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Strömungsmessung mit Laser-Doppler-Anemometrie

Stefan Rupitsch

Stefan Rupitsch

Die Laser-Doppler-Anemometrie ist ein optisches Geschwindigkeitsmessprinzip und wird sehr häufig in der Strömungsmesstechnik eingesetzt. Mechanische Messsonden, wie z. B. die Hitzdrahtanemometer, führen besonders bei Strömungskanälen mit geringem Durchmesser zu einer Verdrängung des Strömungsmediums und damit zur Beeinflussung der Strömungsverhältnisse. Des weiteren ist die Verwendung von mechanischen Sonden in Bereichen, in denen hohe Temperaturen und Drücke auftreten, z. B. im Brennräumen von Verbrennungskraftmaschinen, sehr oft nicht möglich.

In der Laser-Doppler-Anemometrie werden keine mechanischen Messsonden benötigt. Es wird eine Komponente der Momentangeschwindigkeit von optischen Streuteilchen gemessen, die in ihrer Größe und Anzahl die Strömung nicht beeinflussen sollten.

Beim Laser-Doppler-Anemometer wird durch zwei sich kreuzende kohärente Lichtstrahlen ein Interferenzraster gebildet. Ein sich durch dieses Interferenzraster bewegendes Teilchen streut Licht gemäß der Intensitätsverteilung des Interferenzrasters. Mit einem Fotoempfänger werden die Intensitätsschwankungen aufgenommen. Die Frequenz dieser Schwankung ist über den
Abstand der Interferenzstreifen proportional der Geschwindigkeit der Streuteilchen, die sich durch den Interferenzraster bewegen. Der Zusammenhang zwischen der Frequenz und der Geschwindigkeitskomponente ist auch über den Doppler-Effekt gegeben.
In dieser Diplomarbeit wurde ein komplettes Laser-Doppler-Anemometer einschließlich der notwendigen Signalverarbeitung entwickelt, konstruiert und gebaut.

September 2004