DE102015121455A1

DE102015121455A1 - Method and device for pressure determination and device for this purpose

Info

Publication number: DE102015121455A1
Application number: DE102015121455.5A
Authority: DE
Inventors: Paul Száz; Armin Gasch
Original assignee: ABB Schweiz AG
Current assignee: ABB Schweiz AG
Priority date: 2015-12-09
Filing date: 2015-12-09
Publication date: 2017-06-14
Also published as: WO2017097877A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Bestimmung des Drucks (1) eines in einer Rohrleitung (2) angeordneten Fluids (3), wobei in einem Deformationsschritt (101) die Rohrleitung (2) durch den Druck (1) deformiert wird, in mindestens einem Erfassungsschritt (102a; 102b; 102c; 102d) jeweils ein Bereich (4a; 4b; 4c; 4d) der Außenseite der Rohrleitung (2) optisch durch jeweils eine Digitalkamera (6a; 6b; 6c; 6d) erfasst wird, in mindestens einem Analyseschritt (103a; 103b; 103c; 103d) jeweils eine optische Dehnungsanalyse eines erfassten Bereichs (4a; 4b; 4c; 4d) durchgeführt wird, und in einem Berechnungsschritt (104) aus der mindestens einen optischen Dehnungsanalyse der Druck (1) des Fluids (3) errechnet wird. Die Erfindung betrifft ebenfalls eine entsprechende Druckmessvorrichtung (13).The invention relates to a method and a device for determining the pressure (1) of a fluid (3) arranged in a pipeline (2), the pipeline (2) being deformed by the pressure (1) in a deformation step (101) at least one detection step (102a; 102b; 102c; 102d), respectively, a region (4a; 4b; 4c; 4d) of the outside of the pipeline (2) is optically detected by a respective digital camera (6a; 6b; 6c; 6d) in at least an optical strain analysis of a detected area (4a; 4b; 4c; 4d) is performed, and in a calculation step (104) of the at least one optical strain analysis, the pressure (1) of the fluid (3) is calculated. The invention also relates to a corresponding pressure measuring device (13).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung des Drucks eines in einer Rohrleitung angeordneten Fluids. Die Erfindung betrifft ebenfalls eine dazu geeignete Druckmessvorrichtung.The invention relates to a method for determining the pressure of a fluid arranged in a pipeline. The invention also relates to a pressure measuring device suitable for this purpose.

Das Einsatzgebiet der Erfindung betrifft eine Vielzahl industrieller Bereiche, wie die Prozessleittechnik, aber auch nicht-industrielle Gebiete wie die Überwachung von Gas- oder Wasserleitungen in der Bautechnik. Häufig werden dabei Sensoren verwendet, die intrusiv oder invasiv durch eine Öffnung in der jeweiligen Rohrleitung in das zu messende Fluid hineingeführt werden.The field of application of the invention relates to a variety of industrial areas, such as process control, but also non-industrial areas such as the monitoring of gas or water pipes in construction. Frequently, sensors are used which are guided intrusively or invasively through an opening in the respective pipeline into the fluid to be measured.

Das Einführen eines Sensors durch eine entsprechende Öffnung in das Fluid hinein ist allerdings mit Nachteilen behaftet. Auch das Anbringen einer geeigneten Öffnung in der Ummantelung ist oft nur aufwendig durchführbar. Auch ist die Messmembran des Drucksensors oft durch einen mit Öl gefüllten hydraulischen Kreislauf von dem Prozess getrennt, weshalb aufgrund thermischer Expansion des Öls der praktikable Temperaturbereich des Sensors oft stark eingeschränkt ist.The introduction of a sensor through a corresponding opening into the fluid, however, has disadvantages. Also, the attachment of a suitable opening in the casing is often expensive to carry out. Also, the measuring diaphragm of the pressure sensor is often separated from the process by a hydraulic circuit filled with oil, which is why, due to thermal expansion of the oil, the practical temperature range of the sensor is often severely limited.

Stand der TechnikState of the art

Aus dem allgemein bekannten Stand der Technik gehen aus diesem Grund verschiedene nicht intrusive oder nicht invasive Druckmessanordnungen hervor.For this reason, various non-intrusive or non-invasive pressure measuring arrangements emerge from the well-known state of the art.

