DE102014011480B3

DE102014011480B3 - Verfahren zum Kalibrieren eines Teilchenbild-Velozimeters und Teilchenbild-Velozimeter

Info

Publication number: DE102014011480B3
Application number: DE102014011480.5A
Authority: DE
Inventors: Thomas Eichler; Martin Straka; Markus Juling
Original assignee: Bundesrepublik Deutschland; Bundesministerium fuer Wirtschaft und Energie
Current assignee: Bundesrepublik Deutschland; Bundesministerium fuer Wirtschaft und Energie
Priority date: 2014-07-31
Filing date: 2014-07-31
Publication date: 2015-11-12
Anticipated expiration: 2034-08-01

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalibrieren eines Teilchenbild-Velozimeters (10), insbesondere eines Stereo-Teilchenbild-Velozimeters, das zumindest eine Kamera (60) und eine Durchleitung (12) für ein Fluid, umfasst, mit den Schritten: Kreuzen eines ersten Laserstrahls (20) mit einem zweiten Laserstrahl (22) in einem Überlagerungsbereich innerhalb der Durchleitung (12), Erfassen zumindest einer Position des Überlagerungsbereichs aus einer Strahl-Lage der Laserstrahlen (20, 22), Aufnehmen eines ersten Bilds und zumindest eines zweiten Bilds des Überlagerungsbereichs mittels der Kamera (60) und Kalibrieren des Teilchenbild-Velozimeters anhand der zumindest einen erfassten Position und des zumindest einen Bildes.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalibrieren eines Teilchenbild-Velozimeters, insbesondere eines Stereo-Teilchenbild-Velozimeters, das zumindest eine Kamera und eine Durchleitung für ein Fluid aufweist. Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Teilchenbild-Velozimeter, insbesondere ein Stereo-Teilchenbild-Velozimeter, mit (a) einer Durchleitung zum Durchleiten eines Fluids in einer Strömungsrichtung, (b) einer Laserlichtquelle, (c) einer Kamera zum Aufnehmen eines Bild des Fluids und (d) einer elektrischen Auswertereinheit.
Teilchenbild-Velozimeter sind auch unter ihrer englischen Bezeichnung particle image velocimeter (PIV) bekannt. Das Messprinzip beruht darauf, dass in einem Fluidstrom enthaltene kleine Partikel zu zwei zeitlich wenig beabstandeten Zeitpunkten fotografiert werden. Aus den beiden aufgenommenen Bildern wird die Wegstrecke berechnet, die das jeweilige Teilchen in der Zeitspanne zwischen den beiden Aufnahmen zurückgelegt hat. Daraus wird die Geschwindigkeit des Teilchens ermittelt. Auf diese Weise wird ein Geschwindigkeitsfeld über den Querschnitt der Durchleitung erhalten, in dem das Fluid strömt.
Basierend auf der Annahme, dass die lokale Strömungsgeschwindigkeit des Fluids identisch ist mit der lokalen Teilchengeschwindigkeit, wird so das Geschwindigkeitsfeld erhalten. Teilchenbild-Velozimeter können daher zur Messung der Geschwindigkeitsfelder beispielsweise in Windkanälen oder in Kapillaren eingesetzt werden.
Aus diesem Geschwindigkeitsfeld kann durch Integration über die Querschnittsfläche der Durchleitung der Durchfluss an Fluid berechnet werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Teilchenbild-Velozimeter daher eine Durchflussmessvorrichtung.
Teilchenbild-Velozimeter müssen kalibriert werden. Es ist bekannt, dazu spezielle Messplatten in die Durchleitung einzubringen und mit der Kamera aufzunehmen. Auf der Messplatte sind Markierungen aufgebracht, die von der Kamera abgebildet werden. Es kann daher der Abstand der Markierungen auf der Messplatte in Pixeln bestimmt werden. Da die Abstände auf der Messplatte genau eingemessen sind, kann durch Vergleich der wahren Abstände mit dem von der Kamera in Pixeln gemessenen Abstand die Kamera kalibriert werden. Bei der späteren Messung der Teilchengeschwindigkeit ergibt sich eine Geschwindigkeit in Pixeln pro Sekunde, die wegen der Kalibrierung in eine absolute Längeneinheit, insbesondere eine Si-Längeneinheit, umgerechnet wird.
Nachteilig an bekannten Verfahren zum Kalibrieren von Teilchenbild-Velozimetern ist, dass diese aufwendig sind. Es ist nämlich notwendig, die Messplatte in die Durchleitung einzubringen, die nachher mit dem Fluid durchströmt werden soll. Das ist besonders dann nachteilig, wenn der Durchfluss durch eine Durchleitung gemessen werden soll, die schlecht zugänglich ist oder gefährliche Fluide transportiert. Im Kalibrierzustand sind sehr schwer die Bedingungen des Messzustandes herzustellen, wodurch es zu Abweichungen kommen kann wie zum Beispiel unterschiedliche Brechungsindizes aufgrund unterschiedlicher Temperaturen, was die Messunsicherheit erhöht.
Nachteilig ist zudem, dass die Kalibrierung häufig nicht unter den gleichen Bedingungen durchgeführt werden kann wie die spätere Messung. Soll beispielsweise der Durchfluss eines giftigen Gases bestimmt werden, kann das Teilchenbild-Velozimeter nur unter großem Aufwand damit kalibriert werden. Wird ein anderes Fluid verwendet, kann es zu systematischen Messunsicherheiten kommen. Ein Ausbau der Messplatte bzw. Umbau des Setups trägt immer mechanische Einflüsse in das Gesamtsystem ein, die wiederum zu einer Erhöhung der Messunsicherheit führen.
Aus der US 2012/0263448 A1 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Ausrichten mehrerer Kameras bekannt, sodass deren Foki auf einer Geraden liegen. Dazu werden Objekte im Sichtfeld mit zwei Lichtebenen beleuchtet. Danach wird zunächst die erste Lichtebenen so ausgerichtet, dass zwei Kameras zwei Geraden aufnehmen, die durch das Beleuchten mit der ersten Lichtebene sichtbar werden. Nachfolgend wird die zweite Lichtebenen so ausgerichtet, dass die zwei Kameras zwei weitere Geraden aufnehmen, die durch das Beleuchten mit der zweiten Lichtebene sichtbar werden. Abschließend wird eine dritte Kamera so ausgerichtet, dass die Lichtebenen auf den Objekten als zwei weitere Linien sichtbar sind. Ein derartiges Vorgehen ist zum Kalibrieren von Teilchenbild-Velozimetern wenig geeignet, da diese in der Regel weniger als drei Kameras aufweisen und diese relativ zur Durchleitung ausgerichtet werden müssen, nicht aber zueinander.
