AT524725A1 - Verfahren zur Bestimmung zumindest einer Geschwindigkeitskomponente einer Fluidströmung - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Bestimmung zumindest einer Geschwindigkeitskomponente einer Fluidströmung, insbesondere zur Laser-Doppler-Anemometrie, wobei das Verfahren zumindest die Schritte aufweist: - Bereitstellen zumindest eines ersten Teilstrahls (105A) und eines zweiten Teilstrahls (105B); - Richten des ersten Teilstrahls (105A) entlang eines ersten optischen Pfades (4A) und des zweiten Teilstrahls (105B) entlang eines zweiten optischen Pfades (4B) auf einen Überlagerungsbereich (5) innerhalb der Fluidströmung, sodass sich der erste optische Pfad (4A) und der zweite optische Pfad (4B) im Überlagerungsbereich (5) kreuzen; - Detektieren eines doppler-verschobenen ersten Teilstrahl- Streulichtsignals (109A), das von Tracer-Partikeln (107) in der Fluidströmung im Überlagerungsbereich (5) zumindest abschnitts- weise dem ersten optischen Pfad (4A) folgend zurückgestreut wurde; - Detektieren eines doppler-verschobenen Raumwinkel-Streulichtsignals (116), das von den Tracer-Partikeln (107) im Überlagerungsbereich (5) in einen zumindest vom ersten optischen Pfad (4A) und vom zweiten optischen Pfad (4B) verschiedenen Pfad (6) gestreut wurde. Weiters eine entsprechende Vorrichtung (1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung zumindest einer Geschwindigkeitskomponente einer Fluidströmung, insbesondere ein Verfahren zur Laser-Doppler-Anemometrie. Weiters betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Bestimmung zumindest einer Geschwindigkeitskomponente einer Fluidströmung, insbesondere eine Vorrichtung zur Laser-Doppler-Anemometrie bzw. ein La-

ser-Doppler-Anemometer.

Die Charakterisierung von Prozessströmen, insbesondere die 3-dimensionale Charakterisierung, hat eine große Bedeutung für die Industrie, die Medizin und in Labors. Ein bedeutendes berührungsloses optisches Messverfahren zur Bestimmung von Geschwindigkeitskomponenten in Fluidströmungen ist die Laser-DopplerAnemometrie (LDA; auch: Laser-Doppler-Velocimetry, LDV). Diese beruht auf der Bestimmung der Dopplerverschiebung der Frequenz des eingestrahlten Lichts, welches auf ein bewegtes Objekt trifft. Dabei sind Einstrahl-Laser-Doppler-Systeme, ZweistrahlLaser-Dopplersysteme und Mehrstrahl-Laser-Dopplersysteme bekannt. Beim Zweistrahl-Laser-Dopplersystem werden zwei Erregerstrahlen in einem Messvolumen gekreuzt, das entstehende dopplerverschobene Streulicht wird erfasst und ausgewertet. Um mehr als eine Geschwindigkeitskomponente zu erfassen, kann mehr als ein Strahlenpaar verwendet werden. Hierfür sind jedoch mehrere verschiedene Laserwellenlängen oder eine Frequenzmanipulation mit bspw. einer Bragg-Zelle notwendig. Dies macht aufwändige Systeme notwendig. Weiters können auch mehrere im Raum verteilte Sensoren vorgesehen sein, wobei jedoch mehrere Messöffnungen notwen-

dig sind. Weiters benötigen manche Systeme einen Polarisator.

Die GB 2 213 018 B zeigt ein LDA zur 3D-Geschwindigkeitsmessung auf Basis der Polarisationswinkelmessung. Dabei wird ein Laserstrahl über ein Ausgabemodul auf einen Strahlteiler gerichtet. Die beiden Strahlen konvergieren auf ein Messvolumen. Es sind Einrichtungen vorgesehen, um die Position des Ausgabemoduls und des Strahlteilers zu verstellen, um wiederum die Position einzustellen, auf die die beiden Strahlen konvergieren. Streulicht wird über ein räumlich versetztes Empfangsfenster aufgenommen und einem Photoelektronenvervielfacher zugeführt. Zur Bestimmung der Geschwindigkeitskomponenten sind Referenzmessungen notwen-

dig.

Die DE 39 37 851 Al zeigt ein LDA-Verfahren, bei dem die Messung unter Verwendung eines als Frequenzschieber dienenden Ultraschall-Lichtdeflektors durchgeführt wird.

Weiters zeigt die AT 520087 A4 eine Kombination eines LDA mit

einem Raman-Spektrometer.

Die im Stand der Technik bekannten Verfahren erlauben jedoch nicht die vollständige Charakterisierung zumindest einer Geschwindigkeitskomponente auf konstruktiv einfache Weise oder ohne vorherige Kalibrierung oder Vergleichsmessungen zu bestim-

Men.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, zumindest einzelne Nachteile des Stands der Technik zu lindern bzw. zu vermeiden. Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, auf einfache Weise eine Bestimmung des Absolutwerts einer Geschwindigkeitskomponente einer Strömung zu ermöglichen und/oder die Genauigkeit einer entsprechenden Messung zu verbes-

Sern.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Bestimmung zumindest einer Geschwindigkeitskomponente einer Fluidströmung, insbesondere zur Laser-Doppler-Anemometrie, wobei das Verfahren zumindest die Schritte aufweist:

- Bereitstellen zumindest eines ersten Teilstrahls und eines zweiten Teilstrahls;

- Richten des ersten Teilstrahls entlang eines ersten optischen Pfades und des zweiten Teilstrahls entlang eines zweiten optischen Pfades auf einen Überlagerungsbereich innerhalb der Fluidströmung, sodass sich der erste optische Pfad und der zweite optische Pfad im Überlagerungsbereich kreuzen;

- Detektieren eines doppler-verschobenen ersten TeilstrahlStreulichtsignals, das von Tracer-Partikeln in der Fluidströmung im Überlagerungsbereich zumindest abschnittsweise dem ersten optischen Pfad folgend zurückgestreut wurde;

- Detektieren eines doppler-verschobenen Raumwinkel-Streulichtsignals, das von den Tracer-Partikeln im Überlagerungsbereich in einen zumindest vom ersten optischen Pfad und vom zweiten opti-

schen Pfad verschiedenen Pfad gestreut wurde.

Weiters wird die Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung zur Bestimmung zumindest einer Geschwindigkeitskomponente einer Fluidströmung, insbesondere zur Laser-Doppler-Anemometrie, aufweisend:

- eine Lichtquellenanordnung zum Bereitstellen zumindest eines ersten und eines zweiten Teilstrahls;

- eine optische Richtvorrichtung zum Richten des ersten Teilstrahls entlang eines ersten optischen Pfades und des zweiten Teilstrahls entlang eines zweiten optischen Pfades auf einen Überlagerungsbereich innerhalb einer Fluidströmung, sodass sich der erste optische Pfad und der zweite optische Pfad im Überlagerungsbereich kreuzen;

- einen (ersten) Teilstrahl-Detektor, der angeordnet ist zum Detektieren eines doppler-verschobenen ersten Teilstrahl-Streulichtsignals, das von Tracer-Partikeln in der Fluidströmung im Überlagerungsbereich zumindest abschnittsweise dem ersten optischen Pfad folgend zurückgestreut wurde;

- einen Raumwinkel-Detektor (bzw. Raumwinkel-Streulicht-Detektor), der angeordnet ist zum Detektieren eines doppler-verschobenen Raumwinkel-Streulichtsignals, das von den Tracer-Partikeln im Überlagerungsbereich in einen zumindest vom ersten optischen Pfad und vom zweiten optischen Pfad verschiedenen Pfad gestreut

wurde.

Das Raumwinkel-Streulichtsignal enthält eine geschwindigkeitsabhängige, charakteristische Dopplerfrequenz, welche vom Winkel zwischen den Teilstrahlen abhängt bzw. vom Winkel zwischen den Teilstrahlen und dem Messobjekt (d.h. den Tracer-Partikeln). Durch Detektion des Raumwinkel-Streulichtsignals, insbesondere der Frequenz des Raumwinkel-Streulichtsignals, kann die Gesamtgeschwindigkeit der Tracer-Partikeln und somit der Strömung bestimmt werden. Die Teilstrahl-Streulichtsignale enthalten ebenfalls geschwindigkeitsabhängige, charakteristische Dopplerfrequenzen, die direkt proportional zur Geschwindigkeit der Partikel in der jeweiligen Strahlachse sind und über die Winkel der Bewegung der Tracer-Partikel relativ zur jeweiligen Strahlenachse von der Gesamtgeschwindigkeit der Strömung abhängig sind. Somit kann durch Detektion sowohl des Raumwinkel-Streulichtsignals als auch des ersten Teilstrahl-Streulichtsignals zumindest der Absolutwert einer Geschwindigkeitskomponente der

Tracer-Partikel bzw. der Strömung im Überlagerungsbereich

bestimmt werden. Gleichermaßen kann mit dem ersten TeilstrahlDetektor und dem Raumwinkel-Detektor der Absolutwert einer Geschwindigkeitskomponente bestimmt werden. Dafür sind insbesondere keine Frequenzverschiebung, keine zusätzlichen Messöffnungen und keine Referenzmessungen notwendig. Weiters kann durch die Detektion des doppler-verschobenen Raumwinkel-Streusignals und des ersten doppler-verschobenen Teilstrahl-Streusignal (und bevorzugt weiterer doppler-verschobener Teilstrahl-Streusignale) eine Redundanz und somit eine verbesserte Genauigkeit erzielt werden. Weiters kann ohne Frequenzverschub auch der Richtungs-

sinn der Bewegung festgestellt werden.

Unter den Tracer-Partikeln in der Fluidströmung werden beispielsweise Feststoff-Partikel, Flüssigkeitströpfchen und Gas-

blasen verstanden.

Der erste und der zweite Teilstrahl weisen vorzugsweise, insbesondere beim Auftreffen auf den Überlagerungsbereich, die gleiche Frequenz auf und/oder sind kohärent. Bevorzugt umfasst das Bereitstellen zumindest eines ersten Teilstrahls und eines zweiten Teilstrahls: Bereitstellen eines Lichtstrahls; und/oder Aufteilen des Lichtstrahls in zumindest den ersten Teilstrahl und den zweiten Teilstrahl, insbesondere mit einem ersten Strahlteiler. Gleichermaßen weist die Lichtquellenanordnung vorzugsweise eine Lichtquelle zum Bereitstellen eines Lichtstrahls und/oder einen ersten Strahlteiler zum Aufteilen des Lichtstrahls in den ersten Teilstrahl und den zweiten Teilstrahl auf. Die Lichtquelle ist vorzugsweise eine kohärente Lichtquelle, insbesondere ein Laser. Insbesondere erstrecken sich der erste optische Pfad und der zweite optische Pfad Jeweils vom ersten Strahlteiler zum Überlagerungsbereich. Vorzugsweise sind der erste optische Pfad und der zweite optische Pfad außerhalb des Überlagerungsbereichs

verschieden.