Aus der EP 0 049 501 B1 ist eine Anordnung zur Messung des Druckverlaufs in Rohrleitungen bekannt, bei der mittels zweier Paare von auf der Rohrleitung angebrachten Dehnungsmessstreifen, deren elektrischer Widerstand die Dehnung der Rohrleitung wiedergibt, der für die Dehnung ursächliche Druck des Fluids errechnet wird. Nachteilhafterweise beruht diese Lösung auf der mittelbaren Übertragung der Dehnung der Rohrleitung auf den Dehnungsmessstreifen, die aber beispielsweise durch Schmutz oder brüchiges Klebemittel beeinträchtigt werden kann. Da nicht die Dehnung der Rohrleitung, sondern die des Dehnungsmessstreifens gemessen wird, kommt es somit zu fehlerhaften Messungen. Auch ist aus anderen Gründen ein Aufkleben eines Dehnungsmessstreifens oft nicht möglich, beispielsweise aufgrund der Temperatur der Rohrleitung oder da diese manuell nicht oder nur umständlich erreichbar ist.From the EP 0 049 501 B1 an arrangement for measuring the pressure profile in pipes is known in which by means of two pairs of strain gauges mounted on the pipeline, the electrical resistance of which reflects the elongation of the pipeline, the strain of the causative pressure of the fluid is calculated. Disadvantageously, this solution is based on the indirect transfer of the elongation of the pipeline to the strain gauge, but which can be affected for example by dirt or brittle adhesive. Since not the elongation of the pipeline, but that of the strain gauge is measured, it thus leads to erroneous measurements. Also, for other reasons gluing a strain gauge is often not possible, for example, due to the temperature of the pipeline or because this is manually or only cumbersome to reach.

Aufgabe und LösungTask and solution

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Einrichtung zur nicht intrusiven Bestimmung des Drucks eines Fluids mit erhöhter Zuverlässigkeit und vereinfachter Anbringung zu schaffen.It is therefore the object of the invention to provide a method and a device for non-intrusive determination of the pressure of a fluid with increased reliability and simplified attachment.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Bestimmung des Drucks gemäß Anspruch 1, sowie durch eine Druckmesseinrichtung gemäß Anspruch 7. Die nachfolgenden abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.The object is achieved by a method for determining the pressure according to claim 1, and by a pressure measuring device according to claim 7. The following dependent claims give advantageous developments of the invention again.

Gegenstand der ErfindungSubject of the invention

Die Erfindung enthält die technische Lehre, dass zur Bestimmung des Drucks eines in einer Rohrleitung angeordneten Fluids in einem Deformationsschritt die Rohrleitung durch den Druck deformiert wird, in mindestens einem Erfassungsschritt jeweils ein Bereich der Außenseite der Rohrleitung optisch durch jeweils eine Digitalkamera erfasst wird, in mindestens einem Analyseschritt jeweils eine optische Dehnungsanalyse eines erfassten Bereichs durchgeführt wird, und in einem Berechnungsschritt aus der mindestens einen optischen Dehnungsanalyse der Druck des Fluids errechnet wird.The invention contains the technical teaching that for determining the pressure of a fluid arranged in a pipeline in a deformation step, the pipe is deformed by the pressure, in at least one detection step each area of the outside of the pipe is optically detected by a respective digital camera, in at least an analysis step is carried out in each case an optical strain analysis of a detected area, and in a calculation step from the at least one optical strain analysis, the pressure of the fluid is calculated.

Eine Digitalkamera umfasst einen Fotosensor und ein Objektiv mit mindestens einer optischen Linse. Das Objektiv oder die Linse ist dabei vorteilhafterweise so ausgebildet, dass eine Vergrößerung erreicht wird, die zu der anvisierten Auflösung passt. Die Auflösung wird durch die Qualität des speziellen Bildbearbeitungs-Algorithmus (digital image correlation, DIC) bestimmt, das bei entsprechender Ausführung Auflösungen weit unter der Pixelgröße der Kamera ermöglicht (bis zu 1/1000 Pixel). Das Objektiv und der Arbeitsabstand der Digitalkamera sind dabei so zu wählen, dass der zu erfassende Bereich der Rohrleitung scharf abgebildet wird. Die Technik hierfür ist grundsätzlich bekannt und unter der URL http://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/12413-digital-image-correlation-and-tracking sowie C. Eberl & D.S. Gianola & K.J. Hemker:Mechanical Characterization of Coatings Using Microbeam, Bending and Digital Image Correlation Techniques, Experimental Mechanics, DOI 10.1007/s11340-008-9187-4; besonders Seite 7 ff. beschrieben.A digital camera includes a photosensor and a lens having at least one optical lens. The objective or the lens is advantageously designed so that an enlargement is achieved which matches the targeted resolution. The resolution is determined by the quality of the special digital image correlation (DIC) algorithm, which, when properly rendered, allows resolutions well below the pixel size of the camera (up to 1/1000 pixels). The lens and the working distance of the digital camera are to be selected so that the area of the pipeline to be detected is displayed sharply. The technique for this is basically known and under the URL http://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/12413-digital-image-correlation-and-tracking such as C. Eberl & DS Gianola & KJ Hemker: Mechanical Characterization of Coatings Using Microbeam, Bending and Digital Image Correlation Techniques, Experimental Mechanics, DOI 10.1007 / s11340-008-9187-4; especially page 7 ff. described.

