DE3145987C2

DE3145987C2 - "Method and device for measuring the flow vectors in gas flows"

Info

Publication number: DE3145987C2
Application number: DE19813145987
Authority: DE
Inventors: Richard Dipl.-Ing. Dr. 5210 Troisdorf Schodl
Original assignee: Deutsche Forschungs und Versuchsanstalt Fuer Luft und Raumfahrt EV 5000 Koeln; Deutsche Forschungs und Versuchsanstalt fuer Luft und Raumfahrt eV DFVLR
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 1981-11-20
Filing date: 1981-11-20
Publication date: 1983-11-17
Also published as: DE3145987A1; GB2109548A; GB2109548B; DK159946B; DK159946C; DK515882A

Abstract

Zur Bestimmung eines beliebig im Raum stehenden Strömungsvektors (c / ↑ →) nach Betrag und Größe werden in dem Meßvolumen zwei Fokussierungsstellen (A, B) gebildet, an denen hindurchfliegende Teilchen Impulse erzeugen, deren zeitlicher Abstand von der Teilchengeschwindigkeit abhängt. Zur Erfassung eines beliebig im Raum stehenden Vektors (c / ↑ →) werden beide Strahlenpaare (1b, 2b; 1g, 2g) um die optische Achse (34) des Systems gedreht, so daß der Vektor (c / ↑ →) während einer ganzen Umdrehung einmal in der Ebene des ersten Strahlenpaares (1b, 2b) und einmal in der Ebene des zweiten Strahlenpaares (1g, 2g) liegt. Anhand der Winkel ( Θ), bei denen Meßergebnisse registriert werden, wird der Winkel ( Θ) der Vektorebene (35), in der der Vektor (c / ↑ →) liegt und der Winkel ( β) des Vektors (c) innerhalb der Vektorebene (35) ermittelt. Außerdem wird der Betrag des Vektors (c / ↑ →) anhand der Meßergebnisse bestimmt.To determine any flow vector (c / ↑ →) in space according to its magnitude and size, two focussing points (A, B) are formed in the measuring volume, at which particles flying through generate pulses, the time interval between which depends on the particle speed. To detect a vector (c / ↑ →) in any space, both pairs of rays (1b, 2b; 1g, 2g) are rotated around the optical axis (34) of the system, so that the vector (c / ↑ →) during a whole Rotation once in the plane of the first pair of beams (1b, 2b) and once in the plane of the second pair of beams (1g, 2g). Using the angle (Θ) at which measurement results are registered, the angle (Θ) of the vector plane (35) in which the vector (c / ↑ →) lies and the angle (β) of the vector (c) within the vector plane (35) determined. In addition, the amount of the vector (c / ↑ →) is determined on the basis of the measurement results.

Description

5050

bestimmt wird, wobei Φ der Schwenkwinkei der Vektorebene (35) um die optische Achse (34), φ,, der Schwenkwinkel, bei dem an den Umsetzern (31, 32) des ersten Strahlenpaares Durchgangssignale auftreten und φ_β der Schwenkwinkel, bei dem an den Umsetzern (3Γ, 32') des zweiten Strahlenpaares Durchgangssignale auftreten, sind.is determined, where Φ the pivot angle of the vector plane (35) about the optical axis (34), φ ,, the pivot angle at which the converters (31, 32) of the first pair of beams through signals and φ _β the pivot angle at which the converters (3Γ, 32 ') of the second pair of beams through signals occur.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel ß des gesuchten Vektors (c) innerhalb der Vektorebene durch die Beziehung zeichnet, daß der Betrag des Vektors (c) durch die Beziehung4. The method according to claim 3, characterized in that the angle ß of the vector (c) searched for within the vector plane is characterized by the relationship that the amount of the vector (c) by the relationship

1*1=1 * 1 =

COS-COS

bestimmt wird, wobei C₄ und c_g jeweils die einander betragsmäßig gleichen Größen der an den Umsetzern (31, 32) bzw. (31', 32') für das ers^e bzw. das zweite Strahlenpaar bei den Schwenkwinkeln φ_ί bzw. φ_β gemessenen Geschwindigkeiten sind.is determined, where C ₄ and c _g each have the same magnitude of the values at the converters (31, 32) and (31 ', 32') for the first and the second pair of beams at the pivot angles φ _ί and φ _{β are} measured velocities.

6. Vorrichtung zur Messung der Strömungsvektoren in Gasströmungen zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden AnSprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Strahlerzeugungssysteme (12, 13, 15, 17, 19; 12, 14, 15', 17,19) vorgesehen sind, von denen jedes ein Strahlenpaar (Ig, 2g; 16,26) aus parallelen Strahlen erzeugt, daß die Ebene, in der die Strahlen eines Strahlenpaares (Ig, 2g) liegen, unter einem spitzen Winkel (2y) zu der Ebene verläuft, in der die Strahlen des anderen Strahlenpaares (16, 26) liegen, und daß eine Einrichtung (18) zum simultanen Drehen der Strahlenpaare (Ig, 2g, 16, 26) um eine gemeinsame Achse (34) vorgesehen ist.6. Device for measuring the flow vectors in gas flows to carry out the Method according to one of the preceding claims, characterized in that two beam generating systems (12, 13, 15, 17, 19; 12, 14, 15 ', 17, 19) are provided, each of which is a pair of beams (Ig, 2g; 16,26) generated from parallel rays, that the plane in which the rays of a pair of rays (Ig, 2g) lie at an acute angle (2y) runs to the plane in which the rays of the other pair of rays (16, 26) lie, and that a device (18) for the simultaneous rotation of the beam pairs (Ig, 2g, 16, 26) about a common one Axis (34) is provided.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahl eines Lasers (10) in einem dichroitischen Strahlenteiler (12) in zwei Strahlen (g, 6) mit unterschiedlichen Farben aufgeteilt wird, daß diese beiden Strahlen einem Polarisations-Strahlteiler (17) zugeführt werden, der eine Aufteilung jedes Strahles (g, 6) in zwei parallele, unterschiedlich polarisierte Strahlen (Ig, 2g; 16. 26) durchführt, daß die insgesamt vier Strahlen mit Abständen von der optischen Achse (34) über ein Bilddrehprisma (18) und eine Sammeloptik (19) paarweise auf die beiden Fokussierungsstellen (A, B) gerichtet werden und daß ein auf die Fokussierungsstellen (A, B) gerichtetes Linsensystem eine -iie. Strahlenpaar. (29, 30; 29', 30') voneinander trennende und auf unterschiedliche Auswerteeinricblungen (31, 32, 33; 31'. 32', 33') leitende Einrichtung (22, 23; 24 bis 28; 24' bis 28') aufweist.7. Apparatus according to claim 6, characterized in that the beam of a laser (10) in a dichroic beam splitter (12) is divided into two beams (g, 6) with different colors, that these two beams are a polarization beam splitter (17) which splits each beam (g, 6) into two parallel, differently polarized beams (Ig, 2g; 16. 26) so that the total of four beams are spaced from the optical axis (34) via an image rotating prism (18 ) and a collecting optics (19) are directed in pairs to the two focusing points (A, B) and that a lens system directed to the focusing points (A, B) has a -iie. Pair of rays. (29, 30; 29 ', 30') device (22, 23; 24 to 28; 24 'to 28') which separates each other and conducts different evaluation devices (31, 32, 33; 31 '. 32', 33 ') having.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Strahlen (Ig, 16), von denen jeder einein der Strahlenpaare angehört, in dem Bilddrehprisma (18) einen gemeinsamen Durchmesser des Bilddrehprismas schneiden.8. Apparatus according to claim 6 or 7, characterized in that two beams (Ig, 16), of to which each one of the beam pairs belongs, in the image rotation prism (18) a common one Cut the diameter of the image rotation prism.