Aus der US2006/0206255 A1 ist eine Vorrichtung zum Vermessen eines Zündfunkens einer Zündkerze bekannt. Eine derartige Vorrichtung ist als Teilchenbild-Velozimeter ungeeignet.
Die WO 2005/017450 A1 beschreibt einen Kalibrierkörper für 3D-Scanner. Bei einem solchen 3D-Scanner tritt das Problem nicht auf, dass die Lichtstrahlen zunächst durch eine Glasscheibe treten müssen, sodass der Kalibrierkörper für Teilchenbild-Velozimeter keine Vorteile bietet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Nachteile im Stand der Technik zu vermindern.
Die Erfindung löst das Problem durch ein Verfahren mit den Schritten (a) Kreuzen eines ersten Laserstrahls mit einem zweiten Laserstrahl in einen Überlagerungsbereich innerhalb der Durchleitung, (b) Erfassen von zumindest zwei Positionen des Überlagerungsbereichs aus einer Strahl-Lage der Laserstrahlen, (c) Aufnehmen von zumindest zwei Bildern des Überlagerungsbereichs mittels der Kamera und (d) Kalibrieren des Teilchenbild-Velozimeters anhand der zumindest zwei erfassten Positionen und der zumindest zwei Bilder.
Gemäß einem zweiten Aspekt löst die Erfindung das Problem durch ein gattungsgemäßes Teilchenbild-Velozimeter, dessen Laserlichtquelle eingerichtet ist zum Erzeugen von zwei Laserstrahlen, die einander in einem Überlappungsbereich überlagern, wobei die Kamera zum Aufnehmen des Bilds im Überlagerungsbereich ausgerichtet ist und wobei die elektrische Auswerteeinheit ausgebildet ist zum automatischen Durchführen eines Verfahrens mit den Schritten: (i) Berechnen von zumindest zwei Positionen des Überlagerungsbereichs aus einer Laserlichtquellen-Position der Laserlichtquelle, (ii) Aufnehmen von zumindest zwei Bildern des Überlagerungsbereichs mittels der Kamera und (iii) Kalibrieren des Teilchenbild-Velozimeters anhand der zumindest zwei erfassten Positionen und der zumindest zwei Bilder.
Vorteilhaft an der Erfindung ist, dass die Kalibrierung durchgeführt werden kann, ohne dass die Durchleitung geöffnet werden muss. Der Überlagerungsbereich der Laserstrahlen dient als die Markierungen, anhand derer das Teilchenbild-Velozimeter kalibriert wird. In anderen Worten ersetzen die Überlagerungsbereiche die Markierungen auf der Messplatte, die im Stand der Technik zur Kalibrierung verwendet wurde. Die Kalibrierung kann daher unter den gleichen Bedingungen durchgeführt werden wie beim späteren Einsatz. Das vermindert die systematische Messunsicherheit.
Vorteilhaft ist zudem, dass der Überlagerungsbereich grundsätzlich an jede beliebige Stelle in der Durchleitung positioniert werden kann. Die Lage des Rasters der Kalibrierpunkte kann daher so gewählt werden, wie es für die jeweilige Messaufgabe günstig ist. Auch so kann die systematische Messunsicherheit verringert werden.
Günstig ist zudem, dass die Kalibrierung automatisiert durchgeführt werden kann. Das ermöglicht es, den zeitlichen Abstand zwischen zwei Kalibrierungen zu verringern, was insbesondere dann von Vorteil ist, wenn sich die Messbedingungen ändern.
Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung wird unter dem Laserstrahl insbesondere ein Laserstrahl verstanden, der eine Halbwertsbreite von weniger als 250 Mikrometer, insbesondere weniger als 100 Mikrometer, hat. Je kleiner die Halbwertsbreite des Laserstrahls ist, desto kleiner ist der Überlagerungsbereich, sodass eine hohe Ortsauflösung erreicht werden kann. Die Laserstrahlen sind so intensiv und so breit gewählt, dass der Überlagerungsbereich sicher mit der Kamera erfasst werden kann.
Ein Fluid ist insbesondere ein Gas, ein Aerosol, ein Rauch oder eine partikelhaltige Flüssigkeit.
Unter dem Merkmal, dass die Position des Überlagerungsbereichs aus einer Strahl-Lage der Laserstrahlen erfasst wird, wird insbesondere verstanden, dass zunächst die Lage der Laserstrahlen außerhalb der Durchleitung bestimmt wird und dass danach aus dieser Lage der Laserstrahlen die Lage des Überlagerungsbereichs berechnet wird. Diese Art der Berechnung ist als Strahlverfolgungsrechnung bekannt und wird auch bei Laser-Doppler-Velozimetern eingesetzt. Bei der Strahlverfolgungsrechnung wird der Verlauf jedes Laserstrahls durch ein Fenster in der Durchleitung mithilfe des Berechnungsgesetzes berechnet.
Weiter unten wird zudem ein Verfahren beschrieben, das alternativ oder zusätzlich dazu verwendet werden kann und das es erlaubt, die Position des Überlagerungsbereichs mittels einer Kalibrierung, die eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens darstellt, ausschließlich aus der Lage der Laserquelle zu berechnen.
Darunter, dass die Position des Überlagerungsbereichs erfasst wird, wird sowohl ein Bestimmen der absoluten Position als auch ein Bestimmen einer relativen Position verstanden. Die absolute Position des Überlagerungsbereichs ist die Position in einem Koordinatensystem, in dem auch die Lage der Durchleitung bekannt ist. Die relative Position ist die Position bezogen auf einen vorgegebenen Punkt in der Durchleitung.
Damit die zumindest eine Kamera Bilder von Partikeln oder Tröpfchen im Fluid aufnehmen kann, besteht die Durchleitung zumindest abschnittsweise aus einem Material, das in dem Wellenlängenbereich durchsichtig ist, in dem die Kamera das Bild aufnimmt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden der erste Laserstrahl und der zweite Laserstrahl mittels einer Laserlichtquelle erzeugt, wobei das Erfassen der Position des Übergansbereichs aus einer Strahllage der Laserstrahlen ein Berechnen der Position des Überlagerungsbereichs anhand einer Laserlichtquelle-Lage der Laserlichtquelle umfasst. Unter dem Berechnen der Position des Überlagerungsbereichs wird insbesondere eine Strahlverfolgungsrechnung verstanden.
