DE2905483A1

DE2905483A1 - METHOD AND DEVICE FOR THE CONTACTLESS MEASUREMENT OF THE SPEED OF PARTICLES

Info

Publication number: DE2905483A1
Application number: DE19792905483
Authority: DE
Inventors: Michael Dr Kratzer; Benno Dr Reuter
Original assignee: STRAHLEN UMWELTFORSCH GmbH
Current assignee: STRAHLEN UMWELTFORSCH GmbH
Priority date: 1979-02-13
Filing date: 1979-02-13
Publication date: 1980-08-21
Also published as: GB2048602B; GB2048602A; DE2905483C2

Description

GESELLSCHAFT FÜR STRAHLEN- Neuherberg, den 12.Februar 1979 UND UMWELTFORSCHUNG mbH PLA 79 03 Ga/strGESELLSCHAFT FÜR STRAHLEN- Neuherberg, February 12, 1979 UND UMWELTFORSCHUNG mbH PLA 79 03 Ga / str

MÜNCHEN 1 .MUNICH 1.

Verfahren und Einrichtung zur berührungslosen Messung der Geschwindigkeit von TeilchenMethod and device for non-contact measurement of the speed of particles

4/02544/0254

Description:

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur berührungslosen Messung der Geschwindigkeit des Weges von Teilchen in Flüssigkeits- oder Gasströmen gegenüber einer Bezugslage, wobei die Teilchen mittels einer Strahlung beleuchtet und dieThe invention relates to a method and a device for contactless measurement of the speed of the path of particles in liquid or gas flows in relation to a reference position, wherein the particles are illuminated by means of radiation and the

. oder, cjestreute. or, cjestreute

von diesen reflektierte/strahlung ausgewertet wird. Die Messeinrichtung zur. Durchführung des Verfahrens arbeitet mit einer hohen lateralen und axialen Auflösung. Dadurch wird die Mikroanalyse nach einer, zwei oder drei Koordinatenrichtungen von Geschwindigkeitsprofilen und von Bewegungsrichtungen möglich.Insbesondere betrifft die Erfindung eine Einrichtung zur Mikroanalyse von Strömungen (Flüssigkeiten und Gasen). Hierbei interessieren die hydrodynamischen Ursachen der wandständigen Mikrothrombose an Arterie- oder Kunststoffprothesen. Von allgemeiner Bedeutung ist die Möglichkeit zur Untersuchung der Wechselwirkungsmechanismen an der Grenzfläche strömendes Fluid-feste Wand.from these reflected / radiation is evaluated. The measuring device to the. Implementation of the method works with a high lateral and axial resolution. This will do the microanalysis according to one, two or three coordinate directions of speed profiles and directions of movement are possible. In particular, the invention relates to a device for microanalysis of currents (liquids and gases). The hydrodynamic causes of the mural microthrombosis are of interest here on artery or plastic prostheses. From general The possibility to investigate the interaction mechanisms at the interface between flowing fluid and solid is important Wall.

Es sind bereits optische Geschwindigkeitsmeßeinrichtungen bekannt (OS 22 o9 667) , bei denen Relativbewegungen eines Objektes gegenüber einem fotoelektrischen Empfänger von der Relativgeschwindigkeit abhängigen Meßgrößen erzeugen. Dabei werden grundsätzlich verschiedene Methoden verwendet: Einmal kann das anzumessende Objekt mit monochromatischer Kohärenter Strahlung bestrahlt, dann das am Objekt gestreute Licht eingefangen, dessen Frequenz infolge Dopplerverschiebung beeinflußt ist, und sodann die Frequenz des Streulichts durch Interferenz mit der Primärstrahlung oder mit in entgegengesetzterRichtung frequenzverschobenem Licht gemessen werden. Dieses Verfahren bedingt im Hinblick auf die erforderichen Laser und Interferometer einen in vielen Fällen untragbaren apparativen Aμfwand.There are already optical speed measuring devices known (OS 22 o9 667), in which relative movements of an object generate measured variables that are dependent on the relative speed compared to a photoelectric receiver. Thereby are basically different methods used: once the object to be measured can be coherent with monochromatic Radiation irradiated, then captured the light scattered on the object, the frequency of which is influenced as a result of the Doppler shift and then the frequency of the scattered light by interference with the primary radiation or with in the opposite direction frequency shifted light can be measured. This method is conditional with regard to the required lasers and interferometers an in many cases unsustainable equipment wall.

