In einem be­grenzten Mess­volumen (Schnitt­punkt der Laser, Abbildung 1 linkes Bild) kreu­zen sich 2 La­ser­strahlen unter Aus­bildung eines In­ter­fe­renz­musters (Abbildung 1, Mitte). Durch­­que­ren Tropfen oder Partikel das Mess­volumen wird Streu­licht mit der Dopplerfrequenz f_D, welche der Ge­­schwin­­dig­­keit der Tropfen pro­­por­­ti­­o­­nal ist, emittiert. Die Ge­schwin­dig­keit er­rech­net sich als Produkt aus Doppler­frequenz und dem Ab­stand der Inter­ferenz­streifen (δ_f):

u = δ_f⋅f_D

Bei identischer Frequenz der Laserstrahlen bildet sich in deren Schnittpunkt ein stationäres In­ter­fe­renz­muster aus. Durchqueren Partikel mit gegensätzlicher Flugrichtung jedoch iden­tischem Betrag der Geschwindigkeit das Messvolumen, werden Streulichtsignale der selben Dopplerfrequenz registriert. Die Ermittlung der Flugrichtung gelingt nicht.

Technisch wird diesem Problem durch ein Fre­quenz­ver­schie­bung Δf zwi­schen den La­ser­strahlen be­geg­net, welche durch den Einsatz einer Bragg­zel­le er­rei­cht wird. Auf Grund der re­sul­tie­renden Be­we­gung des In­ter­fe­renz­musters wird am De­tek­tor ein Signal re­gis­triert, welches in Ab­häng­ig­keit von der Flug­richt­ung der Partikel eine Fre­quenz f von Δf ± f_D auf­weist. Neben der Er­mitt­lung der Ström­ungs­richt­ung (positive und negative Ge­schwin­dig­kei­ten) wird durch die Fre­quenz­ver­schieb­ung eines der La­ser­strahlen die Mes­sung von sehr kleinen Ge­schwin­dig­keiten möglich.

Die Be­stimm­ung der Par­ti­kel­größe ba­si­ert auf dem Doppler­si­gnal (Ab­bil­dung 1, rechtes Bild) eines der drei La­ser­strahl­paare, welches im Emp­fän­ger von drei räum­lich ge­trennten De­tek­toren er­fasst wird. Die, auf der An­ord­nung der De­tek­toren ba­sie­rende, Phasen­ver­schie­bung des Signals korreliert mit dem Krüm­mungs­radius der Tropfen und erlaubt den Rück­schluss auf den Tropfen­durch­messer.

Messung und Prüfung

Dem ILK Dresden steht mit dem Pha­sen­doppler­ane­mo­me­ter ein Mess­ge­rät zur Ver­fü­gung, um bei­spiels­wei­se die Strö­mungs­ge­schwin­dig­keiten und Par­ti­kel­grö­ßen an Düsen zu be­stim­men, Tro­pfen­ab­schei­der zu be­wer­ten und Strö­mungs­fel­der hinter Ka­nal­ein­bau­ten zu ver­mes­sen. Beispielhaft zeigt nachfolgende Abbildung des Strömungsprofil einer Düsenplatte, wie sie zur Absaugung von Rauchen verwendet wird. 

Mit Hilfe dieser Daten kön­nen Sie die Leist­ungs­fäh­ig­keit ihrer Produkte ein­schätzen, ver­bes­sern und die Er­geb­nisse aus Si­mu­la­tions­rech­nungen va­li­die­ren. Auch bei anderen Strö­mungs­pro­blemen helfen wir Ihnen gern.