mejorado y un dispositivo mejorado para la determinación del caudal de un fluido circulante evitando las desventajas anteriormente mencionadas.

Según la invención la finalidad mencionada se alcanza con un procedimiento de la clase mencionada al comienzo, que además presenta las características distintivas de la reivindicación 1. Para alcanzar la finalidad mencionada la invención prevé además un dispositivo genérico con las características distintivas de la reivindicación 9.

El vocablo “caudal” designa a una magnitud característica para el mismo, tal como el caudal, la velocidad circulatoria, el flujo volumétrico o magnitudes similares. En la región calentada es inducida térmicamente una lente por una absorción parcial de un haz óptico, tal como un haz láser, en el fluido, y en particular en el agua, cuyo coeficiente de absorción es de 0, 46 m-1 para una longitud de onda de 970 nm. La lente, y en particular sus propiedades inducidas por el flujo, son medidas para la determinación de la velocidad circulatoria. La medición se hace por medio de la luz no absorbida del mismo haz láser, con lo cual coinciden el haz de excitación y el haz de medición. El procedimiento es un procedimiento de medición térmica no invasiva y sin contacto de las modificaciones inducidas por el calor de las propiedades ópticas del fluido calentado. La medición se hace en el mismo sitio absoluto como el calentamiento: El sitio de calentamiento y el sitio de medición coinciden pues en el espacio o bien están espacialmente superpuestos. La detección del haz láser se hace mediante un conjunto de detectores con varios detectores individuales (al menos dos) , captando al mismo tiempo varios detectores individuales la luz del haz láser incidente. Éste puede ser ensanchado, aparte de por la divergencia producida por la lente térmica inducida por el calor en el fluido, adicionalmente por una lente óptica o por un grupo de lentes ópticas dispuesta (o) fuera del tubo antes del conjunto de detectores. Gracias a ello pueden captarse distintas propiedades de la zona de calentamiento y no tan sólo su desplazamiento (movimiento) , sino también su deformación, es decir, su variación de forma en la zona calentada, que viene condicionada por el movimiento circulatorio. Así pues, según la invención no tan sólo se determina globalmente a través de la desviación del haz luminoso el índice de refracción de la lente térmica inducida, sino que se efectúa una medición global dentro de una zona mayor y con ello de sus propiedades, y en particular deformaciones, inducidas por el flujo. El fluido es calentado (sin contacto) mediante un haz óptico, siendo en particular detectado el haz que calienta el fluido con su luz que pasa a través del mismo.

Según configuraciones preferidas está previsto que el haz de calentamiento y el haz detector sean emitidos por la misma fuente de radiación, o bien que el haz de calentamiento y el haz detector sean emitidos por distintas fuentes de radiación. En este último caso las fuentes de radiación pueden presentar iguales o distintas gamas de frecuencias. La producción del haz de calentamiento y del haz de detección mediante la fuente luminosa puede hacerse mediante división del haz, mediante filtración por medio de distintos filtros ópticos y/o mediante distinto ensanchamiento por medio de distintas ópticas de reproducción.

Según ello, el equipo para el calentamiento de una zona del fluido puede ser asimismo una fuente de radiación o de luz, tal como un láser, que coincida con la fuente de luz de medición, siendo además en particular la dirección de los haces tal que el haz de calentamiento y el haz de detección son el mismo, o sea que no se efectúa partición alguna de los haces de una fuente de radiación o de luz.

En un perfeccionamiento preferido puede estar previsto que el haz de detección tenga un diámetro medio mayor que el del haz de calentamiento.

El haz óptico puede estar focalizado al interior del tubo y con ello al interior de la circulación de fluido, o bien también al exterior del tubo, o bien puede atravesarlo como haz paralelo.

Según la invención son realizadas por el conjunto de detectores varias mediciones consecutivas en el tiempo. Cuando como está previsto según una configuración preferida la fuente luminosa es un láser modulado o un láser pulsado, pueden ser efectuadas dentro de un pulso de láser mediciones consecutivas en el tiempo. Gracias a ello puede detectarse el desarrollo temporal del calentamiento en la zona de calentamiento influenciado por la velocidad circulatoria.

Mientras que fundamentalmente puede estar previsto que la detección se haga mediante un conjunto de detectores lineales, estando entonces prevista la alineación de un conjunto de detectores lineal en la dirección circulatoria, una configuración preferida prevé que la detección se haga mediante conjuntos de detectores bidimensionales, o sea dispuestos en una superficie.