Zum anderen kann das bewegte Objekt in eine Bildebene abgebildetOn the other hand, the moving object can be mapped in an image plane

03O&34/O25403O & 34 / O254

werden, in der mindestens zwei in Bewegungsrichtung versetzte fotoelektrische Äbtaster angeordnet sind- Das Signal des ersten Abtasters, der in der Bewegungsrichtung als erster angeordnet ist, wird für eine vorgewählte Zeit T in einem Kurzzeitspeicher gespeichert und danach mit dem nächsten um die Strecke c verschobenen Abtaster gelieferten Signal in einem Korrelator verglichen. Dabei wird die Speicherzeit T so geregelt, daß das Signal des zweiten Abtasters mit dem verzögerten des ersten Abtasters zeitlich zusammenfällt. Dann ergibt sich die Geschwindigkeit des Objektes relativ zu den Abtastern, aus der man über den Abbildungsmaßstab die Objektgeschwindigkeit v_o erhält, alsThe signal of the first scanner, which is arranged first in the direction of movement, is stored in a short-term memory for a preselected time T and then with the next scanner shifted by the distance c supplied signal compared in a correlator. The storage time T is regulated in such a way that the signal from the second sampler coincides in time with the delayed signal from the first sampler. The speed of the object relative to the scanners, from which the object speed v _o is obtained via the imaging scale, then results as

Dieses bekannte Verfahren bedingt mit regelbarem Speicher und Korrelator,einen störanfälligen Geräteaufwand und liefert nur eine über die Speicherzeit T gemittelte Durchschnittsgeschwindigkeit. Schließlich kann das bewegte Objekt auf ein Gitter mit der Linienzahl k pro mm abgebildet werden, hinter dem ein Fotoempfänger das vom Objekt kommende Licht aufnimmt und vorzugsweise bei Vorliegen einer bestimmten Ortsfrequenz in der Helligkeitsverteilung des Objektes eine Wechselspannung abgibt, deren Frequenz f der Geschwindigkeit des Objektbildes ν relativ zum Gitter und zu k proportional ist. Es giltThis known method, with a controllable memory and correlator, requires an outlay on equipment that is susceptible to failure and provides only one Average speed averaged over the storage time T. Finally, the moving object can be placed on a grid with the number of lines k per mm, behind which a photo receiver the absorbs light coming from the object and preferably when a certain spatial frequency is present in the brightness distribution of the Object emits an alternating voltage, the frequency f of which is the speed of the object image ν relative to the grid and to k is proportional. It applies

f = ν · kf = ν · k

Dieses Signal ist überlagert und von längerperiodischen Signalen (Gleichlicht) entsprechend dem Integral über die Bildanteile mit Ortsfrequenzen, die k nicht entsprechen. Zur Unterdrückung dieses Gleichlichtanteiles ist eine Einrichtung mit einem speziellen Fotoempfängerpaar mit ineinandergeschachtelten streifenförmigen Elektroden bekannt, die nur aus Bildanteilen mit k entsprechender Ortsfrequenz ein Gegentaktsignal liefert und bei der sich die Gleichtaktanteile anderer Signale durch eine differenzbildende Brückenschaltung herausheben. Die speziellen Fotoempfänger dieserThis signal is superimposed and with longer-period signals (constant light) corresponding to the integral over the image components Spatial frequencies that do not correspond to k. A device with a special pair of photo receivers is used to suppress this constant light component known with nested strip-shaped electrodes, which only consist of image parts with k corresponding Spatial frequency supplies a push-pull signal and in which the common-mode components of other signals are differentiated by a Lift out the bridge circuit. The special photo recipients of this

-5--5-

830034/0254830034/0254

bekannten Einrichtungen bedingen infolge ihrer schwierigen Geometrie wiederum hohen Aufwand, und sie begrenzen, da sie sich nicht mit beliebiger Feinheit herstellen lassen, die Streifenzahl, welche in unmittelbarem Zusammenhang mit der Meßgenauigkeit des Systems steht.known facilities due to their difficult geometry again, a lot of effort, and since they cannot be produced with any fineness, they limit the number of stripes, which is directly related to the measurement accuracy of the system.

