Radio-Acoustic-Sounding System – berührungslose und abstandsaufgelöste akustische Temperaturmessung im industriellen Umfeld

Exel, Dominik; Schuster, Stefan; Thaller, Kurt; Zagar, Bernhard G.; Zankl, Dominik; Scheiblhofer, Stefan; Ganglberger, Vera; Reisinger, Johann

doi:10.1007/s00502-018-0638-z

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“…The longer the sound packet length (more Bragg cycles ), the smaller the temperature range that can be covered. This is discussed in detail in [1] and [18]. With this setup and settings, a signal-to-noise ratio (SNR) of is possible with an optimal Bragg condition.…”

Section: Measurement Resultsmentioning

confidence: 99%

“…For 100 acoustic cycles ( ) the radar cross section (RCS) is . A description as well as the calculation of the RCS is discussed by the authors in [18]. With the RASS equation (18) the path loss can be calculated.…”

Section: Level Planmentioning

confidence: 99%

“…A description as well as the calculation of the RCS is discussed by the authors in [18]. With the RASS equation (18) the path loss can be calculated. For this radar setup and a distance of , the path loss is approximately .…”

Section: Level Planmentioning

confidence: 99%

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5.3.1 Key design elements of a radio-acoustic-sounding system for industrial applications

Exel¹,

Zagar²,

Schuster³

et al. 2019

Tagungsband

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Section: Measurement Resultsmentioning

confidence: 99%

Section: Level Planmentioning

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5.3.1 Key design elements of a radio-acoustic-sounding system for industrial applications

Exel¹,

Zagar²,

Schuster³

et al. 2019

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“…B. im Volumen eines Ofens, darstellen [5,6,7]. Im Gegensatz dazu kann mit der RASS Methode mit nur einer Messstelle berührungslos und grob örtlich aufgelöst die Gastemperatur gemessen werden [8,9].…”

Section: Introductionunclassified

“…In Abschnitt 4 wird die Cramér-Rao Schranke berechnet, aus der sich eine optimale Systemauslegung ableiten lässt. Da von den Autoren bereits in [3] und in [9] Labormessungen bzw. Messungen bei einer nicht perfekten Kollokation der Quellen vorgestellt wurden, werden in diesem Beitrag in Abschnitt 5 neben der Beschreibung des Messablaufes auch neuere Ergebnisse zur Messung eines Temperaturprofiles präsentiert.…”

Section: Introductionunclassified

Systemdesign und Fehlerabschätzung der radio–akustischen Temperaturmessung

Exel

Zagar

2021

Tm - Technisches Messen

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Zusammenfassung Berührungslose Temperatur- und Strömungsgeschwindigkeitsmessung ist von enormer Wichtigkeit, sowohl in der Klimaforschung aber auch bei industriellen Anwendungen. Dabei ist es für die Optimierung der Systeme entscheidend, die zu erwartenden Messfehler abschätzen zu können. In diesem Beitrag wird eine dieser Methoden basierend auf dem radio-akustischen Prinzip (RASS) umfassend untersucht. Messsysteme nach dieser Methode nützen die akustisch-elektromagnetische Wechselwirkung um aus der lokal ermittelten Schallgeschwindigkeit auf die vorherrschende Gastemperatur, aber gegebenenfalls auch auf eine lokale wirkende Komponente der Strömungsgeschwindigkeit in Messrichtung zu schließen. Um das Ziel zu erreichen, das Messsystem in seiner Gesamtheit zu analysieren, wird zunächst die sogenannte RASS-Gleichung sowie die notwendige Kollokation der Quellen diskutiert. Anhand des Ausdrucks der Empfangsleistung wird gezeigt, welche Faktoren maßgeblich das Systemverhalten beeinflussen. Eine entsprechende Abstimmung der Schall- bzw. Radar–Wellenlängen und eine perfekte Kollokation deren Quellen sind essentiell für eine ausreichend genaue Schätzung der von der Temperatur abhängigen Doppler-Frequenz. Anschließend wird, nach Wissen der Autoren erstmalig anhand der Cramér-Rao Schranke ein optimales Systemdesign abgeleitet. Dabei zeigt sich, dass sich die Varianz der Temperaturschätzung verkehrt proportional zur 4. Potenz der Anzahl der wechselwirkenden Schallzyklen verhält. Weiters wird demonstriert, dass die Temperatur und die Strömungsgeschwindigkeit nicht unabhängig voneinander geschätzt werden können. Es wird in diesem Beitrag ein Aufbau präsentiert, der es erlaubt die Temperaturen mit einer Standardabweichung von etwa 0 , 2 ° C 0,2\hspace{0.1667em}^\circ \text{C} zu messen. Zur Demonstration wird eine Temperaturprofilmessung vorgestellt.

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Radio-Acoustic-Sounding System – berührungslose und abstandsaufgelöste akustische Temperaturmessung im industriellen Umfeld

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5.3.1 Key design elements of a radio-acoustic-sounding system for industrial applications

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