DE19701736A1 - Laser Doppler velocimetry method e.g. for fluid using direction identifying achromatic fibre - Google Patents
Laser Doppler velocimetry method e.g. for fluid using direction identifying achromatic fibreInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur richtungserkennenden achromatischen Faserlaser-Doppler-Velocimetrie.The invention relates to a method and Device for directional achromatic Fiber laser Doppler velocimetry.
Die Laser-Doppler-Velocimetrie (LDV) ist ein fo toelektrisches Verfahren, das zur Messung der Bewe gungsgrößen (z. B. Geschwindigkeit, Beschleunigung, Bewegungsrichtung) von beispielsweise Teilchen, die in einer Strömung mitgeführt werden, eingesetzt wer den kann. Die LDV zeichnet sich dadurch aus, den mo mentanen Geschwindigkeitsvektor mit hoher örtlicher und zeitlicher Auflösung ohne eine Beeinflussung des Strömungszustandes - wie bei mechanischen Strömungs sensoren - zu messen. Physikalische Grundlage der LDV ist die Doppler-Frequenzverschiebung von an den Teil chen gestreuten Lichtwellen.Laser Doppler velocimetry (LDV) is a fo toelectric method used to measure the motion parameters (e.g. speed, acceleration, Direction of movement) of, for example, particles who are carried in a current that can. The LDV is characterized by the mo mental velocity vector with high local and temporal resolution without influencing the Flow state - as with mechanical flow sensors - to measure. Physical basis of the LDV is the Doppler frequency shift from to the part scattered light waves.
Durch Y. Yeh, H.Z. Cummins: Localized fluid flow measurements with a HeNe laser spectrometer, Appl. Phys. Lett. Vol. 4 (1964) 176-178 ist das Laser-Dopp ler-Meßverfahren bekannt geworden. Seit den 70er Jah ren sind Laser-Doppler-Techniken in der Forschung und Anwendung zwar etabliert, aber in eine Vielzahl po tentieller Einsatzgebiete, wie z. B. in der Luftfahrt oder im Sensorikbereich, haben sie nicht Einzug ge halten. Eine wesentliche Beschränkung stellte dabei die mangelhafte Portabilität, u. a. begründet durch den Einsatz von uneffizienten Argonionen-Lasern mit hoher elektrischer Anschlußleistung und großem Kühl mittelbedarf, dar. Um diese Nachteile zu vermeiden, werden bereits Techniken mit Laserdioden genutzt, die allerdings nur eine geringe optische Grundmode-Lei stung um 100 mW aufweisen. Auch diodengepumpte Fest körperlaser wurden als alternative Lichtquellen hö herer Single-Mode-Leistung (im Wattbereich) bereits eingesetzt, vgl. J. Czarske, H. Müller: Two-dimensio nal directional fiber-optic laser Doppler anemometer based on heterodyning by means of a chirp frequency modulated Nd :YAG miniature ring laser, Opt. Commun. 132 (1996) 421-426, konnten sich aber bisher aufgrund des hohen technischen Aufwandes nicht durchsetzen.By Y. Yeh, H.Z. Cummins: Localized fluid flow measurements with a HeNe laser spectrometer, Appl. Phys. Lett. Vol. 4 (1964) 176-178 is the laser double ler measuring method become known. Since the 70s laser Doppler techniques in research and Application established, but in a variety of po potential areas of application, such as B. in aviation or in the sensor area, they have not found their way into hold. A major limitation was placed here the poor portability, u. a. founded by using inefficient argon ion lasers high electrical connection power and great cooling means need. To avoid these disadvantages, techniques with laser diodes are already being used however, only a low optical basic fashion lei power of around 100 mW. Also diode pumped hard Body lasers were used as alternative light sources her single-mode performance (in the watt range) already used, cf. J. Czarske, H. Mueller: Two-dimensio nal directional fiber-optic laser Doppler anemometer based on heterodyne by means of a chirp frequency modulated Nd: YAG miniature ring laser, Opt. Commun. 132 (1996) 421-426, but have so far been unable to not enforce the high technical effort.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung der oben genannten Art mit einer kompakten, effizienten Licht quelle großer optischer Leistung anzugeben, wobei ferner ein kostengünstiger, einfacher und miniaturi sierter Aufbau des LDV-Systems erreicht werden soll.The object of the present invention is therein, a method and an apparatus of the above mentioned type with a compact, efficient light source of great optical power, where also an inexpensive, simple and miniaturi based structure of the LDV system is to be achieved.
Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung gelöst.This task is accomplished by the in the claims specified invention solved.
Die Erfindung schlägt die Verwendung eines dio
dengepumpten Faserlasers für die Laser-Doppler-Velo
cimetrie vor. Mit Nutzung einer diffraktiven Laser
strahlteilung, vorzugsweise mittels eines Phasenbeu
gungsgitters, kann ein wellenlängenunabhängiger In
terferenzstreifenabstand (Achromasieeigenschaft) er
halten werden. Die Achromasieeigenschaft folgt aus
folgenden Beziehungen: Der Beugungswinkel ϑ eines
Beugungsgitters mit der Gitterkonstanten g ergibt
sich für die 1. Ordnung bei senkrechtem Lichteinfall
zu sin ϑ = λ/g mit λ als Lichtwellenlänge. Mit einem
optischen System (z. B. einem Teleskop) werden die
gebeugten Strahlen (vorzugsweise die +1. und -1. Beu
gungsordnung) in das LDV-Meßvolumen abgebildet. Mit
dem Abbildungsmaßstab
The invention proposes the use of a dio dengepumped fiber laser for laser Doppler Velo cimetry. By using a diffractive laser beam splitting, preferably by means of a phase diffraction grating, a wavelength-independent interference fringe spacing (achromatic characteristic) can be maintained. The achromaticity property follows from the following relationships: The diffraction angle ϑ of a diffraction grating with the grating constant g results for the 1st order with perpendicular light incidence to sin = λ / g with λ as the light wavelength. With an optical system (e.g. a telescope) the diffracted rays (preferably the +1 and -1 diffraction order) are imaged in the LDV measurement volume. With the image scale
mit 2 θ als Kreuzungswinkel der LDV-Strahlen folgt
der Streifenabstand d des Interferenzstreifensystems
zu
with 2 θ as the crossing angle of the LDV rays, the strip spacing d of the interference strip system follows
Die Unabhängigkeit des Streifenabstandes von der Wel lenlänge kann auch über die Abbildung der Gitter struktur in das Meßvolumen erklärt werden. Zitat: Schmidt et al in "Diffractive beam splitter for Laser-Doppler-Velocimetry", Opt. Lett. 17 (1992), 1240 und Zitat Czarske et al in tm - Technisches Mes sen 61 (1994) 7/8 R. Oldenbourg Verlag "Verwendung von Beugungsgittern in der Laser-Doppler-Anemome trie". Damit können Lichtquellen großer Emissions bandbreite, insbesondere Faserlaser, eingesetzt wer den, so daß kostengünstige Laser-Doppler-Velocime trie-Systeme realisiert werden können. Derartige Sy steme können z. B. für Strömungsmessungen, für Ge schwindigkeits- und Längenmessungen an Festkörper oberflächen usw. eingesetzt werden.The independence of the strip spacing from the wel lenlength can also be done by mapping the grid structure in the measurement volume. Quote: Schmidt et al in "Diffractive beam splitter for Laser Doppler Velocimetry ", Opt. Lett. 17 (1992), 1240 and citation from Czarske et al in tm - Technische Mes sen 61 (1994) 7/8 R. Oldenbourg Verlag "Use of diffraction gratings in the laser Doppler anemome trie ". This allows light sources with large emissions bandwidth, especially fiber lasers, who used the, so that inexpensive laser Doppler Velocime trie systems can be realized. Such sy steme can e.g. B. for flow measurements, for Ge speed and length measurements on solids surfaces etc. are used.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand der bei gefügten Zeichnung, in der Ausführungsbeispiele dar gestellt sind, näher erläutert werden.The invention is based on the following attached drawing, in the exemplary embodiments are explained in more detail.
Es zeigtIt shows
Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer Vorrich tung zur richtungserkennenden Laser-Dopp ler-Velocimetrie und Fig. 1 shows a first embodiment of a Vorrich device for direction-detecting laser Doppler velocimetry and
Fig. 2 eine zweite Ausführungsform einer Vor richtung zur richtungserkennenden Laser- Doppler-Velocimetrie. Fig. 2 shows a second embodiment of an on direction for directional laser Doppler velocimetry.
