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Laser Doppler Anemometer (LDA)

Einsatzgebiete

  • Berührungslose Messung von Strömungsgeschwindigkeiten und turbulenten Strömungsgrößen
  • Hohe zeitliche Auflösung zur Verbesserunng hoch turbulenter Strömungen 

Messgrößen

  • Zweidimensionaler Geschwindigkeitsvektor
  • Turbulente Schwankungsgrößen

Beschreibung

Die Laser-Doppler-Anemometrie basiert auf der berührungslosen Messung der Flugzeit von Fluidpartikeln durch ein von zwei Laserstrahlen erzeugtes Interferenzmuster. Die Störung des Interferenzmusters durch die Lichtreflektion am bewegten Fluidpartikel wird detektiert und über den Signalverlauf kann auf die Strömungsgeschwindigkeit geschlossen werden.

Die LDA-Messtechnik ist ein kalbrierungsfreies und nicht invasives Absolutmessverfahren, d.h. ohne Beeinflussung der Strömung durch Messsonden. Um instationäre Strömungen sowohl örtlich als auch zeitlich hochaufgelöst punktuell zu messen, wird das LDA eingesetzt.

Durch die Kreuzung zweier kohörenter Laserstrahlen wird durch Interferenz ein Streifenmuster, das sog. Interferenzstreifenmuster erzeugt. Aufgrund der endlichen Dicke der Laserstrahlen entsteht ein Interferenz-Elipsoid, der das Messvolumen darstellt. Die zugegebenen Partikel in der Strömung passieren das Messvolumen und reflektieren das Laserlicht. Durch einen Photodetektor wird diese Reflektion aufgefangen und in ein elektrisches Signal umgewandelt dem sogenannten Doppler-Burst. Aus diesem elektrischen Signal kann die Zeit t, die ein Partikel zum Durchlaufen eines hellen oder dunklen Bereichs benötigt, bestimmt werden. Mit der Zeit t und dem Streifenabstand δ kann die Geschwindigkeit des Partikels berechnet werden. Damit auch aufgelöst werden kann, von welcher Seite her das Partikel das Messvolumen durchquert, wird mit Hilfe einer Bragg-Zelle das Interferenzmuster um 40 MHz frequenzverschoben. Dadurch entsteht ein sich bewegendes Interferenzmuster, womit sowohl die Geschwindigkeit als auch die Richtung der Fluidströmung bestimmt werden kann.

Pro Strahlgang ist die Bestimmung einer Richtungskomponente möglich. Daher werden für mehrdimensionale Untersuchungen bis zu drei Strahlgänge mit verschiedenen Wellenlängen im Messvolumen überlagert.

Am TFD wird ein  zweidimensionales LDA am Diffusorprüfstand verwendet um insbesondere das Strömungsfeld nahe am Gehäuse zu messen.

Ansprechpartner

 Bastian Drechsel, M.Sc.