WO2012100763A1 - Method for determining velocities in flows and phase-frequency-velocity field sensor - Google Patents

Method for determining velocities in flows and phase-frequency-velocity field sensor Download PDF

Info

Publication number
WO2012100763A1
WO2012100763A1 PCT/DE2011/002198 DE2011002198W WO2012100763A1 WO 2012100763 A1 WO2012100763 A1 WO 2012100763A1 DE 2011002198 W DE2011002198 W DE 2011002198W WO 2012100763 A1 WO2012100763 A1 WO 2012100763A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
interference fringe
velocity
systems
phase
determined
Prior art date
Application number
PCT/DE2011/002198
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Joerg Koenig
Juergen Czarske
Lars Buettner
Original Assignee
Technische Universität Dresden
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Technische Universität Dresden filed Critical Technische Universität Dresden
Publication of WO2012100763A1 publication Critical patent/WO2012100763A1/en

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P5/00—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
    • G01P5/26—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring the direct influence of the streaming fluid on the properties of a detecting optical wave
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/66—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by measuring frequency, phase shift or propagation time of electromagnetic or other waves, e.g. using ultrasonic flowmeters
    • G01F1/661—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by measuring frequency, phase shift or propagation time of electromagnetic or other waves, e.g. using ultrasonic flowmeters using light
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/704—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow using marked regions or existing inhomogeneities within the fluid stream, e.g. statistically occurring variations in a fluid parameter
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P5/00—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
    • G01P5/001—Full-field flow measurement, e.g. determining flow velocity and direction in a whole region at the same time, flow visualisation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/50—Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S17/58—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/497—Means for monitoring or calibrating

Definitions

  • (2C) i. There is a 2C2D measurement. Through volume lighting and the use of several cameras, the measurement can be extended to 3D3C.
  • the scattered light detection takes place depending on the separation of the four interference fringe systems (multiplex type) with one or up to four photodiodes.
  • the lateral position y of the scattering object is determined by determining the phase difference ⁇ of the measured electrical burst signals as a function of the tilt angle ⁇ and a phase-related calibration function from one of the base interference fringe systems I 1, IS 2 and the tilting fringe system IS 3 tilted thereto;
  • the imaging according to the Doppler principle is achieved as follows:
  • the scattering light 6 of the scattering objects 34, which traverse the measuring volume 1, is imaged onto a detection unit 6,
  • a signal evaluation is carried out, in which a time-resolved determination of the Doppler frequencies fi, f 2 and the phase difference ⁇ , the axial velocity component z and the lateral velocity component y are specifically determined, and
  • phase difference ⁇ varies only from 0 to ⁇
  • a directional internal detection of the direction of movement of the scattering object 34 is achieved, wherein for a phase difference ⁇ along the lateral position coordinate y according to the equation VI:
  • a tilting device 35 is provided which is connected to at least one of the grids 24, 29 for tilting one grille 24, 29 in relation to the other grating 29, 24.
  • ⁇ is connected to a tilt angle ⁇ and connected to an evaluation unit 36 and the control unit is connected as required by the tilting of the gratings 24, 29 to the tilt angle ⁇ to each other a phase difference ⁇ between the electrical burst signals of the base interference fringe systems IS1 ; IS2 and the tilted tilting interference strip system IS3,

Abstract

The invention relates to a method for determining velocities in flows and to a phase-frequency-velocity field sensor (10) on the principle of a laser-Doppler velocity profile sensor having at least two assigned basic interference fringe systems (IS1, IS2). At least one tilted interference fringe system (IS3) is formed and superposed with the two basic interference fringe systems (IS1, IS2) in a common measuring volume (1), wherein the tilted interference fringe system (IS3) is tilted axially in relation to one of the basic interference fringe systems (IS1, IS2) by a tilting angle (α) and the two have the same fringe spacing profile (d1(z), d3(z); d2(z), d3(z)). The tilted interference fringe system (IS3) is physically distinguishable from the basic interference fringe systems (IS1, IS2) and at least one of the interference fringe systems (IS1, IS2, IS3) is fan-shaped. From the basic interference fringe systems (IS1, IS2), the axial position (z) and the velocity (vx) of a scattering object (34) is determined. With the tilted interference fringe system (IS3), the lateral position (y) of the scattering object (34) is determined with the aid of the phase difference (Δϕ) of the measured electrical burst signals (37, 38) and the lateral velocity component (vy) of the scattering object (34) is determined using the Doppler frequencies (f1, f2).

