DE19502993C2 - Verfahren und Vorrichtung zur berührungslosen Messung von dreidimensionalen Strömungsgeschwindigkeiten - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur berührungslosen Messung von dreidimensionalen Strömungsgeschwindigkeiten nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur berührungslosen Messung von dreidimensionalen Strömungsgeschwindigkeiten nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 11.

Das von der Erfindung erfaßte Meßprinzip wird auch als Mehrfach­ lichtschnitt-Technik bezeichnet. Dabei dient als Maß für die Geschwindigkeiten der Tracerpartikel in dem Meßvolumen der Weg, den die Tracerpartikel zwischen den Beleuchtungen des Meßvolumens zurückgelegt haben. Dieser Weg wird im einfachsten Fall aus einem doppelt belichteten Bild des Meßvolumens ermittelt. Hierbei ergibt sich eine zweifache Schwierigkeit. Zum einen ergibt sich aus den doppelt belichteten Bild des Meßvolumens nicht ohne weiteres das Vorzeichen der Strömungs­ geschwindigkeiten der einzelnen Tracerpartikel. Zum anderen sind auch die Geschwindigkeitskomponenten senkrecht zu der Haupt­ erstreckungsrichtung des Meßvolumens nicht ohne weiteres ermittelbar.

Bei einem bekannten Verfahren nach dem Oberbegriff des Patent­ anspruchs 1 wird das Meßvolumen, um die Strömungsgeschwindig­ keiten der Tracerpartikel in allen drei Dimensionen zu erfassen, stereoskopisch, d. h. zusätzlich in einer zweiten Abbildungs­ richtung auf einen zweiten Fotosensoren abgebildet. Dabei wird die Ermittlung des Vorzeichens der Strömungsgeschwindigkeiten aus doppelt belichteten Bildern des Meßvolumens dadurch ermöglicht, daß das Meßvolumen zwischen seinen beiden Beleuchtungen relativ zu den Fotosensoren derart verschoben wird, daß hieraus eine größere als die maximale Partikel­ verschiebung aufgrund der Strömung resultiert. Auf diese Weise ergeben sich in den doppelt belichteten Bildern des Meßvolumens zwingend Partikelverschiebungen nur eines Vorzeichens und sowohl der Betrag als auch das Vorzeichen der Strömungsgeschwindigkei­ ten kann durch Differenzbildung mit der zusätzlichen Relativverschiebung des Meßvolumens gegenüber den Fotosensoren ermittelt werden. Ein solches bekanntes Verfahren ist beispiels­ weise in der DE 42 37 440 C2 beschrieben. Es erfordert zu seiner Durchführung einen erheblichen apparativen Aufwand. Die Abbildungsoptik muß zwei schräg zueinander angeordnete Objektive und aufeinander abgestimmte, d. h. synchronisierte Vorverschie­ bungseinrichtungen aufweisen. Dennoch ist die Auflösung aber Strömungsgeschwindigkeiten senkrecht zu den Haupterstreckungs­ richtungen des Meßvolumens nur gering, da der Winkel zwischen den beiden Abbildungsrichtungen der stereoskopischen Anordnung nur vergleichsweise klein gewählt werden kann.

Bei einem weiteren bekannten Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 wird das Meßvolumen holographisch doppelt belichtet. Hierfür ist ein Fotosensor in Form eines Spezialfilms erforderlich. Für holographische Aufnahmen verwendbare Filme weisen den Nachteil einer geringen Lichtempfindlichkeit auf. So ist nur die Erfassung kleiner Beobachtungsfelder und geringer Strömungsgeschwindigkeiten möglich. Darüber hinaus kann auch bei einer holographischen Technik nicht auf eine künstliche Relativverschiebung des Meßvolumens gegenüber dem Fotosensor zwischen den beiden Belichtungen des Meßvolumens verzichtet werden, wenn das Vorzeichen der Strömungsgeschwindigkeiten der Tracerpartikel aus doppelt belichteten Bildern des Meßvolumens zu ermitteln ist. Hieraus resultiert neben der holographischen Abbildungsanordnung ein nicht unerheblicher apparativer Aufwand.