■
sin■
sin

? = arctg? = arctg

tgytgy

bestimmt wird, wobei y die Größe des halben Winkels zwischen den Strahlenpaaren (16, 26; Ig, 2g) darstellt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennDie Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung der Strömungsvektoren in Gasströmungen durch Ermittlung des Geschwindigkeitsbetrages und der Richtung von in einer Strömung enthaltenen optisch erfaßbaren Teilchen, bei welchem die parallelen Strahlen eines ersten Strahlenpaares an zwei dicht nebeneinanderliegenden ersten Fokussierungsstellen fokussiert und die Fokussierungsstellen auf zwei ersten photoelektrischen Umsetzern abgebildet werden. Bei einem bekannten Verfahren dieser Art (DE-AS 2449358) werden in einem Strömungskanal zwei Fokussierungsstellen dicht hintereinander angeordnet und die diese Fokussierungsstellen nacheinander passierenden Teilchen werden auf photoelektrischen Umsetzern abgebildet. Ein Teilchen, das die erste Fokussierungsstelleis determined, where y represents the size of half the angle between the beam pairs (16, 26; Ig, 2g).
5. The method as claimed in claim 4, characterized in that the invention relates to a method and a device for measuring the flow vectors in gas flows by determining the amount of velocity and the direction of optically detectable particles contained in a flow, in which the parallel rays of a first pair of rays at two closely adjacent ones focussed first focussing points and the focussing points are imaged on two first photoelectric converters. In a known method of this type (DE-AS 2449358), two focusing points are arranged closely one behind the other in a flow channel and the particles passing through these focusing points one after the other are imaged on photoelectric converters. A particle that is the first point of focus

passiert, erzeugt einen Startfmpuls und anschließend beim Passieren der zweiten Fokussierungsstelle einen Stopimpuls. Aus dem zeitlichen Abstand von Startimpuls und Stopimpuls kann die Teilchengeschwindigkeit ermittelt werden. Die Strömungsrichtung ergibt sich aus der Richtung, in der die beiden Fokussieningsstellen im Strömungskanal hintereinander angeordnet sind. Diese Richtung kann verändert werden, so daß Strömungsvektoren mit unterschiedlichen Richtungen erfaßt werden können. Grundsätzlich gut jedoch für das bekannte Verfahren, daß nur diejenigen Komponenten von Strömungsvektoren gemessen werden, die "in der Ebene liegen, die senkrecht zur optischen Achse des Systems verläuft. Diese Ebene muß durch eine Meßreihe ermittelt werden. Die in Achsrichtung verlaufende Komponente kann nicht bestimmt werden. Dennoch handelt es sich bei dem bekannten Verfahren nur um ein Zwei-Komponenten-Geschwindigkeitsmeßverfahren. happens, generates a start pulse and then a stop pulse when passing the second focus point. From the time interval between the start impulse and stop pulse, the particle speed can be determined. The direction of flow results from the direction in which the two focus points are arranged one behind the other in the flow channel. This direction can be changed so that Flow vectors with different directions can be detected. Basically good for the known method that only those components of flow vectors are measured which "lie in the plane which is perpendicular to the optical axis of the system. This plane must pass through a Measurement series can be determined. The component running in the axial direction cannot be determined. Nevertheless, the known method is only a two-component speed measurement method.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das bekannte Verfahren derart weiterzubilden, daß die Bestimmung der in Achsrichtung verlaufenden iComponente der Strömungsvektoren zusätzlich möglich ist, so daß Strömungsvektoren vollständig nach Betrag und Richtung erfaßt werden können, ohne daß bei einem solchen Drei-Komponenten-Meßverfahren für die Messungen ein wesentlich größerer Zeitaufwand als bei dem Zwei-Komponentenverfahren benötigt wird.The invention is based on the object of developing the known method in such a way that the determination the iComponente running in the axial direction the flow vectors is also possible, so that flow vectors completely according to amount and Direction can be detected without the need for such a three-component measuring method for the measurements a significantly greater amount of time is required than with the two-component method.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daßTo solve this problem, the invention provides that

a) ein zweites Strahlenpaar aus ebenfalls parallel zueinander verlaufenden Strahlen unter einem Winkel zu dem ersten Strahlenpaar auf die ersten Fokussierungsstellen gerichtet und dort fokussiert wird,a) a second pair of beams, which are also parallel to each other, at an angle the first pair of beams is directed to the first focussing points and focused there,

b) die Fokussierungsstellen des zweiten Strahlenpaares auf zwei zweiten photoelektrischen Umsetzern abgebildet werden,b) the focussing points of the second pair of beams be mapped on two second photoelectric converters,

c) die beiden Strahlenpaare gemeinsam um eine optische Achse herum verschwenkt werden, die durch eine der beiden Fokussierungsstellen hindurchgeht und in der Ebene der zugehörigen Strahlen der beiden Strahlenpaare verläuft.c) the two pairs of beams are pivoted together around an optical axis, which is through a of the two focussing points and in the plane of the associated rays of the two Ray pairs runs.

d) diejenigen Schwenkwinkel gemessen werden, bei denen für jedes Strahlenpaar an den Umsetzern Signale auftreten, die den Durchgang von Teilchen durch die beiden Fokussierungsstellen des Strahlenpaares angeben, undd) those swivel angles are measured at which for each pair of beams at the converters Signals occur that the passage of particles through the two focussing points of the beam pair specify, and

e) aus den gemessenen Schwenkwinkeln für beide Strahlenpaare und dem gemessenen Häufigkeiiswert der Vektor der Teilchengeschwindigkeit nach Richtung und Betrag bestimmt wird.e) from the measured pivot angles for both beam pairs and the measured frequency value the vector of the particle velocity is determined according to direction and magnitude.

Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, daß ein beliebig im Räume stehender Vektor erfaßt werden kann, wenn zunächst, eine Ebene bestimmt wird, in der der Vektor liegt, und wenn β der Winkel des Vektors innerhalb dieser Ebene sowie der Betrag des Vektors ermittelt werden. Dieses Prinzip wird dadurch realisiert, daß zwei Meßeinrichtungen der eingangs geschilderten bekannten Art zusammengefaßt werden und daß mit jeder dieser Meßeinrichtungen unabhängig voneinander Richtung und Betrag derjenigen Komponente des Geschwindigkeitsvektors gemessen werden, die in der Ebene senkrecht zur jeweiligen Strahlenrichtung liegt. Im Gegensatz zu dem Aufbau der bekannten Meßeinrichtung, bei der dii Strahlen in Richtung der optischen Achse des Systems verlaufen, sind die beiden Strahlenpaare nach der Erfindung unter einem Winkel zur optischen Achse geneigt und sie werden jeweils auf zwei Stellen,.die das Meßvolumen definieren, fokussiert. Die Fokussierungsstellen sind in Wirklichkeit nicht punktförmig, sondern zylinderförmig. Ihre Erstreckung in Richtung der StrahlacBsen entspricht etwa dem doppelten Abstand der Strahlen. Die Ebenen, die durch die Einzelstrahlen des jeweiligen Strahlenpaares aufgespannt werden, schneiden sich entlang einer Geraden (Schnittgeraden). Beim Verschwenken der beiden Strahlenpaare um die optische Achse herum wird diese Gerade, die senkrecht zu der optischen Achse verläuft und durch eine der Fokussierungsstellen hindurchgeht, ebenfalls verschwenkt. Bei einer Schwenkung bleibt also der an der einen Fokussierungsstelle liegende Punkt der Schnittgeraden unverändert. Diesen Punkt der Schnittgeraden, durch den die optische Achse hindurchgeht, kann man als Nullpunkt des Meßsystems betrachten. ^: The invention is based on the idea that any vector in space can be detected if a plane is first determined in which the vector lies, and if β the angle of the vector within this plane and the amount of the vector are determined . This principle is implemented in that two measuring devices of the known type described above are combined and that with each of these measuring devices the direction and magnitude of that component of the velocity vector which lies in the plane perpendicular to the respective beam direction are measured independently of one another. In contrast to the construction of the known measuring device, in which the beams run in the direction of the optical axis of the system, the two pairs of beams according to the invention are inclined at an angle to the optical axis and they are each placed at two points which define the measuring volume. focused. In reality, the focussing points are not punctiform but cylindrical. Their extension in the direction of the jet lenses corresponds approximately to twice the distance between the jets. The planes that are spanned by the individual rays of the respective ray pair intersect along a straight line (intersection line). When the two pairs of beams are pivoted around the optical axis, this straight line, which runs perpendicular to the optical axis and passes through one of the focusing points, is also pivoted. In the event of a pivoting, the point of the line of intersection located at the one focusing point remains unchanged. This point of the line of intersection through which the optical axis passes can be regarded as the zero point of the measuring system. ^:

Da, wie oben dargelegt, die Fokussierungsstellen nicht punktförmig., sondern zylinderförmig sind, werden in der Auswerteschaltung nicht nur diejenigp-v Teilchen erfaßt, die durch zwei Punkte hindurchgehen, süii^em praktisch alle Teilchen, die innerhalb eines bestimmten Längenabschnittes durch die Strahlen eines Strahlenpaares hindurchgehen. Erfaßt werden also diejenigen Teilchen, die sich in der Ebene eines Strahlenpaares bewegen. Durch Verschwenken der Strahlenpaare um die optische Achse, werden die Ebenen der Strahlenpaare ebenfalls geschwenkt. Wenn dabei eine der Ebenen eine solche Schwenkstellung erreicht, daß der betrcffende Vektor von ihr erfaßt wird, dann wird an den Umsetzern der Durchgang von Teilchen in dieser Ebene signalisiert.Since, as explained above, the focus points are not punctiform., but are cylindrical, are in the Evaluation circuit not only detects those p-v particles, that go through two points are very practical all particles that are within a certain length pass through the rays of a pair of rays. So those particles are recorded which move in the plane of a pair of rays. By pivoting the beam pairs around the optical Axis, the planes of the beam pairs are also swiveled. If there is one of the levels Pivot position reached that the vector in question is detected by it, then the passage of particles in this plane is signaled to the converters.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß mit zwei Suchmessungen, die in einem einzigen Suchlauf der Strahlenpaare durchgeführt werden, der Strömungsvektor im Bereich des Meßvolumens bestimmt werden kann. Dies geschieht, indem die Strahlenpaare um die optische Achse herum geschwenkt bzw. gedreht werden, bis die Unisetzy des einen Strahlenpaares einen Durchgang von Teilchen signalisieren. Anschließend werden die Strahlenpaare weitevgedreht, bis die Umsetzer des anderen Strahlenpaares einen Durchgang von Teilchen registrieren. Aus den beiden Schwenkwiakeln, bei denen jeweils Durchgänge von Teilchen registriert worden sind, läßt sich einerseits diejenige Vektorebene bestimmen, in der die optische Achse und der gesuchte Vektor gemeinsam liegen, und andererseits auch der Winkel, den der gesuchte Vektor in bezug auf die optische Achse innerhalb der genannten Ebene einnimmt. Der Betrag des Vektors kann anhand der genannten Winkel und der gemessenen Durchgangshäufigkeiten ermittelt werden. Für die exakte Bestimmung der drei Komponenten eines beliebig im Räume stehenden Vektors werden also nur zwei Suchmessungen benötigt, deren Resultate in einem einzigen Suchlauf erhalten weiden.A particular advantage of the method according to the invention is that with two search measurements that can be carried out in a single search of the beam pairs, the flow vector in the area of the Measurement volume can be determined. It does this by moving the pairs of rays around the optical axis be swiveled or rotated until the Unisetzy des a pair of rays signal the passage of particles. Then the pairs of rays further rotated until the converters of the other beam pair register a passage of particles. From the two swivel curves, each of which has passages have been registered by particles, on the one hand that vector plane can be determined in which the optical axis and the vector being sought lie together, and on the other hand also the angle that the sought Occupies vector with respect to the optical axis within said plane. The amount of the vector can be determined on the basis of the angles mentioned and the measured frequency of passage. For the exact Determination of the three components of a vector located anywhere in space are therefore only two search measurements needed, the results of which are obtained in a single search.

