DE4240769A1 - Measuring velocity of particles suspended in fluid - projecting two pairs of measuring beams in perpendicular planes for measuring coordinate velocity components - Google Patents

Measuring velocity of particles suspended in fluid - projecting two pairs of measuring beams in perpendicular planes for measuring coordinate velocity components

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Abstract

The method employs a coherent light source (1) and a beam splitter (3, 8, 28) providing two pairs of beams (9, 29, 19, 39) directed into a measuring vol. (45) in two perpendicular planes (44, 49) via respective optical fibres supplied by a pair of Y couplers (8, 28). An electronic control (40) provides a control signal for switching the light beam received by at least one Y coupler to a single output optical fibre to allow successive measurement of coordinate velocity components. ADVANTAGE - Simple measurement of coordinate velocity components of particles suspended in fluid.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung von Geschwindigkeiten, insbesondere von Teilchen-Geschwindigkeiten in Fluiden. Sie betrifft auch zwei Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens, sowie ein elektro-optisches Modul für diese Vorrichtun­ gen.The invention relates to a method for detecting speeds, in particular of particle velocities in fluids. It also relates to two devices for Implementation of the process and an electro-optical module for this device gene.

Der Prospekt der epa-Aachen "Zweikomponenten Laser-Doppler-Velocimeter" zeigt ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung. Ein polarisierter Laserstrahl wird in einer Pockels-Zelle zwischen zwei Polarisationszuständen umgeschaltet. Je nach Polarisati­ onsrichtung wird dieser Laserstrahl in einem Polarisationsstrahlteiler umgelenkt oder durchgelassen. Die beiden sich ergebenden Arme des Meßaufbaus sind in ihren Ele­ menten identisch. Der jeweilige Strahl eines Armes wird über einen Strahlteiler in einen Doppelstrahl aufgeteilt, der eine Ebene definierend als Kreuzstrahl in ein Meßvolumen eintritt. Die beiden sich aus den beiden Armen des Meßaufbaus ergebenden Ebenen stehen senkrecht aufeinander. Durch das Kreuzstrahlverfahren gestattet jedes Strahlen­ paar die Ausbildung eines Interferenzmustersystems, wobei die beiden Interferenzmu­ stersysteme senkrecht aufeinander stehen. Tritt nun ein Teilchen durch das Meßvolu­ men, sind somit nacheinander alle Geschwindigkeits-Komponenten senkrecht zur opti­ schen Achse erfaßbar, wenn in Rückwärts- oder Vorwärtsstreuung ein einziger Detektor angeordnet wird. The brochure of epa-Aachen "Two-component laser Doppler velocimeter" shows one such a method and device. A polarized laser beam is in one Pockels cell switched between two polarization states. Depending on the Polarisati direction, this laser beam is deflected in a polarization beam splitter or let through. The two resulting arms of the measurement setup are in their Ele elements identical. The respective beam of an arm is converted into a beam splitter Double beam split, defining a plane as a cross beam in a measuring volume entry. The two levels resulting from the two arms of the measurement setup are perpendicular to each other. The cross-blasting method allows blasting couple the formation of an interference pattern system, the two interference mu are perpendicular to each other. Now a particle enters the measuring volume men, all the speed components are successively perpendicular to the opti rule axis detectable when a single detector in backward or forward scatter is arranged.  

Bei diesem Verfahren und dieser Vorrichtung sind durch den Einsatz einer Pockelszelle hohe Schaltleistungen notwendig. Wie weiter aus dem Prospekt hervorgeht, sind beide senkrecht zueinander stehenden Geschwindigkeits-Komponenten an ein und demselben Teilchen nur bei langsamen Teilchen erfaßbar, da eine Vielzahl von, z. B. acht, Fringe­ durchquerungen zur Erfassung der Geschwindigkeit in einer Dimension notwendig ist. Die erforderliche elektro-optische Umschaltung benötigt also hohe Schaltleistungen, um während der Flugzeit des zu messenden Teilchens den Wechsel der optischen Ebenen zu bewirken. Steht die hohe Schaltleistung nicht zur Verfügung, so kann es sein, daß die Geschwindigkeits-Komponenten verschiedener Teilchen gemessen werden.In this method and this device are through the use of a Pockels cell high switching capacities necessary. As further shown in the prospectus, both are Speed components perpendicular to one another on one and the same Particles can only be detected with slow particles, since a variety of, e.g. B. eight, fringe crossings to record the speed in one dimension is necessary. The required electro-optical switchover therefore requires high switching powers in order the change of the optical planes during the flight time of the particle to be measured to effect. If the high switching capacity is not available, it may be that the Velocity components of different particles can be measured.

Ausgehend davon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, bei dem/der mit geringerem apparativem Aufwand beide Ge­ schwindigkeits-Komponenten an ein und demselben Teilchen bei beliebigen Teilchen- Geschwindigkeiten erfaßbar sind.Proceeding from this, the object of the invention is a method and a To create device in which / with less equipment both Ge velocity components on one and the same particle for any particle Speeds are detectable.

Zur Lösung der Aufgabe werden die technischen Lehren der Ansprüche 1, 8 und/oder 9 vorgeschlagen.To solve the problem, the technical teachings of claims 1, 8 and / or 9 suggested.

Tragend dabei ist, daß eine schnelle Umschaltung in einem (Anspruch 1, 9) oder zwei (Anspruch 1, 8) Y-Koppler(n) erfolgen kann und die Orientierung der Interferenzmuster sehr schnell mit geringer Leistung gewechselt werden kann. Unterstützend wirkt die na­ hezu vollständige Führung der Licht-Meßstrahlen in Faseroptiken bzw. Lichtwellenleitern; erst kurz vor dem Meßvolumen werden die Strahlen aus der Faser ausgekoppelt. Dies geschieht üblicherweise mit Kollimatorlinsen oder GRIN-Linsen, die als Zylinder gestaltet sind und mit einer kontinuierlichen Veränderung des Brechungsindex eine parallele Aus­ richtung der austretenden Strahlen gewähren.It is important that a quick switch in one (claim 1, 9) or two (Claim 1, 8) Y-coupler (s) can be done and the orientation of the interference pattern can be changed very quickly with low power. The na has a supporting effect complete guidance of the light measuring beams in fiber optics or optical fibers; the rays are only coupled out of the fiber shortly before the measurement volume. This usually happens with collimator lenses or GRIN lenses, which are designed as cylinders are and with a continuous change in the refractive index a parallel out Grant direction of the emerging rays.

Die Verwendung einer Faseroptik und die Durchführung der Umschaltung mittels Y- Kopplern ermöglicht eine sehr schnelle und verlustarme Umschaltung. Dadurch kann gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform je Taktschritt abwechselnd jeweils ein Meß­ wert für eine der beiden Geschwindigkeits-Komponenten ermittelt werden, womit eine exakte Geschwindigkeitsbestimmung eines einzigen Teilchens möglich ist, welches in den Meßschritten die einzelnen Fringes des jeweiligen Interferenzmusters durchfliegt (Ansprüche 2, 3).The use of fiber optics and the implementation of the switchover using Y Couplers enable a very quick and low-loss switchover. This can According to an advantageous embodiment, one measurement alternately for each cycle step value for one of the two speed components, which is one exact determination of the speed of a single particle is possible, which in the individual steps of the respective interference pattern are flown through the measuring steps (Claims 2, 3).

Vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens sind in den Ansprüchen 2 bis 7 um­ schrieben. Advantageous embodiments of the method are set out in claims 2 to 7 .mu.m wrote.  

Bei einer Vorrichtung (Anspruch 8, 9), mit der das Verfahren (Anspruch 1) vorteilhaft durchgeführt werden kann, gibt es zwei eng beieinander liegende Vorschläge. Entweder werden zwei Strahlpaare über zwei Y-Koppler abgewechselt oder ein Strahlpaar wird er­ setzt durch einen stetigen Lichtstrahl der mit den anderen - sich abwechselnden - Licht­ strahlen des verbleibenden Paares die beiden verschieden orientierten Interferenzmuster bildet.In a device (claim 8, 9) with which the method (claim 1) is advantageous can be carried out, there are two closely related proposals. Either two beam pairs are exchanged via two Y-couplers or one becomes a beam pair sets with a steady beam of light that with the other - alternating - light the remaining pair radiate the two differently oriented interference patterns forms.

Durch die Verwendung von Y-Kopplern stehen schnelle Umschalter zur Verfügung, die schaltleistungsarm die in die Eingangs-Lichtwellenleiter eingespeiste Licht-Leistung voll­ ständig zwischen den Ausgangs-Lichtwellenleiterpaaren umschalten. Damit ist es insbe­ sondere möglich, im Takt der Aufnahme der Meßwerte vom Detektor umzuschalten und so die zur Geschwindigkeitsbestimmung benötigten Meßwerte im Zeitmultiplex von ei­ nem einzigen Teilchen zu erhalten, so, daß es sich bei den aufgenommenen Meßwerten um die Geschwindigkeits-Komponenten eines einzelnen Teilchens handelt.By using Y couplers, fast changeover switches are available low switching power, the light power fed into the input fiber optic cables is full constantly switch between the output fiber pairs. So it is particularly especially possible to switch over in time with the recording of the measured values by the detector and so the measured values required for speed determination in the time-division multiplex of egg to obtain a single particle, so that it is in the recorded measured values are the speed components of a single particle.

Zur Frequenzverschiebung können in den Strahlgängen elektro-optische Elemente vor­ gesehen werden (Anspruch 10). Die AD-Schaltungstechnik ist in Anspruch 11 näher um­ schrieben.Electro-optical elements can be used in the beam paths to shift the frequency be seen (claim 10). The AD circuit technology is closer to claim 11 wrote.

Besonders raumsparend zeigt sich das elektro-optische Modul (Anspruch 12) für die beschriebenen Vorrichtungen. Neben seiner kompakten Bauweise beseitigt dieses Modul auch eine Vielzahl von Abgleich- und Justierarbeiten, die aufgrund der Modulbauweise entfallen. Ein Laser-Doppler-Anemometer kann so einfach an eine bestimmte Aufgabe angepaßt werden, eben dadurch, daß bestimmte Module ausgetauscht werden.The electro-optical module (claim 12) is particularly space-saving for the described devices. In addition to its compact design, this module eliminates also a large number of adjustment and adjustment work due to the modular design omitted. A laser Doppler anemometer can be easily assigned to a specific task be adjusted, precisely by the fact that certain modules are exchanged.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft erläutert. Diese zeigenExemplary embodiments of the invention are described below with reference to the attached Drawings exemplified. These show

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild der optischen Elemente einer Vorrichtung ge­ mäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, Fig. 1 is a schematic block diagram of the optical elements of an apparatus accelerator as a first embodiment of the invention,

Fig. 2 ein schematisches Blockschaltbild der optischen Elemente einer Vorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit nur einem einzigen Y-Koppler, Fig. 2 is a schematic block diagram of the optical elements of an apparatus according to a second embodiment of the invention with only a single Y coupler,

Fig. 3 ein schematisches Blockschaltbild eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung mit optische Elemente enthaltenden Modulen und Sonden zur Bestimmung der Ge­ schwindigkeit eines Gegenstandes in zwei Dimensionen, Fig. 3 is a schematic block diagram of a third embodiment of the present invention with optical elements containing modules and probes for determining the Ge speed of an object in two dimensions,

Fig. 4 ein schematisches Blockschaltbild eines vierten Ausführungsbeispiels der Erfindung mit optische Elemente enthaltenden Modulen und Sonden zur Bestimmung der Ge­ schwindigkeit eines Gegenstandes in einer Dimension an verschiedenen Orten, Fig. 4 is a schematic block diagram of a fourth embodiment of the present invention with optical elements containing modules and probes for determining the Ge speed of an object in one dimension in different places,

Fig. 5 ein Modul aus Fig. 3 mit wesentlichen optischen und elektrischen Elementen des dritten Ausführungsbeispiels zur Bestimmung der Geschwindigkeit eines Gegenstandes in zwei Dimensionen, und Fig. 5 is a module of Fig. 3 with essentially optical and electrical elements of the third embodiment for determining the speed of an object in two dimensions, and

Fig. 6 ein Modul aus Fig. 4 mit wesentlichen optischen und elektrischen Elementen des vierten Ausführungsbeispiels zur Bestimmung der Geschwindigkeit eines Gegenstandes in einer Dimension an verschiedenen Orten. FIG. 6 shows a module from FIG. 4 with essential optical and electrical elements of the fourth exemplary embodiment for determining the speed of an object in one dimension at different locations.

Die Fig. 1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild der optischen Elemente einer Vor­ richtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Ein Laser 1 strahlt einen monochromatischen Lichtstrahl 2 aus. Dieser wird in einem Strahlteiler 3 in zwei im wesentlichen gleichstarke Teilstrahlen 4 und 24 aufgeteilt, die schematisch als Striche angedeutet sind. Dabei handelt es sich üblicherweise um im wesentlichen parallele Lichtstrahlen 4 und 24. Diese werden im jeweiligen Arm 5 bzw. 25 der Vorrichtung in dort angeordneten Lichtwellenleitereinkoppler 6 bzw. 26 in Lichtwellenleiter 7 bzw. 27 einge­ koppelt. Dabei handelt es sich (insoweit) um eine gängige Strahlteilung. Im Zuge der Teilstrahlen 4, 24 kann - bei Bedarf - eine Frequenzverschiebung für eine Richtungsemp­ findlichkeit (am Meßpunkt) eingebaut werden. Fig. 1 shows a schematic block diagram of the optical elements of an on device according to a first embodiment of the invention. A laser 1 emits a monochromatic light beam 2 . This is divided in a beam splitter 3 into two substantially equal beams 4 and 24 , which are indicated schematically as lines. These are usually essentially parallel light beams 4 and 24 . These are coupled into the respective arm 5 or 25 of the device in optical waveguide couplers 6 or 26 arranged there in optical fibers 7 or 27 . In so far, this is a common beam splitting. In the course of the partial beams 4 , 24 - if necessary - a frequency shift for a directional sensitivity (at the measuring point) can be installed.

Bei den Lichtwellenleitern 7 bzw. 27 kann es sich um Multimodelichtwellenleiter handeln. Vorzugsweise werden jedoch Monomodelichtwellenleiter, z. B. Stufenindexfasern mit ei­ nem wenige Mikrometer großen Kern verwendet.The optical fibers 7 and 27 can be multimode optical fibers. However, single-mode optical fibers, e.g. B. step index fibers with egg nem a few microns core.

