Messung des Durchflusses - Hydrometrie: Theorie und Praxis der Durchflussmessung in offenen Gerinnen - page 179

Messung mit großer Genauigkeit über die Bestimmung der Wellenlänge λ und des
Schnittwinkels Θ ermitteln. Damit benötigt das Messverfahren keine Kalibrierung.
Die Dopplersignale eines sich durch das Volumen bewegenden Teilchens sind
in allen Richtungen existent, jedoch von unterschiedlicher Intensität. Die besten
Signale sind vorwärtsstreuend zu erhalten, d. h. in Fortpflanzungsrichtung des La-
serstrahls. Beim vorwärtsstreuenden System (s. Abb. 4.48 ) ist die Nachführung
der Empfangseinheit sehr aufwändig, weshalb häufig rückwärtsstreuende Systeme
(s. Abb. 4.48 ) verwendet werden, die das reflektierte Signal benutzen und für den
Empfang die Sendeoptik verwenden können.
Das Teilchensignal wird dabei über Empfangs- bzw. Frontlinsen in die Optik
zurückgeleitet, in einer Lochblende von Streueinflüssen bereinigt und einem Photo-
detektor zugeleitet (Abb. 4.48 ), (Graw 1992 ).
Für zweidimensionale Messungen werden drei Laserstrahlen, für dreidimensio-
nale Probleme bis zu 5 Einzelstrahlen eingesetzt. Die Strahlen der einzelnen Ebenen
werden durch verschiedene Farben und Polarisation oder durch Frequenzüberlage-
rungen unterschieden. Die Geräteentwicklung ist heute durch den Einsatz von Glas-
fasern und die Entwicklung verbesserter Prozessoren zur Auswertung der Signale
geprägt; dadurch ist die Bedienung der Geräte deutlich vereinfacht worden.

4.5.11.2 Technischer Aufbau eines Laser-Doppler-Velocimeters (LDV)

Abbildungen 4.50a , b zeigen den prinzipiellen Aufbau eines LDV nach dem Rück-
wärtsstreuverfahren und die Einzelkomponenten im Einsatz.
Als Laserquelle dienen je nach Anwendung He-Ne-Laser, Nd-YAG-Laser oder
Argon-Ionen-Laser mit bis zu 5 Watt Leistung und einer Frequenz >10 14 Hz. In der
Wassertechnik werden i. d. R. Argon-Ionen-Laserquellen eingesetzt, da die erzeug-
te Wellenlänge einerseits in Wasser relativ wenig absorbiert wird; andererseits be-
nötigen Argon-Ion-Laser hohe elektrische Anschlussleistungen und evtl. Kühlung
am Einsatzort. Gewöhnlich werden sie als Dauerstrahllaser betrieben.
Zu Details zum Aufbau eines Laser-Doppler-Velocimeters wird auf Albrecht
( 1986 ), Graw ( 1992 ) und Unterlagen der einschlägigen Firmen (TSI, DantecDyna-
mics) verwiesen.

4.5.11.3 Anwendungsbereich

Die Laser-Doppler-Messtechnik eignet sich für die Strömungsforschung vor allem
wegen der Berührungslosigkeit, der hohen Messgenauigkeit, der hohen räumlichen
und zeitlichen Auflösung, der Richtungserkennung und dadurch, dass das Verfahren
nicht kalibriert werden muss.
Für den Einsatz in offenen Gerinnen kommen auf Grund der einfachen und im
voraus möglichen Justierung nur Systeme mit Rückstreuoptik in Frage. Daraus re-
sultiert ein schon deutlich eingeschränktes Signal-Rausch-Verhältnis. Eine weitere
Verschlechterung dieses Verhältnisses wird durch die natürliche Teilchengrößen-