Vorzugsweise verlaufen die mit der optischen Achse in einer Ebene liegenden Strahlen der beiden Strahlenpaare unter gleichen Winkeln y zu der optischen Achse. Zwar ist es prinzipiell möglich, beide Strahlenpaare mit unterschiedlichen Ausrichtungen zur optischen Achse des Systems zu versehen und beispielsweis; das eine Strahlenpaar parallel zur optischen Achse und das andere Strahlenpaar unter einem Winkel hierzu verlaufen zu lassen, jedoch ist die Auflösungsgenauigkeit größer, wenn beide Strahlenpaare auf unterschiedlichen Seiten der optischen Achse liegen.The beams of the two beam pairs which lie in one plane with the optical axis preferably run at equal angles y to the optical axis. In principle, it is possible to use both pairs of rays to provide different alignments to the optical axis of the system and for example; the one pair of rays to run parallel to the optical axis and the other pair of rays at an angle to it, however, the resolution accuracy is greater if both pairs of beams are on different sides of the optical Axis lie.

Aus Gründen der Symmetrie und der einfacheren Berechnung sind vorzugsweise die Winkel γ für beideFor the sake of symmetry and ease of calculation, the angles γ are preferably for both

Strahlenpaare, die auf entgegengesetzten Seiten der optischen Achse angeordnet sind, einander gleich.Pairs of rays arranged on opposite sides of the optical axis are equal to each other.

Hierbei ergibt sich der Vorteil, daß diejenige Ebene (Vektorebene), in der die optische Achse und der gesuchte Vektor Hegen, durch die BeziehungThis has the advantage that the plane (vector plane) in which the optical axis and the wanted Vector cherish, through the relationship

Φ =Φ =

bestimmt wird, wobei Φ der Schwenkwinkel der Vektorebene um die optische Achse, φ» der Schwenkwinkel, bei dem an den Umsetzern des ersten Strahlenpaares Durchgangssignale auftreten, und φ_β der Schwenkwinkel, bei dem an den Umsetzern des zweiten Strahlenpaares Durchgangssignale auftreten, sind.is determined, where Φ is the swivel angle of the vector plane around the optical axis, φ »the swivel angle at which the converters of the first pair of beams pass through signals, and φ _β the swivel angle at which the converters of the second pair of beams pass signals are.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß zwei Strahlerzeugungssysteme vorgesehen sind, von denen jedes ein Strahlenpaar aus parallelen Strahlen steht. Um die durch die anderen Laserlinien und die unvollständige Farbtrennung verursachte Störstrahlung auszuschließen, ist im Strahlengang des Strahles g ein Laserlinienfilter 13 und im Strahlengang des Strahles b einen Laserlinienfilter 14 angeordnet. Diese Filter 13 und 14 lassen jeweils ausschließlich Licht der betreffenden Farbe durch.A device for carrying out the method according to the invention is characterized in that two beam generating systems are provided, each of which has a pair of beams made up of parallel beams. In order to exclude the interference radiation caused by the other laser lines and the incomplete color separation, a laser line filter 13 is arranged in the beam path of beam g and a laser line filter 14 is arranged in the beam path of beam b. These filters 13 and 14 each allow only light of the color in question to pass through.

Das zunächst linear-polarisierte Laserlicht wird durch y/4-Plättchen 15 bzw. 15' in zirkular-polarisiertes Licht umgewandelt. Hierdurch wird eine leistungsgleiche Aufteilung der Strahlen durch den Poiarisations-Strahlteüer 17 gewährleistet. Zwischen den //«!-Plättchen 15, 15' und dem Polarisations-Strahlteiler 17 ist ein schräger Umlenkspiegel 16 mit zwei Bohrungen für den Durchtritt der Strahlen g und b angeordnet. Durch die Bohrungen gelangen die verschiedenfarbigen Strahlen b und g zu dem Polarisations-Strahlteiler 17, der die beiden Strahlen h und g in zwei zueinander senkrecht polari-The initially linearly polarized laser light is converted into circularly polarized light by γ / 4 plates 15 or 15 '. This ensures that the beams are distributed with equal power by the polarization beam controller 17. Between the small plates 15, 15 'and the polarization beam splitter 17 there is an inclined deflecting mirror 16 with two bores for the rays g and b to pass through. The different colored rays b and g pass through the bores to the polarization beam splitter 17, which divides the two rays h and g into two mutually perpendicular polar-

erzcugi, daß die Ebene, in der die Strahlen eines Strahlen- sicrtc Strahlen \g, 2g bzw. \k. 2k aufteilt. Dies ist inerzcugi that the plane in which the rays of a ray sicrtc rays \ g, 2g or \ k. 2k splits. This is in