Description

Verfahren zur Bestimmung von Geschwindigkeiten in Strömungen und Phasen-Frequenz-Geschwindigkeits-Feldsensor  Method for determining velocities in flows and phase-frequency-velocity field sensor
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung von Geschwindigkeiten in Strömungen und einen Phasen-Frequenz-Geschwindigkeits-Feldsensor. The invention relates to a method for determining velocities in flows and a phase-frequency-velocity field sensor.
In der Strömungsmesstechnik existiert eine Vielzahl an optischen Verfahren zur Geschwindigkeitsmessung. Diese lassen sich grob in zwei prinzipiell unterschiedliche Verfahren unterteilen: In flow measurement, there are a large number of optical methods for speed measurement. These can be roughly divided into two fundamentally different procedures:
• Nach dem optischen Doppler-Effekt, wobei die Verfahren auf das von einem Streuobjekt dopplerverschobene Streulicht basieren, und  • After the optical Doppler effect, the methods are based on the Doppler shifted by a scattering object scattered light, and
• Kamerabasierte Verfahren, welche im Allgemeinen eine Weg-Zeit-Messung durchführen.  • Camera-based methods, which generally perform a path-time measurement.
Zur Klarstellung der Ergebnisse der in der Beschreibung angegebenen Verfahren und Vorrichtungen wird eine Nomenklatur angegeben, wobei D die Koordinaten- Dimension des Messvolumens eines Messverfahrens ist und C die Anzahl der Komponenten des Geschwindigkeitsvektors, die mit einem Messverfahren gemessen werden können, sind: 00: {quasij-punktförmig, Messung an nur einem Punkt ohne Ortsbestimmung, 1 D: linienfiörmig, eine Ortskoordinate kann aufgelöst werden, Messung entlang einer Linie, To clarify the results of the methods and apparatuses given in the description, a nomenclature is given, where D is the coordinate dimension of the measuring volume of a measuring method and C is the number of components of the velocity vector that can be measured with a measuring method: 00: {quasij-punktförmig, measurement at only one point without localization, 1 D: linear, a spatial coordinate can be resolved, measurement along a line,
2D: flächenhaft, zwei Ortskoordinaten können gemessen werden, Messung in einer Fläche,  2D: areal, two location coordinates can be measured, measurement in one area,
30: volumenhaft, drei Ortskoordinaten können gemessen werden, Messung in einem Volumen,  30: volumetric, three spatial coordinates can be measured, measurement in one volume,
IC: einkomponentig, nur eine Geschwindigkeitskomponente kann gemessen werden,  IC: one-component, only one speed component can be measured
2C: zweikomponentig, zwei Geschwindigkeitskomponenten können gemessen werden, 2C: two-component, two speed components can be measured
30: drei komponentig, drei Geschwindigkeitskomponenten können gemessen werden. Kamerabasierte Verfahren, z.B. die PIV (Particte Image Velocimetry), ermöglichen bereits aus ihrem Prinzip heraus eine flächenhafte (2D) Messung der Geschwindigkeitsverteilung in Strömungen und sind in den Druckschriften J. Westerweel: Fundamentals of digital particle image velocimetry, Meas. Sei. Technol. 8, 1997, S. 1379-1392 und M. Raffel, C. Willert, S. Wereley, J Kompen- hans: Particle Image Velocimetry: A Practical Guide, Springer, Berlin 2007 beschrieben. Die Geschwindigkeitsunsicherheit liegt jedoch typischerweise im Prozentbereich. Des Weiteren ist die Messunsicherheit durch die in der Strömung auftretenden Geschwindigkeiten bestimmt.  30: three component, three speed components can be measured. Camera-based methods, e.g. The PIV (Particle Image Velocimetry), already allow on their principle, a two-dimensional (2D) measurement of the velocity distribution in flows and in the publications J. Westerweel: Fundamentals of digital particle image velocimetry, Meas. Be. Technol. 8, 1997, pp. 1379-1392 and M. Raffel, C. Willert, S. Wereley, J Kompensan: Particle Image Velocimetry: A Practical Guide, Springer, Berlin 2007. However, the speed uncertainty is typically in the percentage range. Furthermore, the measurement uncertainty is determined by the velocities occurring in the flow.
Insbesondere für Strömungen mit starken Geschwindigkeitsgradienten, wie sie z.B. in der Mikrofiuidik oder in Scherschichtströmungen zu erwarten sind, steigt die relative Geschwindigkeitsunsicherheit in Richtung kleinerer Geschwindigkeiten stark an, wie in der Druckschrift H. Li, M.G. Olsen: MicroPIV measurements of turbulent flow in square microchannels wrth hydraulic diameters from 200 pm to 640 pm, Heat and Fluid Flow 27, 2006.S.123-134 beschrieben ist.  Especially for flows with high velocity gradients, as e.g. in microfluidics or in shear-layer flows, the relative speed uncertainty in the direction of lower velocities increases sharply, as described in H. Li, M.G. Olsen: MicroPIV measurements of turbulent flow in square microchannels are described from 200 pm to 640 pm, Heat and Fluid Flow 27, 2006.S.123-134.
Demgegenüber stehen die doppierbasierten Verfahren, wie z.B. die Laser Doppler Anemometrie (LDA), die in der Druckschrift H. Albrecht, M. Borys, N. Damaschke, C. Tropea: Laser-Doppler and phase-Doppler measurement techni- ques, Heidelberg: Springer, 2002 beschrieben ist mit einer im Promillebereich zu erwartenden Messunsicherheit der Geschwindigkeit. Diese Verfahren messen jedoch die Strömungsgeschwindigkeiten nur lokal, d.h. in einem Punkt (OD). Generell wird von Anwendern eine bildgebende Messung der Geschwindigkeitsverteilung mit geringen Messunsicherheiten gewünscht. Eine Anwendung ist z.B. die Messung der Geschwindigkeltsverteiiung in mikrofluidischen Geräten, bspw. zur Prozessüberwachung. Hierzu ist es notwendig die Geschwindigkeitsverteilungen mit großen Gradienten der Geschwindigkeit, hochauflösend (< 1 μηι) mit möglichst geringen Geschwindigkeitsunsicherheiten bei begrenzter optischer Zugänglichkeit (i.A. ein seitlicher optischer Zugang) zu bestimmen. Diese Forderungen werden von den derzeit bestehenden Verfahren nur unzureichend erfüllt. In contrast, there are the duplex-based methods, such as laser doppler anemometry (LDA), which are described in the document H. Albrecht, M. Borys, N. Damaschke, C. Tropea: Laser Doppler and phase Doppler measurement. ques, Heidelberg: Springer, 2002 is described with a measurement uncertainty of the speed expected in the per mil range. However, these methods only measure the flow velocities locally, ie at one point (OD). In general, users want an imaging measurement of the velocity distribution with low measurement uncertainties. One application is, for example, the measurement of the velocity distribution in microfluidic devices, for example for process monitoring. For this purpose, it is necessary to determine the velocity distributions with large gradients of the speed, high-resolution (<1 μm) with the lowest possible speed uncertainties with limited optical accessibility (generally a lateral optical access). These requirements are insufficiently met by the existing procedures.
Für Messungen der Geschwindigkeitsverteilungen wurden Vertreter der beiden oben genannten Verfahren bereits angewendet. Für kamerabasierte Verfahren sind vor allem die Vertreter PIV und μΡΐν (Micro Partide Image Velocimetry) zu nennen. Ihre typischen Messeigenschaften sind in der Tabelle 1 aufgelistet. For measurements of the velocity distributions, representatives of the above two methods have already been used. For camera-based methods, the representatives PIV and μΡΐν (Micro Partide Image Velocimetry) should be mentioned. Their typical measuring properties are listed in Table 1.
Beide Messsysteme bieten eine flächenhafte Messung (2D) der Geschwindigkeitsverteilung in Strömungen, wobei jedoch beide Systeme unterschiedliche An- forderungen an die jeweilige Anwendung stellen. Im Gegensatz zur PIV bietet die pPIV eine bifdgebende Messung der Geschwindigkeitsverteilung bei begrenzter optischer Zugänglichkeit (d.h. nur ein optischer Zugang wird gefordert). Both measuring systems offer a two-dimensional measurement (2D) of the velocity distribution in flows, although both systems place different demands on the respective application. Unlike the PIV, the pPIV provides a bifdent measurement of the velocity distribution with limited optical accessibility (i.e., only optical access is required).
Aus diesem Grund sowie aufgrund der höheren örtlichen Auflösung stellt die pPIV für das oben genannte Beispiel für mikroffuidische Anwendungen das am überwiegend eingesetzte Messsystem dar. Eine Zusammenfassung über den Einsatz der μΡΐν in einer Vielzahl von Anwendungen der Mikrofluidik ist in der Druckschrift R. Lindken, M. Rossi, S. Große, J. Weste r eel: Micro particle Image velocimetry (μΡΐν): recent developments, applications, and guideline, Lab Chip 9, 2009, S. 2551-2567 beschrieben. Die Abstände der erfassten Geschwindigkeits- vektoren, die letztendlich die örtliche Auflösung der Geschwindigkeitsverteifung vorgeben, skalieren dabei mit der in den jeweiligen Anwendungen auftretenden maximalen Geschwindigkeit. Generell gilt für (μ)Ρΐν, je schneller die Strömung, desto geringere örtliche Auflösungen können erreicht werden (siehe hierzu Stand der Technik). Unabhängig von der örtlichen Auflösung besitzen jedoch alle Messungen eine relative Geschwindigkeitsunstcherheit im Prozentbereich, wobei vor allem die Unsicherheit in wandnahen Regionen deutlich zunimmt, wie in der Druckschrift H. Li, M G. Olsen: MicroPIV measurements of turbulent flow in square microchannels with hydrauEtc diameters from 200 pm to 640 μπη, Heat and Fluid Flow 27, 2006.S.123-134 beschrieben ist. For this reason, as well as due to the higher local resolution, the pPIV represents the predominantly used measuring system for the above-mentioned example for microtechnical applications. A summary of the use of μΡΐν in a multiplicity of applications of microfluidics is to be found in the publication R. Lindken, M Rossi, S. Große, J. Vestelel: Micro particle image velocimetry (μΡΐν): recent developments, applications, and guideline, Lab Chip 9, 2009, pp. 2551-2567. The distances of the detected velocity vectors, which ultimately determine the local resolution of the velocity distribution, thereby scale with the maximum speed occurring in the respective applications. In general, for (μ) Ρΐν, the faster the flow, the lower the local resolution can be achieved (see Stand of the technique). Regardless of the local resolution, however, all the measurements have a relative velocity percent in the percentage range, with the uncertainty in wall-proximate regions, in particular, increasing markedly, as described in H. Li, G. G. Olsen: MicroPIV measurements of turbulent flow in square microchannels with hydrauEtc diameters from 200 pm to 640 μπη, Heat and Fluid Flow 27, 2006.S.123-134.
Den kamarabasierten Verfahren stehen die dopplerbasierten Verfahren mit einer deutlich geringeren Geschwindigkeitsunsicherheit gegenüber. Einige Vertreter (sowie auch die Erfindung) sind in der Tabelle 1 mit prinzipiellen Messeigenschaften gegenübergestellt. The Kamarabasierten procedures face the Doppler-based method with a significantly lower speed uncertainty. Some representatives (as well as the invention) are compared in Table 1 with principal measuring properties.
Tabelle 1: Übersicht zu typischen Messeigenschaften optischer Messtechniken Table 1: Overview of typical measuring properties of optical measuring techniques
Figure imgf000006_0001
Figure imgf000006_0001
In den Druckschriften A.K. Tieu, M.R. Mackenzie, E.B. Li: Measurements in mio- roscopic flow with a solid-state LDA, Exp. in Fluids 19, 1995, S. 293-294 und Y.L Lo, C.H. Chuang: Fluid Velocity Measurements in a Microchannel Performed with Two New Optical Heterodyne icroscopes, Appi. Opt. 41, 2002, S. 6666- 6675 ist die Anwendung der konventionellen LDA in mikroskopischen Strömungen dargestellt. Da die konventionelle LDA nur eine OD Messung der Geschwindigkeit ermöglicht, musste die Messung der Geschwindigkeitsverteilung durch eine zeitintensive mechanische Traversierung realisiert werden. Dies setzt jedoch ein stationäres Verhalten der Strömung voraus. Aufgrund von Grenzflächenübergängen zwischen Luft, Glaskapillare und Fluid benötigen Messungen der Geschwindigkeitsverteilung mit einem konventionellen LDA (und mechanische Traversierung) zudem eine aufwendige Korrektur der Messposition, wie in der Druckschrift Y.L. Lo, C.H. Chuang: Fluid Velocity Measurements in a MicroChannel Performed with Two New Optical Heterodyne Microscopes, Appl. Opt. 41, 2002, S. 6666-6675 beschrieben ist, um Abweichungen der gewählten Messposition zu verringern. Des Weiteren wird die räumliche Auflösung beim konventionellen LDA durch die Größe des Messvolumens bestimmt. Typische Messvolumina von 100 pm bis 1 mm bieten hierbei nur eine unzureichende örtliche Auflösung in mikrofluidischen Anwendungen. In the documents AK Tieu, MR Mackenzie, EB Li: Measurements in myoscopic flow with a solid state LDA, Exp. In Fluids 19, 1995, pp. 293-294 and YL Lo, CH Chuang: Fluid Velocity Measurements in a Microchannel Performed with Two New Optical Heterodyne icroscopes, Appi. Opt. 41, 2002, pp. 6666-6675, the application of the conventional LDA in microscopic flows is shown. Since the conventional LDA allows only an OD measurement of the speed, the measurement of the velocity distribution by a time-consuming mechanical traversal had to be realized. However, this requires a steady state behavior of the flow. Due to interface transitions between air, glass capillary and fluid, measurements of the velocity distribution with a conventional LDA (and mechanical traversing) also require a complex correction of the measuring position, as in the publication YL Lo, CH Chuang: Fluid Velocity Measurements in a MicroChannel Performed with Two New Optical Heterodyne Microscopes, Appl. Opt. 41, 2002, pp 6666-6675 is described in order to reduce deviations of the selected measurement position. Furthermore, the spatial resolution of the conventional LDA is determined by the size of the measurement volume. Typical measurement volumes of 100 pm to 1 mm only provide insufficient local resolution in microfluidic applications.
Mit einer Ausführung des Laser-Doppler-Gesc windigkeitsprofilsensor (kurz: Profilsensor), welcher eine Weiterentwicklung der konventionellen LDA darstellt, lassen sich nicht nur punktförmig (OD), sondern entlang einer Linie (1D) die Ge- schwindigkeitsverteilungen bestimmen, was in der Druckschrift J. Czarske, L. Büttner, T. azik, H. Müllen Boundary layer veiocity measurements by a laser Doppler profile sensor with mircometre spatial resolutton, Meas. Sei. Technol. 13, 2002, S. 1979-1989 beschrieben ist.  With an embodiment of the laser-Doppler-Gesc windigkeitsprofilsensor (short: profile sensor), which represents a further development of conventional LDA, not only punctiform (OD), but along a line (1D) determine the speed distributions, which in the document J. Czarske, L. Büttner, T. azik, H. Müllen Boundary layer measurements by a laser Doppler profile sensor with mircometre spatial resolutton, Meas. Be. Technol. 13, 2002, pp. 1979-1989.
Im Gegensatz zur konventionellen LDA ist mit dieser Ausführung die axiale Ort- sauflösung nicht durch die Größe des Messvolumens bestimmt. Die deutlichen Verbesserungen zur Ortsausflösung (< 1 pm) und Messunsicherheit der Geschwindigkeit (ca. 0,1 %) konnten bereits in realen Strömungen nachgewiesen werden, wie in den Druckschriften J. König, A. Voigt, L. Büttner, J. Czarske: Pre- cise micro flow rate measurements by a laser Doppler veiocity profile sensor with time division multiplexing, Meas. Sei. Technol. 21, 2010, 074005, 9 Seiten und L. Büttner, C. Bayer, A. Voigt, J. Czarske, H. Müller, N. Pape, V. Strunk: Precise Flow Rate Measurements of Natural Gas under high Pressure with a laser Dop- pler Velocity Profile Sensor, Exp. in Fluids 45, 200Ö, S. 1103-1115 beschrieben ist. In contrast to the conventional LDA, the axial local resolution is not determined by the size of the measuring volume. The clear improvements to the local resolution (<1 pm) and uncertainty of the speed (about 0.1%) have already been demonstrated in real flows, as in J. König, A. Voigt, L. Büttner, J. Czarske: Precise micro flow rate measurements by a laser Doppler veiocity profile sensor with time division multiplexing, Meas. Be. Technol. 21, 2010, 074005, 9 pages; and L. Büttner, C. Bayer, A. Voigt, J. Czarske, H. Muller, N. Pape, V. Strunk: Precise Flow Rate Measurements of Natural Gas under High Pressure with a Laser double- pler Velocity Profile Sensor, Exp. in Fluids 45, 200Ö, pp. 1103-1115.
Mit dem Laser-Doppler-Geschwindigkeitsfeldsensor (kurz: Feldsensor) erreicht man eine bildgebende Messung der Geschwindigkeitsverteilung (20). Er entsteht durch Kombination zweier Profilsensoren unter einem festen Winkel, wie in der Druckschrift A. Voigt, C. Bayer, K. Shirai, L. Büttner, J. Czarske: Laser Doppler field sensor for high resolution flow velocity imaging without camera, Appl. Opt. 47(27), 2008, S. 5028-5040 beschrieben ist.  The laser Doppler velocity field sensor (in short: field sensor) achieves an imaging measurement of the velocity distribution (20). It is produced by combining two profile sensors at a fixed angle, as in the document A. Voigt, C. Bayer, K. Shirai, L. Büttner, J. Czarske: Laser Doppler field sensor for high resolution flow velocity imaging without camera, Appl. Opt. 47 (27), 2008, p. 5028-5040.
Sind z.B. beide Profilsensoren orthogonal zueinander ausgerichtet, so bestimmt jeder Profilsensor eine Ortskoordinate. Aus der Rekonstruktion beider Geschwin- digkeitsprofife ergibt sich dann ohne den Einsatz einer Kamera ein Bild der Geschwindigkeitsverteilung innerhalb des Überlagerungsbereiches der Messvolumina beider Sensoren. Ein Problem bei dieser Ausführung ist, dass zwei Sensoren (Sendeeinheiten) zueinander möglichst exakt ausgerichtet sein müssen. Dies erweist sich vor allem bei Grenzflächenübergängen in mikrofluidischen Anwendungen als schwierig und führt zu einer zusätzlichen Positionsunsicherheit, da die Lage der Messvotumina beider Profilsensor zueinander durch Brechungseffekte beeinffusst werden kann. Des Weiteren benötigt das Sensorkonzept eine ausreichende optische Zugänglichkeit für beide Sensoren (von zwei Seiten). Dies ist bei einer Vielzahl von Anwendungen nicht gewährleistet.  Are e.g. both profile sensors aligned orthogonal to each other, each profile sensor determines a location coordinate. The reconstruction of both velocity profiles then gives an image of the velocity distribution within the overlapping area of the measurement volumes of both sensors without the use of a camera. A problem with this design is that two sensors (transmitting units) must be aligned with each other as accurately as possible. This proves to be particularly difficult for interfacial transitions in microfluidic applications and leads to an additional position uncertainty, since the position of the measurement volumes of both profile sensor can be influenced by refraction effects to each other. Furthermore, the sensor concept requires sufficient optical accessibility for both sensors (from two sides). This is not guaranteed in a variety of applications.
Prinzipiell kann ein kleinerer Winkel (< 90°) zur Ausrichtung der beiden Sensoren gewählt werden. Dies führt aber zu einer entsprechend geringeren Sensitivität der Positionsbestimmung und somit zu einer erhöhten Positionsunsicherheit.  In principle, a smaller angle (<90 °) can be chosen to align the two sensors. However, this leads to a correspondingly lower sensitivity of the position determination and thus to an increased position uncertainty.
Folgende Messverfahren sind bekannt: The following measuring methods are known:
1. Particle Image Velocimetry (PIV) und Particle Tracking Velocimetry (PTV) Das bekannte Messverfahren: Particle Image Velocimetry - PIV - , in Fig. 1 ge- zeigt, erlaubt, basierend auf einer Weg-Zeit-Messung, die Bestimmung von Ge- schwindigkeitsvektorfetdern (2D), die in den Druckschriften J. Westerweel: Fundamentals of digital particle image velocimetry, Meas. Sei. Technol. 8, 1997, S. 1379-1392 und M. Raffel, C. Wil!ert, S. Wereley, J. Kompenhans: Particle Image Velocimetry: A Practical Guide, Springer, Berlin 2007 beschrieben sind. 1. Particle Image Velocimetry (PIV) and Particle Tracking Velocimetry (PTV) The known measuring method: Particle Image Velocimetry - PIV -, shown in FIG. 1, allows the determination of geodata on the basis of a path-time measurement. velocity vector factors (2D), which are described in J. Westerweel: Fundamentals of Digital Particle Image Velocimetry, Meas. Be. Technol. 8, 1997, p. 1379-1392 and M. Raffel, C. Wilertert, S. Wereley, J. Kompenhans: Particle Image Velocimetry: A Practical Guide, Springer, Berlin 2007.
Hierzu wird das Licht aus einem Puislaser zu einem Lichtschnitt geformt und auf die zu messende Strömung gerichtet. Oer Laser emittiert zu zwei festgelegten Zettpunkten (ti und te) jeweils einen kurzen Laserimpuls. Zu beiden Zeitpunkten wird das an den in der Strömung befindlichen Streuoblekten gestreute Laserficht auf eine Kamera abgebildet. For this purpose, the light is formed from a Puis laser to a light section and directed to the flow to be measured. The laser emits a short laser pulse at two fixed tare points (ti and te). At both points in time, the laser spruce scattered at the stray reflectors in the flow is imaged onto a camera.
Bei der PIV wird anhand der zweidimensionalen Kreuzkorrelationsfunktion, die aus beiden Aufnahmen berechnet wird, die zweidimensionale Verschiebung (in x- und y-Richtung, Δχ, Ay) der abgebildeten Streuobjekte bestimmt. In the PIV, the two-dimensional displacement (in x- and y-direction, Δχ, Ay) of the imaged scattering objects is determined by means of the two-dimensional cross-correlation function, which is calculated from both images.
Bei dem Messverfahren Particle Tracking Velocimetry - PTV - wird die Verschiebung mit Hilfe von speziellen Bildverarbeitungsalgorithmen direkt für jedes einzelne Streuobjekt berechnet. Mit der bekannten Zeitdifferenz (At) zwischen den beiden Belichtungszeiten der Kamera kann mit dem Quotienten der Differenzen die Geschwindigkeit in der Lichtschnittebene wie folgt nach Gleichung I bestimmt werden:
Figure imgf000009_0001
In the particle tracking velocimetry measuring method - PTV - the displacement is calculated directly for each individual scattering object with the aid of special image processing algorithms. With the known time difference (Δt) between the two exposure times of the camera, with the quotient of the differences, the speed in the light section plane can be determined according to equation I as follows:
Figure imgf000009_0001
mit At - t 2- t ,. with At - t 2 - t,.
Merkmale: Characteristics:
• Die Stromungsmessung erfolgt abbildend mit einer Kamera.  • The flow measurement is done with a camera.
• Die Bestimmung der Geschwindigkeit basiert auf einer Weg-Zeit-Messung. • The determination of the speed is based on a distance-time measurement.
• Es wird die zweidimensionale Geschwindigkeitsverteilung (2D) in der Licht- schnittebene erfasst, wobei die beiden lateralen Geschwindigkeitskomponenten • The two-dimensional velocity distribution (2D) in the light-section plane is recorded, with the two lateral velocity components
(2C) bestimmt werden, d.h. es liegt eine 2C2D-Messung vor. Durch eine Volumenbeleuchtung und Verwendung von mehreren Kameras kann die Messung auf 3D3C erweitert werden. (2C), i. There is a 2C2D measurement. Through volume lighting and the use of several cameras, the measurement can be extended to 3D3C.
• Die Unsicherheit der Position der Streuobjekte ist durch die Pixeldiskretisierung und aufgrund von Beugungseffekten (Abbe-Limit) durch die Abbildung bestimmt und limitiert.  • The uncertainty of the position of the scattering objects is determined and limited by the pixel discretization and due to diffraction effects (Abbe limit) by the image.
• Es sind zwei optische Zugänge erforderlich. • Die Unsicherheit der Geschwindigkeit folgt aus der Unsicherheit der Streuob- jekt Positionen. Sie betragt typischerweise einige Prozent und ist von der Geschwindigkeit und/oder der Zeitdifferenz Δί abhängig. Ein geringerer Versatz der Streuobjektpositionen, d.h. langsamere Geschwindigkeiten, führt zu einer größeren relativen Unsicherheit der Streuobjektpositionen und somit auch zu einer größeren relativen Geschwindtgkeitsunsicherheit. Die einzustellende Zeitdifferenz At wird dabei durch die maximalen absoluten Geschwindigkeiten der Strömung vorgegeben. 2. Micro Particle Image Velocimetry (μΡΐν) • Two optical accesses are required. • The uncertainty of the speed follows from the uncertainty of the scattered object positions. It is typically a few percent and depends on the speed and / or the time difference Δί. A smaller offset of the scattering object positions, ie slower speeds, leads to a greater relative uncertainty of the scattering object positions and thus also to a greater relative speed uncertainty. The time difference Δt to be set is predetermined by the maximum absolute velocities of the flow. 2. Micro Particle Image Velocimetry (μΡΐν)
Das Messverfahren Micro Particle Image Velocimetry (pPIV) ist in den Druckschriften CD. Meinhart, S . Werefey, J.G. Santiago: PIV measurements of a microchanne! flow, Exp. in Fluids 27, 1999, S. 414-419 und J.G. Santiago, S.T. Werefey, CD. Meinhart, DJ. Beebe, RJ. Adrian: A particle image velocimetry System for microfluidics, Exp. in Fluids 25, 1998, S. 316-319 beschrieben, das für mikroskopische Strömungsuntersuchungen entwickelt worden ist und das eine Modifikation der konventionellen PIV-Technik darstellt. Es beruht ebenso auf einer Weg-Zeit-Messung. Im Gegensatz zur PIV für makroskopische Strömungen wird kein Lichtschnitt aufgespannt.  The measurement procedure Micro Particle Image Velocimetry (pPIV) is in the publications CD. Meinhart, S. Werefey, J.G. Santiago: PIV measurements of a microchannel! flow, Exp. in Fluids 27, 1999, pp. 414-419 and J.G. Santiago, S.T. Werefey, CD. Meinhart, DJ. Beebe, RJ. Adrian: A particle image velocimetry System for microfluidics, Exp. Described in Fluids 25, 1998, p 316-319, which has been developed for microscopic flow studies and which is a modification of the conventional PIV technique. It is also based on a path-time measurement. In contrast to the PIV for macroscopic flows, no light section is clamped.
