(57)【要約】【課題】技術的および特に装置的に最小限の費用にて管内の液体流れの流動量を高精度で決定する。【解決手段】本発明による方法によれば、液体が光学的な加熱ビームにより加熱され、その加熱位置が光学的な検出ビームによって照射され、加熱ビームの光軸と検出ビームの光軸とが少なくともその加熱位置において一致し、検出ビームが検出器アレイにより受信される。本発明による装置は、液体の限定された内部領域の１つの内部領域を加熱する装置と、レーザのビームを案内する光学装置とを、測定ビームが加熱領域をそれの加熱の絶対的位置において照射するように配置している。【選択図】図２．１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体が光学的な加熱ビームにより加熱され、
その加熱位置が光学的な検出ビームによって照射され、
加熱ビームの光軸と検出ビームの光軸とが少なくともその加熱位置において一致し、
検出ビームが検出器アレイによって受信される液体の流動量を決定する方法。
【請求項２】
加熱ビームおよび検出ビームは同一の放射源から出射されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
加熱ビームおよび検出ビームは異なる放射源から出射されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
検出ビームは加熱ビームよりも大きい平均直径を有することを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載の方法。
【請求項５】
光ビームまたはレーザビームは液体の内部領域において集束させられることを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載の方法。
【請求項６】
液体を通過するビームは平行ビームであることを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載の方法。
【請求項７】
ビームは変調された光ビームであることを特徴とする請求項１乃至６の１つに記載の方法。
【請求項８】
検出器アレイによって時間的に連続する複数の測定が行なわれることを特徴とする請求項１乃至７の１つに記載の方法。
【請求項９】
時間的に連続する複数の測定は１つの光パルスの期間中に行なわれ、それによって液体内の加熱領域の屈折率の時間推移が決定されることを特徴とする請求項７及び８記載の方法。
【請求項１０】
検出は直線型の検出器アレイにより行なわれることを特徴とする請求項１乃至９の１つに記載の方法。
【請求項１１】
検出は平面型（２次元）の検出器アレイにより行なわれることを特徴とする請求項１乃至９の１つに記載の方法。
【請求項１２】
流動量は光ビームの受信された分布から決定されることを特徴とする請求項１乃至１１の１つに記載の方法。
【請求項１３】
液体の流速が統計モーメントの減少の算定によって決定されることを特徴とする請求項１乃至１２の１つに記載の方法。
【請求項１４】
平均値、分散、歪度および／または尖度のような受信された信号の統計モーメントが算定されることを特徴とする請求項１乃至１３の１つに記載の方法。
【請求項１５】
光ビームの位置の平均値のずれが流動量の尺度として算定されることを特徴とする請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
流動量による光ビームの分散の変調が算定されることを特徴とする請求項１４又は１５記載の方法。
【請求項１７】
光ビームが強度変調され、変調および測定の位相差が算定されることを特徴とする請求項１乃至１６の１つに記載の方法。
【請求項１８】
光ビームが複数の周波数により変調されることを特徴とする請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
光ビームが確率的に変調されることを特徴とする請求項１７又は１８記載の方法。
【請求項２０】
測定ビーム（２．３）が少なくとも部分的に透過する壁（２．１．１）を有し液体（８）を導く管（２．１）と、液体（８）の内部の少なくとも１つの領域を加熱する装置と、測定ビームを発生するレーザ（２．２）と、測定ビームを受信する検出器アレイ（２．５）と、電子的評価装置（５）とを備えた液体の流動量を決定する装置において、
液体（８）の限定された内部領域を加熱する装置と、レーザ（２．２）のビーム（２．３）を案内する光学装置（２．４，２．６）とを、測定ビーム（２．３）が加熱領域をそれの加熱の絶対的位置において照射するように配置したことを特徴とする液体の流動量を決定する装置。