Bei der Vorrichtung und ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 11 gehen auch aus JP 2-262065 (A) in: Pat. Abstr. of Japan, Sect. P., Vol. 15 hervor. Hier wird eine Strömung mit zwei Lichtschnitten abgescannt, die mit unter­ schiedlichen Geschwindigkeiten in der Abbildungsrichtung verschoben werden. Dabei werden die Bilder von den beiden Lichtschnitten getrennt voneinander aufgezeichnet. Die beiden Lichtschnitte weisen durch ihre unterschiedlichen Geschwindig­ keiten, mit denen sie durch die Strömung geführt werden, keine feste Relativanordnung. Vielmehr definieren sie im Sinne des Oberbegriffs der Ansprüche 1 und 11 jeweils ein separates Meßvolumen.

Neben der Aufzeichnung von doppelt belichteten Bildern des Meßvolumens ist es bei einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bekannt, zwei getrennte Bilder des Meßvolumens aufzuzeichnen. Aus der Reihenfolge der Bilder ergibt sich das Vorzeichen der Strömungsgeschwindigkeiten in der Ebene des Meßvolumens automatisch. Eine statistische Auswertung der Bilder des Meßvolumens ist dabei aus "Optimization of particle image velocimeters. Part I: Double pulsed Systems" (R.D. Keane und R.J. Adrian, 1990, Meas. Sci. Technol. 1, Seiten 1202 bis 1215) und "Theory of cross-correlation analysis of PIV images" (R.D. Keane und R.J. Adrian, 1992, Appl. Sci. Res. 49, Seiten 191 bis 215) bekannt. Konkret werden lokale Kreuzkorrelationsfunktionen zwischen zwei Bildern des Meßvolumens berechnet und aus der Lage eines Maximums dieser Kreuzkorrelationsfunktionen die lokalen Strömungsgeschwindigkeiten der Strömung in der Ebene des Meßvolumens nach Betrag und Vorzeichen bestimmt.

Aus "The role of streamwise vorticity in the near field entrainment of round jets" (D. Liepmann and M. Gharib, 1992, Journal of Fluid Mechanics Vol. 245, Seiten 643 bis 668) ist darüber hinaus bekannt, daß die Stärke des Maximums der lokalen Kreuzkorrelationsfunktionen zwischen den zwei Bildern des Meßvolumens ein qualitatives Maß für die lokale Komponente der Strömungsgeschwindigkeit der Strömung senkrecht zu den Haupterstreckungsrichtungen des Meßvolumens ist.

Aus der DE 28 56 032 C2 und aus JP 62-190469 (A) in: Pat. Abstr. of Japan, Sect. P., Vol. 12 (1998) Nr. 43, (P-664) sind Vor­ richtungen und Verfahren bekannt, bei denen Störungen in einem strömenden Medium in mehreren hintereinander angeordneten Punkten erfaßt werden. Durch Registrierung von Korrelationen zwischen dem Auftreten der Störungen an den einzelnen Punkten wird die Strömungsgeschwindigkeit des strömenden Mediums bestimmt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur berührungslosen Messung von dreidimensionalen Strömungsgeschwindigkeiten aufzuzeigen, bei denen die quanti­ tative Ermittlung der Komponente der Strömungsgeschwindigkeit der Strömung senkrecht zu den Haupterstreckungsrichtungen des Meßvolumens nach Betrag und Vorzeichen ohne großen apparativen Aufwand möglich ist.

Bei dem Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 wird dies durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 bis 10 beschrieben.

Vorzugsweise sind die Lichtarten dadurch voneinander unter­ scheidbar, daß die Teilvolumina mit zeitlichem Versatz hinter­ einander beleuchtet werden. Dies entspricht einer zeitlichen Unterscheidbarkeit der Lichtarten, die durch eine abgestimmte Synchronisierung mehrerer Fotosensoren zur Trennung der Bilder der einzelnen Teilvolumina nutzbar ist. Es versteht sich, daß der zeitliche Versatz bei der Beleuchtung verschiedener Teilvolumina sinnvollerweise deutlich kleiner zu wählen ist als der Zeitabstand bei der mehrfachen Beleuchtung des selben Teilvolumens.

Die Lichtarten, mit denen die Teilvolumina des Meßvolumens beleuchtet werden, können aber auch hinsichtlich einer optischen Eigenschaft, beispielsweise ihrer Polarisation oder Farbe, unterscheidbar sein. Je nachdem aufgrund welcher optischer Eigenschaft die Lichtarten voneinander unterscheidbar sind, können mehrere Fotosensoren auch baulich vereinigt sein. Beispielsweise ist an einen Videochip zu denken, der die unterschiedlichen Lichtarten unabhängig nebeneinander registrieren kann.