Diese Lichtwellenleiter 7 bzw. 27 werden an einen Y-Koppler 8 bzw. 28 angeschlossen. Dabei handelt es sich um ein Bauteil, das eingangsseitig mit einem Eingangs-Lichtwel­ lenleiter 7 bzw. 27 beschaltet ist und der ausgangsseitig über zwei Ausgangs-Lichtwel­ lenleiter 9 und 19 bzw. 29 und 39 verfügt. Die Ausgangs-Lichtwellenleiter 9, 19, 29 und 39 entsprechen im Aufbau vorzugsweise den Eingangs-Lichtwellenleitern 7 und 27.These optical fibers 7 and 27 are connected to a Y-coupler 8 and 28 , respectively. This is a component which is connected on the input side to an input optical waveguide 7 and 27 and which has two output optical waveguides 9 and 19 or 29 and 39 on the output side. The output optical fibers 9, 19 , 29 and 39 preferably correspond in structure to the input optical fibers 7 and 27 .

Das über die Eingangs-Lichtwellenleiter 7 bzw. 27 in den jeweiligen Y-Koppler 8 bzw. 28 eingespeiste Licht wird nahezu vollständig in einen einzigen der beiden Ausgangs-Licht­ wellenleiter zum Beispiel 9 bzw. 29 geleitet. Die anderen beiden Ausgangs-Lichtwellen­ leiter 19 und 39 sind dann von nahezu keiner Lichtleistung beaufschlagt. The light fed via the input optical waveguide 7 or 27 into the respective Y-coupler 8 or 28 is almost completely guided into a single one of the two output optical waveguides, for example 9 or 29 . The other two output light waveguides 19 and 39 are then subjected to almost no light output.

Solche Y-Koppler 8 und 28, die auch Brücken-Modulatoren (Y-balance, bridge modula­ tors) genannt werden, sind aus einem länglichen LiNbO3-Substrat aufgebaut und sind kommerziell für Eingangslichtleistungen (Impuls) bis zu 200 Milliwatt (Dauerleistung 1-2 mW) und Wellenlängen von 800, 1300 und 1500 nm erhältlich. Dabei ist es möglich ne­ ben Verzweigungen in zwei Lichtwellenleiter auch durch interne Kaskadierung der Über­ gänge Brücken-Umschaltungen auf mehr als zwei Lichtwellenleiter zu erhalten. Dies ist insbesondere für die Mehrpunkt-Laser-Doppler-Anemometrie (Mehrpunkt-LDA) vorteil­ haft, um eine Geschwindigkeits-Komponente an z. B. drei oder vier Orten zu messen.Such Y-couplers 8 and 28 , which are also called bridge modulators (Y-balance, bridge modulators), are made up of an elongated LiNbO 3 substrate and are commercially available for input light powers (pulse) up to 200 milliwatts (continuous power 1- 2 mW) and wavelengths of 800, 1300 and 1500 nm are available. It is possible to obtain branching in two optical fibers by cascading the transitions between bridge switches to more than two optical fibers. This is particularly advantageous for multi-point laser Doppler anemometry (multi-point LDA) in order to have a speed component at z. B. to measure three or four locations.

Die beiden in diesem Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur zweidimensionalen LDA Licht führenden Ausgangs-Lichtwellenleiter 9 und 29 (als Beispiel) sind in einer durch die optische Achse 42 und die vorgegebene Y-Richtung 43 aufgespannten Ebene 44 an­ geordnet. Das aus ihnen heraustretende Laserlicht wird dann über eine in der Zeich­ nung nicht dargestellte Fokussieroptik auf ein Meßvolumen 45 gebündelt. Dort entsteht durch den zwischen den aus den Lichtwellenleitern 9 und 29 austretenden Strahlen be­ stehenden Winkel ein erstes Interferenzmuster. Ein durch das Meßvolumen tretendes Teilchen streut das es beaufschlagende Licht, woraus sich entsprechend der in Vor­ wärtsstreuung ergebenden Intensität auf einem Detektor 46 ein Meßwert für die Ge­ schwindigkeits-Komponente des Teilchens in Y-Richtung ermitteln läßt. Hierfür ist der Detektor 46 über eine Datenleitung 47 mit einer Steuer- und Auswerteschaltung 40 ver­ bunden.The two in this exemplary embodiment of a device for two-dimensional LDA light-guiding output optical waveguides 9 and 29 (as an example) are arranged in a plane 44 spanned by the optical axis 42 and the predetermined Y direction 43 . The laser light emerging from them is then bundled via a focusing optics (not shown in the drawing) onto a measuring volume 45 . There arises from the angle between the rays emerging from the optical fibers 9 and 29 be a first interference pattern. A particle passing through the measuring volume scatters the light, which can be used to determine a measured value for the speed component of the particle in the Y direction in accordance with the intensity resulting in forward scattering on a detector 46 . For this purpose, the detector 46 is connected via a data line 47 to a control and evaluation circuit 40 .

Die Y-Koppler 8 und 28 sind nun über Steuerleitungen 10 und 30 an der Auswerte- und Steuerschaltung 40 angeschlossen. Durch ein entsprechendes Steuersignal werden beide Y-Koppler 8 und 28 synchron umgeschaltet, so daß das über die Eingangs-Licht­ wellenleiter 7 bzw. 27 in die Koppler 8 und 28 eingespeiste Licht nahezu vollständig in die anderen Ausgangs-Lichtwellenleiter 19 und 39 umschaltbar ist. Diese letzteren Aus­ gangs-Lichtwellenleiter 19 und 39 sind in einer durch die optische Achse 42 und die vor­ gegebenen X-Richtung 48 aufgespannten Ebene 49 angeordnet. Das aus ihnen heraus­ tretende Laserlicht wird dann über die in der Zeichnung nicht dargestellte Fokussieroptik auf das Meßvolumen 45 gebündelt. Dort entsteht durch den zwischen den aus den Lichtwellenleitern 19 und 39 austretenden Strahlen bestehenden Winkel ein zweites In­ terferenzmuster, welches senkrecht zu dem oben genannten ersten Interferenzmuster steht. Damit ist es in analoger Weise möglich nun Meßwerte für die X-Komponente der Teilchengeschwindigkeit zu ermitteln.The Y-couplers 8 and 28 are now connected to the evaluation and control circuit 40 via control lines 10 and 30 . By a corresponding control signal, both Y-couplers 8 and 28 are switched synchronously, so that the light fed via the input light waveguides 7 and 27 into the couplers 8 and 28 is almost completely switchable to the other output optical fibers 19 and 39 . These latter from output optical fibers 19 and 39 are arranged in a plane 49 spanned by the optical axis 42 and the given X-direction 48 . The laser light emerging from them is then focused onto the measuring volume 45 via the focusing optics (not shown in the drawing). There arises from the angle between the rays emerging from the optical waveguides 19 and 39 , a second interference pattern, which is perpendicular to the above-mentioned first interference pattern. It is now possible in an analogous manner to determine measured values for the X component of the particle velocity.

Bei einer Ausgestaltung des Verfahrens und der Vorrichtung wird zuerst die eine Geschwindigkeits-Komponente ermittelt und anschließend die durch die Eingangs-Licht­ wellenleiter 7 und 27 eintretende Lichtleistung auf die jeweils anderen Ausgangs-Licht­ wellenleiter umgeleitet, um die andere Komponente zu messen.In one embodiment of the method and the device, the one speed component is first determined and then the light power entering through the input optical waveguides 7 and 27 is redirected to the other output optical waveguide in order to measure the other component.