Die Fluidströmung ist insbesondere eine Flüssigkeitsströmung und/oder eine Gasströmung und/oder eine Partikelströmung. Insbesondere wird die Geschwindigkeitskomponente der Fluidströmung im Überlagerungsbereich, der ein Messvolumen bzw. einen Fokuspunkt darstellt, bestimmt. Der erste optische Pfad ist insbesondere

vom zweiten optischen Pfad teilweise verschieden. Der erste

Teilstrahl und der zweite Teilstrahl schließen beim Eintreffen

auf das Überlagerungsvolumen einen Winkel zwischen einander ein.

Es kann insbesondere ein Filter vorgesehen sein, um den jeweiligen doppler-verschobenen Anteil vom restlichen Streulicht zu trennen, insbesondere um vom Raumwinkel-Streulichtsignal den doppler-verschobenen Anteil vom restlichen Streulicht (einem Analyse-Streulicht) zu trennen. Der Raumwinkel-Detektor und/oder der erste Teilstrahl-Detektor kann ein Photomultiplier, eine Photodiode oder ein anderer für Frequenz- und/oder Wellenlängen-

messung geeigneter Sensor sein.

Vorzugsweise ist das Raumwinkel-Streulichtsignal ein Streulichtsignal, das von den Tracer-Partikeln im Überlagerungsbereich in den vom ersten und zweiten optischen Pfad verschiedenen Pfad zurückgestreut wurde. Das in den vom ersten und zweiten verschiedenen Pfad gestreute Raumwinkel-Streulichtsignal wird insbesondere in einen vom ersten und zweiten Pfad verschiedenen Raum gestreut. Das Verfahren weist vorzugsweise den Schritt auf: Hinzufügen von Tracer-Partikeln zur Fluidströmung, falls nötig. Der Pfad des Raumwinkel-Streulichtsignals liegt vorzugsweise zumindest teilweise zwischen dem ersten und dem zweiten optischen

Pfad, wenn diese auf den Überlagerungsbereich treffen.

Vorzugsweise ist die Vorrichtung dazu eingerichtet, das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen, wofür insbesondere eine

Kontroll- und Datenerfassungseinheit vorgesehen sein kann.

Es ist bevorzugt, wenn das Verfahren weiters aufweist:

- Bestimmen einer ersten (Teil-)Geschwindigkeitskomponente (insbesondere einer ersten relativen Geschwindigkeitskomponente) der Fluidströmung im Überlagerungsbereich aus dem ersten TeilstrahlStreulichtsignal (insbesondere in Strahlenrichtung des ersten Teilstrahls);

- Bestimmen einer Gesamtgeschwindigkeit (insbesondere einer absoluten Gesamtgeschwindigkeit) der Fluidströmung im Überlagerungsbereich aus dem doppler-verschobenen Raumwinkel-Streulichtsignal;

- Bestimmen einer ersten Bewegungsrichtung der ersten Geschwin-

digkeitskomponente der Fluidströmung im Überlagerungsbereich aus

der ersten Geschwindigkeitskomponente und der Gesamtgeschwindigkeit.

Die Gesamtgeschwindigkeit V kann bspw. aus der gemessenen Frequenz f“ des doppler-verschobenen Raumwinkel-Streulichtsignals mittels Formel (1)

FaA 2510:

fo=—

(1)

bestimmt werden, wobei 98 der Winkel zwischen dem ersten und dem zweiten Teilstrahl (allgemeiner auch: zwischen dem ersten und dritten Teilstrahl bzw. dem zweiten und dritten Teilstrahl, siehe unten) und A die Wellenlänge des ersten und zweiten Teilstrahls ist. Die Geschwindigkeitskomponente vı (1i=1,2,3) in Strahlenachse des i-ten Teilstrahls kann bspw. aus der gemessenen Frequenz f, (i1=1,2,3) des doppler-verschobenen i-ten Teilstrahl-Streulichtsignals mittels Formel (2)

fi

== VcosB®; (2)

bestimmt werden, wobei A die Wellenlänge des i-ten Teilstrahl ist und 9; der Winkel zwischen der Strahlenachse des i-ten Teilstrahls und einer Koordinatenachse der Fluidströmung, insbeson-

dere des Strömungskanals, ist. Der Richtungswinkel ©: der Teilge‚= cos 114 (3) 0; = cos Sy

schwindigkeit berechnet sich (siehe Formel (3)) aus der Gesamtgeschwindigkeit und der gemessenen Frequenz f; des Teilstrahl-

Streulichtsignals.

Es ist vorteilhaft, wenn das Verfahren weiters aufweist: - Detektieren eines doppler-verschobenen zweiten TeilstrahlStreulichtsignals, das von den Tracer-Partikeln im Überlagerungsbereich zumindest abschnittsweise dem zweiten optischen Pfad folgend zurückgestreut wurde; - optional Bestimmen einer zweiten (Teil-)Geschwindigkeitskomponente der Fluidströmung im Überlagerungsbereich aus dem zweiten Teilstrahl-Streulichtsignal; - optional Bestimmen einer zweiten Bewegungsrichtung der zweiten Geschwindigkeitskomponente der Fluidströmung im Überlagerungsbereich aus der zweiten Geschwindigkeitskomponente und der Gesamtgeschwindigkeitskomponente.

signal vorgesehen sein.

Es ist bevorzugt, wenn das erste Teilstrahl-Streulichtsignal und das zweite Teilstrahl-Streulichtsignal (zumindest) von demselben Detektor detektiert werden. Der Detektor kann insbesondere Licht im Strahlengang des Lichtstrahls detektieren, bevor der Lichtstrahl in den ersten und zweiten Teilstrahl aufgeteilt wird. Insbesondere ist der erste Strahlteiler als Detektor-Strahlteiler vorgesehen, der das erste und das zweite doppler-verschobene Teilstrahl-Streulichtsignal zum Detektor führt. Es kann auch vorgesehen sein, dass der erste Strahlteiler das erste und das zweite doppler-verschobene Teilstrahl-Streulichtsignal zum Detektor führt. Somit können alle Teilstrahl-Streulichtsignale mit

einem einzigen Detektor detektiert werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird das erste TeilstrahlStreulichtsignal und vorzugsweise das zweite Teilstrahl-Streulichtsignal unter Ausnutzung des Self-Mixing-Effekts detektiert, d.h. mittels Self-Mixing-Interferometrie. Insbesondere wird das erste Teilstrahl-Streulichtsignal und vorzugsweise das zweite Teilstrahl-Streulichtsignal in die Lichtquelle, insbesondere eine Laserkavität der Lichtquelle, zurückgeführt, wobei es mit dem internen optischen Feld der Lichtquelle interferiert, und detektiert. Die Detektion kann in der Lichtquelle und/oder auf einer der Austrittsöffnung für den Lichtstrahl abgewandten Öffnung der Lichtquelle erfolgen. Vorzugsweise ist die Lichtquelle

ein Laser mit einer offenen Laserkavität.

Es ist vorteilhaft, wenn das erste Teilstrahl-Streulichtsignal zum Detektieren vom ersten optischen Pfad abgeführt wird und von einem ersten Teilstrahl-Detektor detektiert wird und vorzugsweise das zweite Teilstrahl-Streulichtsignal zum Detektieren vom zweiten optischen Pfad abgeführt wird und von einem zweiten Teilstrahl-Detektor detektiert wird. Somit können das erste Teilstrahl-Streulichtsignal und das zweite Teilstrahl-Streu-

lichtsignal auf einfache Weise detektiert werden, bzw. eine

Unterscheidung zwischen den beiden Signalen ist einfach möglich. Hierfür können im jeweiligen optischen Pfad Detektor-Strahlteiler vorgesehen sein, die das jeweilige Teilstrahl-Streulichtsig-

nal zum Detektieren vom jeweiligen optischen Pfad abführt.

Es ist bevorzugt, wenn der erste Teilstrahl und der zweite Teilstrahl mit einem optischen Element auf den Überlagerungsbereich fokussiert werden (sodass sich der erste optische Pfad und der zweite optische Pfad im Überlagerungsbereich kreuzen) und mit demselben optischen Element das doppler-verschobene RaumwinkelStreulichtsignal kollimiert. Somit ist es möglich, mit nur einer Optik sowohl das Aussenden der Teilstrahlen als auch das Empfangen der Streulichtsignale zu erzielen. Das optische Element ist vorzugsweise ein Spiegel, insbesondere ein Hohlspiegel. Somit können beispielsweise der erste und der zweite Teilstrahl von einem Abschnitt, in dem Sie im Wesentlichen kollinear verlaufen, auf den Überlagerungsbereich fokussiert werden, während das in den vom ersten und zweiten optischen Pfad verschiedenen Pfad gestreute Raumwinkel-Streulichtsignal vom optischen Element kolli-

miert wird.

In einer bevorzugten Ausführungsvariante umfasst das Detektieren des doppler-verschobenen ersten Teilstrahl-Streulichtsignals und optional das Detektieren des doppler-verschobenen zweiten Teilstrahl-Streulichtsignals und/oder des doppler-verschobenen zweiten Teilstrahl-Streulichtsignals zumindest das Messen der Fre-

quenz des jeweiligen Streulichtsignals.

In einer vorteilhaften Ausführungsvariante weist das Verfahren weiters auf:

- Unterbrechen des zweiten Teilstrahls während des Detektierens des doppler-verschobenen ersten Teilstrahl-Streulichtsignals;

- optional Unterbrechen des ersten Teilstrahls während des Detektierens des doppler-verschobenen zweiten Teilstrahl-Streulichtsignals.