Schließlich ist eine Einrichtung zur Kompensation der Bewegung eines Bildes in einer Luftbildkamera während der Belichtungszeit bekannt, bei der mittels eines Dachkanten- oder Pyramidenrasters und diesem nachgeschalteter fotoelektrischer Empfänger Steuersignale abgeleitet werden, welche entweder den Film in der Kamera oder das abbildende optische System dieser Kamera derart nachführen, daß ein abzubildendes Objekt während der Belichtungszeit stets auf die gleiche Stelle des Filire abgebildet wird. Diese vorbekannte Einrichtung erbringt keine Richtungsinformation, so daß ihre Anwendung in einer vorgegebenen Bewegungsrichtung möglich ist.Finally, there is a device for compensating for the movement of an image in an aerial camera during the exposure time known in the means of a roof edge or pyramid grid and this downstream photoelectric receiver Control signals are derived, which either the film in the camera or the imaging optical system of this camera track that an object to be imaged is always imaged on the same point of the filire during the exposure time. These previously known device provides no directional information, so that their application is possible in a given direction of movement.

11ff) Darüberhinaus ist noch ein Verfahren bekannt (Biomed.Techn.,Bd20,1975, bei dem das Objekt stroboskopisch beleuchtet wird und gleichzeitig die Bewegungen von vorhandenen oder zugegebenen Streuteilchen mittels eines zweidimensionalen Detektors in der Bildebene registriert werden. Die Spurlängen in einem Beleuchtungsintervall sind proportional zu der Geschwindigkeitskomponente.· in der Bildebene.11ff) In addition, a method is known (Biomed.Techn., Bd20, 1975, in which the object is stroboscopically illuminated and at the same time the movements of existing or added scattering particles be registered in the image plane by means of a two-dimensional detector. The track lengths in an illumination interval are proportional to the speed component. · in the image plane.

Mit all diesen Verfahren ist in den bekannten Ausführungsformen die Analyse eines Geschwindigkeitsfeldes mit einer lateralen und axialen Auflösung kleiner 5o /m nicht möglich.All of these methods are in the known embodiments the analysis of a speed field with a lateral and axial resolution of less than 5o / m is not possible.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, ein Bild zu erzeugen, derart, daß die Geschwindigkeit in der Bildebene zwar mit bekannten Verfahren meßbar ist, diese Geschwindigkeit und Bewegungsrichtung in der Bildebene jedoch linear mitThe object of the invention is to provide a Generate image in such a way that the speed in the image plane can be measured with known methods, this speed and direction of movement in the image plane, however, is linear

-6--6-

030034/0254030034/0254

der Geschwindigkeit und Bewegungsrichtung - in der Objektebene verknüpft ist und der Auflösungsbereich 1 pm bis 5o jjxi miterfaßt wird.the speed and direction of movement - is linked in the object plane and the resolution range 1 pm to 5o jjxi is also recorded.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Merkmal des Anspruches 1 und 2 sowie den Merkmalen der übrigen Ansprüche beschrieben, die vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung wiedergeben.The solution to this problem is described in the feature of claims 1 and 2 and the features of the other claims, the advantageous Show embodiments of the invention.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der Gleichlichtuntergrund soweit wie möglich reduziert wird, um die Anforderungen an die Dynamik des detektierenden Systems so gering wie' möglich zu halten. Die Erfindung sieht demnach in vorteilhafter Weise vor, eine spezielle Beleuchtungstechnik mit einem hochauflösenden bilderzeugenden Verfahren und die Verwendung submikro-A particular advantage of the invention is that the constant light background is reduced as much as possible in order to keep the demands on the dynamics of the detecting system as low as' possible to keep. The invention therefore advantageously provides a special lighting technology with a high resolution imaging processes and the use of submicro-

a
skopicher stark reflektierender Teilchen zu verwenden.a
to use scopic highly reflective particles.