Die Steuer- und Auswerteschaltung 40 kann einen Speicherbaustein und einen schnellen Schalter enthalten. Dann wird nach einem Taktschritt, d. h. der Aufnahme eines Meß­ wertes für die Geschwindigkeitskomponente in einer Richtung, diese zwischengespeichert und beide Y-Koppler 8 und 28 schnell umgeschaltet. Dann wird im nächsten Taktschritt ein Meßwert der Geschwindigkeits-Komponente in der anderen Richtung aufgenommen und anschließend erneut umgeschaltet. Durch dieses Meßverfahren ist gewährleistet, daß für ein und dasselbe Teilchen für beide Geschwindigkeits-Komponenten im Zeitmul­ tiplex eine Vielzahl von Meßwerten erhoben werden können. Nach dem Erfassen von mehreren Meßwerten kann so eindeutig die Geschwindigkeit des beobachteten Teil­ chens deduziert werden.The control and evaluation circuit 40 can contain a memory chip and a fast switch. Then, after a clock step, ie the recording of a measured value for the speed component in one direction, it is temporarily stored and both Y-couplers 8 and 28 are switched over quickly. Then, in the next clock step, a measured value of the speed component is recorded in the other direction and then switched over again. This measuring method ensures that a multiplicity of measured values can be obtained for one and the same particle for both speed components in the tipmul time multiplex. After acquiring several measured values, the speed of the observed particle can be clearly deduced.

Die in der Fig. 1 orthogonal aufeinanderstehenden Ebenen der Strahlenpaare können auch in einem beliebigen anderen Winkel zueinander angeordnet werden, um aus den dabei ermittelbaren Geschwindigkeits-Richtungen eine zweidimensionale Geschwindig­ keit zu ermitteln. Die Nicht-Orthogonalität muß nur bei der Berechnung der Geschwindig­ keit berücksichtigt werden.The planes of the beam pairs which are orthogonal to one another in FIG. 1 can also be arranged at any other angle to one another in order to determine a two-dimensional speed from the speed directions which can be determined in the process. The non-orthogonality only has to be taken into account when calculating the speed.

Es ist günstig, in der Auswerteschaltung eine Sample- und Hold-Schaltung vorzusehen, so daß bei stark unterschiedlichen Geschwindigkeiten in den beiden beobachteten Richtungen Meßwerte für die eine schnelle Richtung im Takt des Umschaltens der Lichtleistung aufgenommen werden, wohingegen in der anderen Richtung ein Meßwert über mehrere Takte integriert wird. Dabei sind Taktverhältnisse von z. B. 1 zu 5 oder grö­ ßer möglich.It is favorable to provide a sample and hold circuit in the evaluation circuit, so that at very different speeds observed in the two Directions Measured values for a fast direction in time with the switching of the Light output are recorded, whereas in the other direction a measured value is integrated over several cycles. Clock ratios of z. B. 1 to 5 or larger possible.

Vorteilhafterweise wird der Meßwert durch einen schnellen Analog-Digital-Wandler direktgewandelt, wobei Schaltraten pro Kanal von 50 MHz möglich sind.The measured value is advantageously obtained using a fast analog-to-digital converter directly converted, switching rates of 50 MHz per channel are possible.

Dabei liegt die Frequenz des Taktsignals der Leistungsumschaltung in der Größenord­ nung der Frequenz des vom Detektor erhaltenen elektrischen Signals.The frequency of the clock signal of the power switch is of the order of magnitude the frequency of the electrical signal received by the detector.

Neben des in Fig. 1 dargestellten 4-Strahl Kreuzstrahlverfahrens ist es auch möglich eine Vorrichtung mit nur einem einzigen Y-Koppler 8 zu schaffen. Eine solche ist in Fig. 2 dar­ gestellt. In addition to the 4-beam cross-beam method shown in FIG. 1, it is also possible to create a device with only a single Y-coupler 8 . Such is shown in Fig. 2 is.

Die Fig. 2 zeigt ein schematisches Blockschaltbild der optischen Elemente einer Vor­ richtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit nur einem einzigen Y-Koppler 8. Gleiche Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Der Arm 5 ist analog zu dem Arm 5 der Fig. 1 ausgestaltet. Der zweite Arm 55 hingegen ist anders ausgestaltet, da das in dem Lichtwellenleitereinkoppler 26 Licht durch einen Lichtwellen­ leiter 59 direkt zum Auskoppelpunkt geführt wird. Fig. 2 shows a schematic block diagram of the optical elements of an on device according to a second embodiment of the invention with only a single Y-coupler 8th Identical features are provided with the same reference symbols. The arm 5 is configured analogously to the arm 5 of FIG. 1. The second arm 55, on the other hand, is designed differently, since the light in the optical waveguide coupler 26 is guided through an optical waveguide 59 directly to the decoupling point.

Die beiden jeweils wechselseitig mit Lichtleistung beschaltbaren Ausgangs-Lichtwellen­ leiter 9 und 19 werden vorzugsweise zusammen mit dem Lichtwellenleiter 59 in einer Ebene in einem Winkel von 120 Grad angeordnet, so daß sich bezüglich der Achse 42 ein gleichseitiges Dreieck mit den Eckpunkten der Faserenden ergibt. Dadurch besteht zwischen der besagten ersten und der zweiten Ebene ein Winkel von 120 Grad. Wenn nun über die Steuerleitung 10 der Y-Koppler 8 umgeschaltet wird wechselt die in dem einen Lichtwellenleiter-Paar 9 und 59 geführte Lichtleistung auf das zweite Lichtwellen­ leiter-Paar 19 und 59. Dabei ist der in dem Lichtwellenleiter 59 geführte Licht-Anteil an beiden Strahlenpaaren beteiligt. Vorzugsweise teilt auch hier der Strahlteiler 3 die Licht­ leistung gleichartig auf die beiden Lichtstrahlen 4 und 24 auf, so daß zwei unterschiedli­ che Meßwerte von in einem Winkel von 120 Grad zueinander stehenden Geschwindig­ keits-Komponenten erhoben werden können.The two mutually interconnectable with light output light waveguides 9 and 19 are preferably arranged together with the optical fiber 59 in a plane at an angle of 120 degrees, so that there is an equilateral triangle with respect to the axis 42 with the corner points of the fiber ends. As a result, there is an angle of 120 degrees between said first and second planes. If the Y-coupler 8 is now switched over the control line 10, the light output guided in one pair of optical fibers 9 and 59 changes to the second pair of optical fibers 19 and 59 . The light component guided in the optical waveguide 59 is involved in both pairs of rays. Preferably, the beam splitter 3 also divides the light output equally between the two light beams 4 and 24 , so that two different measured values of speed components at an angle of 120 degrees to one another can be measured.

Natürlich sind auch andere Winkel möglich, jedoch bietet die beschriebene Ausfüh­ rungsform die größte Empfindlichkeit.Of course, other angles are also possible, but the version described offers the greatest sensitivity.