【請求項２１】
流れている液体を加熱する装置はレーザ（２．２）であることを特徴とする請求項２０記載の装置。
【請求項２２】
測定ビーム（２．３）を発生するレーザ（２．２）は液体を加熱する装置であることを特徴とする請求項２０又は２１記載の装置。
【請求項２３】
光学装置（２．４，２．６）によって、光ビーム（２．３）は分割されないで液体（８）を通るように向けられていることを特徴とする請求項２２記載の装置。
【請求項２４】
液体の流れの内部にレーザビームを集束させる集束レンズ（２．６）が設けられていることを特徴とする請求項２０乃至２３の１つに記載の装置。
【請求項２５】
平行化および平行ビームによる液体（８）の照射のためのレンズ（２．４）が設けられていることを特徴とする請求項２０乃至２３の１つに記載の装置。
【請求項２６】
レーザ（２．２）は変調されたレーザであることを特徴とする請求項２０乃至２５の１つに記載の装置。
【請求項２７】
時間的に連続する複数の測定を行なうように構成されていることを特徴とする請求項２０乃至２６の１つに記載の装置。
【請求項２８】
１つのレーザパルスの期間中に時間的に連続する複数の測定を行なうように構成されていることを特徴とする請求項２６又は２７記載の装置。
【請求項２９】
検出器アレイ（２．５）は直線型の検出器アレイであることを特徴とする請求項２０乃至２８の１つに記載の装置。
【請求項３０】
検出器アレイ（２．５）は平面型の２次元の検出器アレイであることを特徴とする請求項２０乃至２８の１つに記載の装置。
【請求項３１】
評価装置は、平均値、分散、歪度および／または尖度のような受信された信号の統計モーメントを算定するように構成されていることを特徴とする請求項２０乃至３０の１つに記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流れている液体の流動量を決定する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の方法および装置においてさまざまの構成が知られている。
【０００３】
（何らかの方法で）加熱された流体区域を通る（幅の狭い）レーザビームの偏向を測定し、それにより流体の速度を推定することは知られている。
【０００４】
その代替として、場合によっては光学的な検出装置により、場合によっては同様に光学的に発生された加熱点の下流において、短時間加熱された領域が加熱点から測定点まで走行するのに要する走行時間により、流体の流速を測定することは知られている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この場合、一方では加熱のために、他方では加熱の検出のために、場所的に離れた２つの動作点および動作装置が必要であることが欠点である。従って、本発明の課題は、上述の欠点を回避することによって、流れている液体の流動量を決定するための改善された方法および改善された装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題は、本発明によれば、冒頭に述べた方法において、液体が光学的な加熱ビームにより加熱され、その加熱位置が光学的な検出ビームによって照射され、加熱ビームの光軸と検出ビームの光軸とが少なくともその加熱位置において一致し、検出ビームが検出器アレイによって受信されることによって達成される。
【０００７】
さらに、上記課題の解決のために、本発明によれば、冒頭に述べた如き装置において、液体の限定された内部領域の１つの内部領域を加熱する装置と、レーザのビームを案内する光学装置とが、測定ビームが加熱された領域をそれの加熱の絶対的位置において照射するように配置されている。
【０００８】
流動量とは、流量、流速、体積流量等の如き流動に特有な量を意味する。液体の中、特に９７０ｎｍの波長において０．４６ｍ-1の吸収係数を有する水の中でのレーザビームの如き光ビームの部分的な吸収によって、加熱された領域内に熱レンズが誘導される。そのレンズおよび特に流れにより誘導されるレンズ特性が、流速の決定のために測定される。測定は、同じレーザビームの吸収されなかった光により行なわれるので、励起ビームおよび測定ビームが一致する。この方法は、加熱された液体の光学特性の熱誘導された変化を非侵襲性で無接触にて熱的に測定する方法である。測定は加熱と同じ絶対的位置において行なわれる。従って、加熱位置と測定位置とは空間内において一致し、すなわち空間的に重なる。光ビームの検出は、複数（少なくとも２つ）の個別検出器を有する検出器アレイによって行なわれ、同時に、複数の個別検出器は入射する光ビームの光を検出する。