DE4240769C2 - Method and device for detecting multiple speed components, in particular particles in fluids - Google Patents
Method and device for detecting multiple speed components, in particular particles in fluidsInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erfassung mehrerer Geschwindigkeitskomponenten insbesondere von Teilchen in Fluiden. Sie umfaßt auch zwei Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens, sowie ein elektro-optisches Modul für diese Vorrichtungen.The invention relates to a method for detecting a plurality of speed components, in particular of Particles in fluids. It also includes two devices for Implementation of the method, as well as an electro-optical module for these devices.
Der Prospekt epa-Aachen "Zweikomponenten Laser-Doppler-Velocimeter" oder die DE 34 21 341 A1 zeigen ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung. Ein polarisierter Laserstrahl wird in einer Pockels-Zelle zwischen zwei Polarisationszuständen umgeschaltet. Je nach Polarisationsrichtung wird dieser Laserstrahl in einem Polarisationsstrahlteiler umgelenkt oder durchgelassen. Die beiden sich ergebenden Arme des Meßaufbaus sind in ihren Elementen identisch. Der jeweilige Strahl eines Annes wird Ober einen Strahlteiler in einen Doppelstrahl aufgeteilt, der eine Ebene definierend als Kreuzstrahl in ein Meßvolumen eintritt. Die beiden sich aus den beiden Armen des Meßaufbaus ergebenden Ebenen stehen senkrecht aufeinander. Jedes Strahlenpaar gestattet die Ausbildung eines Interferenzmusters, wobei die beiden Interferenzmuster senkrecht aufeinander stehen. Tritt nun ein Teilchen durch das Meßvolumen, sind Geschwindigkeits-Komponenten senkrecht zur optischen Achse erfaßbar, da in Rück- oder Vorwärtsstreuung ein Detektor angeordnet ist. Durch den Einsatz einer Pockelszelle sind dabei allerdings hohe Schaltleistungen notwendig.The brochure epa-Aachen "Two-component laser Doppler velocimeter" or the DE 34 21 341 A1 show such a method and such a device. A polarized one Laser beam is switched between two polarization states in a Pockels cell. Depending on the direction of polarization, this laser beam is in a polarization beam splitter deflected or let through. The two resulting arms of the measurement setup are in their elements identical. The respective beam of an Ann is above a beam splitter split a double beam that defines a plane as a cross beam into a measuring volume entry. The two levels resulting from the two arms of the measurement setup are standing perpendicular to each other. Each pair of rays allows the formation of one Interference pattern, wherein the two interference patterns are perpendicular to each other. Kick now a particle through the measuring volume, velocity components are perpendicular Detectable to the optical axis because a detector is arranged in back or forward scatter is. However, using a Pockels cell means high switching capacities necessary.
Wie weiter aus dem Prospekt und der DE 34 21 341 A1 hervorgeht, sind beide senkrecht zueinander stehenden Geschwindigkeits-Komponenten an ein und demselben Teilchen nur bei langsamen Teilchen erfaßbar, da eine Vielzahl von, z. B. acht, Fringedurchquerungen zur Erfassung der Geschwindigkeit in einer Dimension notwendig ist. Die erforderliche elektro-optische Umschaltung benötigt also hohe Schaltleistungen, um während der Flugzeit des zu messenden Teilchens den Wechsel der optischen Ebenen zu bewirken. Steht die hohe Schaltleistung nicht zur Verfügung, so kann es sein, daß die Geschwindigkeits-Komponenten verschiedener Teilchen gemessen werden.As further emerges from the prospectus and DE 34 21 341 A1, both are Speed components perpendicular to one another on one and the same Particles can only be detected with slow particles, since a variety of, e.g. B. eight, Fringe traverses to measure speed in one dimension is necessary. The required electro-optical switchover therefore requires high switching powers in order change the optical planes during the flight time of the particle to be measured cause. If the high switching capacity is not available, it may be that the Velocity components of different particles can be measured.
Ausgehend davon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, bei dem/der mit geringer Steuerleistung beide Geschwindigkeits- Komponenten an ein und demselben Teilchen bei beliebigen Teilchen-Geschwindigkeiten erfaßbar sind. Proceeding from this, the object of the invention is a method and a To provide a device in which with low control power both speed Components on the same particle at any particle speed are detectable.