Bei einer statistischen Auswertung der einzelnen Bilder ist die gleich große Ausbildung der beiden Teilvolumina sinnvoll, um eine Gleichgewichtung der Abbildungen der Tracerpartikel in den Bildern sicherzustellen.

Um besonders aussagekräftige Kreuzkorrelationsfunktionen zwischen den Bildern verschiedener Teilvolumina zu erhalten, ist wünschenswert, daß sich die Teilvolumina des Meßvolumens teilweise überdecken. D. h., die Teilvolumina des Meßvolumens erstrecken sich nicht ausschließlich über verschiedene Bereiche des Meßvolumens, obwohl sie jeweils auch einen Teil des Meßvolumens abdecken, der von dem anderen Teilvolumen bzw. den anderen Teilvolumina nicht erfaßt wird.

Besonders gute Auswertebedingungen sind gegeben, wenn sich die Teilvolumina des Meßvolumens zu jeweils etwa 50% überdecken.

Bei einer Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 11 wird die Aufgabe der Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Ausge­ staltungen der Vorrichtung sind in den Unteransprüchen 12 bis 14 beschrieben.

Die Bestimmungsmöglichkeit für die Komponente der Strömungs­ geschwindigkeit senkrecht zu den Haupterstreckungsrichtungen des Meßvolumens nach Betrag und Vorzeichen ergibt sich auch hier aus der Aufteilung des Meßvolumens in mindestens zwei parallele Teilvolumina. Dabei ist eine einfache Abbildungseinrichtung ausreichend und auf eine Einrichtung der künstlichen Verschie­ bung des Meßvolumens relativ zu den Fotosensoren kann gänzlich verzichtet werden.

Eine gut geeignete Beleuchtungseinrichtung weist einen Pulslaser mit zwei getrennten Oszillatoren unterschiedlicher Polarisationsrichtung oder einen Pulslaser und einen Polarisationsstrahlteiler auf. Dabei weist die Abbildungsoptik zur Trennung der beiden Polarisationsrichtungen einen Polarisationsstrahlteiler auf. In diesem Zusammenhang fällt auch ein herkömmlicher Strahlteiler, dem für jeden Fotosensor ein Polarisationsfilter nachgeschaltet ist, unter den Oberbegriff Polarisationsstrahlteiler. Darüber hinaus ist das Prinzip der angewandten Strahlteilung, z. B. halbdurchlässiger Spiegel oder Strahlteilerprisma, unerheblich.

Die Beleuchtungseinrichtung kann aber auch mindestens zwei, jeweils mit einem Fotosensor synchronisierte Pulslaser aufweisen, wobei die Abbildungsoptik einen herkömmlichen Strahlteiler aufweist. Diese Anordnung ist geeignet, die Lichtarten in zeitlicher Hinsicht zu unterscheiden. Als Abbildungsoptik bei der Anordnung kann eine aus der DE-PS 42 12 271 bekannte Hochgeschwindigkeitskamera Verwendung finden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungs­ beispiels näher erläutert und beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 die Vorrichtung zur berührungslosen Messung von dreidimensionalen Strömungsgeschwindigkeiten in einer ersten Ausführungsform,

Fig. 2 ein Beispiel für die Ermittlung von Strömungsge­ schwindigkeiten mit der Vorrichtung gemäß Fig. 1,

Fig. 3 die Vorrichtung zur berührungslosen Messung von dreidimensionalen Strömungsgeschwindigkeiten in einer zweiten Ausführungsform und

