本发明专利技术涉及用于确定流过通道（12）的气流内的碳颗粒（14）的至少一个浓度的设备和方法，其中通过至少一个微波传感器（18）来检测其内容纳有所述碳颗粒（14）的气流的至少一个部分并且提供表征所述碳颗粒（14）的浓度的至少一个测量信号，其中确定测量信号的自相关函数并且根据自相关函数确定表征气流的与浓度有关的点距微波传感器（18）的距离的至少一个距离值。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于确定气流动内的碳颗粒的至少一个浓度的方法和设备。
技术介绍
此方法和此设备可以例如使用在能源技术的内燃机和燃烧系统中，并且用于监测和控制内燃机中或燃烧系统中的燃烧过程。在燃烧过程的范围内，碳颗粒在至少一个燃烧室内燃烧。为了实现最优的或特别是在有害物形成方面的有利的燃烧过程，随着时间的推移输送给燃烧室的碳颗粒的质量浓度的尽可能好的均匀性起到关键作用。碳颗粒例如借助于气流特别是空气流被输送给燃烧室，在所述气流内容纳有碳颗粒。气流内的质量浓度的不均匀性在此可能通过不同的机械效应和流体动力学效应而出现，且例如表现为气流的流动管内的局部升高的、碳颗粒的粉尘浓度。就碳颗粒在气流内的质量浓度的分布而言所述不均匀性是不希望的，并且应被识别到，使得例如作为结果可以采取应对措施，以避免此类不均匀性。
技术实现思路
因此本专利技术的任务是提供用于确定气流内的碳颗粒的至少一个浓度的方法和设备，借助于所述方法和设备可以以特别简单的方式检测至少在气流的一个部分内的碳颗粒的分布或浓度分布的不均匀性。此任务通过具有权利要求1的特征的方法以及具有权利要求9的特征的设备解决。本专利技术的具有合适的且非平庸的改进方案的有利的设计方案在其他权利要求中给出。本专利技术的第一方面涉及用于确定流过通道的气流内的碳颗粒的至少一个浓度的方法。在所述方法中，通过至少一个微波传感器检测其内容纳有碳颗粒的气流的至少一个部分。此外，通过微波传感器提供至少一个表征碳颗粒的浓度的测量信号。在根据本专利技术的方法的范围内，确定测量信号的自相关函数。此外，根据自相关函数确定表征气流的与浓度有关的点距微波传感器的距离的至少一个距离值。换言之，可以根据测量信号确定气流内的碳颗粒的至少一个浓度。该浓度在此存在于气流的点上或存在于气流内，其中此点或所述点相对于气流的位置进而相对于微波传感器的位置暂时不可以确定或仅可在很高的成本下可以确定。现在为了对气流内的点的至少一个浓度相对于微波传感器进行分配，确定测量信号的自相关函数并且根据自相关函数确定距离值。因此，在根据本专利技术的方法的范围内，可以以特别简单的方式并且因此以时间和成本低的方式确定在其上存在至少一个浓度的点相对于微波传感器并且因此相对于气流的位置，以便因此以特别简单的方式得到至少在气流的部分内的碳颗粒的浓度分布的结论。在其上存在至少一个浓度的点的位置在此通过距离值、即通过所述点距微波传感器的距离来表征。因为微波传感器相对于通道或相对于气流的位置是已知的，所以由距离值也可以总体上以简单的方式计算出在其上存在至少一个浓度的点相对于通道或相对于气流的位置。优选地规定，根据测量信号来检测或确定气流内的碳颗粒的多个浓度或根据测量信号来检测或确定气流内的所属的浓度值，其中通过确定测量信号的自相关函数，可以确定在其上存在相应的浓度的相应的点距微波传感器的相应的距离或距离值。以此方式可以确定气流内的碳颗粒的浓度分布，并且作为结果总体上检测浓度分布的可能的不均匀性并且因此检测碳颗粒的分布。如果确定了在第一点上存在碳颗粒的第一浓度，其中在与第一点间隔开的第二点上存在碳颗粒的第二浓度并且其中在第二点上的第二浓度明显地大于第一点上的第一浓度，则认为例如存在浓度分布的这种不均匀性。如果检测到浓度分布的这种不均匀性，则可以引入相应的应对措施，以避免这些不希望的不均匀性。例如，可以在气流的流动方面影响所述气流，以引起在气流内的碳颗粒的至少基本上均勾的分布。通过根据本专利技术的方法，因此可以不仅检测碳颗粒的浓度，而且可以以简单的方式得到空间分辨能力，使得也可以确定在其上存在浓度的点或所述点相对于气流的位置。为此不需要且设置昂贵的、附加的传感器。而是可以利用借助于至少一个微波传感器所执行的反射测量和透射测量的数据。