In Fig. 2 ist ein Prinzipaufbau der Micro Particle Image Velocimety gezeigt, der in der Druckschritt R. Lindken, M. Rossi, S. Große, J. Westerweel,„Micro particle image velocimetry (μΡΐν): recent deveiopments, appiications, and guideline, Lab Chip 9, 2009, S. 2551-2567 beschrieben ist. FIG. 2 shows a basic structure of the Micro Particle Image Velocimety which is described in the printing step R. Lindken, M. Rossi, S. Große, J. Westerweel, "Micro-particle image velocimetry (μΡΐν): recent deveopments, appiications, and guideline , Lab Chip 9, 2009, pp. 2551-2567.
Das von einem Pulslaser zu zwei festen Zeitpunkten (ti und b) emittierte Licht wird über eine Abbildungsoptik (i.A. ein Mikroskopobjektiv) auf die zu messende Strömung gerichtet. Es liegt somit eine Volumenbeleuchtung vor, wie in Fig. 2 gezeigt ist. Jedoch existiert i.A. keine Tiefeninformation, wodurch die axiale Ortsauflösung der Messebene durch den Schärfentiefenbereich (genauer der Korrela- tionstiefe) der Abbildungsoptik vorgegeben ist. Das gestreute Licht von in der Strömung enthaltenden fluoreszenten Streuobjekten wird rückwärtig durch die Abbildungsoptik detektiert, mit einem dichroitischen Spiegel von der Laserwellenlänge getrennt und auf eine Kamera abgebildet. Die Geschwindigkeiten werden wie bei der konventionellen PIV-Technik mittels Korrelationen über die Quotienten von Differenzen (Ort und Zeit) gebildet, siehe PIV. Merkmale: The light emitted by a pulsed laser at two fixed times (ti and b) is directed to the flow to be measured by means of imaging optics (generally a microscope objective). There is thus a volume illumination, as shown in Fig. 2. However, iA does not exist any depth information, whereby the axial spatial resolution of the measurement plane is predetermined by the depth of field (or more precisely the correlation depth) of the imaging optics. The scattered light from fluorescent scattering objects contained in the flow is detected backwards by the imaging optics, separated from the laser wavelength by a dichroic mirror, and imaged onto a camera. The velocities are formed as in the conventional PIV technique by means of correlations over the quotients of differences (location and time), see PIV. Characteristics:
• Sofern nichts anderes erwähnt wird, gelten für die μΡΐν die gleichen Merkmale wie für die PIV.  • Unless otherwise stated, the μΡΐν has the same characteristics as the PIV.
• Die Strömung wird volumenhaft beleuchtet, wobei die axiale Messtiefe durch die Korrelationstiefe bestimmt wird. Die axiale Auflösung beträgt je nach verwende- ter Abbildungsoptik einige μητ  • The flow is illuminated volumetrically, with the axial depth of measurement being determined by the correlation depth. Depending on the imaging optics used, the axial resolution amounts to a few μm
• Innerhalb der Korrelationstiefe ist i.A. keine Positionsauflösung möglich.  Within the correlation depth i.A. no position resolution possible.
• Für die rückwärtige Detektion sowie zur Trennung von Beleuchtung und emittierten Streulicht müssen fluoreszierende Streuobjekte verwendet werden.  • Fluorescent scattering objects must be used for the rear detection as well as for the separation of illumination and emitted stray light.
• Die Arbeitsabstände bei μΡΙ liegen typischerweise im einstelligen Milfimeterbe- reich oder kleiner  • The working distances at μΡΙ are typically in the single-digit milimeter range or less
• Es wird ein optischer Zugang benötigt.  • An optical access is required.
3. Doppler-Gtobal-Velocimetry (DGV) 3. Doppler Gtobal Velocimetry (DGV)
Die Doppler-Global-Velocimetry (DGV) ist ebenfalls ein kamerabasiertes Mess- verfahren. In Fig. 3 ist eine Prinzipskizze der Doppler-Global-Velocimetry gezeigt. Im Gegensatz zu den PIV/PTV beruht die Messung der Geschwindigkeit jedoch nicht auf einer Weg-Zeit-Messung, sondern auf der Auswertung des optischen Dopplereffekts, wobei die Dopplerfrequenzverschiebung nicht direkt gemessen wird. Die Frequenzinformation wird dabei durch eine molekulare Absorptionszelle mit frequenzabhängiger Transmissionskennlinie gewonnen. Die Absorptionszeile bildet somit die Frequenzinformation in eine Intensität ab. Hierzu wird ein schmalbandiger Laser auf eine Flanke der Transmissionskennlinre stabilisiert, wie in Fig. 3 gezeigt ist.  Doppler Global Velocimetry (DGV) is also a camera-based measurement method. FIG. 3 shows a schematic diagram of the Doppler global velocimetry. However, in contrast to the PIV / PTV, the measurement of the speed is not based on a path-time measurement, but on the evaluation of the optical Doppler effect, whereby the Doppler frequency shift is not measured directly. The frequency information is obtained by a molecular absorption cell with frequency-dependent transmission characteristic. The absorption line thus maps the frequency information into an intensity. For this purpose, a narrow-band laser is stabilized on an edge of the transmission characteristic, as shown in FIG. 3.
Um eine bildgebende Messung (2D) zu erhalten, wird der Laserstrahl zu einem Lichtschnitt aufgeweitet und auf die zu untersuchende Strömung gerichtet Das von in der Strömung befindlichen Streuobjekten gestreute Licht wird detektiert und mittels eines Strahlteilers auf zwei Kameras (Messkamera und Referenzkamera) abgebildet, wobei in einem der optischen Pfade das gestreute Licht die Absorptionszelle durchquert Durch eine auf den Dopplereffekt basierende geschwindigkeitsabhängige Frequenzverschiebung des gestreuten Lichts, ändert sich der Arbeitspunkt auf der Transmissionskennlinie der Absorptionszelle. Die damit einhergehende Intensitätsänderung kann einfach mit der Messkamera ge- messen werden. Durch eine pixelweise Quotientenbildung der beiden Kamerabilder kann die relative Absorption und damit die Dopplerfrequenz gemessen werden. In order to obtain an imaging measurement (2D), the laser beam is expanded into a light section and directed to the flow to be examined. The light scattered by scattered objects in the flow is detected and imaged by means of a beam splitter on two cameras (measuring camera and reference camera) in one of the optical paths the scattered light the Traversing an absorption cell The velocity-dependent frequency shift of the scattered light, which is based on the Doppler effect, causes the operating point to change on the transmission characteristic of the absorption cell. The resulting change in intensity can easily be measured with the measuring camera. By a pixel-wise quotient of the two camera images, the relative absorption and thus the Doppler frequency can be measured.
Folglich wird für jedes Pixel eine Geschwindigkeitsinf rTnation erhalten.  As a result, a speed information is obtained for each pixel.
Merkmale: Characteristics:
· Die Geschwindigkeitsmessung basiert mittelbar auf der Auswertung der Dopp- lerfrequenzverschiebung des von den Streuobjekten gestreuten Lichts, indem die durch den Dopplereffekt geschwindigkeitsabhängige Frequenzverschiebung in eine Intensitätsänderung überführt wird. · The speed measurement is indirectly based on the evaluation of the Dopp- ererfrequenzverschiebung the scattered by the scattering objects light by the speed-dependent by the Doppler effect frequency shift is converted into a change in intensity.
• Die Streulichtdetektion erfolgt i.A. abbildend.  • The scattered light detection is i.A. imaging.
- Es wird die Geschwindigkeitskomponente erfasst, die entlang der Winkelhalbierenden zwischen Einstrahl- und Beobachtungsrichtung liegt. Damit liegt eine 2D1C-Messung vor. - It detects the velocity component, which lies along the bisector between Einstrahl- and observation direction. This is a 2D1C measurement.
- Durch weitere Einstrahl- oder Beobachtungsrichtungen kann die Messung auf 2D3C erweitert werden.  - By further Einstrahl- or observation directions, the measurement can be extended to 2D3C.
♦ Die Unsicherheit der Geschwindigkeit beträgt typischerweise {0,5 - 4) m/s. ♦ The uncertainty of the speed is typically {0,5 - 4) m / s.
• Es sind mindestens zwei optische Zugänge notwendig.  • At least two optical accesses are necessary.
4. Laser-Doppler-Anemometrie (LOA) 4. Laser Doppler Anemometry (LOA)
Bei der Laser-Doppler-Anemometrie, wie in Fig. 4 in einem Prinzipbild Laser- Doppler-Anemometrie, das in der Druckschrift L. Büttner Untersuchungen neuartiger Laser-Doppler-Verfahren zur hochauflösenden Geschwindigkeitsmessung, Dissertation, Cuvillier Verlag, Göttingen, 2005 beschneben ist, gezeigt ist, wird ein Laserstrahlbündel mittels eines Strahlteilers in zwei Teilstrahlenbündel aufgespaltet. Diese werden anschließend durch eine Optik im Messpunkt unter einem definierten Winkel wieder überlagert. Innerhalb des Überschneidungsbereiches beider Teilstrahlen bildet sich ein Interferenzmuster aus, dass durch konstruktive und destruktive Interferenz aus einer Reihe von hellen und dunklen Flächen besteht, wobei die Ebenen senkrecht zu der von den Teilstrahlen aufgespannten Ebene und parallel zur optischen Achse verlaufen. Ausgehend von einer Schnittdarstellung spricht man vereinfacht von Interferenzstreifen mit einem charakteristischen Streifenabstand d, welcher als konstant betrachtet wird. Der Streifenanstand d ist dabei eine Funktion der Wellenlänge λ des Laserlichtes sowie des Kreuzungswinkels Θ und bestimmt sich aus Gleichung II: d A / 2 -sin# (II) In the laser Doppler anemometry, as in Fig. 4 in a schematic image laser Doppler anemometry, in the publication L. Büttner investigations of novel laser Doppler method for high-resolution velocity measurement, dissertation, Cuvillier Verlag, Göttingen, 2005 is is shown, a laser beam is split by means of a beam splitter into two partial beams. These are then superimposed again by an optical system at the measuring point at a defined angle. Within the overlapping area of both partial beams, an interference pattern is formed, which consists of constructive and destructive interference of a series of light and dark surfaces, the planes being perpendicular to that of the partial beams Level and parallel to the optical axis. Starting from a sectional representation, one speaks in simple terms of interference fringes with a characteristic fringe spacing d, which is regarded as constant. The strip state d is a function of the wavelength λ of the laser light and of the crossing angle Θ and is determined from Equation II: d A / 2 -sin # (II)
Durchquert ein Streuobjekt das Messvolumen, so ist das gestreute licht entspre- chend der lokalen Intensitätsverteilung des Interferenzstreifensystems in seiner Amplitude mit der Dopplerfrequenz f moduliert. Mit einem Einzeldetektor (z.B. eine Photodiode) kann das gestreute Licht detektiert und die Dopplerfrequenz bestimmt werden. Mit der Dopplerfrequenz f sowie dem bekannten Streifenabstand d bestimmt sich die Geschwindrgkertskomponente v orthogonal zu den In- terferenzstreifen mit Gleichung III: v ~ f -d (IH) If a scattering object traverses the measurement volume, the scattered light is modulated in its amplitude with the Doppler frequency f in accordance with the local intensity distribution of the interference fringe system. With a single detector (e.g., a photodiode), the scattered light can be detected and the Doppler frequency determined. With the Doppler frequency f as well as the known fringe spacing d, the speed component v is determined orthogonal to the interference fringes with Equation III: v ~ f -d (IH)
Da keine Information über die Position des Streuobjektes innerhalb des Über- schneidungsbereiches beider Teilstrahlen, dem Messvolumen, existiert, wird dieses Messverfahren als (quasi-)punktförmig (OD) betrachtet. Since there is no information about the position of the scattering object within the overlapping area of both partial beams, the measuring volume, this measuring method is considered as (quasi-) punctiform (OD).
Merkmale: Characteristics:
• Die Bestimmung der Geschwindigkeit basiert auf der Auswertung der Doppler- frequenzverschiebung des von Streuobjekten gestreuten Lichts.  • The determination of the velocity is based on the evaluation of the Doppler frequency shift of the light scattered by scattered objects.
• Die Streulichtdetektion erfolgt i. A mit einer einzelnen Photodiode.  • The scattered light detection takes place i. A with a single photodiode.
• Es wird die Geschwindigkeitskomponente erfasst, die orthogonal zur optischen Achse in der von den beiden Teilstrahlen aufgespannten Ebene liegt.  • The velocity component is detected, which is orthogonal to the optical axis in the plane spanned by the two partial beams.
• Eine Bestimmung der Positionen der Streuobjekte innerhalb des Messvolumens erfolgt nicht. Es liegt somit eine 0D1 C-Messung vor.  • A determination of the positions of the scattered objects within the measuring volume does not take place. There is thus a 0D1 C measurement.
• Die Ortsauflösung ist durch die Ausdehnung des Interferenzgebietes, d.h. dem Messvolumen, bestimmt und beträgt typischerweise 0,1 x 0,1 x 1 mm3. • Die Unsicherheit der Geschwindigkeit hängt von der Frequenzschätzung sowie von der Konstanz bzw. Variation des Streifenabstands ab. Sie beträgt typischerweise 0,5 %. • The spatial resolution is determined by the extent of the interference area, ie the measurement volume, and is typically 0.1 x 0.1 x 1 mm 3 . • The uncertainty of the speed depends on the frequency estimation as well as the constancy or variation of the stripe distance. It is typically 0.5%.
• Durch Verwendung mehrerer Streifensysteme kann die Messung auf 0D3C er- weitert werden.  • By using multiple strip systems, the measurement can be extended to 0D3C.
• Es wird ein optischer Zugang benötigt.  • An optical access is required.
5. Laser-Doppler-Geschwindigkeitsprofi!sensor 5. Laser Doppler speed profi! Sensor
Der Laser-Doppier-Geschwindigkeitsprofilsensor, wie in der Fig. 5 in einer DarStellung der beiden fächerförmigen Interferenzstreifensysteme des Laser- Doppler-Geschwindigkeitsprofilsensor, die in einem gemeinsamen Messvolumen überlagert werden, und wie in der Fig. 6 in einer Funktionsweise für die gleichzeitige Bestimmung der Position und Geschwindigkeit eines Streuobjektes mit dem Laser-Doppler-Geschwindigkeitsprofilsensors, der in der Druckschrift T. Pfister Untersuchungen neuartiger Laser-Doppler-Verfahren zur Positions- und Formvermessung bewegter Festkörperoberflächen, Dissertation, Shaker Verlag, Aachen, 2008 beschrieben ist, gezeigt ist, stellt eine Erweiterung der konventionellen LDA dar. Das Prinzip des Laser-Doppler-Geschwindigkeitsprofilsensor basiert auf zwei Basis-Interferenzstreifensystemen, die in einem gemeinsamen essvo- lumen überlagert werden, wobei mindestens eines fächerförmig ausgelegt ist. Idealerweise werden beide Basis-Interferenzstreifensysteme fächerförmig realisiert, wobei das erste Basis-Interferenzstreifensystem kontinuierlich konvergierend und das zweite Basis-Interferenzstrerfensystem kontinuierlich divergierend entlang der optischen Achse (z-Achse) ist. Somit besitzen beide Basis- Interferenzstreifensysteme entgegengesetzte Gradienten (gemäß Fig. 5 und Fig. 6) und können durch zwei Streifenabstandsfunktionen di{z) und d2(z) beschrieben werden. Die beiden Basis-Interferenzstreifensysteme müssen physikalisch unterscheidbar sein. Dies kann durch verschiedene Multiplexverfahren erreicht werden, wie bspw. Weflenlängenmultiplex (unterschiedliche Wellenlängen), Fre- quenzmultiplex (unterschiedliche Trägerfrequenzen), Zeitmultiplex (unterschiedliche Zeitpunkte) etc. Durchquert ein kleines Streuobjekt das Messvolumen, so streut es Licht beider Basis-Interferenzstreifensysteme und die Dopplerfrequenzen fr und fe der beiden Basis-Interferenzstreifensysteme können ermittelt werden. Der Quotient der Dopplerfrequenzen fi und fc ist unabhängig von der Geschwindigkeit des Streu- Objektes und invers zu dem Quotienten der beiden Streifenabstandsfunktionen di und d2, welche durch eine vorab durchgeführte Kalibrierung mit der Kaübrierungs- funktion q(z) nach Gleichung IV bekannt sind:
Figure imgf000015_0001
The laser duplex velocity profile sensor as in FIG. 5 is a representation of the two fan-shaped interference fringe systems of the laser Doppler velocity profile sensor superimposed in a common measurement volume and, as in FIG Position and velocity of a scattering object with the laser Doppler velocity profile sensor, which is shown in the publication T. Pfister investigations of novel laser Doppler method for position and shape measurement of moving solid surfaces, dissertation, Shaker Verlag, Aachen, 2008 is An extension of the conventional LDA. The principle of the laser Doppler velocity profile sensor is based on two basic interference fringe systems, which are superimposed in a common essevolumen, with at least one fan-shaped design. Ideally, both base interference fringes are fan-shaped, wherein the first base fringe system is continuously converging and the second base interference fringe system is continuously diverging along the optical axis (z-axis). Thus, both base fringe systems have opposite gradients (as shown in Figures 5 and 6) and can be described by two fringe spacing functions di {z) and d2 (z). The two basic interference fringe systems must be physically distinguishable. This can be achieved by various multiplexing methods, such as, for example, wavelength division multiplexing (different wavelengths), frequency division multiplexing (different carrier frequencies), time division multiplexing (different times), etc. If a small scattering object traverses the measurement volume, it scatters light from both the base interference fringe systems and the Doppler frequencies fr and fe of the two base interference fringe systems can be determined. The quotient of the Doppler frequencies fi and fc is independent of the velocity of the scattering object and inversely to the quotient of the two stripe distance functions di and d2, which are known from a previously performed calibration with the calibration function q (z) according to equation IV:
Figure imgf000015_0001
Somit kann unabhängig von der Geschwindigkeit die axiale Position z des Streuobjektes bestimmt werden. Mit den für die axiale Position z gültigen Streifenabstandsfunktionen dt(z) und d2(z) kann dann die Geschwindigkeit vx(z) abgeleitet werden. Die Geschwindigkeit vx(z) des Streuobjektes ergibt sich somit aus der Gleichung V: vx(z) = f.iy^z) d^z) = /2(vs,z) d2(z) (V). Thus, irrespective of the speed, the axial position z of the scattering object can be determined. With the stripe distance functions dt (z) and d2 (z) valid for the axial position z, the velocity vx (z) can then be derived. The velocity vx (z) of the scattering object is thus obtained from the equation V: v x (z) = ^ f.iy z) d ^ z) = / 2 (v s, z) d 2 (z) (V).
Die Funktionsweise des Laser-Doppler-Geschwindigkeitsprofilsensors zur gleich- zeitigen Bestimmung der axialen Position z sowie der lateralen Geschwindigkeitskomponente vx(z) aus den Dopplerfrequenzen ft und fc ist in Fig. 6 noch einmal vereinfacht dargestellt. The mode of operation of the laser Doppler velocity profile sensor for the simultaneous determination of the axial position z and the lateral velocity component vx (z) from the Doppler frequencies ft and fc is shown once more simplified in FIG.
Indem eine Vielzahl an Streuobjekten, die der Strömung zugesetzt werden und statistisch verteilt sind, dass Messvolumen durchqueren, kann über eine Ensemblemessung die in der Strömung vorhandene Geschwindigkeitsverteilung ohne mechanische Traversierung abgebildet werden. Die Fig. 7 und Fig. 8 zeigen dies beispielhaft anhand einer Geschwindigkeitsprofilmessung in einem ikroka- nal. By a plurality of scattering objects, which are added to the flow and are statistically distributed, traversing measurement volumes, the velocity distribution present in the flow can be imaged without mechanical traversing via an ensemble measurement. FIGS. 7 and 8 show this by way of example by means of a velocity profile measurement in an icro-cal.
Merkmale: • Die Geschwindigkeitsmessung basiert auf dem optischen Dopplereffekt, wobei die Geschwindigkeitskomponente erfasst wird, die senkrecht zur optischen Achse in der von den Teilstrahlen aufgespannten Ebene liegt (vgl. konv. LDA).Characteristics: • The speed measurement is based on the optical Doppler effect, whereby the velocity component is detected, which is perpendicular to the optical axis in the plane spanned by the sub-beams (compare conv. LDA).
• Die Streulichtdetektion erfolgt je nach Trennung der Basis-Interferenzstretfen- Systeme (Multiplexart) mit einer oder zwei Photodioden. • The scattered light detection is carried out with one or two photodiodes depending on the separation of the basic interference strike systems (multiplex type).
• Die axiale Position z (optische Achse) innerhalb des Messvolumens wird über die Dopplerfrequenzverschiebung des von einem Streuobjekt gestreuten Licht bestimmt. Damit liegt eine 1D1C Geschwindigkeitsmessung vor.  • The axial position z (optical axis) within the measurement volume is determined by the Doppler frequency shift of the light scattered by a scattering object. This is a 1D1C speed measurement.
• Es wird ein optischer Zugang benötigt.  • An optical access is required.
* Mit einer erweiterten Signalverarbeitung kann zusätzlich die axiale Geschwindigkeitskomponente (1D2C-Messung) sowie Beschleunigungen innerhalb ei- nees Messvolumens bestimmt werden, wie in den Druckschriften L. Büttner, J. Czarske: Determination of the axial velocity component by a laser-Doppler ve- locity profile sensor, J. Opt. Soc. Am. A 23(2), 2006, S.444-454 und C. Bayer, K. Shirai, L. Büttner, J. Czarske: Measurement of acceleration and multiple velocity components using a laser Doppler velocity profile sensor, Meas. Sei. Technot. 19, 2008, 055401 (11 Seiten) beschrieben ist. * With an extended signal processing, the axial velocity component (1D2C measurement) as well as accelerations within one measurement volume can be additionally determined, as in the publications L. Büttner, J. Czarske: Determination of the axial velocity component by a laser Doppler. locity profile sensor, J. Opt. Soc. At the. A 23 (2), 2006, p. 444-454 and C. Bayer, K. Shirai, L. Büttner, J. Czarske: Measurement of acceleration and multiple velocity components using a laser Doppler velocity profile sensor, Meas. Be. Technot. 19, 2008, 055401 (11 pages).
• Die Positionsbestimmung z ist unabhängig von der Geschwindigkeit.  • The position determination z is independent of the speed.
• Die Unsicherheit der Position z hängt von der Unsicherheit der Frequenzschät- zung sowie von der Steigung der Kalibrierfunktion dq/dz ab. Sie liegt typtscher- weise im Mikrometerbereich.  • The uncertainty of the position z depends on the uncertainty of the frequency estimate and on the slope of the calibration function dq / dz. It lies in the micrometer range in terms of pitch.
6. Laser-Doppler-Geschwindigkeitsfeidsensor 6. Laser Doppler velocity field sensor
Der in Fig. 9 dargestellte Laser-Doppler-Geschwindigkeitsfeldsensor ist eine Er- Weiterung des Laser- Doppler-Geschwindigkeitspofilsensor, indem zwei Profilsensoren überlagert werden. Werden bspw. zwei Profilsensoren orthogonal zueinander ausgerichtet, so erhält man aufgrund der Überlappung der zwei elliptischen Messvolumina ein quasi rechteckiges Messvolumen, wobei sich die Größe des Messvolumens durch die Breite der beiden einzelnen bestimmt, wie in Fig. 9 ge- zeigt ist. Jedes Streuobjekt, welches das Messvolumen durchquert, streut Licht aller vier interferenzstreifensystem und erzeugt somit vier koinzidente Burstsigna- fe, aus deren Doppferfrequenzen sich die Positionen y und z sowie die Geschwindigkeit x bestimmen lassen. Der Laser-Doppler-Geschwindigkeitsfeldsensor ist in der Druckschrift L. Büttner, J. Czarske: Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung von Geschwindigkeitsprofilen in beliebig gerichteten Strömungen, DE 10 2005 042 954 A1 beschrie- ben. The laser Doppler velocity field sensor shown in FIG. 9 is an extension of the laser Doppler velocity profile sensor by superimposing two profile sensors. If, for example, two profile sensors are aligned orthogonally to each other, the overlapping of the two elliptical measuring volumes results in a quasi-rectangular measuring volume, the size of the measuring volume being determined by the width of the two individual ones, as shown in FIG. Each scattering object, which passes through the measurement volume, scatters light from all four interference fringe systems and thus generates four coincident burst signals, from whose double frequency the positions y and z as well as the velocity x can be determined. The laser Doppler velocity field sensor is described in the publication L. Büttner, J. Czarske: Apparatus and Method for Determining Velocity Profiles in Arbitrarily Directed Flows, DE 10 2005 042 954 A1.
Merkmale: Characteristics:
• Sofern nichts anderes erwähnt wird, gelten zunächst für den Laser-Doppler- Geschwindigkeitsfeldsensor die Merkmale des Laser-Doppier-Geschwindig- keitsprofilsensors- • Unless otherwise stated, the characteristics of the Laser Doppler Velocity Profile Sensor are initially applicable to the Laser Doppler Velocity Field Sensor.
• Jeder der beiden Profilsensoren bestimmt bei orthogonaler Ausrichtung direkt eine Ortekoordinate. Aus den beiden gemessenen Geschwindigkeitsprofilen lässt sich ein Geschwindigkeitsfeld (2D) innerhalb des Übertappungsbereic es beider Profilsensoren (Messvolumen) rekonstruieren. • Each of the two profile sensors determines a location coordinate directly when aligned orthogonally. From the two measured velocity profiles, a velocity field (2D) can be reconstructed within the range of overlapping of both profile sensors (measuring volume).