Dadurch wird erzielt, dass nur die dem jeweiligen Teilstrahl korrespondierende Frequenz detektiert wird, die gewonnen Informationen den physischen Strahlen zugeordnet werden können und somit die Richtung der Tracer-Partikel relativ zum jeweiligen Teilstrahl bekannt ist. Das Unterbrechen des zweiten Teilstrahls

erfolgt insbesondere unabhängig von einer Beeinflussung des

ersten Teilstrahls und/oder das Unterbrechen des ersten Teilstrahls erfolgt insbesondere unabhängig von einer Beeinflussung des zweiten Teilstrahls. D.h., der erste Teilstrahl ist nicht unterbrochen während des Detektierens des doppler-verschobenen zweiten Teilstrahl-Streulichtsignals, und umgekehrt. Bei der Detektion des Raumwinkel-Streulichtsignals können der erste und der zweite Teilstrahl ununterbrochen sein, also beide Teilstrahlen auf den Überlagerungsbereich auftreffen. Insbesondere umfasst das Verfahren mehrere Zyklen. Dabei werden die folgenden Schritte a), b) und/oder c) jeweils wiederholt durchgeführt:

a) Detektieren des doppler-verschobenen Raumwinkel-Streulichtsignals, während der erste und der zweite Teilstrahl auf das Überlagerungsvolumen strahlen;

b) Detektieren des doppler-verschobenen ersten Teilstrahl-Streulichtsignals, während der erste Teilstrahl auf das Überlagerungsvolumen strahlt und der zweite Teilstrahl unterbrochen ist; Cc) Detektieren des doppler-verschobenen zweiten TeilstrahlStreulichtsignals, während der erste Teilstrahl unterbrochen ist und der zweite Teilstrahl auf das Überlagerungsvolumen strahlt. Es kann eine beliebige Reihenfolge vorgesehen sein. Jeder der Schritte a), b) und c) wird vorzugsweise wiederholt. Somit kann für eine Vielzahl von Tracer-Partikeln jeweils zumindest eine der Geschwindigkeitskomponenten oder die Gesamtgeschwindigkeit bestimmt werden. Im Schwarm weisen die Tracer-Partikel im Wesentlichen dieselben Geschwindigkeitsinformationen wie die Strömung auf, sodass die Geschwindigkeitsinformationen der Strömung sehr genau bestimmt werden können. Bevorzugt wird bei allen Schritten a), b) und c) ein Lichtstrahl bzw. erster und zweiter

Teilstrahl mit derselben Wellenlänge verwendet.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Verfahren weiters auf:

- Bereitstellen eines dritten Teilstrahls (wobei insbesondere der Lichtstrahl weiters in einen dritten Teilstrahl aufgeteilt wird);

- Richten des dritten Teilstrahls entlang eines dritten optischen Pfades auf den Überlagerungsbereich, sodass der dritte optische Pfad den ersten optischen Pfad und den zweiten optischen Pfad im Überlagerungsbereich kreuzt, wobei der Pfad, in den das

detektierte doppler-verschobenem Raumwinkel-Streulichtsignal

gestreut wurde, weiters vom dritten optischen Pfad verschieden ist.

Somit können alle drei Geschwindigkeitskomponenten der Strömung bestimmt werden. Die im Bezug mit dem ersten und/oder zweiten Teilstrahl bzw. dem jeweiligen Teilstrahl-Streulichtsignal beschriebenen bevorzugten Ausführungsvarianten können auch für den dritten Teilstrahl bzw. ein dritte Teilstrahl-Streulichtsignal vorgesehen sein. Der erste, zweite und dritte Teilstrahl haben vorzugsweise dieselbe Wellenlänge, insbesondere beim Auftreffen auf den Überlagerungsbereich. Vorzugsweise liegt der Pfad des Raumwinkel-Streulichtsignals im Wesentlichen innerhalb eines vom ersten, zweiten, und optional dritten optischen Pfad (ausgehend vom Überlagerungsbereich) aufgespannten Kegels, wobei insbesondere die Spitze des Kegels vom Überlagerungsbereich gebildet wird. Durch die Bestimmung des Raumwinkel-Streulichtsignals als auch der drei Teilstrahl-Streulichtsignale kann die Strömung vollständig charakterisiert und alle Geschwindigkeitskomponenten

sowie die Gesamtgeschwindigkeit erfasst werden.

Vorteilhafterweise weist das Verfahren weiters auf:

- Unterbrechen des dritten Teilstrahls während des Detektierens des doppler-verschobenen ersten Teilstrahl-Streulichtsignals;

- optional Unterbrechen des dritten Teilstrahls während des Detektierens des doppler-verschobenen zweiten Teilstrahl-Streulichtsignals.

Somit kann auf einfache Weise nachvollzogen werden, von welchem

Teilstrahl das Jeweilige Teilstrahl-Streulichtsignal kommt.

Vorzugsweise weist das Verfahren weiters auf:

- Unterbrechen des dritten Teilstrahls während des Detektierens des doppler-verschobenen Raumwinkel-Streulichtsignals.

Somit kann die Messung des doppler-verschobenen RaumwinkelStreulichtsignals erfolgen, während nur der erste und der zweite Teilstrahl auf den Überlagerungsbereich eintreffen, und die Gesamtgeschwindigkeit kann auf einfach Weise bestimmt werden. Alternativ oder zusätzlich kann während des Detektierens des doppler-verschobenen Raumwinkel-Streulichtsignals auch der erste oder der zweite Teilstrahl unterbrochen werden. Vorzugsweise ist bei der Detektion eines jeweiligen doppler-verschobenen Teilstrahl-Streulichtsignal immer nur ein Teilstrahl unterbrochen,

also bei der Detektion des ersten und zweiten Teilstrahl

Streulichtsignals ist der dritte Teilstrahl unterbrochen, usw. Auf diese Weise kann der Messzyklus verkürzt werden. Es ist zu erwarten, dass die unterschiedlichen Teilstrahl-Streulichtsignale unterschiedliche Frequenzen haben, da sich die Tracer-Partikel in der Fluidströmung üblicherweise nicht in alle Richtungen gleich schnell bewegen. Daher ist eine gleichzeitige Erfassung und Auswertung der Teilstrahl-Streulichtsignale möglich. Unter Umständen fehlt dann die Information, welche Frequenz welcher Koordinate/welchem Teilstrahl entspricht - diese kann durch

Abdecken eines Teilstrahls erhalten werden.

Es ist vorteilhaft, wenn das Verfahren weiters aufweist:

- Detektieren eines doppler-verschobenen dritten TeilstrahlStreulichtsignals, das von den Tracer-Partikeln im Überlagerungsbereich zumindest abschnittsweise dem dritten optischen Pfad folgend zurückgestreut wurde;

- optional Unterbrechen des ersten Teilstrahls und/oder des zweiten Teilstrahls während des Detektierens des dritten Teil-

strahl-Streulichtsignals.

Vorzugsweise werden die folgenden Schritte wiederholt durchgeführt:

a) Detektieren des doppler-verschobenen Raumwinkel-Streulichtsignals, während der erste und der zweite Teilstrahl auf das Überlagerungsvolumen strahlen und der dritte Teilstrahl unterbrochen ist;

b) Detektieren des doppler-verschobenen ersten und vorzugsweise zweiten Teilstrahl-Streulichtsignals, während der erste und zweite Teilstrahl auf das Überlagerungsvolumen strahlt und der dritte Teilstrahl unterbrochen ist;

Cc) Detektieren des doppler-verschobenen zweiten und dritten Teilstrahl-Streulichtsignals, während der erste Teilstrahl unterbrochen ist und der zweite und dritte Teilstrahl auf das Überlagerungsvolumen strahlt;

d) und optional: Detektieren des doppler-verschobenen ersten und dritten Teilstrahl-Streulichtsignals, während der der zweite Teilstrahl unterbrochen ist und der erste und dritte Teilstrahl auf das Überlagerungsvolumen strahlt. Es kann eine beliebige Reihenfolge vorgesehen sein. Jeder der Schritte a), b), c) und vorzugsweise d) wird vorzugsweise wiederholt. Vorzugsweise wer-

den die Schritte in Jedem Zyklus in derselben Reihenfolge

durchgeführt, bspw. immer in der Reihenfolge a), dann b), dann

cC), dann d) (und anschließend wieder von vorne). Bevorzugt wird bei allen Schritten a), b), c) und d) ein Lichtstrahl bzw. erster und zweiter Teilstrahl mit derselben Wellenlänge verwendet,

d.h. die Frequenz der jeweiligen Strahlen wird nicht moduliert.

Es ist vorteilhaft, wenn das Verfahren weiter aufweist:

- das Detektieren des ersten Teilstrahl-Streulichtsignals das Bestimmen einer Amplitude des ersten Teilstrahl-Streulichtsignals umfasst;

- vorzugsweise das Detektieren des zweiten Teilstrahl-Streulichtsignals das Bestimmen einer Amplitude des zweiten Teilstrahl-Streulichtsignals umfasst;

- vorzugsweise das Detektieren des dritten Teilstrahl-Streulichtsignals das Bestimmen einer Amplitude des dritten Teil-

strahl-Streulichtsignals umfasst.

Es ist vorteilhaft, wenn ein Winkel, unter dem sich der erste Teilstrahl und der zweite Teilstrahl im Überlagerungsbereich kreuzen, verschieden ist von einem Winkel, unter dem sich der zweite Teilstrahl und der dritte Teilstrahl im Überlagerungsbereich kreuzen, und

vorzugsweise der Winkel, unter dem sich der erste Teilstrahl und der dritte Teilstrahl im Überlagerungsbereich kreuzen, verschieden ist von einem Winkel, unter dem sich der erste Teilstrahl und der zweite Teilstrahl im Überlagerungsbereich kreuzen, und

vorzugsweise der Winkel, unter dem sich der zweite Teilstrahl und der dritte Teilstrahl im Überlagerungsbereich kreuzen, verschieden ist von dem Winkel, unter dem sich erste Teilstrahl und der dritte Teilstrahl im Überlagerungsbereich kreuzen. Mit den unterschiedlichen Winkeln können die TeilstrahlStreulichtsignale vereinzelt werden, da dies bei gleicher Geschwindigkeit zu unterschiedlichen Signalen führt. Je stärker die Winkel voneinander unterschiedlich sind, umso mehr unterscheidet sich die Frequenz der einzelnen Signale und umso besser können diese einzeln dargestellt werden. Dies dient in erster Linie dazu, dass, wenn die Teilgeschwindigkeiten sehr ähnlich sind, die Signale sicher voneinander unterschieden werden kön-

nen.

Es ist vorteilhaft, wenn das Verfahren weiter aufweist:

- Bestimmen der absoluten Bewegungsrichtung der Fluid-Strömung im Überlagerungsbereich zumindest aus der Amplitude des ersten Teilstrahl-Streulichtsignals, vorzugsweise aus der Amplitude des zweiten Teilstrahl-Streulichtsignals und vorzugsweise aus der Amplitude des dritten Teilstrahl-Streulichtsignals.