光ビームは、液体中に熱誘導された熱レンズによる拡散は別として、付加的に検出器アレイの前で管の外に配置された光学レンズまたは光学レンズグループによって拡大される。これによって、加熱領域の種々の特性が検出され、加熱領域のずれ（動き）のみならず、流動に起因する加熱領域の変形、すなわち加熱区域内の形状変化も検出できる。従って、本発明によれば、光ビームの偏向によって、誘導された熱レンズの屈折率が単に包括的に決定されるだけでなく、より大きな領域にわたる包括的な測定、従って流れにより誘導された熱レンズの特性、特に変形に関する包括的な測定が行なわれる。液体が光ビームにより（接触なしに）加熱され、特に、液体を加熱するビームのうち液体を通り抜けた光が検出される。
【０００９】
有利な実施態様によれば、加熱ビームおよび検出ビームは同一の放射源から出射されるか、または加熱ビームおよび検出ビームは異なる放射源から出射される。後者の場合、放射源は同じ周波数領域または異なる周波数領域を有することができる。光源による加熱ビームおよび検出ビームの発生は、ビームの分割、異なる光フィルタを介するフィルタリングおよび／または異なる結像レンズを介する異なる拡大によって行なうことができる。
【００１０】
それに応じて、液体の１つの領域を加熱する装置は、同様に、測定光源と一致するレーザの如き放射源または光源であってよく、特にビーム案内は、加熱ビームと検出ビームとが同じビームであり、従って１つの放射源または光源のビームの分割が行なわれないようなビーム案内である。
【００１１】
有利な実施態様では、検出ビームは加熱ビームよりも大きい平均直径を持つ。
【００１２】
光ビームは、管の内部で、従って液体の流れの内で集束させられても、管の外部で集束させられてもよく、あるいは管を平行ビームとして通り抜けてもよい。
【００１３】
本発明の有利な実施態様では、検出器アレイによって、時間的に連続する複数の測定が行なわれる。有利な実施態様におけるように、光源が変調されたつまりパルス化されたレーザである場合、１つのレーザパルス内で時間的に連続する複数の測定を行なうことができる。これによって、加熱領域において流速の影響を受ける加熱の時間的展開を検出することができる。
【００１４】
基本的に検出は直線型の検出器アレイにより行なわれ、この直線型の検出器アレイは流れ方向に整列されている。これに対して、検出を平面型（２次元）の検出器アレイにより行なう有利な実施態様が用意されている。
【００１５】
本発明による方法の実施態様では、流動量を光ビームの受信された分布から決定し、特に、平均値、分散、歪度および／または尖度のような受信された信号の統計モーメントを算定し、液体の流速を統計モーメントの減少の算定によって決定する。各算定された（統計）モーメントは、ビーム形状、従って熱レンズの形状の異なる特徴、従って流速に関連している。時間に関する統計モーメントの指数関数特性からなる流動値の代替として、与えられたレーザ励起周波数における統計モーメントの位相ずれを算定してもよい。例えば、光ビームの位置の平均値のずれを流動量の尺度として算定すること、および／または流動量にともなう光ビームの分散の減少を算定することを提案する。本発明の他の有利な実施態様では、光ビームを強度変調して変調の位相ずれを算定すること、光ビームを複数の周波数で変調すること、および／または光ビームを確率的に変調することを提案する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は本発明による装置の概略的な全体図である。
【図２】図２．１乃至２．７は、一部は平行ビームとして一部は集束ビームとして、流れている液体を照射する光学的な加熱ビームおよび検出ビームの種々の実施形態を示す図である。
【図３】図３．１乃至３．２は、加熱ビームおよび検出ビームのための異なる放射源を有する本発明の２つの実施形態を示す図である（これらのビームが、図３．１では平行ビームとして通過し、図３．２では液体内の一領域で集束させられている）。
【図４】図４は測定ビームと加熱ビームとの横断面不一致の場合の横断面状態を示す図である。
【図５】図５は流れ方向における異なる時点についての測定ビームの分布曲線の展開を示す図である。
【図６】図６．１は異なる流量（ｍｌ／ｍｉｎ）についての平均値を、図６．２は異なる流速（ｍｌ／ｍｉｎ）についての標準偏差を示すダイアグラムである。
【図７】図７は初期変調と受信された光ビームとの間の位相関係の変化を示すダイアグラムである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