Die Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung 2 zur rich tungserkennenden Laser-Doppler-Velocimetrie, bei der ein diodengepumpter Faserlaser 4 verwendet wird, vor zugsweise mit transversal monomodiger Emission. An die longitudinale Emission werden keine weiteren For derungen gestellt; es kann eine multimodige und mul tilinige Emission zugelassen werden. Der durch eine Kollimationsoptik 3 (z. B. Gradientenindex (GRIN)- Linse) aufgeweitete Laserstrahl 5 des Faserlasers wird auf ein bewegtes diffraktives Element (Beugungs gitter) 6 gerichtet zur Erzeugung eines Frequenzshif tes und gleichzeitig zur Strahlteilung in zwei Laser strahlen 8, 10, die durch ein optisches System 12, 14 in einem Meßvolumen 16 überlagert werden zur Erzeu gung eines Interferenzstreifensystems im Meßvolumen. Eine Voraussetzung hierfür ist, daß die Faserlaser strahlung geeignet kollimiert wird, so daß eine aus reichende Anzahl von Gitterperioden beleuchtet wird. Hierzu kann z. B. eine Kugellinse oder GRIN-Linse eingesetzt werden. Die sich ergebende entsprechende Anzahl von Streifen im Meßvolumen kann damit für spe zielle Anwendungsfälle optimiert werden. Das diffrak tive Element ist in der Zeichnung ein akustooptischer Modulator (AOM, auch Bragg-Zelle genannt); es können auch rotierende Beugungsgitter eingesetzt werden. Die Strahlteilung kann sowohl durch Bragg-Beugung als auch durch Raman-Nath-Beugung an einer diffraktiven Struktur erfolgen. Das abbildende optische System 12, 14 ist hier ein teleskopisches System mit zwei Achro maten. Neben dem teleskopischen System kann alterna tiv eine Einzellinse eingesetzt werden oder auch re flektive bzw. diffraktive Elemente (Spiegel, Beu gungsgitter). Fig. 1 shows a device 2 for direction-detecting laser Doppler velocimetry, in which a diode-pumped fiber laser 4 is used, preferably with transversely monomode emission. No further demands are made on the longitudinal emission; multi-mode and multi-line emissions can be permitted. The expanded by a collimation optics 3 (z. B. gradient index (GRIN) lens) laser beam 5 of the fiber laser is directed to a moving diffractive element (diffraction grating) 6 for generating a frequency shift and simultaneously for beam splitting into two lasers 8 , 10th , which are superimposed by an optical system 12 , 14 in a measuring volume 16 to produce an interference fringing system in the measuring volume. A prerequisite for this is that the fiber laser radiation is suitably collimated so that a sufficient number of grating periods is illuminated. For this, e.g. B. a ball lens or GRIN lens can be used. The resulting corresponding number of strips in the measurement volume can thus be optimized for special applications. The diffractive element in the drawing is an acousto-optic modulator (AOM, also called Bragg cell); rotating diffraction gratings can also be used. Beam splitting can be done by Bragg diffraction as well as by Raman-Nath diffraction on a diffractive structure. The imaging optical system 12 , 14 here is a telescopic system with two achro mats. In addition to the telescopic system, a single lens can alternatively be used or reflective or diffractive elements (mirrors, diffraction gratings).
Das im Meßvolumen 16 durch beispielsweise Streu zentren auf einer bewegten Festkörperoberfläche oder durch Streuteilchen in einem strömenden Fluid erzeug te Streulicht 18 wird durch eine Optik 14 und 20, hier zwei Linsen, auf einen Fotodetektor 22 (hier: Avalanche-Detektor, APD) gelenkt, wo es interferiert. Das Fotostromsignal 24 wird zur Ermittlung der Ge schwindigkeit und der Bewegungsrichtung der Streu teilchen des Meßvolumens in eine Auswerteeinrichtung (nicht dargestellt, aber an sich bekannt) einge speist. Die Auswertung des Fotostromsignales kann durch direkte Messung der Doppler-Frequenz oder durch Erzeugung eines Quadratur-Signalpaares und Messung dessen Doppler-Frequenz ausgewertet werden.The scattered light 18 generated in the measurement volume 16 by, for example, scattering centers on a moving solid body surface or by scattering particles in a flowing fluid is directed by optics 14 and 20 , here two lenses, onto a photodetector 22 (here: avalanche detector, APD), where it interferes. The photocurrent signal 24 is fed to determine the speed and the direction of movement of the scattering particles of the measurement volume in an evaluation device (not shown, but known per se). The evaluation of the photocurrent signal can be evaluated by directly measuring the Doppler frequency or by generating a quadrature signal pair and measuring its Doppler frequency.