Das Verfahren beruht auf der Erkenntnis, dass es möglich ist, aus einer Dehnungsanalyse (optical strain measurement) eines Bereichs einer Rohrleitung, anhand geeigneter Modelle und Algorithmen mittelbar den in der Leitung vorliegenden Druck des Fluids zu errechnen. Dafür wird insbesondere keine eigens dafür vorgesehene druckempfindliche Membran verwendet, sondern die Rohrleitung selbst. Für die erfindungsgemäß zu verwendende Technologie der optischen Dehnungsanalyse (DIC) muss keine eigens angebrachte, beispielsweise aufgemalte, Markierung vorgesehen sein, da für diese Art der optischen Dehnungsanalyse unmittelbar die Außerseite der Rohrleitung und deren strukturelle, optisch erkennbare Charakteristika ausreichen. Üblicherweise wird optische Dehnungsanalyse für Materialien angewendet, auf denen Dehnungsmessstreifen nicht geeignet verwendet werden können. Dies sind insbesondere sehr kleine Proben (kleiner als ein Dehnmessstreifen, z.B. Drähte, MEMS-Bauteile) in Materialprüflaboren. Anwendungen in Prüflaboren zeigen, dass trotz der typisch geringen Elastizität von Metallen, mit Hilfe moderner Optiken und der speziellen DIC Algorithmen, die Dehnung des Materials immer zuverlässig errechnet werden kann.The method is based on the finding that it is possible to indirectly calculate the pressure of the fluid present in the line from an optical strain measurement of a region of a pipeline, using suitable models and algorithms. In particular, no specially provided pressure-sensitive membrane is used for this purpose, but the pipeline itself. For the optical strain analysis (DIC) technology to be used according to the invention, no specially applied, for example painted, marking must be provided, since for this type of optical strain analysis the Outside of the pipeline and their structural, visually recognizable characteristics are sufficient. Usually, optical strain analysis is used for materials on which strain gauges can not be suitably used. These are in particular very small samples (smaller than a strain gauge, eg wires, MEMS components) in material testing laboratories. Applications in testing laboratories show that despite the typically low elasticity of metals, with the help of modern optics and the special DIC algorithms, the strain of the material can always be reliably calculated.

Der Vorteil dieses Verfahrens ist darin zu sehen, dass die Dehnung des Bereichs der Rohrleitung unmittelbar erfasst wird, statt über einen aufgeklebten Messstreifen, so dass keine zusätzlichen Fehlerquellen (z.B. Kriechen der Dehnmessstreifen) in die Messung eingeführt werden und die Zuverlässigkeit erhöht ist. Auch ist die Messung kontaktfrei und prinzipiell über beliebige Entfernungen durchführbar, so dass sie auch bei extremen Temperaturen des Leitungsrohrs anwendbar ist. Wenn das Verfahren ferner an einer anderen Rohrleitung durchgeführt werden soll, müssen lediglich die Parameter des Computerprogrammcodes darauf eingestellt werden, eine umständliche Montage mehrerer neuer Dehnungsmessstreifen entfällt.The advantage of this method is that the elongation of the area of the pipeline is detected directly, rather than via a glued measuring strip, so that no additional sources of error (e.g., creep of the strain gauges) are introduced into the measurement and the reliability is increased. Also, the measurement is contactless and in principle over any distance feasible, so that it is applicable even at extreme temperatures of the conduit. Further, if the method is to be performed on another piping, only the parameters of the computer program code need to be set, a cumbersome mounting of a plurality of new strain gauges is eliminated.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden in mindestens zwei Erfassungsschritten jeweils zueinander entlang des Umfangs der Rohrleitung beabstandete Bildbereiche durch jeweils eine Digitalkamera erfasst.According to a particularly preferred embodiment, image areas spaced apart from each other along the circumference of the pipeline are detected by a respective digital camera in at least two detection steps.

Der Vorteil bei dieser Ausführungsform kann darin gesehen werden, dass der Ausgleich eventueller extern verursachter Belastungen ermöglicht wird und zu einem großen Teil auch geometrische Toleranzen der Rohrleitung so kompensiert werden können. Es ist insbesondere beispielsweise möglich, dass Bereiche in Winkelabständen von 90° um die Achse der Rohrleitung angeordnet sind.The advantage of this embodiment can be seen in the fact that the compensation of any externally induced loads is made possible and can be compensated to a large extent and geometric tolerances of the pipeline. It is particularly possible, for example, that areas are arranged at angular intervals of 90 ° about the axis of the pipeline.

Besonders bevorzugt wird der Druck mittels des Durchmessers und / oder der Dicke der Rohrleitung errechnet. Gleichermaßen bevorzugt wird der Druck mittels des Elastizitätsmoduls und / oder der Poissonzahl der Rohrleitung errechnet. Diese geometrischen Parameter beziehungsweise Materialparameter erlauben, mittels geeigneter Algorithmen, die Errechnung des Drucks, der die gemessene Dehnung der Rohrleitung mit diesen Parametern verursacht.Particularly preferably, the pressure is calculated by means of the diameter and / or the thickness of the pipeline. Equally preferably, the pressure is calculated by means of the modulus of elasticity and / or the Poisson number of the pipeline. These geometric parameters or material parameters allow, by means of suitable algorithms, the calculation of the pressure that causes the measured elongation of the pipeline with these parameters.