Die Lösung der Aufgabe gelingt mit den Gegenständen der Ansprüche 1, 8 oder 9.The problem is solved with the subject matter of claims 1, 8 or 9.
Tragend dabei ist, daß eine schnelle Umschaltung in einem (Anspruch 1, 9) oder zwei (Anspruch 1, 8) Y-Koppler(n) in zwei (oder vier) Ausgangsstrahlen erfolgen kann und die Orientierung der Interferenzmuster nach Aufnahme jedes Meßwertes (sehr schnell) mit geringer Leistung gewechselt werden kann. Unterstützend wirkt die nahezu vollständige Führung der Licht-Meßstrahlen in Lichtwellenleitern, wie Faseroptiken; erst kurz vor dem Meßvolumen werden die Strahlen aus den Lichtwellenleitern ausgekoppelt. Dies kann mit (üblichen) Kollimatorlinsen oder GRIN-Linsen geschehen, die als Zylinder gestaltet sind und mit einer kontinuierlichen Veränderung des Brechungsindex eine parallele Ausrichtung der austretenden Strahlen gewähren (Anspruch 2).It is important that a quick switch in one (claim 1, 9) or two (Claim 1, 8) Y-coupler (s) can take place in two (or four) output beams and the Orientation of the interference pattern after each measurement value (very quickly) with low power can be changed. The almost complete one supports this Guiding the light measuring beams in optical fibers, such as fiber optics; only shortly before Measurement volume, the beams are decoupled from the optical fibers. This can be done with (usual) collimator lenses or GRIN lenses happen, which are designed as cylinders and with a continuous change in the refractive index, a parallel alignment of the grant emerging rays (claim 2).
Die Verwendung von Lichtwellenleitern und die Durchführung der Strahl-Umschaltung (Lichtleistungs-Umschaltung) mittels - durch Steuerschaltung angesteuerter - Y-Koppler ermöglicht eine sehr schnelle und verlustarme Umschaltung. Dadurch kann gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform je Taktschritt abwechselnd jeweils ein Meßwert für eine der beiden Geschwindigkeits-Komponenten ermittelt werden, womit eine exakte Geschwindigkeitsbestimmung eines einzigen Teilchens möglich ist, welches in den Meßschritten die einzelnen Fringes des jeweiligen Interferenzmusters durchfliegt. Sollte eine Geschwindigkeits-Komponente einmal nicht oder nicht gut zu erfassen sein, stört oder sperrt diese Erfassungsverzögerung die Erfassung der anderen Komponenten nicht.The use of optical fibers and the implementation of beam switching (Light output changeover) by means of a Y-coupler controlled by a control circuit enables a very fast and low-loss switching. According to one advantageous embodiment, alternately one measurement value for each of the clock steps two speed components can be determined, making an exact It is possible to determine the speed of a single particle which is in the Measuring steps flies through the individual fringes of the respective interference pattern. Should one The speed component cannot be detected at all or cannot be detected well, or bothers or blocks this detection delay does not affect the detection of the other components.
Findet das Umschalten jew. nach Aufnahme eines Meßwerts statt, liegt die Frequenz des Taktsignals der Strahlumschaltung (Lichtleistungs-Umschaltung) in der Größenordnung der Frequenz des vom Detektor erhaltenen elektrischen Signals (Anspruch 3).If the switchover takes place after recording a measured value, the frequency of the Clock signal of the beam switching (light output switching) in the order of magnitude Frequency of the electrical signal received by the detector (claim 3).
Vorteilhafte Ausführungen des Verfahrens sind in Ansprüchen 4 bis 7 hervorgehoben.Advantageous embodiments of the method are highlighted in claims 4 to 7.