Die Fig. 2 zeigt einen diodengepumpten Faserlaser 30 mit zwei separaten Emissionswellenlängen λ1 und λ2 und vorzugsweise transversaler monomodiger Emission. Der Laserstrahl des Faserlasers 30 wird mit Hilfe einer Beleuchtungsoptik 31, z. B. ein Gradientenindex (GRIN)-Linse, auf ein ruhendes diffraktives Element 32, im allgemeinen Fall ein Hologramm, gerichtet zur Strahlteilung in zwei Laserstrahlen 34, 36 und Wel lenlängentrennung (λ1 und λ2). Das diffraktive Ele ment ist hier ein Phasengitter mit geeigneter Gitter konstante. Das Phasengitter kann mit geeigneten Strukturen (z. B. Bragg-Gitter oder dreieckförmige örtliche Phasenmodulation der Gitterfurchenstruktur) eine Strahlteilungseffizienz in die zwei Laserstrah len (± 1. Beugungsordnungen) von über 90% besitzen. Es werden vorzugsweise die ± 1. Beugungsordnungen genutzt, da dann durch die vorliegende Symmetrie eine lichtwellenlängenunabhängige Orientierung der Strei fensysteme erreicht wird. Die Laserstrahlen 34, 36 werden durch ein optisches System 40 in einem Meßvo lumen 42 überlagert. Das optische System ist hier eine Linse. Das Laserstrahlenpaar 34 durchläuft zuvor einen Phasenschieber 38 zur Erzeugung einer optischen Phasenverschiebung zwischen den LDV-Strahlen der Wel lenlängen λ1 und λ2. Durch Überlagerung der phasen verschobenen Laserstrahlen im Meßvolumen und die Er füllung der Achromasieeigenschaft werden zwei par allelverschobene äquidistante Interferenzstreifen systeme 44 verschiedener Wellenlänge erzeugt. Die Phasenverschiebung wird in der Fourierebene der Ab bildungsoptik vorgenommen. Beispielsweise kann hierzu die Materialdispersion einer Glasplatte genutzt wer den. Fig. 2 shows a diode-pumped fiber laser 30 having two separate emission wavelengths λ1 and λ2, and preferably transverse monomode emission. The laser beam of the fiber laser 30 is with the aid of an illumination optics 31 , for. B. a gradient index (GRIN) lens, on a stationary diffractive element 32 , in the general case a hologram, directed to beam splitting into two laser beams 34 , 36 and Wel lenlangenentrnung (λ1 and λ2). The diffractive element here is a phase grating with a suitable grating constant. With suitable structures (e.g. Bragg grating or triangular local phase modulation of the grating groove structure), the phase grating can have a beam splitting efficiency in the two laser beams (± 1st diffraction orders) of over 90%. It is preferred to use the ± 1st diffraction orders, since then an orientation of the strip systems independent of the wavelength of light is achieved by the present symmetry. The laser beams 34 , 36 are overlaid by an optical system 40 in a measuring lumen 42 . The optical system is a lens here. The pair of laser beams 34 previously passes through a phase shifter 38 to generate an optical phase shift between the LDV rays of the wavelengths λ1 and λ2. By superimposing the phase-shifted laser beams in the measurement volume and filling the achromatic property, two parallel shifted equidistant interference fringe systems 44 of different wavelengths are generated. The phase shift is made in the Fourier plane of the imaging optics. For example, the material dispersion of a glass plate can be used for this.