Die Bewegungsrichtungsbestimmung des Fluids Je Koordinate erfolgt über die Amplitudenhöhe: wenn kein Teilstrahl abgedeckt ist, erhält man alle drei Amplituden der entsprechenden Teilstrahl-Streulichtsignalen mit annähernd gleicher Amplitudenhöhe. (Diese Gleichverteilung der Amplitudenhöhen ist abhängig von der Strahlaufbereitung der Teilstrahlen - sollte zum Beispiel ein Teilstrahl intensiver sein durch z.B. die Wahl eines bestimmten Strahlteilers (vgl. Strahlteiler 104, Fig. 1 weiter unten) (beispielsweise eines 80:20 Strahlteilers statt eines 50:50 Strahlteilers), werden die Amplituden der Teilstrahl-Streulichtsignale nicht mehr gleich hoch sein.) Diese Amplitudenhöhen dienen als Referenz. Wenn der erste Teilstrahl abgedeckt ist, erhält man für die korrespondierende Koordinate in die Richtung zur Strahlenquelle eine Amplitude die höher als die entsprechende Referenzamplitude ist und in die Richtung von der Strahlenquelle weg eine Amplitude die niedriger als die entsprechende Referenzamplituden ist. Wenn es zu keiner Richtungsänderung in der Koordinatenachse kommt, ist die Amplitude gleich hoch wie die Referenzamplitude. Dieses Verhalten ist für allen TeilstrahlStreulichtsignale gleich, wodurch je nach abgedecktem Strahl die Bewegungsrichtung der entsprechenden Koordinate bestimmt werden

kann.

Die im Stand der Technik bekannten Verfahren sehen keine dezidierte Auskopplung von (spektral aufbereitetem) Licht für Analysezwecke vor. Es ist daher weiters eine Aufgabe der Erfindung, Licht für Analysezwecke vorzusehen. Dafür ist es vorteilhaft, wenn das Verfahren weiters aufweist:

—- Aufteilen, insbesondere mit einem Filterelement, eines in den vom ersten optischen Pfad, vom zweiten optischen Pfad und optional vom dritten optischen Pfad verschiedenen Pfad gestreuten Raumwinkel-Streulichtsignals in ein doppler-verschobenes Raumwinkel-Streulichtsignal, das den doppler-verschobenen Anteil des

Raumwinkel-Streulichtsignals aufweist, und ein Analyse

Streulichtsignal. Das vom Laserspektrum bzw. doppler-verschobenen Anteil gereinigte Analyse-Streulicht kann insbesondere für weitere Analysen, wie zum Beispiel Temperaturbestimmung, Fluoreszenz- und/oder Raman-Spektroskopie verwendet werden. Somit kann beispielsweise auch die chemische Zusammensetzung der Fluidströmung bestimmt werden. Bevorzugt wird das Raumwinkel-Streulichtsignal vom optischen Element (insbesondere kollimiert und) auf das Filterelement gerichtet. Beim Aufteilen wird bspw. das Analyse-Streusignal vom Filterelement transmittiert und das doppler-verschobene Raumwinkel-Streulichtsignal vom Filterelement zur Detektion reflektiert. Weiters kann, um eine Partikelkonzentration der Fluid-Strömung zu bestimmen, die Intensität, insbesondere die Amplitude, des doppler-verschobenen RaumwinkelStreulichtsignals, des Analyse-Streulichtsignals, des ersten, des zweiten und/oder des dritten Teilstrahl-Streulichtsignals gemessen werden. Hierfür kann zuerst eine Kalibrierung durchgeführt werden. Vorteilhafterweise verlaufen der erste, der zweite und vorzugsweise der dritte optische Pfad nicht durch das Filterelement. Der Erregerlichtstrahl kann sehr stark im Vergleich zu anderen Signalen sein, wie zum Beispiel dem Raman-Spektrum, und würde beim Durchtritt durch bspw. Linsen neue Signale, bspw. Raman-Signale der Linsen, erzeugen, die die für analytische Spektroskopie interessanten Spektren, wie zum Beispiel bei der Raman- oder Fluoreszenz-Spektroskopie überlagern können. Vorteilhafterweise wird somit nur das optische Element, bspw. eine Sammellinse zur Fokussierung des Streulichts, insbesondere der Teilstrahl-Streulichtsignale und des Raumwinkel-Streulichtsignals, verwendet, und durch das Filterelement das doppler-verschobene Raumwinkel-Streulichtsignal reflektiert und alle anderen Lichtfrequenzen transmittiert. Vorteilhafterweise wird das Analyse-Streulichtsignal ohne Störeinflüsse von Linsen zur Ver-

fügung gestellt.

Vorteilhafterweise weist das Verfahren weiters auf:

- Bestimmung eines Spektrums oder charakteristischen Kennwerts der Fluidströmung aus dem Analyse-Streulichtsignal, beispielsweise ein Raman-Spektrum oder ein Fluoreszenz-Spektrum. Als weiteres Beispiel kann die Temperatur bestimmt werden. Insbesondere aus dem Raman-Spektrum kann die Information über die enthaltenen

chemischen Spezies gewonnen werden.

Das Verfahren umfasst insbesondere den Schritt:

- Verwenden eines Verschlusssystems zur eindeutigen Zuordnung der detektierten Teilstrahl-Streulichtsignale und Erzeugung von multiplen, seriellen Zweistrahl-Laser-Dopplersystemen am Raum-

winkel-Detektor.

Der erste und der zweite und der dritte Teilstrahl weisen vorzugsweise, insbesondere beim Auftreffen auf den Überlagerungsbereich, die gleiche Frequenz auf und sind vorzugsweise kohärent. Bevorzugt umfasst das Bereitstellen zumindest eines ersten Teilstrahls und eines zweiten Teilstrahls und eines dritten Teilstrahls: Bereitstellen eines Lichtstrahls; und Aufteilen des Lichtstrahls in zumindest den ersten Teilstrahl und den zweiten Teilstrahl, insbesondere mit einem ersten Strahlteiler; Aufteilen des ersten Teilstrahls in zumindest den ersten Teilstrahl und den dritten Teilstrahl, insbesondere mit einem zweiten Strahlteiler.

Der erste Teilstrahl und der dritte Teilstrahl schließen beim

Eintreffen auf das Überlagerungsvolumen insbesondere einen Winkel zwischen einander ein. Der zweite Teilstrahl und der dritte Teilstrahl schließen beim Eintreffen auf das Überlagerungsvolu-

men insbesondere einen Winkel zwischen einander ein.

Der Raumwinkel liegt vorzugsweise zumindest teilweise zwischen dem ersten und dem zweiten und dem dritten optischen Pfad, wenn diese auf den Überlagerungsbereich treffen. 9s kann auch der Winkel zwischen dem ersten und dem dritten Teilstrahl oder zwischen dem zweiten und dem dritten Teilstrahl sein. A kann auch die

Wellenlänge des dritten Teilstrahls sein.

Es ist vorteilhaft, wenn das Verfahren weiters aufweist:

- Bestimmen einer dritten Geschwindigkeitskomponente der Fluidströmung im Überlagerungsbereich aus dem zweiten TeilstrahlStreulichtsignal;

- Bestimmen einer dritten Bewegungsrichtung der dritten Geschwindigkeitskomponente der Fluidströmung im Überlagerungsbereich aus der dritten Geschwindigkeitskomponente und der Gesamt-

geschwindigkeitskomponente.

Es ist bevorzugt, wenn das erste Teilstrahl-Streulichtsignal und das zweite Teilstrahl-Streulichtsignal und das dritte Teilstrahl-Streulichtsignal (zumindest) von demselben Detektor de-

tektiert werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird das erste TeilstrahlStreulichtsignal und das zweite Teilstrahl-Streulichtsignal und vorzugsweise das dritte Teilstrahl-Streulichtsignal unter Aus-

nutzung des Self-Mixing-Effekts detektiert, d.h. mittels Self-

Mixing-Interferometrie. Insbesondere wird das erste TeilstrahlStreulichtsignal und das zweite Teilstrahl-Streulichtsignal und das dritte Teilstrahl-Streulichtsignal in die Lichtquelle, insbesondere eine Laserkavität der Lichtquelle, zurückgeführt, wobei es mit dem internen optischen Feld der Lichtquelle interfe-

riert, und detektiert.

Es ist vorteilhaft, wenn das erste Teilstrahl-Streulichtsignal zum Detektieren vom ersten optischen Pfad abgeführt wird und von einem ersten Teilstrahl-Detektor detektiert wird und vorzugsweise das zweite Teilstrahl-Streulichtsignal zum Detektieren vom zweiten optischen Pfad abgeführt wird und von einem zweiten Teilstrahl-Detektor detektiert wird und vorzugsweise das dritte Teilstrahl-Streulichtsignal zum Detektieren vom dritten optischen Pfad abgeführt wird und von einem dritten Teilstrahl-Detektor detektiert wird.

Es ist bevorzugt, wenn der erste Teilstrahl und der zweite Teilstrahl und der dritte Teilstrahl mit einem optischen Element auf den Überlagerungsbereich fokussiert werden (sodass sich der erste optische Pfad und der zweite optische Pfad und der dritte optische Pfad im Überlagerungsbereich kreuzen) und mit demselben optischen Element das doppler-verschobene Raumwinkel-Streulicht-

signal kollimiert.

In einer vorteilhaften Ausführungsvariante weist das Verfahren weiters auf:

- Unterbrechen des ersten Teilstrahls während des Detektierens des doppler-verschobenen zweiten und dritten Teilstrahl-Streu-

lichtsignals

- Unterbrechen des zweiten Teilstrahls während des Detektierens des doppler-verschobenen ersten und dritten Teilstrahl-Streulichtsignals;

- Unterbrechen des dritten Teilstrahls während des Detektierens des doppler-verschobenen ersten und zweiten Teilstrahl-Streulichtsignals.