Eine Verbesserung der Erfindung sieht vor, dass die Temperatur der Rohrleitung in dem Bereich bestimmt wird und der Druck mittels dieser Temperatur errechnet wird.An improvement of the invention provides that the temperature of the pipeline in the area is determined and the pressure is calculated by means of this temperature.

Dadurch kann die Genauigkeit der Berechnung weiter verbessert werden. Die Temperatur hat beispielsweise Einfluss auf den Elastizitätsmodul, welcher bei steigender Temperatur gewöhnlich sinkt.This can further improve the accuracy of the calculation. For example, the temperature has an influence on the modulus of elasticity, which usually decreases with increasing temperature.

Ein bevorzugtes Verfahren zur Temperaturfehlerkompensation sieht vor, ein Referenzobjekt aus dem gleichen Material wie die Rohrleitung im erfassten Bereich über der Rohrleitung und thermisch daran gekoppelt anzuordnen, eine optische Dehnungsanalyse des Referenzobjekts durchzuführen, und durch Subtraktion der Dehnung des Referenzobjekts von der Dehnung der Rohrleitung den Temperaturfehler zu kompensieren, ohne die Temperatur selbst zu bestimmen. Da das Referenzobjekt im Sichtfeld derselben Kamera angeordnet sein kann, ist diese Kompensation ohne zusätzliche Hardware, rein durch entsprechende Bildanalyse durchführbar.A preferred method for temperature error compensation is to arrange a reference object of the same material as the pipe in the detected area above the pipe and thermally coupled thereto, perform optical strain analysis of the reference object, and subtract the strain error of the reference object from the elongation of the pipe to compensate without determining the temperature itself. Since the reference object can be arranged in the field of view of the same camera, this compensation can be carried out without additional hardware, purely by appropriate image analysis.

Der Vorteil besteht hier darin, dass die schon vorhandene Diagnostik zur Temperaturbestimmung verwendet werden kann, es ist abgesehen von dem passiv wirkenden Referenzobjekt keine zusätzliche Diagnostik notwendig. Das Referenzobjekt ist durch die Temperatur, nicht aber durch die Dehnung, der Rohrleitung beeinflusst und dehnt oder staucht sich dementsprechend in Abhängigkeit seines Längenausdehnungskoeffizienten und / oder Raumausdehnungskoeffizienten, das identisch mit dem der Rohrleitung istThe advantage here is that the already existing diagnostics can be used for temperature determination, it is apart from the passive-acting reference object no additional diagnostics necessary. The reference object is influenced by the temperature, but not by the elongation, of the pipeline and consequently expands or compresses depending on its coefficient of linear expansion and / or expansion coefficient, which is identical to that of the pipeline

Die Erfindung betrifft ferner eine Druckmessvorrichtung zur Messung des Drucks eines innerhalb einer Rohrleitung angeordneten Fluids, umfassend mindestens eine Digitalkamera mit einem Bildsensor und einem geeigneten Objektiv zur Erfassung mindestens eines Bereichs der Rohrleitung, sowie eine Recheneinheit, die über einen Computerprogrammcode verfügt, mittels dessen ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 ausführbar ist.The invention further relates to a pressure measuring device for measuring the pressure of a fluid arranged within a pipeline, comprising at least one digital camera with an image sensor and a suitable objective for detecting at least a portion of the pipeline, and a computing unit having a computer program code, by means of which a method according to one of claims 1 to 5 executable.

Der Vorteil ist in einer unmittelbaren und daher weniger Fehlerquellen aufweisenden Bestimmung des Drucks, sowie einer einfacheren Installation der Messvorrichtung zu sehen.The advantage is to be seen in an immediate and therefore less error sources having determination of the pressure, as well as a simpler installation of the measuring device.

Vorzugsweise umfasst die Druckmessvorrichtung auch eine oder mehrere Lichtquellen zur Beleuchtung des mindestens einen Bereichs, besonders bevorzugt eine Lichtquelle pro Digitalkamera.Preferably, the pressure measuring device also comprises one or more light sources for illuminating the at least one region, particularly preferably one light source per digital camera.

Vorzugsweise umfasst die Druckmessvorrichtung eine Haltevorrichtung zur Halterung von mindestens zwei Digitalkameras in einem festen Abstand von der Rohrleitung mit mindestens einem Abstandhalter zur Einhaltung dieses Abstands.Preferably, the pressure measuring device comprises a holding device for holding at least two digital cameras at a fixed distance from the pipeline with at least one spacer to maintain this distance.

