对流体通量进行监测的方法和装置与流程

1.本发明总体上涉及至少在流速(flow speed)和/或流向(flow direction)方面对流体通量(fluid flux)进行监测的方法和装置。本发明特别适合于监测地下水流。


背景技术：

2.有多种技术可用于监测地下水流。例如，wo2016207769公开了一种模块化装置，其以彼此竖直相邻地叠加的两个测量筒(cartridge)为特色。各个筒填充有相应材料组分的多孔基体。使用第一筒来经由与吸收剂结合的示踪剂组分确定地下水物质输运(mass transport)。使用第二筒来经由吸收剂组分确定溶解在地下水中的物质的物质输运。具有这种设计的装置允许局部监测水平地下水通量。一方面监测地下水，另一方面并行地监测溶解在该地下水中的物质。没有交叉污染的风险。
3.所述筒还可以适配于测量物质输运的大小和方向。为此，各个筒设置有三个可渗透的隔板。因此，将流腔室划分成三个流隔间。经由个体隔间通量的矢量叠加来确定地下水通量。
4.然而，所述装置的一个很大缺点是其仅提供时间平均测量结果。这可能导致失真的画像，其既不提供瞬时物质输运的全面视图，也不提供其随时间的演变。通常，wo2016207769中公开的装置在地下驻留长达预定测量时段，例如，几小时到几个月。只是在之后采集该装置，并且根据浓度值/分布获得时间平均物质输运数据。没有提供直接测量技术。
5.进一步地，us9404783公开了一种沉积床无源通量计。所述流量计具有浸渍有一种或更多种示踪剂的吸附基体，该吸附基体用于拦截在其摄入部与其排出部之间通过的地下水流。尤其设想了对竖直地下水和污染物质量通量的监测。然而，再次地，所述装置仅提供时间平均测量结果。
6.us6474176中提供了另一流体流测量装置。后一装置尤其被设计用于确定在重力影响下在非饱和土壤中出现的竖直流量(flow rate)。为此，所述装置被直接引入土壤中，实际上，所述测量技术需要所述装置与土壤直接接触。所述装置具有相对的上漏斗和下漏斗，该上漏斗与该下漏斗之间具有狭窄的通道部。由上漏斗采集的地下水随后向下行进通过缩减通道部(reduced channel portion)。所述通道部内的加大通量(amplified flux)经由热流速测定(thermoanemometry)来加以确定。
7.缺点是us6474176仅专注于监测一维竖直地下水流。它不能容易地应用于其它类型的流体流。漏斗设计的另一缺点是它导致体积庞大的装置。漏斗之间的空间被低效利用。特别地，存在于装置中心的狭窄通道部可能对热流速测定测量系统的尺寸、形状以及位置造成进一步的限制。
8.us2019/093475公开了对井筒中的流体流进行监测的方法和系统。
9.us6474176描述了一种确定土壤中流体流量的流体流装置。所述流体流装置包括用于接收流体的管道。
10.通常，用于监测流体流的装置的重要特征可以涉及：
[0011]-它们的精度和准确度，甚至是有限流量下的精度和准确度，
[0012]-它们的鲁棒性，
[0013]-它们的耐久性，尤其是在被污染和/或酸性环境中的耐久性，
[0014]-它们的紧凑性，和/或
[0015]-它们的(低)能耗。
[0016]
本发明的目的是提供对流体流进行监测的改进的方法和装置，从而解决上面所提及问题中的一个或更多个问题。


技术实现要素：

[0017]
为此，提供了一种根据权利要求1所述的对流体通量进行监测的装置。该装置具有主体，该主体为流体提供一个或更多个通路(passage)，各个通路具有入口和出口。流体可以经由连续的入口漏斗、缩减通道部以及出口漏斗在所述入口与所述出口之间流动。还提供了用于确定缩减通道部内的通量水平的装置。缩减通道部通常具有较小的横截面积(cross-sectional area)，使得流速度(flow velocity)被加大。例如，可以以更高的精度来确定通量水平。用于确定通量水平的装置(即，流体通量感测装置)可以涉及或者可以不涉及直接测量技术。而且特别地，缩减通道部中的至少一个缩减通道部相对于该装置的入口和出口是未对准的。
[0018]
这种设计的装置可以具有多个优点。实际上，未对准(即，不强加：通路在其对应的入口开口与出口开口(的中心)之间具有严格的直线延伸、正交于所述开口、以及相对于入口开口和出口开口的总体布置居中)在相关设计方面提供了更大的自由度。例如，(i)可以设计更紧凑的装置，(ii)可以考虑更方便的装置形状，(iii)可以进行关于入口和出口的位置和/或取向的最佳选择，(iv)多个缩减通道部现在能够在装置内越过(pass)彼此，和/或(v)可以在装置内提供更多的空间，例如，用于测量仪器。本发明通常不限于这些优点和效果中的任一者。下面进一步讨论更具体的实施方式。
[0019]
优选地，本装置至少适合于在饱和流状态下使用。本发明人发现，在这种流状态下，缩减通道部相对于开口的精确位置和/或取向不太重要。即，未对准仅对测量具有有限的影响。这与us6474176的教导形成对比，us6474176的教导完全专注于监测非饱和的一维竖直地下水流。这种非饱和的竖直流确实需要入口开口和入口漏斗竖直向上定向，并且缩减通道部、出口漏斗以及出口开口也以与入口开口对准的方式竖直延伸。这样，可能的气泡(其可能出现在未饱和流状态下，并且其可能极大地影响测量结果)沿向上的方向逸出。