Unter der Lage wird die Gesamtheit aus der Position, die durch drei kartesische Koordinaten angegeben werden kann, und der Orientierung, die durch drei Winkel, beispielsweise die Eulerwinkel, angegeben werden kann, verstanden. Die Lage der Laserlichtquelle relativ zur Durchleitung legt die Lage des Überlagerungsbereichs relativ zur Durchleitung eindeutig fest. Weiter unten wird ein Verfahren beschrieben, wie aus der Laserlichtquellen-Lage die Position des Überlagerungsbereichs berechnet werden kann.
Es ist möglich, dass die Laserlichtquelle mehrere Laser umfasst. Diese sind vorzugsweise starr miteinander verbunden. Grundsätzlich ist es auch möglich, dass zwei Laser verwendet werden, die relativ zueinander beweglich sind, das erhöht aber den apparativen Aufwand.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren die Schritte: (a) Kreuzen der Laserstrahlen in einem zweiten Überlagerungsbereich innerhalb der Durchleitung, (b) Erfassen einer zweiten Position des zweiten Überlagerungsbereichs aus einer zweiten Strahl-Lage der Laserstrahlen und (c) Aufnehmen zumindest eines zweiten Bilds des Überlagerungsbereiches mit der Kamera, wobei (d) das Kalibrieren des Teilchenbild-Velozimeters das Errechnen einer Positionsänderung der ersten Position und der zweiten Position aus den jeweiligen Laserlichtquellen-Lagen, ein Bestimmen einer Bild-Positionsänderung zwischen der ersten Position und der zweiten Position des Überlagerungsbereichs aus dem ersten Bild und dem zweiten Bild und ein Kalibrieren des Teilchenbild-Velozimeters anhand der Positionsänderung und der Bild-Positionsänderung umfasst. Dadurch wird das Finden der absoluten Position in der Durchleitung, was sehr aufwändig sein kann, entbehrlich.
Vorzugsweise liegen die Überlagerungsbereiche in der Messebene. In der Messebene erfolgt später die Messung der Geschwindigkeitsverteilung von Partikeln in dem Fluid.
Besonders bevorzugt ist ein Verfahren, das mittels eines Teilchenbild-Velozimeters durchgeführt wird, dessen Durchleitung zumindest drei Markierungen aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: (a) Erfassen einer Laserlichtquellen-Position der Laserlichtquelle relativ zur Markierung, (b) Bestrahlen der Markierung mit zumindest einem der Laserstrahlen, (c) Erfassen einer Licht-Intensität an von der Markierung gestreutem Licht, (d) Bewegen der Laserlichtquelle relativ zur Markierung, sodass sich die Licht-Intensität ändert, Wiederholen der Schritte (a) bis (d) für die zumindest drei Markierungen, sodass Licht-Intensitäten für zumindest drei Laserlichtquellen-Positionen erhalten werden, und Ermitteln der Position des Überlagerungsbereichs relativ zu den Markierungen aus den Licht-Intensitäten und den zugehörigen Laserlichtquellen-Positionen, sodass aus einer vorgegebenen Laserlichtquellen-Position die Lage des Überlagerungsbereichs in der Durchleitung berechenbar ist.
Mithilfe dieses Verfahrens kann der Überlagerungsbereich an einer vorgebbaren Stelle in der Durchleitung positioniert werden. Diese Position ist mit hoher Genauigkeit bekannt. Das ermöglicht eine Kalibrierung der Kamera mit einer geringen Messunsicherheit. Vorteilhaft ist zudem, dass lediglich zumindest drei Markierungen an der Durchleitung angebracht sein müssen, um das Partikelbild-Velozimeter automatisch kalibrieren zu können. Günstig ist es, wenn die Durchleitung mehr als drei Markierungen aufweist. Die Lage der Markierungen ist mit geringer Messunsicherheit bekannt, beispielsweise beträgt die Positions-Messunsicherheit weniger als 60 Mikrometer, insbesondere weniger als 30 Mikrometer.
Besonders bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem das Bewegen der Laserlichtquelle ein Bewegen in zwei unabhängigen Raumdimensionen ist und bei dem das Ermitteln einer Lage des Überlagerungsbereichs die folgenden Schritte umfasst: (f1) für die Lichtintensitäten, die von der Streuung des ersten Laserstrahls an einer vorgegebenen Markierung hervorgerufen werden, Berechnen eines Erstlaserstrahl-Mittelpunkts des ersten Laserstrahls, insbesondere durch Anpassen der Licht-Intensität mit einer Fit-Funktion (f2) für die Licht-Intensitäten, die von der Streuung des zweiten Laserstrahls an der vorgegebenen Markierung hervorgerufen werden, berechnen eines Zweitlaserstrahl-Mittelpunkts des zweiten Laserstrahls, insbesondere durch Anpassen der Lichtintensität mit einer Fit-Funktion, und (f3) Berechnen eines Überlagerungsbereich-Mittelpunkts aus den Erstlaserstrahl-Mittelpunkten und den Zweitlaserstrahl-Mittelpunkten, wobei dieses Berechnen des Überlagerungsbereich-Mittelpunkts vorzugsweise durch Anpassen der Erstlaserstrahl-Mittelpunkte mit einer ersten Geraden, ein Anpassen der Zweitlaserstrahl-Mittelpunkte mit einer zweiten Geraden und durch Berechnen des Überlagerungsbereichs-Mittelpunkts als Schnittpunkt der ersten Geraden und der zweiten Geraden durchgeführt wird. Auf diese Weise wird die Position des Überlagerungsbereichs mit hoher Genauigkeit bestimmt, was die Messgenauigkeit, die mit dem Teilchenbild-Velozimeter erreichbar ist, erhöht.
