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TU Berlin

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Optische Verfahren

Laser-Doppler Anemometrie (LDA)

Bild1: Versuchsaufbau (schematisch) mit traversierbarem LDA
Lupe

Das grundlegende Funktionsprinzip des LDA basiert auf der Auswertung von Streulicht an Partikeln, die mit dem Fluid mitschwimmen. Als Lichtquelle werden hierfür üblicherweise kontinuierlich arbeitende Gas- oder Halbleiterlaser eingesetzt, die monochromatisches und kohärentes Licht hoher Intensität und Bündelung aussenden. Der prinzipielle Aufbau eines LDA-Systems ist in Bild 1 dargestellt: Der vom Laser ausgehende Strahl wird in einem Strahlteiler geteilt und durch eine Linse auf einen festen Brennpunkt gebündelt. Im Brennpunkt der beiden Strahlen liegt der eigentliche Meßpunkt. Partikel, die sich durch diesen Meßpunkt bewegen, erzeugen Streulicht, welches von einem Photodetektor erfaßt wird und aus dem mit einer Signalverarbeitungseinheit die Doppler-Frequenz und damit die Strömungsgeschwindigkeit bestimmt wird. Unter der Voraussetzung, daß die mit der Strömung mitschwimmenden Partikel exakt die gleiche Geschwindigkeit wie das Strömungsmedium haben, handelt es sich bei der Laser-Doppler-Anemometrie um ein direktes Geschwindigkeitsmeßverfahren, d.h. das Verfahren kann ohne Kalibration eingesetzt werden.

Durch die Verwendung von zwei, in unterschiedlichen Frequenzbereichen arbeitenden Lasern, deren Sendeoptik um 90 Grad zueinander versetzt sind, können die Geschwindigkeitskomponenten sowohl in x- als auch in y-Richtung gleichzeitig bestimmt werden.

Bild 2: Geschwindigkeitsfeld um ein Tragflügelmodell in Hochauftriebskonfiguration
Lupe

Mit der LDA können sowohl zeit- als auch phasengemittelte Geschwindigkeitsmessungen durchgeführt werden. Bild 2 zeigt ein zeitgemitteltes Geschwindigkeitsfeld an einem Tragflügelmodell mit einfacher Hinterkantenklappe in Hochauftriebskonfiguration.Neben der Vektordarstellung der Geschwindigkeitskomponenten ist die Axialgeschwindigkeit u(x,y) als farbige Kontur hinterlegt. Deutlich sichtbar sind hierbei die Ablösegebiete über der Klappe und an der Flügelhinterkante sowie die starken Übergeschwindigkeiten im Bereich der Saugspitze des Tragflügels.

Ansprechpartner

Prof. Dr.-Ing. W. Nitsche
Dipl.-Ing. Henning Kroll

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