Fig. 4 ein Beispiel für die Ermittlung von Strömungs­ geschwindigkeiten mit der Vorrichtung gemäß Fig. 3.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung weist einen Pulslaser 1 auf, dem eine Lichtschnittoptik 2 nachgeordnet ist. Bei dem Pulslaser 1 handelt es sich um einen Pulslaser mit zwei getrennt aufgebauten Oszillatoren unterschiedlicher Polarisationsrichtung in üblicher Anordnung. Der Pulslaser 1 gibt dementsprechend zwei Laserstrahlen 3, 4 mit unterschiedlicher Polarisationsrichtung ab. Aus den Laserstrahlen 3 und 4 formt die Lichtschnittoptik 2 zwei sich teilweise überlappende, parallele Strahlenbündel, die jeweils ein Teilvolumen 5 bzw. 6 eines Meßvolumens 5, 6 beleuchten. Das Meßvolumen 5, 6 liegt im Bereich der Strömung, deren dreidimensionale Strömungsgeschwindigkeiten mit der dargestellten Vorrichtung gemessen werden. Die Teilvolumina 5 und 6 weisen eine flächenhafte Erstreckung mit geringer Ausdehnung senkrecht zu ihren Haupterstreckungsrichtungen auf. Dabei sind die beiden Teilvolumina 5 und 6 gleich groß und überdecken sich zu etwa 50%. Die in Fig. 1 als solche nicht dargestellte Strömung ist mit Tracerpartikeln zur Sichtbar­ machung ihrer Strömungsgeschwindigkeiten geimpft. Ein Tracerpartikel 7 ist exemplarisch wiedergegeben. Die Tracer­ partikel sind so auszuwählen, daß sie reibungsfrei von der Strömung mitgeführt werden und so die Geschwindigkeit der sie umgebenden Strömung aufweisen. Zur Abbildung des Meßvolumens 5, 6 bzw. der darin enthaltenen Tracerpartikel ist eine Abbildungs­ optik 8 vorgesehen. Die Abbildungsoptik 8 bildet das Meßvolumen 5, 6 auf zwei Fotosensoren 9 und 10 ab, bei denen es sich hier um handelsübliche, räumlich hochauflösende Videochips zur Aufzeichnung von Bildern des Meßvolumens handelt. Dabei ist die optische Achse 14 der Abbildungsoptik 8 senkrecht zu den Haupterstreckungsrichtungen der Teilvolumina 5 und 6 angeordnet. D. h. umgekehrt, daß die Teilvolumina in Abbildungsrichtung der Abbildungsoptik 8 hintereinander angeordnet sind. Um das Meßvolumen 5, 6 in gleicher Weise auf beide Fotosensoren 9 und 10 abzubilden, weist die Abbildungsoptik 8 einen Strahlteiler 11 auf. Zwischen dem Strahlteiler 11 und jedem Fotosensor 9 bzw. 10 ist ein Polarisationsfilter 12 bzw. 13 vorgesehen. Dabei sind die Durchlaßrichtungen der Polarisationsfilter 12 und 13 so gewählt, daß den Fotosensor 9 nur solches Licht erreicht, mit dem der Pulslaser das Teilvolumen 5 beleuchtet, während den Fotosensor 10 nur solches Licht erreicht, mit welchem der Pulslaser 1 das Teilvolumen 6 beleuchtet.

Zur Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeiten in dem Meßvolumen 5, 6 werden die Teilvolumina 5 und 6 mit dem Pulslaser 1 gleich­ zeitig zweimal hintereinander beleuchtet. Hierbei zeichnet der Fotosensor 9 ein doppelt belichtete Bild des Teilvolumens 5 auf, während der Fotosensor 10 ein doppelt belichtetes Bild des Teilvolumens 6 aufzeichnet. Zwischen den beiden Beleuchtungen der Teilvolumina 5 und 6 hat sich der Tracerpartikel 7 bis zu der gestrichelt wiedergegebenen Position 7′ fortbewegt. Hierbei hat er das Teilvolumen 5 verlassen. In dem Teilvolumen 6 befand er sich sowohl bei der ersten als auch bei der zweiten Beleuchtung. Hieraus kann bereits durch Verlaufdetektion der Abbildung des Tracerpartikels 7 in den beiden doppelt belichteten Bildern auf den Betrag und das Vorzeichen der Strömungsgeschwindigkeit des Tracerpartikels 7 in Richtung der optischen Achse 14 geschlossen werden.