Die Beleuchtungstechnik bewirkt folgendes: Durch räumliche Filerung werden die Lichtquellenbilder im Meßlicht ausgeblendet. Dadurch ist es möglich, submikroskopische Teilchen <o„l /Mi, die gegebenenfalls, als stark streuende Tracer dem Fluid zugegeben werden,darzustellen. Diese Maßnahme führt außerdem zu einer drastischen Unterdrückung des Gleichlichtanteils, so daß die Auswertung des modulierten Lichtsignals vereinfacht wird.The lighting technology has the following effect: The light source images in the measuring light are masked out by spatial filtering. This makes it possible to display submicroscopic particles <0.1 / ml, which are optionally added to the fluid as highly scattering tracers. This measure also leads to a drastic suppression of the constant light component, so that the evaluation of the modulated light signal is simplified.

Die Bilderzeugung bewirkt folgendes:The image generation does the following:

Durch die Verwendung eines Objektives mit hoher Apertur und entsprechend starker Nachvergrößerung wird die Tiefenschärfe des Systems stark vermindert. Dadurch kann eine axiale Auflösung bis zu o,5 pm. bei einer minimalen Meßfläche von 5 /An χ 2ο pm. erreicht werden.By using an objective with a high aperture and correspondingly strong re-magnification, the depth of field of the system is greatly reduced. This allows an axial resolution of up to 0.5 pm. with a minimum measuring area of 5 / An χ 2ο pm. can be achieved.

Die Erfindung wird im folgenden mittels Ausführungsbeispielen anhand der Figur 1 bis 4 näher erläutert:The invention is explained in more detail below by means of exemplary embodiments with reference to FIGS. 1 to 4:

-7--7-

030034/0254030034/0254

Über den Teilerspiegel 2 (s.Fig. 1) wird in dieoptische Achse 16 ein Beleuchtungsstrahl 1 eingespiegelt. In diesem Ausführungsbeispiel wird ein schwach konvergenter Strahl eines HeNe-Lasers verwendet.Via the splitter mirror 2 (see Fig. 1), the optical axis 16 an illumination beam 1 is reflected. In this embodiment, a weakly convergent beam of a HeNe laser is used used.

Das Objektiv 3 ist mittels Ölimmersion an ein Deckglas 4 gekoppelt. Dahinter befindet sich die Meßzelle 5 für den Flüssigkeits- oder Gasstrom 22. Das Objektiv 3 erzeugt ein quasipunktförmiges Quellenbild zwischen Objektebene und Objektivfrontlinse. Das Objekt,d.h. die Flüssigkeitsschicht 19, die sich in der Schärfenebene befindet, wird daher mit einem divergenten 16 Lichtbündel beleuchtet. In der Flüssigkeit 22 befinden sich stark ; reflektierende, vorzugsweise kugelförmige Teilchen 2o, deren Dimension klein ist gegen die benötigte Vertikal- und Axialauflösung des Verfahrens.The objective 3 is coupled to a cover glass 4 by means of oil immersion. The measuring cell 5 for the liquid or gas flow 22 is located behind it. The objective 3 produces a quasi-point-shaped Source image between the object plane and the objective front lens. The object, i.e. the liquid layer 19, which is located in the plane of focus, therefore has a divergent 16 Illuminated light beam. In the liquid 22 are strong; reflective, preferably spherical particles 2o, whose dimension is small compared to the required vertical and axial resolution of the procedure.

Für den Bereich hoher Auflösung (Größenordnung .Un) sind dafür Goldteilchen gut geeignet, da sie ein hohes Reflexionsvermögen besitzen und in einer extrem homogenen Größe herstellbar sind. Von diesen Teilchen 2o wird über das in Richtung des Objektives 3 gestreute Licht 16 vom Objektiv 3 ein vergrößertes Bild in der Zwischenbildebene 6 erzeugt.
Die Lichtverteilung in dieser Ebene 6 besteht ausFor the range of high resolution (order of magnitude .Un) gold particles are well suited for this because they have a high reflectivity and can be produced in an extremely homogeneous size. An enlarged image of these particles 2o is generated in the intermediate image plane 6 via the light 16 scattered in the direction of the objective 3 from the objective 3.
The light distribution in this level 6 consists of

1) kleinen intensiven Lichtflecken, die von den Streuteilchen1) small intense spots of light from the scattered particles

2o in der zur Abbildung kommenden Flüssigkeitsschicht 19 herrühren ;2o originate in the liquid layer 19 coming to the illustration ;

2) größeren schwächeren Lichtflecken, die von Streuteilchen außerhalb der Schärfenebene 19 herrühren und2) larger weaker spots of light caused by scattered particles originate outside the focal plane 19 and

3) aus einer mehr oder weniger homogenen Lichtverteilung, die von Linsen und anderen Grenzflächenreflexen sowie Reflexionen an Staubteilchen herrühren.3) from a more or less homogeneous light distribution caused by lenses and other interface reflections and reflections come from dust particles.

