DE3421341A1

DE3421341A1 - Verfahren zur messung von geschwindigkeitskomponenten

Info

Publication number: DE3421341A1
Application number: DE19843421341
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dipl.-Ing. 5106 Roetgen Bahnen; Klaus Dipl.-Ing. 5100 Aachen Köller
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-06-08
Filing date: 1984-06-08
Publication date: 1985-12-12

Description

Verfahren zur Messung von Geschwindigkeitskomponenten
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung von Geschwindigkeitskomponenten eines in einem strömenden Medium befindlichen Teilchens.
Bei bekannten Verfahren dieser Art wird eine für jede Komponente separat vorliegende Meßstrecke zur Signalauswertung, bestehend aus Photodetektor und Meßgerät, zur Frequenzbestimmung herangezogen. Dies führt zu einer enormen Steigerung der Kosten für Mehr-Komponenten-Optiken durch die Vielzahl an Photodetektoren und Frequenzanalysatoren, wie beispielsweise Counter.
Es sind auch Laser-Doppler-Mehr-Komponenten-Optiken bekannt, bei denen die Kanaltrennung durch die Nutzung verschiedener Laserlinien (Farben) für jeden Kanal und anschließender farblicher Trennung des Streulichts und damit der Meßsignale über Interferenzfilter erfolgt.
Auch die Trennung über die Polarisationsrichtung und die Frequenz (Braggzelle) sind üblich.
Abgesehen vom Aufwand für die Bereitstellung mehrerer Farben (Ar-Ion-Laser) bei der farblichen Trennung der Komponenten, ergeben sich bei der Trennung über die Polarisationsrichtung Probleme hinsichtlich der einseitigen Trennung der Komponenten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Messung von Geschwindigkeitskomponenten eines in einem strömenden Medium befindlichen Teilchens vorzuschlagen, welches bezüglich des Aufwandes den einer Ein-Komponenten-Messung nicht wesentlich übersteigt und das eine eindeutige Trennung der Meßsignale aus den jeweiligen Meßvolumen bzw.
eine eindeutige Zuordnung zu den Meßeinrichtungen ermöglicht und schließlich auch eine Meßwerterfassung für alle Komponenten im Rahmen der Partikeldurchflugzeit durch das Meßvolumen gewährleistet.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird so verfahren, daß unter Verwendung eines Laser-Doppler-Anemometers durch zeitlich versetztes optisches Umschalten des Meßvolumens mehrere Geschwindigkeitskomponenten des Teilchens quasisimultan gemessen werden.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist die Voraussetzung dafür geschaffen, daß sich mindestens zwei Geschwindigkeitskomponenten durch ein Meßgerät erfassen lassen.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind somit entsprechend der Ein-Komponenten-Optik lediglich ein Meßgerät und ein Photodetektor erforderlich.
Um die Messung als quasisimultane Mehrkomponentenmessung durchführen zu können, wird die optische Umschaltung des Meßvolumens während der Bewegung des Teilchens durch das Meßvolumen durchgeführt. Vorzugsweise erfolgt die Umschaltung so schnell, daß sie deutlich kleiner ist als die Durchflugzeit eines Teilchens durch das Meßvolumen.
Nach einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die optische Umschaltung mit einem elektrooptischen Modulator und einem Strahlteiler durchgeführt. Der elektrooptische Modulator kann beispielsweise eine Pockels-Zelle sein, wogegen der Strahlteiler zur Polarisierung dient.
Durch Anlegung einer Gleichspannung an die Pockels-Zelle wird die Polarisationsrichtung des Laserstrahls im Bereich von lo 8 sec um 90° gedreht, so daß der Strahl bei eingeschalteter Pockels-Zelle den polarisierenden Strahlteiler 0 um 9o versetzt zur optischen Achse verläßt. Bei ausgeschalteter Pockels-Zelle passiert der Strahl den polarisierenden Strahlteiler ungehindert. Durch An- bzw. Abschalten der Gleichspannung wird der Strahl. in zwei Teilstrahlen umgeschaltet.
Die daraufhin alternierend auftretenden Strahlen werden über die beiden Strahlteiler und eine Linse in zueinander gedrehte Meßvolumen überführt, welche am gleichen Ort sodann auch alternierend auftreten.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch dargestellt.
Fig. 1 zeigt einen Laser 1, dem ein ?L/2-Plättchen 2 zur Drehung der Laserpolarisationsrichtung in eine an die Strahlteiler angepaßte Ebene nachgeordnet ist. Diesem folgt ein aus einer Pockels-Zelle bestehender Modulator 3, dem ein polarisierender Strahlteiler 4 zugeordnet ist, durch den der Strahl in zwei Teilstrahlen 5 und 6 zerlegt wird.
Fig. 2 zeigt, wie über weitere Strahlteiler 7 und 8 sowie eine Linse 9 die alternierend auftretenden Strahlen in zueinander gedrehten Meßvolumen überführt werden, die am gleichen Ort alternierend auftreten.
Die in Fig. 2 dargestellten Prismen lo dienen der Rückführung des Strahls 6 auf die optische Achse. Passiert ein Teilchen mit der zu messenden Strömung das Meßvolumen, so wird die erste Komponente wie bei der bekannten Ein-Komponenten-Messung gemessen und danach die Umschaltung eingeleitet. Da die Meßzeit für die Frequenzfindung (Geschwindigkeit) des Meßsignals wesentlich kürzer ist als die Signaldauer, bleibt im allgemeinen noch Zeit für weitere Messungen, also auch bei umgeschaltetem Meßvolumen der anderen Geschwindigkeitskomponente.
Durch den nur geringen zeitlichen Versatz der Messung für die einzelnen Komponenten kann die Messung als quasisimultan angesehen werden, da in den meisten Fällen die Änderung der Geschwindigkeit in den zum Vergleich mit dem zeitlichen Strömungsverhalten sehr kurzen Signalen vernachlässigt werden kann.
Handelsübliche Meßgeräte, wie z. B. Counter, liefern nach erfolgter Frequenzbestimmung des Signals ein sogenanntes "Data ready", welches zur Einleitung der Umschaltung (Einschalten der Pockels-Zelle) benutzt werden kann.
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Claims

Bez.: "Verfahren zur Messung von Geschwindiqkeitskomponenten" Patentansprüche: 1. Verfahren zur Messung von Geschwindigkeitskom ponenten eines in einem strömenden Medium befindlichen Teilchens, dadurch gekennzeichnet, daß unter Verwendung eines Laser-Doppler-Anemometers durch zeitlich versetztes optische Umschalten des Meßvolumens mehrere Geschwindigkeitskomponenten des Teilchens quasisimultan gemessen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Geschwindigkeitskomponenten durch ein Meßgerät erfaßt werden.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Umschaltung des Meßvolumens während der Bewegung des Teilchens durch das Meßvolumen durchgeführt wird.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Umschaltung mit einem elektrooptischen Modulator und einem Strahlteiler durchgeführt wird.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mit den durch den Strahlteiler erzeugten Teilstrahlen jeweils ein unabhängiges Meßvolumen gebildet wird, das gegenüber einem anderen gedreht und zeitlich versetzt am selben Ort sichtbar gemacht wird.

6, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Komponentenschaltung aus der abgeschlossenen vorausgegangenen Messung abgeleitet wird.