Perfeccionamientos del procedimiento según la invención prevén que el caudal sea determinado a partir de un perfil recibido del haz óptico, determinándose en particular momentos estadísticos de las señales recibidas, tales como la media, la varianza, la asimetría y/o la curtosis. Cada momento (estadístico) determinado va ligado a una distinta característica de la forma del haz, y con ello de la forma de la lente térmica y con ello de la velocidad circulatoria. Como alternativa a los valores circulatorios a partir del comportamiento exponencial de momentos estadísticos a lo largo del tiempo, puede determinarse un desplazamiento de fase de los momentos estadísticos para una determinada frecuencia de excitación láser. Así puede estar previsto que el desplazamiento del valor medio de la posición... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la determinación del caudal de un fluido circulante, en donde -el fluido (8) es calentado mediante un haz óptico de calentamiento (2.10, 2.3) ,

-el haz de calentamiento (2.10, 2.3) es modulado en intensidad o pulsado, y -un haz óptico de detección (2.3) pasa a través del sitio de calentamiento,

caracterizado por el hecho -de que los ejes ópticos del haz de calentamiento y del haz de detección (2.10, 2.3) coinciden al menos en el sitio de calentamiento,

-de que el haz de detección (2.3) es captado mediante un conjunto de detectores (2.5) , -y de que mediante el conjunto de detectores (2.5) se efectúan durante el calentamiento varias mediciones que son consecutivas en el tiempo, mediante lo cual se determina la evolución en el tiempo del índice refractivo de la zona de calentamiento en el fluido (8) .

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el haz de calentamiento y el haz de detección (2.3) son emitidos por la misma fuente de radiación (2.2) .

3. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el haz de calentamiento y el haz

de detección (2.10, 2.3) son emitidos por distintas fuentes de radiación (2, 8, 2.2) . 20

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por el hecho de que el haz de detección (2.3) tiene un diámetro medio mayor que el del haz de calentamiento (2, 10, 2.3.1) .

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por el hecho de que el haz óptico 25 o los haces ópticos (2, 10, 2, 3) es (son) focalizado (s) a una zona situada en el interior del fluido (8) .

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por el hecho de que el haz o los haces (2.10, 2.3) que pasa (n) a través del fluido (8) es un haz paralelo o son haces paralelos.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por el hecho de que la detección se hace mediante un conjunto de detectores (2, 5) lineal o mediante un conjunto de detectores (2.5) bidimensional dispuesto en una superficie.

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por el hecho de que el caudal es determinado a partir de un perfil recibido del haz óptico, determinándose en particular el caudal del fluido (8) mediante la determinación de momentos estadísticos de las señales recibidas, tales como la media, la varianza, la asimetría y/o la curtosis.

9. Dispositivo para la determinación del caudal de un fluido con un tubo (2.1) por el que circula un fluido (8) con una pared (2.1.1) al menos parcialmente transparente para una radiación de medición, un equipo para el calentamiento de al menos una zona en el interior del fluido (8) , un láser (2.2) para la generación de una radiación de medición y un equipo electrónico de evaluación (5) , en donde el equipo para el calentamiento de una zona interior delimitada del fluido (8) y un sistema óptico (2.4, 2.6) que guía el haz del láser (2.2) están dispuestos de forma tal que un haz de medición (2.3) pasa a través de la zona calentada en el sitio absoluto de 45 su calentamiento, y en donde el equipo para el calentamiento del fluido es un láser (2.8, 2.2) para la generación de un haz de calentamiento (2.10, 2.3) modulado en intensidad o pulsado, caracterizado por el hecho -de que el sistema óptico (2.4, 2.6) está configurado de forma tal que los ejes ópticos del haz de calentamiento y del haz de medición (2.10, 2.3) coinciden en el sitio de calentamiento, y -de que está previsto un conjunto de detectores (2.5) para la recepción de la radiación de medición, en donde el

conjunto de detectores (2.5) está configurado para la realización de varias mediaciones consecutivas durante el calentamiento, gracias a lo cual es determinable la evolución en el tiempo del índice refractivo de la zona de calentamiento en el fluido.

10. Dispositivo según la reivindicación 9, caracterizado por el hecho de que el láser (2.2) que produce el haz de 55 medición (2.3) es el dispositivo para el calentamiento del fluido.

11. Dispositivo según la reivindicación 10, caracterizado por el hecho de que el sistema óptico (2.4, 2.6) es tal que se hace que el haz óptico (2.3) pase sin dividir a través del fluido (8) .

12. Dispositivo según una de las reivindicaciones 9 a 11, caracterizado por una lente de focalización (2.6) para la focalización del haz láser al interior de la corriente circulatoria de fluido (8) .

13. Dispositivo según una de las reivindicaciones 9 a 12, caracterizado por el hecho de que el conjunto de detectores (2.5) es un conjunto de detectores lineal o un conjunto de detectores (2.5) bidimensional dispuesto en una superficie.

14. Dispositivo según una de las reivindicaciones 9 a 13, caracterizado por el hecho de que el equipo de evaluación está configurado para la determinación de momentos estadísticos de las señales recibidas, tales como la media, la varianza, la asimetría estadística y/o la curtosis.