特許請求の範囲と、以下における図面を参照する本発明の実施例の詳細な説明とから、本発明の他の利点および特徴を明らかにする。
【００１８】
本発明による装置１は、レーザ電子制御装置３が前置されている光学装置２と、増幅器装置４と、電子的評価装置５と、インターフェース装置６とを有する。さらに個々の電気的および電子的な部分のための電源７が設けられている。
【００１９】
液体８を導く管２．１が光学装置２を貫いて案内されている。管２．１は、少なくとも測定領域において測定ビーム２．３が透過できる例えばガラスからなる壁２．１．１を有する。
【００２０】
光学装置２は光源としてレーザ２．２を有し、レーザ２．２は例えば９７０±１５ｎｍの波長および１００ｍＷの出力で動作させられる。光ビーム２．３すなわちレーザビームは、第１レンズ２．４によって平行化され、管２．１を照射し、複数の個別検出器を有する検出器アレイ２．５に入射する。検出器アレイ２．５は電子増幅器４.1に接続されている。
【００２１】
レーザ電子制御装置３は、変調器３．１と、レーザ２．２の制御のためのレーザドライバ３．２とを有する。
【００２２】
増幅器４．１の後には、評価装置５において、アナログディジタル変換器５．１と、好ましくはディジタルプロセッサ５．２の形でのコンピュータまたはプロセッサとが配置されている。インターフェースは、計算されたデータを、レーザ制御ならびに評価制御の調整のための表示装置、メモリ媒体および／またはプリンタに出力するために用いられる。場合によってはレーザ動作の帰還結合または閉ループ制御のために制御線９．１，９．２が設けられている。
【００２３】
図２．１に示されている光学装置は図１の光学装置に相当し、光ビームの平行化のためのレンズ２．４を有し、光ビームは平行ビームとして管２．１を照射し、従って管２．１を通して案内される液体８を照射する。液体の流れ方向（流動方向）が矢印Ｓによって示されている。
【００２４】
図２．２の実施形態においては、管２．１の前に他のレンズ２．６が設けられ、このレンズ２．６は液体８の内部においてビーム２．３を集束させ、このビームが液体から発散するように出射し、検出器アレイ２．５に入射する。
【００２５】
図２．３の実施形態においては、両レンズ２．４，２．６に加えて、管２．１の両側のうちレーザ２．２とは反対の側に別のレンズ２．７が設けられ、このレンズ２．７はビーム２．３をさらに拡大する。
【００２６】
図２．４の実施形態は、図２．２および図２．３の実施形態とは、光ビームの集束がレンズ２．６によって管２．１の前のレーザ側で行なわれる点で相違する。
【００２７】
この実施形態には図２．５の実施形態が対応し、ここでも再び管２．１の両側のうちレーザ２．２とは反対の側でレンズ２．７による拡大が行なわれる。
【００２８】
図２．２および図２．３の実施形態においては、焦点が液体の内部にあるが、しかし対称軸に対して相対的にレーザ２．２側あり、これに対して図２．６の実施形態においては、対称軸から見てレーザとは反対のフォトアレイ２．５側の液体内にある。
【００２９】
図２．７の実施形態は、再び図２．１の実施形態と同様に平行ビームを有するが、この平行ビームは、もちろん図２．５，図２．６の実施形態と同様にレンズ２．７によってレーザとは反対側の検出器アレイ２．５の前で拡大される。
【００３０】
図１および図２．１ないし図２．７の既述の実施形態においては、管２．１内を流れる液体８を加熱すると共に、加熱により形成された光学的レンズおよび流れの影響を受ける当該レンズの形状を検出し、従って加熱ビームとしても測定ビームとしても利用される１つの光ビームつまりレーザビームを出発点とする。
【００３１】
図３．１および図３．２は、図２．１ないし図２．７の実施形態に対する代替としての実施形態を示し、これらの代替実施形態は、検出ビーム２．３もしくは加熱ビーム２．１０のために２つの異なる放射源つまり光源２．２，２．８を有する。検出ビーム２．３の配置および構成に関して、図３．１および図３．２の実施形態はそれぞれ図２．１および図２．２の実施形態に対応するので、図３．１および図３．２の実施形態の説明には基本的に図２．１および図２．２の実施形態の説明を参照することができる。同じ部分は同じ符号で示されている。放射源２．２は検出ビーム２．３のために設けられている。放射方向において放射源２．２の後方に集光レンズ２．４が配置され、この集光レンズ２．４が図３．１および図３．２の両実施形態では検出ビーム２．３を平行化する。図２．１および図２．２の実施形態に対する相違および補足に関しては次の通りである。検出ビーム２．３が、ひき続いて管２．１およびこの管を通して流れる液体８を貫通する前に、ビーム方向に対して４５°の角度で置かれた部分透過ミラー２．１１を通過する。図３．１の実施形態では、検出ビームは平行ビームとして管２．１およびこの管を泡立って流れる液体８を貫通し、引続いて検出器アレイ２．５に入射する。