» Die Streulichtdetektion erfolgt je nach Trennung der vier Interferenzstreifensysteme (Multiplexart) mit einer oder bis zu vier Photodioden. »The scattered light detection takes place depending on the separation of the four interference fringe systems (multiplex type) with one or up to four photodiodes.
• Mit einer erweiterten Signalverarbeitung, d.h. zeitaufgelöste Bestimmung der Dopplerfrequenzen, kann die Messung auf 2D3C erweitert werden.  • With advanced signal processing, i. Time-resolved determination of Doppler frequencies, the measurement can be extended to 2D3C.
• Es werden zwei optische Zugänge benötigt  • Two optical accesses are required
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung von Geschwindigkeiten in Strömungen und einen Phasen-Frequenz-Geschwindig- keits-Feldsensor anzugeben, die derart geeignet ausgebildet sind, dass ein Messverfahren bereitgestellt wird, welches ohne den Einsatz einer Kamera die Geschwindigkeitsverteilungen (2D) hochauflösend (< 1pm) mit geringen Messunsicherheit (< 0,1%) bei begrenzter optischer Zugänglichkeit (ein optischer Zugang) durch den Einsatz nur einer einzigen Sendeeinheit ermöglicht und oben beschriebene Probleme löst, von denen einige auch in der Gegenüberstellung in Tabelle 1 angezeigt sind. The invention has for its object to provide a method for determining velocities in flows and a phase-frequency velocity field sensor, which are designed so suitable that a measuring method is provided, which without the use of a camera, the velocity distributions (2D ) allows high resolution (<1pm) with low uncertainty (<0.1%) with limited optical accessibility (optical access) through the use of only a single transmitter unit and solves the problems described above, some of which are also shown in the comparison in Table 1 are.
Die Aufgabe wird mittels der Merkmale der Patentansprüche 1 und 4 gelöst. In dem Verfahren zur Bestimmung von Geschwindigkeiten in Strömungen nach dem Prinzip eines Laser-Doppter-Geschwindigkeitsprofilsensors werden zumindest zwei zugeordnete Basis-Interferenzstreifensysteme IS1, IS2 erzeugt, The object is achieved by means of the features of claims 1 and 4. In the method for the determination of velocities in flows according to the principle of a laser Doppter velocity profile sensor, at least two associated base interference fringes IS1, IS2 are generated,
• die in einem gemeinsamen Messvolumen überlagert werden, wobei · die Basis-Interferenzstretfensysteme IS1, IS2 physikalisch unterscheidbar sind,  • which are superimposed in a common measurement volume, wherein the base interference fringing systems IS1, IS2 are physically distinguishable,
• das Streulicht der Streuobjekte, die das Messvolumen durchqueren, auf eine Oetektionseinheit abgebildet wird,  The scattered light of the scattering objects, which traverse the measuring volume, is mapped onto an oetection unit,
• wobei aus den Basis-Interferenzstreifensystemen IS1, IS2 die axiale Positi- on z des Streuobjektes aus dem Verhältnis f der gemessenen beiden From the base interference fringe systems IS1, IS2, the axial position z of the scattering object from the ratio f of the measured two
Dopplerfrequenzen fi, h und einer Kalibherfunktion q(z), die aus dem Quotienten der Streifenabstandsfunktionen d2( ) di(z) gebildet wird, bestimmt wird, wobei Doppler frequencies fi, h and a calibration function q (z), which is formed from the quotient of the stripe distance functions d2 () di (z), where
• die Geschwindigkeit v* des Streuobjektes aus den für die ermittelte axiale Position (z) gültigen Streifenabständen d2(z)/di{z) sowie den gemessenen• the velocity v * of the scattering object from the stripe distances d 2 (z) / di {z) valid for the determined axial position (z) and the measured
Dopplerfrequenzen f1 p f2 bestimmt wird, Doppler frequencies f 1 p f2 is determined
wobei gemäß dem Kennzeichenteil des Patentanspruchs 1 wherein according to the characterizing part of patent claim 1
• mindestens ein Kipp-Interferenzstreifensystem IS3 ausgebildet ist, das mit den beiden Basis-Interferenzstreifensystemen IS1, IS2 in dem gemeinsa- men Messvolumen überlagert wird, wobei  • at least one tilting interference fringe system IS3 is formed, which is superimposed with the two base interference fringe systems IS1, IS2 in the common measuring volume, wherein
• das Kipp-Interferenzstreifensystem IS3 zu einem der Basis-Interferenzstreifensysteme IS1, IS2 axial um einen Kippwinkel et verkippt ist und die beide den gleichen Streifenabstandsveriauf dt(z), d3(z); da(z), d^z) aufweisen, undThe tilting interference fringe system IS3 is tilted axially to one of the base fringe systems IS1, IS2 by a tilt angle et and both have the same fringe pitch d t (z), d 3 (z); da (z), d ^ z), and
• das Kipp-Interferenzstreifensystem IS3 von den Basis-Interferenzstreifen- Systemen IS1 , IS2 physikalisch unterscheidbar ist und The tilting interference fringe system IS3 is physically distinguishable from the base interference fringe systems IS1, IS2, and
• mindestens eines der Interferenzstreifensysteme IS1 , IS2, IS3 fächerförmig ist, und wobei  • at least one of the interference fringe systems IS1, IS2, IS3 is fan-shaped, and wherein
• die laterale Position y des Streuobjektes bestimmt wird, indem aus einem der Basis-Interferenzstreifensysteme I 1, IS2 und dem dazu verkippten Kipp-Interferenzstreifensystem IS3 die Phasendifferenz Δφ der gemessenen elektrischen Burstsignale in Abhängigkeit vom Kippwinkel α und einer phasenbezogenen Kalibrierfunktion bestimmt wird,  The lateral position y of the scattering object is determined by determining the phase difference Δφ of the measured electrical burst signals as a function of the tilt angle α and a phase-related calibration function from one of the base interference fringe systems I 1, IS 2 and the tilting fringe system IS 3 tilted thereto;
wobei • eine Signalauswertung durchgeführt wird, bei der konkret eine zeitaufgelös- te Bestimmung der Dopplerfrequenzen fi, h sowie der Phasendifferenz Δφ, die axiale Geschwindigkeitskomponente z sowie die laterale Geschwindigkeitskomponente Vy bestimmt werden, und in which • a signal evaluation is carried out, in which a time-resolved determination of the Doppler frequencies fi, h and the phase difference Δφ, the axial velocity component z and the lateral velocity component Vy are specifically determined, and
· indem die Phasendrfferenz Δφ nur von 0 bis π variiert, gleichzeitig eine Richtungssinnerkennung der Bewegungsrichtung des Streuobjektes erreicht wird, wobei für eine Phasendifferenz Δφ entlang der lateralen Ortskoordinate y gemäß der Gleichung VI:  In that the phase difference Δφ varies only from 0 to π, at the same time a directional internal detection of the direction of movement of the scattering object is achieved, wherein for a phase difference Δφ along the lateral position coordinate y according to the equation VI:
A<p(y) = s -y + <p0 (VI) A <p (y) = s -y + <p 0 (VI)
gilt, wobei < o die absolute Phasenverschiebung an der Position y = 0 und der Faktor s - 2ττ tan α /d den Phasenanstieg in Abhängigkeit vom Kippwinkel α entlang der y-Achse darstellen.  , where <o the absolute phase shift at the position y = 0 and the factor s - 2ττ tan α / d represent the phase increase as a function of the tilt angle α along the y-axis.
Für die physikalische Unterscheidbarkeit können die bekannten Multiplexverfah- ren (Zeitmulttplex-, Frequenzmultiplex-, Weilenlängenmultiplexverfahren) eingesetzt werden. For physical distinctness, the known multiplexing methods (time division multiplexing, frequency division multiplexing, time division multiplexing) can be used.
Oer Phasen-Frequenz-Geschwindigkeits-Feldsensor zur Bestimmung von Geschwindigkeiten in Strömungen enthält einen bekannten Laser-Doppler-Ge- schwindigkeitsprofilsensor mit zwei zugeordneten Basis-Interferenzstreifensys- temen IS1, IS2, The phase-frequency-velocity field sensor for determining velocities in flows contains a known laser Doppler velocity profile sensor with two associated base interference fringes IS1, IS2,
• die in einem gemeinsamen Messvolumen überlagert werden, wobei • which are superimposed in a common measurement volume, where
• die Basis-Interferenzstreifensysteme IS1, IS2 physikalisch unterscheidbar sind, The base interference fringes IS1, IS2 are physically distinguishable,
· das Streuficht der Streuobjekte, die das Messvolumen durchqueren, auf eine Detektionseinheit abgebildet wird,  · The scattering light of the scattering objects, which traverse the measuring volume, is mapped onto a detection unit,
• wobei aus den beiden Basis-Interferenzstreifensystemen IS1, IS2 die axiale Position z des Streuobjektes aus dem Verhältnis fi/f2 der gemessenen beiden Dopplerfrequenzen fi, f2 und einer Kalibrierfunktion q(z), die aus dem Quotienten der Streifenabstandsfunktionen d2(z)/di(z) gebildet wird, bestimmt wird, wobei • die Geschwindigkeit v* des Streuobjektes aus den für die ermittelte axiale Position z gültigen Streifenabständen d2(z)/di(z) sowie den gemessenen Dopplerfrequenzen f1 f iz bestimmt wird, Where the two base interference fringe systems IS1, IS2 are the axial position z of the scattering object from the ratio fi / f 2 of the measured two Doppler frequencies fi, f 2 and a calibration function q (z), which is the quotient of the fringe spacing functions d2 (z) / di (z) is determined, where The velocity v * of the scattering object is determined from the strip distances d2 (z) / di (z) valid for the determined axial position z and the measured Doppler frequencies f 1 fiz;
wobei gemäß dem Kennzeichenteil des Patentanspruchs 4 wherein according to the characterizing part of patent claim 4
· mindestens ein Kipp-Interferenzstreifensystem IS3 ausgebildet ist, das mit den beiden Basis-Interferenzstreifensystemen IS1, IS2 in dem gemeinsamen Messvolumen überlagert wird, wobei  · At least one tilting interference fringe system IS3 is formed, which is superimposed with the two base interference fringe systems IS1, IS2 in the common measuring volume, wherein
• das Kipp-Interferenzstreifensystem IS3 zu einem der Basis-tnterferenzstrei- fensysteme IS1, IS2 axial um einen Kippwinkel α verkippt ist und die beide den gleichen Streifenabstandsverlauf di(z), d3(z); d2(z), d3(z) aufweisen, undThe tilting interference fringe system IS3 is tilted axially to one of the base interference fringing systems IS1, IS2 by a tilt angle α and both have the same fringe spacing di (z), d 3 (z); d 2 (z), d 3 (z), and
• das Kipp-Interferenzstreifensystem IS3 von den Basis-Interferenzstreifensystemen IS1, IS2 physikalisch unterscheidbar ist und The tilting interference fringe system IS3 is physically distinguishable from the base fringe systems IS1, IS2, and
• mindestens eines der Interferenzstreifensysteme IS1 , IS2, IS3 fächerförmig ist, und wobei  • at least one of the interference fringe systems IS1, IS2, IS3 is fan-shaped, and wherein
« die laterale Position y des Streuobjektes bestimmt wird, indem aus einem der Basis-Interferenzstreifensysteme IS1, IS2 und dem dazu verkippten Kipp-Interferenzstreifensystem IS3 die Phasendifferenz Δφ der gemessenen elektrischen Burstsignale in Abhängigkeit vom Kippwinkel α und einer phasenbezogenen Kalibrierfunktion bestimmt wird,  The lateral position y of the scattering object is determined by determining the phase difference Δφ of the measured electrical burst signals as a function of the tilt angle α and a phase-related calibration function from one of the base interference fringe systems IS1, IS2 and the tilting fringe system IS3 tilted thereto.
wobei in which
• eine Signalauswertung durchgeführt wird, bei der konkret eine zeitaufgelöste Bestimmung der Dopplerfrequenzen fi , h sowie der Phasendifferenz Δφ, die axiale Geschwindigkeitskomponente vz sowie die laterale Geschwindig- keitskomponerrte vy bestimmt werden, und  • a signal evaluation is carried out, in which a time-resolved determination of the Doppler frequencies fi, h and the phase difference Δφ, the axial velocity component vz and the lateral velocity component vy are determined specifically, and
· indem die Phasendtfferenz Δφ nur von 0 bis π variiert, gleichzeitig eine Richtungssinnerkennung der Bewegungsrichtung des Streuobjektes erreicht wird, wobei für eine Phasendifferenz Δφ entlang der lateralen Ortskoordinate y gemäß der Gleichung vi:  In that the phase difference Δφ varies only from 0 to π, at the same time a directional internal detection of the direction of movement of the scattering object is achieved, wherein for a phase difference Δφ along the lateral location coordinate y according to the equation vi:
&<p(y) = s -y +<p0 (VI) &<p (y) = s -y + <p 0 (VI)
gilt, wobei <po die absolute Phasenverschiebung an der Position y = 0 und der Faktor s = 2π tan α /d den Phasenanstieg in Abhängigkeit vom Kippwinkel σ entlang der y-Achse darstellen. Der Phasen-Frequenz-Geschwindigkeits-Feldsensors für das Zeitmultiplexverfah- ren kann aus dem Aufbau eines bekannten Laser-Ooppfer-Geschwindigkeits- profilsensor bestehen mit where <po represents the absolute phase shift at the position y = 0 and the factor s = 2π tan α / d the phase increase as a function of the tilt angle σ along the y-axis. The phase-frequency-velocity field sensor for the time-division multiplexing method can consist of the structure of a known laser op-amp velocity profile sensor
- mindestens einer Lichtquelle,  at least one light source,
- einer Lichtmodulatoranordnung,  a light modulator arrangement,
- zwei faseroptischen Pfaden,  two fiber optic paths,
- einer Optikeinheit zur Erzeugung von zwei Basis-Interferenzstreifensystemen IS1 , IS2 in einem Messvolumen einer Strömung mittels eines strahlteilenden Elements zur Erzeugung von zwei Strahienbündeln, die zur Ausbil- dung der zwei Basis-Interferenzstreifensysteme IS1 , IS2 überlagert werden, an optical unit for generating two basic interference fringe systems IS1, IS2 in a measuring volume of a flow by means of a beam-dividing element for generating two beam bundles which are superposed to form the two base interference fringes IS1, IS2,
- eine Abbildungseinheit für Streulicht eines im Messvolumen der Strömung befindlichen Streuobjektes, an imaging unit for scattered light of a scattering object located in the measurement volume of the flow,
- eine Detektionseinheit zur Aufnahme des Streulichts,  a detection unit for receiving the scattered light,
wobei zwei Lichtquellen oder zwei Pfade gemäß dem Profilsensoraufbau vorge- sehen sind, wobei eines der Basis-Interferenzstreifensysteme IS1 , IS2 zu einem festen Zeitpunkt im Zeitmultiplexbetrieb zu einem Kipp-Interferenzstreifensystem IS3 ausgebildet wird und zu zumindest einem der beiden Basis- Interferenzstreifensysteme IS1, IS2 um einen Kippwinke! σ verkippt wird, indem z.B. das strahfteilende Element zur Strahlteilung verkippbar ausgebildet ist. wherein two light sources or two paths are provided according to the profile sensor structure, wherein one of the base interference fringes IS1, IS2 is formed at a fixed time in time division multiplexing to a tilting interference fringe system IS3 and to at least one of the two base interference fringes IS1, IS2 a tilting angle! σ is tilted by e.g. the beam-splitting element is designed to be tiltable for beam splitting.
Ein anderer Phasen-Frequenz-Geschwindigkeits-Fefdsensor für das Zeitmulttp- lexverfahren, bestehend aus dem Aufbau eines bekannten Laser-Doppler- Geschwindigkeitsprofilsensor mit Another phase-frequency-velocity-factor-sensor for the time-division multiplex method, consisting of the construction of a known laser Doppler velocity profile sensor with
- mindestens einer Lichtquelle,  at least one light source,
- einer Lichtmodulatoranordnung, a light modulator arrangement,
- zwei faseroptischen Pfaden,  two fiber optic paths,
- einer Optikeinheft zur Erzeugung von zwei Basis-Interferenzstreifensyste- men IS1 , IS2 in einem Messvolumen einer Strömung mittels eines strah [teilenden Elements zur Erzeugung von zwei Strahlenbündeln, die zur Ausbildung der zwei Basis-Interferenzstreifensysteme IS1 , IS2 überlagert werden,  an optical booklet for generating two base interference fringes systems IS1, IS2 in a measuring volume of a flow by means of a radiation element for generating two radiation beams, which are superimposed to form the two base fringe systems IS1, IS2,
- eine Abbildungseinheit für Streulicht eines im Messvolumen der Strömung befindlichen Streuobjektes,  an imaging unit for scattered light of a scattering object located in the measurement volume of the flow,
- eine Detektionseinheit zur Aufnahme des Streulichts, kann auch derart ausgebildet sein, a detection unit for receiving the scattered light, can also be designed in such a way
dass zumindest ein dritter Pfad aus der Lichtmodulatoranordnung gefuhrt ist, dem ein zweites strahlteilendes Element zur Ausbildung von zwei Strahlenbündeln nachgeordnet ist, die zu einem Kipp-Interferenzstreifensystem IS3 im essvolu- men überlagert werden, at least one third path is guided out of the light modulator arrangement, to which a second beam-dividing element for forming two beam bundles is arranged downstream, which are superimposed on an oscillating volume to a tilting interference fringe system IS3,
dass eine Kippvorrichtung vorhanden ist, die mit mindestens einem der Elemente zum Kippen eines Elementes gegenüber dem anderen Element unter einem Kippwinkel α verbunden ist und die mit einer Auswerteeinheit und je nach Bedarf angeschlossenen Steuereinheit in Verbindung steht, wobei durch das Kippen der Elemente um den Kippwinkel α zueinander eine Phasendifferenz Δφ zwischen den elektrischen Burstsignaien eines der Basis-Interferenzstreifensysteme IS1; IS2 und des gekippten Kipp-Interferenzstreifensystems IS3 entsteht, a tilting device is provided which is connected to at least one of the elements for tilting one element relative to the other element at a tilt angle α and which is in communication with an evaluation unit and control unit connected as required, wherein tilting of the elements by the tilt angle α to each other, a phase difference Δφ between the electrical bursts of one of the base interference fringes IS1; IS2 and the tilted tilting interference strip system IS3,
wobei in der Auswerteeinheit wherein in the evaluation unit
• eine Signalauswertung durchgeführt wird, bei der konkret aus einer zeitaufge- lösten Bestimmung der Dopplerfrequenzen f1f f2 sowie der Phasendifferenz Δφ, die axiale Geschwindigkeitskomponente z sowie die laterale Geschwindigkeitskomponente vy bestimmt werden, und A signal evaluation is carried out, in which, specifically, a time-resolved determination of the Doppler frequencies f 1f f 2 and the phase difference Δφ, the axial velocity component z and the lateral velocity component v y are determined, and
• indem die Phasendifferenz Δφ nur von 0 bis rr variiert wird, gleichzeitig eine Richtungssinnerkennung der Bewegungsrichtung des Streuobjektes erreicht wird,  In that the phase difference Δφ is varied only from 0 to rr, at the same time a directional internal recognition of the direction of movement of the scattering object is achieved,
und die mit der Auswerteeinheit wahlweise verbundene Steuereinheit zumindest mit den Lichtmodulatoren zum Einschalten und Ausschalten der Teilstrahlenbündel in Verbindung steht. Die strahiteitenden Elemente können als Gitter ausgebildet sein. and the control unit optionally connected to the evaluation unit communicates at least with the light modulators for switching on and off the partial beams. The strajiteitenden elements may be formed as a grid.
Ais Lichtquelle kann ein cw-Laser eingesetzt sein, mit dem und mittels Lichtmodulatoren (AO , EOM, Chopper etc.) die zwei Basis-Interferenzstreifensysteme IS1, IS2 und das Kipp-Interferenzstreifensystem IS3 in Zeitmultipfexbetrieb er- zeugbar sind. A cw laser can be used as the light source, with which and by means of light modulators (AO, EOM, choppers, etc.) the two base interference fringes IS1, IS2 and the tilt interference fringe system IS3 can be generated in time division multiplex mode.
Als Lichtquelle kann aber auch ein Pulslaser eingesetzt sein, mit dem und mittels faseroptischer Verzögerungen die zwei Basis-Interferenzstreifensysteme IS1, IS2 und das Kipp-interferenzstreifensystem IS3 im Zeitmultiplexbetrieb erzeugbar sind. As a light source but also a pulse laser can be used, with and by means of fiber optic delays, the two base interference fringes IS1, IS2 and the tilting interference fringe system IS3 can be generated in time division multiplex mode.
Beim Welienlängenmultiplexverfahren können getrennte Lichtquellen mit unter- schiedlicher Wellenlänge Αι, λ2, A3 für die Erzeugung der beiden Basis- Interferenzstreifensysteme Ai, IS1; A2(, IS2 und des Kipp-Interferenzstreifensys- tems A3, IS3 eingesetzt werden. When Welienlängenmultiplexverfahren separate light sources with different wavelengths Αι, λ 2 , A 3 for the generation of the two basic interference fringes Ai, IS1; A 2 ( , IS2 and the tilt interference fringing system A3, IS3 are used.
Beim Frequenzmultiplexverfahren kann als Lichtquelle ein cw-Laser eingesetzt sein und die Trennung der Interferen2streifensysteme kann mittels akusto- optischer Modulatoren (AOM) durch Trägerfrequenzen im Frequenzbereich erreicht wird. In frequency division multiplexing, a cw laser can be used as the light source, and the separation of the interference strip systems can be achieved by means of acousto-optic modulators (AOM) by carrier frequencies in the frequency domain.
Der bekannte Laser-Doppler-Geschwindigkeitsprofilsensor wird somit erfin- dungsgemäß zur Messung eines axialen Geschwindigkeitsprofils mit einem axial verkippten Kipp-Interferenzstreifensystem, ergänzt. Durch die axiale Verkippung des dritten Kipp-Interferenzstreifensystems, entsteht eine PhasendHferenz der durch ein Streuobjekt hervorgerufenen Burstsignale zwischen dem Burstsignal des Kipp-Interferenzstreifensystems und einem der beiden Basis- Interferenzstreifensysteme weiteren Burstsignal. Durch die P asenempfindlrch- keit wird somit eine Sensitivität der lateralen Ortskoordinate y erreicht, wobei nur ein optischer Zugang benötigt wird, da alle Teilstrahfenbündel der Interferenzstreifensysteme die gleiche optische Achse besitzen, wobei der Winkel zwischen den einzelnen Interferenzstrerfensystemen 0" beträgt, und somit nur eine einzige Sendeeinheit eingesetzt ist. The known laser Doppler velocity profile sensor is thus supplemented according to the invention for measuring an axial velocity profile with an axially tilted tilting interference fringe system. Due to the axial tilting of the third tilting interference fringe system, a phase transition of the bursting object caused by a scattering burst between the burst signal of the tilt interference fringe system and one of the two base interference fringe systems further burst signal. The sensitivity of the lateral spatial coordinate y thus achieves a sensitivity of the lateral spatial coordinate y, with only one optical access being required, since all partial beam bundles of the interference fringe systems have the same optical axis, the angle between the individual interference fringe systems being 0 ", and thus only one only transmitting unit is used.
Ein Vorteil der Erfindung ist es also, dass erstmals hochauflösend und ohne notwendige Traversierung des Sensors, mit nur einer einzigen Sendeeinheit die Geschwindigkeitsverteilung flächenhaft (2D) nach dem LDA-Prinzip, d.h. bildgebend jedoch ohne den Einsatz einer Kamera, mit einer deutlich geringeren Messunsicherheit der Geschwindigkeit erfasst werden kann. Die Geschwindigkeits- und Ortsbestimmung beruht dabei auf der präzisen Auswertung der Dopplersignale und nicht auf der wesentlich ungenaueren Weg-Zeit-Messung, wie sie bei den konventionellen abbildenden Messsystemen üblich ist. An advantage of the invention is thus that for the first time high-resolution and without necessary traversal of the sensor, with only a single transmitting unit, the velocity distribution areal (2D) according to the LDA principle, ie imaging without the use of a camera, with a much lower measurement uncertainty Speed can be detected. The speed and position determination is based on the precise evaluation of the Doppler signals and not on the much less accurate path-time measurement, as is common in conventional imaging measurement systems.
Die wesentlichen und zusätzlichen Vorteile der Erfindung bestehen darin: The essential and additional advantages of the invention are:
· Es ist eine hochauflösende flächenhafte Messung (2D) der Geschwindigkeitsverteilung bei begrenzter optischer Zugänglichkeit, indem nur eine einzige Sendeeinheit notwendig ist, vorhanden. · It is a high-resolution area measurement (2D) of the velocity distribution with limited optical accessibility, by only a single transmitting unit is necessary, available.
• Es besteht keine Begrenzung der örtlichen Auflösung (Abbe-Limit), da zwar bildgebend, jedoch nicht abbildend (Ortsauflösungen bis zu 100 nm erscheinen als realistisch).  • There is no limit to the local resolution (Abbe limit), as it is imaging but not imaging (spatial resolutions up to 100 nm appear realistic).
• Prinzipiell erreichbare relative Messunsicherheiten der Geschwindigkeit im Bereich von 0,01 %.  • Principally achievable relative measurement uncertainties of the speed in the range of 0.01%.
• Keine Komplementarität zwischen Ortsaufiösung und Messunsicherheit der Geschwindigkeit.  • No complementarity between local resolution and measurement uncertainty of speed.
· Ortsauflösung ist unabhängig von den auftretenden Geschwindigkeiten. · Spatial resolution is independent of the occurring speeds.
- Ein für die Vermessung von kfeinskaligen Strömungen großer Arbeitsabstand (Abstand Messort - Sensor) von einigen Zentimetern.  - One for the measurement of fine-scale flows large working distance (distance measuring location - sensor) of a few centimeters.
• Keine zusätzliche Messabweichungen durch Ausrichtungsfehler zweier Profil- sensoren zueinander, da nur eine Sendeeinheit vorhanden ist.  • No additional measurement deviations due to misalignment of two profile sensors to each other, as there is only one transmission unit.