Günstig ist es, wenn die Laserlichtquelle eingerichtet ist zum Abgeben eines ersten Laserstrahls mit einer ersten Wellenlänge und eines zweiten Laserstrahls mit einer zweiten Wellenlänge, wobei die erste Wellenlänge und die zweite Wellenlänge gleich sein können, und wobei die Kamera einen Filter zum Herausfiltern von Licht anderer Wellenlängen besitzt. Auf diese Weise wird der Kontrast erhöht und die Messgenauigkeit beim Erfassen der Lage des Überlagerungsbereichs erhöht. Es ist selbstverständlich möglich, dass das Filterlicht andere Wellenlängen nicht vollständig herausfiltert. Maßgeblich ist, dass so viel Licht der anderen Wellenlängen herausgefiltert wird, dass die beiden Laserstrahlen mit höherem Kontrast zu erkennen sind.
Vorzugsweise besitzt die Durchleitung an zumindest drei Stellen eine Markierung, wobei die Laserlichtquelle relativ zur Durchleitung quer zur Strömungsrichtung verfahrbar ist. Dies ermöglicht es, das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen. Vorzugsweise ist die Laserlichtquelle automatisch relativ zur Durchleitung verfahrbar. Die elektrische Auswerte- und Ansteuereinheit ist dann eingerichtet zum automatischen Verfahren der Laserlichtquelle an eine vorgegebene Position.
Günstig ist es, wenn die Markierungen auf nur einer axialen Höhe bezüglich einer Längsachse der Durchleitung angeordnet sind. Das erhöht die erreichbare Genauigkeit bei der Kalibrierung.
Vorzugsweise umfasst die Durchleitung ein transparentes Rohr, dessen Innendurchmesser und/oder Außendurchmesser eine Abweichung von einem idealen Kreis von weniger als 200 Mikrometern hat, wobei die Markierung vorzugsweise an einem Umfang des Rohrs ausgebildet ist. Auf diese Weise ist die Lage der Markierungen mit hoher Genauigkeit bekannt, sodass eine hohe Messgenauigkeit beim Messen des Durchflusses erreichbar ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform besitzt das Teilchenbild-Velozimeter eine Positions-Messvorrichtung, mittels der eine Laserlichtquellen-Position der Laserlichtquelle relativ zur Markierung messbar ist. Alternativ oder zusätzlich weist das Teilchenbild-Velozimeter eine Positioniervorrichtung, mittels der die Laserlichtquelle automatisch auf eine vorgegebene Laserlichtquellen-Position relativ zur Markierung positionierbar ist, auf. Das ermöglicht ein automatisches Kalibrieren des Teilchenbild-Velozimeters.
Günstig ist es, wenn die elektrische Ansteuereinheit ausgebildet ist zum automatischen Durchführen eines Verfahrens, das die folgenden Schritte umfasst: (a) Erfassen einer Laserlichtquellen-Position der Laserlichtquelle relativ zur Markierung, (b) Ansteuern der Laserlichtquelle, sodass diese die Markierung mit zumindest einem der Laserstrahlen bestrahlt, (c) Erfassen einer Licht-Intensität an von der Markierung gestreutem Licht, (d) Ansteuern der Laserlichtquelle, sodass diese sich relativ zur Markierung bewegt, sodass sich die Licht-Intensität ändert, (e) Wiederholen der Schritte (a) bis (d) für die zumindest drei Markierungen, sodass Licht-Intensitäten für zumindest drei Laserlichtquellen-Positionen erhalten werden, und (f) Ermitteln einer Lage des Überlagerungsbereichs relativ zu den Markierungen aus den Licht-Intensitäten und den zugehörigen Laserlichtquellen-Positionen, sodass aus einer vorgegebenen Laserlichtquellen-Position die Lage des Überlagerungsbereichs in der Durchleitung berechenbar ist.
Es ist möglich, dass die Licht-Intensitäten mit der Kamera gemessen werden, vorzugsweise besitzt das Teilchenbild-Velozimeter aber eine Intensitätsmessvorrichtung, beispielsweise eine Fotodiode.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Teilchenbild-Velozimeter eingerichtet zum automatischen Berechnen eines Durchflusses des Fluids durch die Durchleitung. Dazu umfasst das Teilchenbild-Velozimeter eine elektrische Auswerteeinheit, die eingerichtet ist zum automatischen Berechnen des Durchflusses aus dem gemessenen Geschwindigkeitsfeld. Ein derartiges Teilchenbild-Velozimeter kann auch als Laser-Durchflussmessgerät bezeichnet werden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt:
1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Teilchenbild-Velozimeters in Form eines Laser-Durchflussmessgeräts,
2 das Teilchenbild-Velozimeter in Form des Laser-Durchflussmessgeräts gemäß 1 mit einem schematischen Vergleich zwischen der positionsabhängig gemessenen Streuintensität und der Lage des Überlagerungsbereichs relativ zu einer Markierung,
3 eine Grafik zur Darstellung, wie die Lage des Überlagerungsbereichs bestimmt wird,
4 eine Grafik mit der Darstellung, wie die Position der Strahlteile bestimmt wird,
5a einen Querschnitt durch die Durchleitung und
5b die Bestimmung der Lage des Überlagerungsbereichs in x-Richtung bei einer Kalibrierung gemäß der Erfindung.
6a zeigt die Bestimmung des Überlagerungsbereichs mittels Filtern und Geraden und
6b die Bestimmung des Überlagerungsbereichs mittels Acht-Punkt-Technik.
1 zeigt ein erfindungsgemäßes Teilchenbild-Velozimeter 10, im vorliegenden Fall in Form eines Laser-Durchflussmessgeräts 10. Das Teilchenbild-Velozimeter 10 weist eine Durchleitung 12 und eine Laserlichtquelle 14 auf. Die Durchleitung 12 umfasst ein transparentes Rohr 16, das in einer Druckkammer 18 angeordnet ist. Die Druckkammer 18 ist so ausgebildet, dass in ihr stets der gleiche Druck herrscht wie im Inneren des Rohrs 16, sodass eine Druckdifferenz zwischen einer Außenseite des Rohrs 16 und einer Innenseite des Rohrs 16 in hinreichend guter Annäherung Null ist. Dazu kann das Teilchenbild-Velozimeter 10 eine Druckregelung zum Regeln des Drucks auf einen Soll-Druck aufweisen.
Die Laserlichtquelle 14 erzeugt im Betrieb einen ersten Laserstrahl 20 und einen zweiten Laserstrahl 22, die einander in einem Überlagerungsbereich 24 überlagern. Die Laserstrahlen 20, 22 können aus kohärentem Licht bestehen und beispielsweise aus einem Laserstrahl durch Strahlteilung erzeugt werden. Dann bildet sich im Überlagerungsbereich 24 ein Interferenzmuster aus. Das ist aber nicht notwendig, es ist auch möglich, dass die Laserstrahlen 20, 22 in keinerlei Phasenbeziehung zueinander stehen und/oder unterschiedliche Wellenlängen haben.