Die im reflektierten Strahl 16' hinter der Zwischenbildebene 6 liegende Linse 7 erzeugt nun über jeden Lichtreflex je ein Licht-The lens 7 located in the reflected beam 16 'behind the intermediate image plane 6 now generates a light

II. IlIl IIIIII

quellenbild in jeweils einer verschiedenen Ebene 8(8,8 ,8 ) . Diese werden durch geeignete Hochpaßfilter 21 dort abgeblockt,,source image in a different level 8 (8,8, 8). These are blocked there by suitable high-pass filters 21,

-8--8th-

03 0 0 3 4/025403 0 0 3 4/0254

Justierung und Beobachtung erfolgt über den seitlich ausgeblendeten Zweig 16 , in dem über Strahlteiler 9 und verschiebbarer Linse 14 wahlweise die Zwischenbildebene 6 oder die Pilterebenen 8 auf einen Beobachtungsschirm 15 abgebildet werden. Im Hauptzweig 16 wird mittels der Linse Io die Zwischenbildebene 6 in die Ebene 11 abgebildet. Das Vergrößerungsmaß wird dabei so gewählt, daß die Tiefenschärfe in dieser Ebene 11 klein ist gegen die gewünschte axiale Auflösung.Adjustment and observation are carried out using the one that is hidden at the side Branch 16, in which via beam splitter 9 and displaceable lens 14 either the intermediate image plane 6 or the filter levels 8 are mapped onto an observation screen 15. The intermediate image plane is created in the main branch 16 by means of the lens Io 6 mapped to level 11. The magnification is chosen so that the depth of field in this plane 11 is small compared to the desired axial resolution.

Durch die Hochpaßfilterungen 21 sdind nun in dieser Ebene 11 die von Reflexen herrührenden Lichtverteilungen weitgehend eliminiert..-. In der Ebene 11 befindet sich ein Gitter. Die Gitterkonstante ist mindestens/so groß wie die Teilchenbilder in dieser Ebene. Das durch die Ebeneil tretende Licht 16 wird mittels der Feldlinse 12 auf einen Photodektor 13 gegeben. Aufgrund der Abbildungsverhältnisse erzeugt jedes Teilchen der Flüssigkeitsschicht 19 über das Gitter 11 ein intensitätsmoduliertes Signal, dessen Frequenz linear mit der Geschwindigkeitskomponente V parallel zur Schicht 19 undAs a result of the high-pass filtering 21, there are now those of reflections in this plane 11 resulting light distributions largely eliminated ..-. On level 11 there is a grid. The lattice constant is at least / as large as the particle images in this plane. That through the plane Emerging light 16 is applied to a photodector 13 by means of the field lens 12. Generated due to the imaging conditions each particle of the liquid layer 19 via the grid 11 an intensity-modulated signal, the frequency of which is linear with of the velocity component V parallel to the layer 19 and

senkrecht zu den Gitterlinien verknüpft ist entsprechend der Beziehungperpendicular to the grid lines is linked according to the relationship

M V_c
f = ^Ξ MV _c
f = ^Ξ

wobei M die Gesamtvergrößerung und d die Gitterkonstante bedeuten. where M is the total magnification and d is the lattice constant.