· Nutzung des gesamten Messvolumens des Sensors, im Gegensatz zu nur einem Überlagerungsbereich von zwei zueinander ausgerichteten Profilsensoren, oder eine deutlich gesteigerte Empfindlichkeit für den Ort bei vergleichsweise ähnlich großen Messbereichen. Mit dem Phasen-Frequenz-Geschwindigkeits-Feldsensor wird die beim Laser- Doppler-Profilsensor vorhandene linienförmige (1 ) Messung der Geschwindigkeit mit der sehr geringen Messunsicherheit der Geschwindigkeit auf eine begebende Messung (2D) mit hoher Präzision erweitert, wobei wie beim Profiisensor nach den Fig. 5a, Fig. 5b, Fig. 6, Fig. 7, Fig. 8 nur eine Sendeeinheit notwendig ist. Der Fortschritt gegenüber etablierten Messtechniken liegt daher, in einer von der Strömung unabhängigen, hochauflösenden (< 1 μιτι) und bildgebenden (2D) Messtechnik mit einer sehr geringen Geschwindigkeitsunsicherheit (< 0,1 %). Mit seinem für Messsysteme im Mikroskalenbereich un üblich großen Arbeitsabstand von mehreren 10 mm (Abstand: Messort zum Sensor) sowie aufgrund dessen, dass der Sensor nur aus einer einzigen Sendeeinheit besteht und damit nur einen einzigen optischen Zugang benötigt, eignet sich der Phasen-Frequenz- Geschwindigkeits-Feldsensor vor allem für hochauflösende bildgebende Mes- sungen in schwer zugänglichen Anwendungen. · Use of the entire measuring volume of the sensor, in contrast to just one overlapping area of two profile sensors aligned with each other, or a significantly increased sensitivity for the location with comparably similar measuring ranges. With the phase-frequency-velocity-field-sensor, the linear (1) velocity measurement with the very low uncertainty of the velocity of the laser Doppler profile sensor is extended with high precision to an outgoing measurement (2D) Fig. 5a, Fig. 5b, Fig. 6, Fig. 7, Fig. 8 only one transmitting unit is necessary. The advance over established measuring techniques is therefore, in a flow-independent, high-resolution (<1 μιτι) and imaging (2D) measurement technique with a very low speed uncertainty (<0.1%). With its usual for measuring systems in the microscale working distance of several 10 mm (distance: measuring location to the sensor) and due to the fact that the sensor consists of only one transmission unit and thus requires only a single optical access, the phase-frequency-velocity field sensor is particularly suitable for high-resolution imaging measurement systems. solutions in hard-to-reach applications.
Die Bildgebung nach dem Dopplerprinzip wird dabei wie folgt erreicht: The imaging according to the Doppler principle is achieved as follows:
Der zugrunde liegende Laser-Doppler-Geschwindigkeitsprofilsensor, der bereits eine Erweiterung der konventionellen LDA darstellt, bietet eine Auflösung in axia- ler Richtung {Ortskoordinate z) innerhalb seines Messvolumens.  The underlying laser Doppler velocity profile sensor, which is already an extension of the conventional LDA, provides a resolution in the axial direction {spatial coordinate z) within its measurement volume.
Hierzu werden, wie in Fig. 5a und 5b gezeigt ist, zwei Basis- Interferenzstreifensysteme (divergent und konvergent) in einem gemeinsamen Messvolumen überlagert, von denen mindestens eines fächerförmig ist. Durchquert nun ein Streuobjekt das Messvolumen, so kann durch Auswertung des Streulichts beider Basis-Interferenzstretfensysteme die laterale Geschwindigkeitskomponente x sowie die axiale Position z des Streuobjektes bestimmt werden. Mit einer Vielzahl an Streuobjekten, welche das Messvolumen statistisch verteilt durchqueren und deren Geschwindigkeit sowie die axiale Position bestimmt wurde, kann das axiale Geschwindigkeitsprofil der Strömung hochaufge- löst erfasst werden.  For this purpose, as shown in FIGS. 5a and 5b, two basic interference fringe systems (divergent and convergent) are superimposed in a common measurement volume, of which at least one is fan-shaped. If a scattering object now traverses the measuring volume, the lateral velocity component x and the axial position z of the scattering object can be determined by evaluating the scattered light of both basic interference-interference systems. With a multitude of scattering objects that traverse the measurement volume in a statistically distributed manner and whose velocity and axial position have been determined, the axial velocity profile of the flow can be recorded in high-resolution.
Erfindungsgemäß wird die hohe axiale Ortsauflösung des Laser-Ooppler- Geschwindigkeitsprofilsensors mit einer ebenfalls hohen lateralen Ortsauflösung ergänzt, wobei der Profifsensor mit mindestens einem Kipp-Interferenzstreifen- System, dessen Erzeugung ebenfalls in der Sendeeinheit des Profilsensors verankert ist, erweitert ist. Die Forderung nach der physikalischen Trennbarkeit aller Interferenzstreifensysteme mit einer Multtplextechnik besteht auch hier. Des Weiteren wird beispielhaft von einem zusätzlichen Kipp-Interferenzstreifensystem ausgegangen. According to the invention, the high axial spatial resolution of the laser-ooppler velocity profile sensor is supplemented with a likewise high lateral spatial resolution, wherein the professional sensor is extended with at least one tilt interference fringe system, the generation of which is also anchored in the transmitter unit of the profile sensor. The demand for the physical separability of all interference fringes with a multitlex technique also exists here. Furthermore, an additional tilting interference fringe system is assumed as an example.
Es ist erforderlich, dass das Kipp-Interferenzstreifensystem mit einem der beiden Basis-Interferenzstreifensysteme (die des Profilsensorprinzips) weitestgehend übereinstimmt. Im idealen Fad gilt, beispielhaft für eine Übereinstimmung mit einem der Basis-Interferenzstreifensysteme, di(y,z) = cb(y,z). Durchquert nun ein Streuobjekt das Messvolumen, so besitzen die Streulichtsignale des Kipp-Interferenzstreifensystems und des ausgewählten, z.B. ersten Basis-Interferenzstreifensystems der Basis-Interferenzstreifensysteme nach Gleichung It is necessary that the tilt interference fringe system coincide as much as possible with one of the two base fringe systems (that of the profile sensor principle). In the ideal Fad, by way of example for a match with one of the basic interference fringes, di (y, z) = cb (y, z). If a scattering object now traverses the measuring volume, then the scattered light signals of the tilting interference fringe system and of the selected, eg first base interference fringe system of the basic interference fringe systems have according to the equation
f = v/d,  f = v / d,
bei gleichem Streifenabstand di(y,z) - d3(y,z) gleiche Dopplerfrequenzen (f(, f3). Durch eine axiale Verkippung beider Interferenzstreifensysteme zueinander entsteht jedoch in Abhängigkeit der Ortskoordinate y eine Phasendifferenz Δφ beider Streulichtsignale. at the same strip spacing di (y, z) - d3 (y, z) the same Doppler frequencies (f (f 3) by an axial tilting of both interference fringe systems to each other, however, a phase difference arises as a function of the spatial coordinate y Δφ both scattered light signals..
Mit der Phasendifferenz Δφ entsteht somit eine Empfindlichkeit in lateraler Richtung, wodurch die Ortskoordinate y ebenfalls nach dem Dopplerprinzip gegeben ist. Durchquert nun eine Vielzahl von Streuobjekten statistisch verteilt das Messvolumen, so kann das zweidimensionale Geschwindigkeitsfeld der Strömung abgebildet werden. Damit ist der Sensor bildgebend, jedoch aber nicht abbildend, da zur Rekonstruktion der Geschwindigkeitsverteilung keine Kamera, sondern nur ein Einzeldetektor notwendig ist. Damit unterliegt dieses Messprinzip in seiner Auflösung keiner Limitierung durch eine Abbildung (Abbe-Limit) oder einer Pixeldiskretisierung, wie bei konventionell abbildenden Messsystemen (vgl. pPIV) üblich ist. Da alle Teilstrahlenbündel der Interferenzstreifensysteme die gleiche optische Achse besitzen, d.h. der Kreuzungswinkel der Interferenzstreifensysteme beträgt 0°, ist somit eine bildgebende Messung der Geschwindigkeitsverteilung mit nur einem einzigen optischen Zugang gewährleistet. With the phase difference Δφ, a sensitivity thus arises in the lateral direction, as a result of which the spatial coordinate y is also given according to the Doppler principle. Now traverses a plurality of scattered objects statistically distributed the measurement volume, so the two-dimensional velocity field of the flow can be mapped. Thus, the sensor is imaging, but not imaging, since no camera, but only a single detector is necessary for the reconstruction of the velocity distribution. In terms of resolution, this measurement principle is therefore not limited by imaging (Abbe limit) or pixel decretization, as is customary in conventional imaging measuring systems (see pPIV). Since all partial beams of the interference fringe systems have the same optical axis, i. the crossing angle of the interference fringe systems is 0 °, thus ensuring an imaging measurement of the velocity distribution with only a single optical access.
Weiterbildungen und verbessernde Ausgestaltungen der Erfindung sind in weite- ren Unteransprüchen angegeben. Further developments and improvements of the invention are specified in further subclaims.
Die Erfindung wird mittels eines Ausführungsbeispiels anhand mehrerer Zeichnungen näher erläutert: The invention will be explained in more detail by means of an embodiment with reference to several drawings:
Es zeigen: Show it:
Fig. 1 ein Prinzip der Particle Image Velocimetry nach dem Stand der Technik, 1 shows a principle of the Particle Image Velocimetry according to the prior art,
Fig. 2 einen Prinzipaufbau der Micro Particle Image Velocimety nach dem Stand der Technik, Fig. 3 eine Prinzipskizze der Doppler-Global-Velocimetry nach dem Stand der Technik, 2 shows a basic structure of the Micro Particle Image Velocimety according to the prior art, 3 is a schematic diagram of the Doppler Global Velocimetry according to the prior art,
Fig. 4 ein Prinzipbild der Laser-Doppler-Anemometrie nach dem Stand der Technik, 4 shows a schematic diagram of the laser Doppler anemometry according to the prior art,
Fig. 5 eine Darstellung der beiden fächerförmigen Interferenzstreifensysteme des Laser-Doppler-Geschwindigkeitsprofilsensors, die in einem gemeinsamen Messvolumen überlagert werden, nach dem Stand der Technik, 5 is a representation of the two fan-shaped interference fringe systems of the laser Doppler velocity profile sensor, which are superimposed in a common measurement volume, according to the prior art,
Fig. 6 die Funktionsweise für die gleichzeitige Bestimmung der Position und Geschwindigkeit eines Streuobjektes mit dem Laser-Ooppler-Geschwindig- keitsprofilsensor nach dem Stand der Technik, 6 shows the mode of operation for the simultaneous determination of the position and velocity of a scattering object with the laser ooppler velocity profile sensor according to the prior art,
Fig. 7 ein Prinzip der Vermessung einer ikrokanaiströmung mit dem Laser- Doppler-Geschwindigkeitsprofilsensor nach dem Stand der Technik, 7 shows a principle of the measurement of an icoscan flow with the laser Doppler velocity profile sensor according to the prior art,
Fig. 8 ein gemessenes Geschwindigkeitsprofil in einem 107μΓπ breiten ikroka- nal (graue Punkte - Rohdaten) mit Unsicherheitsabschätzung, Ortsauflösung 960 nm, Unsicherheit 0,18 % nach dem Stand der Technik, 8 is a measured velocity profile in a 107μΓπ wide ikroka- nal (gray dots - raw data) with uncertainty estimation, spatial resolution 960 nm, uncertainty 0.18% according to the prior art,
Fig. 9 eine Prinzipskizze des Laser-Doppler-Geschwindigkeitsfeldsensors nach dem Stand der Technik, 9 is a schematic diagram of the laser Doppler velocity field sensor according to the prior art,
Fig.10 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Phasen-10 is a schematic representation of a phase according to the invention
Frequenz-Geschwindigkeits-Feldsensors mit drei Interferenzstreifensystemen, die mittels Zeitmultiplex physikalisch getrennt werden und zwei Transmissions-Beugungsgittern, wobei die Darstellung zu dem Zeitpunkt erfolgt, bei dem das erste I terferenzstreifensystem ausgebildet ist. Fig.11a eine Schnittdarstellung durch das Messvolumen in der Ebene z = konst. für eines der Basis-Interferenzstreifensysteme IS1 und für ein Kipp- Interferenzstreifensystem IS3, Fig.11 b eine Darstellung von zwei charakteristischen ßurstsignalen (von einem Frequency-velocity field sensor with three interference fringes, which are physically separated by time-division multiplexing and two transmission diffraction gratings, the representation being made at the time at which the first interference fringe system is formed. 11a shows a sectional view through the measurement volume in the plane z = const. For one of the base interference fringe systems IS1 and for a tilt interference fringe system IS3, FIG. 11b shows a representation of two characteristic burst signals (from one)
Basis-Interferenzstreifensystem IS1 und einem Kipp-lnterferenzstreifen- system IS3) mit gleicher Dopplerfrequenz fi , f3, welche in Abhängigkeit der Position y eine Phasendifferenz Δφ aufweisen, wobei die Burstsigna- le bei Durchquerung des Messvoiumens durch ein Streuobjekt erzeugt werden, und Base interference fringe system IS1 and a tilt lnterferenzstreifen- system IS3) having the same Doppler frequency fi, f 3 having a function of the position y, a phase difference Δφ, the Burstsigna- le generated by a scattering object in crossing the Messvoiumens, and
Fig. 11c ein Αφ ,y- Koordinatensystem gemäß Fig. 11a und Fig. 1 b. im Folgenden wird in Fig. 10 beispielhaft eine Ausführung der Erfindung be- schrieben. Diese zeichnet sich durch eine monochromatische Realisierung des Phasen-Frequenz-Gesc windigkeits-Feldsensors 10 mit drei Interferenzstreifensystemen - zwei Basis-Interferenzstreifensystemen IS1, IS2 und einem Kipp- Interferenzstreifensystem IS3 - aus, wobei zur physikalischen Trennung der Interferenzstreifensysteme IS1, IS2, IS3 beispielsweise das Zeitmultipiexverfahren (TDM) angewendet wird. 11c shows a Αφ, y coordinate system according to FIG. 11a and FIG. 1b. In the following, an embodiment of the invention will be described by way of example in FIG. This is characterized by a monochromatic realization of the phase-frequency Gesc windungs field sensor 10 with three interference fringe systems - two basic interference fringes IS1, IS2 and a tilt interference fringe system IS3 - from, for the physical separation of the interference fringes IS1, IS2, IS3, for example Time division method (TDM) is applied.
Tabelle 2 zeigt die Bezugszeichen und die zugehörige Beschreibung der technischen Merkmale gemäß Fig. 10 in grober Weise: Table 2 shows the reference numerals and the associated description of the technical features of FIG. 10 in a crude manner:
Bezugszeichen Beschreibung Kommentar Reference description Description Comment
1 Messvolumen des Phasen-Frequenz- physikalische UnterGeschwindigkeits-Feidsensors, bescheidbarkeit der Interstehend aus mind. drei Interferenzferenzstreifensysteme streifensysteme IS, wobei mind. eidurch Zeitmultiptex, nes fächerförmig ist Frequenzmultiplex, Wel- lenlängenmultiplex etc.  1 measuring volume of the phase-frequency-physical sub-velocity-Feidsensors, schinbarkeit the Interstand from at least three interference fringe systems strip systems IS, wherein at least eidurch time multiplex, nes fan-shaped frequency multiplex, wavelength division multiplex etc.
2 Lichtmodulatoren zum Einschalten und Ausschalten des Laserlichts, z.B. etektroopti- sche oder akustoopti- sche Modulatoren2 light modulators for switching on and Switching off the laser light, eg, electro-electro-acoustic or acousto-optic modulators
3 Laserqueile des Sensors mögliche Komponenten: 3 laser sources of the sensor possible components:
- Dauerstrichlaser (cw) - Continuous wave laser (cw)
- Kurzpulslaser - Short pulse laser
- Mehrlinienlaser (für WDM)  - Multi-line laser (for WDM)
4 optischer Aufbau des Sensors 4 optical structure of the sensor
5 Detektionsoptik für das Streulicht  5 Detection optics for the scattered light
6 Detektor mögliche Varianten:  6 detector possible variants:
- Photodiode  - photodiode
- Photomuttiplier - Photomuttiplier
- Kamera (CCD, - Camera (CCD,
CMOS)  CMOS)
- etc.  - Etc.
In dem Verfahren zur Bestimmung von Geschwindigkeiten in Strömungen 33 nach dem Prinzip eines Laser-Doppler-Geschwindigkeitsprofilsensors werden zwei zugeordnete Basis-Interferenzstreifensysteme IS1, 1S2 erzeugt, In the method for determining velocities in flows 33 according to the principle of a laser Doppler velocity profile sensor, two associated base interference fringes IS1, 1S2 are generated,
• die in einem gemeinsamen Messvolumen 1 überlagert werden, wobei • which are superimposed in a common measurement volume 1, wherein
• die Basis-Interferenzstreifensysteme ISt, IS2 physikalisch unterscheidbar sind, The basic interference fringe systems ISt, IS2 are physically distinguishable,
• das Streulicht 8 der Streuobjekte 34, die das Messvolumen 1 durchqueren, auf eine Detektionseinheit 6 abgebildet wird,  The scattered light 8 of the scattering objects 34, which traverse the measuring volume 1, is imaged onto a detection unit 6,
• wobei aus den beiden Basis-Interferenzstreifensystemen IS1, IS2 die axiale Position z des Streuobjektes 34 aus dem Verhältnis fi f2 der gemessenen beiden Doppferfrequenzen fi, f2 und einer Kalibrierfunktion q(z), die aus dem Quotienten der Streifenabstandsfunktionen d2(z)/di(z) gebildet wird, bestimmt wird, wobei • die Geschwindigkeit vx des Streuobjektes 34 aus den für die ermittelte axiale Position z gültigen Streitenabständen d2(z)/di(z) sowie den gemessenen Doppierfrequenzen fi, h bestimmt wird. Erfindungsgemäß wird Where the two base interference fringe systems IS1, IS2 are the axial position z of the scattering object 34 from the ratio fi f2 of the measured two dpf frequencies f i, f 2 and a calibration function q (z), which is the quotient of the fringe spacing functions d 2 (z) / di (z) is determined, where The velocity vx of the scattering object 34 is determined from the gap distances d 2 (z) / di (z) valid for the determined axial position z and the measured doubling frequencies fi, h. According to the invention
• mindestens ein ipp-fnterferenzstreifensystem IS3 ausgebildet, das mit den beiden Basis-Interferenzstreifensystemen IS1, IS2 in dem gemeinsamen Messvolumen 1 überlagert wird, wobei  Formed at least one ipp-fnterferenzstreifensystem IS3, which is superimposed with the two base interference fringe systems IS1, IS2 in the common measuring volume 1, wherein
• das Kipp-Interferenzstreifensystem IS3 zu einem der Basis-Interferenzstrei- fensysteme IS1 , IS2 axial um einen Kippwinkel α verkippt ist und die beide den gleichen Streifenabstandsverfauf dt(z), ds(z); d2(z), da(z) aufweisen, und The tilting interference fringe system IS3 is tilted axially to one of the basic interference fringe systems IS1, IS2 by a tilt angle α and both have the same fringe spacing dt (z), ds (z); d2 (z), since (z) have, and
• das Kipp-Interferenzstreifensystem IS3 von den Basis-Interferenzstreifensystemen IS1, IS2 physikalisch unterscheidbar ist und The tilting interference fringe system IS3 is physically distinguishable from the base fringe systems IS1, IS2, and
• mindestens eines der Interferenzstreifensysteme IS1 , IS2, IS3 fächerförmig ist, und wobei  • at least one of the interference fringe systems IS1, IS2, IS3 is fan-shaped, and wherein
• die laterale Position y des Streuobjektes 34 bestimmt wird, indem aus einem der Basts-Interferenzstreifensysteme IS1, IS2 und dem dazu verkippten Kipp-Interferenzstreifensystem IS3 die Phasendifferenz Δφ der gemessenen elektrischen Burstsignale 37, 38 in Abhängigkeit vom Kippwinkef α und einer phasenbezogenen Kaübrierfunktion bestimmt wird,  The lateral position y of the scattering object 34 is determined by determining the phase difference Δφ of the measured electrical burst signals 37, 38 as a function of the tilt angle α and a phase-related calibration function from one of the base interference fringe systems IS1, IS2 and the tilting fringe system IS3 tilted thereto .
wobei  in which
• eine Signalauswertung durchgeführt wird, bei der konkret eine zeitaufgelöste Bestimmung der Dopplerfrequenzen f<, f2 sowie der Phasendifferenz Δφ, die axiale Geschwindigkeitskomponente vz sowie die laterale Geschwindig- keitskomponente vy bestimmt werden, und A signal evaluation is carried out in which a time-resolved determination of the Doppler frequencies f <, f 2 and the phase difference Δφ, the axial velocity component v z and the lateral velocity component vy are determined concretely, and
• indem die Phasendifferenz Δφ nur von 0 bis π variiert, gleichzeitig eine Richtungssinnerkennung der Bewegungsrichtung des Streuobjektes 34 erreicht wird, wobei für eine Phasendifferenz Δφ entlang der lateralen Ortskoordinate y gemäß der Gleichung VI:  In that the phase difference Δφ varies only from 0 to π, at the same time a directional internal detection of the direction of movement of the scattering object 34 is achieved, wherein for a phase difference Δφ along the lateral position coordinate y according to the equation VI:
A<p(y) = s - y + <p0 (VI) A <p (y) = s - y + <p 0 (VI)
gilt, wobei <po die absolute Phasenverschiebung an der Positron y = 0 und der Faktor s - 2rr tan α /d den Phasenanstieg in Abhängigkeit vom Kippwinkel α entlang der y-Achse darstellen. Für die physikalische Unterscheidbarkeit können die bekannten Multiplexverfah- ren (Zeitmuitiplex-, Frequenzmultipiex-, Wellenfängenmultipiexverfahren) eingesetzt werden. , where <po the absolute phase shift at the positron y = 0 and the factor s - 2rr tan α / d represent the phase increase as a function of the tilt angle α along the y-axis. For physical distinctness, the known multiplexing methods (time division multiplexing, frequency division multiplexing, Wellenfängenmultipiexverfahren) can be used.
Der das Verfahren realisierende Phasen-Frequenz-Geschwindigkeits-Feldsensor 10 zur Bestimmung von Geschwindigkeiten in Strömungen 33 enthält einen bekannten Laser-Doppier-Geschwindigkeitsprofilsensor mit zwei zugeordneten Basis-Interferenzstreifensystemen IS1, IS2, The method implementing phase-rate-velocity field sensor 10 for determining velocities in flows 33 includes a known laser-duplex velocity profile sensor with two associated base-fringe systems IS1, IS2,
» die in einem gemeinsamen Messvolumen 1 überlagert werden, wobei »Which are superimposed in a common measurement volume 1, where
• die Basis-Interferenzstreifensysteme IS1, IS2 physikalisch unterscheidbar sind, The base interference fringes IS1, IS2 are physically distinguishable,
• das Streuficht 6 der Streuobjekte 34, die das Messvolumen 1 durchqueren, auf eine Detektionseinheit 6 abgebildet wird,  The scattering light 6 of the scattering objects 34, which traverse the measuring volume 1, is imaged onto a detection unit 6,
· wobei aus den beiden Basis-Interferenzstreifensystemen IS1 , IS2 die axiale Position z des Streuobjektes 34 aus dem Verhältnis fi/f2 der gemessenen beiden Dopplerfrequenzen fi, f2 und einer Kaltbherfunktion q(z), die aus dem Quotienten der Streifenabstandsfunktionen dz(z)/di(z) gebildet wird, bestimmt wird, wobei · Wherein from the two base interference fringes IS1, IS2, the axial position z of the scattering object 34 from the ratio fi / f 2 of the measured two Doppler frequencies fi, f 2 and a Kaltbherfunktion q (z), which from the quotient of the stripe distance functions dz (z ) / di (z) is determined, where
* die Geschwindigkeit v* des Streuobjektes 34 aus den für die ermittelte axiale Position z gültigen Streifenabständen d2(z)/di{z) sowie den gemessenen Doppierfrequenzen fi, bestimmt wird. * the velocity v * of the scattering object 34 is determined from the determined for the determined axial position z strip spacings d 2 (z) / di {z) and the measured Doppierfrequenzen fi.
Erfindungsgemäß wird According to the invention
* mindestens ein Kipp-fnterferenzstreifensystem IS3 ausgebildet, das mit den beiden Basis-Interferenzstreifensystemen IS1, IS2 in dem gemeinsamen Messvolumen 1 überlagert wird, wobei  * at least one tilting interference fringing system IS3 is formed, which is superposed with the two base interference fringe systems IS1, IS2 in the common measuring volume 1, wherein
• das Kipp-fnterferenzstreifensystem IS3 zu einem der Basis-Interferenzstreifensysteme IS1 , IS2 axial um einen Kippwrnke! α verkippt ist und die beide den gleichen Streifenabstandsverfauf di(z), d%{z) d^z), d3(z) aufweisen, und• The tilting interference fringe system IS3 to one of the basic interference fringing systems IS1, IS2 axially by one tilting motion! α is tilted and both have the same fringe spacing di (z), d % {z) d ^ z), d 3 (z), and
• das Kipp-Interferenzstreifensystem IS3 von den Basis-fnterferenzstreifen- systemen IS1 , IS2 physikalisch unterscheidbar ist und • mindestens eines der Interferenzstreifensysteme IS1, IS2, IS3 fächerförmig ist, und wobei The tilting interference fringe system IS3 is physically distinguishable from the base interference fringing systems IS1, IS2, and • at least one of the interference fringe systems IS1, IS2, IS3 is fan-shaped, and wherein
• die laterale Position y des Streuobjektes 34 bestimmt wird, indem aus einem der Basis-Interferenzstreifensysteme IS1 , IS2 und dem dazu verkippten Kipp- Interferenzstreifensystem IS3 die Phasendifferenz Δφ der gemessenen elektrischen Burstsignate in Abhängigkeit vom Kippwinkei α und einer phasenbezogenen Kalibrierfunktion bestimmt wird,  The lateral position y of the scattering object 34 is determined by determining the phase difference Δφ of the measured electrical burst signals as a function of the tilt angle α and a phase-related calibration function from one of the base interference fringe systems IS1, IS2 and the tilting fringe system IS3 tilted thereto;
wobei  in which