【００３２】
図３．２の実施形態においては、検出ビーム２．３が部分透過ミラー２．１１の通過後に集光レンズ２．６により管２．１の内部、従って管２．１を通流する液体８の内部において集束させられ、発散ビームとして検出器アレイ２．５に入射する。
【００３３】
検出ビームの周波数およびパワーは、検出ビームが液体８の実質的な加熱を生じさせないように選ばれている。
【００３４】
このために、加熱ビーム２．１０を送出する第２の放射源つまり光源２．８が設けられている。加熱ビーム２．１０は、先ず集光レンズ２．９に入射し、この集光レンズ２．９によって、集光レンズ２．４によるビーム２．３の平行化と同様に平行化される。その後、平行化された加熱ビーム２．１０が、部分透過ミラー２．１１の管２．１側に入射し、このミラーで反射され、従って９０°偏向されるので、反射後に加熱ビーム２．１０の光軸は検出ビーム２．３の光軸と一致する。図３．２の実施形態においては、加熱ビーム２．１０は同様に集光レンズ２．６を通過し、液体８の内部において集束するのに対して、図３．１の実施形態において加熱ビーム２．１０は液体の中へ平行ビームとして入り込む。
【００３５】
図３．１および図３．２においては簡単化のために、ビーム２．３，２．１０は反射後に同じ横断面サイズおよびビーム案内で示されているが、これらは図４に示しかつ次に説明するように相違していてよい。
【００３６】
さらに、場合によっては、検出ビームを平行ビームとして液体を貫通させ、加熱ビーム２．１０を液体内部で集束させてもよいし、あるいはこの逆にしてもよく、すなわち加熱ビームを平行ビームとして液体を貫通させ、検出ビームを内部でまたは図２．３ないし図２．６に示したように集束させてもよい。場合によっては、部分透過ミラー２．１１が、集光レンズ２．６の後方において、所望のビーム集束に応じて検出ビーム２．３のビーム通路内か又は加熱ビーム２．１０のビーム通路内に配置されてもよい。さらに、図２．３、図２．５ないし図２．７の実施形態が可能である。すなわち、検出ビーム２．３および加熱ビーム２．１０のために２つの異なる放射源を設ける実施形態において、管２．１および液体８の通過後における検出ビームのために発散レンズ２．７を設けることができる。
【００３７】
図４の実施形態は２つのビームを備え、そのうちでも特に測定ビーム２．３のほかに別個の加熱ビーム２．３．１を備えている。加熱ビーム２．３．１が測定ビーム２．３の直径よりも大きくない直径を有すること、すなわち測定ビーム２．３の直径に等しいまたはそれよりも小さい直径を有することが重要である。図示の実施例において、測定ビーム２．３および加熱ビーム２．３．１は同軸に案内されている。測定ビーム２．３および加熱ビーム２．３．１は、異なる光源または１つの光源にから出発して、相応のやり方で図示の光路を通ることができる。
【００３８】
レーザ２．２は変調されたつまりパルス化されたレーザであるので、レーザビームは変調されたつまりパルス化されたレーザビーム２．３である。
【００３９】
複数の個別検出器を有し直線型または平面型の検出器アレイであってよい検出器アレイ２．５を設けることによって、レーザビームの局所的偏向がレンズによって確定されるだけでなく、これにより複数の個別検出器によって、加熱により形成された熱レンズの包括的特性が決定できる。（１つのレーザパルス内の）時間にわたる複数の測定が行なわれるので、実質的に液体の流速によって決定される熱レンズの発生の時間特性が検出可能である。流れ特性（流動特性）のより正確な決定のために、評価装置４により受信信号の統計的評価が行なわれ、特に、平均値としての１次モーメント、分散としての２次モーメント、統計的歪度としての３次モーメントならびに尖度もしくは曲率としての４次モーメントの算出が行なわれる。
【００４０】
光エネルギー、特にレーザエネルギーが液体８に入射することによって、局所的な温度上昇が発生し、この局所的な温度上昇は、レーザ強度に直接に関係しかつ液体内の一様でない温度分布を生じる。これによって熱レンズ効果が誘導される。熱レンズは、光ビームに影響を与え、従って検出器装置によって受信される強度分布またはパワー分布を変える。液体の流れ（流動）によって温度分布が変化し、それに応じて、受信される光パワーの分布も変化する。レーザ制御に関連したこの変化は、流れている液体の流れ特性（流動特性）を決定するために利用される。
