Ultraschallbasiertes Sensorprinzip für die eingriffsfreie Messung des hydrostatischen Drucks

Abstract

In dieser Arbeit wird ein Sensorprinzip zur Messung der statischen mechanischen Spannung in der Rohrwand und damit des hydrostatischen Drucks basierend auf geführten elastischen Wellen entwickelt. Dabei wird auf die Verwendbarkeit von parasitär in der Rohrwand laufender Signalanteile in neuen Durchflusssensoren abgezielt, die auf der gezielten Anregung geführter elastischer Wellen in der Rohrwand basieren. Idealerweise ist so der Einbau weiterer Sensorik verzichtbar. Zur Modellierung des Messprinzips wurde eine effiziente Methode zur Lösung des linearen Randwertproblems der geführten Wellenausbreitung implementiert und der Einfluss der statischen mechanischen Spannung basierend auf dem akustoelastischen Effekt integriert. Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeit ist die messtechnische Verifikation der implementierten Modelle und der empirische Nachweis der Verwendbarkeit des Effekts zur Messung des hydrostatischen Drucks. Sowohl Sende-Empfänger-Messungen, wie sie das entwickelte Sensorprinzip vorsieht, als auch Mehrkanalmessungen an verteilten Empfangsorten mittels eines Laser-Doppler-Vibrometers wurden durchgeführt. Die Genauigkeit der Modelle konnte durch eine eigens entwickelte inverse Materialcharakterisierungsmethode verbessert werden. Es wurde außerdem ein neuer Ansatz zur inversen Charakterisierung der Elastizitätskonstanten dritter Ordnung entwickelt. Das neue Sensorprinzip konnte anhand eines Versuchsstands demonstriert werden. Show more