Das Unterbrechen des zweiten Teilstrahls erfolgt insbesondere unabhängig von einer Beeinflussung des ersten und dritten Teilstrahls und das Unterbrechen des ersten Teilstrahls erfolgt insbesondere unabhängig von einer Beeinflussung des zweiten und dritten Teilstrahls und das Unterbrechen des dritten Teilstrahls erfolgt insbesondere unabhängig von einer Beeinflussung des ersten und zweiten Teilstrahls. D.h., der erste Teilstrahl ist unterbrochen während des Detektierens des doppler-verschobenen zweiten und dritten Teilstrahl-Streulichtsignals, etc. Bei der Detektion des Raumwinkel-Streulichtsignals können der erste oder der zweite oder der dritte Teilstrahl ununterbrochen sein, also je zwei Teilstrahlen auf den Überlagerungsbereich auftreffen. Insbesondere umfasst das Verfahren mehrere Zyklen. Dabei werden die folgenden Schritte a) bis £f) wiederholt durchgeführt:

a) Detektieren des doppler-verschobenen Raumwinkel-Streulichtsignals, während der erste und der zweite Teilstrahl auf das Überlagerungsvolumen strahlen, während der dritte Teilstrahl unterbrochen ist;

b) Detektieren des doppler-verschobenen ersten und zweiten Teilstrahl-Streulichtsignals, während der erste und zweite Teilstrahl auf das Überlagerungsvolumen strahlt und der dritte Teilstrahl unterbrochen ist;

Cc) Detektieren des doppler-verschobenen Raumwinkel-Streulichtsignals, während der dritte und der zweite Teilstrahl auf das Überlagerungsvolumen strahlen, während der erste Teilstrahl unterbrochen ist;

d) Detektieren des doppler-verschobenen dritten und zweiten Teilstrahl-Streulichtsignals, während der dritte und zweite Teilstrahl auf das Überlagerungsvolumen strahlt und der erste Teilstrahl unterbrochen ist;

e) Detektieren des doppler-verschobenen Raumwinkel-Streulichtsignals, während der dritte und der erste Teilstrahl auf das Überlagerungsvolumen strahlen, während der zweite Teilstrahl un-

terbrochen ist;

f) Detektieren des doppler-verschobenen dritten und erste Teilstrahl-Streulichtsignals, während der dritte und erste Teilstrahl auf das Überlagerungsvolumen strahlt und der zweite Teil-

strahl unterbrochen ist.

Vorteilhafterweise umfasst das Verfahren einen Schritt zur Bestimmung der absoluten Bewegungsrichtung durch Auswertung der

Amplituden der Streulichtsignale am Raumwinkel-Detektor, wobei die Winkel des ersten, zweiten und dritten Teilstrahls zueinander unterschiedlich sind und jeweils einer des ersten, zweiten

und dritten Teilstrahls abwechselnd geblockt wird.

Bezugnehmend auf die erfindungsgemäße Vorrichtung ist es vorteilhaft, wenn

- die Lichtquellenanordnung zum Bereitstellen eines dritten Teilstrahls ist; und

- die optische Richtvorrichtung zum Richten des dritten Teilstrahls entlang eines dritten optischen Pfads auf den Überlagerungsbereich ist, sodass der dritte optische Pfad den ersten optischen Pfad und den zweiten optischen Pfad im Überlagerungsbereich kreuzt, wobei der Pfad, in den das detektierte dopplerverschobene Raumwinkel-Streulichtsignal gestreut wurde, weiters vom dritten optischen Pfad verschieden ist.

Vorzugsweise weist die Vorrichtung, insbesondere die Lichtquellenanordnung, einen zweiten Strahlteiler auf, mit dem vom Lichtstrahl, vom ersten Teilstrahl und/oder vom zweiten Teilstrahl (weiters) der dritte Teilstrahl abgespalten wird. Der dritte optische Pfad ist insbesondere teilweise verschieden vom ersten und vom zweiten optischen Pfad. Vorzugsweise liegt zwischen dem ersten und dem zweiten Teilstrahl, zwischen dem zweiten und dem dritten Teilstrahl, und zwischen dem dritten und dem ersten Teilstrahl beim Auftreffen auf den Überlagerungsbereich jeweils

der gleiche Winkel.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung auf: - ein optisches Element, mit dem der erste Teilstrahl, der zweite Teilstrahl und optional der dritte Teilstrahl kreuzend auf den Überlagerungsbereich fokussiert werden und mit dem das doppler-verschobene Raumwinkel-Streulichtsignal fokussiert wird. Somit kann eine einzige Empfangs- und Sendeoptik ausreichend

sein. Vorzugsweise werden auch das erste, das zweite und/oder

das dritte Teilstrahl-Streulichtsignal vom optischen Element fokussiert bzw. entlang des jeweiligen optischen Pfades gerichtet. Das optische Element ist vorzugsweise eine Linse, insbesondere

eine Sammellinse.

Es ist bevorzugt, wenn die Vorrichtung ein Filterelement aufweist, mit dem ein entlang des vom ersten, zweiten und vorzugsweise dritten optischen Pfad verschiedenen Pfad gestreutes Raumwinkel-Streulichtsignal in ein doppler-verschobenes RaumwinkelStreulichtsignal, das den doppler-verschobenen Anteil des Raumwinkel-Streulichtsignals aufweist, und ein Analyse-Streulichtsignal aufgeteilt wird. Bevorzugt ist das Filterelement zumindest teilweise zwischen dem ersten, zweiten und vorzugsweise dritten Teilstrahl angeordnet. Vorzugsweise ist eine Sammellinse vorgesehen, mit der das doppler-verschobene Raumwinkel-Streulichtsignal nach dem Filterelement auf einen Detektor fokussiert

wird.

Es ist vorteilhaft, wenn der erste Teilstrahl, der zweite Teilstrahl und optional der dritte Teilstrahl an dem Filterelement vorbei verlaufen. D.h. es ist vorteilhaft, wenn der erste Teilstrahl, der zweite Teilstrahl und der dritte Teilstrahl von dem Filterelement nicht gefiltert bzw. beeinflusst werden. Vorzugsweise werden das erste, zweite und dritte Teilstrahl-Streulicht-

signal ungefiltert detektiert.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung auf: —- einen ersten Verschluss, mit dem der erste Teilstrahl (insbesondere unabhängig von den anderen Teilstrahlen) unterbrochen werden kann;

- optional einen zweiten Verschluss, mit dem der zweite Teilstrahl (insbesondere unabhängig von den anderen Teilstrahlen) unterbrochen werden kann;

- optional einen dritten Verschluss, mit dem der dritte Teilstrahl (insbesondere unabhängig von den anderen Teilstrahlen) unterbrochen werden kann. Der erste Verschluss ist bevorzugt im ersten optischen Pfad an einer Stelle, an der sich der erste optische Pfad vom zweiten und vorzugsweise dritten optischen Pfad unterscheidet, angeordnet. Der zweite Verschluss ist bevorzugt im zweiten optischen Pfad an einer Stelle, an der sich der

zweite optische Pfad vom ersten und vorzugsweise dritten

optischen Pfad unterscheidet, angeordnet. Der dritte Verschluss ist bevorzugt im dritten optischen Pfad an einer Stelle, an der sich der dritte optische Pfad vom ersten und vorzugsweise zweiten optischen Pfad unterscheidet, angeordnet. D.h., bevorzugt ist der erste Verschluss im ersten optischen Pfad, jedoch nicht im zweiten und dritten optischen Pfad angeordnet. Der zweite Verschluss ist bevorzugt im zweiten, Jedoch nicht im ersten und dritten optischen Pfad angeordnet. Der dritte Verschluss ist bevorzugt im dritten, jedoch nicht im ersten und zweiten optischen Pfad angeordnet. Mit den Verschlüssen können somit die optischen Pfade einzeln blockiert werden und die Zuordnung von Erreger-

strahl und Frequenz wird vereinfacht.

Vorzugsweise weist die Vorrichtung einen weiteren Strahlteiler auf, der im Strahlengang des Lichtstrahls zwischen Lichtquelle und dem ersten Strahlteiler angeordnet ist. Mit dem weiteren

Strahlteiler wird das erste, und vorzugsweise das zweite und/oder dritte Teilstrahl-Streulichtsignal dem Teilstrahl-Detektor zugeführt. Somit können mit einem einzelnen Detektor alle Teil-

strahl-Streulichtsignale erfasst werden.

Vorteilhafterweise weist die Vorrichtung zumindest einen weiteren ersten Strahlteiler im ersten optischen Pfad auf, um das erste Teilstrahl-Streulichtsignal zu einem ersten TeilstrahlStreulichtdetektor zu führen. Vorzugsweise weist die Vorrichtung einen weiteren zweiten Strahlteiler im zweiten optischen Pfad auf, um das zweite Teilstrahl-Streulichtsignal zu einem zweiten Teilstrahl-Streulichtdetektor zu führen. Vorzugsweise weist die Vorrichtung einen weiteren dritten Strahlteiler im dritten optischen Pfad auf, um das dritte Teilstrahl-Streulichtsignal zu ei-

nem dritten Teilstrahl-Streulichtdetektor zu führen.

Weiters weist die Lichtquellenanordnung vorzugsweise eine Lichtquelle zum Bereitstellen eines Lichtstrahls und einen zweiten Strahlteiler zum Aufteilen des Lichtstrahls in den ersten Teilstrahl und den dritten Teilstrahl auf. Insbesondere erstrecken sich der erste optische Pfad und der zweite optische Pfad jeweils vom ersten Strahlteiler zum Überlagerungsbereich und der erste optische Pfad und der dritte optische Pfad jeweils vom zweiten Strahlteiler zum Überlagerungsbereich. Vorzugsweise sind

der erste optische Pfad und der zweite optische Pfad und der

dritte optische Pfad außerhalb des Überlagerungsbereichs verschieden. Der erste optische Pfad ist insbesondere vom zweiten optischen Pfad und vom dritten optischen Pfad teilweise ver-

schieden.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von in den Figuren ge-

zeigten bevorzugten Ausführungsformen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausführungsform der er-

findungsgemäßen Vorrichtung.

Fig. 2 zeigt schematisch einen Ausschnitt derselben Vorrichtung

wie Fig. 1 aus einer anderen Perspektive.

Fig. 3 zeigt schematisch eine weitere bevorzugte Ausführungsform

der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Fig. 4 veranschaulicht schematisch die Auswertung des dopplerverschobenen Raumwinkel-Streulichtsignals mit eingeschlossenem Winkel zwischen zwei Teilstrahlen 9; und mit Winkel zwischen

Teilstrahlen und Koordinatenachse 9...

Fig. 5 veranschaulicht schematisch die Auswertung des dopplerverschobenen Teilstrahl-Streulichtsignals mit der Winkelabhän-

gigkeit zur Koordinantenachse 98;:.

Fig. 6 zeigt unter (b) ein gemessenes Streulichtsignal an einem Detektor mit unterschiedlichen Einstrahlwinkeln (9sıy O9s27 Os3)

und unter (a) mit teilweise abgedeckten Erregerstrahlen.

