Messung des Durchflusses - Hydrometrie: Theorie und Praxis der Durchflussmessung in offenen Gerinnen - page 177

filigranen Abmessungen der Hitzdrahtgeräte, die einen Einsatz in großen offenen
Gerinnen auch in Zukunft als unwahrscheinlich erscheinen lassen, auch wenn der
Einsatz elektronischer Regel- und Verstärkersysteme die Messdurchführung erheb-
lich vereinfacht hat.
Abbildung 4.47 zeigt eine Hitzdrahtsonde, wie sie im Rahmen wasserbaulicher
Modelluntersuchungen im Einsatz war.

4.5.11 Laser-Doppler-Strömungsmesser

Die Geschwindigkeitsmessung mittels Laser ist ein berührungsloses optisches Ver-
fahren, das in allen Fluiden (Flüssigkeiten und Gasen) eingesetzt wird. Laser bietet
sich als ideale Lichtquelle an, da der Laserstrahl auf einen sehr kleinen Durchmes-
ser fokussiert und seine Lage genau bestimmt werden kann; zudem ist die Licht-
intensität des Laserstrahls sehr groß (Bonfig 2002 ). Zur Messung der Strömungsge-
schwindigkeit von Wasser wird i. d. R. der Dopplereffekt, der in Kap. 4.5.6 im Zu-
sammenhang mit Ultraschall-Doppler-Strömungsmessgeräten ausführlich erläutert
wurde, genutzt. Nach Graw ( 1992 ) wird dieses Verfahren zur Geschwindigkeits-
messung seit mehreren Jahrzehnten angewandt und stellt heute im wasserbaulichen
Versuchswesen ein Standardverfahren zur Strömungsmessung dar, das sich durch
hohe Genauigkeit auszeichnet (Graw 1988 , Graw et al. 1990 ).

4.5.11.1 Messprinzip

Bei der Laser-Doppler-Velocimetrie (LDV), auch Laser-Doppler-Anemometrie
(LDA) genannt, wird die von einem Partikel zum Durchqueren einer festgelegten
Messstrecke benötigte Laufzeit ermittelt. Das Messprinzip beruht dabei auf dem
Dopplereffekt (s. Kap. 4.5.6), der besagt, dass ein ortsfester Beobachter nicht die
von einem bewegten Objekt abgestrahlte Frequenz, sondern eine durch die Eigen-
geschwindigkeit des Objekts veränderte Frequenz wahrnimmt. Zur rechnerischen
Ermittlung der Frequenzverschiebung wird auf Bonfig ( 2002 ) verwiesen.
Bei der Anwendung dieses Verfahrens sind nach Bonfig ( 2002 ) drei grundsätz-
lich unterschiedliche optische Anordnungen (Referenzstrahlmethode, Kreuzstrahl-
methode, Symmetrische Überlagerungs- oder Interferenzmethode) möglich; im
Wasserwesen wird heute üblicherweise die Interferenzmethode in der sog. Zwei-
Strahl-Anordnung verwendet (Abb. 4.48 ). Die übrigen Verfahren werden bisher nur
im Labor eingesetzt oder befinden sich noch im Entwicklungsstadium.
Möglich wird das Interferenzverfahren durch die Kohärenz der von einem Laser
emittierten monochromatischen Lichtstrahlen, die es erlaubt, Interferenzstreifen zu
erzeugen, deren Abstand mit großer Genauigkeit bestimmt werden kann. Durch-
quert ein Teilchen die Hell-Dunkel-Linien der Interferenzstreifen, werden Lichtre-
flexe zurückgesandt. Durch Auswertung der Frequenz des reflektierten Lichts kann
dann auf die Geschwindigkeit des Teilchens geschlossen werden.