本专利技术基于如下认识，即在例如为空气流的气流内容纳有大量单独的碳颗粒，所述碳颗粒具有一系列的统计特征。所述统计特征例如是粒度或颗粒大小、粒度分布或颗粒分布、颗粒形状、颗粒材料特征例如灰分含量和/或湿度等、在给定的时刻的颗粒位置以及颗粒速度。虽然碳颗粒自身因其大小和反射强度很弱而仅在特殊情况下在测量信号中可以被单独地识别到，但是碳颗粒的整体在测量信号中可以被观察到。相应的测量信号因此携带了统计噪声的大量特征。但是这些统计特征携带了附加的信息，所述信息可以被评估并且在根据本专利技术的方法的范围内通过确定自相关函数来进行所述评估。此外所述方法基于如下构思，即单独的碳颗粒虽然自身在统计的测量信号中不可被识别到，但提供了对于测量信号的信号贡献，所述信号贡献可以被视为确定性的，特别是当碳颗粒的轨迹和反射性已知时。在这些情况下，此单独的碳颗粒的信号贡献具有自相关函数，所述自相关函数在颗粒传感器对碳颗粒进行检测期间，在时间上持续性地不为零。换言之，单独的碳颗粒的自相关函数在碳颗粒处在微波传感器的检测范围内或碳颗粒持续地穿过微波传感器的视野或检测区域期间，在时间上持续性地不为零。这也意味着，与靠近微波传感器通过所述微波传感器的检测区域的碳颗粒相比，远离微波传感器的碳颗粒由于从微波传感器中发出的微波信号的所谓的辐射扩宽而相应地需要更长的时间以便通过微波传感器的检测区域。因此，与靠近微波传感器通过所述微波传感器的检测区域的碳颗粒相比，远离微波传感器通过检测区域的碳颗粒具有在时间方面更为延长的自相关函数。单独的碳颗粒的此特征现在转移到由多个碳颗粒叠加所形成的真实的情况或测量信号的自相关函数上。当微波传感器的直接测量的信息具有类似噪声的特征时，其显示出，特别是靠近微波传感器或直接在微波传感器前经过的碳颗粒的束具有时间上相对短的自相关函数，其中与之相反，碳颗粒的远离微波传感器的束具有在时间方面更为延长的自相关函数。基于此认识，现在可以通过自相关函数检测距微波传感器不同距离的碳颗粒的束及其浓度，以便因此可以检测在气流内的碳颗粒的浓度方面的可能的不均匀性。为了实现特别廉价地执行所述方法，在本专利技术的一种实施方式中规定，微波传感器以单频的方式运行。由此，所述方法可以用特别简单并且因此廉价的微波传感器来执行，所述微波传感器优选地在至少基本上连续的单频的运行中运行。例如可以使用多普勒传感器作为微波传感器。在本专利技术的另外的有利的设计方案中，根据距离值确定表征点相对于通道的位置的至少一个位置值。如已解释的那样，这可以通过如下方式实现，即根据距离值总体上确定在其上存在至少一个浓度的点相对于通道或气流的位置。由此可以特别精确地确定浓度分布、浓度分布的可能的不均匀性。另一实施方式的特征在于，通过至少一个第二微波传感器检测在其内容纳有碳颗粒的气流的至少部分并且提供表征碳颗粒的浓度的至少一个第二测量信号。此外，确定第二测量信号的第二自相关函数。此外，根据所确定的第二自相关函数确定表征气流的与浓度有关的点距第二微波传感器的距离的至少一个第二距离值。通过使用第二传感器，因此可以计算第二距离值并且将所述第二距离值与第一距离值进行比较。由此，可以补偿可能的测量误差。其结果是可以特别精确地检测气流内的碳颗粒的浓度分布。通过相应地使用和布置多个微波传感器，例如沿限定通道的管的圆周使用和布置多个微波传感器，可以获得至少部分地重叠的测量区域的多个传感器信息。换言之，微波传感器的相应的检测区域重叠。因此本文档来自技高网...
【技术保护点】
用于确定流过通道（12）的气流内的碳颗粒（14）的至少一个浓度的方法，其中通过至少一个微波传感器（18）来检测其内容纳有碳颗粒（14）的气流的至少一个部分并且提供表征所述碳颗粒（14）的浓度的至少一个测量信号，其中确定所述测量信号的自相关函数并且根据所述自相关函数确定表征所述气流的与浓度有关的点距所述微波传感器（18）的距离的至少一个距离值。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：H哈克施泰因，C莫尔哈特，DJ米勒，F波普拉瓦，A齐罗夫，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE
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