DE4443069A1 - Verfahren zur Messung von Strömungsvektoren in Gasströmungen - Google Patents
Verfahren zur Messung von Strömungsvektoren in GasströmungenInfo
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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.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4443069A DE4443069C2 (de) | 1994-12-03 | 1994-12-03 | Verfahren zur Messung von Strömungsvektoren in Gasströmungen |
US08/564,790 US5751410A (en) | 1994-12-03 | 1995-11-29 | Method for measuring flow vectors in gas flows |
GB9524572A GB2295670B (en) | 1994-12-03 | 1995-12-01 | Method for measuring flow vectors in gas flows |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4443069A DE4443069C2 (de) | 1994-12-03 | 1994-12-03 | Verfahren zur Messung von Strömungsvektoren in Gasströmungen |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4443069A1 true DE4443069A1 (de) | 1996-06-05 |
DE4443069C2 DE4443069C2 (de) | 1997-01-16 |
Family
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE4443069A Expired - Fee Related DE4443069C2 (de) | 1994-12-03 | 1994-12-03 | Verfahren zur Messung von Strömungsvektoren in Gasströmungen |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5751410A (de) |
DE (1) | DE4443069C2 (de) |
GB (1) | GB2295670B (de) |
Cited By (2)
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)
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)
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)
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 |
-
1994
- 1994-12-03 DE DE4443069A patent/DE4443069C2/de not_active Expired - Fee Related
-
1995
- 1995-11-29 US US08/564,790 patent/US5751410A/en not_active Expired - Fee Related
- 1995-12-01 GB GB9524572A patent/GB2295670B/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
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)
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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