【００４１】
流れていない液体の場合、受信される放射の強度分布またはパワー分布が対称であり、熱レンズ効果は強度分布の幅の縮小である（もちろん、物理学的なシステム構成およびレーザ集束に依存してレーザビームの拡張も起こり得る）。液体が流れる場合、温度分布はもはや対称でない。
【００４２】
このことから、図５に示されているように、レーザの強度分布は静止している液体における位置からずれ、対称にならないことが生じる。このずれは、本発明によれば、流量または体積流量のような液体流れ（液体流動）の特徴または特性を決定するために利用され、この場合に流速および流量は管直径を介して直接に互いに関連する。
【００４３】
レーザのパルス変調の場合には１つのパルスの期間中に複数の測定が行なわれ、受信された信号が処理される。パルスの持続時間および周波数が特にシステムの時定数に適合させられるとよい。これらの定数は部品間の間隔のようなシステムの物理的構成、レーザビームの集束および決定すべき流量の範囲に依存する。レーザが投入されている時に温度が上昇するので、受信されるレーザビームのパワー分布または強度分布が時間にともなって変化する。この変化はシステムにおける流体の速度に依存し、従って流量に依存する。平均位置すなわちレーザ強度分布の位置平均値の変化およびその幅（標準偏差）が流速に関係することが確認された。従って、検出器アレイにおける流れ方向（流動方向）に相前後する個々の検出素子によって受信された光強度に基づいて、通常のように、受信された光強度の（位置的な）平均値および標準偏差を算出することができる。
【００４４】
これらは、図６．１および図６．２から分かるように、指数関数的減衰および類似の時間特性を示す。歪度および尖度のような高次のモーメントが同様に算定され、同様に流量に関係する。この種の値は、得られたデータをデータ部分空間に投影する一例を成し、それによって種々の部分を信号に分けることができ、流量の決定をそのように改善することができる。
【００４５】
図面が示すように、平均値は、例えば、
μ（ｔ）≒α0＋α・ｅ-t/τ
または、
μ（ｔ）＝γ＋Σβiｔａｎｈ（αiｔ）
なる形でのモデルによって近似することができる。後者のモデルは改善された収束を有し、初期条件に関する感度が指数関数モデルに比べて低減されている。
【００４６】
モデル式におけるパラメータは流量に適合させるべきであり、線形モデルのほかに非線形モデルも利用することができる。
【００４７】
レーザのパルス化された励起のために開発されたアルゴリズムがシステムの指数関数的応答を促す。フィルタ理論においてこのような応答は１次の自己回帰モデルに相当する。平均値位置の発生を表す指数関数モデルの時定数が流量に対して緊密な関係にあることが確認された。システムが１次の自己回帰型フィルタのように振る舞うことを前提として、応答位相が流量にともなって変化させられる。従って、初期レーザパワーが余弦関数により変化させられ、受信された平均レーザパワー位置（または高次モーメント）と変調された出力信号との間の位相ずれが決定されるならば、これによって流量を得ることができる。流動量がポンプによって送り込まれる液体によって決定され、ポンプ周波数が変調周波数の近くにある場合には、問題が発生する。これらの問題は、レーザが２つの異なる周波数で変調されて流量が両周波数から決定されことによって克服される。この場合に受信信号が各周波数の周りでフィルタ処理される。他の解決策は、妨害的な相互作用を検出し、変調周波数を変化させることにある。さらに、主成分分析（ＰＣＡ＝Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ  Ａｎａｌｙｓｉｓ）によって異なる振動モードがセンサにおいて分離可能である。
【００４８】
速度にともなう位相ずれの変化が図７に示されている。
【００４９】
レーザの変調のために複数の変調周波数を使用することが有利であり、それによって、監視できる流量範囲を拡張することができる。（例えば４ｍｍの管内径における）典型的に毎分０〜６ミリリットルの僅かな流量における分解能が、例えば１０Ｈｚの低い変調周波数において改善される。これに対して、例えば８０Ｈｚの高い変調周波数により、測定範囲を毎分２５ミリリットルまで拡張することができる。
【００５０】
