Optische Strömungsmesstechnik

ISBN-13: 9783642517563 / Niemiecki / Miękka / 2014 / 836 str.

Herbert Jun Oertel

Spis treści

1 Grundlagen.- 1.1 Licht.- 1.1.1 Beschreibungen.- 1.1.1.1 Elektromagnetische Wellen.- 1.1.1.2 Komplexe Schreibweise.- 1.1.1.3 Lichtstrahlen.- 1.1.1.4 Photonen 2.- 1.1.2 Lichtgrößen.- 1.1.2.1 Physikalische Größen 2.- 1.1.2.2 Physiologische Größen.- 1.2 Licht in Materie.- 1.2.1 Brechung und Reflexion.- 1.2.1.1 Brechzahlen.- 1.2.1.2 Fresnelformeln.- 1.2.1.3 Reflexion an Metall.- 1.2.2 Absorption und Emission.- 1.2.2.1 Elementarakte.- 1.2.2.2 Spektren.- 1.2.2.3 Hohlraumstrahlung.- 1.2.2.4 Kirchhoffsches Gesetz.- 1.2.2.5 Farben.- 1.3 Lichtquellen.- 1.3.1 Quellen inkohärenten Lichtes.- 1.3.1.1 Strahlerarten.- 1.3.1.2 Glühlampen.- 1.3.1.3 Gasentladungslampen.- 1.3.1.4 Blitzlicht.- 1.3.2 Laser.- 1.3.2.1 Laserprinzip.- 1.3.2.2 Dauerlaser.- 1.3.2.3 Impulslaser.- 1.3.2.4 Abstimmbare Laser.- 1.3.2.5 Laserlichtbündel.- 1.4 Lichtempfänger.- 1.4.1 Film.- 1.4.1.1 Photochemischer Effekt.- 1.4.1.2 Schwarzweißfilm.- 1.4.1.3 Farbfilm.- 1.4.2 Photodetektoren.- 1.4.2.1 Photoelektrische Effekte.- 1.4.2.2 Kathodendetektoren.- 1.4.2.3 Halbleiterdetektoren.- 1.4.2.4 Rauschen.- 1.4.3 Bildwandler.- 1.4.3.1 Bildverstärker.- 1.4.3.2 Bildabtaster.- 1.5 Geometrische Optik.- 1.5.1 Strahlenoptische Bauteile.- 1.5.1.1 Spiegel.- 1.5.1.2 Planplatte und Prismen.- 1.5.1.3 Linsen.- 1.5.1.4 Lichtleiter.- 1.5.2 Abbildung.- 1.5.2.1 Paraxiale Abbildung.- 1.5.2.2 Aberrationen.- 1.5.2.3 Blenden.- 1.5.3 Linsensysteme.- 1.5.3.1 Zwei dünne Linsen.- 1.5.3.2 Zwischenabbildung.- 1.5.3.3 Verflochtene Abbildungen.- 1.5.3.4 Objektive.- 1.6 Wellenoptik.- 1.6.1 Interferenz.- 1.6.1.1 Zweiwelleninterferenz.- 1.6.1.2 Vielwelleninterferenz.- 1.6.1.3 Gleiche Neigung oder Dicke.- 1.6.1.4 Interferenzoptische Bauteile.- 1.6.1.5 Interferenzbedingungen.- 1.6.2 Beugung.- 1.6.2.1 Beugungstheorie.- 1.6.2.2 Fresnelbeugung.- 1.6.2.3 Fraunhoferbeugung.- 1.6.2.4 Beugung bei Abbildung.- 1.6.2.5 Speckle.- 1.6.2.6 Beugungsoptische Bauteile.- 1.6.3 Laseroptik.- 1.6.3.1 Aufweitung und Einschnürung.- 1.6.3.2 Laserlichtschnitt.- 1.7 Polarisationsoptik.- 1.7.1 Polarisationseffekte.- 1.7.1.1 Polarisationsarten.- 1.7.1.2 Polarisation an Grenzflächen.- 1.7.1.3 Doppelbrechung.- 1.7.1.4 Drehung der Schwingebene.- 1.7.2 Polarisationsoptische Bauteile.- 1.7.2.1 Polarisatoren.- 1.7.2.2 Polarisationsstrahlteiler.- 1.7.2.3 Phasenschieber.- 1.7.2.4 Schwingungsdreher.- 1.8 Streuung.- 1.8.1 Streuung ohne Frequenzänderung.- 1.8.1.1 Rayleighstreuung.- 1.8.1.2 Miestreuung.- 1.8.2 Streuung mit Frequenzänderung.- 1.8.2.1 Dopplereffekt.- 1.8.2.2 Ramanstreuung.- 2 Visualisierung.