Das im Meßvolumen durch Streuzentren auf einer Festkörperoberfläche oder Streuteilchen in einem strömenden Fluid erzeugte Streulicht beider Wellen längen wird mittels einer Streulichtoptik 45, die für Rückwärts- oder wie hier angegeben Vorwärtsstreuung ausgelegt werden kann, gesammelt und durchläuft einen Teiler 46 zur Trennung des Streulichtes beider Wel lenlängen (λ1 und λ2) in zwei Strahlen, die getrennt auf zwei Fotodetektoren 48, 50 gelenkt werden. Die technische Realisierung kann faseroptisch mittels einer Multimode-Faser und einem faseroptischen Strahlteiler erfolgen, so daß ein flexibles, justa gearmes LDV-System erhalten wird. Die Fotostromsigna le 52, 54 werden zur Ermittlung der Geschwindigkeit und der Bewegungsrichtung der Streuelemente des Meß volumens in eine Auswerteeinrichtung (nicht darge stellt - aber an sich bekannt) eingespeist. Die Aus wertung erfolgt durch Auswertung des erzeugten Qua dratur-Signalpaares und Messung der Doppler-Frequenz.The scattered light of both waves generated in the measuring volume by scattering centers on a solid surface or scattering particles in a flowing fluid is collected by means of scattered light optics 45 , which can be designed for backward or forward scattering as specified here, and passes through a divider 46 for separating the scattered light from both worlds lenlenengths (λ1 and λ2) in two beams, which are directed separately onto two photodetectors 48 , 50 . The technical implementation can be fiber-optic using a multimode fiber and a fiber optic beam splitter, so that a flexible, low-loss LDV system is obtained. The Fotostromsigna le 52 , 54 are fed to determine the speed and the direction of movement of the scattering elements of the measuring volume in an evaluation device (not shown - but known per se). The evaluation is carried out by evaluating the generated quadrature signal pair and measuring the Doppler frequency.
Die Erzeugung der beiden parallelverschobenen äquidistanten Interferenzstreifensysteme verschiede ner Wellenlänge, erfolgt vorzugsweise mit einer Par allelverschiebung um 1/4 Streifenabstand (Quadratur- Streifensystempaar).The generation of the two shifted in parallel equidistant interference fringe systems various ner wavelength, is preferably done with a par allele shift by 1/4 strip spacing (quadrature Strip system pair).
Die Trennung des erzeugten Streulichtes beider Wellenlängen auf zwei Fotodetektoren kann mittels diffraktivem Teiler (z. B. Beugungsgitter, dispersi vem Teiler (z. B. Prisma), Interferenzteiler (z. B. faseroptischer Wellenlängenmultiplex-Koppler (WDM)) oder chromatischem Teiler (z. B. dicroitisches Kri stall) erfolgen.The separation of the scattered light generated by both Wavelengths on two photodetectors can be used diffractive divider (e.g. diffraction grating, dispersi vem divider (e.g. prism), interference divider (e.g. fiber optic wavelength division multiplexer (WDM)) or chromatic divider (e.g. dicroitic kri stall).
Die Erzeugung der Phasenverschiebung zwischen den Wellenlängen erfolgt vorzugsweise in der Ortsfre quenzebene mit einer dispersiven Optik, beispiels weise einer Glasplatte. Die Auswertung des Sinus/Cosinus- Signalpaares der beiden Fotodetektoren 48, 50 (Quadratur-Signalpaar-Auswertung) kann mittels kom plexem FFT-Prozessor, bidirektionalem Counter-Prozes sor oder mittels Quadratur-Demodulation (Phasenwin kelmessung und Frequenzbestimmung) erfolgen.The generation of the phase shift between the wavelengths is preferably carried out in the local frequency plane with a dispersive optics, for example a glass plate. The evaluation of the sine / cosine signal pair of the two photodetectors 48 , 50 (quadrature signal pair evaluation) can be carried out using a complex FFT processor, bidirectional counter processor or using quadrature demodulation (phase angle measurement and frequency determination).
Der Faserlaser 4, 30 besteht aus einer Selten- Erd-dotierten Lichtleitfaser, einem Resonator, im einfachsten Fall gegeben durch die Faser zusammen mit deren verspiegelten Endflächen und einer Pumpquelle, vorzugsweise einem Diodenlaser. Für den Laser können beispielsweise Neodym oder Ytterbiumdotierte Quarz glasfasern nach dem Doppelkernprinzip genutzt werden. Mit diodengepumpten Neodym-Doppelkern-Faserlasern wurde bereits eine TEM00-Leistung von über 9 W er reicht. Zitat: Zellmer et al, "High-Power CW neodymi um-doped fiberlaser operating at 9.2 watt with high beam quality", Optics Letters Vol. 20, Seiten 578-580 (1995). Ein für das beschriebene LDV-System geeigne ter Faserlaser zeichnet sich dadurch aus, daß er min destens zwei verschiedene Laserfrequenzen zur Verfü gung stellt.The fiber laser 4 , 30 consists of a rare earth-doped optical fiber, a resonator, in the simplest case given by the fiber together with its mirrored end faces and a pump source, preferably a diode laser. Neodymium or ytterbium-doped quartz glass fibers based on the double-core principle can be used for the laser. With diode-pumped neodymium double-core fiber lasers, a TEM 00 power of over 9 W has already been achieved. Citation: Zellmer et al, "High-Power CW neodymium um-doped fiberlaser operating at 9.2 watt with high beam quality", Optics Letters Vol. 20, pages 578-580 (1995). A suitable for the described LDV system ter fiber laser is characterized in that it provides at least two different laser frequencies.
