DE4443069A1 - Verfahren zur Messung von Strömungsvektoren in Gasströmungen - Google Patents

Verfahren zur Messung von Strömungsvektoren in Gasströmungen

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrich­ tung zur Messung der Strömungsvektoren in Gasströmun­ gen.
Ein Verfahren, von dem der Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1 ausgeht, ist bekannt aus DE 37 12 153 C1. Bei diesem Verfahren wird das Licht zweier Laserstrahlen mit einer Fokussierungsvorrichtung in dem Strömungska­ nal an zwei dicht hintereinander angeordneten Fokussie­ rungsstellen fokussiert. In der Gasströmung enthaltene Teilchen werden, wenn sie die Fokussierungsstellen pas­ sieren, beleuchtet. Die von den Teilchen reflektierte Streustrahlung erzeugt beim Passieren der ersten Fokus­ sierungsstelle einen Start-Impuls und beim Passieren der zweiten Fokussierungsstelle einen Stop-Impuls. Aus dem zeitlichen Abstand dieser beiden Impulse kann die­ jenige Komponente des Vektors der Teilchengeschwindig­ keit bestimmt werden, die in der Ebene der beiden Strahlen verläuft und durch beide Fokussierungsstellen hindurchgeht. Zur Bestimmung derjenigen Komponente des Strömungsvektors, die in Strahlrichtung verläuft, müs­ sen bei axialem Fokuspunktversatz zwei Messungen mit jeweils um 180° gedrehtem Meßvolumen durchgeführt wer­ den. Durch Differenzbildung der beiden Meßraten wird der Strömungswinkel in bezug auf die Normalenebene zur optischen Achse ermittelt. Dieses Verfahren erfordert wegen der Brennweitenänderung eine lange Meßzeit.
Das Patent US 4 919 536 beschreibt ein System zur Mes­ sung des Geschwindigkeitsfeldes einer Teilchen enthal­ tenden Gasströmung unter Verwendung eines Laser-Dopp­ ler-Spektralbildwandlers. Hierbei erzeugt ein Laser eine Lichtebene, die von den Teilchen quer durchströmt wird. Das von den Teilchen erzeugte Streulicht wird von zwei Videokameras empfangen. Die eine Kamera empfängt das Streulicht direkt und die andere empfängt das Streulicht über einen optischen Frequenz-/Amplituden- Umsetzer. Aus den Videosignalen der beiden Kameras wird die Geschwindigkeitsverteilung über die Lichtebene er­ mittelt. Dabei wird nur eine einzige Geschwindigkeits­ komponente erfaßt, nämlich die Komponente in Richtung der Winkelhalbierenden zwischen der Laserstrahlebene und der Kamerarichtung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung der Strömungsvektoren in Gasströmungen anzugeben, um mit einer einfachen Meß­ apparatur, die wenig Platz erfordert und auch an schwer zugänglichen Stellen eingesetzt werden kann, die Strö­ mungsvektoren nach Betrag und räumlicher Richtung voll­ ständig bestimmen zu können.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt bei dem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und bei der Vor­ richtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5.