Das Rohr 16 ist aus einem Material hergestellt, das sowohl für das Laserlicht als auch für das durch die Doppler-Verschiebung entstehende Streulicht hinreichend transparent ist. Beispielsweise ist das Rohr 16 aus Glas aufgebaut.
Das Laser-Durchflussmessgerät 10 umfasst eine Positioniervorrichtung 26, die im vorliegenden Fall einen ersten Lineartisch 28, mittels dem die Laserlichtquelle 14 in eine x-Richtung verfahrbar ist, und einen zweiten Lineartisch 30 zum Verfahren der Laserlichtquelle 14 in einer zur x-Richtung senkrechten y-Richtung umfasst. Die Positioniervorrichtung 26 besitzt zudem einen dritten Lineartisch 32 zum Verfahren der Laserlichtquelle 14 in einer z-Richtung, die senkrecht auf der x- und der y-Richtung steht. Die y-Richtung verläuft parallel zu einer Längsachse L des Rohrs 16. Die beiden Laserstrahlen 20, 22 verlaufen in der x-z-Ebene, was die Auswertung vereinfacht.
Für die absolute Positionsbestimmung zwischen der Rohrleitung und der Laserlichtquelle 14 liegen die Laserstrahlen vorzugweise in der x-y-Ebene. Für eine Positionsbestimmung auf dem Kamerabild ist es von Vorteil, wenn die Laserstrahlen in der y-z-Ebene liegen, da so die Auswertung vereinfacht wird. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Laserlichtquelle daher um die x-Achse drehbar. Alternativ oder zusätzlich ist die Laserlichtquelle 14 ausgebildet zum Abgeben von vier Laserstrahlen, von denen jeweils zwei in einer Ebene liegen, wobei diese Ebenen vorzugsweise senkrecht zueinander verlaufen.
Die Druckkammer 18 besitzt ein schematisch eingezeichnetes Fenster 34, durch das die Laserstrahlen 20, 22 auf das Rohr 16 fallen. Es ist zu erkennen, dass das Rohr 16 eine Markierung 36 besitzt, die im vorliegenden Fall durch eine Ritzung gebildet ist, die auf einer Innenseite 38 eingebracht ist. Die Markierung 36 erstreckt sich auf nur einer axialen Höhe bezüglich der Längsachse L des Rohrs 16 und ist daher kreisförmig oder teilkreisförmig und insbesondere in erster Näherung nicht ellipsoid. Das Rohr 16 hat einen Innendurchmesser d_innen, der d_innen = 75 mm ± 30 μm beträgt. Der Außendurchmesser d_außen beträgt d_außen = 89 mm ± 100 μm.
Schematisch eingezeichnet ist eine elektrische Ansteuereinheit 40, die mit einem schematisch eingezeichneten ersten Stellmotor 42 des ersten Lineartischs 28, einem schematisch eingezeichneten zweiten Stellmotor 44 des zweiten Lineartischs 30 und einem dritten schematisch eingezeichneten Stellmotor 46 des dritten Lineartischs 32 zum Ansteuern verbunden ist. Mittels der Ansteuereinheit 40 kann die Laserlichtquelle 14 auf eine vorgebbare Position P(x, y, z) gebracht werden.
1 zeigt zudem, dass das Laser-Durchflussmessgerät 10 eine erste Kamera 60, eine zweite Kamera 62 und eine Pulslichtquelle 64 besitzt. Die Pulslichtquelle 64 ist so angeordnet, dass sie die Durchleitung im Überlagerungsbereich 24 fächerförmig beleuchtet. Das von der Pulslichtquelle 64 erzeugte Lichtfeld ist in Strömungsrichtung R schmal. Es erstreckt sich vorzugsweise in der gleichen Ebene wie die Laserstrahlen 20, 22, im vorliegenden Fall also in der x-z-Ebene. Die Kameras 60, 62 sind so angeordnet, dass sie den von der Pulslichtquelle 64 ausgeleuchteten Bereich der Durchleitung erfassen.
Bei der Pulslichtquelle 64 handelt es sich vorzugsweise um einen Laser, dessen Laserstrahl mittels geeigneter Linsen fächerförmig ausgebildet wird, der ausgebildet ist zum Abgeben von zeitlich kurz beabstandeten Lichtpulsen. Das Betreiben eines Teilchenbild-Velozimeters gehört zum Stand der Technik und wird daher nicht weiter erläutert.
2 zeigt, dass die Laserlichtquelle 14 einen Laser 48, einen Kollimator 50, einen Strahlteiler 52, eine Strahloptik 54 und eine Streulichtauskopplung 56 umfasst. Mittels der Streulichtauskopplung 56 wird beispielsweise an einer der Markierungen gestreutes Laserlicht in eine Lichtleitfaser 57 eingekoppelt, die das Streulicht zu einer Auswerteeinheit leitet.
Schematisch sind Positionen der Markierung 36.1, 36.2, 36.3, 36.4 relativ zur Laserlichtquelle 14 eingezeichnet. Es ist anhand des oben eingezeichneten Diagramms zu erkennen, dass die Streulichtintensität I in Abhängigkeit von der y-Position ein umso schärferes Maximum zeigt, je dichter der Überlagerungsbereich 24, der auch als Messvolumen bezeichnet werden kann, an der Markierung 36 liegt. (Bezugszeichen ohne Zählsuffix beziehen sich auf alle entsprechenden Objekte.) Die gezeigten Kurven I(y) werden erhalten, indem eine feste x-Position angefahren wird und danach die Lichtintensität I für mehrere y-Positionen gemessen wird.
Die erhaltenen Streulichtintensitätskurven I(y) werden um ihr Maximum herum mit einer Anpassfunktion angepasst, beispielsweise mit einer Gauß-Funktion. Mittels der Anpassfunktion wird die Lage des Maximums y_peak berechnet. Es ergibt sich folglich für jede x-Position eine y-Position y_peak, an der das Maximum der Licht-Intensität I liegt.