Teilchen 2o außerhalb der Schärfenebene 19 bewirken nur ein schwach moduliertes oder nichtmoduliertes Signal. Der Untergrund ist nicht moduliert. Die axiale Auflösung ist damit gleich der Tiefenschärfe der Abbildung und somit beliebig einstellbar. Die Auswertung erfolgt z.B. über einen'nicht näher dargestellten Autokorrelator. Das erste Maximum der Autokorrelationsfunktion neben dem Nullpunkt ergibt für ein Ensemble von gemessenen Teilchen 2o die mittlere Periodendauer T der Modulation. Draus berechnet sich V zuParticles 2o outside the focal plane 19 only have a weak effect modulated or non-modulated signal. The underground is not modulated. The axial resolution is therefore equal to the depth of field the figure and thus freely adjustable. The evaluation takes place, for example, via an autocorrelator not shown in detail. The first maximum of the autocorrelation function next to the zero point gives the mean period T of the modulation for an ensemble of measured particles 2o. From this, V is calculated to

MT
Eine Mittelung über viele Teilchen 2o ist in wandnahen Schich-MT
Averaging over many particles 2o is possible in layers close to the wall.

-9--9-

03 0034/025403 0034/0254

ten 19 unbedingt erforderlich, da hier die Geschwindigkeiten einzelner Teilchen große Abweichungen vom Mittelwert haben können. Der Geschwindigkeitsvektor parallel zur Flüssigkeitsschicht 19 wird durch zwei Messungen erfaßt. Für die 2.Messung wird das Gitter 11 um 9o° um die optische Achse 16 gedreht. Eine Einrichtung zur Verschiebung 18 (Schwalbenschwanzführung) der Meßzelle 5 in axialer Richtung 16 ermöglicht die Ausmessung der Geschwindigkeitskomponenten in Flüssigkeitsschichten 19 mit unterschiedlichem Abstand zur Deckglaswand 4. Mit Hilfe der Kontinuitätsgleichung kann damit das dreidimensionale Geschwindigkeitsprofil in einer Flüssigkeit bestimmt werden.ten 19 absolutely necessary, as this is where the speeds individual particles can have large deviations from the mean. The velocity vector parallel to the liquid layer 19 is detected by two measurements. For the second measurement, the grating 11 is rotated by 90 ° around the optical axis 16. An institution for displacement 18 (dovetail guide) of the measuring cell 5 in the axial direction 16 enables the speed components to be measured in liquid layers 19 at different distances from the cover glass wall 4. With the help of the continuity equation, the three-dimensional velocity profile can be determined in a liquid.

Die Leistung des HeNe-Lasers 1 beträgt 15 mW. Die Abbildung erfolgt* über ein Leitz-Objektiv 3, Öffnung 1,3 bei loo-facher Vergrößerung in der Zwischenbildebene 6 und 4-facher Nachvergrößerung mit einem Achromaten (F= 3o cm). Das Bildfeld hat einen Durchmesser von 2o ,Un, die Tiefenschärfe beträgt weniger als 0,4 fea. Dem strömenden Fluid 22 wurde als Tracer 2o kolloidales Gold zugefügt. Durch eine speziell entwickelte Herstellungstechnik konnte eine extrem homogene Teilchengröße erreicht werden. Der . Durchmesser beträgt im Mittel weniger als o,l ^m und liegt damit unter der Auflösungsgrenze. Zur Ausblendung der Reflexe genügt ein Hochpaßfilter 21 mit dem Durchmesser =0,5 mm. Dadurch wird das von einem Teilchen 2o in der Schärfenebene 19 reflektierte Licht 16 nur wenig beeinflußt und ein gutes Nutzsignal-Untergrund-Verhältnis erzielt. Durch die Hochpaßfilterung 21 wird das vom Untergrund herrührende Signal um einen Faktor 5o geschwächt. Das Verhältnis Nutzsignal zu Untergrund ist dann etwa 2:1. DieThe power of the HeNe laser 1 is 15 mW. The image is shown * using a Leitz objective 3, opening 1.3 with a magnification of 100 times in the intermediate image plane 6 and 4 times subsequent magnification with an achromatic lens (F = 30 cm). The image field has a diameter of 2o, Un, the depth of field is less than 0.4 fea. Colloidal gold was added to the flowing fluid 22 as a tracer. Thanks to a specially developed manufacturing technique, an extremely homogeneous particle size could be achieved. Of the . The average diameter is less than 0.1 m and is therefore below the limit of resolution. A high-pass filter 21 with a diameter of 0.5 mm is sufficient to mask out the reflections. As a result, the light 16 reflected by a particle 2o in the focal plane 19 is only slightly influenced and a good useful signal-to-background ratio is achieved. Due to the high-pass filtering 21, the signal originating from the background is weakened by a factor of 50. The ratio of the useful signal to the background is then around 2: 1. the