• eine Signalauswertung durchgeführt wird, bei der konkret eine zeitaufgelös- te Bestimmung der Dopplerfrequenzen fi, f2 sowie der Phasendifferenz Δφ, die axiale Geschwindigkeitskomponente z sowie die laterale Geschwindigkeitskomponente y bestimmt werden, und • a signal evaluation is carried out, in which a time-resolved determination of the Doppler frequencies fi, f 2 and the phase difference Δφ, the axial velocity component z and the lateral velocity component y are specifically determined, and
• indem die Phasendifferenz Δφ nur von 0 bis ττ variiert, gleichzeitig eine Richtungssinnerkennung der Bewegungsrichtung des Streuobjektes 34 erreicht wird, wobei für eine Phasendifferenz Δφ entlang der lateralen Ortskoordinate y gemäß der Gleichung VI: In that the phase difference Δφ varies only from 0 to ττ, at the same time a directional internal detection of the direction of movement of the scattering object 34 is achieved, wherein for a phase difference Δφ along the lateral position coordinate y according to the equation VI:
φ&) = * · γ + φ0 (VI) φ &) = * · γ + φ 0 (VI)
gilt, wobei φο die absolute Phasenverschiebung an der Position y = 0 und der Faktor s « 2π tan α /d den Phasenanstieg in Abhängigkeit vom Kippwin- kel α entlang der y-Achse darstellen.  where φο represents the absolute phase shift at the position y = 0 and the factor s «2π tan α / d represents the phase increase as a function of the tilting angle α along the y-axis.
In Fig. 11c ist das Αφ ,y- Koordinatensystem mit den Koordinaten: Phasendifferenz Δφ und laterale Position y angegeben. Der Phasen-Frequenz-Geschwindigkeits-Fefdsensor 10 für das Zeitmuftiplexver- fahren kann bauteilmäßig aus dem Aufbau eines bekannten Laser-Doppler- Geschwindigkeitsprofilsensors bestehen mit FIG. 11c shows the Αφ, y coordinate system with the coordinates: phase difference Δφ and lateral position y. The time-frequency multiplexing phase-frequency-velocity sensor 10 may be constituted by the structure of a known laser Doppler velocity-profile sensor
- mindestens einer Lichtquelle 3,  at least one light source 3,
- einer Lichtmodufatoranordnung 2,  a light modulator arrangement 2,
- zwei faseroptischen Pfaden 20, 21 ,  two fiber optic paths 20, 21,
- einer Optikeinheit 4 zur Erzeugung von zwei Basis-interferenzstreifensys- temen IS1, IS2 in einem Messvolumen 1 einer Strömung 33 mittels eines strahlteilenden Elements 24 zur Erzeugung von zwei Strahlenbündeln 25, 26, die zur Ausbildung der zwei Basis-Interferenzstreifensysteme iS1 , IS2 überlagert werden, an optical unit 4 for generating two base interference fringe systems IS1, IS2 in a measuring volume 1 of a flow 33 by means of a beam-dividing element 24 for producing two radiation beams 25, 26, which are superimposed to form the two base interference fringes iS1, IS2,
- eine Abbildungseinheit für Streulicht 8 eines im Messvolumen 1 der Strömung 33 befindlichen Streuobjektes 34,  an imaging unit for scattered light 8 of a scattering object 34 located in the measurement volume 1 of the flow 33,
- eine Detektionseinheit 6 zur Aufnahme des Streulichts 8,  a detection unit 6 for receiving the scattered light 8,
wobei zwei Lichtquellen oder zwei Pfade 20, 21 gemäß dem Profilsensoraufbau vorgesehen sind, wobei eines der Basis-Interferenzstreifensysteme IS1 , IS2 zu einem festen Zeitpunkt im Zeitmultiplexbetrieb zu einem Kipp-Interferenzstrei- fensystem IS3 ausgebildet wird und zu zumindest einem der beiden Basis- Interferenzstreifensysteme IS1 , IS2 um einen Kippwinkel α verkippt wird, indem z.B. das strahlteilende Element 24 zur Strahlteilung verkippbar ausgebildet ist. wherein two light sources or two paths 20, 21 are provided according to the profile sensor structure, wherein one of the base interference fringes IS1, IS2 is formed at a fixed time in time-division multiplexing to a tilt interference fringe system IS3 and to at least one of the two base fringe systems IS1 , IS2 is tilted by a tilt angle α by, for example the beam-splitting element 24 is formed tiltable for beam splitting.
Ein anderer Phasen-Frequenz-Geschwindigkeits-Fefdsensor 10 für das Zettmul- tiplexverfahren kann bauteilmäßig aus dem Aufbau eines bekannten Laser- Doppler-Geschwindigkeitsprofilsensor bestehen, aus Another phase-frequency-velocity-factor-sensor 10 for the tandem-multiplexing method may consist structurally of the structure of a known laser-Doppler-velocity-profile sensor
- mindestens einer Lichtquelle 3,  at least one light source 3,
- einer Lichtmodulatoranordnung 2,  a light modulator arrangement 2,
- zwei faseroptischen Pfaden 20, 21 ,  two fiber optic paths 20, 21,
- einer Optikeinheit 4 zur Erzeugung von zwei Basis-Interferenzstreifensys- temen IS1 , IS2 in einem Messvolumen 1 einer Strömung 33 mittels eines strahlteilenden Elements 24 als Gitter zur Erzeugung von zwei Strahlenbün- dein 25, 26, die zur Ausbildung der berden Basis-Interferenzstreifensysteme ISf, IS2 überlagert werden,  an optical unit 4 for generating two basic interference fringe systems IS1, IS2 in a measurement volume 1 of a flow 33 by means of a beam-dividing element 24 as a grating for generating two radiation beams 25, 26, which are used to form the basic interference fringe systems ISf , IS2 are superimposed,
- eine Abbildungseinheit für Streulicht 6 eines im Messvolumen 1 der Strö- mung 33 befindlichen Streuobjektes 34,  an imaging unit for scattered light 6 of a scattering object 34 located in the measurement volume 1 of the flow 33,
- eine Detektionseinheit 6 zur Aufnahme des Streulichts 8,  a detection unit 6 for receiving the scattered light 8,
kann auch derart ausgebildet sein, can also be designed in such a way
dass zumindest ein dritter Pfad 22 aus der Lichtmodulatoranordnung 2 geführt ist, dem ein strahlteifendes zweites Gitter 29 als strahlteilendes Element zur Ausbii- dung von zwei Strahlenbündeln 30, 31 nachgeordnet ist, die zu einem Kipp- Interferenzstreifensystem IS3 im Messvolumen 1 überlagert werden, that at least one third path 22 is guided out of the light modulator arrangement 2, to which a beam-grating second grating 29 as beam-dividing element for the development of two beam bundles 30, 31 is arranged, which are superimposed to a tilting interference fringe system IS3 in the measuring volume 1,
dass eine Kippvorrichtung 35 vorhanden ist, die mit mindestens einem der Gitter 24, 29 zum Kippen eines Gitters 24, 29 gegenüber dem anderen Gitter 29,24 un- ter einem Kippwinkel α verbunden ist und die mit einer Auswerteeinheit 36 und je nach Bedarf angeschlossenen Steuereinheit in Verbindung steht wobei durch das Kippen der Gitter 24, 29 um den Kippwinkel α zueinander eine Phasendifferenz Δφ zwischen den elektrischen Burstsignalen eines der Basis-Interferenz- Streifensysteme IS1; IS2 und des gekippten Kipp-Interferenzstreifensystems IS3 entsteht, a tilting device 35 is provided which is connected to at least one of the grids 24, 29 for tilting one grille 24, 29 in relation to the other grating 29, 24. α is connected to a tilt angle α and connected to an evaluation unit 36 and the control unit is connected as required by the tilting of the gratings 24, 29 to the tilt angle α to each other a phase difference Δφ between the electrical burst signals of the base interference fringe systems IS1 ; IS2 and the tilted tilting interference strip system IS3,
wobei in der Auswerteeinheit 36 wherein in the evaluation unit 36
• eine Stgnalauswertung durchgeführt wird, bei der konkret aus einer zeitaufgelösten Bestimmung der Dopplerfrequenzen , f2 sowie der Phasendifferenz Δφ, die axiale Geschwindigkeitskomponente z sowie die laterale Geschwindigkeitskomponente vy bestimmt werden, und A Stgnalauswertung is performed, in which specifically determined from a time-resolved determination of the Doppler frequencies, f 2 and the phase difference Δφ, the axial velocity component z and the lateral velocity component vy, and
• indem die Phasendifferenz Δφ nur von 0 bis ττ variiert wird, gleichzeitig eine Richtungssinnerkennung der Bewegungsrichtung des Streuobjektes 34 erreicht wird,  In that the phase difference Δφ is varied only from 0 to ττ, at the same time a directional internal detection of the direction of movement of the scattering object 34 is achieved,
und die mit der Auswerteeinheit 36 verbundene Steuereinheit 9 zumindest mit Lichtmodulatoren 17, 18, 19 der Lichtmodulatoranordnung 2 zum Einschalten und Ausschalten der Teilstrahlenbündel 11, 12, 13 in Verbindung steht. and the control unit 9 connected to the evaluation unit 36 is connected at least to light modulators 17, 18, 19 of the light modulator arrangement 2 for switching on and off the partial beams 11, 12, 13.
Als Lichtquelle kann beispielsweise ein cw-Laser eingesetzt sein, mit dem und mittels Lichtmodulatoren (AOM, EO , Chopper etc.) die zwei Basis- Interferenzstreifensysteme IS1 , IS2 und das Kipp-Interferenzstreifensystem IS3 in Zeitmultiplexbetrieb erzeugbar sind. As a light source, for example, a cw laser can be used, with which and by means of light modulators (AOM, EO, choppers, etc.), the two base interference fringes IS1, IS2 and the tilt interference fringe system IS3 are generated in time-division multiplex mode.
Als Lichtquelle 3 kann aber auch ein Putslaser eingesetzt sein, mit dem und mit- tels faseroptischer Verzögerungen die zwei Basis-Interferenzstreifensysteme IS1 , IS2 und das Kipp-Interferenzstreifensystem IS3 im Zeitmultiplexbetrieb erzeugbar sind. However, the light source 3 can also be a Putslaser be used, with and by means of fiber optic delays, the two base interference fringes IS1, IS2 and the tilt interference fringe system IS3 are generated in time-division multiplex mode.
Beim Welienlängenmultiplexverfahren können getrennte Lichtquellen mit unter- schiedlrcher Wellenlänge λι, λ2, Λ3 für die Erzeugung der beiden Basis- Interferenzstreifensysteme λι, IS1; Kz, IS2 und des Kipp-Interferenzstreifensys- tems λ3, IS3 eingesetzt sein. Beim Frequenzmultiplexverfahren kann als Lichtquefle 3 ein cw-Laser eingesetzt sein und die Trennung der Interferenzstreifensysteme kann mittels akusto- optischer Modulatoren (AOM) durch Trägerfrequenzen im Frequenzbereich erreicht wird. When Welienlängenmultiplexverfahren separate light sources with different wavelength λι, λ 2 , Λ 3 for the generation of the two base interference fringes λι, IS1; Kz, IS2 and the tilt interference fringe system λ 3 , IS3 be used. In frequency division multiplexing, a cw laser can be used as the light source 3 and the separation of the interference fringe systems can be achieved by means of acousto-optic modulators (AOM) by carrier frequencies in the frequency domain.
Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Phasen-Frequenz-Geschwindig- keits-Fefcisensors 10 wird nachfolgend anhand der Fig. 10 näher erläutert: The mode of operation of the phase-frequency-velocity-sensor 10 according to the invention will be explained in more detail below with reference to FIG.
Das Strahlenbündel 7 eines Lasers 3 wird mittels mehrerer Strahlteiler 81, 82, 83 in drei Teilstrahlenbündel 11, 12, 13 mit näherungsweise ähnlicher Leistung auf- geteilt. Die drei Teilstrahlenbündel 11, 12, 3 werden in einmodige Lichtwellenleiter (z.B. Glasfasern) 17, 18, 19 eingekoppelt, wobei sie zuvor jeweils einen Lichtmodulator 14, 15, 16 der Lichtmodulatoranordnung 2 passieren. Die drei Lichtmodulatoren 14, 15, 16 werden abwechselnd, vorzugsweise von einer Steuereinheit 9, geschaltet, so dass zu einem festen Zeitpunkt nur ein einziges Teil- strahienbündel in seinen zugeordneten Lichtwellenleiter eingekoppelt wird. Die beiden anderen Teilstrahlen werden zu diesem Zeitpunkt durch ihren Lichtmodulator geblockt. Damit böäet sich zu jeweils einem Zeitschrift nur ein Interferenz- streifensystem im Messvolumen 1 des Sensors 10 aus. Durch eine Synchronisation des Schaltens der drei Teilstrahlenbündel 11 , 12, 13 mit der Abtastung der detektierten Burstsignale können somit die zwei Basis-Interferenzstreifensysteme IS1, IS2 und das verkippte Kipp- Interferenzstreffen System IS3 durch ein Zeitmul- tiplex physikalisch getrennt werden. The beam 7 of a laser 3 is divided by means of a plurality of beam splitters 81, 82, 83 into three partial beams 11, 12, 13 with approximately similar power. The three partial beams 11, 12, 3 are coupled into single-mode optical waveguides (for example glass fibers) 17, 18, 19, wherein they pass in each case beforehand a light modulator 14, 15, 16 of the light modulator arrangement 2. The three light modulators 14, 15, 16 are switched alternately, preferably by a control unit 9, so that only a single partial beam is coupled into its assigned optical waveguide at a fixed point in time. The other two partial beams are blocked at this time by their light modulator. Thus, only one interference strip system in the measurement volume 1 of the sensor 10 would expire for each journal. By synchronizing the switching of the three partial beams 11, 12, 13 with the sampling of the detected burst signals, the two basic interference stripe systems IS1, IS2 and the tilted tilt interference system IS3 can thus be physically separated by a time multiplex.
Zur Erzeugung der Interferenzstreifensysteme der drei Pfade 20, 21, 22 werden die aus den Fasern 14, 15, 16 austretenden Strahienbündel zunächst mit einer Optikeinheit 4 kollimiert. Zur Erzeugung der ersten beiden Basis-Interferenzstreffensysteme IS1 über den ersten Pfad 20 und 1S2 über den zweiten Pfad 21 für eine axiale Positionsbestimmung (entlang der optischen z-Achse des Profilsensors) werden beide Pfade 20, 21, z.B. mit Hilfe eines Strahlteilerwürfels 23, koliinear überlagert und auf ein erstes strahlteilendes Element 24 in Form eines Transmissions-Beugungsgitters gelenkt, welches zur StrahiteHung in die Strahlenbündel 25, 26 dient. Die +1. Beugungsordnung und -1. Beugungsordnung werden mit dem Kepler-Teleskop 27 paralielisiert und wieder zur Überschneidung gebracht, wobei andere Beugungsordnungen ausgeblendet werden. Im Über- schneidungsbereich, dem Messvolumen 1, der Strahlenbündel 25, 26 bilden sich dann die überlagerten Basis-Interferenzstreifensysteme IS1 und IS2 aus. Die Ausbildung der Fächerform der Basis-Interferenzstreifensysteme wird durch eine individuelle Justage der Strahftailten, z.B. durch Justage der Kolfimationsoptiken hinter den Fasern, in den einzelnen Pfaden 20 und 21 erreicht. I.A. werden die Strahltaillen derart justiert, dass entlang der optischen Achse 28 ein konvergierendes erstes Basis-Interferenzstreifensystem IS1 und ein divergierendes zweites Basis-Interferenzstreifensystem IS2 entstehen. To generate the interference fringe systems of the three paths 20, 21, 22, the beam bundles emerging from the fibers 14, 15, 16 are first collimated with an optical unit 4. To generate the first two base interference meeting systems IS1 via the first path 20 and 1S2 via the second path 21 for an axial position determination (along the optical z-axis of the profile sensor), both paths 20, 21, for example by means of a beam splitter cube 23, koliinear superimposed and directed to a first beam-splitting element 24 in the form of a transmission diffraction grating, which serves to StrahiteHung in the radiation beam 25, 26. The +1. Diffraction order and -1. Diffraction order are paralielisiert with the Kepler telescope 27 and brought to overlap, with other diffraction orders are hidden. In the overview cutting area, the measurement volume 1, the beam 25, 26 then form the superimposed base interference fringes IS1 and IS2. The formation of the fan shape of the base interference fringe systems is achieved by an individual adjustment of the beam tailings, for example by adjusting the Kolfimationsoptiken behind the fibers in the individual paths 20 and 21. IA, the beam waists are adjusted such that along the optical axis 28, a converging first base interference fringe system IS1 and a diverging second base fringe system IS2 are formed.
Zur lateralen Positionsbestimmung (Ortskoordinate y) wird zur Erzeugung des Kipp-Interferenzstreifensystems IS3 das kollimierte Teilstrahlbündei 13 auf ein zweites strahlteilendes Element 29, z.B. ein Transmissions-Beugungsgitter gelenkt, welches wiederum zur Strahlteilung dient. Die +1. Beugungsordnung und - 1. Beugungsordnung werden parallelisiert und, z.B. mittels eines Strahltetlerwürfels 32, den Strahlenbündeln 25, 26 der ersten beiden Pfade 20, 21 innerhalb des Kepler-Teleskops 27 überlagert. Die Justage der Strahltaillenposition für den dritten Pfad 22 muss sich hierbei i.A. an einem der ersten beiden Basis- Interferenzstreifensysteme IS1 und IS2 orientieren. Mit der Annahme, dass das Kipp-Interferenzstreifensystem IS3 sich am ersten Basis-Interferenzstrerfensys- tem IS1 orientiert, muss die Strahltaillenposition derart justiert werden, dass ebenfalls ein konvergierendes Kipp-Interferenzstreifensystem entsteht. Im idealen Fall gilt: d3(z) = di(z) für die Streifenabstände. Die Phasenabhängigkeit in lateraler Richtung und somit die entsprechende Empfindlichkeit des Sensors 10 für die Ortskoordinate y, kann in diesem Ausführungsbeispiel durch eine leichte Verkippung beider strahlteilenden Elemente 24,29 zueinander erreicht werden. Auf- grund dessen können das erste Basis-fnterferenzstreifensystem IS1 sowie das Kipp-Interferenzstreifensystem IS3 unter einem Kippwinkel σ axial zueinander verkippt sein.  For the lateral position determination (spatial coordinate y), the collimated partial beam bundle 13 is applied to a second beam-dividing element 29, for example to generate the tilting interference fringe system IS3. a transmission diffraction grating directed, which in turn serves for beam splitting. The +1. Diffraction order and 1st diffraction order are parallelized and, e.g. by means of a Strahltetlerwürfels 32, the beams 25, 26 of the first two paths 20, 21 superimposed within the Kepler telescope 27. The adjustment of the beam waist position for the third path 22 must be i.A. on one of the first two base interference fringes IS1 and IS2. Assuming that the tilting interference fringe system IS3 is oriented on the first basic interference fringe system IS1, the beam waist position must be adjusted such that a converging tilt interference fringe system also arises. In the ideal case: d3 (z) = di (z) for the stripe spacings. The phase dependence in the lateral direction and thus the corresponding sensitivity of the sensor 10 for the location coordinate y, can be achieved in this embodiment by a slight tilting of both beam-splitting elements 24,29 to each other. As a result, the first base-interference-fringe system IS1 and the tilt-interference fringe system IS3 can be tilted axially with respect to one another at a tilt angle σ.
Das Messvolumen 1 wird auf eine Strömung 33 gerichtet. The measuring volume 1 is directed to a flow 33.
Durchquert nun ein in der Strömung 33 enthaltendes Streuobjekt 34 das Messvolumen 1, dann streut es Licht aller drei Interferenzstreifensysteme: der Basis- fnterferenzstreifensysteme IS1, IS2 und des verkippten Kipp-mterferenzstreifen- Systems IS3, wobei das Streuficht 8 durch eine Detektionsoptik 5 auf einen Detektor (z.B. eine PIN-Photodiode) 6 fokussiert wird. Die Position der Detektionsoptik 5 ist hierbei, je nach optischer Zugänglichkeit, frei wählbar. In Abhängigkeit der Geschwindigkeit sowie der Position des Streuobjektes 34 im Messvolumen 1 werden drei charakteristische Burstsignale detektiert. If a scattering object 34 contained in the flow 33 now traverses the measuring volume 1, it scatters light from all three interference fringe systems: the basic interference fringing systems IS1, IS2 and the tilted tilting fringe filter. Systems IS3, wherein the scattering light 8 is focused by a detection optics 5 on a detector (eg, a PIN photodiode) 6. The position of the detection optics 5 is here, depending on the optical accessibility, freely selectable. Depending on the speed and the position of the scattering object 34 in the measurement volume 1, three characteristic burst signals are detected.
Für die Basis-Interferenzstreifensysteme IS1 und IS2 gilt dabei, dass zwei Burstsignale mit den Dopplerfrequenzen fi und fz erzeugt werden. Nach dem Prinzip des Laser-Doppter-Geschwindigkeitsprofüsensors ergibt sich dann aus dem Quotienten beider Dopplerfrequenzen fi und fz sowie aus einer Kalibrierfunktion q(z) die axiale Position z, wie in Fig. 5 und in Fig. 6 gezeigt ist. Für die in Fig. 11a gezeigten Interferenzstreifensysteme - Basis-Interferenzstreifensystem IS1 und dem verkippten Kipp-tnterferenzstreifensystem IS3 - gilt, dass die durch das Streuobjekt 34 erzeugten Burstsignale 37, 38, wie in Fig. 11b gezeigt ist, i.A. gleiche Dopplerfrequenzen (fi = fi) besitzen. Aufgrund der Verkippung der Beugungsgitter 24 und 29 und der dadurch erzeugten axialen Verkippung zwischen dem Basis-Interferenzstreifensystem IS1 und dem Kipp-Interferenzstreifenssys- tem IS3 zueinander, weisen deren beide Burstsignale 37, 38 in Abhängigkeit der Position y aber eine Phasendifferenz Δφ auf, wie sie in Fig.11b gezeigt ist. Der Phasenveriauf entlang der lateralen Ortskoordinate y kann gemäß der Gleichung VI: For the base interference fringe systems IS1 and IS2, it applies that two burst signals are generated with the Doppler frequencies fi and fz. According to the principle of the laser Doppter velocity velocity sensor, the quotient of both Doppler frequencies f1 and fz and of a calibration function q (z) results in the axial position z, as shown in FIG. 5 and in FIG. For the interference fringes system shown in Fig. 11a - basic fringe system IS1 and the tilted fringe interference fringe system IS3 - it holds that the burst signals 37, 38 generated by the scattering object 34, as shown in Fig. 11b, i.A. have the same Doppler frequencies (fi = fi). Due to the tilting of the diffraction gratings 24 and 29 and the resulting axial tilting between the base interference fringe system IS1 and the tilt interference fringe system IS3, their two burst signals 37, 38 have a phase difference Δφ as a function of the position y in Fig.11b is shown. The phase distribution along the lateral location coordinate y can be calculated according to equation VI:
A<p(y) = s - y + <pQ (VI) als näherungsweise linear angenommen werden. Hierbei bezeichnet <p0 die absolute Phasenverschiebung an der Position y = 0 und der Faktor s = 2rr tan α/d den Phasenanstieg entlang der y-Achse bei einem Kippwinkel α Somit kann mit Kenntnis des Phasenverlaufs, z.B. durch eine zuvor durchgeführte phasenbezogene Kalibrierung, die laterale Position y des Streuobjektes 34 aus der Phasen- Verschiebung der Streutichtsignale des ersten Basrs-lnterferenzstreifensystem IS1 und des dritten Kipp-Interferenzstreifensystem IS3 bestimmt werden. Indem die Phasendifferenz Δφ über die gesamte laterale essvofumenbreite nur zwi- sehen -π und π variiert, wird eine Eindeutigkeit der Position y im Messvolumen 1 gewährleistet. A <p (y) = s - y + <p Q (VI) is assumed to be approximately linear. Here, <p 0 denotes the absolute phase shift at the position y = 0 and the factor s = 2rr tan α / d the phase increase along the y-axis at a tilt angle α Thus, with knowledge of the phase curve, for example by a previously performed phase-related calibration, the lateral position y of the scattering object 34 can be determined from the phase shift of the scattering light signals of the first Basrs interference fringing system IS1 and the third tilting fringe system IS3. Since the phase difference Δφ over the entire lateral width of the essufofum only varies between see -π and π varies, a uniqueness of the position y in the measuring volume 1 is ensured.
Bezugszeichentiste Bezugszeichentiste
1 Messvolumen  1 measuring volume
2 Lichtmodulatoranordnung  2 light modulator arrangement
3 Laserquelle des Sensors  3 laser source of the sensor
4 optischer Aufbau des Sensors/Opttkeinheit 4 optical design of the sensor / optics unit
5 Detektoroptik für das Streulicht  5 Detector optics for the scattered light
6 Detektor  6 detector
7 Strahlenbündel  7 beams
8 Streulicht  8 stray light
9 Steuereinheit 9 control unit
10 erfindungsgemäßer Phasen-Frequenz-Geschwindigkeits-Feldsensor 10 inventive phase-frequency-velocity field sensor
11 erstes Teilstrahlenbündel 11 first partial beam
12 zweites Teilstrahlenbündel  12 second partial beam
13 drittes Teilstrahfenbündei  13 third Teilstrahfenbündei
14 erste ein modige GlasfaserFirst a modige fiberglass
5 zweite einmodige Glasfaser  5 second single-mode fiberglass
16 dritte einmodige Glasfaser  16 third single-mode fiberglass
17 erster Lichtmodulator  17 first light modulator
18 zweiter Lichtmodulator  18 second light modulator
19 dritter Lichtmodulator 19 third light modulator
20 erster Pfad  20 first path
21 zweiter Pfad  21 second path
22 dritter Pfad  22 third path
23 Strahlteiler  23 beam splitters
24 erstes strahlteilendes Element 24 first beam-splitting element
25 Strahfenbündel  25 bundles of beams
26 Strahlenbündel  26 beams
27 Kepler-Teleskop  27 Kepler telescope
28 optische Achse  28 optical axis
29 zweites strahlteilendes Element 29 second beam-splitting element
30 erstes Strahlenbündel  30 first beam
31 zweites Strahlenbündel  31 second beam
32 Strahlteiler 33 Strömung 32 beam splitters 33 flow
34 Streuobjekt  34 scattered object
35 Kippvorrichtung  35 tilting device
36 Auswerteeinheit  36 evaluation unit
37 Burstsignal eines Basis-Interferenzstreifensystems 37 Burst signal of a base interference fringe system
38 Burstsignal des Kipp-Interferenzstreifensysiems α Kippwinkel 38 burst signal of the tilt interference fringe system α tilt angle
1S1 erstes Basis-Interferenzstreifensystem  1S1 first base interference fringe system
IS2 zweites Basis-Interferenzstreifensystem IS2 second base interference fringe system
IS3 Kipp-Interferenzstreifensystem  IS3 tilting interference fringe system
Δφ Phasendifferenz  Δφ phase difference
fi Doppierfrequenz fi Doppierfrequenz
f2 Dopplerfrequenz f 2 Doppler frequency
f3 Dopplerfrequenz f3 Doppler frequency
di Streifenabstand des ersten Basis-Interferenzstreifensystems d Streifenabstand des zweiten Basis-Interferenzstreifensystems d3 Streifenabstand des Kipp-Interferenzstreifensystems di fringe spacing of the first base fringe system d fringe spacing of the second base fringe system d3 fringe pitch of the tilt interference fringe system