パルス化されたレーザの場合、受信信号の時間情報が流速の決定のために利用されるのに対して、レーザの初期強度の変調時には時間情報も、選択された周波数における周波数応答も利用される。時間−周波数範囲全体を利用するために、確率的にノイズがレーザ制御に利用される（例えば白色雑音、場合によってはフィルタ処理される）。これによって、さらに別の周波数範囲を網羅することができる。システムの応答値および伝達関数の決定によって、これらと流量との間の関係を作り出すことができる。
【符号の説明】
【００５１】
１          本発明による装置
２          光学装置
２．１      管
２．１．１  壁
２．２      レーザ
２．３      光ビーム、検出ビーム、測定ビーム
２．３．１  加熱ビーム
２．４      レンズ
２．５      検出器アレイ
２．６      レンズ
２．７      レンズ
２．８      放射源つまり光源
２．９      集光レンズ
２．１０    加熱ビーム
２．１１    ミラー
３          レーザ電子制御装置
３．１      変調器
３．２      レーザドライバ
４          増幅器装置
５          評価装置
５．１      アナログディジタル変換器
５．２      ディジタルプロセッサ
６          インターフェース装置
７          電源
８          液体
９．１      制御線
９．２      制御線
【図１】
2011503591.tif 000003
【図２．１】
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【図２．２】
2011503591.tif 000005
【図２．３】
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【図２．４】
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【図２．５】
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【図２．６】
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【図２．７】
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【図３．１】
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【図３．２】
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【図４】
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【図５】
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【図６．１】
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【図６．２】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年9月14日(2009.9.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体が光学的な加熱ビームにより加熱され、
その加熱位置が光学的な検出ビームによって照射される、
流れている液体の流動量を決定する方法において、
加熱ビームの光軸と検出ビームの光軸とが少なくともその加熱位置において一致し、
検出ビームが検出器アレイによって受信され、
少なくとも分散の統計モーメントが算定される
ことを特徴とする流れている液体の流動量を決定する方法。
【請求項２】
加熱ビームおよび検出ビームは同一の放射源から出射されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
加熱ビームおよび検出ビームは異なる放射源から出射されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
検出ビームは加熱ビームよりも大きい平均直径を有することを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載の方法。
【請求項５】
光ビームまたはレーザビームは液体の内部領域において集束させられることを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載の方法。
【請求項６】
液体を通過するビームは平行ビームであることを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載の方法。