[0020]
优选在饱和流状态下使用的本装置设计可以提供关于入口和出口的位置和取向的选择的更多自由度。该选择有利地限定了流体流的哪部分被采集，以及因此可以研究流体流的哪方面。
[0021]
在根据权利要求2所述的特定优选实施方式中，所述缩减通道部相对于所述入口和所述出口是未对准的，更具体地，因为其相对于所述入口和所述出口偏移。这种设计的装置可以具有多个优点。
[0022]
最重要的是，可以更高效地利用体积庞大的主体内的空间。如图9a至图9c的非限制性实施方式所示的，有更多的空间可用于流体通量感测装置。
5％或更小，甚至更优选地 /-1％或更小以及还更优选地 /-0.1％或更小，到目前为止这样的变化量适合在所公开的发明中执行。然而，要理解，修饰语“约”所指的值本身也是具体公开的。
[0042]
如本文所使用的，“包括(comprise)、“包括(comprising)”、“包括(comprises)”以及“包括(comprised of)”与“包含(include)”、“包含(including)”、“包含(includes)”或者“含有(contain)”、“含有(containing)”、“含有(contains)”同义，并且是指定存在之后的内容(例如，部件)的包容性或开放式术语，并且不排斥或排除存在本领域已知的或者本文所公开的附加的、未陈述的部件、特征、要素、构件、步骤。
[0043]
由端点陈述的数值范围包括包含在该范围内的所有数值和分数以及所陈述的端点。
[0044]
除非另有定义，否则在公开本发明时使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有和本发明所属技术领域的普通技术人员共同理解的含义相同的含义。借助于进一步的指导，包括对说明书中使用的术语的定义，以更好地理解本发明的教导。本文所使用的术语或定义仅提供用于帮助理解本发明。
[0045]
在第一方面，本发明提供了一种对流体通量进行监测的流量计装置，所述装置包括主体，该主体适合于被引入承载流体通量的介质中，该主体为流体提供一个或更多个通路，各个通路具有入口(＝入口开口)、出口(＝出口开口)以及缩减通道部，该缩减通道部经由相应的入口漏斗和出口漏斗与所述入口和所述出口流体连通，所述装置还包括用于确定在所述缩减通道部中的一个或更多个缩减通道部内行进的流体通量(＝流速＝流量)的装置。特别地，所述缩减通道部中的至少一个缩减通道部相对于所述入口和所述出口是未对准的。
[0046]
上面所提及的入口和出口优选地由存在于装置的包壳表面上的相应的“开口区”来提供，所述开口区至少部分地可渗透流体。通常，入口和出口使得能够在缩减通道部与周围介质之间交换流体。在实施方式中，入口和对应的出口可以由流体可以流过的相应简单孔来提供。在另一实施方式中，入口和对应的出口可以由穿孔区或开槽区来提供，每一者包括流体可以流过的多个孔。
[0047]
优选地，流体可以至少沿基本上正交于对应的开口区(即，正交于简单孔，或者正交于穿孔区或开槽区)的方向流过入口/出口。
[0048]
此外，术语“入口”和“出口”是可互换的。通路的任一端处的开口是充当入口还是充当出口可以进一步取决于装置相对于流体流的取向。入口漏斗和出口漏斗将相应的入口开口和出口开口以流体方式连接至它们之间的缩减通道部。漏斗进口(funnel entry)连接至入口开口/出口开口。漏斗进口例如可以与入口开口/出口开口重合。然而，情况不一定如此。在任何情况下，出于采集流体通量的目的，漏斗进口覆盖相对大的横截面积。漏斗出口(funnel exit)连接至缩减通道部。所述缩减通道部通常具有较小的横截面积。因此，流速度在缩减通道部内被加大。这样，可以以更高的精度确定通量，和/或扩展/移位测量范围。可选地，缩减通道部具有促进层流(laminar flow)的这种尺寸(dimension)。这对于一些测量技术可能是重要的(参见下文)。然而，本发明通常不限于此。还应注意，层流不仅由流几何形状确定，而且由其它特性(诸如通量(＝流速))来确定。
[0049]
可选地，该装置可以具有一定程度的对称性，使得它可以根据多个取向而被引入
到介质中，其中，采集基本上相同的通量，并且其中，可以监测基本上相同的各流体流方面。例如，在其可能的非限制性实施方式中，入口开口和出口开口具有基本上相同的尺寸和形状，并且它们的总体布置使得该装置具有至少一个对称度，该对称度导致开口的相同总体布置，但是其中两个或更多个开口具有变化的位置(例如，交换的位置)。可能地，对称度可以包括：绕其纵向轴线的90
°
旋转、绕其纵向轴线的180
°
旋转和/或相对于横向对称面的映像(reflection)。
[0050]
前述“缩减通道部”优选地具有比装置的对应入口开口和/或出口开口小的横截面积。
[0051]
前述“流通路”通常延伸穿过装置的主体。优选地，通路本身对于流体而言是不可渗透的，同时在相对的漏斗进口(充当入口开口和出口开口)之间提供流体连接。一个或更多个这样的通路彼此分开。这些通路可以在主体的相对两侧之间穿过该主体。对应的入口开口和出口开口可以相对布置，即，彼此相对。
[0052]
特别地，所述缩减通道部中的至少一个缩减通道部相对于所述入口和所述出口是未对准的。即，该装置通常不支持直线流体流，该直线流体流正交地进入由入口漏斗限制的入口开口、进一步行进到随后由出口漏斗扩展的缩减通道部中并穿过该缩减通道部以及正交地通过装置的出口开口离开该装置。