Claims

Patentansprüche claims
1, Verfahren zur Bestimmung von Geschwindigkeiten in Strömungen (33) nach dem Prinzip eines Laser-Doppier-Geschwindigkeitsprofilsensors mit zumin- dest zwei zugeordneten Basis-Interferenzstreifensystemen (IS1, IS2),1, method for determining velocities in flows (33) according to the principle of a laser-duplex velocity profile sensor with at least two associated base interference fringe systems (IS1, IS2),
• die in einem gemeinsamen Messvolumen (1) überlagert werden, wobei• which are superimposed in a common measurement volume (1), wherein
• die Basis-Interferenzstreifensysteme (IS1 , IS2) physikalisch unterscheidbar sind, The base interference fringe systems (IS1, IS2) are physically distinguishable,
• das Streuficht (8) der Streuobjekte (34), die das Messvolumen (1) durchque- ren, auf eine Detektionseinheit (6) abgebildet wird,  The scattering light (8) of the scattering objects (34) passing through the measurement volume (1) is imaged onto a detection unit (6),
• wobei aus den Basis-Interferenzstreifensystemen (IS1 , IS2) die axiale Position (z ) des Streuobjektes (34) aus dem Verhältnis fi/f2 der gemessenen Dopplerfrequenzen (fi, f^) und einer Kalibrierfunktion (q(z), die aus dem Quotienten der Streifenabstandsfunktionen (d2(z)/di(z)) gebildet wird, be- stimmt wird, wobei From the base interference fringe systems (IS1, IS2), the axial position (z) of the scattering object (34) from the ratio fi / f 2 of the measured Doppler frequencies (fi, f ^) and a calibration function (q (z), the is determined from the quotient of the stripe distance functions (d 2 (z) / di (z)), where
• die Geschwindigkeit (vx) des Streuobjektes (34) aus den für die ermittelte axiale Position (z) gültigen Streifenabständen (d2(z)/di(z)) sowie den gemessenen Dopplerfrequenzen (fif 12) bestimmt wird, The velocity (vx) of the scattering object (34) is determined from the strip spacings (d2 (z) / di (z)) valid for the determined axial position (z) and the measured Doppler frequencies ( fif 1 2 ),
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass  that
• mindestens ein Kipp-Interferenzstreifensystem (IS3) ausgebildet wird, das mit den Basis-Interferenzstreifensystemen (IS1, IS2) in dem gemeinsamen Messvolumen (1) überlagert wird, wobei  • at least one tilt interference fringe system (IS3) is formed, which is superimposed with the base interference fringe systems (IS1, IS2) in the common measuring volume (1), wherein
• das Kipp-Interferenzstreifensystem (IS3) zu einem der Basis-Interferenz- Streifensysteme (IS1, IS2) axial um einen Kippwinkel (a) verkippt ist und die beide den gleichen Streifenabstandsverlauf (di(z), d3(z); d2(z), cb(z)) aufweisen, und  The tilting fringe system (IS3) is tilted axially to one of the base interference fringe systems (IS1, IS2) by a tilt angle (a) and both have the same fringe spacing (di (z), d3 (z); d2 (e.g. ), cb (z)), and
• das Kipp-Interferenzstreifensystem (IS3) von den Basis-Interferenzstreifensystemen (IS1, IS2) physikalisch unterscheidbar ist und  The tilting interference fringe system (IS3) is physically distinguishable from the base interference fringe systems (IS1, IS2) and
· mindestens eines der Irrterferenzstrerfensysteme (IS1, IS2, IS3) fächerförmig ist,  · At least one of the erroneous interference wave systems (IS1, IS2, IS3) is fan-shaped,
* die laterale Position (y) des Streuobjektes (34) bestimmt wird, indem aus einem der Basis-Interferenzstreifensysteme (IS1, IS2) und dem dazu ver- kippten Kipp-Interferenzstreifensystem (IS3) die Phasendifferenz (Δφ) der gemessenen elektrischen Burstsignale (37, 38) in Abhängigkeit vom Kippwinkel (a) und einer phasenbezogenen Kalibrierfunktion bestimmt wird, wobei * the lateral position (y) of the scattering object (34) is determined by using one of the basic interference fringe systems (IS1, IS2) and the tilted interference fringe system (IS3), the phase difference (Δφ) of the measured electrical burst signals (37, 38) is determined as a function of the tilt angle (a) and a phase-related calibration function
· eine Signafauswertung durchgeführt wird, bei der konkret eine zeitaufgelöste Bestimmung der Dopplerfrequenzen (fi, ty sowie der Phasendifferenz (Δφ), die axiale Geschwindigkeitskomponente (vz) sowie die laterale Geschwindigkeitskomponente (vy) bestimmt werden, und  · A signal evaluation is carried out, in which a time-resolved determination of the Doppler frequencies (fi, ty and the phase difference (Δφ), the axial velocity component (vz) and the lateral velocity component (vy) are determined, and
• indem die Phasendifferenz (Δφ) nur von 0 bis π variiert, gleichzeitig eine Richtungssinnerkennung der Bewegungsrichtung des Streuobjektes (34) erreicht wird, wobei für eine Phasendifferenz (Δφ) entlang der lateralen Ortskoordinate (y) gemäß der Gleichung vi:  In that the phase difference (Δφ) varies only from 0 to π, at the same time a directional internal detection of the direction of movement of the scattering object (34) is achieved, wherein for a phase difference (Δφ) along the lateral location coordinate (y) according to the equation vi:
Ä0>( ) = s - y + φ0 (VI) Ä0> () = s - y + φ 0 (VI)
gilt, wobei <p0 die absolute Phasenverschiebung an der Position y = 0 und der Faktor s = 2rr tan α /d den Phasenanstieg in Abhängigkeit vom Kippwinkel α entlang der y-Achse darsteilen. , where <p 0 is the absolute phase shift at the position y = 0 and the factor s = 2rr tan α / d the phase rise as a function of the tilt angle α along the y-axis.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , 2. The method according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass für die physikalische Unterscheidbarkeit die bekannten Multiplexverfah- ren (Zeitmurtipfex-, Frequenzmuftiplex-, Welteniängenmultiplexverfahren) eingesetzt werden.  the known multiplexing methods (time-muxing, frequency-division-multiplexing, world-long-range multiplexing) are used for physical distinctness.
3. Verfahren nach Anspruch 2, 3. The method according to claim 2,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass beim Wellenlängenmu tiplexverfahren getrennte Lichtquellen mit unterschiedlicher Wellenlänge (λι, λ2, A3) für die Erzeugung der beiden Basis- Interferenzstreifensysteme ((λι, IS1 ; λ2, IS2) und des Kipp-Interferenzstrerfen- systems (λ3, IS3) eingesetzt werden. in wavelength multiplexing, separate light sources having different wavelengths (λ 1, λ 2 , A 3 ) are used for generating the two basic interference fringe systems (λ 1 , IS 1, λ 2 , IS 2 ) and the tilt interference interference system (λ 3 , IS 3 ) be used.
4. Phasen-Frequenz-Geschwindigkeits-Feldsensor (10) nach dem Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3 unter Einsatz des Prinzip eines Laser-Doppler- Geschwindigkeitsprofilsensors mit zumindest zwei zugeordneten Basis- Interferenzstreifensystemen (IS1, IS2), 4. phase-frequency-velocity field sensor (10) according to the method of claims 1 to 3 using the principle of a laser Doppler Velocity profile sensor having at least two associated base interference fringe systems (IS1, IS2),
• die in einem gemeinsamen Messvolumen (1) überlagert werden, wobei • which are superimposed in a common measurement volume (1), wherein
• die Basis-Interferenzstreifensysteme (IS1, IS2) physikalisch unterscheidbar sind, The base interference fringe systems (IS1, IS2) are physically distinguishable,
• das Streulicht (8) der Streuobjekte (34), die das Messvolumen (1) durchqueren, auf eine Detektionseinheit (6) abgebildet wird,  The scattered light (8) of the scattering objects (34) traversing the measurement volume (1) is imaged onto a detection unit (6),
• wobei aus den Basis-Interferenzstreifensystemen (IS1 , IS2) die axiale Position (z ) des Streuobjektes (34) aus dem Verhältnis f f2 der gemessenen beiden Dopplerfrequenzen (fi, f ) und einer Kalibrierfunktion (q(z), die aus dem Quotienten der Streifenabstandsfunktionen
Figure imgf000043_0001
gebildet wird, bestimmt wird, wobei Where from the basic interference fringe systems (IS1, IS2) the axial position (z) of the scattering object (34) from the ratio ff 2 of the measured two Doppler frequencies (fi, f) and a calibration function (q (z), from the quotient the stripe distance functions
Figure imgf000043_0001
is formed, is determined, where
• die Geschwindigkeit (vx) des Streuobjektes (34) aus den für die ermittelte axiale Position (z) gültigen Streifenabständen (d2(z)/di(z)) sowie den ge- messenen Dopplerfrequenzen (f1f f2) bestimmt wird, The velocity (vx) of the scattering object (34) is determined from the strip spacings (d2 (z) / di (z)) valid for the determined axial position (z) and the measured Doppler frequencies (f 1f f 2 ),
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass  that
• mindestens ein Kipp-Interferenzstreifensystem (IS3) ausgebildet wird, das mit den Basis-Interferenzstreifensystemen (IS1, IS2) in dem gemeinsamen Messvofumen (1) überlagert wird, wobei  • at least one tilt interference fringe system (IS3) is formed, which is superimposed with the base interference fringe systems (IS1, IS2) in the common measuring vofumen (1), wherein
• das Kipp-Interferenzstreifensystem (IS3) zu einem der Basis-Interferenzstreifensysteme (IS1, 1S2) axial um einen Kippwinkel (a) verkippt ist und die beide den gleichen Streifenabstandsverlauf (di(z), d3(z); d2(z), d3(z)) aufweisen, und The tilting interference fringe system (IS3) is tilted axially to one of the base fringe systems (IS1, 1S2) by a tilt angle (a) and both have the same fringe spacing (di (z), d 3 (z); d2 (z) , d3 (z)), and
· das Kipp-Interferenzstreifensystem (IS3) von den Basis-Interferenzstreifensystemen (IS1 , IS2) physikalisch unterscheidbar ist und The tilting interference fringe system (IS3) is physically distinguishable from the base interference fringe systems (IS1, IS2) and
• mindestens eines der Interferenzstreifensysteme {IS1, IS2, IS3) fächerförmig ist,  At least one of the interference fringe systems {IS1, IS2, IS3) is fan-shaped,
♦ die laterale Position (y) des Streuobjektes (34) bestimmt wird, indem aus einem der Basis-Interferenzstreifensysteme (IS1 , IS2) und dem dazu verkippten Kipp-Interferenzstreifensystem (IS3) die Phasendifferenz (Δφ) der gemessenen elektrischen Burstsignale in Abhängigkeit vom Kippwinkel (a) und einer phasenbezogenen Kalibrierfunktion bestimmt wird, wobei ♦ the lateral position (y) of the scattering object (34) is determined by the phase difference (Δφ) of the measured electrical burst signals as a function of the tilt angle from one of the base interference fringe systems (IS1, IS2) and the tilting fringe system (IS3) tilted thereto (a) and a phase-related calibration function is determined, in which
• eine Signalauswertung durchgeführt wird, bei der konkret eine zeitaufgelöste Bestimmung der Dopplerfrequenzen (fi, f2) sowie der Phasendifferenz (Δφ), die axiale Geschwindigkeitskomponente (v?) sowie die laterale Ge- schwindigkeitskomponente (vy) bestimmt werden, und • a signal evaluation is carried out, in which a time-resolved determination of the Doppler frequencies (fi, f 2 ) and the phase difference (Δφ), the axial velocity component (v?) And the lateral velocity component (v y ) are determined, and
• indem die Phasendifferenz (Δφ) nur von 0 bis ττ variiert, gleichzeitig eine Richtungssinnerkennung der Bewegungsrichtung des Streuobjektes {34} erreicht wird, wobei für eine Phasendifferenz (Δφ) entlang der lateralen Ortskoordinate (y) gemäß der Gleichung VI:  In that the phase difference (Δφ) varies only from 0 to ττ, at the same time a directional internal detection of the direction of movement of the scattering object {34} is achieved, wherein for a phase difference (Δφ) along the lateral location coordinate (y) according to equation VI:
A<p(y) = s - y + tp0 (VI) A <p (y) = s - y + tp 0 (VI)
gilt, wobei q>o die absolute Phasenverschiebung an der Position y = 0 und der Faktor s = 2ττ tan et fd den Phasenanstieg in Abhängigkeit vom Kippwinkel o entlang der y-Achse darstellen.  where q> o represents the absolute phase shift at the position y = 0 and the factor s = 2ττ tan et fd represents the phase increase as a function of the tilt angle o along the y-axis.
5. Phasen-Frequenz-Geschwindigkeits-Feidsensor (10) für das Zeitmultiplexver- fahren, bestehend aus dem Aufbau eines bekannten Laser-Doppler- Geschwindigkeitsprofilsensor mit 5. Phase-frequency-velocity-Feidsensor (10) for the time division multiplex method, consisting of the structure of a known laser Doppler velocity profile sensor with
- mindestens einer Lichtquelle (3),  at least one light source (3),
- einer Lichtmodulatoranordnung (2),  a light modulator arrangement (2),
- zwei faseroptischen Pfaden (20, 21),  two fiber optic paths (20, 21),
- einer Optikeinheit (4) zur Erzeugung von zwei Basis-Interferenzstreifensystemen (IS1, IS2) in einem Wiessvolumen (1) einer Strömung (33) mittels eines strahlteiienden Elements (24) zur Erzeugung von zwei Strahlenbündeln (25, 26), die zur Ausbildung der zwei Basis-Interferenzstreifensysteme (IS1, IS2) überlagert werden,  - An optical unit (4) for generating two base interference fringe systems (IS1, IS2) in a Wiessvolumen (1) a flow (33) by means of a strahlteiienden element (24) for generating two beams (25, 26), for training the two base interference fringe systems (IS1, IS2) are superimposed,
- eine Abbildungseinheit für Streulicht (8) eines im Messvolumen (1) der  an imaging unit for scattered light (8) of a measuring volume (1) of
Strömung (33) befindlichen Streuobjektes (34),  Flow (33) located scattering object (34),
- eine Detektionseinheit (6) zur Aufnahme des Streulichts (8),  a detection unit (6) for receiving the scattered light (8),
nach Anspruch 4,  according to claim 4,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass zwei Lichtquellen oder zwei Pfade (20, 21) gemäß dem Profilsensorauf- bau vorgesehen sind, wobei eines der Basis-Interferenzstreifensysteme (IS1 , IS2) zu einem festen Zeitpunkt im Zeitmuitiplexbetrieb zu einem Kipp- Interferenzstreifensystem (IS3) ausgebildet wird und zu zumindest einem der beiden Basis-Interferenzstreifensysteme (IS1, IS2) um einen Kippwinkef (a) verkippt wird, indem z.B. das strahlteilende Element (24) zur Strahlteilung verkippbar ausgebildet ist. two light sources or two paths (20, 21) are provided in accordance with the profile sensor configuration, one of the base interference fringe systems (IS1, IS2) being tilted at a fixed time in the time-division multiplex mode. Interference strip system (IS3) is formed and to at least one of the two base interference fringes (IS1, IS2) by a Kippwinkef (a) is tilted by, for example, the beam splitting element (24) is designed to tilt the beam splitting.
6. Phasen-Frequenz-Geschwindigkeits-Feldsensor (10) für das Zeitmultiplexver- fahren nach Anspruch 5, 6. A time-division multiplexing phase-velocity-velocity field sensor (10) according to claim 5,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass zumindest ein dritter Pfad (22) aus der Lichtmodulatoranordnung (2) ge- führt ist, dem ein strahlteilendes zweites Gitter (29) zur Ausbildung von zwei Strahlenbündeln (30, 31) nachgeordnet ist, die zu einem Kipp-Interferenz- streifensystem (IS3) im Messvolumen (1) überlagert werden,  in that at least one third path (22) is guided out of the light modulator arrangement (2), to which a beam-splitting second grating (29) for forming two radiation beams (30, 31) is arranged, which leads to a tilt interference fringe system (IS3 ) are superimposed in the measuring volume (1),
dass eine Kippvorrichtung (35) vorhanden ist, die mit mindestens einem der Gitter (24, 29) zum Kippen eines Gitters (24, 29) gegenüber dem anderen Git- ter (29,24) unter einem Kippwinkel (a) verbunden ist und die mit einer Auswerteeinheit (36) und je nach Bedarf angeschlossenen Steuereinheit in Verbindung steht, wobei durch das Kippen der Gitter (24, 29) um den Kippwinkel (α) zueinander eine Phasendifferenz (Δφ) zwischen den elektrischen Burstsignaien eines der Basis-Interferenzstreifensysteme (IS1; IS2) und des gekippten Kipp-Interferenzstretfensystems (IS3) entsteht,  in that there is a tilting device (35) which is connected to at least one of the grids (24, 29) for tilting one grille (24, 29) relative to the other grating (29, 24) at a tilt angle (a) and the with an evaluation unit (36) and connected as needed control unit is connected, wherein by tilting the grids (24, 29) by the tilt angle (α) to each other a phase difference (Δφ) between the electrical burstsigna one of the base interference fringes (IS1 IS2) and the tilted tilt interference system (IS3),
wobei in der Auswerteeinheit (36)  wherein in the evaluation unit (36)
• eine Signalauswertung durchgeführt wird, bei der konkret aus einer zeitaufgelösten Bestimmung der Dopplerfrequenzen (fi, f2) sowie der Phasendifferenz (Δφ), die axiale Geschwindigkeitskomponente (vz) sowie die laterale Geschwindigkeitskomponente (vy) bestimmt werden, und • a signal evaluation is carried out, in which specifically determined from a time-resolved determination of the Doppler frequencies (fi, f 2 ) and the phase difference (Δφ), the axial velocity component (vz) and the lateral velocity component (v y ), and
• indem die Phasendifferenz (Δφ) nur von 0 bis π variiert wird, gleichzeitig eine Richtungssinnerkennung der Bewegungsrichtung des Streuobjektes (34) erreicht wird.  • By the phase difference (Δφ) is varied only from 0 to π, at the same time a directional detection of the direction of movement of the scattering object (34) is achieved.
und die mit der Auswerteetnheit (36) verbundene Steuereinheit (9) zumindest mit den Lichtmodulatoren (17, 18, 19) zum Einschalten und Ausschalten der Teilstrahlenbündel (11, 12, 13) in Verbindung steht. and the control unit (9) connected to the evaluation unit (36) is in communication with at least the light modulators (17, 18, 19) for switching on and off the partial beams (11, 12, 13).
7. Phasen-Frequenz-Geschwindigkeits-Feldsensor nach den Ansprüchen 4 bis7. phase-frequency-velocity field sensor according to claims 4 to
6, 6
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass als Lichtquelle ein cw-Laser eingesetzt ist, mit dem und mittels Lichtmo- dulatoren (AO , EOM, Chopper etc.) die Basis-Interferenzstreifensysteme (IS1 , 1 S2) und das Kipp-Interferenzstreifensystem (IS3) in Zeitmultiplexbetrieb erzeugbar sind.  in that a cw laser is used as the light source, with which and by means of light modulators (AO, EOM, choppers, etc.) the base interference fringe systems (IS1, 1 S2) and the tilt interference fringe system (IS3) can be generated in time division multiplex mode.
8. Phasen-Frequenz-Geschwindigkeits-Feldsensor nach einem der vorherge- henden Ansprüche 4 bis 6, 8. Phase-frequency-velocity field sensor according to one of the preceding claims 4 to 6,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass als Lichtquelle (3) ein Pulslaser eingesetzt ist, mit dem und mittels faseroptischer Verzögerungen die Sasis-Interferenzstreifensysteme (IS1, IS2) und das Kjpp-Interferenzstreifensystem (IS3) im Zeitmultiplexbetrieb erzeugbar sind.  in that a pulsed laser is used as the light source (3), with which the Sasis interference fringe systems (IS1, IS2) and the Kjpp interference fringe system (IS3) can be generated in time-division multiplex mode by means of fiber-optical delays.
9. Phasen-Frequenz-Geschwindigkeits-Feldsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 6, Phase-frequency-velocity-field sensor according to one of the preceding claims 4 to 6,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass im Vergleich zum Zeitmultiplexverfahren zur Realisierung des Frequenzmultiplexverfahrens als Lichtquelle (3) ein cw-Laser eingesetzt ist und die Trennung der Interferenzstreifensysteme (IS1, IS2, IS3) mittels akusto- optischer Modulatoren (AOM) durch Trägerfrequenzen im Frequenzbereich erreicht wird.  a cw laser is used as the light source (3) in comparison with the time division multiplex method for realizing the frequency division multiplex method, and the separation of the interference fringe systems (IS1, IS2, IS3) by means of acousto-optic modulators (AOM) is achieved by carrier frequencies in the frequency range.
10. Phasen-Frequenz-Geschwindigkeits-Feldsensor nach einem der Ansprüche 4 bis 6, 10. phase-frequency-velocity-field sensor according to one of claims 4 to 6,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass im Vergleich zum Zeitmultiplexverfahren zur Realisierung des Wellen- längenmultipfexverfahrens getrennte Lichtquellen mit unterschiedlicher Wellenlänge (λι, Λ2, A3) für die Erzeugung der Basis-Irrterferenzstrerfensysteme «Ai, IS1; λ2, IS2) und des Kipp-Interferenzstreifensystems (λ3, IS3) eingesetzt sind. in that, in comparison with the time-division multiplex method for the realization of the wavelength multiplexing method, separate light sources with different wavelengths (λι, Λ 2 , A 3 ) are used for the generation of the basic irrective interference-current systems "Ai, IS1; λ 2 , IS2) and the tilt interference fringe system (λ 3 , IS3) are used.
PCT/DE2011/002198 2011-01-24 2011-12-23 Method for determining velocities in flows and phase-frequency-velocity field sensor WO2012100763A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE201110009675 DE102011009675B4 (en) 2011-01-24 2011-01-24 Method for determining velocities in flows and phase-frequency-velocity field sensor
DE102011009675.2 2011-01-24