Eine solche Vorrichtung kann vorteilhafterweise mit wenigen Handgriffen leicht an einer Rohrleitung angeordnet werden, wobei der für die optische Diagnostik wesentliche Abstand der Digitalkameras oder der Objektive zu der Rohrleitung aufgrund des Abstandhalters keinen Freiheitsgrad darstellt sondern fest definiert ist. Wenn die Digitalkameras gleiche Arbeitsbereiche, also Abstände des Objektivs zur scharf abgebildeten Objektebene, aufweisen, so weist die Haltevorrichtung vorzugsweise eine teilweise kreisförmige Struktur auf, um einen konstanten Abstand der Digitalkameras zu der Rohrleitung zu gewährleisten.Such a device can advantageously be easily arranged with little effort on a pipe, wherein for the optical diagnostics essential distance of the digital cameras or the lenses to the pipeline due to the spacer is not a degree of freedom but is firmly defined. If the digital cameras have identical working areas, ie distances of the objective to the object plane in focus, then the holding device preferably has a partially circular structure in order to ensure a constant distance between the digital cameras and the pipeline.

Eine Verbesserung dieser Druckmessvorrichtung sieht ein lichtdichtes Gehäuse vor, in dem die Haltevorrichtung und die mindestens eine Digitalkamera angeordnet sind, zu deren Schutz vor Licht und Verschmutzung.An improvement of this pressure measuring device provides a light-tight housing, in which the holding device and the at least one digital camera are arranged, for their protection against light and pollution.

Der Vorteil besteht hier darin, dass die Digitalkameras vor schädlichen Einflüssen geschützt sind. Außerdem kann die Druckmessvorrichtung somit als eigenständiges Modul einfach ohne zusätzliche Montageschritte durch Befestigung des Gehäuses an einer Rohrleitung angebracht werden. Die Objektive der Digitalkameras sind dabei vorzugsweise auf die Länge der Abstandhalter eingestellt. Abstandhalter und Objektive können auch verstellbar sein.The advantage here is that the digital cameras are protected from harmful influences. In addition, the pressure measuring device can thus be easily mounted as an independent module without additional mounting steps by attaching the housing to a pipeline. The lenses of the digital cameras are preferably set to the length of the spacers. Spacers and lenses can also be adjustable.

Vorzugsweise umfasst die Druckmessvorrichtung außerdem ein Referenzobjekt und Mittel zur thermischen Kopplung an der Rohrleitung, wobei der Computerprogrammcode dazu ausgebildet ist, ein Verfahren gemäß Anspruch 6 auszuführen, um durch die Dehnung des Referenzobjekts die Temperatur der Rohrleitung zu ermitteln.Preferably, the pressure measuring device further comprises a reference object and means for thermal coupling to the pipeline, wherein the computer program code is adapted to carry out a method according to claim 6, to determine the temperature of the pipeline by the elongation of the reference object.

Der Vorteil besteht wie beim Verfahren in der Verbesserung der Genauigkeit ohne Notwendigkeit zusätzlicher aktiver Diagnostik wie beispielsweise eines resistiven Temperatursensors.The advantage, as in the method, is the improvement in accuracy without the need for additional active diagnostics, such as a resistive temperature sensor.

Spezieller BeschreibungsteilSpecial description part

Nachfolgend wird der Gegenstand der Erfindung anhand einer Figur erläutert, ohne dass der Gegenstand der Erfindung hierdurch beschränkt wird. Es ist gezeigt:The subject matter of the invention will be explained below with reference to a figure, without the subject matter of the invention being limited thereby. It is shown:

1 Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens, und 1 Flowchart of a method according to the invention, and

2 Schema eines Querschnitts durch eine erfindungsgemäße Einrichtung. 2 Scheme of a cross section through a device according to the invention.

In 1 ist der Ablauf eines Verfahrens zur Bestimmung des Drucks 1 eines in einer Rohrleitung 2 angeordneten Fluids 3 gezeigt.In 1 is the sequence of a method for determining the pressure 1 one in a pipeline 2 arranged fluids 3 shown.

In einem Deformationsschritt 101 wird die Rohrleitung 2 durch den Druck 1 deformiert, wodurch die Außenseite der Rohrleitung 2 gleichmäßig über den Umfang, also auch in den verschiedenen durch Kameras erfassten Bereichen 4a, 4b, 4c, 4d gedehnt oder gestaucht wird.In a deformation step 101 becomes the pipeline 2 through the pressure 1 deformed, causing the outside of the pipeline 2 evenly over the circumference, so also in the different areas covered by cameras 4a . 4b . 4c . 4d is stretched or compressed.

Es wird außerdem kontinuierlich in mehreren Erfassungsschritten 102a, 102b, 102c, 102d jeweils ein Bereich 4a; 4b; 4c; 4d durch je eine Lichtquelle 5a; 5b; 5c; 5d beleuchtet und optisch durch je eine Digitalkamera 6a; 6b; 6c; 6d erfasst. Die Bereiche 4a, 4b, 4c, 4d sind dabei entlang des Umfangs der Rohrleitung 2 zueinander beabstandet. Das jeweils erfasste Abbild wird an eine Recheneinheit 7 übermittelt, mittels derer in mehreren Analyseschritten 103a, 103b, 103c, 103d jeweils aus einem erfassten Abbild eine optische Dehnungsanalyse durchgeführt wird.It is also continuously in several acquisition steps 102 . 102b . 102c . 102d one area each 4a ; 4b ; 4c ; 4d by one light source each 5a ; 5b ; 5c ; 5d illuminated and optically by a digital camera 6a ; 6b ; 6c ; 6d detected. The areas 4a . 4b . 4c . 4d are doing along the circumference of the pipeline 2 spaced apart. The respectively acquired image is sent to a computing unit 7 transmitted by means of which in several analysis steps 103a . 103b . 103c . 103d each of a detected image, an optical strain analysis is performed.