[0053]
至少通路的缩减通道部使得其需要对这种流(分别经由装置的入口开口和出口开口之一正交地进入和离开该装置)施加至少一个方向变化或者相对于开口的至少一个横向移位(＝偏移)。
[0054]
可能的优点是：(i)可以设计更紧凑的装置，(ii)可以考虑更方便的装置形状，(iii)可以进行关于入口和出口的位置和/或取向的最佳选择，(iv)多个缩减通道部现在能够在装置内越过彼此和/或(v)可以在装置内提供更多的空间，例如，用于测量仪器。本发明通常不限于这些优点中的任一者。最重要的是，本发明人发现未对准仅对饱和流状态下的测量结果具有有限的影响。本发明可以或者可以不专门配置用于监测饱和流状态。
[0055]
在特别优选的实施方式中，缩减通道部中的至少一个缩减通道部相对于入口开口和出口开口偏移。例如，上面所提及的缩减通道部是“未对准”的，因为它相对于入口和出口“偏移”。即，所述缩减通道部相对于入口/出口中的一者或更多者并且优选地相对于入口和出口的全体不成一直线。例如，不是相对于所有这种通路入口和出口的整体居中，或者不与所有这种通路入口和出口的整体成一直线。所述缩减通道部不成直线的量或距离还被称为“偏移量”。
[0056]
相对于一个或更多个开口偏移的通道可以不相对于这些开口的总体布置居中。另外地或者另选地，偏移的通道可以不(完全)包含在穿过这些开口的中心的假想正中平面内，或者至少相对于这些开口的总体布置是居中的。优选地，缩减通道的位置包括沿正交于其主延伸方向的方向、入口与出口之间以及可选地其对应的入口与出口之间的线性偏移。
[0057]
如下面所讨论的，存在多个实施方式，其中缩减通道部可以相对于所述开口中的一个或更多个开口和/或相对于彼此发生“偏移”。可选地，这种偏移可以“包括在”缩减通道部内，例如，通过沿着该缩减通道部的延伸部分的偏差或曲率来具体实施。本发明总体上旨在覆盖所有这些实施方式。
[0058]
在另一或另选实施方式中，所述缩减通道部相对于其对应入口和出口偏移。例如，
缩减通道部可以包括偏差，例如，对应的漏斗出口之间的曲率，从而在偏差的位置处提供偏移(例如，图10b所示)。在另一或另选实施方式中，所述漏斗各自具有漏斗进口，其中，至少一个漏斗具有相对于所述漏斗进口偏移的漏斗出口。例如，漏斗本身可以变形/歪斜以提供偏移(例如，图1至图9所示)。在另一或另选实施方式中，提供超过一个通路，其中，所述通路作为整体相对于彼此偏移。即，相应的入口开口、出口开口、入口漏斗、出口漏斗以及缩减通道部相对于彼此偏移(例如，如图10a所示)。特别是，在图10a的实施方式中，缩减通道部各自相对于所有四个入口开口/出口开口的全体偏移；两者都不(完全)包含在相对于所有四个入口开口/出口开口的总体布置居中的假想水平正中平面内。然而，本发明通常不限于附图所给出的实施方式。
[0059]“漏斗进口”可以对应于也可以不对应于前述入口(＝入口开口)和出口(＝出口开口)。入口开口和出口开口可以被理解为对应开口结构的外圆周边缘部分。
[0060]
通常，由于偏移，因此，在装置的主体内可获得更多的空间。实际上，在装置提供两个或更多个通路的情况下，它们的缩减通道部现在能够在装置的中心处越过彼此(例如，图1至图8以及图10a至图10b所示的)。同样，在这种多通路设计的情况下，一个通路的入口漏斗与出口漏斗之间的空间现在可以被另一些通路的入口漏斗和出口漏斗占据。由此设想了更紧凑的设计，其中更高效地利用了空间。另外地或者另选地，可以使得缩减通道部不再穿过主体的中心/沿着主体的中心轴线穿过。因此，在相对于狭窄通道部(例如，图9所示)的一侧，更多的空间可用于测量系统，即，用于通量感测装置。
[0061]
流量计通常设置有与缩减通道部中的一个或更多个缩减通道部相关地进行感测以确定在该缩减通道部中行进的流体的通量的通量感测装置。缩减通道部可以提供较窄的横截面积，并因此提供加大通量(即，具有更高的流速度)。记录加大通量。可以容易地获得周围流体流的一个或更多个特性。
[0062]
可选地，通量感测装置至少提供可以被存储在存储介质(例如，电子存储介质)上的时间相关信号(例如，电压信号或电流信号)。时间相关信号允许进行时间分辨测量。可选地，可以在测量期间的任何时间查阅所述信号或者任何进一步处理的信号。为此，可以提供无线通信装置和/或有线通信装置。可选地，在测量期间，信号或任何进一步处理的信号显示在用户可查阅的显示装置上。优选地，通量感测装置至少提供时间分辨测量技术，使得可以观测流体流的时间演变。
[0063]
优选地，通量感测装置具有相对低的能耗。这样，装置可以独立地运行较长的测量时段，例如，长至几个月。
[0064]
在非限制性实施方式中，通量感测装置可以包括量热(calorimetric)感测装置。例如，通量感测装置包括在缩减通道部内的一对温度传感器之间的加热元件。进一步根据流体流向，一个温度传感器相对于加热元件定位于上游，并且另一温度传感器定位于下游。加热元件可以被配置成生成热脉冲。检测最终所得的温度梯度。温度梯度允许确定缩减通道部内的流速和流向。
[0065]