Dabei ist vorteilhaft, daß die Y-Koppler 8 bzw. 28, die üblicherweise mit niedrigen Schaltleistungen in schnellen Schritten und hohem Takt umschaltbar sind, einen hohen Wirkungsgrad haben und daß die Führung der Lichtstrahlen in Lichtwellenleitern 7, 9, 19, 27, 29 und 39 eine verlustarme Ausbreitung im interessierenden Wellenlängenbereich von z. B. 800 nm gestatten und gleichzeitig eine extrem kompakte Bauform ermöglichen. Denn anstelle einer großräumigen Linsenanordnung, wie sie die Fig. 1 andeutet, ist es auch möglich die Faserenden der Lichtwellenleiter 9, 19, 29, 39 und 59 in der ge­ wünschten Weise dicht beieinander anzuordnen, so daß ein kleines Meßvolumen mit ho­ her Strahlintensität beaufschlagbar ist, was gleichzeitig die Aufnahme des Streusignals durch den Detektor 46 vereinfacht.It is advantageous that the Y-couplers 8 and 28 , which are usually switchable with low switching power in fast steps and high clock, have a high efficiency and that the guidance of the light beams in optical fibers 7 , 9 , 19 , 27 , 29 and 39 a low-loss propagation in the wavelength range of interest of z. B. allow 800 nm and at the same time allow an extremely compact design. Because instead of a large-scale lens arrangement, as indicated in FIG. 1, it is also possible to arrange the fiber ends of the optical fibers 9 , 19 , 29 , 39 and 59 in the desired manner close together, so that a small measurement volume can be acted upon with high beam intensity is what at the same time simplifies the recording of the scatter signal by the detector 46 .

Die Fig. 3 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung mit solchen optische Elemente enthaltenden Modulen und Sonden zur Be­ stimmung der Geschwindigkeit eines Gegenstandes in zwei Dimensionen. Dabei kann es sich um die Geschwindigkeit einer rotierenden Scheibe, eines Teilchens in einem Fluid oder eines sonstigen Gegenstandes handeln. Fig. 3 shows a schematic block diagram of a third embodiment of the invention with such optical elements containing modules and probes for determining the speed of an object in two dimensions. This can be the speed of a rotating disk, a particle in a fluid or another object.

Die Fig. 3 zeigt insbesondere die vorteilhafte Modulbauweise, die für verschiedene Anwendungen in einfacher Weise austauschbar sind. Die Lichtwellenleitereinkoppler 6 und 26 sind üblicherweise auf einer Bank fest einsetz- und justierbar. Die sich daran an­ schließenden Ausgangs-Lichtwellenleiter 7 und 27 werden in eine Fasersonde- Steuereinheit 60 eingespeist, die in Fig. 5 in einem Ausführungsbeispiel dargestellt ist. FIG. 3 is particularly advantageous modular construction, which can be exchanged for various applications in a simple manner. The optical fiber couplers 6 and 26 can usually be used and adjusted on a bench. The adjoining output optical fibers 7 and 27 are fed into a fiber probe control unit 60 , which is shown in FIG. 5 in one embodiment.

Die Fig. 5 zeigt das Modul 60 aus Fig. 3 mit wesentlichen optischen und elektrischen Elementen des dritten Ausführungsbeispiels zur Bestimmung der Geschwindigkeit eines Gegenstandes in zwei Dimensionen. Gleiche Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Dabei sind die Eingangs-Lichtwellenleiter 7′ und 27′ anders bezeichnet worden, da üblicherweise Steckverbinder verwendet werden, die eine Justage der Ver­ bindung zu den Y-Kopplern 8 und 28 überflüssig machen. FIG. 5 shows the module 60 from FIG. 3 with essential optical and electrical elements of the third exemplary embodiment for determining the speed of an object in two dimensions. Identical features are provided with the same reference symbols. The input optical fibers 7 'and 27 ' have been designated differently, since connectors are usually used, which make an adjustment of the connection to the Y-couplers 8 and 28 superfluous.

Ausgangsseitig umfaßt die Steuereinheit 60 die Ausgangs-Lichtwellenleiter 9,19, 29 und 39 sowie einen Empfangs-Lichtwellenleiter 65, der zum Detektor 46 führt, bei dem es sich um eine Avalanche-Photodiode handeln kann. Die damit aufgenommen Meßwerte werden in der Auswerteeinrichtung 40 direkt gewandelt und über einen Datenbus 66 vor­ zugsweise in einen Rechner zur weiteren Verarbeitung und Speicherung weitergeleitet.On the output side, the control unit 60 comprises the output optical fibers 9 , 19 , 29 and 39 and also a receiving optical fiber 65 , which leads to the detector 46 , which can be an avalanche photodiode. The measurement values thus recorded are converted directly in the evaluation device 40 and forwarded via a data bus 66 to a computer for further processing and storage.

Die fünf Lichtwellenleiter 9, 19, 29, 39 und 65 werden über Steckkupplungen und einen Faserstrang 62 in eine LDA-Glasfasersonde 61 geleitet, in der diese Lichtwellenleiter in der zu Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten Weise zur Durchführung des Kreuzstrahlverfahrens angeordnet werden. Dieses Modul enthält somit die für die Parallelisierung und Bünde­ lung des einfallenden Lichtes und die für die Sammlung des gestreuten Lichtes notwen­ digen Optiken, bei denen es sich zum einen insbesondere um sogenannte Stablinsen handeln kann, die auf die Faserenden direkt aufgesetzt werden können. Mit dem Be­ zugszeichen 63 sind dann die einfallenden kollimierten und gestreuten Strahlen bezeich­ net, die einen Gegenstand oder ein Teilchen 64 treffen bzw. von diesem gestreut wer­ den.The five optical fibers 9, 19, 29, 39 and 65 are plug-in couplings and a fiber strand 62 in a LDA-glass fiber probe 61 conducted in which these optical fibers are arranged as shown to FIG. 1 and FIG. 2 example, for carrying out the cross-beam method. This module thus contains the optics necessary for the parallelization and bundling of the incident light and the optics necessary for the collection of the scattered light, which in particular can be so-called rod lenses which can be placed directly on the fiber ends. With the reference numeral 63 , the incident collimated and scattered rays are designated net, which hit an object or a particle 64 or scattered by the who.

Die Fig. 4 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines vierten Ausführungsbeispiels der Erfindung mit weiteren optische Elemente enthaltenden Modulen und Sonden zur Bestimmung der Geschwindigkeit eines Gegenstandes in einer Dimension an verschie­ denen Orten. Diese sogenannte Mehrpunkt-Laser-Doppler-Anemometrie umfaßt meß­ seits zwei LDA-Glasfasersonden 61 und 71, die an räumlich verschiedenen Orten ange­ ordnet sind. Der Vorteil der modularen Bauweise tritt klar hervor, da die Module 61 und 71 baugleich sind und somit beliebig austauschbar und zu verschiedenen Zwecken ein­ setzbar sind. Die Faserstränge 72 und 73 sind an einer Steuereinheit 70 angeschaltet, die in Fig. 6 detailliert dargestellt ist. FIG. 4 shows a schematic block diagram of a fourth exemplary embodiment of the invention with further modules and probes containing optical elements for determining the speed of an object in one dimension at different locations. This so-called multi-point laser Doppler anemometry comprises measuring two LDA glass fiber probes 61 and 71 , which are arranged at spatially different locations. The advantage of the modular design is clear, since the modules 61 and 71 are identical in construction and are therefore interchangeable and can be used for different purposes. The fiber strands 72 and 73 are connected to a control unit 70 , which is shown in detail in FIG. 6.

Die Fig. 6 zeigt das Modul 70 aus Fig. 4 mit wesentlichen optischen und elektrischen Elementen des vierten Ausführungsbeispiels zur Bestimmung der Geschwindigkeit eines Gegenstandes in einer Dimension an verschiedenen Orten. Der optische Aufbau der Steuereinheit 70 ist im wesentlichen mit dem des Moduls 60 identisch. FIG. 6 shows the module 70 from FIG. 4 with essential optical and electrical elements of the fourth exemplary embodiment for determining the speed of an object in one dimension at different locations. The optical structure of the control unit 70 is essentially identical to that of the module 60 .

