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Gedruckte Streuteilchen für die LDA-Kalibrierung

17.10.2012

Es wurden erstmals gedruckte Streuteilchen für die Kalibrierung von Laser-Doppler-Anemometern (LDA) genutzt. Diese sollen zu einer besseren Vergleichbarkeit der Kalibrierergebnisse verschiedener LDA-Systeme beitragen.

Für die Messung von Geschwindigkeiten mit Laser-Doppler-Anemometern (LDA) in einer Gasströmung werden bevorzugt Flüssigkeiten zu Streuteilchen vernebelt und der Strömung zugesetzt. Aufgrund der Oberflächenspannung bilden sich hierbei kugelförmige Tröpfchen. Bei der Kalibrierung von LDA-Systemen werden hingegen Streuteilchen aus Feststoffen genutzt, die sich auf der Oberfläche eines mit bekannter Geschwindigkeit bewegten Körpers befinden. Da die Form und Struktur dieser Streuteilchen i. d. R. nicht einheitlich ist, verursachen sie Streulichtsignale unterschiedlicher Qualität. Die Selektion der Streuteilchen erfolgt nach frei wählbaren Auswahlkriterien und kann für jede Kalibrierung unterschiedlich ausfallen. Es wurde deshalb untersucht, ob sich mit lithographisch erzeugten Streuteilchen eine verbesserte Vergleichbarkeit der Kalibrierergebnisse erzielen lässt.

Bei erstmalig durchgeführten Messungen mit künstlich gefertigten Streuteilchen mit einer Zufallsstrukturierung zeigten diese sehr gute Streueigenschaften. Die Streuteilchen wurden lithographisch auf einen Glasträger gedruckt, der anschließend auf einer rotierenden Glasscheibe befestigt wurde. Aus dem Signal, der eingestellten Drehzahl und dem gemessenen radialen Abstand der Streuteilchen, aber auch aus dem durch den lithographischen Druck bekannten Abstand der Streuteilchen untereinander konnte jeweils die Gerätekonstante (Streifenabstand) bestimmt werden. 

Da die Positionen der gedruckten Streuteilchen unverändert bleiben, können alle weiteren optischen Geschwindigkeitsmessgeräte mit diesen Streuteilchen kalibriert werden, so dass die Weitergabe der Geschwindigkeit konsistent bleibt. Da die Streuteilchen zunächst noch unterschiedliche Muster bzw. solche Unterschiede aufweisen, wie sie auch bei unbekannten Streuteilchen auf der Scheibe zu finden sind, soll durch die Erzeugung identischer symmetrischer Streuteilchen die Streuung von jetzt 0,15 % noch weiter reduziert werden.

Bild 1: Rückwärtsstreuung und seitliche Laser-Beleuchtung eines gedruckten 10 µm-Streuteilchens

Literatur:

[1] V. Strunck, N. Pape, T. Weimann, H. Müller: "Lithographie-Streuteilchen für die LDA-Kalibrierung", 20. Fachtagung, Lasermethoden in der Strömungsmesstechnik, veranstaltet von der Deutschen Gesellschaft für Laser-Anemometrie (GALA' 2012), 4. - 6. September 2012, Universität Rostock, ISBN 978-3-9805613-8-9, Beitrag 21, S. 1 – 6

Ansprechpartner:

Volker Strunck, FB 1.4, AG 1.41, E-Mail: volker.strunck@ptb.de