paares liegen, unter einem spitzen Winkel zu der Ebene verläuft, in der die Strahlen des anderen Strahlenpaares liegen, und daß eine Einrichtung zum simultanen Drehen der Strahlenpaare um eine gemeinsame Achse vorgesehen ist. Durch das Drehen der Strahlenpaare wird erreicht, daß bei einer ganzen Umdrehung die Ebene jedes Strahlenpaares einmal mit dem gesuchten Vektor zusammenfällt. Dadurch wird die Vektorebene bestimmt und gleichzeitig auch der Winkel des Vektors in der Vektorebene. pair lying, runs at an acute angle to the plane in which the rays of the other ray pair lie, and that a device is provided for the simultaneous rotation of the beam pairs about a common axis is. By rotating the pairs of rays it is achieved that with one complete revolution the plane each pair of rays coincides once with the vector sought. This determines the vector plane and at the same time also the angle of the vector in the vector plane.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ist vorgesehen, daß der mehrfarbige Strahl eines Lasers in einem dichroitischen Strahlenteiler in zwei Strahlen mit unterschiedlichen Farben aufgeteilt wird, daß diese beiden Strahlen einem Polarisationsstrahlteiler zugeführt werden, der eine Aufteilung jedes Strahles in zwei parallele, unterschiedlich polarisierte Strahlen durchführt, daß die insgesamt vier Strahlen mit Abständen von der optischen Achse über ein Bilddrehprisma und eine Sammeloptik paarweise auf die beiden Fokussierungsstellen gelenkt werden und daß ein auf die Fokussierungsstellen gerichtetes Linsensystem eine die Strahlenpaare voneinander trennende und auf unterschiedliche Auswerteeinrichtungen leitende Einrichtung aufweist.According to a preferred embodiment of the device it is provided that the multicolored beam a laser is split into two beams with different colors in a dichroic beam splitter is that these two beams are fed to a polarization beam splitter that splits each Beam in two parallel, differently polarized beams carries out that a total of four beams at distances from the optical axis via a rotating image prism and collecting optics in pairs on the both focusing points are steered and that a lens system aimed at the focusing points one that separates the beam pairs from one another and guides them to different evaluation devices Has facility.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.
Es zeigen:In the following, a preferred embodiment of the invention is explained in more detail with reference to the drawings.
Show it:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Strahlenverlaufs der Meßvorrichtung zur Bestimmung von Strömungsvektoren. 1 shows a schematic representation of the beam path of the measuring device for determining flow vectors.

Fig. 2 eine Teilansicht aus Richtung des Pfeiles II der Fig. 1.FIG. 2 is a partial view from the direction of arrow II in FIG. 1.

Fig;. 3 eine perspektivische Darstellung der Strahlenverläufe im Meßvolumen,Fig ;. 3 shows a perspective illustration of the beam courses in the measuring volume,

Fi g. 4 eine vergrößerte Darstellung des Meßvolumens undFi g. 4 shows an enlarged representation of the measuring volume and

Fig, 5 eine graphische Darstellung des Meßwinkels 2φ in Abhängigkeit von dem Winkel β des Vektors innerhalb der Vektorebene.5 shows a graphic representation of the measurement angle 2φ as a function of the angle β of the vector within the vector plane.

Gemäß Fig. 1 sendet ein Argon-Ionen-Laser 10 einen gebündelten Lichtstrahl aus, der in einer (nicht dargestellten) Aufweitungsoptik aufgeweitet und über eine Linse 11 auf einen dichroitischen Strahlenteiler 12 geleitet wird. Der Strahlenteiler 12 spaltet den aus mehreren Farben bestehenden Laserstrahl in zwei parallele Strahlen b und g auf, von denen der Strahl g aus grünem Licht und der Strahl b aus blauem Licht be-Fig. 2 dargestellt, wobei die Polarisationseinrichtung senkrecht zur Zeichenebene durch drei kleine Kreise und die Polarisationsrichtung in der Zeichenebene durch einen Doppelpfeil gekennzeichnet ist. Das senkrecht zur Zeichenebene schwingende Licht tritt ungehindert durch den Polarisations-Strahlteiler 17 hindurch, während der parallel schwingende Anteil gemäß Fig. 2 jeweils aus der Zeichenebene heraus nach oben abgelenkt wird.According to FIG. 1, an argon ion laser 10 emits a bundled light beam which is expanded in expansion optics (not shown) and guided via a lens 11 to a dichroic beam splitter 12. The beam splitter 12 splits the multi-color laser beam into two parallel beams b and g , of which the beam g of green light and the beam b of blue light are shown in FIG. 2, the polarization device being marked perpendicular to the plane of the drawing by three small circles and the direction of polarization in the plane of the drawing by a double arrow. The light oscillating perpendicular to the plane of the drawing passes unhindered through the polarization beam splitter 17, while the part oscillating in parallel according to FIG. 2 is deflected upwards out of the plane of the drawing.

Die so erzeugten vier Laserstrahlen Ig. 2g und Ib, 2b mit jeweils unterschiedlichen Eigenschaften gelangen über ein Bilddrehprisma 18. z. B. ein Pechanprisma. zu einer Linse 19, von der sie auf daü Meßvolumen fokussiert werden. Das Meßvolumen befindet sich im Innern eines Strömungskanals 20. der in einer Seitenwand einThe four laser beams Ig thus generated. 2g and Ib, 2b , each with different properties, pass through an image rotating prism 18. B. a Pechan prism. to a lens 19, by which they are focused on the measuring volume. The measuring volume is located inside a flow channel 20 in a side wall

J5 Fenster 21 aufweist, durch das die vier Strahlen hindurchtreten. Die Fokussierungsstellen A und B. die nachfolgend noch erläutert werden, kennzeichnen das Meßvolumen. J5 has window 21 through which the four rays pass. The focussing points A and B, which will be explained below, characterize the measuring volume.

Mit dem grünen Strahlenpaar \g. 2g und dem blauen Strahlenpaar 1 b. 2b kann jeweils unabhängig voneinander eine Geschwindigkeitsmessung nach dem zwei Fokus-Verfahren durchgeführt werden. Die in dem Strömungskanal 20 herrschende Gasströmung enthält kleine Teilchen, die an den Fokussierungsstellen A, B beleuchtet werden und das auftreffende Licht streuen. Das von den Teilchen abgehende Licht läuft durch die Linse 19. das Bilddrehprisma 18 und den Polarisations-Strahlteiler 17 zurück bis zum Umlenkspiegel 16. Hier wird das Streulicht von den das Meßvolumen erzeugenden Laserstrahlen getrennt und auf einen dichroitischen Spiegel 22 reflektiert. Dieser läßt den blauen Lichtanteil bs durch und reflektiert den grünen Lichtanteil gs. Der blaue Lichtanteil bs wird über einen Spiegel 23 und eine Linse 24 auf ein Mikroskopobjektiv 25With the green pair of rays \ g. 2g and the blue pair of rays 1 b. 2b , a speed measurement according to the two focus method can be carried out independently of one another. The gas flow prevailing in the flow channel 20 contains small particles which are illuminated at the focusing points A, B and which scatter the incident light. The light emanating from the particles runs through the lens 19, the image rotating prism 18 and the polarization beam splitter 17 back to the deflecting mirror 16. Here, the scattered light is separated from the laser beams generating the measurement volume and reflected onto a dichroic mirror 22. This lets through the blue light component bs and reflects the green light component gs. The blue light component bs is transmitted to a microscope objective 25 via a mirror 23 and a lens 24