在另选的非限制性实施方式中，通量感测装置可以包括体积感测装置。例如，以相对于缩减通道部内的一组至少两个温度传感器确立恒定的温度分布的方式来控制一个或更多个加热元件。为维持该温度分布所需的施加电压或电流可以用作传感器信号。
[0066]
在又一另选的非限制性实施方式中，通量感测装置可以包括注入示踪剂感测装
置。例如，在缩减通道部内注入可检测的示踪剂。检测器放置在通道部的相反两端处。检测示踪剂浓度梯度，从而允许确定流速和流向。示踪剂例如可以是电解质，而检测器是电导率传感器。
[0067]
可选地，缩减通道部可以促进层流。因而增加了上述技术中的一种或更多种技术的准确度。注意，存在另外合适的测量技术(例如，胶体管道镜(colloidal bore scope)、
…
)。本发明通常不限于上述技术中的任一技术。
[0068]
根据本发明的装置可以特别适合于监测地下水流。土壤流量可能相对较慢，使得难以进行准确测量。本装置提供通量加大，从而解决该问题。地下水流可以通过将装置下降到地下水监测井的监测管内而被监测。所述监测管可以是竖直的也可以不是竖直的。另选地，可以通过将装置直接引入到土壤中(例如，借助于存在于该装置上的向下的插脚(pin))来监测地下水流。然而，本发明通常不限于地下水流。本发明可以应用于地下水通量、地表水通量以及任何其它类型的通量。
[0069]
可选地，装置可以补充有另外的感测装置。在可能的示例中，装置可以补充有具有多孔吸收基体的一个或更多个筒，并且进一步包括示踪剂(例如，用于测量流体物质输运)或者不包括示踪剂(例如，用于测量溶解物质的物质输运)。前述装置主体以及这种筒中的一个或更多个筒(＝无源通量表)可以叠加地放置。在另一或另选示例中，装置可以补充有附加的(时间分辨)感测装置，以感测任何另外的化学品的生化参数。
[0070]
根据另一或另选实施方式，装置包括至少两个通路，其中缩减通道部沿基本上不同的方向延伸。缩减通道部可以是歪斜的，也可以不是歪斜的。缩减通道部优选为不相交的。缩减通道部可以彼此正交，也可以不彼此正交。优选地，监测至少两个通量。可以获得对应的流矢量分量。这有利地允许在流速和流向方面监测多维(例如，二维或三维)流。
[0071]
在另一或另选实施方式中，装置具有相对于彼此偏移的第一通路和第二通路。在另一或另选实施方式中，装置具有相对于彼此偏移的第一缩减通道部和第二缩减通道部。优选地，偏移可以允许通路(或者特别是这些通路的缩减通道部)在装置的主体内越过彼此。
[0072]
装置可以设置有用于确定所述装置相对于外部参考系的取向的装置。上述装置可以允许确定相对于装置的流向。定向装置现在还允许找到相对于外部参考系的对应流向。所述定向装置可以包括或者可以不包括可锁定罗盘(即，在测量初始化时锁定的)。所述定向装置可以包括或者可以不包括数字罗盘。所述定向装置可以包括或者可以不包括定向标志，其使得能够根据希望的取向来实现装置的布置。
[0073]
根据特别优选的实施方式，所述入口漏斗/出口漏斗中的一个或更多个入口漏斗/出口漏斗具有相对于其漏斗进口不成一直线的漏斗出口。因此，在漏斗本身内克服了缩减通道部相对于对应漏斗进口的偏移。发明人发现漏斗内的轻微不对称或变形对测量准确度具有有限的影响。实际上，漏斗通常提供宽的横截面。因此其水力传导率高，并且其对流体通量的影响低。
[0074]
可选地，当处理所测量的数据时，可以考虑入口漏斗、缩减通道部和/或出口漏斗的水力传导率。
[0075]
根据另一或另选实施方式，所述主体具有细长形状，其中，所述入口和所述出口是在侧面布置的。这种布置对于监测相对于装置主体的横向二维通量分布特别有用。至少一
个缩减通道部可以具有相对于入口开口和出口开口的纵向偏移。
[0076]
根据另一或另选实施方式，所述主体具有大致柱形形状。优选地，漏斗具有大于90
°
的平均开度角(在两个通路和四个漏斗的情况下)。因此在漏斗之间的空间可用，以便容纳它们的缩减通道部。
[0077]
根据另一或另选实施方式，所述主体具有用于以滑动方式接合监测管的管壁的上部装置和下部装置。所述监测管可以构成或者可以不构成地下水监测井。所述监测管可以竖直设置，也可以不竖直设置。管壁可以被穿孔或开槽，也可以不被穿孔或开槽，使得流体穿过所述管壁在装置与周围介质之间基本上自由地交换。可以考虑也可以不考虑这种穿孔或开槽管壁的水力传导率。可选地，主体设置有与管壁的内侧接合的一个或更多个弹性体垫圈。可以提供另外的或者另选的密封装置，以分离个体入口开口和出口开口。
[0078]
根据另一或另选实施方式，所述装置还设置有盖构件，该盖构件用于覆盖监测井管的进入开口，该盖构件容纳有装置的控制单元。有利地，控制单元便可用于所述进入开口处。盖构件可以设置有用于显示传感器数据或经处理的测量结果的显示装置。优选地，控制单元与通量感测装置以通信方式联接。优选地，还将电源和存储介质容纳在盖构件内。
[0079]
在另一或另选实施方式中，装置具有细长形状，其中，至少一个入口和对应的出口被横向地(或径向地)设置在不同的纵向位置处，其中缩减通道部在它们之间延伸。优选地，缩减通道部沿装置的纵向方向在入口与出口之间延伸。在该实施方式中，缩减通道部与其入口和出口都未对准，因为它正交于入口取向和出口取向(即，平行于入口区和出口区)。参考图11a至图11c的非限制性实施方式。
[0080]