IIIIII

Auswertung der photoelektrischen Signale 16 aus dem Detektor erfolgt mit einem Korrelator der Firma Malvern (Typ K7o23). An einer senkrechten Wandanströmung und in Kapillaren wurden Geschwindigkeitsprofile mit Wasser und verdünnter Gelantine als Flüssigkeit 22 bis zu einem Wandabstand von lAim. gemessen. Die axiale Auflösung lag dabei unter o,5 Jia.. Für einen festen Wandabstand beträgt die Meßzeit einige Sekunden bis Minuten,The photoelectric signals 16 from the detector are evaluated with a correlator from Malvern (type K7o23). Velocity profiles with water and diluted gelatin as liquid 22 up to a wall distance of lAim. measured. The axial resolution was less than 0.5 Jia .. For a fixed distance from the wall, the measurement time is a few seconds to minutes,

-lo--lo-

G30034/0254G30034 / 0254

Die Figur 2 zeigt das typische Signal (Multiplier-Signal) bei der Bewegung eines Teilchens 2o in der Schärfenebene 19, Fig. 3 die Autokorrelationsfunktion bei Mittelung über etwa 2o Teilchen 2o. In Figur 4 ist das Ergebnis einer Messung (Wandabstand d zu V) an einer 58 ^,Un dicken Kapillare 5 mit rechteckigem Querschnitt gezeigt. Die Kapillare 5 wurde mit Wasser .22 durchströmt (Volumenstrom 3,9 lo~ ml/s). Die Abbildung zeigt die gute Übereinstimmung der Meßwerte mit dem erwarteten parabolischen Profilverlauf. FIG. 2 shows the typical signal (multiplier signal) when a particle 2o moves in the focal plane 19, FIG. 3 the autocorrelation function when averaging over about 2o particles 2o. In Figure 4 is the result of a measurement (wall distance d to V) on a 58 ^, Un thick capillary 5 with a rectangular cross-section shown. The capillary 5 was flowed through with water .22 (volume flow 3.9 lo ~ ml / s). The figure shows the good match the measured values with the expected parabolic profile course.

-11--11-

9300 34/02549300 34/0254

■ η-■ η-

LeerseiteBlank page

Claims

GESELLSCHAFT FÜR STRAHLEN- Neuherberg, February 12, 197S AND UMWELTFORSCHUNG MBH PLA 7903 Ga / str MUNICH Patent claims:

1. Method for non-contact measurement of speed or the path of particles in liquid or gas flows with respect to a reference position, wherein the particles by means of a Radiation is illuminated and the radiation reflected or scattered by these is evaluated, characterized in that the reflected or scattered beam (16 ') superimposed images (8) of the light source (1) are filtered out that the Measurement layer is placed in the focal plane (19) of an objective (3) so that the measurement layer (19) is in an evaluation plane (11) is imaged with a shallow depth of field and that the liquid or gas flow (22) the particles (20) as highly scattering Tracer can be added.

2. The method according to claim 1, characterized in that the tracers are gold ponds.

3. Device for performing the method according to claim 1 and 2, characterized by an objective (3), which the illuminating beam (1.16 "") in the plane of focus (19) in the liquid or gas flow focused so that the lens (3) from the particles (20) via the reflected or scattered radiation (16 ') An image is generated in an intermediate image plane (6) so that a further lens (7) produces a light source image of each light source reflection (8 ', 8 ", 8"') generated, which are blocked there by means of high-pass filters (21), that a second lens (10) the intermediate image plane (6) images on a grating (11), and that a field lens (12) the light passing through the grating plane (11) (16) on a detector (13) there.

- "■ 2. -

99003 4/02

Device according to Claim 3, characterized in that the adjustment is carried out laterally by means of a beam splitter (9) hidden branch (16) takes place in which a displaceable lens (14) either the intermediate image plane (6) or the Mapping filter levels (8) on an observation screen (15).

-3-

€ 30034/0254