geleitet, hinter dem eine Blende 26 zur räumlichen Filterung des Streulichtes angeordnet ist. Das durch die Blende 26 hindurchgehende Licht, das zwei unterschiedliche Polarisationsanteile enthält, wird über ein Farbfilter 27, das nur blaues Licht durchläßt, auf ein Rochon- Prisma 28 geleitet, das die senkrecht zueinander polarisierten Lichtanteile in zwei Strahlen 29, 30 aufteilt. Der Strahl 29 wird einem photoelektrischen Umsetzer 31 und der Strahl 30 einem photoelektrischen Umsetzer 32 zugeführt. Der Umsetzer 32 erzeugt jeweils einen photoelektrischen Impuls, wenn an der Fokussierungsstelle A (Fig. 3) Streulicht von einem Teilchen reflektiert wird und der Umsetzer 31 erzeugt einen Impuls, wenn an der Fokussierungsstelle B von einem Teilchen Lichtguided, behind which a diaphragm 26 is arranged for spatial filtering of the scattered light. The light passing through the diaphragm 26, which contains two different polarization components, is passed through a color filter 27, which only lets through blue light, onto a Rochon prism 28 which divides the light components polarized perpendicular to one another into two beams 29, 30. The beam 29 is supplied to a photoelectric converter 31 and the beam 30 to a photoelectric converter 32. The converter 32 generates a photoelectric pulse when scattered light is reflected from a particle at the focusing point A (FIG. 3) and the converter 31 generates a pulse when light from a particle at the focusing point B

reflektiert wird. Die Signale der Umsetzer 31, 32 werden einer Auswerteschaltung 33 zugeführt, die einen Impuls erzeugt, dessen Amplitude dem zeitlichen Abstand der beiden Impulse der Umsetzer 32 und 31 proportional ist, wenn diese Impulse innerhalb einer vorgegebenen Zeit aufeinander folgen. Die Amplitude am Ausgang der Auswerteschaltung 33 ist somit der Teilchengeschwindigkeit {wischen den Fokussierungsstellen A und B umgekehrt proportional.is reflected. The signals from converters 31, 32 are fed to an evaluation circuit 33 which generates a pulse whose amplitude is proportional to the time interval between the two pulses from converters 32 and 31 if these pulses follow one another within a predetermined time. The amplitude at the output of the evaluation circuit 33 is thus inversely proportional to the particle speed between the focusing points A and B.

Die Elemente 24 bis 33, die oben Tür den Strahlen· gang des blauen Lichts bs beschrieben worden sind, sind in gleicher Weise in dem Strahlengang des grünen Lichts gs enthalten und dort jeweils mit einem Strich gekennzeichnet. Diese Elemente 24' bis 33' entsprechen jeweils den Elementen 24 bis 33, jedoch mit der Ausnähme, daß das Farbfilter 27' ausschließlich grünes Licht durchläßt, während das Farbfilter 27 blaues Licht durchläßt.The elements 24 to 33, which were described above for the beam path of the blue light bs , are contained in the same way in the beam path of the green light gs and are each marked there with a line. These elements 24 'to 33' each correspond to the elements 24 to 33, but with the exception that the color filter 27 'only lets through green light, while the color filter 27 lets through blue light.

Jn Fig. 3 ist der Strahlengang zwischen der Linse !9 und den Fokussierungsstellen A und B perspektivisch M dargestellt. Man erkennt die unterschiedlich polarisierten grünen Strahlen Ig, 2g und die unterschiedlich polarisierten blauen Strahlen \b, 2b. Die parallelen grünen Strahlen Ig, 2g gehen durch den oberen Bereich der Linse 19 hindurch und die parallelen blauen Strahlen IA, 2b durch den unteren Bereich der Linse. Die Durchtrittsstellen der Strahlen Ig und \b liegen auf einem gemeinsamen Durchmesser der Linse 19, während die Durchtrittsstellen der Strahlen 2g und 2b seitlich mit gleichen Abständen neben den Strahlen Ig und Xb κ verlauf:n. Durch den Mittelpunkt der Linse 19 und durch die Fokussierungsstelle A der Strahlen Ig und \b geht die optische Achse 34 des Systems hindurch. Die Strahlen Ig und \b liegen also in einer Ebene mit der optischen Achse 34. Sie konvergieren jeweils unter einem Winkel y zur optischen Achse und schneiden sich in der Fokussierungsstelle A. In Fig. 3, the beam path between the lens 9 and the focusing points A and B is shown in perspective M. The differently polarized green rays Ig, 2g and the differently polarized blue rays \ b, 2b can be seen. The parallel green rays Ig, 2g pass through the upper region of the lens 19 and the parallel blue rays IA, 2b pass through the lower region of the lens. The points of passage of the rays Ig and \ b lie on a common diameter of the lens 19, while the points of passage of the rays 2g and 2b run laterally at the same distance next to the rays Ig and Xb κ : n. The optical axis 34 of the system passes through the center of the lens 19 and through the focussing point A of the rays Ig and \ b. The rays Ig and \ b therefore lie in one plane with the optical axis 34. They each converge at an angle y to the optical axis and intersect at the focusing point A.

Die Strahlen 2g und 2b bilden ebenfalls einen Winkel γ zu einer Parallelen zur optischen Achse 34 und sie schneiden sich in der Fokussierungsstelle B. die von der Fokussierungsstelle A einen Abstand entlang der .V₁-Achse hat- Die x_t-Achse verläuft rechtwinklig zur optischen Achse 34 und spannt mit dieser die als »Vektorebene« bezeichnete Ebene 35 auf. Im folgenden sei angenommen, daß der von der Fokussierungsstelle A ausgehende Vektor c in der Vektorebene 35 verläuft und mit der x,-Achse einen Winkel β einschließt. Dieser Vektor ί ist nach Betrag und Richtung zu messen.The rays 2g and 2b also form an angle γ to a parallel line to the optical axis 34 and they intersect at the focusing point B. which is at a distance from the focusing point A along the .V ₁ axis - the x _t axis runs at right angles to optical axis 34 and with this spans the plane 35 referred to as the “vector plane”. In the following it is assumed that the vector c proceeding from the focusing point A runs in the vector plane 35 and forms an angle β with the x axis. This vector ί is to be measured in terms of magnitude and direction.

