Investigation of a new high resolution optical line sensor for flow rate measurements

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Das Ziel ist die Untersuchung und Realisierung eines neuartigen LDA-Durchflusssensors. Mittels der Fasertechnik soll ein miniaturisierter Liniensensor auf Basis der Laser-Doppler-Anemometrie entwickelt werden, der in einem Rohr das Geschwindigkeitsprofil von der Wand bis zur Rohrmitte misst. In einem im Vergleich zu konventionellen Laser-Doppler-Anemometern (LDA) extrem vergrößerten Messvolumen werden die Position und die lokale Geschwindigkeit des Streupartikels gleichzeitig erfasst. Eine Traversierung des Messvolumens ist damit unnötig. Es wird ein fokussierter Laserstrahl durch das Rohr geführt, dessen Licht von in der Strömung mitgeführten Partikeln gestreut wird. Das durch den Doppler-Effekt in der Frequenz veränderte Streulicht wird von einer Einmodenfaser aufgefangen, mit Faserverstärkern verstärkt und anschließend mit der Lichtfrequenz des Lasers überlagert (Referenzstrahltechnik). Mit einer Doppelempfängeranordnung können durch die Auswertung der Signale Geschwindigkeitsprofile mit Mikrometerauflösung in der Grenzschicht des Rohres und Profile geringerer Auflösung in der Hauptströmung von der Rohrwand bis zur Rohrmitte gemessen werden, ohne dabei das LDA-Messvolumen zu traversieren. Bis auf den Beleuchtungsstrahl, der durch die Rohrleitung geführt wird, wird die gesamte Optik in faseroptische Elemente integriert.