Die Ausgangs-Lichtwellenleiter 9 und 29 sind in dem Sinne gekreuzt, daß nun die beiden ersten Ausgangs-Lichtwellenleiter 9 und 29 zusammen mit dem Empfangs-Lichtwellen­ leiter 65 einen Drei-Fasern-Anschlußpunkt bilden. Genauso bilden die Ausgangs-Licht­ wellenleiter 19 und 39 zusammen mit dem Empfangs-Lichtwellenleiter 75 einen zweiten solchen Anschlußpunkt.The output optical fibers 9 and 29 are crossed in the sense that the first two output optical fibers 9 and 29 together with the receive optical fiber 65 form a three-fiber connection point. Likewise, the output optical waveguides 19 and 39 together with the receiving optical fiber 75 form a second such connection point.

Jeder dieser Anschlußpunkte ist, wie im Zusammenhang mit der Fig. 4 erwähnt an eine LDA-Glasfasersonde 61 bzw. 71 angeschlossen, mit denen an verschiedenen Orten eine Geschwindigkeitskomponente von Teilchen 64 erfaßt wird. Die Y-Koppler 8 und 28 be­ schalten nämlich in dem einen Schaltzustand das Modul 61 und in dem anderen Schalt­ zustand das Modul 71 mit dem Licht des Lasers 1, so daß nacheinander die Empfangs- Lichtwellenleiter 65 und 75 das an dem einen bzw. an dem anderen Ort gestreute Licht aufnehmen und in ein Prisma 67 zur Zusammenführung der Empfangs-Lichtwellenleiter 65 und 75 leiten. Das aus dem Prisma 67 austretende Licht wird auf den einzigen De­ tektor 46 geleitet, an dessen Ausgang im Zeitmultiplex das elektrische Signal des von ei­ nem Gegenstand oder Teilchen an verschiedenen Orten gestreuten Lichts bereit steht, in der Auswerteschaltung 40 oder nach der Wandlung in ein digitales Signal, z. B. durch einen 4-Bit-Direktwandler über einen Bus 66 in einer Rechnereinheit weiterverarbeitet zu werden. Neben einem Prisma 67 ist auch eine einfache die verschiedenen Empfangs- Lichtwellenleiter 65 und 75 bündelnde Einrichtung einsetzbar, die im einfachsten Falle aus einer auf den Detektor kollimierenden Linse bestehen kann.As mentioned in connection with FIG. 4, each of these connection points is connected to an LDA glass fiber probe 61 or 71 , with which a velocity component of particles 64 is detected at different locations. The Y-couplers 8 and 28 switch namely be in one switching state, the module 61 and in the other switching state, the module 71 with the light of the laser 1 , so that the receiving optical fibers 65 and 75 one after the other pick up scattered light from the other location and guide it into a prism 67 for bringing together the receiving optical fibers 65 and 75 . The light emerging from the prism 67 is directed to the single detector 46 , at the output of which the electrical signal of the light scattered from an object or particle at various locations is available in time division multiplex, in the evaluation circuit 40 or after conversion into a digital one Signal, e.g. B. to be processed by a 4-bit direct converter via a bus 66 in a computer unit. In addition to a prism 67, it is also possible to use a simple device that bundles the various receiving optical fibers 65 and 75 , which in the simplest case can consist of a lens that collimates on the detector.

Die in den kompakteren Ausführungsbeispielen dargestellte Ausführungsform benutzt das rückwärts-gestreute Signal. Natürlich ist auch die Ausnützung der Vorwärtsstreuung mit leicht veränderten Modulen möglich, insbesondere kann auch der das Fluid umfas­ sende Raum in ein Modul integriert werden. Dabei ist, wie auch in den vorgestellten Ausführungsbeispielen wichtig, daß das Meßraumvolumen auf den Empfangs-Lichtwel­ lenleiter abgebildet wird, um eine hohe Empfindlichkeit der Apparatur zu erhalten. The embodiment shown in the more compact embodiments is used the backscattered signal. Of course there is also the use of forward scatter possible with slightly modified modules, in particular that can also include the fluid transmit space can be integrated into a module. It is, as in the presented Embodiments important that the measuring room volume on the received light wel lenleiter is imaged to maintain a high sensitivity of the equipment.  

Natürlich wird eine Vorrichtung der oben beschriebenen Art vorteilhafterweise ebenfalls akusto-optische Elemente wie Bragg-Zellen umfassen, um mit Hilfe eines Mischers das Vorzeichen der Geschwindigkeit des Teilchens sicher bestimmen zu können. U.U. ist der Einsatz eines Raumfilters sinnvoll, um einen reineren Strahl zu erhalten.Of course, a device of the type described above will advantageously also acousto-optic elements such as Bragg cells comprise the with the help of a mixer To be able to determine the sign of the speed of the particle with certainty. Possibly. is the It makes sense to use a spatial filter to get a cleaner jet.

Claims (14)