Vor der weiteren Erläuterung der Wirkungsweise seien die Fokussierungsstellen A und B gemäß Fig. 4 betrachtet. Ein Teilchen, das in Richtung des Pfeiles 36 die Fokussierungsstelle A passiert, wird an der Fokussierungsstelle B -nachfolgend nicht nur dann registriert, wenn es sich.exakt entlang der X₁-Achse bewegt, sondern bereits dann; wenn es überhaupt eine Komponente in Richtung der χ,-Achse hat. Es wurde schon erwähnt, daß die Fokussierungsstellen A und B nicht punktförmig, sondern linienförmig oder zylindrisch sind. Das Teilchen,' das sich gemäß Pfeil 36 bewegt, erzeugt also an der Fokussierungsstelle B ebenfalls ein Lichtsignal·, dessen:zeitlicher Abstand von dem Lichtsignal, das an der Fokussierungsstelle, A erzeugt worden ist, der: Bewegungskomponente in Richtung der x· -Achse proportional ist. Voraussetzung ist nur, daß das Teilchen, das den Lichtstrahl 1 g durchquert hat, den Lichtstrahl 2g ebenfalls durchquert. Dies bedeutet, daß das Teilchen, um ein Meßergebnis zu erzielen, sich in der Ebene der Strahlen Ig, 2g bewegen muß.Before further explanation of the mode of operation, the focusing points A and B according to FIG. 4 are considered. A particle that passes the focusing point A in the direction of the arrow 36 is subsequently registered at the focusing point B not only when it moves exactly along the X ₁ axis, but even then; if it has any component in the direction of the χ axis. It has already been mentioned that the focusing points A and B are not point-shaped, but linear or cylindrical. The particle that moves according to arrow 36 also generates a light signal at the focusing point B , the time interval of which from the light signal generated at the focusing point A is the component of movement in the direction of the x- axis is proportional. The only prerequisite is that the particles, which has the light beam 1 passes through g, the light beam also passes through 2g. This means that in order to obtain a measurement result, the particle must move in the plane of the rays Ig, 2g.

Ein beliebig im Räume stehender Vektor c im Meßvolumen kann von den Strahlenpaaren Ig, 2g bzw. 16, 2b dann erfaßt werden, wenn die. Ebene des betreffenden Strahlenpaares so gelegt wird, daß sich der Vektor c in ihr befindet. Dies wird dadurch erreicht, daß das Bilddrehprisma 18 um die optische Achse 34 herum gedreht wird. Hierdurch dreht sich das gesamte in Fig. 3 dargestellte Strahlensystem um die optische Achse 34. Der Drehwinkel ist mit φ bezeichnet. Bei der Drehung des Drehprismas 18 wandern die Durchtrittspunkte der Strahlenpaare am Rand der Linse 19 auf einer Kreisbahn. Die Fokussierungsstelle A bleibt dabei in Ruhe.Any vector c in the measuring volume can be detected by the beam pairs Ig, 2g or 16, 2b if the. Plane of the relevant pair of rays is placed so that the vector c is in it. This is achieved in that the image rotating prism 18 is rotated around the optical axis 34. As a result, the entire beam system shown in FIG. 3 rotates about the optical axis 34. The angle of rotation is denoted by φ. When the rotating prism 18 is rotated, the points of passage of the pairs of rays at the edge of the lens 19 move on a circular path. The focus point A remains at rest.

Wenn gemäß Fig. 3 die Strahlenpaare im Uhrzeigersinn gedreht werden, verändert sich die Schnittlinie, an der die Ebene des Strahlenpaares Ig, 2g die Vektorebene 35 schneidet. In gleicher Weise verändert sich die Schnittlinie, in der die Ebene des Strahlenpaares \b, 2b die Vektorebene 35 schneidet. Die beiden Schnittlinien, die nach wie vor durch die Fokussierungsstelle A hindurchgehen, drehen sich und wandern in entgegengesetzte Richtungen. Dabei ergibt sich zunächst der Zustand, in dem die Ebene der Strahlen \b. 2b eine solche Richtung hat, daß der Vektor c in ihr verläuft. Wenn dies der Fall ist, wird an der Auswerteschaltung 33 des blauen Systems ein Durchgangssignal angezeigt. Wird das Bilddrehprisma 18 weitergedreht, so ergibt sich irgendwann ein Zustand, in dem der Vektor c in der Ebene der Strahlen Ig, 2g liegt. Wenn dies der Fall ist, wird an der Auswerteschaltung 33' des grünen Systems ein Durchgangssignal angezeigt. Aus den betreffenden Winkeln φ, und ψ₆, bei denen in dem grünen bzw. in dem blauen System ein Meßwert angezeigt wird, und aus der Größe der angezeigten Meßwerte kann der Geschwindigkeitsvektor c bestimmt werden. Die Bestimmung des Vektors geschieht wie folgt:If the pairs of rays are rotated clockwise according to FIG. 3, the line of intersection at which the plane of the pair of rays Ig, 2g intersects the vector plane 35 changes. The line of intersection in which the plane of the pair of rays \ b, 2b intersects the vector plane 35 changes in the same way. The two cutting lines, which still go through the focussing point A , rotate and wander in opposite directions. First of all, the state in which the plane of the rays \ b. 2b has such a direction that the vector c runs in it. If this is the case, a continuity signal is displayed on the evaluation circuit 33 of the blue system. If the image rotation prism 18 is rotated further, at some point a state results in which the vector c lies in the plane of the rays Ig, 2g. If this is the case, a continuity signal is displayed on the evaluation circuit 33 'of the green system. The speed vector c can be determined from the relevant angles φ and _{φ 6} at which a measured value is displayed in the green and blue system, respectively, and from the size of the displayed measured values. The vector is determined as follows:

Es sei angenommen, daß der Vektor c im Punkte A beliebig irgendwie im Räume steht. Durch Drehung des Bilddrehprismas 18 um die optische Achse 34 wird während einer vollen Umdrehung einmal ein Zustand erreicht, in dem der Vektor c in der Ebene der grünen Strahlen Ig, 2g liegt und einmal ein Zustand, in dem der Vektor c in der Ebene der blauen Strahlen \b, 2b liegt. Diese beiden Winkel sind mit Φ, bzw. φ,, bezeichnet. Der Nullpunkt der Winkelmessung ist an dem Bilddrehprisma 18 beliebig markiert. Die betreffenden Winkel φ, und ψ₆, bei denen an den Auswerteschaltungen 33' bzw. 33 Signale auftreten, werden abgelesen und anhand dieser Winkel wird nach der BeziehungIt is assumed that the vector c at point A is somewhere in space. By rotating the image rotation prism 18 about the optical axis 34, a state is reached during one full revolution in which the vector c lies in the plane of the green rays Ig, 2g and a state in which the vector c lies in the plane of the blue rays Rays \ b, 2b lies. These two angles are denoted by Φ and φ ,, respectively. The zero point of the angle measurement is marked as desired on the image rotation prism 18. The relevant angles φ and _{φ 6} , at which signals occur at the evaluation circuits 33 'and 33, respectively, are read off and, on the basis of these angles, the relationship

Φ =Φ =

Φ,+Φι,Φ, + Φι,

der Winkel Φ der Bezugsebene 35 bestimmt, in der der gesuchte Vektor c liegt. '■·,:.determines the angle Φ of the reference plane 35 in which the vector c is located. '■ ·,:.