在另一方面，本发明可以提供一种对流体流进行监测的另选装置，所述装置包括主体，该主体适合于被引入承载流体流的介质中，该主体为流体提供一个或更多个通路，各个通路具有入口、出口以及缩减通道部，该缩减通道部经由相应的入口漏斗和出口漏斗与所述入口和所述出口流体连通，所述装置还包括用于确定在所述缩减通道部中的一个或更多个缩减通道部内行进的流体的通量水平的装置。特别地，所述缩减通道部中的至少一个缩减通道部相对于所述入口和所述出口是偏移的。还可以应用上述特征和对应优点中的一者或更多者。
[0081]
在另一方面，本发明可以提供对流体流进行监测的又一另选装置，所述装置包括主体，该主体适合于被引入承载流体流的介质中，该主体为流体提供一个或更多个通路，各个通路具有入口、出口以及缩减通道部，该缩减通道部经由相应的入口漏斗和出口漏斗与所述入口和所述出口流体连通，所述装置还包括用于确定在所述缩减通道部中的一个或更多个缩减通道部内行进的流体的通量水平的装置。特别地，所述主体设置有沿基本上不同的方向延伸的至少两个这样的通路。优选地，装置具有用于确定与所述通路中的各个通路相关的通量水平的装置。有利地，可以监测二维或多维流体流。还可以应用上述特征和对应优点中的一者或更多者。
[0082]
在另一方面，本发明可以提供对流体流进行监测的又一另选装置，所述装置包括主体，该主体适合于被引入承载流体流的介质中，该主体为流体提供至少一个通路，所述通路具有入口、出口以及缩减通道部，该缩减通道部经由相应的入口漏斗和出口漏斗与所述入口和所述出口流体连通，所述装置还包括用于确定在所述缩减通道部内行进的流体的通量水平的装置。特别地，所述主体具有细长形状和/或基本上柱形形状，其中，所述通路在侧
面布置在所述主体内。即，基本上正交于细长轴线和/或柱轴线(cylinder axis)。可以将这样的装置沿着该轴线引入流承载介质中。非常有利的是，它们然后还使得能够进行流体流的至少一个横向表征，从而正交于它们的引入方向。可选地，细长轴线和/或柱轴线可以是具有对称性的轴线。还可以应用上述特征和对应优点中的一者或更多者。
[0083]
在一个可能的非限制实施方式中，装置主体具有细长形状和/或柱形形状，其中，装置被配置为直接引入土壤中。可选地，装置主体设置有用于这样做的向下的插脚。一旦被引入，装置就提供经由所述至少一个缩减通道部的流的横向表征。例如，可以将装置竖直地引入到土壤中，然后另外提供地下水流的水平表征。
[0084]
在另一可能的非限制实施方式中，装置主体具有可选的细长的并且优选的基本上柱形的形状，其中，装置尤其适配于引入监测管内。优选地，柱形主体可以在监测管中以滑动方式(并且可选地以密封方式)接合管壁。再次地，装置提供了正交于其引入方向和正交于监测管延伸方向的流的横向表征。
[0085]
可选地，装置主体具有基本上柱形形状，其中，所述至少两个漏斗是在侧面布置的，并且其中，它们的漏斗进口具有基本上凸形形状，优选地对应于柱主体。图1至图8以及图10示出了非限制性实施方式。
[0086]
在另一方面，本发明提供了一种对流体流进行监测的方法，所述方法包括以下步骤：
[0087]-在入口处从承载流体流的介质采集入口通量，
[0088]-将所述入口通量聚合成加大通量，
[0089]-确定与所述加大通量有关的通量水平，
[0090]-将所述加大通量分流，以及
[0091]-在出口处将所述分流通量作为出口通量返回至所述介质。
[0092]
特别地，所述通量包括处于被采集与被返回之间的弯曲路线(curved course)。即，总通量包括至少一个曲线。例如，穿过变形的漏斗(即，具有不与其漏斗出口对准的漏斗进口)的通量通常将具有处于所述漏斗进口与所述漏斗出口之间的曲线。通常，通量可以具有相对于入口通量和出口通量未对准的路线。
[0093]
在另一或另选实施方式中，所述入口通量和所述出口通量具有基本上相同的流速度。优选地，入口和出口具有相似的横截面，并且通量按照相似且相反的程度被聚合和被分流。更优选地，入口和出口具有相似的形状和横截面。更优选地，装置具有使得入口和出口可以交换位置同时仍然允许监测流体流的类似方面的对称度。
[0094]
在另一方面，本发明提供了一种对流体流进行监测的方法，所述方法包括以下步骤：
[0095]-从承载流体流的介质采集至少一个入口通量，
[0096]-将所述入口通量聚合成加大通量，
[0097]-确定与所述加大通量有关的通量水平，以及
[0098]-向所述介质返回至少一个出口通量，
[0099]
特别地，所述加大通量相对于所采集的入口通量和/或所返回的出口通量发生偏移。优选地，上述装置中的任一装置都适合于执行所述方法。因此重复对应的特征和优点。优选地，本发明特别适用于监测饱和流。
[0100]
根据另一或另选实施方式，至少两个入口通量是从基本上不同的方向采集的。有利地，可以通过感测对应的加大通量水平来监测二维或多维流体流。根据另一或另选实施方式，流体流向是基于与所述至少两个入口通量有关地确定的通量水平而确定的。
[0101]
根据另一或另选实施方式，所述方法被应用于监测地下水流。根据另一或另选实施方式，所述流体通量是通过地下水监测井的穿孔壁被采集和被返回的。然而，本发明通常不限于监测地下水流。
[0102]
在另一方面，本发明提供了一种对流体流进行监测的方法，所述方法包括以下步骤：
[0103]-从承载流体流的介质采集至少一个入口通量，
[0104]-将所述入口通量聚合成加大通量，
