Optische Geschwindigkeitsmessungen Flashcards
(11 cards)
Beschreiben Sie grundlegend die Particle Image Velocimetry (PIV)!
- lichtschnittbasiertes Verfahren
- berührungslose Geschwindigkeitsmessung von Tracer-Partikeln
- -> Hierbei müssen Partikel- und Strömungsgeschwindigkeiten übereinstimmen
- Geschwindigkeitsmessung erfolgt über Ermittlung der lokalen Verschiebungsvektoren der Tracerpartikelbilder
Beschreiben Sie die “Aufnahme” beim PIV!
- Laserstrahl wird zu einer Ebene aufgeweitet und die Strömung, die durch diese Ebene fließt, wird zweimal hintereinander beleuchtet
- Tracerpartikel bewegen sich zwischen beiden Belechtungen mit Strömungsgeschwindigkeit weiter
- Das von Tracerpartikeln seitlich gestreute Licht wird fotografisch von einem CCD-Sensor aufgenommen.
Beschreiben Sie die “Auswertung” beim PIV!
Fenster-Methodik bei der Auswertung:
- Aufgenommene Bilder werden in kleine äquidistante Analysefelder (M x N) unterteilt
(Größe der Fenster abhängig von den jeweiligen Randbedingungen)
- Durch lokale 2D-Kreuzkorrelation wird örtlicher Verschiebungsvektor der Partikelbilder bestimmt
- -> 2-16fache Reduzierung der Auflösung
- Ergebnis der Korrelation ist ein Peak mit Gaußverteilung, dessen Form durch eine Ausgleichsfunktion angepasst wird
- Mit der jeweiligen Zeit Delta t kann der Geschwindigkeitsvektor einfach ermittelt werden
Wofür eignet sich die PIV als Messverfahren?
- instationäre Strömungen mit zeitlichen und oder Räumlichen Geschwindigkeitsuntersuchungen
- für Untersuchung räumlicher Strukturen in Geschwindigkeitsfeldern und für Erfassung von Geschwindigkeitsfeldern an sich bewegenden Modellen
Was besagt die Scheimpflug-Regel?
Bei einer optischen Abbildung schneiden sich Bild, Objektiv- und Schärfeebene in einer gemeinsamen Gerade.
–> Tiefenschärfe wird gering, wenn Apparatur weit aufgemacht wird (mehr Licht)
Beschreiben Sie grundlegend die Laser-2-Fokus Anemometrie (L2F)!
- Punktweise messenes Verfahren
- Bestimmung der mittleren Strömungsgeschwindigkeit und Turbulenzintensität
- Messprinzip ist die Flugzeitmessung von Tracerpartikeln bei ihrer Passage von zwei fokussierten, benachbarten Laserstrahlen
Beschreiben Sie die “Aufnahme” beim L2F!
- Rochon-Prisma teilt Laserstrahl in zwei Strahlen auf
- Strahlen werden in dem zu messenen Bereich fokussiert und agieren als zwei Lichtschranken
- Tracer-Partikel durchlaufen beide Schranken und emittieren zwei Streulicht-Impulse
- Messung der Partikelgeschwindigkeit über den Zeitversatz
- Wichtig dabei ist die Messung bei mehreren Drehwinkeln der Strahlenordnung durchzführen
Beschreiben Sie die “Auswertung” beim L2F!
- Flugrichtung der Partikel muss exakt in Ebene zwischen den Strahlen und senkrecht zu den Strahlen verlaufen.
- Flugbahn ist fast nie genau senkrecht zu den Strahlen –> Änderung der Messebene durch Drehung des Rochon-Prismas
- Raumwinkel zwischen Fokus-Punkten (und damit die Messebene) ändern bis ein Maximum in der Häufigkeitsverteilung auftritt und der Fehler gleich 0 wird
- mittlere Strömungsgeschwindigkeit kann unmittelbar durch Auswertung der Häufigkeitsverteilung ermittelt werden:
u=sin Theta *(s/Delta t), v=cos Theta *(s/Delta t) - Für gute Messgenauigkeit wird Messwertermittlung von über 5000 Einzelmessungen benötigt
Wie kann beim L2F die Turbulenzintensität ermittelt werden?
- Mit zunehmendem Turbulenzgrad ändert sich Form der Häufigkeitsverteilung
- -> Aufgrund anteilig vieler Fehlermessungen weist Kurve hohe und nicht eindeutig korrelierte Grundhäufigkeit auf und Maximum ist weniger ausgeprägt
- -> Umso breiter und kleiner der Peak, desto höher ist die Turbulenz
Benennen Sie Vor- und Nachteile beim L2F!
Vorteile:
- kleiner optischer Zugang
- sehr kleines Messvolumen
- Messungen in Strömungsgrenzschichten möglich
Nachteile:
- Fehlerintensiv
- viele Einzelmessungen notwendig
Wofür wird der Constant Fraction Discriminator bei dem L2F-Verfahren verwendet?
- Bauteil, welches basierend auf Intensität des Start- und Stoppsignals den Schwellwert ermittelt
- Helligkeit (Lichtintensität) ist Funktion der Zeit, da Helligkeit außen im Lichtbündel geringer ist als in der Mitte
- Schwellwert ist der Helligkeitswert, bei dem die Zeit gestartet oder gestoppt wird
