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Hintergrund-Schlieren-Methode (BOS)

Einsatzgebiete

Vermessung der dreidimensionalen Dichteverteilungen in Gasen

Messgrößen

  • Punktverschiebung
  • Brechungsindexgradient
  • Dichte

Beschreibung

Lokale Dichteinformationen aus optischen Messungen können nur über inverse Methoden aus einer Reihe von Messungen mit verschiedenen Blickrichtungen bestimmt werden. Bei klassischen Verfahren führt dies zu einer hohen Komplexität für Aufbau und Durchführung. Im Gegensatz dazu bietet die Hintergrundschlieren-Methode (auch kurz BOS, engl. für Background Oriented Schlieren) den Vorteil eines einfachen experimentellen Aufbaus unter Verwendung vergleichsweise günstiger Komponenten. Die Hauptkomponenten des BOS-Aufbaus sind dabei lediglich ein Hintergrund mit einem zufällig verteilten Punktmuster, eine Kamera zur Aufnahme des Hintergrundes und ein Computer zur Speicherung und Weiterverarbeitung der Aufnahmen. Bei einer Messung wird zunächst als Referenzbild das Punktmuster ohne Messvolumen aufgenommen.

Danach wird das eigentliche Messbild mit dem Messobjekt aufgenommen. Ein Punkt auf dem Hintergrund wird bei vorhandenem Dichtefeld aufgrund der Lichtbrechung mit einem gewissen Abstand auf dem Fotosensor abgebildet (siehe Abbildung 1). Die Verschiebung der Punkte wird mit geeigneten Kreuzkorrelationsalgorithmen, aus der Geometrie des Aufbaus und der Verschiebung des Punktes kann auf den Ablenkwinkel in der Mitte des Messobjekts sowie anschließend auf den Gradienten des Brechungsindex geschlossen werden. Durch die zeitgleiche Aufnahme aus verschiedenen Richtungen kann mit einem tomographischen Algorithmus (gefilterte Rückprojektion) dreidimensional der Brechungsindex und über die Gladstone-Dale-Beziehung, die Dichte des Gases bestimmt werden (siehe Abbildung 3). Wird zusätzlich der Druck gemessen kann über die Ideale Gasgleichung die Temperatur bestimmt werden.

Ansprechpartner

Dipl.-Ing. Ulrich Hartmann