Fig. 1 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung 1 zur Bestimmung zumindest einer Geschwindigkeitskomponente einer Fluidströmung, insbesondere zur Laser-DopplerAnemometrie. Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt derselben Ausführungsform der Vorrichtung 1 wie Fig. 1 aus einer anderen Perspektive, im Wesentlichen in einem Schnitt aus der mit einem Pfeil bezeichneten Richtung Z. Die Vorrichtung 1 weist eine Lichtquellenanordnung 2 zum Bereitstellen eines ersten Teilstrahl 105A, eines zweiten Teilstrahls 105B und eines dritten Teilstrahls 105C auf. Die Lichtquellenanordnung weist eine

Lichtquelle 101, insbesondere einen Laser, auf, die einen

Lichtstrahl 102 emittiert. Mit einem ersten Strahlteiler 104 und einem zweiten Strahlteiler 103 wird der Lichtstrahl in den ersten Teilstrahl 105A, den zweiten Teilstrahl 105B und den dritten Teilstrahl 105C aufgeteilt.

Mit einer optischen Richtvorrichtung 3 wird der erste Teilstrahl 105A entlang eines ersten optischen Pfades 4A, der zweite Teilstrahl 105B entlang eines zweiten optischen Pfades 4B und der dritte Teilstrahl 105C entlang eines dritten optischen Pfades 4C auf einen Überlagerungsbereich 5 innerhalb der Fluidströmung gerichtet, sodass sich der erste optische Pfad 4A, der zweite optische Pfad 4B und der dritte optische Pfad 4C im Überlagerungsbereich kreuzen. Gleichermaßen kreuzen sich somit der erste Teilstrahl 105A, der zweite Teilstrahl 105B und der dritte Teilstrahl 105C im Überlagerungsbereich 5 (sofern die jeweiligen Teilstrahl 105A, 105B, 105C nicht unterbrochen sind). Um den ersten, zweiten und dritten Teilstrahl 105A, 105B, 105C auf den Überlagerungsbereich 5 zu fokussieren, weist die Richtvorrichtung 3 ein optisches Element 106, insbesondere einen Spiegel

auf.

Im ersten optischen Pfad 4A ist ein erster Verschluss 114A zum Unterbrechen des ersten Teilstrahls 105A, im zweiten optischen Pfad 4B ein zweiter Verschluss 114B zum Unterbrechen des zweiten Teilstrahls 105B und im dritten optischen Pfad 4C ein dritter Verschluss 114C zum Unterbrechen des dritten Teilstrahl 105C

vorgesehen.

In der Fluidströmung sind Tracer-Partikel 107 vorgesehen. Der im Überlagerungsbereich 5 auf ein Tracer-Partikel 107 treffende erste Teilstrahl 105A, zweite Teilstrahl 105B und dritte Teilstrahl 105C (bzw. eine Untermenge der drei Teilstrahlen 105A, 105B, 105C, sofern einer oder mehrere der Teilstrahlen 105A, 105B, 105C mit dem jeweiligen Verschluss 114A, 114B, 114C unterbrochen ist/sind) werden vom Tracer-Partikel 107 zumindest teilweise als Streulichtsignal gestreut. Ein Anteil des Streulichtsignals folgt als erstes Teilstrahl-Streulichtsignal 109A dem ersten optischen Pfad 4A, ein Anteil als zweites TeilstrahlStreulichtsignal 109B dem zweiten optischen Pfad 4B und ein Anteil als drittes Teilstrahl-Streulichtsignal 109C dem dritten

optischen Pfad 4C entlang zurück. Weiters wird ein Anteil des

Streulichts als Raumwinkel-Streulichtsignal 108 einem Pfad 6 entlang gestreut, der vom ersten, zweiten und dritten optischen Pfad 105A, 105B, 105C verschieden ist. Im Wesentlichen liegt der Pfad 6 innerhalb eines vom ersten, zweiten und dritten optischen Pfad 105A, 105B, 105C aufgespannten Kegels, wobei der Überlage-

rungsbereich 5 an der Spitze des Kegels liegt.

Das erste, zweite und dritte Teilstrahl-Streulichtsignal 109A, 109B, 109C folgen über das optische Element 106 dem jeweiligen ersten, zweiten und dritten optischen Pfad 4A, 4B, 4C zurück. Dabei werden das erste Teilstrahl-Streulichtsignal 109A und das zweite Teilstrahl-Streulichtsignal 109B vom ersten Strahlteiler 104 auf einen optischen Pfad zusammengeführt. Vom zweiten Strahlteiler 103 kann das erste und/oder zweite und/oder dritte Teilstrahl-Streulichtsignal 109A, 109B, 109C (je nachdem, ob einer der optischen Pfad 4A, 4B, 4C unterbrochen ist) zum Teilstrahl-Detektor 113 geführt und von diesem detektiert werden. Zusätzlich oder alternativ werden, das erste und/oder zweite und/oder dritte Teilstrahl-Streulichtsignal 109A, 109B, 109C in die Lichtquelle 101 geführt und anschließend unter Ausnutzung des Self-Mixing-Effekts mit dem Teilstrahl-Detektor 113‘ detek-

tiert.

Somit ist der bzw. sind die Teilstrahl-Detektor(en) 113, 113‘ angeordnet zum Detektieren des doppler-verschobenen ersten Teilstrahl-Streulichtsignals 109A, des doppler-verschobenen zweiten Teilstrahl-Streulichtsignals 109B und des doppler-verschobenen dritten Teilstrahl-Streulichtsignals 109C, die dem Jeweiligen optischen Pfad 4A, 4B, 4C folgend von Tracer-Partikeln 107 im

Überlagerungsbereich 5 zurückgestreut wurden.

Das Raumwinkel-Streulichtsignal 108 wird vom optischen Element 106 kollimiert und auf das Filterelement 110 gerichtet. Wie insbesondere in Fig. 2 zu sehen ist, verlaufen der erste, zweite und dritte Teilstrahl 105A, 105B, 105C am Filterelement 110 vorbei. Das Filterelement 110 teilt das Raumwinkel-Streulichtsignal 108 in ein doppler-verschobenes Raumwinkel-Streulichtsignal 116 und ein Analyse-Streulichtsignal 115 auf. Im Konkreten reflektiert das Filterelement 110 den doppler-verschobenen Anteil des Raumwinkel-Streulichtsignals 108 und lenkt das doppler-verscho-

bene Raumwinkel-Streulichtsignal 116 auf eine Sammellinse 111, 24 / 49

die das doppler-verschobene Raumwinkel-Streulichtsignal 116 auf einen Raumwinkel-Detektor 112 fokussiert. Weiters transmittiert das Filterelement 110 das Analyse-Streulicht 115, das den vom Laser-Spektrum gereinigten Anteil des Raumwinkel-Streulichtsignals 108 darstellt. Das Analyse-Streulicht 115 kann für weitere Analysen, bspw. Temperaturmessung, Raman- oder Fluoreszenz-

Spektroskopie verwendet werden.

Der Raumwinkel-Detektor 112 ist somit angeordnet zum Detektieren des doppler-verschobenen Raumwinkel-Streulichtsignals 116, das von den Tracer-Partikeln 107 im Überlagerungsbereich 5 in den vom ersten, zweiten und dritten optischen Pfad 4A, 4B, 4C ver-

schiedenen Pfad 6 gestreut wurde.

Fig. 3 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung 1. Die Ausführungsform unterscheidet sich von der in Fig. 1 gezeigten hauptsächlich in der Anordnung der TeilstrahlDetektoren. Im ersten optischen Pfad 4A ist zwischen dem ersten und dem zweiten Strahlteiler 104, 103 und dem Überlagerungsbereich 5, insbesondere zwischen dem ersten und dem zweiten Strahlteiler 104, 103 und dem ersten Verschluss 114A, ein erster Detektor-Strahlteiler 301A vorgesehen. Mit dem ersten DetektorStrahlteiler 301A wird das erste Teilstrahl-Streulichtsignal 109A zu einem ersten Teilstrahl-Detektor 304A geführt, mit dem das erste (doppler-verschobene) Teilstrahl-Streulichtsignal 109A detektiert wird. Im zweiten optischen Pfad 4B ist zwischen dem ersten und dem zweiten Strahlteiler 104, 103 und dem Überlagerungsbereich 5, insbesondere zwischen dem ersten und dem zweiten Strahlteiler 104, 103 und dem zweiten Verschluss 114B, ein zweiter Detektor-Strahlteiler 301B vorgesehen. Mit dem zweiten Detektor-Strahlteiler 301B wird das zweite Teilstrahl-Streulichtsignal 109B zu einem zweiten Teilstrahl-Detektor 304B geführt, mit dem das zweiten Teilstrahl-Streulichtsignal 109B detektiert wird. Im dritten optischen Pfad 4C ist zwischen dem zweiten Strahlteiler 103 und dem Überlagerungsbereich 5, insbesondere zwischen dem zweiten Strahlteiler 103 und dem dritten Verschluss 114 C, ein dritter Detektor-Strahlteiler 301C vorgesehen. Mit dem dritten Detektor-Strahlteiler 301C wird das dritte Teilstrahl-Streulichtsignal 109C zu einem dritten Teilstrahl-Detektor 304C geführt, mit dem das dritte Teilstrahl-Streulichtsignal

109C detektiert wird. Somit können die drei Teilstrahl

Streulichtsignale 109A, 109B, 109C mit einem Jeweils eigenen Teilstrahl-Detektor 304A, 304B, 304C detektiert werden.

Die Figuren 4 und 5 veranschaulichen die Auswertung der dopplerverschobenen Streulichtsignale. Insbesondere veranschaulicht die Figur 4 die Auswertung des doppler-verschobenen RaumwinkelStreulichtsignal 116 und die Bestimmung der Gesamtgeschwindigkeit. In der gezeigten Ausführung sind entweder nur zwei Teilstrahlen 105i, nämlich der erste Teilstrahl 105A und der zweite Teilstrahl 105B bzw. der erste Teilstrahl 105A und der dritte Teilstrahl 105C bzw. der zweite Teilstrahl 105B und der dritte Teilstrahl 105C vorgesehen, oder es sind drei Teilstrahlen vorgesehen, wobei einer der Teilstrahlen, beispielsweise der dritte Teilstrahl 105C, für die Bestimmung der Gesamtgeschwindigkeit unterbrochen wird. Ein Anteil des Streulichtsignals, das von den Tracer-Partikeln 107 im Überlagerungsbereich 5 gestreut wird, wird als Raumwinkel-Streulichtsignal 108 in den Raum/Pfad 6 gestreut. Wie im Zusammenhang mit den Figuren 1 bis 3 erläutert, wird anschließend das doppler-verschobene Raumwinkel-Streusignal 116, das im Wesentlichen der doppler-verschobene Anteil des

Raumwinkel-Streusignals 108 ist, vom Detektor 112 detektiert.