Das erfindungsgemäße Verfahren bestimmt die Strömungs­ vektoren längs derjenigen Achse, die durch die beiden Fokussierungsstellen hindurchgeht, nach dem Start-Stop- Prinzip, also nach Art einer Lichtschranke durch Lauf­ zeitmessung. Diejenige Komponente, die in Richtung der optischen Achse, also quer zu der durch die Fokussie­ rungsstellen hindurchgehenden Geraden und in Längs­ richtung der beiden Strahlen verläuft, erfolgt nach dem Doppler-Prinzip, wobei der Umstand ausgenutzt wird, daß ein Teilchen, das sich in Richtung der optischen Achse eines Strahles bewegt, als Streulicht nicht Licht mit der Bestrahlungsfrequenz aussendet, sondern mit einer hiervon abweichenden Frequenz, wobei die Frequenzabwei­ chung der Geschwindigkeitskomponente in Strahlrichtung proportional ist. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und bei der Vorrichtung werden für die Doppler-Messung des in Richtung der optischen Achse verlaufenden Geschwindigkeitsvektors jedenfalls zum Teil diejenigen photoelektrischen Wandler mitbenutzt, die auch für die Start-Stop-Messung verwendet werden. Die zwischen den Fokussierungspunkten der Laserstrahlen gebildete Meß­ strecke wird im Verlauf der Messung gedreht, um den Vektorwinkel in der senkrecht zur Strahlrichtung ver­ laufenden Fokalebene zu ermitteln. Unter Benutzung der­ selben Strahlen wird die hierzu senkrechte Geschwindig­ keitskomponente nach dem Doppler-Prinzip erfaßt und Teilchen für Teilchen der anderen Geschwindigkeitskom­ ponente, also derjenigen in der Fokalebene, zugeordnet.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung bietet den Vorteil eines einfachen Aufbaus. Sie ist an engen und schwer zugänglichen Stellen einsetzbar, z. B. in einem Strö­ mungskanal zur Messung der Strömungsverhältnisse an Turbinenschaufeln, wobei die Strahlen durch ein Fenster des Strömungskanals hindurchgeschickt werden und im Innern des Strömungskanals das Meßvolumen erzeugen. Dabei ist nur ein relativ kleiner Öffnungswinkel für den optischen Zugang zum Strömungskanal erforderlich. Die Messung der Geschwindigkeitskomponente in Richtung der optischen Achse ist unabhängig von der Messung der beiden anderen Geschwindigkeitskomponenten (Betrag und Richtung innerhalb der Fokalebene). Die Ermittlung der Strömungskomponente rechtwinklig zur Fokalebene erfor­ dert keine zusätzliche Meßzeit.
Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnun­ gen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungs­ form der Erfindung in vereinfachter Darstel­ lung,
Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit II aus Fig. 1,
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht des Meßvolumens,
Fig. 4 eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit III aus Fig. 1,
Fig. 5 die Übertragungscharakteristik des optischen Frequenz-/Amplituden-Wandlers,
Fig. 6 eine Darstellung der an den photoelektrischen Umsetzern bei Durchgang eines Teilchens durch das Meßvolumen erzeugten Impulse,
Fig. 7 eine weitere Ausführungsform einer Meßvorrich­ tung mit zusätzlicher Verarbeitung der von den photoelektrischen Umsetzern erzeugten Signale zur Unterdrückung von Störungen und
Fig. 8 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Meßvorrichtung.
In Fig. 1 ist der grundsätzliche Aufbau eines ersten Ausführungsbeispiels der Meßvorrichtung dargestellt.
Ein Laser 10 erzeugt einen Laserstrahl 11. Es handelt sich beispielsweise um einen Ar⁺-Laser mit einer Wel­ lenlänge von 514 nm oder um einen frequenzverdoppelten YAG-Laser mit einer Wellenlänge von 532 nm. Der Laser­ strahl 11 wird von einer λ/4-Platte 61 und einem Strahlsplitter 12, z. B. einem Rochon-Prisma, in zwei divergierende Teilstrahlen 11a, 11b aufgeteilt (Fig. 2). Beide Teilstrahlen werden von einer Optik 12a im wesentlichen parallel ausgerichtet und von einem Spie­ gel 13 rechtwinklig auf ein Prisma 14 abgelenkt. Das Prisma 14 lenkt die Teil strahlen wiederum rechtwinklig ab. Hinter dem Prisma 14 befindet sich eine Fokussie­ rungsoptik 15, die jeden der Teilstrahlen 11a, 11b in dem Meßvolumen MV fokussiert, wobei für jeden Strahl eine eigene Fokussierungsstelle gebildet wird. Die Fo­ kussierungsstelle des Strahls 11a befindet sich im Meß­ volumen MV genau auf der optischen Achse OA der Fokus­ sierungsoptik 15, während die Fokussierungsstelle des Strahls 11b seitlich versetzt zur optischen Achse OA angeordnet ist.
Die im Meßvolumen MV enthaltenen Fokussierungsstellen werden von der Fokussierungsoptik 15 in einer Abbil­ dungsebene 17 abgebildet. Hinter der Abbildungsebene 17 befindet sich ein Mikroskop 18, das die Abbildungsebene 17 auf den Empfangsflächen von zwei photoelektrischen Wandlern PEC1 und PEC2 abbildet. Der Strahl 19 der ei­ nen Fokussierungsstelle F1 wird einem Strahlenteiler 20 zugeführt, der den einen Teilstrahl S1 zum Wandler PEC2 durchläßt und den anderen Teilstrahl S2 über einen Spiegel 21 durch einen Frequenz-/Amplituden-Umsetzer 22 zu dem anderen photoelektrischen Wandler PEC1 schickt.