Die Erzeugung dieser mindestens zwei Laserfre quenzen kann beispielsweise durch den Einsatz eines Lasermediums mit spektral breitbandiger Verstärkung in Kombination mit einem nur für zwei Frequenzen re sonanten Resonator, der beispielsweise Faser-Bragg- Gitter, Interferenzfilter oder diffraktive Elemente enthält, erfolgen. Alternativ kann ein Lasermedium mit mehreren, beispielsweise zwei spektral getrennten Laserübergängen verwendet werden oder die Strahlung von zwei oder mehreren Faserlasern kann mit dichroi tischen oder diffraktiven optischen Elementen oder durch Hintereinanderschalten zweier Faserlaser in einer Faser vereinigt werden. Als zweite Laserfre quenz kann auch das restliche, durch die Faser trans mittierte Pumplicht verwendet werden. Beispielsweise kann ein Neodym-dotierter Faserlaser (λ = 1070 nm) einen Thulium dotierten Up-Conversion Faserlaser (λ = 801 nm) pumpen, so daß am Ende der Thulium-dotierten Faser beide Laserfrequenzen zur Verfügung stehen. Zur Erzeugung der zweiten Frequenz können auch nichtli neare Effekte in Lichtleitfasern, beispielsweise sti mulierte Raman-Streuung, angewendet werden.The generation of this at least two Laserfre quenzen can, for example, by using a Laser medium with spectral broadband amplification in combination with a right only for two frequencies sonorous resonator, for example fiber Bragg Grid, interference filter or diffractive elements contains. Alternatively, a laser medium with several, for example two spectrally separated Laser transitions are used or the radiation Two or more fiber lasers can be used with dichroi tables or diffractive optical elements or by connecting two fiber lasers in series be combined into one fiber. As a second Laserfre quenz can also the rest, through the fiber trans centered pump light can be used. For example can a neodymium-doped fiber laser (λ = 1070 nm) a thulium-doped up-conversion fiber laser (λ = Pump 801 nm), so that at the end of the thulium-doped Fiber both laser frequencies are available. For Generation of the second frequency can also not linear effects in optical fibers, for example sti mulated Raman scattering.
Claims (15)
- - der Laserstrahl eines diodengepumpten Faserlasers auf ein bewegtes diffraktives Element gerichtet wird zur Erzeugung eines Frequenzshiftes und zur Strahlteilung in zwei Laserstrahlen,
- - eine geeignete Beleuchtungsoptik zwischen Faser laser und diffraktivem Element (Beugungsgitter) verwendet wird,
- - das bewegte diffraktive Element in ein Meßvolumen abgebildet wird zur Erzeugung eines bewegten achromatischen Interferenzstreifensystems,
- - im Meßvolumen Streulicht erzeugt wird durch Streuzentren auf einer bewegten Festkörperober fläche oder Streuteilchen in einem strömenden Fluid,
- - das Streulicht auf einen Fotodetektor fokussiert wird und ein trägerfrequentes Fotosignal erzeugt wird,
- - das Fotostromsignal hinsichtlich Geschwindigkeit und Bewegungsrichtung der Streuelemente im Meßvo lumen ausgewertet wird.
- the laser beam of a diode-pumped fiber laser is directed onto a moving diffractive element in order to generate a frequency shift and to split the beams into two laser beams,
- - A suitable lighting optics between fiber laser and diffractive element (diffraction grating) is used,
- the moving diffractive element is imaged in a measurement volume to produce a moving achromatic interference fringe system,
- - Scattered light is generated in the measuring volume by scattering centers on a moving solid surface or scattering particles in a flowing fluid,
- the scattered light is focused on a photodetector and a carrier-frequency photo signal is generated,
- - The photocurrent signal is evaluated in terms of speed and direction of movement of the scattering elements in the measuring volume.