Eine Digitalkamera 6a erfasst dabei im Erfassungsschritt 102a auch ein Referenzobjekt 8. Diese ist über Koppelmittel 9 thermisch an die Rohrleitung 2 gekoppelt und nimmt daher im Idealfall deren Temperatur 10 an; es hat gleichzeitig die gleiche Wärmeausdehnung wie die Rohrleitung, da es bevorzugt aus dem gleichen Werkstoff gefertigt wird. Im Analyseschritt 103a wird eine optische Dehnungsanalyse des Referenzobjekts 8 durchgeführt, um damit den Temperaturfehler der Dehnungsmessung zu kompensieren. Die Temperatur 10 kann zusätzlich mit einem Widerstands-Messelement erfasst werden. Die Temperatur 10 wird neben Materialparametern 11, wie dem Elastizitätsmodul und / oder der Poissonzahl, und geometrischen Parametern 12, wie der Dicke oder der Durchmesser, der Rohrleitung zur späteren Berechnung bzw. Korrektur des Drucks 1 gespeichert.A digital camera 6a recorded in the detection step 102 also a reference object 8th , This is about coupling agent 9 thermally to the pipeline 2 coupled and therefore ideally takes their temperature 10 at; at the same time it has the same thermal expansion as the pipeline, since it is preferably made of the same material. In the analysis step 103a becomes an optical strain analysis of the reference object 8th performed to compensate for the temperature error of the strain measurement. The temperature 10 can additionally be detected with a resistance measuring element. The temperature 10 will be next to material parameters 11 , such as Young's modulus and / or Poisson's number, and geometric parameters 12 , such as the thickness or the diameter of the pipe for later calculation or correction of the pressure 1 saved.

In einem Berechnungsschritt 104 wird dann mittels geeigneter Algorithmen anhand der in den Analyseschritten 103a, 103b, 103c, 103d ermittelten Ergebnisse der optischen Dehnungsanalysen sowie der Temperatur 10, der Materialparameter 11 und der geometrischen Parameter 12 der Druck 1 des Fluids 3 berechnet.In a calculation step 104 is then determined by means of suitable algorithms on the basis of the analysis steps 103a . 103b . 103c . 103d determined results of the optical strain analyzes and the temperature 10 , the material parameter 11 and the geometric parameter 12 the pressure 1 of the fluid 3 calculated.

Gemäß 2 ist eine Druckmessvorrichtung 13 an einer Rohrleitung 2 angebracht. Die Druckmessvorrichtung 13 umfasst eine Haltevorrichtung 14, an der vier Digitalkameras 6a, 6b, 6c, 6d angebracht sind, die jeweils über einen hier nicht dargestellten Bildsensor und ein Objektiv verfügen. Die Digitalkameras müssen dabei keine sehr hohe Auflösung haben, da die anvisierte Auflösung durch die Genauigkeit der speziellen Algorithmen (DIC) in der Größenordnung von 0,1–1 % der Pixelgröße erreicht wird.. Eine jede Digitalkamera 6a; 6b; 6c; 6d ist frontal auf jeweils einen Bereich 4a; 4b; 4c; 4d ausgerichtet, erkennbar an der senkrecht zum Bereich 4c orientierten optischen Achse 15 der Digitalkamera 6c. Ein jeder Bereich 4a; 4b; 4c; 4d wird durchgehend durch eine neben der jeweiligen Digitalkamera 6a; 6b; 6c; 6d angeordneten Lichtquelle 5a; 5b; 5c; 5d beleuchtet.According to 2 is a pressure measuring device 13 on a pipeline 2 appropriate. The pressure measuring device 13 includes a holding device 14 , at the four digital cameras 6a . 6b . 6c . 6d are mounted, each having an image sensor and a lens, not shown here. The digital cameras do not have to have a very high resolution, because the targeted resolution is achieved by the accuracy of the special algorithms (DIC) in the order of 0.1-1% of the pixel size .. Any digital camera 6a ; 6b ; 6c ; 6d is frontal on one area each 4a ; 4b ; 4c ; 4d aligned, recognizable by the perpendicular to the area 4c oriented optical axis 15 the digital camera 6c , Every area 4a ; 4b ; 4c ; 4d is going through one beside the respective digital camera 6a ; 6b ; 6c ; 6d arranged light source 5a ; 5b ; 5c ; 5d illuminated.