Der von der anderen Fokussierungsstelle F2 ausgehende Strahl 23 wird nur von dem Wandler PEC2 empfangen.
In Fig. 3 ist das Meßvolumen MV dargestellt. Auf der optischen Achse OA der Fokussierungsoptik 15 liegt die Fokussierungsstelle F1 des Teilstrahls 11a und seitlich im Abstand dazu und parallel liegt die Fokussierungs­ stelle F2 des anderen Teilstrahls 11b. Wie aus Fig. 2 erkennbar ist, sind die Fokussierungsstellen F1 und F2 keine fest definierten Punkte, sondern sie sind langge­ zogen. Bei einer Drehung des Strahlsplitters 12 bleibt der eine Teilstrahl 11a auf der optischen Achse OA, während der andere Teilstrahl 11b um die optischen Achse OA geschwenkt wird. Dieser Schwenkwinkel ist in Fig. 2 mit α bezeichnet. Der Winkel β bezeichnet die Abwei­ chung des Geschwindigkeitsvektors v von der Normalen­ ebene zur optischen Achse OA.
Ein Teilchen P, das die beiden Fokussierungsstellen F1 und F2 passiert, wird von beiden Teilstrahlen 11a, 11b nacheinander beleuchtet. Das Teilchen sendet dann Streulicht aus, welches von den Wandlern PEC1 und PEC2 empfangen wird. Dem Wandler PEC1 werden die Lichtimpul­ se des Teilstrahls 11a zugeführt und dieser Wandler erzeugt daraufhin Start-Impulse. Dem Wandler PEC2 wer­ den die von dem Teilstrahl 11b zurückgelegten Lichtim­ pulse zugeführt und dieser Wandler erzeugt daraufhin Stop-Impulse. Außerdem erzeugt der Wandler PEC2 zusätz­ lich immer dann einen Impuls, wenn der Wandler PEC1 einen Impuls erzeugt.
In Fig. 6 ist der von dem Wandler PEC1 erzeugte Start­ impuls mit 25 bezeichnet und der von dem Wandler PEC2 erzeugte Stoppimpuls mit 26. Die Zeit t, die zwischen dem Startimpuls 25 und dem Stoppimpuls 26 liegt, ist ein Maß für die Geschwindigkeitskomponente vT, die das Teilchen P zwischen den beiden Teilstrahlen 11a, 11b hat. Um den gesamten Geschwindigkeitsvektor v zu be­ stimmen, ist die Kenntnis der Geschwindigkeitskomponen­ te vZ (Fig. 3) in Richtung der optischen Achse OA wich­ tig. Zur Bestimmung der Geschwindigkeitskomponente vZ wird der Frequenz-/Amplituden-Umsetzer 22 in Verbindung mit den beiden photoelektrischen Wandlern PEC1 und PEC2 benutzt.
Der optische Frequenz-/Amplituden-Umsetzer hat die Wir­ kung, daß er einfallendes Licht mit einem von der Wel­ lenlänge abhängigen Transmissionsfaktor durchläßt.
Die Lichtfrequenz des Strahles 19, der von der Fokus­ sierungsstelle F1 ausgeht, hängt ab von der Frequenz des Bestrahlungslichts und von der Geschwindigkeitskom­ ponente vZ des Teilchens in Strahlrichtung. Diese Ge­ schwindigkeitskomponente erzeugt eine Doppler-Verschie­ bung des Streulichts. Die Doppler-Verschiebung Δν be­ trägt
Hierin ist ν₀ die Frequenz des Laserlichts, Δν die Doppler-Verschiebung des Streulichts in Rückwärtsstreu­ ung und c die Lichtgeschwindigkeit. Die Doppler-Ver­ schiebung Δν ist folglich ein Maß für die Geschwindig­ keitskomponente vZ in Strahlrichtung.