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2012100763A1 true WO2012100763A1 (en) 2012-08-02

Family

ID=46510877

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/DE2011/002198 WO2012100763A1 (en) 2011-01-24 2011-12-23 Method for determining velocities in flows and phase-frequency-velocity field sensor

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102011009675B4 (en)
WO (1) WO2012100763A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019011916A1 (en) * 2017-07-11 2019-01-17 Technische Universität Dresden Arrangement and method for disturbance correction for imaging flow measuring processes
CN113759387A (en) * 2021-09-01 2021-12-07 河海大学 Three-dimensional laser radar-based method for measuring wave-crossing amount of coastal wave-resistant building

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014205882B3 (en) * 2014-03-28 2015-08-27 Bundesrepublik Deutschland, vertr. durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie, dieses vertreten durch den Präsidenten der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt Laser flowmeter and method for calibrating a laser flowmeter
CN108828263A (en) * 2018-08-03 2018-11-16 中国计量大学 A kind of fibre optical sensor measuring micro-fluidic speed and direction based on TFBG
DE102019103882B4 (en) 2019-02-15 2022-08-11 Technische Universität Dresden Process for determining the fluid temperature
CN111693730A (en) * 2020-07-02 2020-09-22 德州尧鼎光电科技有限公司 Photoelectric current meter for near-wall flow velocity measurement and velocity measurement method

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005042954A1 (en) 2005-09-05 2007-03-15 Technische Universität Dresden Particle`s velocity profile determining device, has evaluation unit formed with signal processing units such that two-dimensional XY-point in XY-plane and three velocity components for particles are determined at velocity profiles

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4506979A (en) * 1981-12-08 1985-03-26 Lockheed Corporation Compact radiation fringe velocimeter for measuring in three dimensions
GB8826487D0 (en) * 1988-11-11 1988-12-14 Health Lab Service Board Optical determination of velocity
GB2231221B (en) * 1989-05-06 1993-06-16 Rolls Royce Plc A method of measuring the three dimensional velocity components of a particle in a fluid flow

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005042954A1 (en) 2005-09-05 2007-03-15 Technische Universität Dresden Particle`s velocity profile determining device, has evaluation unit formed with signal processing units such that two-dimensional XY-point in XY-plane and three velocity components for particles are determined at velocity profiles

Non-Patent Citations (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A. VOIGT; C. BAYER; K SHIRAI; L. BÜTTNER; J. CZARSKE: "Laser Doppler field sensor for high resolution flow velocity imaging without camera", APPL. OPT., vol. 47, no. 27, 2008, pages 5028 - 5040, XP001516838, DOI: doi:10.1364/AO.47.005028
A.K. TIEU; M.R. MACKENZIE; E.B. LI: "Measurements in microscopic flow with a sotid-state LDA", EXP. IN FLUIDS, vol. 19, 1995, pages 293 - 294, XP000524635, DOI: doi:10.1007/BF00196478
BAYER C ET AL: "Measurement of acceleration and multiple velocity components using a laser Doppler velocity profile sensor", MEASUREMENT SCIENCE AND TECHNOLOGY, IOP, BRISTOL, GB, vol. 19, no. 5, 2 April 2008 (2008-04-02), pages 1 - 11, XP020136239, ISSN: 0957-0233 *
C. BAYER; K SHIRAI; L. BÜTTNER; J. CZARSKE: "Measurement of acceleration and multiple velocity components using a laser Doppler velocity profile sensor", MEAS. SEI. TECHNOL., vol. 19, no. 055401, 2008, pages 11
C.D. MEINHART; S.T. WERELEY; J.G. SANTIAGO: "PIV measurements of a microchannel flow", EXP. IN FLUIDS, vol. 27, 1999, pages 414 - 419, XP001500471, DOI: doi:10.1007/s003480050366
EXP. IN FLUIDS, vol. 45, 2008, pages 1103 - 1115
H. ALBRECHT; M. BORYS; N. DAMASCHKE; C. TROPEA: "laser-Doppler and phase-Doppler measurement techni ques, Heidelberg", 2002, SPRINGER
H. LI; M.G. OLSEN: "MicroPIV measurements of turbulent flow in square microchannels with hydraulic diameters from 200 µm to 640 µm", HEAT AND FLUID FLOW, vol. 27, 2006, pages 323 - 134
HEAT AND FLUID FLOW, vol. 27, 2006, pages 123 - 134
J. CZARSKE; L. BÜTTNER; T. RAZIK; H. MÜLLER: "Boundary layer velocity measurements by a laser Doppler profile sensor with mircometre spatial resolution", MEAS. SCI. TECHNOL., vol. 13, 2002, pages 1979 - 1989
J. KÖNIG; A. VOIGT; L. BÜTTNER; J. CZARSKE: "Precise micro flow rate measurements by a laser Doppler vetocity profile sensor with time division multiplexing", MEAS. SEI. TECHNOL., vol. 21, no. 074005, 2010, pages 9
J. WESTERWEEL: "Fundamentals of digital particle image velocimetry", MEAS. SCI. TECHNOL., vol. 8, 1997, pages 1379 - 1392, XP000755944, DOI: doi:10.1088/0957-0233/8/12/002
J. WESTERWEEL: "Fundamentals of digital partide image velocimetry", MEAS. SCI. TECHNOL., vol. 8, 1997, pages 1379 - 1392
J.G. SANTIAGO; S.T. WERELEY; C.D. MEINHART; D.J. BEEBE; R.J. ADRIAN: "A particle image vetocimetry system for microfluidics", EXP. IN FLUIDS, vol. 25, 1998, pages 316 - 319
L. BÜTTNER: "Dissertation", 2005, CUVILLIER VERLAG, article "Untersuchungen neuartiger Laser-Doppler-Verfahren zur hochauflösenden Geschwindigkeitsmessung"
L. BÜTTNER; J. CZARSKE: "Determination of the axial velocity component by a laser-Doppler velocity profile sensor", J. OPT. SOC. AM. A, vol. 23, no. 2, 2006, pages 444 - 454
M. RAFFEL; C. WILLERT; S. WERELEY; J KOMPENHANS: "Particle image Velocimetry: A Practical Guide", 2007, SPRINGER
PFISTER T ET AL: "Absolute and dynamic position and shape measurement of fast moving objects employing novel laser Doppler techniques", SPIE, PO BOX 10 BELLINGHAM WA 98227-0010 USA, vol. 7155 715513, 2008, pages 1 - 12, XP040446128 *
PFISTER T ET AL: "Heterodyne laser Doppler distance sensor with phase coding measuring stationary as well as laterally and axially moving objects", MEASUREMENT SCIENCE AND TECHNOLOGY, IOP, BRISTOL, GB, vol. 21, no. 2, 22 December 2009 (2009-12-22), pages 1 - 14, XP020174416, ISSN: 0957-0233 *
R. LINDKEN; M. ROSSI; S. GROSSE; J. WESTERWEEL: "Micro particle image velocimetry (µPIV): recent developments, applications, and guideline", LAB CHIP, vol. 9, 2009, pages 2551 - 2567
R. LINDKEN; M. ROSSI; S. GROSSE; J. WESTERWEEL: "Micro particte image velocimetry (µPIV): recent developments, applications, and guideline", LAB CHIP, vol. 9, 2009, pages 2551 - 2567
T. PFISTER: "Dissertation", 2008, SHAKER VERLAG, article "Untersuchungen neuartiger Laser-Doppler-Verfahren zur Positions- und Formvermessung bewegter Festkörperoberflächen"
Y.L. LO; C.H. CHUANG: "Fluid Velocity Measurements in a Microchannef Performed with Two New Optical Heterodyne Microscopes", APPL. OPT., vol. 41, 2002, pages 6666 - 6675
Y.L. LO; C.H. CHUANG: "Fluid Velocity Measurements in a Microchannet Performed with Two New Optical Heterodyne Microscopes", APPL. OPT., vol. 41, 2002, pages 6666 - 6675

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019011916A1 (en) * 2017-07-11 2019-01-17 Technische Universität Dresden Arrangement and method for disturbance correction for imaging flow measuring processes
CN110914736A (en) * 2017-07-11 2020-03-24 德累斯顿工业技术大学 Arrangement and method for interference correction of imaging flow measurement methods
US10921585B2 (en) 2017-07-11 2021-02-16 Technische Universität Dresden Arrangement and method for disturbance correction for imaging flow measuring processes
CN113759387A (en) * 2021-09-01 2021-12-07 河海大学 Three-dimensional laser radar-based method for measuring wave-crossing amount of coastal wave-resistant building
CN113759387B (en) * 2021-09-01 2023-12-22 河海大学 Coast wave-proof building surmounting quantity measuring method based on three-dimensional laser radar

Also Published As

Publication number Publication date
DE102011009675B4 (en) 2013-08-01
DE102011009675A1 (en) 2012-07-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102010053726B4 (en) Device for non-incremental position and shape measurement of moving solids
DE102004037137B4 (en) Method and device for distance measurement
DE112019002028T5 (en) LIDAR DETECTION ARRANGEMENTS
DE102011009675B4 (en) Method for determining velocities in flows and phase-frequency-velocity field sensor
DE102010049672B3 (en) Laser Doppler line distance sensor for three-dimensional shape measurement of moving solids
EP2326915B1 (en) Method and apparatus for detecting contour data and/or optical characteristics of a three-dimensional semitransparent object
EP2730947A1 (en) Lidar measuring system and lidar measuring process
DE102005035700A1 (en) Measuring equipment determines relative position of positioning table, movable in coordinate directions, which incorporates laser light operated interferometric measuring devices
DE102005042954B4 (en) Apparatus and method for determining velocity profiles in arbitrarily directed flows
EP0152916A2 (en) Laser Doppler anemometer
EP2589924B1 (en) Device and method for interferometric measuring of an object
DE19954702A1 (en) Arrangement to measure particle, drop or bubble size or other characteristic in fluid flow; has light source and detectors for defocused imaging of interference pattern, and particles in bright points
EP0333905A1 (en) Laser Doppler anemometer (LDA) for measuring the velocity of moving objects
DE4400680C2 (en) Device for determining changes in distance of an object
DE102009055799B4 (en) Laser Doppler sensor for the determination of velocity profiles in flow areas of flow channels
DE102014004697B4 (en) System and method for distance measurement
DE102010049673B4 (en) Apparatus and method for 3D determination of velocity profiles of transparent fluid flows
EP0467127A2 (en) Method and device for optically detecting and evaluating scattered light signals
DE3106025C2 (en) Method and device for the rapid measurement of local speed components in a speed field
EP0937229B1 (en) Interferometric measuring device for form measurement on rough surfaces
DE102011106229B3 (en) Emitter-Doppler-anemometer for determining particle-like scattering objects in stream, has control unit performing controllable position change of overlapping region in stream and measuring volume in stream
DE102012201949B4 (en) Determining the velocity of a moving fluid using a Fabry-Pérot interferometer
DE10321887A1 (en) Optical sensor for high speed scanning of an object, e.g. for use in optical metrology, has a light source and a focussing objective that generates an astigmatic image on a sensor camera chip
EP0291708A2 (en) Apparatus for measuring the velocity of light scattering moving particles
DE102014208630B3 (en) Arrangement for the simultaneous position and velocity measurement of fast moving rough surfaces with multimode fibers and diffractive optics

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 11815435

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 1120111047614

Country of ref document: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 11815435

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1