Über einem Teil des Bereichs 4a ist ein Referenzobjekt 8 in Form einer Metallplatte angebracht. Diese ist über thermische Koppelmittel 9. beispielsweise in Form von Wärmeleitpaste, wärmeleitender Kleber, Punktschweißung oder -Lötung thermisch an den Bereich 4a gekoppelt und nimmt im Idealfall deren Temperatur 10 an. About a part of the area 4a is a reference object 8th mounted in the form of a metal plate. This is via thermal coupling agents 9 , For example, in the form of thermal paste, thermally conductive adhesive, spot welding or soldering thermally to the area 4a coupled and ideally takes their temperature 10 at.

Im Betrieb erfassen in jeweils einem Erfassungsschritt 102a, 102b, 102c, 102d die Digitalkameras 6a, 6b, 6c, 6d die jeweils zugeordneten Bereiche 4a, 4b, 4c, 4d und übermitteln die gewonnenen Bilddaten an die Recheneinheit 7. Diese führt in jeweils einem Analyseschritt 103a; 103b; 103c; 103d jeweils eine optische Dehnungsanalyse mit dem „digital image correlation“ (DIC) algorithmus durch, wodurch aus dem Bilddaten hochaufgelöste Dehnungsdaten oder Deformationsdaten der Bereiche 4a, 4b, 4c, 4d gewonnen werden. Anschließend wird durch die Recheneinheit 7 in einem Berechnungsschritt 104 eine Berechnung des Drucks 1 des Fluids 3, hier symbolisiert durch gegen die Innenwand der Rohrleitung 2 deutende Pfeile, durchgeführt. Im Erfassungsschritt 102a wird außerdem zumindest ein Teil des Referenzobjekts 8 erfasst, und im Analyseschritt 103a zusätzlich dessen Dehnung ermittelt und im späteren Berechnungsschritt 104 verwendet.Capture during operation in one detection step 102 . 102b . 102c . 102d the digital cameras 6a . 6b . 6c . 6d the respective assigned areas 4a . 4b . 4c . 4d and transmit the acquired image data to the arithmetic unit 7 , This leads in each case to an analysis step 103a ; 103b ; 103c ; 103d in each case an optical strain analysis with the "digital image correlation" (DIC) algorithm, whereby from the image data high-resolution strain data or deformation data of the areas 4a . 4b . 4c . 4d be won. Subsequently, by the arithmetic unit 7 in a calculation step 104 a calculation of the pressure 1 of the fluid 3 , symbolized here by against the inner wall of the pipeline 2 pointing arrows, performed. In the registration step 102 will also be at least part of the reference object 8th recorded, and in the analysis step 103a in addition, its elongation is determined and in the later calculation step 104 used.

Zwei Abstandhalter 16 sind vorgesehen, um den Abstand der Digitalkameras 6a, 6b, 6c, 6d zu der Rohrleitung 2 fest zu definieren. Dadurch lässt sich die gesamte Druckmessvorrichtung 13 einfach manuell an einer Rohrleitung 2 anbringen. Beim Wechsel zu einer anderen Rohrleitung 2 müssen daher lediglich die von dem durch die Recheneinheit 16 ausgeführten Computerprogrammcode verwendeten Parameter 11, 12 angepasst werden. Ein hier nicht weiter dargestelltes Gehäuse 17 schützt die Digitalkameras 6a, 6b, 6c, 6d vor Licht und Verschmutzung.Two spacers 16 are provided to the distance of the digital cameras 6a . 6b . 6c . 6d to the pipeline 2 firmly define. This allows the entire pressure measuring device 13 simply manually on a pipeline 2 Attach. When changing to another pipeline 2 Therefore, only those of the by the computing unit 16 executed computer program code used parameters 11 . 12 be adjusted. A not further illustrated housing 17 protects the digital cameras 6a . 6b . 6c . 6d from light and pollution.

Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die vorstehend gezeigten Ausführungsbeispiele. Es sind vielmehr auch Abwandlungen hiervon denkbar, welche von den nachfolgenden Ansprüchen mit umfasst sind. So ist beispielsweise denkbar, dass die Digitalkameras in einem anderen als einem rechten Winkel zu dem jeweiligen Bereich orientiert sind. Auch muss nicht notwendigerweise jede Digitalkamera zu einer Lichtquelle zugeordnet sein, es kann auch gar keine Lichtquelle vorgesehen sein und stattdessen Umgebungslicht verwendet werden. Denkbar ist auch, zwei oder mehr Digitalkameras zur Erfassung eines Bereich aus verschiedenen Richtungen oder mit verschiedenen Auflösungen zu verwenden, wodurch gegebenenfalls dreidimensionale optische Dehnungsanalyse ermöglicht wird.The invention is not limited to the embodiments shown above. On the contrary, modifications of this are conceivable, which are included in the following claims. Thus, for example, it is conceivable that the digital cameras are oriented at a different angle than a right angle to the respective area. Also, not necessarily every digital camera must be assigned to a light source, it can also be provided no light source and ambient light can be used instead. It is also conceivable to use two or more digital cameras to detect a range from different directions or with different resolutions, whereby optionally three-dimensional optical strain analysis is made possible.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Druck print
22: Rohrleitung pipeline
33: Fluid fluid
4a–4d4a-4d: Bereich Area
5a–5d5a-5d: Lichtquelle light source
6a–6d6a-6d: Digitalkamera digital camera
77: Recheneinheit computer unit
88th: Referenzobjekt reference object
99: Koppelmittel coupling means
1010: Temperatur temperature
1111: Materialparameter material parameters
1212: geometrische Parameter geometric parameters
1313: Druckmessvorrichtung Pressure measuring device
1414: Haltevorrichtung holder
1515: optische Achse optical axis
1616: Abstandhalter spacer
101101: Deformationsschritt deformation step
102a–102d102a-102d: Erfassungsschritt detecting step
103a–103d103a-103d: Analyseschritt analysis step
104104: Berechnungsschritt calculation step