Als optischer Frequenz-/Amplituden-Umsetzer wird eine Jodzelle 22 benutzt, die das in Fig. 5 dargestellte Transmissionsverhalten in Abhängigkeit von der Frequenz ν hat. In Fig. 5 ist die Transmission der Jodzelle T(ν) in Abhängigkeit von der Frequenz ν dargestellt. Bei einer Veränderung der Frequenz ν₀ infolge einer Geschwindigkeitskomponente vZ hat das von dem Teilchen zurückgeworfene Laserlicht eine Frequenz ν(vZ), wodurch die Transmission T des Umsetzers 22 sich um den Wert ΔT verändert.
Der Umsetzer 22 führt also dem photoelektrischen Wand­ ler PEC1 Licht mit einer Stärke zu, die in Abhängigkeit von der Geschwindigkeitskomponente vZ in Richtung der optischen Achse variiert. Der photoelektrische Umsetzer PEC1 erzeugt daraufhin einen elektrischen Impuls, des­ sen Amplitude von der Intensität des einfallenden Lichts abhängt, also entsprechend der Transmission des Umsetzers 22 variiert.
Die Ausgangssignale der Wandler PEC1 und PEC2 werden über die Leitungen 28 und 29 einem Mehrkanal-Analysator 30 als Start- und Stop-Impulse zugeführt. Ferner werden die Ausgangsimpulse der Wandler PEC1 und PEC2 einem Dividierer 31 zugeführt. Dabei dient die Amplitude des Ausgangssignals des Wandlers PEC2 als Referenzwert für die Amplitude des Ausgangssignals des Umsetzers PEC1.
Wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, werden die Start-Licht­ impulse nicht nur über den Umsetzer 22 dem Wandler PEC1 zugeführt, sondern über den teildurchlässigen Spiegel 20 auch dem Umsetzer PEC2, der zeitgleich mit dem Start-Impuls 25 (Fig. 6) einen Referenzimpuls 27 er­ zeugt. In dem Dividierer 31 wird somit das Verhältnis zwischen den Impulsen 25 und 27 gebildet, das über eine Leitung 33 dem Mehrkanal-Analysator 30 zugeführt wird.
Aus der Doppler-Verschiebung wird die Geschwindigkeits­ komponente vZ nach der obigen Gleichung (1) bestimmt. Der Mehrkanal-Analysator 30 errechnet hieraus für jeden Teilchendurchgang den Winkel β entsprechend
Die Geschwindigkeitskomponente vZ wird durch Doppler- Messung bestimmt und die Geschwindigkeitskomponente vT innerhalb der Normalenebene zur optischen Achse durch Laufzeitmessung zwischen den Strahlen 11a und 11b.
Fig. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Meß­ apparatur bis zu den photoelektrischen Wandlern PEC1 und PEC2 gleich derjenigen von Fig. 1 ist. Die Verar­ beitung der elektrischen Signale der photoelektrischen Wandler ist jedoch unterschiedlich, was im folgenden erläutert wird.
Die von den photoelektrischen Wandlern PEC1 und PEC2 erzeugten Impulse sind stark rauschbehaftet. Die Aus­ gangssignale des photoelektrischen Wandlers PEC1 werden über einen Verstärker 40 einem Frequenzfilter 41 zuge­ führt und über einen Schalter 42 zu einem Potenzierer 43 übertragen. Der Potenzierer 43 bildet aus dem Ein­ gangssignal I das Ausgangssignal In mit der Potenzzahl n. Das Ausgangssignal des Potenzierers 43 wird über einen Integrator 44 dem einen Eingang einer Divisions­ schaltung 45 zugeführt.
In gleicher Weise werden die Ausgangssignale des photo­ elektrischen Wandlers PEC2 in einem Verstärker 46 ver­ stärkt und über ein Filter 47 und einen elektronischen Schalter 48 einem Potenzierer 49 zugeführt, der eben­ falls die n-te Potenz seines Eingangssignals bildet. Der Ausgang des Potenzierers 49 ist über einen Integra­ tor 50 mit dem anderen Eingang der Divisionsschaltung 45 verbunden.