In 3 sind für eine Vielzahl von x-Positionen die zugehörigen y_peak-Positionen des Maximums aufgetragen. Für den ersten Laserstrahl 20 liegen die Werte für y_peak auf einer ersten Geraden g₂₀, für den zweiten Laserstrahl 22 liegen die Maxima auf einer zweiten Geraden g₂₂. Die beiden Geraden g₂₀, g₂₂ schneiden sich an der x-Position x_M, an der sich der Mittelpunkt des Überlagerungsbereichs 24 befindet. In anderen Worten zeigt 3, wie die x-Koordinate x_M des Mittelpunkts des Überlagerungsbereichs 24 bestimmt wird. Die zugehörige y-Koordinate ist die Y-Koordinate y_M des Mittelpunkts des Überlagerungsbereichs 24.
Beim Anpassen der Funktionen I(Y), die in 2 gezeigt sind, kann zudem die Strahlbreite d erhalten werden. 4 zeigt das Diagramm, in dem diese Strahlbreite d über die x-Koordinate aufgetragen ist. Durch erneutes Anpassen, beispielsweise mit einer Parabel, lässt sich die x-Koordinate x_W der Strahltaille berechnen.
Durch das Vorgehen, das in den 3 und 4 gezeigt ist, können folglich die Koordinaten x_M, y_M berechnet werden, die die Laserlichtquelle 14 einnehmen muss, damit der Überlagerungsbereich 24 an einer Stelle der Markierung 36 positioniert ist.
Das geschilderte Verfahren wird für eine Vielzahl an Stellen auf der Markierung durchgeführt. Man erhält so eine Menge an Punkten (x_M,i, y_M,i, z_M,i) für i = 1, 2, 3, ... N, die die Lage der Markierung 36 im Koordinatensystem der Laserlichtquelle 14 beschreiben.
5a zeigt, wie bei konstanter z-Koordinate an einer ersten Stelle Si und einer zweiten Stelle S2 die Lage der Markierung 36 bestimmt wird.
Muss die Laserlichtquelle auf die Koordinaten (x_M,1, y_M,1, z_M,1) gefahren werden, damit der Überlagerungsbereich die Markierung 36 an der Stelle S1 = (x₁, y₁, z₁) trifft und muss die Laserlichtquelle auf die Koordinaten (x_M,2, y_M,2, z_M,1) gefahren werden, damit der Überlagerungsbereich die Markierung 36 an der Stelle S2 = (x₂, y₂, z₁) trifft, so liegt der Überlagerungsbereich an einer Stelle S3 = (x₃, y₃, z₁) = (x₁, y₁, z₁) + a[(x₂, y₂, z₁) – (x₁, y₁, z₁)] mit 0 < a < 1, so muss die Laserlichtquelle auf die x- und y-Koordinaten (x_M,3, y_M.3) = (x_M,1, y_M,1) + a⌊(x_M,2, y_M,2) – (x_M,1, y_M,1,)⌋ gefahren werden. In anderen Worten kann die Position in der x-y-Ebene, an die die Laserlichtquelle gefahren werden muss, durch lineare Interpolation berechnet werden.
5b zeigt, dass die z-Koordinate weiter mit Hilfe des Brechungsgesetzes berechnet werden muss, sofern die beiden Laserstrahlen nicht die Oberflächen des Glasrohrs unter einem rechten Winkel schneiden.
Ist das Strömungsprofil bekannt, insbesondere als radialsymmetrisch bekannt, ist es vorteilhaft, da ausreichend, ausschließlich in derjenigen x-y-Ebene zu messen, die durch den Mittelpunkt M des Rohrs verläuft. Diese x-y-Ebene kann aus den Koordinaten der Stellen, an denen die Markierung vorliegt, berechnet werden, da diese auf einem Kreis liegen. Alternativ kann die Intensität des am Rohr rückgestreuten Laserlichts in Abhängigkeit von der z-Koordinate gemessen werden, wenn die Oberkante des Rohrs und die Unterkante des Rohrs getroffen wird. So werden die z-Koordinaten von Ober- und Unterkante ermittelt und der Mittelpunkt M liegt auf halber Strecke.
Wenn die Laserlichtquelle zwei kohärente Laserstrahlen 20, 22 aussendet, kann das Laser-Durchflussmessgerät 10 als Laser-Doppler-Velozimeter betrieben werden. Die Geschwindigkeit v des Partikels am Ort des Überlagerungsbereichs 24 ergibt sich aus v = L_I·f_D, wobei L_I der Interferenzstreifenabstand ist und f_D die Dopplerfrequenz. Es gilt
mit φ: Winkel zwischen den Laserstrahlen, x_M: x-Koordinate des Mittelpunkts des Überlagerungsbereichs, x_w: x-Koordinate der Strahltaille, λ: Wellenlänge des Laserstrahls, x_R: Rayleighlänge des Laserstrahls (Abstand zwischen der Strahltaille und dem Ort, an dem der Durchmesser des Laserstrahls auf das √2-fache zugenommen hat).
Nachdem durch das oben beschriebene Verfahren die Position des Überlagerungsbereichs 24 aus der Laserlichtquellen-Lage berechnet werden kann, werden die Kameras 60, 62 wie folgt kalibriert.
Zunächst wird eine Menge an Kalibrierpunkten gewählt, die vorzugsweise in dem Bereich liegen, der von der Pulslichtquelle 64 beleuchtet werden kann. Beispielsweise wird ein schachbrettartiges Raster an Kalibrierpunkten gewählt. Danach steuert die Ansteuereinheit 40 die Positioniervorrichtung 26 so an, dass der Überlagerungsbereich 24 auf die erste Position der Vielzahl an Kalibrierpositionen gebracht wird. Danach wird mit den Kameras 60, 62 ein Bild aufgenommen, auf dem der Überlagerungsbereich zu erkennen ist.
Günstig ist es, wenn die Kameras Filter 66, 68 aufweisen, die Fremdlicht schwächen und das Laserlicht der Laserlichtquelle möglichst ungehindert passieren lassen, sodass ein besonders kontrastreiches Bild aufgenommen werden kann. Die Abbildungsgeometrie der Kamera ist bekannt, sodass die Position des Überlagerungsbereichs im Kamera-Koordinatensystem bekannt ist. Im Kamera-Koordinatensystem wird die Position des Überlagerungsbereichs in Pixeln erfasst. Da wegen der oben beschriebenen Kalibrierung die Position des Überlagerungsbereichs auch im Koordinatensystem der Durchleitung bekannt ist, kann die in Pixel-Einheiten gemessene Position des Überlagerungsbereichs für die Koordinaten der Durchleitung umgerechnet werden.