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 0049501 B1 [0005]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

http://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/12413-digital-image-correlation-and-tracking [0009]
C. Eberl & DS Gianola & KJ Hemker: Mechanical Characterization of Coatings Using Microbeam, Bending and Digital Image Correlation Techniques, Experimental Mechanics, DOI 10.1007 / s11340-008-9187-4; especially page 7 ff. [0009]

Claims

Method for determining the pressure ( 1 ) one in a pipeline ( 2 ) arranged fluids ( 3 ), wherein in a deformation step ( 101 ) the pipeline ( 2 ) by the pressure ( 1 ) is deformed in at least one detection step ( 102 ; 102b ; 102c ; 102d ) one area each ( 4a ; 4b ; 4c ; 4d ) the outside of the pipeline ( 2 ) optically by a digital camera ( 6a ; 6b ; 6c ; 6d ) is detected in at least one analysis step ( 103a ; 103b ; 103c ; 103d ) each an optical strain analysis of a detected area ( 4a ; 4b ; 4c ; 4d ) and in a calculation step ( 104 ) from the at least one optical strain analysis of the pressure ( 1 ) of the fluid ( 3 ) is calculated.

Method according to claim 1, wherein in at least two detection steps ( 102 . 102b . 102c . 102d ) in each case along the circumference of the pipeline ( 2 ) spaced image areas ( 4a . 4b . 4c . 4d ) by a digital camera ( 6a . 6b . 6c . 6d ).

Method according to one of the preceding claims, wherein in the calculating step ( 104 ) the pressure ( 1 ) by means of the diameter and / or thickness of the pipeline ( 2 ) is calculated.

Method according to one of the preceding claims, wherein in the calculating step ( 104 ) the pressure ( 1 ) by means of the modulus of elasticity and / or the Poisson number of the pipeline ( 2 ) is calculated.

Method according to one of the preceding claims, wherein a temperature ( 10 ) of the at least one area ( 4a . 4b . 4c . 4d ) of the pipeline ( 2 ) and in the calculation step ( 104 ) the pressure ( 1 ) by means of this temperature ( 10 ) is calculated.

Method according to claim 5, wherein for determining the temperature ( 10 ) in the at least one detection step ( 102 . 102b . 102c . 102d ) thermally to the at least one area ( 4a ; 4b ; 4c ; 4d ) coupled reference object ( 8th ) of identical material as the pipeline is detected and in the at least one analysis step ( 103a ; 103b ; 103c ; 103d ) an optical strain analysis of the reference object ( 8th ) is carried out and compensated by means of this optical strain analysis of the temperature error of the strain measurement on the tube.

Pressure measuring device ( 13 ) for determining the pressure ( 1 ) one within a pipeline ( 2 ) arranged fluids ( 3 ) comprising at least one digital camera ( 6a ; 6b ; 6c ; 6d ) for detecting at least one area ( 4a ; 4b ; 4c ; 4d ) of the pipeline ( 2 ), as well as a computing unit ( 7 ) having a computer program code by means of which an analysis step ( 103a ; 103b ; 103c ; 103d ) and a calculation step ( 104 ) is executable according to one of claims 1 to 5.

Pressure measuring device ( 13 ) according to claim 7, comprising a holding device ( 14 ) for holding at least two digital cameras ( 6a . 6b . 6c . 6d ) at a fixed distance from the pipeline ( 2 ) with at least one spacer ( 16 ) to maintain this distance.

Pressure measuring device ( 13 ) according to claim 8, with a light-tight housing ( 17 ), in which the holding device ( 14 ) and the at least one digital camera ( 6a ; 6b ; 6c ; 6d ), to protect them from light and pollution.

Pressure measuring device ( 13 ) according to one of claims 7 to 9, comprising a reference object ( 8th ) and coupling agents ( 9 ) for thermal coupling to the pipeline ( 2 ), wherein the arithmetic unit ( 7 ) has computer program code, by means of which an analysis step ( 103a ; 103b ; 103c ; 103d ) is executable according to claim 6.