Durch die Detektion des doppler-verschobenen Raumwinkel-Streusignals 116 kann die Gesamtgeschwindigkeit V mittels Formel (4) Fat

V= 4 Z28inG (4)

bestimmt werden, wobei ©s der Winkel zwischen dem ersten Teilstrahl und der optischen Achse ist (Einstrahlwinkel) und A die

Wellenlänge des ersten Teilstrahls ist. f, ist die am Raumwinkel-

d Detektor 112 gemessene Frequenz des doppler-verschobenen Raumwinkel-Streulichtsignals 116. Alternativ kann die Gesamtgeschwindigkeit V mittels Formel (5)

Far

200580;

V= (5)

berechnet werden, wobei 6: der Einfallswinkel zwischen dem ersten Teilstrahl 105A bzw. dem zweiten Teilstrahl 105B bzw. dem drit-

ten Teilstrahl 105C und einer Koordinatenachse ist.

Fig. 5 veranschaulicht die Auswertung der doppler-verschobenen Teilstrahl-Streulichtsignals 105A, 105B, 105C. Einer der Teilstrahlen 105A, 105B, 105C, wobei der jeweilige Teilstrahl in Fig. 5 mit 1051 bezeichnet ist, trifft in Fig. 5 auf das TracerPartikel 107. Die beiden anderen der Teilstrahlen 105A, 105B, 105C können währenddessen unterbrochen sein. Der Teilstrahl 105i trifft unter dem Winkel 6, relativ zur Koordinatenachse auf das Tracer-Partikel 107. Das entlang des optischen Pfads 4i des Teilstrahls 105i zurückgestreute jeweilige Teilstrahl-Streulichtsignal 109i (also das Jeweilige der Teilstrahl-Streulichtsignale 109A, 109B, 109C) wird vom Teilstrahl-Detektor detektiert, wobei ein (oder mehrere) Teilstrahl-Detektor 113, 113‘ vorgesehen sein kann, der die Teilstrahl-Streulichtsignale 109A, 109B, 109C aller optischen Pfade 4A, 4B, 4C detektieren kann, und/oder ein Jeweils einem der optischen Pfade 4A, 4B, 4C jeweils zugeordneter erster, zweiter und dritter Teilstrahl-Detektor 304A, 304B, 304C das jeweilige Teilstrahl-Streulichtsignal 109i detektieren kann. Die jeweilige Geschwindigkeitskomponente

kann mittels Formel (6)

= m = Vcosß; (6)

berechnet werden, mit dem Winkel der Bewegung 9:1 (Formel (7))

1 fi

= CO = COS 57

(7)

zwischen der Koordinatenachse und der Bewegungsrichtung des Tracer-Partikels 107. Dabei ist f, die Frequenz des jeweiligen doppler-verschobenen Teilstrahl-Streulichtsignals 109i. Durch abwechselndes Blockieren der einzelnen Teilstrahlen 105A, 105B, 105C können die Bewegungsrichtungen relativ zu jeweils einem Teilstrahl 1051 ermittelt werden. Hierbei ergibt sich auch eine eindeutige Zuordnung zwischen Frequenz und Teilstrahl, wenn im-

mer nur ein Teilstrahl blockiert wird.

Fig. 6 zeigt das gemessene Streulichtsignal am Raumwinkel-Detektor 112 wobei die Winkel Osı, Osz, Os3 der Erregerstrahlen unterschiedlich zueinander sind. Dadurch entstehen drei verschiedene und damit unterscheidbare Frequenzen. Die Amplitudeninformation unter (b) enthält die Partikelkonzentration (wobei eine Kalibrierung erforderlich sein kann), jedoch keine Richtungsinforma-

tion. Die Graphen (4) und (5) zeigen die Signale einer sich

drehenden Scheibe in und gegen Uhrzeigersinn, wobei die Geschwindigkeit in beide Richtungen gleich war. Wenn nun ein Teilstrahl 105i abgedeckt wird, kann nicht nur die generelle Koordinatenbewegung (x,y,z), sondern über die Amplitudenhöhe auch die Bewegungsrichtung entlang der Koordinate bestimmt werden (Figur 6 (a) Links: Drehung gegen den Uhrzeigersinn, Figur 6 (a) rechts: Drehung im Uhrzeigersinn). Graph (1) und Graph (3) zeigen dabei die Bewegung einer sich drehenden Scheibe in und gegen Uhrzeigersinn, Graph (2) zeigt die Bewegung in die Richtung normal zum Messgerät, welche sich nicht änderte. Die Geschwindigkeit wird wie bereits beschrieben berechnet, die Richtung kann über die Amplitudenhöhe bestimmt werden (wobei eine Kalibrierung

erforderlich sein kann).

Die detektierten Signale können auf mehreren Arten ausgewertet werden. Zusätzlich zu den bereits beschriebenen Methoden, können Informationen auch aus der Signalamplitude erhalten werden. Durch unterschiedliche Winkel ©s (9sı, Osz, Os3) zwischen den Teilstrahlenstrahlen 105A, 105B, 105C erhält man drei verschiedene Signale mit unterschiedlichen Frequenzen am Raumwinkel-Detektor 112 (vgl. Fig. 6b). Bei Abdecken von einem Teilstrahl wird nur mehr ein Signal mit einer Frequenz am Raumlicht-Detektor 112 detektiert (vgl. Fig. 6a). Die der Streulichtintensität proportionale (u.a. abhängig von Partikelkonzentration) Amplitude dieses Signals ist je nach Richtung unterschiedlich groß (vgl. Figur 6 a). Sollten die Winkel 9; zwischen den Teilstrahlen 105A, 105B, 105C gleich groß sein, erhält man nur mehr ein Signal mit einer Frequenz am Raumwinkel-Detektor 112, mit welchen in der Amplitude nur mehr die Information der Partikelmenge enthalten ist. Zur Auswertung dieser Informationen kann jedoch eine Kalib-

rierung notwendig sein.

Wie weiter oben bereits beschrieben, dienen Amplitudenhöhen ohne Unterbrechung eines Teilstrahls als Referenz. Wenn beispielsweise der erste Teilstrahl abgedeckt ist, erhält man für die korrespondierende Koordinate für die Bewegung des Fluids/TracerPartikel in die Richtung zur Strahlenquelle eine Amplitude die höher als die entsprechende Referenzamplitude und in die Richtung von der Strahlenquelle weg eine Amplitude die niedriger als die entsprechende Referenzamplituden ist. Wie in Fig. 6 zu er-

kennen ist, tritt nur eine schwache Erhöhung auf, im Gegenzug

dazu ist die Abschwächung wesentlich stärker ausgeprägt (in Fig. 6 (1) bzw. (3): Abschwächung ca. 10 dB, Erhöhung ca. 5 dB im Vergleich zur Referenzamplitude - zu beachten ist: die Erhöhung in (1) korreliert mit der Referenz (4) und die Erhöhung in (3) korreliert mit der Referenz (5), da es sich um jeweils unterschiedliche Drehrichtungen handelt - entsprechend korreliert die Abschwächung (1) mit Referenz (5) und Abschwächung (3) mit Refe-

renz (4)).

Wie ebenfalls bereits weiter oben beschrieben, ist die Amplitude gleich hoch wie die Referenzamplitude, wenn es zu keiner Richtungsänderung in der Koordinatenachse kommt. Dies ist der Fall bei der drehenden Scheibe, die bei der Messung der Signale in Fig. 6 verwendet wurde: in x- und y-Achse gibt es ausgeprägte Amplitudenänderungen entsprechend der Drehrichtung der Scheibe,

während sich die Amplitude in z-Richtung nicht verändert.

Claims (23)

Ansprüche:

1. Verfahren zur Bestimmung zumindest einer Geschwindigkeitskomponente einer Fluidströmung, insbesondere zur Laser-DopplerAnemometrie, wobei das Verfahren zumindest die Schritte aufweist:

- Bereitstellen zumindest eines ersten Teilstrahls (105A) und eines zweiten Teilstrahls (105B);

- Richten des ersten Teilstrahls (105A) entlang eines ersten optischen Pfades (4A) und des zweiten Teilstrahls (105B) entlang eines zweiten optischen Pfades (4B) auf einen Überlagerungsbereich (5) innerhalb der Fluidströmung, sodass sich der erste optische Pfad (4A) und der zweite optische Pfad (4B) im Überlagerungsbereich (5) kreuzen;

- Detektieren eines doppler-verschobenen ersten TeilstrahlStreulichtsignals (109A), das von Tracer-Partikeln (107) in der Fluidströmung im Überlagerungsbereich (7) zumindest abschnittsweise dem ersten optischen Pfad (4A) folgend zurückgestreut wurde;

- Detektieren eines doppler-verschobenen Raumwinkel-Streulichtsignals (116), das von den Tracer-Partikeln (107) im Überlagerungsbereich (5) in einen zumindest vom ersten optischen Pfad (4A) und vom zweiten optischen Pfad (4B) verschiedenen Pfad (6)

gestreut wurde.

2. Verfahren nach Anspruch 1, weiters aufweisend:

- Bestimmen einer ersten Geschwindigkeitskomponente der Fluidströmung im Überlagerungsbereich (5) aus dem doppler-verschobenen ersten Teilstrahl-Streulichtsignal (109A);

- Bestimmen einer Gesamtgeschwindigkeit der Fluidströmung im Überlagerungsbereich (5) aus dem doppler-verschobenen Raumwinkel-Streulichtsignal (116);

- Bestimmen einer ersten Bewegungsrichtung der ersten Geschwindigkeitskomponente der Fluidströmung im Überlagerungsbereich (5) aus der ersten Geschwindigkeitskomponente und der Gesamtge-

schwindigkeit.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiters

aufweisend:

- Detektieren eines doppler-verschobenen zweiten TeilstrahlStreulichtsignals (109B), das von den Tracer-Partikeln im Überlagerungsbereich (5) zumindest abschnittsweise dem zweiten optischen Pfad (4B) folgend zurückgestreut wurde;

- optional Bestimmen einer zweiten Geschwindigkeitskomponente der Fluidströmung im Überlagerungsbereich (5) aus dem dopplerverschobenen zweiten Teilstrahl-Streulichtsignal (4C);

- optional Bestimmen einer zweiten Bewegungsrichtung der zweiten Geschwindigkeitskomponente der Fluidströmung im Überlagerungsbereich (5) aus der zweiten Geschwindigkeitskomponente und der Ge-

samtgeschwindigkeit.