1. Verfahren zur Erfassung von Geschwindigkeiten, insbesondere von Teilchen- Geschwindigkeiten in Fluiden, bei dem ein Lichtstrahl in ein erstes Strahlenpaar, welches in einem in einer ersten Ebene (44) liegenden Winkel zueinander in ein Meßvolumen eingeleitet wird, und in ein zweites Strahlenpaar zerlegt wird, welches in einem in einer zweiten Ebene (49) liegenden Winkel zueinander in das Meßvolumen eingeleitet wird, bei dem mit Strahlumschaltmitteln (8, 28) der Lichtstrahl in zeitlicher Abfolge im wesentli­ chen in nur eines der beiden Strahlenpaare geleitet wird, bei dem ein Detektorelement (46) die aus dem Meßvolumen tretende Strahlung erfaßt, und bei dem eine Steuer- und Auswerteschaltung (40) das Detektorsignal auswertet und die Strahlumschaltmittel um­ schaltet,
dadurch gekennzeichnet,
  • a) daß die aus den Strahlumschaltmitteln heraustretenden Lichtstrahlen jeweils in Ein­ gangs-Lichtwellenleiter (6, 26; 7, 27) eingekoppelt werden, die in mindestens einem Y-Koppler (8, 28) in jeweils mindestens zwei Ausgangs-Lichtwellenleiter (9, 19; 29, 39) auf­ geteilt werden,
  • b) daß mit der Steuerelektronik (40) ein Steuersignal erzeugt wird, mit dem eine Lei­ stungsumschaltung der in den mindestens einen Y-Koppler (8, 28) eintretenden Licht­ strahlen auf jeweils nur einen der Ausgangs-Lichtwellenleiter bewirkbar ist,
  • c) wobei die dem mindestens einen Y-Koppler (8, 28) zugeordneten Ausgangs-Lichtwel­ lenleiter (6, 26; 7, 27) jeweils einen Teil des ersten und des zweiten Strahlenpaares führen und in der ersten bzw. der zweiten Ebene (44, 49) angeordnet sind.
1. A method for detecting speeds, in particular particle speeds in fluids, in which a light beam is broken down into a first pair of beams, which is introduced into a measuring volume at an angle in a first plane ( 44 ), and into a second pair of beams is, which is introduced in a second plane ( 49 ) lying to each other in the measuring volume, in which with beam switching means ( 8 , 28 ) the light beam is guided in a timed sequence essentially in only one of the two pairs of beams, in which a Detector element ( 46 ) detects the radiation emerging from the measurement volume, and in which a control and evaluation circuit ( 40 ) evaluates the detector signal and switches the beam switching means,
characterized,
  • a) that the light beams emerging from the beam switching means are each coupled into an input optical waveguide ( 6 , 26 ; 7 , 27 ), which in at least one Y-coupler ( 8 , 28 ) each have at least two output optical fibers ( 9 , 19 ; 29 , 39 ) to be shared,
  • b) that the control electronics ( 40 ) generate a control signal with which a power switching of the light entering the at least one Y-coupler ( 8 , 28 ) can emit light onto only one of the output optical fibers,
  • c) the output optical waveguides ( 6 , 26 ; 7 , 27 ) assigned to the at least one Y-coupler ( 8 , 28 ) each guide part of the first and second beam pairs and in the first and second planes ( 44 , 49 ) are arranged.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsumschaltung jeweils nach der Aufnahme eines Meßwerts durchgeführt wird.2. The method according to claim 1, characterized, that the power switchover is carried out after taking a measured value becomes. 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des Taktsignals der Leistungsumschaltung in der Größenordnung der Frequenz des vom Detektor (46) erhaltenen elektrischen Signals liegt. 3. The method according to any one of claims 1 to 2, characterized in that the frequency of the clock signal of the power switch is in the order of the frequency of the electrical signal received by the detector ( 46 ). 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Detektor (46) erhaltenen und einem der Strahlenpaare zuzuordnenden Si­ gnale abhängig von dem Taktsignal der Leistungsumschaltung von einem Analog-Digital- Wandler in ein digitales Signal umgesetzt werden.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the signals obtained from the detector ( 46 ) and one of the beam pairs to be assigned Si signals are converted depending on the clock signal of the power switchover from an analog-digital converter into a digital signal. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
  • a) daß nur ein Y-Koppler (8) vorgesehen ist und
  • b) daß die beiden Strahlenpaare (9, 29; 19, 39) zum einen aus den aus den Ausgangs- Lichtwellenleitern (9, 19) austretenden Lichtstrahlen und zum anderen aus einem aus ei­ nem gemeinsamen Ausgangs-Lichtwellenleiter (59) austretenden Lichtstrahl bestehen, wobei sich die beiden Ebenen (44, 49) in dem gemeinsamen Ausgangs-Lichtwellenleiter (59) schneiden.
5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in
  • a) that only one Y-coupler ( 8 ) is provided and
  • b) that the two pairs of beams ( 9 , 29 ; 19 , 39 ) consist on the one hand of the light beams emerging from the output optical fibers ( 9 , 19 ) and on the other hand of a light beam emerging from a common output optical waveguide ( 59 ), the two planes ( 44, 49 ) intersecting in the common output optical waveguide ( 59 ).
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Y-Koppler (8, 28) vorgesehen sind, die mit mindestens zwei Aus­ gangs-Lichtwellenleiter (9, 19; 29, 39) beschaltet sind, wobei die mindestens zwei durch die Ausgangs-Lichtwellenleiter gebildeten Ebenen (44, 49) in einem beliebigen Winkel zueinander stehend in einem räumlichen Abstand voneinander angeordnet sind (Multipoint).6. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that at least two Y-couplers ( 8 , 28 ) are provided, which are connected to at least two output optical fibers ( 9 , 19 ; 29 , 39 ), the at least two planes ( 44, 49 ) formed by the output optical waveguides are arranged at any angle to one another and at a spatial distance from one another (multipoint). 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das von den verschie­ denen Orten zurückgetreute Licht über jeweils einen Empfangs-Lichtwellenleiter (65, 75) und ein die Empfangs- Lichtwellenleiter zusammenführendes Element (67) auf den einzi­ gen Detektor (46) abbildbar ist.7. The method according to claim 6, characterized in that the backscattered from the various places where light via a receiving optical waveguide ( 65 , 75 ) and the receiving optical waveguide merging element ( 67 ) on the only gene detector ( 46 ) can be mapped is. 8. Vorrichtung zur Erfassung von Geschwindigkeiten, insbesondere von Teilchen- Geschwindigkeiten in Fluiden, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprü­ che 1 bis 7,
  • a) mit einer kohärenten Lichtquelle (1), mit der ein Lichtstrahl (2) erzeugbar ist,
  • b) mit einer strahlteilenden Anordnung (3, 8, 28), mit der der Lichtstrahl (2) in ein erstes Strahlenpaar (9, 29) - welches in einem in einer ersten Ebene (44) liegenden Winkel zu­ einander in ein Meßvolumen (45) einleitbar ist - und in ein zweites Strahlenpaar (19, 39) - welches in einem in einer zweiten Ebene (49) liegenden Winkel zueinander in das Meß­ volumen (45) einleitbar ist - zerlegbar ist,
  • c) wobei die Anordnung (3, 8, 28) Strahlumschaltmittel (8, 28) aufweist, mit denen der Lichtstrahl (2) in zeitlicher Abfolge im wesentlichen in nur eines der beiden Strahlenpaare (9, 29 oder 19, 39) leitbar ist,
  • d) mit einem Detektorelement (46), mit dem die aus dem Meßvolumen (45) tretende Strahlung erfaßbar ist, und
  • e) mit einer Steuer- und Auswerteschaltung (40), die mit dem Ausgang des Detektore­ lementes (46) verbunden ist und deren Steuerausgang mit den Steuereingängen der Strahlumschaltmittel (8, 28) verbunden ist,
8. Device for detecting speeds, in particular particle speeds in fluids, for carrying out the method according to one of claims 1 to 7,
  • a) with a coherent light source ( 1 ) with which a light beam ( 2 ) can be generated,