- 2.1 Visualisierung der Strahlablenkung.- 2.1.1 Strahlablenkung in Strömungen.- 2.1.1.1 Schlieren.- 2.1.1.2 Ablenkung am Brechzahlsprung.- 2.1.1.3 Ablenkung am Brechzahlgradienten.- 2.1.2 Schattenverfahren.- 2.1.2.1 Projizierende Verfahren.- 2.1.2.2 Abbildung der Schattenebene.- 2.1.2.3 Anwendungsbeispiele.- 2.1.3 Schlierenverfahren.- 2.1.3.1 Schlierenverfahren mit Schneide.- 2.1.3.2 Anwendungsbeispiele.- 2.1.3.3 Schlierenbildauswertung.- 2.1.3.4 Andere Schlierenblenden.- 2.1.3.5 Moiréverfahren.- 2.2 Visualisierung der Phasenverschiebung.- 2.2.1 Phasenverschiebung in Strömungen.- 2.2.1.1 Phasenobjekte.- 2.2.1.2 Phasen am Brechzahlsprung.- 2.2.1.3 Phasen bei Brechzahlgradienten.- 2.2.2 Interferometrie.- 2.2.2.1 Mach/Zehnder-Interferometer.- 2.2.2.2 Interferenzlokalisierung.- 2.2.2.3 Anwendungsbeispiele.- 2.2.2.4 Interferenzbildauswertung.- 2.2.2.5 Betrieb mit Buntlicht.- 2.2.2.6 Andere Zweiwelleninterferometer.- 2.2.2.7 Fabry/Perot-Interferometer.- 2.2.3 Differentialinterferometrie.- 2.2.3.1 Mit Wollastonprismen.- 2.2.3.2 Anwendungsbeispiele.- 2.2.3.3 Interferenzbildauswertung.- 2.2.3.4 Komplementäre Doppelbelichtung.- 2.2.3.5 Komplementärbildspaltung.- 2.2.3.6 Andere Differentialinterferometer.- 2.2.4 Beugungsverfahren.- 2.2.4.1 Beugung an Phasenobjekten.- 2.2.4.2 Eingriff in die kohärente Abbildung.- 2.2.4.3 Dunkelfeldverfahren.- 2.2.4.4 Feldabsorptionsverfahren.- 2.2.4.5 Phasenkontrastverfahren.- 2.2.4.6 Gegenfeldverfahren.- 2.2.4.7 Schneidenverfahren.- 2.2.5 Holographische Verfahren.- 2.2.5.1 Holographie.- 2.2.5.2 Nachträgliche Visualisierung.- 2.2.5.3 Doppelbelichtungsverfahren.- 2.2.5.4 Echtzeitverfahren.- 2.2.5.5 Variierte Referenzphase.- 2.3 Visualisierung mit Beigaben.- 2.3.1 Visualisierung durch Färbung.- 2.3.1.1 Absorptionsbilder.- 2.3.1.2 Emissionsbilder.- 2.3.2 Visualisierung mit Fäden.- 2.3.2.1 Textilfadenbilder.- 2.3.2.2 Flüssigfadenbilder.- 2.3.3 Visualisierung mit Tracern.- 2.3.3.1 Tracer in Flüssigkeiten.- 2.3.3.2 Tracer in Gasen.- 2.3.3.3 Tracerbewegung.- 2.3.3.4 Konzentrationsbilder.- 2.3.3.5 Flitterbilder.- 2.3.3.6 Tracerwegbilder.- 2.3.3.7 Tracerholographie.- 2.3.3.8 Dopplerbilder.- 2.3.3.9 Tracerlinienbilder.- 2.3.4 Spuren an Oberflächen.- 2.3.4.1 Bewegungsspuren.- 2.3.4.2 Wärmespuren.- 2.4 Aufnähmetechnik.- 2.4.1 Kurzzeitphotographie.- 2.4.1.1 Blitzbelichtung.- 2.4.1.2 Verschlüsse.- 2.4.2 Kinematographie ohne optischen Ausgleich.- 2.4.2.1 Periodische Belichtung.- 2.4.2.2 Chronophotographie.- 2.4.2.3 Optische Bildtrennung.- 2.4.2.4 Mechanische Bildtrennung.- 2.4.2.5 Elektrische Bildtrennung.- 2.4.3 Kinematographie mit optischem Ausgleich.- 2.4.3.1 Ablaufkamera.- 2.4.3.2 Trommelkamera.