4, Verfahren nach Anspruch 3, wobei das doppler-verschobene erste Teilstrahl-Streulichtsignal (109A) und das doppler-verschobene zweite Teilstrahl-Streulichtsignal (109B) von demselben Detektor (113, 113‘) detektiert werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei das doppler-verschobene erste Teilstrahl-Streulichtsignal (109A) zum Detektieren vom ersten optischen Pfad (4A) abgeführt wird und von einem ersten Teilstrahl-Detektor (304A) detektiert wird und das doppler-verschobene zweite Teilstrahl-Streulichtsignal (304B)

zum Detektieren vom zweiten optischen Pfad (4B) abgeführt wird und von einem zweiten Teilstrahl-Detektor (304B) detektiert

wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Teilstrahl (105A) und der zweite Teilstrahl (105B) mit einem optischen Element (106) auf den Überlagerungsbereich (5) fokussiert werden und mit demselben optischen Element (106) das doppler-verschobene Raumwinkel-Streulichtsignal (116) gesammelt

wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Detektieren des doppler-verschobenen ersten Teilstrahl-Streulichtsignals (109A) und optional das Detektieren des dopplerverschobenem Raumwinkel-Streulichtsignal (116) und/oder des doppler-verschobenen zweiten Teilstrahl-Streulichtsignals (109B) zumindest das Messen der Frequenz des jeweiligen Streulichtsignals (109A, 116, 109B) umfasst.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiters aufweisend:

- Unterbrechen des zweiten Teilstrahls (105B) während des Detektierens des doppler-verschobenen ersten Teilstrahl-Streulichtsignals (109A);

- optional Unterbrechen des ersten Teilstrahls (105A) während des Detektierens des doppler-verschobenen zweiten TeilstrahlStreulichtsignals (109B).

9, Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiters aufweisend:

- Bereitstellen eines dritten Teilstrahls (105C);

- Richten des dritten Teilstrahls (105C) entlang eines dritten optischen Pfades (4C) auf den Überlagerungsbereich (5), sodass der dritte optische Pfad (4C) den ersten optischen Pfad (4A) und den zweiten optischen Pfad (4B) im Überlagerungsbereich (5) kreuzt, wobei der Pfad (6), in den das detektierte doppler-verschobenem Raumwinkel-Streulichtsignal (116) gestreut wurde, wei-

ters vom dritten optischen Pfad (4C) verschieden ist.

10. Verfahren nach Anspruch 9, weiters aufweisend:

- Unterbrechen des dritten Teilstrahls (105C) während des Detektierens des doppler-verschobenen ersten Teilstrahl-Streulichtsignals (109A);

- optional Unterbrechen des dritten Teilstrahls (105C) während des Detektierens des doppler-verschobenen zweiten TeilstrahlStreulichtsignals (109B).

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, weiters aufweisend:

- Unterbrechen des dritten Teilstrahls (105C) während des Detektierens des doppler-verschobenen Raumwinkel-Streulichtsignals (116).

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, weiters aufweisend:

- Detektieren eines doppler-verschobenen dritten TeilstrahlStreulichtsignals (109C), das von den Tracer-Partikeln (107) im Überlagerungsbereich (5) zumindest abschnittsweise dem dritten

optischen Pfad (4C) folgend zurückgestreut wurde;

- optional Unterbrechen des ersten Teilstrahls (105A) und/oder des zweiten Teilstrahls (105B) während des Detektierens des dritten Teilstrahl-Streulichtsignals (109C).

13. Verfahren nach Anspruch 8 oder einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei

- das Detektieren des ersten Teilstrahl-Streulichtsignals (109A) das Bestimmen einer Amplitude des ersten Teilstrahl-Streulichtsignals (109A) umfasst;

- vorzugsweise das Detektieren des zweiten Teilstrahl-Streulichtsignals (109B) das Bestimmen einer Amplitude des zweiten Teilstrahl-Streulichtsignals (109B) umfasst;

- vorzugsweise das Detektieren des dritten Teilstrahl-Streulichtsignals (109C) das Bestimmen einer Amplitude des dritten Teilstrahl-Streulichtsignals (109C) umfasst.

14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei ein Winkel, unter dem sich der erste Teilstrahl (105A) und der zweite Teilstrahl (105B) im Überlagerungsbereich kreuzen, verschieden ist von einem Winkel, unter dem sich der zweite Teilstrahl (105B) und der dritte Teilstrahl (105C) im Überlagerungsbereich kreuzen, und

vorzugsweise der Winkel, unter dem sich der erste Teilstrahl (105A) und der dritte Teilstrahl (105C) im Überlagerungsbereich kreuzen, verschieden ist von einem Winkel, unter dem sich der erste Teilstrahl (105A) und der zweite Teilstrahl (105B) im Überlagerungsbereich kreuzen, und

vorzugsweise der Winkel, unter dem sich der zweiten Teilstrahl (105B) und der dritte Teilstrahl (105C) im Überlagerungsbereich kreuzen, verschieden ist von dem Winkel, unter dem sich erste Teilstrahl (105A) und der dritte Teilstrahl (105C) im

Überlagerungsbereich kreuzen.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 und 14, wobei das Verfahren umfasst:

- Bestimmen ein absoluten Bewegungsrichtung der Fluid-Strömung im Überlagerungsbereich zumindest aus der Amplitude des ersten Teilstrahl-Streulichtsignals (109A), vorzugsweise aus der Amplitude des zweiten Teilstrahl-Streulichtsignals (109B) und vorzugsweise aus der Amplitude des dritten Teilstrahl-Streulichtsignals (109C).

16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiters aufweisend:

—- Aufteilen, insbesondere mit einem Filterelement (110), eines in den vom ersten optischen Pfad, vom zweiten optischen Pfad und optional vom dritten optischen Pfad (4C) verschiedenen Pfad (6) gestreuten Raumwinkel-Streulichtsignals (108) in ein dopplerverschobenes Raumwinkel-Streulichtsignal (116), das den dopplerverschobenen Anteil des Raumwinkel-Streulichtsignals (108) auf-

weist, und ein Analyse-Streulichtsignal (115).

17. Verfahren nach Anspruch 16, weiters aufweisend: - Bestimmung eines Spektrums oder charakteristischen Kennwerts der Fluidströmung aus dem Analyse-Streulichtsignal (115), insbe-

sondere ein Raman-Spektrum und/oder ein Fluoreszenz-Spektrum.

18. Vorrichtung (1) zur Bestimmung zumindest einer Geschwindigkeitskomponente einer Fluidströmung, insbesondere zur LaserDoppler-Anemometrie, aufweisend:

- eine Lichtquellenanordnung (2) zum Bereitstellen zumindest eines ersten Teilstrahls (105A) und eines zweiten Teilstrahls (105B);

- eine optische Richtvorrichtung (3) zum Richten des ersten Teilstrahls (105A) entlang eines ersten optischen Pfades (4A) und des zweiten Teilstrahls (105B) entlang eines zweiten optischen Pfades (4B) auf einen Überlagerungsbereich (5) innerhalb einer Fluidströmung, sodass sich der erste optische Pfad (4A) und der zweite optische Pfad (4B) im Überlagerungsbereich (5) kreuzen;

—- einen Teilstrahl-Detektor (113, 113‘, 304A), der angeordnet ist zum Detektieren eines doppler-verschobenen ersten Teilstrahl-Streulichtsignals (109A), das von Tracer-Partikeln (107) in der Fluidströmung im Überlagerungsbereich (5) zumindest abschnittsweise dem ersten optischen Pfad (4A) folgend zurückgestreut wurde;

- einen Raumwinkel-Detektor (112), der angeordnet ist zum Detektieren eines doppler-verschobenen Raumwinkel-Streulichtsignals (116), das von den Tracer-Partikeln (107) im Überlagerungsbereich (5) in einen zumindest vom ersten optischen Pfad (4A) und vom zweiten optischen Pfad (4B) verschiedenen Pfad (6) gestreut

wurde.

19. Vorrichtung (1) nach Anspruch 18, wobei

- die Lichtquellenanordnung (2) zum Bereitstellen eines dritten Teilstrahls (105C) ist; und

- die optische Richtvorrichtung (3) zum Richten des dritten Teilstrahls (105C) entlang eines dritten optischen Pfads (4C) auf den Überlagerungsbereich (5) ist, sodass der dritte optische Pfad (4C) den ersten optischen Pfad (105A) und den zweiten optischen Pfad (105B) im Überlagerungsbereich (5) kreuzt, wobei der Pfad (6), in den das detektierte doppler-verschobene RaumwinkelStreulichtsignal (116) gestreut wurde, weiters vom dritten opti-

schen Pfad (4C) verschieden ist.

20. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 18 oder 19, wobei die optische Richtvorrichtung (3) aufweist:

- ein optisches Element (106), mit dem der erste Teilstrahl (105A), der zweite Teilstrahl (105B) und optional der dritte Teilstrahl (105C) kreuzend auf den Überlagerungsbereich (5) fokussiert werden und mit dem das doppler-verschobene Raumwinkel-

Streulichtsignal (116) fokussiert wird.

21. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 18 bis 20, aufweisend ein Filterelement (110), mit dem ein in den zumindest vom ersten optischen Pfad (4A), vom zweiten optischen Pfad (4B) und optional vom dritten optischen Pfad (4C) verschiedenen Pfad (6) gestreutes Raumwinkel-Streulichtsignal (108) in ein doppler-verschobenes Raumwinkel-Streulichtsignal (116), das den dopplerverschobenen Anteil des Raumwinkel-Streulichtsignals (108) auf-

weist, und ein Analyse-Streulichtsignal (115) aufgeteilt wird.

22. Vorrichtung (1) nach Anspruch 21, wobei der erste Teilstrahl (105A), der zweite Teilstrahl (105B) und optional der dritte

Teilstrahl (105C) an dem Filterelement (110) vorbei verlaufen.

23. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 18 bis 22, aufweisend:

—- einen ersten Verschluss (114A), mit dem der erste Teilstrahl (105A) unterbrochen werden kann;

- optional einen zweiten Verschluss (114B), mit dem der zweite Teilstrahl (105B) unterbrochen werden kann;

- optional einen dritten Verschluss (114C), mit dem der dritte

Teilstrahl (105C) unterbrochen werden kann.