  • b) with a beam-splitting arrangement ( 3 , 8 , 28 ) with which the light beam ( 2 ) into a first beam pair ( 9 , 29 ) - which is at an angle in a first plane ( 44 ) to each other in a measuring volume ( 45 ) can be introduced - and can be dismantled into a second pair of beams ( 19 , 39 ) - which can be introduced into the measuring volume ( 45 ) at an angle to one another in a second plane ( 49 ),
  • c) the arrangement ( 3 , 8 , 28 ) having beam switching means ( 8 , 28 ) with which the light beam ( 2 ) can be guided in chronological order essentially into only one of the two pairs of beams ( 9 , 29 or 19 , 39 ),
  • d) with a detector element ( 46 ) with which the radiation emerging from the measurement volume ( 45 ) can be detected, and
  • e) with a control and evaluation circuit ( 40 ) which is connected to the output of the detector element ( 46 ) and whose control output is connected to the control inputs of the beam switching means ( 8 , 28 ),
dadurch gekennzeichnet,
  • f) daß die Strahlumschaltmittel (8, 28) aus mindestens zwei Y-Kopplern (8, 28) beste­ hen, wobei die aus einem Strahlteiler (3) der strahlteilenden Anordnung (3, 8, 28) heraus­ tretenden Lichtstrahlen (4, 24) in Eingangs-Lichtwellenleiter (7, 27) einkoppelbar sind,
  • g) daß jeder der Eingangs-Lichtwellenleiter (7, 27) durch einen der Y-Koppler (8, 28) in zwei Ausgangs-Lichtwellenleiter (9, 29 und 19, 39) aufgeteilt wird, wobei die Ausgangs- Lichtwellenleiter (9, 19, 29, 39) derart angeordnet sind, daß ein dem ersten Y-Koppler (8) zugeordneter Ausgangs-Lichtwellenleiter (9 bzw. 19) und ein dem zweiten Y-Koppler (28) zugeordneter Ausgangs-Lichtwellenleiter (29 bzw. 39) in einer Ebene (44, 49) angeordnet sind,
  • h) daß ein Steuersignal der Steuerelektronik (40) eine Leistungsumschaltung des in je­ den der Y-Koppler (8, 28) eintretenden Lichtstrahl (4, 24) auf jeweils nur einen der diesem zugeordneten Ausgangs-Lichtwellenleiter (9 oder 19; 19 oder 39) bewirkbar ist.
characterized,
  • f) that the beam switching (8, 28) of at least two Y-couplers (8, 28) best hen, said from a beam splitter (3) of the beam-splitting means (3, 8, 28) emergent light beams (4, 24) can be coupled into input optical waveguides ( 7 , 27 ),
  • g) that each of the input optical fibers ( 7 , 27 ) is divided by one of the Y-couplers ( 8, 28 ) into two output optical fibers ( 9 , 29 and 19 , 39 ), the output optical fibers ( 9 , 19th , 29 , 39 ) are arranged such that an output optical fiber ( 9 or 19 ) assigned to the first Y coupler ( 8 ) and an output optical fiber ( 29 or 39 ) assigned to the second Y coupler ( 28 ) in one level ( 44, 49 ) are arranged,
  • h) that a control signal from the control electronics ( 40 ) switches the power of the light beam ( 4 , 24 ) entering the Y coupler ( 8 , 28 ) to only one of the associated output optical fibers ( 9 or 19 ; 19 or 39 ) is feasible.
9. Vorrichtung zur Erfassung von Geschwindigkeiten - insbesondere von Teilchengeschwindigkeiten - in Fluiden zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
  • a) mit einer kohärenten Lichtquelle (1), mit welcher ein Lichtstrahl (2) erzeugbar ist;
  • b) mit einer Strahlteileranordnung (3, 8, 28), die den kohärenten Lichtstrahl (2) in ein er­ stes Strahlenpaar (9, 19) und einen zweiten Strahl (59) aufteilt, wobei das erste Strahlen­ paar (9, 19) in einer Ebene (44) liegt und mit dem zweiten Strahl (59) zum Schnitt ge­ bracht wird;
  • c) mit einem Detektorelement (46), mit dem die austretende Strahlung aus dem Meßvo­ lumen (45) - in welchem sich die Strahlen schneiden - erfaßbar ist;
  • d) mit einer Steuer- und Auswerteschaltung (40), die mit dem Ausgang des Detektors (46) verbunden ist und deren Steuerausgänge mit der strahlteilenden Anordnung (3, 8, 28) verbunden sind;
9. Device for detecting speeds - in particular particle speeds - in fluids for carrying out the method according to one of claims 1 to 7,
  • a) with a coherent light source ( 1 ) with which a light beam ( 2 ) can be generated;
  • b) with a beam splitter assembly (3, 8, 28) (9, 19) and divides the coherent light beam (2) in a He Stes pair of beams a second beam (59), said first pair of beams (9, 19) in a plane ( 44 ) lies and is brought to the cut with the second beam ( 59 );
  • c) with a detector element ( 46 ) with which the emerging radiation from the measuring volume ( 45 ) - in which the beams intersect - can be detected;
  • d) with a control and evaluation circuit ( 40 ) which is connected to the output of the detector ( 46 ) and whose control outputs are connected to the beam splitting arrangement ( 3 , 8 , 28 );
dadurch gekennzeichnet,
  • e) daß die strahlteilende Anordnung (3, 8, 28) einen Eingangs-Strahlteiler (3) und einen diesem nachgeschalteten Y-Koppler (8) aufweist;
  • f) daß eine Strahlumschaltung (9; 19) im Y-Koppler (8) von einer Steuerelektronik (40) mit einem Steuersignal veranlaßt wird und jeweils einer (9; 19) der umgeschalteten Strahlen (9, 19) mit dem zweiten Strahl (59) im Meßvolumen (45) zum Schnitt bringbar ist;
  • g) daß nach dem Eingangs-Strahlteiler (3) bis vor dem Meßvolumen (45) die Strahlen in Lichtwellenleitern geführt sind.
characterized,
  • e) that the beam splitting arrangement ( 3 , 8 , 28 ) has an input beam splitter ( 3 ) and a Y-coupler ( 8 ) connected downstream thereof;
  • f) that a beam switching ( 9 ; 19 ) in the Y-coupler ( 8 ) is triggered by control electronics ( 40 ) with a control signal and one ( 9; 19 ) of the switched beams ( 9 , 19 ) with the second beam ( 59 ) can be cut to size in the measuring volume ( 45 );
  • g) that after the input beam splitter ( 3 ) up to the measuring volume ( 45 ) the beams are guided in optical fibers.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß in einem oder in beiden Strahlengängen (4, 24) frequenzverschiebende akusto-opti­ sche Elemente angeordnet sind.10. Apparatus according to claim 8 or 9, characterized in that frequency-shifting acousto-optic elements are arranged in one or in both beam paths ( 4 , 24 ). 11. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9 dadurch gekennzeichnet, daß das Detektorelement (46) mit einem schnellen Analog-Digital-Wandler - ggf. mit vorgeschalteter Sample/Hold-Schaltung - verbunden ist, mit dem das erhaltene Signal in Direktwandlung weiterverarbeitbar ist.11. The device according to claim 8 or 9, characterized in that the detector element ( 46 ) is connected to a fast analog-to-digital converter - possibly with an upstream sample / hold circuit - with which the signal obtained can be further processed in direct conversion. 12. Elektro-optisches Modul (60, 70) für eine Vorrichtung nach den Ansprüchen 8 bis 11 zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
  • a) mit eingangsseitigen Anschlüssen für Eingangs-Lichtwellenleiter (7, 27), die an Y- Koppler (8, 28) anschließbar sind;
  • b) mit einem ausgangsseitigen Anschluß an dem drei oder vier Ausgangs-Lichtwellen­ leiter (9, 19, 29, 39; 9, 19, 59) herausführbar und ein Empfangs-Lichtwellenleiter (65) an­ schließbar sind;
  • c) mit einem Detektorelement (46), auf den das vom Empfangs-Lichtwellenleiter (65, 75) geführte Licht abbildbar ist und
  • d) mit einer Auswerteschaltung (40), mit der der oder die Y-Koppler (8, 28) ansteuerbar und das vom Detektor (46) aufgenommene Signal verarbeitbar ist.
12. Electro-optical module ( 60 , 70 ) for a device according to claims 8 to 11 for carrying out the method according to one of claims 1 to 7,
  • a) with input-side connections for input optical fibers ( 7 , 27 ), which can be connected to Y-couplers ( 8 , 28 );
  • b) with an output-side connection to the three or four output optical fibers ( 9 , 19 , 29 , 39 ; 9 , 19 , 59 ) and a receiving optical fiber ( 65 ) can be closed;
  • c) with a detector element ( 46 ) onto which the light guided by the receiving optical waveguide ( 65 , 75 ) can be imaged and
  • d) with an evaluation circuit ( 40 ) with which the Y-coupler (s) ( 8 , 28 ) can be controlled and the signal recorded by the detector ( 46 ) can be processed.
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