[0105]-确定与所述加大通量有关的通量水平，以及
[0106]-向所述介质返回至少一个出口通量，
[0107]
特别地，至少两个这样的入口通量分别是从基本上不同的方向采集的。有利地，可以监测二维或多维流体流。还可以应用上述特征和对应优点中的一者或更多者。
[0108]
在另一方面，本发明提供了一种对流体流进行监测的方法，所述方法包括以下步骤：
[0109]-从承载流体流的介质采集至少一个入口通量，
[0110]-将所述入口通量聚合成加大通量，
[0111]-确定与所述加大通量有关的通量水平，以及
[0112]-向所述介质返回至少一个出口通量，
[0113]
特别地，所述流体流是借助于沿着插入方向插入介质中的监测装置被监测的，其中，所采集的所述入口通量和/或所返回的所述出口通量相对于所述插入方向基本上正交。还可以应用上述特征和对应优点中的一者或更多者。
[0114]
现在，借助于以下非限制性示例和附图进一步描述本发明，所述示例和附图进一步例示本发明，并且既不打算也不应该将它们解释为限制本发明的范围。
[0115]
图1a至图1c分别示出了根据本发明的可能实施方式的装置1的立体图和两个侧视图。装置1具有细长柱形主体2，该主体设置有四个横向开口3。装置1适于被引入到承载流体流4(图1a至图1c未示出)的介质中，例如，被引入到承载水平地下水流的土壤中。根据非限制性示例，可以将主体2下降到监测管12内，如图5a至图5b所示。主体可以具有适合于可滑动地接合和接触监测管12的内壁的横向表面11。主体2的直径可以介于20mm至200mm之间。主体的直径与高度之比可以介于0.5至5之间。
[0116]
图2a至图2b进一步示出了装置1的纵剖面和横剖面。显然，开口3是相对成对布置的。所有开口3具有大致相同的形状和尺寸，并且它们处于大致相同的纵向位置21。每对相对的开口3相互流体连通。为此，主体2设置有两个相应的开口漏斗5以及在它们之间延伸的缩减通道部6。图1至图2所示的主体2具有两个单独的通路，流体可以沿该通路流动。进一步根据装置1邻域中的流体流分布4，一个开口3可以充当流体入口3’，而相对的开口3将充当流体出口3”。参见图3b。在这方面，装置1优选地相对于其中心纵向轴线中心对称。
[0117]
与对应的开口3相比，缩减通道部6通常具有缩减的横截面积。这样，在缩减通道部6内存在加大流体通量8(图1至图2中未示出)。装置1还设置有通量感测装置9(图1至图2未
示出)，该通量感测装置适配于确定在所述缩减通道部6内行进的流体的通量水平。通量加大可以导致增大的精度和/或扩展测量范围。所获得的传感器数据允许确定与前述流体流4相关的流速和流向。下面基于图3a至图3b详细说明流向。
[0118]
还应注意，开口漏斗5是歪斜的和/或变形的。即，漏斗进口(装置1的外围)不与漏斗出口(装置1的大致中心)成一直线。所述漏斗进口和漏斗出口相互偏移10”。这样，缩减通道部6也相对于彼此偏移10”，使得它们能够沿着基本上正交的流向彼此交叉。两个缩减通道部6相对于对应的入口开口和出口开口3偏移10’，并因此相对于所有四个入口开口和出口开口3的全体偏移10’。
[0119]
图3a至图3b分别给出了根据本发明的另一实施方式的装置1的立体图和横截面。装置1具有主体2，该主体适合于被引入到承载流体流4的介质中，如图3b示意性地描绘的。主体2具有上圆周表面和下圆周表面11，该圆周表面可以适合于滑动地接合地下水监测井。可选地，这些表面还可以包括用于接纳圆周密封装置的圆周凹槽22。在另选用途中，将主体2直接引入到介质中。为此，可以设置向下的插脚13。
[0120]
主体2还具有两对相互相对的开口3以及相应的开口漏斗5。漏斗5在侧面布置。相对的漏斗5借助于它们之间的缩减通道部6流体连通。此外，开口3和开口漏斗5可选地设置有竖直叶片14，该竖直叶片阻止各个漏斗5内的旁通流。即，进入漏斗5的流体被更好地引向窄漏斗5出口，进入对应的缩减通道部6。
[0121]
装置1的进一步设计类似于图1至图2的实施方式。特别地，缩减通道部6相对于彼此偏移10”，使得它们能够在装置1的中心处彼此正交地交叉。漏斗开口3沿着主体2的圆周在侧面布置。所有四个开口3具有大致相同的尺寸，并且它们处于相同的纵向位置21。漏斗5本身是变形的，以便克服一方面的相对的漏斗进口与另一方面的相应的漏斗出口(以及缩减通道部6)之间的偏移10’。
[0122]
如可以在图3b中看出的，流体流4在装置1的邻域受到扰动。流体流4的多个部分由对应的入口漏斗5’分别采集。入口漏斗5’分别在各个缩减通道部6内将这些“入口通量”聚合成相应的“加大通量”8。由于加大，因此，即使适中(moderate)的通量水平也以高精度被记录。一旦通过缩减通道部6，流体通量就作为“出口通量”经由相应的出口漏斗5”返回至流体流4。
[0123]
入口漏斗5’相对于流体流4的总体取向将影响所采集的流体通量8的量，并因此还影响在对应的缩减通道部6内检测到的通量水平。该原理将允许用户(或者控制单元或另外的分析单元)推导(deduct)流向7。实际上，图3a至图3b的装置1允许确定两个正交通量率。容易获得两个相应的正交流矢量分量。就流向和流速而言，总流体流4可以经由矢量叠加来获得。为了确定相对于介质的流体流向7，重要的是还记录装置1相对于所述介质的取向。这例如可以借助于罗盘来实现。电子罗盘或者模拟罗盘都是可以的。