- 2.4.3.3 Drehspiegelkamera.- 2.4.4 Streakregistrierung.- 2.4.4.1 Weg/Zeit-Diagramme.- 2.4.4.2 Anwendungsbeispiele.- 2.4.5 Immobilisierung.- 2.4.5.1 Mitbewegter Film.- 2.4.5.2 Stroboskopie.- 2.5 Bildauswertung.- 2.5.1 Lokale aus integralen Größen.- 2.5.1.1 Bei Rotationssymmetrie.- 2.5.1.2 Tomographie.- 2.5.2 Bildtransformation.- 2.5.2.1 Optische Fouriertransformation.- 2.5.2.2 Eingriff in die Bildabbildung.- 2.5.2.3 Optische Bildsubtraktion.- 2.5.2.4 Äquidensiten.- 2.5.2.5 Bildumsetzung in Signale.- 3 Optoelektrische Messungen.- 3.1 Registrierung der Strahlablenkung.- 3.1.1 Laserrefraktometer.- 3.1.1.1 Mit einem Lichtbündel.- 3.1.1.2 Mit gekreuzten Lichtbündeln.- 3.1.2 Laserreflektometer.- 3.1.2.1 Reflexion am Fenster.- 3.1.2.2 Reflexion am Verdichtungsstoß.- 3.2 Registrierung der Phasenverschiebung.- 3.2.1 Laserinterferometer.- 3.2.1.1 Mach/Zehnder-Interferometer.- 3.2.1.2 Heterodyninterferometer.- 3.2.2 Laserdifferentialinterferometer.- 3.2.2.1 Mit einem Meßbündelpaar.- 3.2.2.2 Mit mehreren Meßbündelpaaren.- 3.2.2.3 Mit Schwingspiegel.- 3.3 Spektroskopische Verfahren.- 3.3.1 Emissionsmessungen.- 3.3.1.1 Thermische Emission.- 3.3.1.2 Elektronenstrahllumineszenz.- 3.3.1.3 Laserfluoreszenz.- 3.3.2 Extinktionsmessungen.- 3.3.2.1 Mit einem Lichtbündel.- 3.3.2.2 Mit gekreuzten Lichtbündeln.- 3.3.3 Linienumkehrverfahren.- 3.3.3.1 Mit Abgleich.- 3.3.3.2 Ohne Abgleich.- 3.3.4 Streulichtmessungen.- 3.3.4.1 Rayleighstreuung.- 3.3.4.2 Spontane Ramanstreuung.- 3.3.4.3 Stimulierte Stokes/Ramanstreuung.- 3.3.4.4 Kohärente Antistokes/Ramanstreuung.- 3.4 Tracervelozimetrie.- 3.4.1 Tracer im Laserfokus.- 3.4.1.1 Tracerhäufigkeit.- 3.4.1.2 Streulichtimpulse.- 3.4.1.3 Meßtechni sehe Verwendung.- 3.4.2 Laufzeitvelozimeter.- 3.4.2.1 Zweifokusvelozimeter.- 3.4.2.2 Blendenvelozimeter.- 3.4.3 Dopplerreferenzvelozimeter.- 3.4.3.1 Streulicht/Referenzlichtüberlägerung.- 3.4.3.2 Signale.- 3.4.3.3 Sockelunterdrückung.- 3.4.3.4 Behebung der Vorzeichenunsicherheit.- 3.4.3.5 Vektormessung.- 3.4.4 Dopplerdifferenzvelozimeter.- 3.4.4.1 Streulicht/Streulichtüberlagerung 62.- 3.4.4.2 Signale.- 3.4.4.3 Vektormessung.- 3.4.5 Zweibündelvelozimeter.- 3.4.5.1 Streulicht aus zwei Lichtbündeln.- 3.4.5.2 Interferenzfeldinterpretation.- 3.4.5.3 Signale.- 3.4.5.4 Sockelunterdrückung.- 3.4.5.5 Behebung der Vorzeichenunsicherheit.- 3.4.5.6 Vektormessung.- 3.4.6 Verarbeitung der Dopplersignale.- 3.4.6.1 Einzelsignalverarbeitung.- 3.4.6.2 Vielsignalverarbeitung.- 3.4.6.3 Photonenkorrelation.- 3.4.6.4 Statistische Auswertung.- 3.4.7 Dopplerinterferenzvelozimeter.- 3.4.7.1 Michelsonvelozimeter.- 3.4.7.2 Phasennachführuna.- 3.4.7.3 Fabry/Perot-Velozimeter.