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Laser-2-Fokus Anemometrie

Einsatzgebiet

  • Berührungslose Messung von Strömungsgeschwindigkeiten und turbulenten Strömungsgrößen
  • Qualitative Messung von Partikelgrößen und Partikelkonzentrationen
  • Durch starke Fokussierung der Laserstrahlen gut geeignet für Strömungskanäle mit geringer optischer Zugänglichkeit

Messgrößen

  • Strömungsgeschwindigkeit
  • Partikelkonzentration
  • Partikelgrößenverteilung

Messprinzip

Das Laser-2-Fokus- (L2F) oder auch Laser-Transit-Verfahren beruht auf der berührungslosen Messung der Flugzeit von kleinen Partikeln zwischen zwei parallelen, stark fokussierten Laserstrahlen. Dieses Verfahren kann prinzipiell mit dem Messen der Flugzeit von Partikeln zwischen zwei Lichtschranken verglichen werden. Mit dem bekannten Abstand der fokussierten Laserstrahlen und der gemessenen Flugzeit wird die Fluggeschwindigkeit der Partikel und somit indirekt die Strömungsgeschwindigkeit gemessen.

Beschreibung

Das Laser-2-Fokus- (L2F) oder auch Laser-Transit-Verfahren beruht auf der berührungslosen Messung der Flugzeit von kleinen Partikeln zwischen zwei parallelen, stark fokussierten Laserstrahlen. Dieses Verfahren kann prinzipiell mit dem Messen der Flugzeit von Partikeln zwischen zwei Lichtschranken verglichen werden. Mit dem bekannten Abstand der fokussierten Laserstrahlen und der gemessenen Flugzeit wird die Fluggeschwindigkeit der Partikel und somit indirekt die Strömungsgeschwindigkeit gemessen. 

Zwei Laserstrahlen werden in einem Messvolumen stark fokussiert. Die das Messvolumen passierenden Partikel streuen beim Durchqueren von Fokus 1 und Fokus 2 das Licht. Diese Lichtimpulse entsprechen jeweils einem Start- und einem Stoppimpuls, deren Zeitdifferenz der Flugzeit der Partikel entspricht. Das von den Partikeln rückwärts gestreute Licht wird durch den äußeren Teil des Linsensystems erfasst und in der Bildebene einer Mikroskopoptik abgebildet. Die Lichtimpulse werden durch die Mikroskopoptik vergrößert und einer Doppellochblende zugeführt. Der anschließende optische Aufbau leitet die Streulichtimpulse der Start- und Stoppimpulse an den entsprechenden Photodetektor weiter. Diese erzeugen eine zur Streulichtintensität proportionale Spannung, die der Signalverarbeitung und Auswertungselektronik zugeführt wird. 

Mit dem L2F am TFD werden zwei Komponenten des Geschwindigkeitsvektors in der von den Laserstrahlen aufgespannten Messebene gemessen. Die Geschwindigkeitsmessung in einem Punkt in der Strömung erfolgt für eine große Anzahl von Partikeln. Somit können in turbulenten Strömungen durch Anwendung statistischer Auswertungsmethoden die mittleren Strömungsgeschwindigkeiten und über die Schwankungsbreiten die turbulenten Geschwindigkeitsanteile bestimmt werden. 

Vorteile des L2F-Systems gegenüber anderen optischen Messverfahren sind:

  • kleiner optischer Zugang
  • hohes Signal- zu Rauschverhältnis
  • sehr kleines Messvolumen
  • Messungen in Strömungsgrenzschichten möglich

 Eigenständige Erweiterungen des Systems am TFD:

  • Qualitative Messung von Partikelkonzentration
  • Qualitative Messung von Partikelgrößenverteilungen

Ansprechpartner

Dipl.-Ing. Philipp Gilge

  • Telefon:               +49 (0) 511 762 5180 
  • Email:                  gilgetfd.uni-hannover.de