[0124]
将通量水平转换成流体流向和速率的值可能超出了简单的矢量叠加。特别地，可以针对装置1的设计进一步校正所记录的任何通量水平。例如，可以考虑漏斗5的和/或缩减通道部6的水力传导率。这可以基于经验、数值和/或理论考虑。
[0125]
然而，最优选地，装置仅对流体流4具有有限的影响。即，漏斗5的和缩减通道部6的水力阻力优选为尽可能低。在这点上，如贯穿图1至图9的实施方式的情况一样，前述偏移10’中的任一偏移优选地是借助于合适的“漏斗变形”在对应的漏斗5内克服的。与缩减通道
部6形成对比，漏斗5提供较大的横截面积。因此，不规则性的影响较小。然而，本发明通常不限于此。图10a至图10b示出了另选例。
[0126]
图4a至图4b给出了根据本发明的另选实施方式的装置1的立体图。特别地，装置1具有附加的传感器15。所述传感器可以适合于检测溶解在流体中的物质。可选地，如图4b所示，各个漏斗进口还设置有流体可透过的保护网16。这种保护网16防止沾污和堵塞。
[0127]
图5a至图5b示出了对监测管12内的流体流4进行监测的装置的特定实施方式。在非限制性实施方式中，监测管可以是构成地下水监测井的竖直管。
[0128]
在任何情况下，监测管12具有穿孔壁。因此，流体通过所述壁在装置1与周围介质之间自由交换。装置1还具有用于接合管12的内侧的上表面和下表面11。另外，设置了密封装置17。漏斗5中的各个漏斗包括单独的密封轮缘(sealing rim)，该密封轮缘包围该漏斗。密封装置17以密封方式接合监测管12的内侧。这样，确保了在监测管12内有效地分离正交流矢量分量。最后，装置1的上部设置有定位和移除装置18。所述定位和移除装置可以是杆或线缆。所述杆或线缆还可以包括有线通信装置24，或者还可以补充有线通信装置24(还参见图6b)。
[0129]
图6a至图6b示出了装置1的另一些实施方式，现在设置有用于覆盖监测管12的进入开口20的盖构件19。为此，盖构件19具有插入部和盖部。盖构件19还可以包括容纳该装置的控制单元23的壳体。线缆或杆18从盖构件19向下朝着装置1的测量模块25延伸。如可以在图6b中看出的，装置1可以将这种测量模块25中的一个或更多个测量模块叠加。还可以包括有线通信装置24，从而允许在控制单元23与测量模块25之间进行通信。
[0130]
图7至图8示出了装置1的又一些实施方式。装置1的测量模块25可以设置有附加的传感器装置15。装置主体2还可以设有圆周通量传感器装置26和/或竖直通量传感器装置27，以便提供流体流4的改进的表征。
[0131]
图9a至图9c给出了根据本发明的另选实施方式的装置1的两个纵剖面以及立体图。这种装置1尤其适配于记录纵向/竖直流。为此，装置1具有仅提供用于流体的一个纵向通路的细长主体2。特别地，该装置具有相对的入口漏斗和出口漏斗5，该入口漏斗和出口漏斗提供对应的入口开口和出口开口3。漏斗出口在装置1的主体2内连接至缩减通道部6。装置1还设置有用于确定在所述缩减通道部6内并沿着其行进通过该装置1的主体2的流体的通量水平的装置9。例如，可以将装置1设置在竖直监测井的监测管(未示出)内。上垫圈11和下垫圈11尤其适配于以密封方式接合内管壁。记录竖直流。
[0132]
特别地，如可以在图9b中看出的，漏斗5是变形的，从而具有相对于漏斗入口偏移10’的漏斗出口。这样，缩减通道部6相对于装置1的入口开口和出口开口3偏移10’。即，缩减通道部6不与所述开口3成一直线，并且不相对于所述开口3居中。作为优点，对于具有(例如，由监测管规定的)给定尺寸的装置主体2，更多的空间可用于通量感测装置9。
[0133]
应明白，单个装置主体可以组合有一个或更多个横向通路(如图1至图8所示)和纵向通路(如图9所示)。为此，容易提供适当的“偏移”，使得缩减通道部可以在主体内越过彼此。为了完全表征三维流，可以提供至少三个基本上正交的通路。
[0134]
图10a示出了装置1的又一另选实施方式。装置1具有主体2，该主体为流体提供两个横向通路。各个通路具有入口开口和出口开口3，其中对应的入口漏斗和出口漏斗5借助于缩减通道部6流体连通。所述通路基本上彼此正交。在本实施方式中，漏斗5不具有变形的
形状。特别地，它们的漏斗出口与它们的漏斗进口成一直线。各个通路的缩减通道部6也与其对应的入口开口和出口开口3成一直线。然而，通路作为整体(因此包括开口3、漏斗5以及缩减通道部6)相对于彼此偏移10”。适中的偏移10”可能已经允许缩减通道部6越过彼此，同时仍提供或多或少对应于平均纵向位置的通量水平测量结果。
[0135]
图10b示出了装置1的又一另选实施方式。入口开口和出口开口3以及入口漏斗和出口漏斗5均被设置在相同的纵向位置处。然而，缩减通道部6中的至少一个缩减通道部现在是弯曲的。这样，缩减通道部6具有相对于彼此以及相对于入口开口和出口开口3的全体的偏移10”，从而允许该缩减通道部6越过彼此。
[0136]
应注意，缩减通道部6的曲率可能使测量复杂化。优选地，两个缩减通道部6以类似的方式弯曲，使得它们具有大约相同的水力传导率。可选地，针对该弯曲通道设计，进一步校正所获得的流量测量结果。
[0137]
