Monochromatischer Strömungsprofilsensor mit Zeitmultiplex und Kalibriermodellen für Flüssigkeiten

• Antragsteller: Dr. Lars Büttner
• Fachliche Zuordnung: Messsysteme
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 326649696

Strömungsscherschichten sind sowohl in der Grundlagenforschung als auch im industriellen Umfeld von großer Bedeutung, Beispiele reichen von der Turbulenzforschung bis zur Aerodynamik und Wärmemengenmessung. Für deren Vermessung werden generell hohe örtliche Auflösungen benötigt. Weiterhin treten bei laserbasierten Verfahren Reflexionen an der die Strömung begrenzenden Wand auf, die zu systematischen Messabweichungen führen. Die Zielstellung der örtlich hochauflösenden Strömungsprofilmessung auch bei großen Arbeitsabständen kann mit dem Laser-Doppler-Geschwindigkeitsprofilsensor erreicht werden, dessen Eigenschaften in einem von der DFG geförderten Forschungsprojekt eingehend untersucht wurden. Der Sensor basiert auf der Verwendung von durch Wellenfrontkrümmung verzerrten Interferenzstreifensystemen. Durch eine Zweifachmessung, die bisher mit unterschiedlichen Lichtwellenlängen realisiert wurde, kann die Position von in der Strömung mitgeführten Streupartikeln mit Mikrometerauflösung bestimmt werden. Wandnahe Messungen können durch Verwendung fluoreszierender Streupartikel erreicht werden, wofür allerdings ein mit nur einer Wellenlänge arbeitender Sensor benötigt wird. In diesem Transfervorhaben soll daher ein auf dem Zeitmultiplexverfahren basierender, monochromatischer Profilsensor untersucht und bis zu einem Demonstrator entwickelt werden. Neben der wandnahen Messung liegt ein Schwerpunkt des Vorhabens in einer Modellierung der Kalibrierung. Da die Geometrien der Interferenzstreifensysteme vom Brechungsindex abhängen, würde jeder Wechsel des Arbeitsmediums eine erneute Kalibrierung erfordern. Insbesondere in Flüssigkeiten ist eine Kalibrierung durch bewegte Geschwindigkeitsnormale nicht praktikabel, so dass keine weitreichende Marktdurchdringung zu erwarten wäre. Zur Lösung dieses Problems soll ein Kalibriermodell erarbeitet werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen (Transferprojekt)
• Anwendungspartner: ILA R&D GmbH
• Mitverantwortlich: Professor Dr.-Ing. Jürgen W. Czarske