Eine statistische Auswertung der beiden doppelt belichteten Bilder der Teilvolumina 5 und 6, die mit den Fotosensoren 9 und 10 aufgezeichnet wurden, ist in Fig. 2 skizziert. Herbei zeigt

Fig. 2a einen Schnitt durch eine Autokorrelationsebene des doppelt belichteten Bilds des Teilvolumens 5, Fig. 2b einen Schnitt durch eine entsprechende, zum Teilvolumen 6 gehörende Autokorrelationsebene und Fig. 2c einen Schnitt durch eine Kreuzkorrelationsebene zwischen den beiden doppelt belichteten Bildern. Während die Schnitte durch die beiden Autokorrelations­ ebenen einen symmetrischen Aufbau aufweisen, zeigt der Schnitt durch die Kreuzkorrelationsebene in Fig. 2c, daß die Tracerpartikel häufig aus dem Teilvolumen 5 in das Teilvolumen 6 überwechseln. Hiermit ist das Vorzeichen der Strömungsrichtung quer zu den Haupterstreckungsrichtungen der Teilvolumina festgelegt. Aus den Schnitten durch die Autokorrelationsebene gemäß Fig. 2a oder 2b und durch die Kreuzkorrelationsebene gemäß Fig. 2c ist zusätzlich der Betrag der Komponente der Strömungsgeschwindigkeit in Richtung der optischen Achse 14 gemäß Fig. 1 ermittelbar. Hierbei sind die Stärken der auftretenden Maxima der lokalen Korrelationsfunktionen zu verwenden.

Mit der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform der Vorrichtung zur berührungslosen Messung von dreidimensionalen Strömungs­ geschwindigkeiten werden aufeinander abfolgend zunächst ein Bild des Teilvolumens 5 mit dem Fotosensor 9, dann ein Bild des Teilvolumens 6 mit dem Fotosensor 10 und abschließend ein weiteres Bild des Teilvolumens 5 mit einem zusätzlichen Fotosensor 15 aufgezeichnet. Die Beleuchtungseinrichtung, die hier einen einfachen Pulslaser 1 aufweist, ist mit den Fotosensoren 9, 10 und 15 entsprechend synchronisiert und beleuchtet für das erste, vom Fotosensor 9 aufzuzeichnende Bild das Teilvolumen 5, für das zweite, vom Fotosensor 10 aufzu­ zeichnende Bild das Teilvolumen 6 und für das dritte, vom Fotosensor 15 aufzuzeichnende Bild wieder das Teilvolumen 5. Wenn der einzeln dargestellte Tracerpartikel 7 sich zum Veitpunkt des ersten Bilds bei 7, des zweiten Bilds bei 7′ und des dritten Bilds bei 7′′ befindet, finden sich Abbildungen des Tracerpartikels nur in dem ersten, mit dem Fotosensor 9 aufgezeichneten Bild und dem zweiten, mit dem Fotosensor 10 aufgezeichneten Bild.

Hieraus ergeben sich die in Fig. 4 dargestellten Schnitte durch verschiedene Kreuzkorrelationsebenen, wobei Fig. 4a einen Schnitt durch eine Kreuzkorrelationsebene zwischen dem ersten und dem zweiten Bild, Fig. 4b einen Schnitt durch eine Kreuzkorrelationsebene zwischen dem zweiten und dem dritten Bild und Fig. 4c einen Schnitt durch eine Kreuzkorrelationsebene zwischen dem ersten und dem dritten Bild wiedergibt. Das Maximum des Schnitts gemäß Fig. 4a zeigt mit seiner Lage das Vorzeichen und den Betrag der Komponenten der Strömungsgeschwindigkeit in der Ebene des Meßvolumens 5, 6 an. Aus der Stärke des Maximums ist zu entnehmen, wie häufig zwischen dem ersten und dem zweiten Lichtschnitt Tracerpartikel 1 aus dem ersten in das zweite Teilvolumen gewechselt sind. Hieraus ergibt sich unmittelbar der Betrag der Komponente der Strömungsgeschwindigkeit der Strömung senkrecht zu den Hauptersttreckungsrichtungen des Meßvolumens 5, 6, d. h. in Richtung der optischen Achse 14 des Abbildungsoptik 8. Das Vorzeichen dieser Komponente der Strömungsgeschwindigkeit ist unter Berücksichtigung der Anordnung der beiden Teilvolumina 5 und 6 ermittelbar. Eine Gegenkontrolle ermöglicht Fig. 4b, die kein signifikantes Maximum zeigt, obwohl die zugehörigen Lichtschnitte dieselben Teilvolumina betreffen. Dies ist auf die andere zeitliche Reihenfolge der Lichtschnitte zurückzuführen, die beim Auftreten eines Maximums einer umgekehrten Strömungsrichtung entspräche. Fig. 4c zeigt ebenfalls kein signifikantes Maximum, weil die Komponente der Strömungsgeschwindigkeit parallel zur optischen Achse 14 der Abbildungsoptik 8 vergleichsweise groß ist und den dargestellten Kreuzkorrelationen nur der dargestellte Tracer­ partikel zugrundeliegt. Bei einer Vielzahl von Tracerpartikeln mit unterschiedlichen Startpunkten in dem Teilvolumen 5 zum Zeitpunkt des ersten Bilds würden auch in den Fig. 4b und 4c Maxima auftreten, da sich ein Teil der Tracerpartikel nicht nur zum Zeitpunkt des ersten Bilds sondern auch noch zum Zeitpunkt des dritten Bilds in dem Teilvolumen 5 befände. Die berechneten Kreuzkorrelationen liefern dabei durch die Stärke der Maxima ein Maß für die Aufenthaltswahrscheinlichkeit innerhalb der beteiligten Lichtschnitte. Diese hängen unmittelbar von der Geschwindigkeitskomponente der Tracerpartikel 1 quer zu den jeweiligen Teilvolumina 5 und 6 ab. Durch Verkürzen des Zeitabstands zwischen dem ersten und dem dritten Bild läßt sich auch bei sehr schnellen Strömungen und einer geringen Partikeldichte ein auswertbares Maximum bei den Schnitten durch die Korrelationsebenen gemäß den Fig. 4b und 4c erreichen. Eine andere Anpassungsmöglichkeit an die Strömung stellt der seitliche Abstand der Teilvolumina 5 und 6 in Richtung der optischen Achse 14 dar. Eine quantitative Bestimmung der Komponente der Strömungsgeschwindigkeit der Strömung senkrecht zu den Haupterstreckungsrichtungen des Meßvolumens 5, 6 ist dann anhand der Stärken der Maxima der lokalen Kreuzkorre­ lationsfunktionen gemäß den Fig. 4a und 4c problemlos möglich.