Die Kamerakalibrierung wird beispielsweise in Raffel, M. et al: Particle Image Velocimetry: A Practical Guide, 2. Ed.; Springer-Verlag, Berlin Heidelberg, 2007 oder Tsai, R.: A versatile Camera Calibration Technique for High-Accuracy 3D Machine Vision Metrology Using Off-the-Shelf TV Camteras and Lenses, IEEE Journal of Robotics and Automation, Vol. RA-3, No. 4, p. 323–344 beschrieben und wird hier daher nicht weiter erläutert.
Für die Erstellung des Kalibrierbildes werden gemäß einer bevorzugten Ausführungsform mindestens zwei Einzelbilder verwendet, welche die gekreuzten Laserstrahlen an verschiedenen Positionen innerhalb der Messebene enthalten. Um die Genauigkeit zu erhöhen ist es vorteilhaft, eine wesentlich höhere Anzahl von Bildern der gekreuzten Laserstrahlen an verschiedenen Positionen zu verwenden.
Jedes einzelne Bild wird zunächst in ein Schwarzweißbild umgewandelt und hinterher einem Kantendetektor-Algorithmus unterzogen. Als Beispiel werden die Bilder mittels eines Canny- oder eines Sobel-Filters gefiltert. Anschließend werden die vier Geradengleichungen ermittelt, welche die jeweils oberen und unteren Kanten der zwei Laserstrahlen beschreiben. Dazu kann beispielsweise die Hough-Transformation verwendet werden, wobei für die Eindeutigkeit des Verfahrens verschiedene Parameter wie etwa die Linienlänge oder der Kreuzungswinkel der Strahlen berücksichtigt werden können. Mithilfe der vier Geraden (siehe 6a oben) können die Koordinaten des Mittelpunktes des Überlagerungsbereichs 24 der Strahlen genau ermittelt werden, wie in 6a im unteren Teilbild gezeigt ist.
6b zeigt, dass der Mittelpunkt auch alternativ mithilfe der 8-Punkte-Technik ermittelt werden kann. Dazu werden auf den vier Kanten der zwei Laserstrahlen jeweils zwei Punkte gesucht und jeweils eine Geradengleichung ermittelt. Die Punktpaare auf dem oberen und unteren Rand des Laserstrahls müssen dabei alle den gleichen Abstand besitzen. Darüber hinaus sollte der Abstand der Punktepaare auf einem Laserstrahl sinnvoll gewählt werden, sodass die Geradengleichung den Verlauf der Strahlenkante gut darstellt. Mithilfe der vier Geraden wird auch hier der Mittelpunkt des Überlagerungsbereiches 24 genau ermittelt.
Diese Prozedur wird für jedes Einzelbild durchgeführt. Anschließend wird aus allen so erhaltenen Mittelpunkten das Kalibrierbild für das Teilchenbild-Velozimeter erstellt, in dem eine Vielzahl an Überlagerungsbereichen abgebildet ist. Aus den Koordinaten dieser Überlagerungsbereiche im Kamera-Koordinatensystem einerseits und im Koordinatensystem der Durchleitung andererseits, wird ermittelt, wie eine vorgegebene Position im Kamera-Koordinatensystem in das Koordinatensystem der Durchleitung umgerechnet werden kann.
Bezugszeichenliste

10: Teilchenbild-Velozimeter, Laser-Durchflussmessgerät
12: Durchleitung
14: Laserlichtquelle
16: Rohr
18: Druckkammer
20: erster Laserstrahl
22: zweiter Laserstrahl
24: Überlagerungsbereich
26: Positioniervorrichtung
28: erster Lineartisch
30: zweiter Lineartisch
32: dritter Lineartisch
34: Fenster
36: Markierung
38: Innenseite
40: Ansteuereinheit
42: erster Stellmotor
44: zweiter Stellmotor
46: dritter Stellmotor
48: Laser
50: Kollimator
52: Strahlleiter
54: Strahloptik
56: Streulichtauskopplung
57: Lichtleitfaser
60: erste Kamera
62: zweite Kamera
64: Pulslichtquelle
66: Filter
68: Filter
d_innen: Innen-Durchmesser
d: Strahldurchmesser
f_D: Dopplerfrequenz Licht-Intensität des Streulichts
L: Längsachse
L_I: Interferenzstreifenabstand
M: Mittelpunkt des Rohrs
P: Laserlichtquellen-Position
Q: Querfluss
S: Stelle
x_M: Überlagerungsbereich-Mittelpunkt

Claims

Verfahren zum Kalibrieren eines Teilchenbild-Velozimeters (10), insbesondere eines Stereo-Teilchenbild-Velozimeters, das (i) zumindest eine Kamera (60) und (ii) eine Durchleitung (12) für ein Fluid, umfasst, mit den Schritten: (a) Kreuzen eines ersten Laserstrahls (20) mit einem zweiten Laserstrahl (22) in einem Überlagerungsbereich innerhalb der Durchleitung (12), (b) Erfassen zumindest einer Position des Überlagerungsbereichs aus einer Strahl-Lage der Laserstrahlen (20, 22), (c) Aufnehmen eines ersten Bilds und zumindest eines zweiten Bilds des Überlagerungsbereichs mittels der Kamera (60) und (d) Kalibrieren des Teilchenbild-Velozimeters anhand der zumindest einen erfassten Position und zumindest eines der beiden Bilder.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass (i) der erste Laserstrahl (20) und der zweite Laserstrahl (22) mittels einer Laserlichtquelle erzeugt werden und (ii) das Erfassen der Position des Überlagerungsbereichs aus einer Strahl-Lage der Laserstrahlen (20, 22) ein Berechnen anhand einer Laserlichtquellen-Lage der Laserlichtquelle (14) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte (a) Kreuzen der Laserstrahlen (20, 22) in einem zweiten Überlagerungsbereich innerhalb der Durchleitung (12), (b) Erfassen einer zweiten Position des zweiten Überlagerungsbereichs aus einer zweiten Strahl-Lage der Laserstrahlen (20, 22) und (c) Aufnehmen zumindest des zweiten Bilds des zweiten Überlagerungsbereichs mittels der Kamera (60), (d) wobei das Kalibrieren des Teilchenbild-Velozimeters die folgenden Schritte umfasst: (d1) Errechnen einer Positionsänderung der ersten Position und der zweiten Position aus den jeweiligen Laserlichtquellen-Lagen, (d2) Bestimmen einer Bild-Positionsänderung zwischen der ersten Position und der zweiten Position des Überlagerungsbereichs aus dem ersten Bild und dem zweiten Bild und (d3) Kalibrieren des Teilchenbild-Velozimeters anhand der Positionsänderung und der Bild-Positionsänderung.