Die Divisionsschaltung 45 teilt den Dividenden A durch den Divisor B und das Ausgangssignal A/B wird einem Wurzelbildner 51 zugeführt, der die n-te Wurzel aus diesem Ausgangssignal (als Radikanten) bildet. Das Aus­ gangssignal des Wurzelbildners 51 wird einem Eingang des Mehrkanal-Analysators 30 zugeführt.
Die Schalter 42 und 48 werden von einer Triggerschal­ tung 52 gesteuert, die als Eingangssignal das Signal des Filters 41 empfängt und außerdem den Mehrkanal-Ana­ lysator 30 steuert. Durch die Triggerschaltung werden die Integrationsintervalle der Integratoren 43 und 49 bestimmt.
Durch die beschriebene Signalverarbeitung werden die Ausgangssignale der photoelektrischen Wandler, bevor die Division erfolgt, mit einem Exponenten n potenziert und über ein Zeitintervall t₂-t₁ integriert. Die Integralwerte werden sodann dividiert und aus dem Quo­ tienten wird die n-te Wurzel gezogen. Hierdurch wird erreicht, daß der intensive zentrale Teil eines Impul­ ses, welcher ein gutes Signal/Rausch-Verhältnis auf­ weist, stärker gewichtet wird als die Signalflanken, in denen das Signal/Rausch-Verhältnis schlechter ist. Im Experiment hat sich n = 2 als zweckmäßig erwiesen. Das Integrationsintervall t₂-t₁ wird so gelegt, daß es vor einem Startimpuls beginnt und hinter dem Startimpuls endet.
Während bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen die beiden photoelektrischen Wandler PEC1 und PEC2, die die Start-Signale und die Stop-Signale liefern, zu­ gleich beide auch für die Doppler-Messung benutzt wer­ den, ist bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 8 ein zu­ sätzlicher photoelektrischer Wandler PEC3 vorgesehen, dem über einen zwischen den beiden Spiegeln 60 und 21 angeordneten halbdurchlässigen Spiegel 16 die Start- Lichtimpulse zugeführt werden. Der photoelektrische Wandler PEC3 erzeugt die Referenzimpulse für die von dem photoelektrischen Wandler PEC1 erzeugten Impulse, deren Amplituden durch die Transmission des Frequenz-/ Amplituden-Umsetzers 22 beeinflußt ist. Die Signale der Wandler PEC1 und PEC2 werden der Divisionsschaltung 45 zugeführt, die daraufhin den Quotienten an den Mehrka­ nal-Analysator 30 liefert. Die Signale des Wandlers PEC3, die intensiver sind als diejenigen des Wandlers PEC1, werden als Start-Signale für die Laufzeitmessung benutzt. Die Signale des Wandlers PEC2 werden als Stop- Signale benutzt.

Claims (9)

1. Verfahren zur Messung der Strömungsvektoren in Gasströmungen durch Ermittlung zweier Komponenten (vT, vZ) und eines Winkels (α) des Geschwindig­ keitsvektors von in der Strömung enthaltenen op­ tisch erfaßbaren Teilchen (P), bei welchem zwei im wesentlichen parallele Strahlen (11a, 11b) an ne­ beneinanderliegenden Stellen fokussiert werden und das Licht der Fokussierungsstellen (F1, F2) photo­ elektrischen Wandlern (PEC1, PEC2; PEC3) zugeführt wird, welche für einen Teilchendurchgang einen Start- und einen Stop-Impuls erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß das Licht einer der Fokussierungsstellen (F1, F2) geteilt wird, wobei der eine Teilstrahl (S1) einem ersten photoelektrischen Wandler (PEC2, PEC3) direkt und der andere Teilstrahl (S2) einem zweiten photoelektrischen Wandler (PEC1) über einen optischen Frequenz-/Amplituden-Umsetzer (22) zugeführt wird, und daß aus den Signalen der photoelektrischen Wandler ein Meßwert gewonnen wird, der der Geschwindigkeitskomponente (vZ) des Teilchens (P) in Strahlrichtung entspricht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem ersten photoelektrischen Wandler (PEC2) das Licht beider Fokussierungsstellen (F1, F2) zu­ geführt wird, und daß dieser Wandler (PEC2) sowohl ein Referenzsignal zur Bewertung der Amplitude des Ausgangssignals des zweiten photoelektrischen Wandlers (PEC1) als auch einen Start- oder Stop- Impuls erzeugt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Signale der photoelektrischen Wandler (PEC1, PEC2) über die Zeit integriert und die Integrationswerte anschließend miteinander dividiert werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale der photoelektrischen Wandler vor dem Integrieren mit einem Exponenten n potenziert werden, und daß im Anschluß an das Dividieren die n-te Wurzel aus dem Divisionsergebnis gebildet wird.