Durch diese Messung erhält man aber nicht nur den Winkel Φ, sondern gleichzeitig den Winkel ß, den der Vektor δ in der Bezugsebene 35 mit der .r, -Achse einschließt. Dieser Winkel errechnet sich zuHowever, this measurement not only gives the angle Φ, but at the same time the angle ß which the vector δ includes in the reference plane 35 with the .r, axis. This angle is calculated as follows

sinsin

Φι—φ*Φι — φ *

β = arc tg -Ferner gilt |c|cos0= β = arc tg -Furthermore, | c | cos0 = applies

„***=*> cos ^i' worin c, und c„ die an den Auswerteschaltungen 33'"*** = *> cos ^ i 'where c, and c" the at the evaluation circuits 33'

bzw. 30 abgelesenen Meßwerte sind, die von der Größe des Vektors c abhängig sind. Diese Meßwerte c₃ und c_b sind einander gleich.or 30 read measured values, which are dependent on the size of the vector c. These measured values c ₃ and c _b are equal to one another.

Der Winkel y, den die Strahlenpaare Ig, Ig und \b, 2b jeweils zur optischen Achse 34 bilden, ist in der Praxis begrenzt. Mit sphärisch geschliffenen Optiken läßt sich ein Winkel y von etwa 6,5° mit vertretbarem Aufwand realisieren. In Fig. 5 ist der Verlauf des Winkel φ,-φ_ό als Funktion des Winkels β bei einem Winkel y von 6,5° dargestellt. Man erkennt, daß diese Kurve annähernd linear verläuft, so daß auch bei kleinen Winkeln β noch gut meßbare Winkeldifferenzen φ, — φ,, erhalten werden.The angle y which the beam pairs Ig, Ig and \ b, 2b each form to the optical axis 34 is limited in practice. With spherically ground optics, an angle y of approximately 6.5 ° can be achieved with reasonable effort. In Fig. 5 the course of the angle φ, -φ _{ό is shown} as a function of the angle β at an angle y of 6.5 °. It can be seen that this curve runs approximately linearly, so that even with small angles β , angle differences φ, - φ, which can be easily measured, are obtained.

Die Genauigkeit der Winkelmessung nach dem zwei Fokus-Meßverfahren hängt im wesentlichen von der Zahl der gemessenen Meßereignisse und dem Turbulenzgrad der Strömung ab. Bei kleinen Turbulenzen ( < 5 %) beträgt die Meßuwjicherheit 0,1 bis 0,2° und bei großen Turbulenzen (> 10%) 0,3 bis 0,5°. Hieraus ergeben sich für die Unsicherheit bei der Bestimmung des Winkels β bei kleinen Turbulenzen 0,4 bis 0,7° und bei großen Turbulenzen 1 bis 2°. Bei den bekannten optischen Verfahren sind unter den gleichen Voraussetzungen (d.h. kompaktes Meßgerät, ein gemeinsames Objektiv, Rückwärtsstreuung) die auftretenden Meßunsicherheiten umThe accuracy of the angle measurement according to the two focus measurement method depends essentially on the number of measurement events measured and the degree of turbulence in the flow. In the case of small turbulence (<5%) the measurement certainty is 0.1 to 0.2 ° and in the case of large turbulence (> 10%) 0.3 to 0.5 °. This results in the uncertainty in the determination of the angle β in the case of small turbulence 0.4 to 0.7 ° and in the case of large turbulence 1 to 2 °. In the known optical methods, under the same conditions (ie compact measuring device, a common lens, backward scattering), the measurement uncertainties that occur are eliminated

ίο ein Vielfaches größer.ίο many times larger.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann bei Strömungsuntersuchungen vielfältige Anwendung finden. So ist beispielsweise erstmalig die Möglichkeit gegeben, bei Turbomaschinen die bisher nicht erfaßbaren Radialkomponenten der Strömungsgeschwindigkeiten in den Laufrädern zu messen.The method according to the invention can be used in a variety of ways in flow studies. So is For example, it is possible for the first time to use the previously undetectable radial components in turbo machines to measure the flow velocities in the impellers.

Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Procedure for measuring the flow vectors

in gas flows by determining the amount of velocity and the direction of optically detectable particles contained in a flow, in which the parallel rays of a first pair of rays (16, 26 ) are focused on two closely adjacent first focusing points (A, B) and ι ο the focusing points on two first photoelectric converters (31, 32) are mapped, characterized in that

a) a second pair of beams (Ig, 2g) of beams also running parallel to one another is directed at an angle (2y) to the first pair of beams (16, 26) onto the focussing points (A, B) and focused there,

b) the focusing points (A, B) of the second StrabJcüpaares (1 g, 2g) are mapped on two second photoelectric converters (31% 32 '),

c) the two pairs of beams (16, 26; Ig, 2g) are pivoted together around an optical axis (34), which passes through one of the two focusing points (A) and is in the plane of the associated beams (1g, 16) of the two pairs of rays.

d) those swivel angles (φ ,,, φ _β ) are measured at which signals occur for each pair of beams at the converters (31, 32; 31 ', 32') that the passage of particles through the two focus positions (A, B ) specify this pair of rays, and

e) the vector (c) of the particle velocity according to direction and magnitude is determined from the measured angles of oscillation (φ ,,, φ _β ) for both pairs of beams and the measured frequency value.

2. The method according to claim 1, characterized in that the rays (Ig. 16) lying in one plane with the optical axis (34) extend at the same angles (λ) to the optical axis.

3. The method according to claim 2, characterized in that that plane (vector plane) in which the optical axis (34) and the sought vector (c) lie by the relationship