【請求項７】
ビームは変調された光ビームであることを特徴とする請求項１乃至６の１つに記載の方法。
【請求項８】
検出器アレイによって時間的に連続する複数の測定が行なわれることを特徴とする請求項１乃至７の１つに記載の方法。
【請求項９】
時間的に連続する複数の測定は１つの光パルスの期間中に行なわれ、それによって液体内の加熱領域の屈折率の時間推移が決定されることを特徴とする請求項７及び８記載の方法。
【請求項１０】
検出は直線型の検出器アレイにより行なわれることを特徴とする請求項１乃至９の１つに記載の方法。
【請求項１１】
検出は平面型（２次元）の検出器アレイにより行なわれることを特徴とする請求項１乃至９の１つに記載の方法。
【請求項１２】
流動量は光ビームの受信された分布から決定されることを特徴とする請求項１乃至１１の１つに記載の方法。
【請求項１３】
液体の流速が統計モーメントの減少の算定によって決定されることを特徴とする請求項１乃至１２の１つに記載の方法。
【請求項１４】
平均値、分散、歪度および／または尖度のような受信された信号の統計モーメントが算定されることを特徴とする請求項１乃至１３の１つに記載の方法。
【請求項１５】
光ビームの位置の平均値のずれが流動量の尺度として算定されることを特徴とする請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
流動量による光ビームの分散の変調が算定されることを特徴とする請求項１４又は１５記載の方法。
【請求項１７】
光ビームが強度変調され、変調および測定の位相差が算定されることを特徴とする請求項１乃至１６の１つに記載の方法。
【請求項１８】
光ビームが複数の周波数により変調されることを特徴とする請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
光ビームが確率的に変調されることを特徴とする請求項１７又は１８記載の方法。
【請求項２０】
測定ビーム（２．３）が少なくとも部分的に透過する壁（２．１．１）を有し液体（８）によって貫流される管（２．１）と、液体（８）の内部における少なくとも１つの領域を加熱する装置と、測定ビームを発生するレーザ（２．２）と、電子的評価装置（５）とを備えた液体の流動量を決定する装置において、
液体（８）の限定された内部領域を加熱する装置と、レーザ（２．２）のビーム（２．３）を案内する光学装置（２．４，２．６）とを、測定ビーム（２．３）が加熱領域をそれの加熱の絶対的位置において照射するように配置し、測定ビームを受信する検出器アレイ（２．５）を設け、評価装置は少なくとも分散の統計モーメントを算定するように構成されている
ことを特徴とする液体の流動量を決定する装置。
【請求項２１】
流れている液体を加熱する装置はレーザ（２．２）であることを特徴とする請求項２０記載の装置。
【請求項２２】
測定ビーム（２．３）を発生するレーザ（２．２）は液体を加熱する装置であることを特徴とする請求項２０又は２１記載の装置。
【請求項２３】
光学装置（２．４，２．６）によって、光ビーム（２．３）は分割されないで液体（８）を通るように向けられていることを特徴とする請求項２２記載の装置。
【請求項２４】
液体の流れの内部にレーザビームを集束させる集束レンズ（２．６）が設けられていることを特徴とする請求項２０乃至２３の１つに記載の装置。
【請求項２５】
平行化および平行ビームによる液体（８）の照射のためのレンズ（２．４）が設けられていることを特徴とする請求項２０乃至２３の１つに記載の装置。
【請求項２６】
レーザ（２．２）は変調されたレーザであることを特徴とする請求項２０乃至２５の１つに記載の装置。
【請求項２７】
時間的に連続する複数の測定を行なうように構成されていることを特徴とする請求項２０乃至２６の１つに記載の装置。
【請求項２８】
１つのレーザパルスの期間中に時間的に連続する複数の測定を行なうように構成されていることを特徴とする請求項２６又は２７記載の装置。
【請求項２９】
検出器アレイ（２．５）は直線型の検出器アレイであることを特徴とする請求項２０乃至２８の１つに記載の装置。
【請求項３０】
検出器アレイ（２．５）は平面型の２次元の検出器アレイであることを特徴とする請求項２０乃至２８の１つに記載の装置。
【請求項３１】
評価装置は、平均値、分散、歪度および／または尖度のような受信された信号の統計モーメントを算定するように構成されていることを特徴とする請求項２０乃至３０の１つに記載の装置。
【国際調査報告】
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