5. Vorrichtung zur Messung der Strömungsvektoren in Gasströmungen durch Ermittlung zweier Komponenten (vt, vZ) und eines Winkels (α) des Geschwindig­ keitsvektors von in der Strömung enthaltenen op­ tisch erfaßbaren Teilchen (P), mit einer Optik (15), die im Meßvolumen (MV) zwei nebeneinander­ liegende Fokussierungsstellen (F1, F2) erzeugt und das von diesen Fokussierungsstellen ausgehende Licht jeweils einem photoelektrischen Wandler (PEC1, PEC2; PEC3) zuleitet, wobei beim Durchlauf eines Teilchens (P) durch die Fokussierungsstellen einer der Wandler (PEC1; PEC3) einen Start-Impuls und der andere Wandler (PEC2) einen Stop-Impuls erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Strahlteiler (20) vorgesehen ist, der das Licht einer der Fokussierungsstellen (F1) in zwei Teilstrahlen (S1, S2) aufteilt, von denen einer über einen optischen Frequenz-/Amplituden-Umsetzer (22) einem photoelektrischen Wandler (PEC1) zuge­ führt wird, und daß eine Divisionseinrichtung (45) vorgesehen ist, die ein von dem Signal des photo­ elektrischen Wandlers (PEC1) abgeleitetes Signal und ein Referenzsignal, das von dem Signal eines anderen photoelektrischen Wandlers (PEC2; PEC3) aus dem anderen Teilstrahl (S1) abgeleitet ist, emp­ fängt und daraus ein der Geschwindigkeitskomponen­ te (vZ) des Teilchens (P) in Strahlrichtung ent­ sprechendes Signal erzeugt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß der andere Wandler (PEC2) derjenige ist, der die Start- oder Stop-Impulse erzeugt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß der Strahlteiler (20) das Licht der Fo­ kussierungsstelle (F2) für Stop-Signale einerseits dem Wandler (PEC2) zur Erzeugung der Stop-Impulse und andererseits über den Frequenz-/Amplituden- Umsetzer dem Wandler (PEC1) zur Erzeugung der Start-Impulse zuführt.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5-7, dadurch gekennzeichnet, daß den Wandlern (PEC1, PEC2) je­ weils ein Integrator (44, 50) nachgeschaltet ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­ net, daß zwischen den Wandler (PEC1, PEC2) und den Integrator (44, 50) ein Potenzierer (43, 49) ge­ schaltet ist, und daß der Divisionseinrichtung (45) ein Wurzelbildner (51) nachgeschaltet ist.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5883707A (en) * 1996-09-05 1999-03-16 Robert Bosch Gmbh Method and device for sensing three-dimensional flow structures
US11543273B2 (en) 2018-12-20 2023-01-03 Robert Bosch Gmbh Method and apparatus for determining the absolute value of the flow velocity of a particle-transporting medium

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2322987A (en) * 1997-03-06 1998-09-09 Marconi Gec Ltd Object detection in turbine influx or efflux
DE19736172B4 (de) * 1997-08-20 2004-02-05 Palas Gmbh Partikel- Und Lasermesstechnik Verfahren und Vorrichtung zur Analyse von Teilchen
US6128072A (en) * 1998-04-23 2000-10-03 Nova Gas Transmission Ltd. Optical flow meter integrally mounted to a rigid plate with direct optical access to the interior of a pipe
FR2794247B1 (fr) * 1999-05-27 2001-08-03 Onera (Off Nat Aerospatiale) Procede et dispositif de mesure de vitesse par effet doppler
GB9916932D0 (en) * 1999-07-16 1999-09-22 Funes Gallanzi Marcelo Method and apparatus for investigating fluid flow variables element characteristics and near-surface temperature and forces
DE19963393C1 (de) * 1999-12-28 2001-07-26 Bosch Gmbh Robert Verfahren und Vorrichtung zur Analyse von Strömungen