- - der Laserstrahl eines diodengepumpten 2-Wellen längen-Faserlasers auf ein ruhendes diffraktives Element mit geeigneter Gitterkonstante gerichtet wird zur Strahlteilung,
- - die Wellenlängen nach der Strahlteilung getrennt werden,
- - eine Phasenverschiebung zwischen den Strahlen verschiedener Wellenlängen erzeugt wird,
- - zwei parallel verschobene äquidistante Interfe renzstreifensysteme verschiedener Wellenlänge in einem Meßvolumen erzeugt werden,
- - im Meßvolumen Streulicht erzeugt wird durch Streuzentren auf einer bewegten Festkörperober fläche oder Streuteilchen in einem strömenden Fluid,
- - das Streulicht beider Wellenlängen getrennt wird und auf zwei Fotodetektoren fokussiert wird,
- - die Fotostromsignale hinsichtlich Geschwindigkeit und Bewegungsrichtung der Streuelemente des Meß volumens ausgewertet werden.
- the laser beam of a diode-pumped 2-wavelength fiber laser is directed onto a stationary diffractive element with a suitable grating constant for beam splitting,
- - the wavelengths are separated after the beam splitting,
- a phase shift is generated between the beams of different wavelengths,
- two parallel shifted equidistant interference strip systems of different wavelengths are generated in one measurement volume,
- - Scattered light is generated in the measuring volume by scattering centers on a moving solid surface or scattering particles in a flowing fluid,
- the scattered light of both wavelengths is separated and focused on two photodetectors,
- - The photocurrent signals are evaluated with regard to the speed and direction of movement of the scattering elements of the measuring volume.
- - durch eine Kombination mehrerer bewegter Struktu ren, realisiert z. B. mit mehreren Bragg-Zellen, mehrere linear unabhängige bewegte Streifensyste me erzeugt werden, die unterschiedliche Frequenz verschiebungen aufweisen,
- - eine mehrkomponentige richtungserkennende Ge schwindigkeitsmessung durch die Auswertung von mehreren trägerfrequenten Signalen ermöglicht wird.
- - Ren by a combination of several moving structures, realized z. B. with several Bragg cells, several linearly independent moving strip systems me are generated, which have different frequency shifts,
- - A multi-component direction-detecting Ge speed measurement is made possible by the evaluation of several carrier-frequency signals.
- - mehrere linear unabhängige Quadratur-Streifen systempaare mit einem Mehrwellenlängen-Faserlaser erzeugt werden und
- - durch Auswertung mehrerer Quadratur-Signalpaare eine richtungserkennende mehrdimensionale Ge schwindigkeitsmessung durchgeführt wird.
- - Multiple linear independent quadrature strips system pairs are generated with a multi-wavelength fiber laser and
- - A direction-recognizing multi-dimensional Ge speed measurement is carried out by evaluating several quadrature signal pairs.
- - der Laserstrahl (5) eines diodengepumpten Faser lasers (4) auf ein bewegtes diffraktives Element (6) gerichtet ist zur Erzeugung eines Frequenz shiftes und zur Strahlteilung in wenigstens zwei Laserstrahlen (8, 10), die durch ein optisches System (12, 14) in einem Meßvolumen (16) überla gert werden zur Erzeugung wenigstens eines Inter ferenzstreifensystems im Meßvolumen,
- - das im Meßvolumen (16) durch Streuzentren auf einer bewegten Festkörperoberfläche oder in einem strömenden Fluid mittels Streuteilchen erzeugte Streulicht (18) durch eine Optik (20) auf einen Fotodetektor (22) gelenkt wird, wo es interfe riert, und
- - das Fotostromsignal (24) zur Ermittlung der Ge schwindigkeit und der Bewegungsrichtung der Streuelemente im Meßvolumen in eine Auswerteein richtung eingespeist wird.
- - The laser beam ( 5 ) of a diode-pumped fiber laser ( 4 ) is directed to a moving diffractive element ( 6 ) for generating a frequency shift and for beam splitting into at least two laser beams ( 8 , 10 ), which are by an optical system ( 12 , 14 ) are superimposed in a measuring volume ( 16 ) to generate at least one interference strip system in the measuring volume,
- - In the measuring volume ( 16 ) by scattering centers on a moving solid surface or in a flowing fluid by means of scattering particles scattered light ( 18 ) is directed through optics ( 20 ) to a photodetector ( 22 ), where it interferes, and
- - The photocurrent signal ( 24 ) for determining the Ge speed and the direction of movement of the scattering elements in the measurement volume is fed into a direction of evaluation.