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass (i) ein Teilchenbild-Velozimeter verwendet wird, dessen Durchleitung (12) zumindest drei Markierungen (36) aufweist, und dass (ii) das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: (a) Erfassen einer Laserlichtquellen-Position (P) der Laserlichtquelle (14) relativ zu einer der zumindest drei Markierungen (36), (b) Bestrahlen der Markierung (36) mit zumindest einem der Laserstrahlen (20, 22), (c) Erfassen einer Licht-Intensität (I) an von der Markierung (36) gestreutem Licht, (d) Bewegen der Laserlichtquelle (14) relativ zur Markierung (36), sodass sich die Licht-Intensität (I) ändert, (e) Wiederholen der Schritte (a) bis (d) für die anderen der zumindest drei Markierungen (36), sodass Licht-Intensitäten (I) für zumindest drei Laserlichtquellen-Positionen (P) erhalten werden, und (f) Ermitteln der Position des Überlagerungsbereichs (24) relativ zu den Markierungen aus den Licht-Intensitäten (I) und den zugehörigen Laserlichtquellen-Positionen, sodass aus einer vorgegebenen Laserlichtquellen-Position (P) die Lage des Überlagerungsbereichs (24) in der Durchleitung (12) berechenbar ist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Bewegen der Laserlichtquelle (14) ein Bewegen in zwei unabhängigen Raumdimensionen ist und das Ermitteln einer Lage des Überlagerungsbereichs (24) die folgenden Schritte umfasst: (f1) für die Licht-Intensitäten (I), die von der Streuung des ersten Laserstrahls (20) an einer vorgegebenen Markierung (36) hervorgerufen werden, Berechnen eines Erstlaserstrahl-Mittelpunkts (y_20,peak) des ersten Laserstrahls (20), insbesondere durch Anpassen der Licht-Intensität (I) mit einer Fit-Funktion, (f2) für die Licht-Intensitäten (I), die von der Streuung des zweiten Laserstrahls (22) an der vorgegebenen Markierung (36) hervorgerufen werden, Berechnen eines Zweitlaserstrahl-Mittelpunkts (y_22,peak) des zweiten Laserstrahls (22), insbesondere durch Anpassen der Licht-Intensität (I) mit einer Fit-Funktion, und (f3) Berechnen eines Überlagerungsbereich-Mittelpunkts (x_M) aus den Erstlaserstrahl-Mittelpunkten (y_20,peak) und den Zweitlaserstrahl-Mittelpunkten, insbesondere durch Anpassen der Erstlaserstrahl-Mittelpunkte (y_20,peak) mit einer ersten Geraden (g₂₀), Anpassen der Zweitlaserstrahl-Mittelpunkte (y_22,peak) mit einer zweiten Geraden (g₂₂) und Berechnen des Überlagerungsbereichs-Mittelpunkts (24) als Schnittpunkt der ersten Geraden (g₂₀) und der zweiten Geraden (g₂₂).
Teilchenbild-Velozimeter, insbesondere Stereo-Teilchenbild-Velozimeter, mit (a) einer Durchleitung zum Durchleiten eines Fluids, (b) einer Laserlichtquelle (14), (c) einer Kamera (60) zum Aufnehmen eines Bilds des Fluids und (d) einer elektrischen Auswerteeinheit, dadurch gekennzeichnet, dass (e) die Laserlichtquelle (14) eingerichtet ist zum Erzeugen von zwei Laserstrahlen (20, 22), die einander in einem Überlagerungsbereich überlagern, (f) die Kamera zum Aufnehmen des Bilds im Überlagerungsbereich ausgerichtet ist und dass (g) die elektrische Auswerteeinheit ausgebildet ist zum automatischen Durchführen eines Verfahrens mit den Schritten: (i) Berechnen einer Position des Überlagerungsbereichs aus einer Laserlichtquellen-Position (P) der Laserlichtquelle (14), (ii) Aufnehmen eines ersten Bilds und zumindest eines zweiten Bilds des Überlagerungsbereichs mittels der Kamera (60) und (iii) Kalibrieren des Teilchenbild-Velozimeters anhand der zumindest einen erfassten Position und des zumindest einen Bildes.
Teilchenbild-Velozimeter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Auswerteeinheit ausgebildet ist zum automatischen Durchführen eines Verfahrens mit den Schritten: (a) Positionieren der Laserlichtquelle (14), so dass sich der erste Laserstrahl (20) mit dem zweiten Laserstrahl (22) in einem zweiten Überlagerungsbereich innerhalb der Durchleitung kreuzt, und (b) Aufnehmen zumindest des zweiten Bilds des zweiten Überlagerungsbereichs mittels der Kamera (60), (c) Errechnen einer Positionsänderung der ersten Position und der zweiten Position aus den jeweiligen Laserlichtquellen-Lagen, (d) Bestimmen einer Bild-Positionsänderung zwischen der ersten Position und der zweiten Position des Überlagerungsbereichs aus dem ersten Bild und dem zweiten Bild und (e) Kalibrieren des Teilchenbild-Velozimeters anhand der Positionsänderung und der Bild-Positionsänderung.
Teilchenbild-Velozimeter nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass (i) die Laserlichtquelle (14) eingerichtet ist zum Abgeben des ersten Laserstrahls (20) mit einer ersten Wellenlänge und zum Abgeben des zweiten Laserstrahls (22) mit der ersten Wellenlänge oder einer zweiten Wellenlänge, und (ii) die Kamera (60) ein Filter (66) zum Herausfiltern von Licht anderer Wellenlängen besitzt.
Teilchenbild-Velozimeter nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass (a) die Durchleitung (12) an zumindest drei Stellen (S) eine Markierung (36) aufweist und (b) die Laserlichtquelle (14) relativ zur Durchleitung (12) quer zur Strömungsrichtung (R) verfahrbar ist.
Teilchenbild-Velozimeter nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass es eingerichtet ist zum automatischen Berechnen eines Durchflusses des Fluids durch die Durchleitung (12).