DE10018305C2 (de) * 2000-04-13 2002-02-14 Bosch Gmbh Robert Verfahren und Vorrichtung zur Analyse von Strömungen
TW466346B (en) * 2001-03-05 2001-12-01 Nat Science Council A low-cost continuous-wave-laser (CW laser) digital particle image velocimetry
US6542226B1 (en) * 2001-06-04 2003-04-01 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Planar particle imaging and doppler velocimetry system and method
DE102005042954B4 (de) * 2005-09-05 2007-07-12 Technische Universität Dresden Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung von Geschwindigkeitsprofilen in beliebig gerichteten Strömungen
JP5725697B2 (ja) * 2009-05-11 2015-05-27 キヤノン株式会社 情報処理装置および情報処理方法
GB2477529A (en) * 2010-02-04 2011-08-10 Vestas Wind Sys As A wind turbine optical wind sensor for determining wind speed and direction
US10215771B2 (en) 2014-11-06 2019-02-26 Bio-Rad Laboratories, Inc. Droplet velocity detection
EP3935349A1 (de) 2019-03-07 2022-01-12 Flowlit Ltd. Optische durchflussgeschwindigkeitsmessung einer flüssigkeit
CN111638384B (zh) * 2020-05-14 2022-06-14 河海大学 一种观测井内地下水流向流速监测的光纤探测装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3421341A1 (de) * 1984-06-08 1985-12-12 Rudolf Dipl.-Ing. 5106 Roetgen Bahnen Verfahren zur messung von geschwindigkeitskomponenten
DE3712153C1 (de) * 1987-04-10 1988-07-14 Deutsche Forsch Luft Raumfahrt Verfahren zur Messung von Stroemungsvektoren in Gasstroemungen
DE3518800C2 (de) * 1985-05-24 1988-12-15 Deutsch-Franzoesisches Forschungsinstitut Saint-Louis, Saint-Louis, Haut-Rhin, Fr
US4919536A (en) * 1988-06-06 1990-04-24 Northrop Corporation System for measuring velocity field of fluid flow utilizing a laser-doppler spectral image converter

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3941477A (en) * 1974-10-17 1976-03-02 Deutsche Forschungs-Und Versuchsanstalt Fur Luft-Und Raumfahrt E.V. Measuring device for the measurement of fluid flow rates
DE3631901C1 (de) * 1986-09-19 1988-02-04 Deutsche Forsch Luft Raumfahrt Vorrichtung zur Messung von Stroemungsvektoren in Gasstroemungen
DE3631900A1 (de) * 1986-09-19 1988-04-07 Deutsche Forsch Luft Raumfahrt Vorrichtung zur messung von stroemungsvektoren in gasstroemungen
US5012118A (en) * 1989-12-13 1991-04-30 Preikschat F K Apparatus and method for particle analysis

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3421341A1 (de) * 1984-06-08 1985-12-12 Rudolf Dipl.-Ing. 5106 Roetgen Bahnen Verfahren zur messung von geschwindigkeitskomponenten
DE3518800C2 (de) * 1985-05-24 1988-12-15 Deutsch-Franzoesisches Forschungsinstitut Saint-Louis, Saint-Louis, Haut-Rhin, Fr
DE3712153C1 (de) * 1987-04-10 1988-07-14 Deutsche Forsch Luft Raumfahrt Verfahren zur Messung von Stroemungsvektoren in Gasstroemungen
US4919536A (en) * 1988-06-06 1990-04-24 Northrop Corporation System for measuring velocity field of fluid flow utilizing a laser-doppler spectral image converter

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5883707A (en) * 1996-09-05 1999-03-16 Robert Bosch Gmbh Method and device for sensing three-dimensional flow structures
US11543273B2 (en) 2018-12-20 2023-01-03 Robert Bosch Gmbh Method and apparatus for determining the absolute value of the flow velocity of a particle-transporting medium

Also Published As

Publication number Publication date
DE4443069C2 (de) 1997-01-16
US5751410A (en) 1998-05-12
GB9524572D0 (en) 1996-01-31
GB2295670B (en) 1998-10-21
GB2295670A (en) 1996-06-05

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