Die beschriebenen statistischen Verfahren eignen sich insbesondere für Messungen von Strömungsgeschwindigkeiten bei Strömungen, die mit einer Vielzahl von Tracerpartikeln geimpft wurden. Diese hohe Dichte von Tracerpartikeln und die Benutzung der Korrelationsrechnung erlaubt eine hohe Auflösung der Strömungsgeschwindigkeitskomponenten senkrecht zu den Haupt­ erstreckungsrichtungen des Meßvolumens 5, 6, d. h. parallel zur optischen Achse 14.

Claims (14)

1. Verfahren zur berührungslosen Messung von dreidimensionalen Strömungsgeschwindigkeiten,
wobei eine Strömung mit Tracerpartikeln geimpft wird,
wobei ein flächenhaftes Meßvolumen der mit Tracerpartikeln geimpften Strömung mehrfach hintereinander beleuchtet wird,
wobei das mehrfach belichtete Meßvolumen in einer Abbildungsrichtung auf mindestens einen Fotosensor abgebildet wird, um Bilder des beleuchteten Meßvolumens aufzuzeichnen,
wobei die Abbildungsrichtung senkrecht zu den Haupt­ erstreckungsrichtungen des Meßvolumens ausgerichtet wird und
wobei die dreidimensionalen Strömungsgeschwindigkeiten aus den mit dem Fotosensor aufgezeichneten Bildern des mehrfach beleuchteten Meßvolumens ermittelt werden,
dadurch gekennzeichnet,
daß das zusammenhängende flächenhafte Meßvolumen (5, 6) mindestens zwei benachbarte, parallel zueinander, in der Abbildungsrichtung (14) hintereinander und mit ihren Haupterstreckungsrichtungen senkrecht zu der Abbildungsrichtung (14) angeordnete Teilvolumina (5 und 6) aufweist,
daß beim Beleuchten des Meßvolumens die Teilvolumina (5 und 6) in solcher Weise belichtet werden, daß die Bilder verschiede­ ner Teilvolumina voneinander unterscheidbar sind, und
daß beim Ermitteln der dreidimensionalen Strömungs­ geschwindigkeiten der Strömung
eine lokale Autokorrelationsfunktion eines doppelt belichteten Bilds eines Teilvolumens oder eine lokale Kreuzkorrelationsfunktion zwischen zwei getrennten Bildern desselben Teilvolumens berechnet wird,
eine lokale Kreuzkorrelationsfunktion zwischen zwei Bildern von zwei verschiedenen Teilvolumina berechnet wird,
das Vorzeichen der senkrecht zu den Haupterstreckungs­ richtungen des Meßvolumens verlaufenden Komponente der lokalen Strömungsgeschwindigkeiten aus der Lage eines Maximums der lokalen Kreuzkorrelationsfunktion zwischen den zwei Bildern der zwei verschiedenen Teilvolumina ermittelt wird und
der Betrag der senkrecht zu den Haupterstreckungsrichtungen des Meßvolumens verlaufenden Komponente der lokalen Strömungs­ geschwindigkeiten aus den Stärken der Maxima beider lokalen Korrelationsfunktionen ermittelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß verschiedene Teilvolumina zu verschiedenen Zeitpunkten beleuchtet werden und daß die Bilder der verschiedenen Teilvolumina getrennt voneinander aufgezeichnet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Teilvolumen mit einem ersten Zeitabstand zweimal beleuchtet wird, daß ein zweites Teilvolumen mit einem zweiten Zeitabstand vor oder nach der Beleuchtung des ersten Teilvolumens beleuchtet wird und daß der zweite Zeitabstand klein im Vergleich zu dem ersten Zeitabstand ist.