- - der Laserstrahl eines diodengepumpten Faserlasers (30) mit wenigstens zwei separaten Emissionswel lenlängen auf ein ruhendes diffraktives Element (32) gerichtet ist zur Strahlteilung in wenig stens zwei Laserstrahlen (34, 36) und der Tren nung in wenigstens zwei Wellenlängen (λ1 und λ2),
- - ein getrennter Laserstrahl (34) einen Phasen schieber (38) zur Erzeugung einer Phasenverschie bung durchläuft,
- - die phasenverschobenen Laserstrahlen durch ein optisches System (40) in einem Meßvolumen (42) überlagert werden zur Erzeugung wenigstens zweier parallelverschobener äquidistanter Interferenz streifensysteme (44) verschiedener Wellenlänge,
- - das im Meßvolumen durch Streuelemente auf einer Festkörperoberfläche oder in einem strömenden Fluid erzeugte Streulicht beider Wellenlängen einen Strahlteiler (46) durchläuft zur Trennung des Streulichtes der Wellenlängen in wenigstens zwei Strahlen, die getrennt auf wenigstens zwei Fotodetektoren (48, 50) gelenkt werden, und
- - die Fotostromsignale (52, 54) zur Ermittlung der Geschwindigkeit und der Bewegungsrichtung der Streuelemente im Meßvolumen in eine Auswerteein richtung eingespeist werden.
- - The laser beam of a diode-pumped fiber laser ( 30 ) with at least two separate Emissionswel lenlängen directed to a stationary diffractive element ( 32 ) for beam splitting in at least two laser beams ( 34 , 36 ) and the separation in at least two wavelengths (λ1 and λ2) ,
- - A separate laser beam ( 34 ) passes through a phase shifter ( 38 ) for generating a phase shift,
- - The phase-shifted laser beams are overlaid by an optical system ( 40 ) in a measuring volume ( 42 ) to generate at least two parallel-shifted equidistant interference strip systems ( 44 ) of different wavelengths,
- - The scattered light generated in the measuring volume by scattering elements on a solid surface or in a flowing fluid of both wavelengths passes through a beam splitter ( 46 ) to separate the scattered light of the wavelengths into at least two beams, which are directed separately to at least two photodetectors ( 48 , 50 ), and
- - The photocurrent signals ( 52 , 54 ) for determining the speed and the direction of movement of the scattering elements in the measurement volume are fed into an evaluation device.
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| DE1997101736 DE19701736A1 (en) | 1997-01-20 | 1997-01-20 | Laser Doppler velocimetry method e.g. for fluid using direction identifying achromatic fibre |
| DE29724435U DE29724435U1 (en) | 1997-01-20 | 1997-01-20 | Laser Doppler velocimetry method e.g. for fluid using direction identifying achromatic fibre - using diode pumped fibre laser with diffractive laser beam divider, phase diffractive grating and illumination optics between laser and grating |
Applications Claiming Priority (1)
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| DE1997101736 DE19701736A1 (en) | 1997-01-20 | 1997-01-20 | Laser Doppler velocimetry method e.g. for fluid using direction identifying achromatic fibre |
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ID=7817790
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| DE1997101736 Ceased DE19701736A1 (en) | 1997-01-20 | 1997-01-20 | Laser Doppler velocimetry method e.g. for fluid using direction identifying achromatic fibre |
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|---|---|
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| DE102010034972A1 (en) * | 2010-08-20 | 2012-02-23 | Elovis Gmbh | Method for contactless measurement of surface speed of moved materials, involves assessing signal with two different functions that temporally vary synchronous to excitation function, and processing intermediate results for measuring speed |
| CN110687546A (en) * | 2018-07-05 | 2020-01-14 | 北京微秒光电技术有限公司 | A Dual-beam Laser Doppler Velocimetry System Using Phase Modulators |
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| WO1993011438A1 (en) * | 1991-12-06 | 1993-06-10 | Optical Air Data Systems, L.P. | Optical doppler velocimeter |
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1997
- 1997-01-20 DE DE1997101736 patent/DE19701736A1/en not_active Ceased
Patent Citations (1)
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