图11a至图11c示出了根据本发明的另一实施方式的装置1的纵剖面、立体图以及分解图。缩减通道部6相对于入口3’和出口3”是未对准的，因为它正交于其入口开口区3’和出口开口区3”(这两者都是在侧面布置的)。缩减通道部6是沿纵向定向的。显然，在目前情况下，入口开口区3’和出口开口区3”不是相对布置的。结果，通量将需要包括处于被采集(在入口开口区3’处横向地)与被返回(在出口开口区3”处横向地)之间的两个弯曲路线28。所描绘的装置1可以适合于监测竖直流体流(向上和向下两者)，例如当被插入监测井内时。
[0138]
附图的编号要素为：
[0139]
1.
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装置
[0140]
2.
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主体
[0141]
3.
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(入口或出口)开口
[0142]
4.
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
流体流
[0143]
5.
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(入口或出口)漏斗
[0144]
6.
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
缩减通道部
[0145]
7.
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
流向
[0146]
8.
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
加大通量
[0147]
9.
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
通量感测装置
[0148]
10.
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
偏移
[0149]
11.
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
接合装置
[0150]
12.
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
监测管
[0151]
13.
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
插脚
[0152]
14.
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
叶片
[0153]
15.
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
附加传感器装置
[0154]
16.
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
保护网
[0155]
17.
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
密封装置
[0156]
18.
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
定位和移除装置
[0157]
19.
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
盖构件
[0158]
20.
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
进入开口
[0159]
21.
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
竖直水平面
[0160]
22.
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
凹槽
[0161]
23.
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
控制单元
[0162]
24.
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
有线通信装置
[0163]
25.
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
测量模块
[0164]
26.
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
圆周流传感器
[0165]
27.
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
竖直流传感器
[0166]
28.
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
弯曲路线
[0167]
假定本发明不限于前述的任何形式的实现，并且在不重新评估所附权利要求的情况下，可以将一些修改添加至所呈现的制造示例。