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß getrennte Fotosensoren verwendet werden, die jeweils mit einer Beleuchtung eines Teilvolumens synchronisiert sind.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß verschiedenen Lichtarten, die voneinander unterscheidbar sind, verwendet werden, um die verschiedenen Teilvolumina zu beleuchten.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß getrennte Fotosensoren, die jeweils nur für eine der Lichtarten empfindlich sind, für die Aufzeichnung der Bilder der beleuchteten Teilvolumina verwendet werden.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtarten aufgrund ihrer Farbe oder Polarisierung voneinander unterscheidbar sind.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilvolumina (5 und 6) des Meßvolumens (5, 6) gleich groß sind.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Teilvolumina (5 und 6) des Meßvolumens (5, 6) teilweise überdecken.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Teilvolumina (5 und 6) des Meßvolumens (5, 6) zu jeweils etwa 50% überdecken.

11. Vorrichtung zur berührungslosen Messung von drei­ dimensionalen Strömungsgeschwindigkeiten, mit einer Beleuchtungseinrichtung zur mehrfachen Beleuchtung eines flächenhaften Meßvolumens einer mit Tracerpartikeln geimpften Strömung, mit mindestens einem Fotosensor zur Aufzeichnung von Bildern des Meßvolumens und mit einer Abbildungsoptik zur Abbildung des Meßvolumens in einer Abbildungsrichtung auf den Fotosensor, wobei die Abbildungsrichtung senkrecht zu den Haupterstreckungsrichtungen des Meßvolumens verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungseinrichtung (1, 2) zur Beleuchtung von mindestens zwei benachbarten, parallel zueinander, in der gemeinsamen Abbildungsrichtung (14) der Abbildungsoptik hintereinander und mit ihren Haupter­ streckungsrichtungen senkrecht zu der Abbildungsrichtung (14) angeordneten Teilvolumina (5 und 6) des zusammenhängenden flächenhaften Meßvolumens (5, 6) vorgesehen ist, wobei die Bilder der verschiedenen Teilvolumina voneinander unterscheidbar sind, so daß zum Ermitteln der dreidimensionalen Strömungs­ geschwindigkeiten der Strömung eine lokale Autokorrelations­ funktion eines doppelt belichteten Bilds eines Teilvolumens oder eine lokale Kreuzkorrelationsfunktion zwischen zwei getrennten Bildern desselben Teilvolumens und eine lokale Kreuzkorrela­ tionsfunktion zwischen zwei Bildern von zwei verschiedenen Teilvolumina berechenbar sind.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungseinrichtung (1, 2) einen Pulslaser (1) mit zwei getrennten Oszillatoren unter­ schiedlicher Polarisationsrichtung oder einen Pulslaser und einen Polarisationsstrahlteiler aufweist und daß die Abbildungs­ optik einen Polarisationsstrahlteiler (11, 12, 13) und zwei dem Polarisationsstrahlteiler nachgeordnete Fotosensoren aufweist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10 dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungseinrichtung (1, 2) mindestens zwei, jeweils mit einem Fotosensor synchronisierte Pulslaser aufweist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungseinrichtung (1, 2) zwei Pulslaser unterschiedlicher Lichtarten aufweist.