Anders als die vorliegende Erfindung, die aktive Y-Koppler verwendet, listet der Review-Artikel "Linear and Non-Linear Optical Fibre-Devices" von GOURE, J.P. et al. in Journal of Physics, Part D: Appl. Phys. Vol. 22,1989, Seiten 1791 bis 1805 unter einer großen Zahl von optischen Bauelementen passive Y-Koppler auf. Sie sollen für LAN-Netzwerke Anwendung finden. In DE 34 41 088 C2 werden - dem Kennzeichen des Anspruches 2 vergleichbar - GRIN-Linsen oder Kollimatorlinsen zur Parallelausrichtung von in ein Meßvolumen ausgekoppelten Strahlen. Hintergrund dieser Beschreibung ist die Verbesserung der Meßgenauigkeit bei der Erfassung einer einzigen Geschwindigkeitskomponente eines Partikels in einem Fluid. Unlike the present invention, which uses active Y-couplers, the review article "Linear and Non-Linear Optical Fiber Devices "by GOURE, J.P. et al. in Journal of Physics, Part D: Appl. Phys. Vol. 22,1989, pages 1791 to 1805 under a large number of optical Components passive Y-coupler. They should be used for LAN networks. In DE 34 41 088 C2 - comparable to the characterizing part of claim 2 - GRIN lenses or collimator lenses for the parallel alignment of those coupled into a measurement volume Rays. The background to this description is the improvement of the measuring accuracy in the Detection of a single velocity component of a particle in a fluid.
Die gleichzeitige Erfassung mehrerer Geschwindigkeitskomponenten an einem einzigen Teilchen ist dieser Fundstelle nicht zu entnehmen.The simultaneous acquisition of several speed components on a single one Particles cannot be found from this site.
Bei einer Vorrichtung (Anspruch 8, 9), mit der das Verfahren (Anspruch 1) vorteilhaft durchgeführt werden kann, gibt es zwei Vorschläge. Entweder werden zwei Strahlpaare über zwei Y-Koppler abgewechselt oder ein Strahlpaar wird ersetzt durch einen stetigen Lichtstrahl, der mit den anderen - sich abwechselnden - Lichtstrahlen des verbleibenden Paares die beiden verschieden orientierten Interferenzmuster bildet.In a device (claim 8, 9) with which the method (claim 1) is advantageous there are two suggestions. Either two beam pairs are exchanged via two Y-couplers or one beam pair is replaced through a steady beam of light, that with the other - alternating - beams of light of the remaining pair forms the two differently oriented interference patterns.
Durch die Verwendung von Y-Kopplern stehen schnelle Umschalter zur Verfügung, die schaltleistungsarm die in die Eingangs-Lichtwellenleiter eingespeiste Licht-Leistung (Lichtstrahlen) vollständig zwischen den Ausgangs-Lichtwellenleiterpaaren umschalten. Damit ist es insbesondere möglich, im Takt der Aufnahme der Meßwerte vom Detektor umzuschalten und so die zur Geschwindigkeitsbestimmung benötigten Meßwerte im Zeitmultiplex von einem einzigen Teilchen zu erhalten, so, daß es sich bei den aufgenommenen Meßwerten tatsächlich um die Geschwindigkeits-Komponenten eines einzelnen Teilchens handelt.By using Y couplers, fast changeover switches are available the light power fed into the input fiber optic cables with low switching power Switch (light beams) completely between the output fiber pairs. This makes it possible in particular to measure the measured values from the detector to switch and so the measured values required for speed determination in To obtain time division multiplexing from a single particle, so that it is in the measured values actually around the speed components of a individual particles.
Zur Frequenzverschiebung können in den Strahlgängen elektro-optische Elemente vorgesehen werden (Anspruch 10). Die AD-Schaltungstechnik ist in Anspruch 11 näher umschrieben.Electro-optical elements can be used in the beam paths to shift the frequency be provided (claim 10). The AD circuit technology is closer in claim 11 circumscribed.
Besonders raumsparend zeigt sich das elektro-optische Modul (Anspruch 12) für die beschriebenen Vorrichtungen. Neben seiner kompakten Bauweise beseitigt dieses Modul auch eine Vielzahl von Abgleich- und Justierarbeiten, die aufgrund der Modulbauweise entfallen. Ein Laser-Doppler-Anemometer kann so einfach an eine bestimmte Aufgabe angepaßt werden, eben dadurch, daß bestimmte Module ausgetauscht werden.The electro-optical module (claim 12) is particularly space-saving for the described devices. In addition to its compact design, this module eliminates also a large number of adjustment and adjustment work due to the modular design omitted. A laser Doppler anemometer can be easily assigned to a specific task be adjusted, precisely by the fact that certain modules are exchanged.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft erläutert. Diese zeigen:Exemplary embodiments of the invention are described below with reference to the attached Drawings exemplified. These show:
Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild der optischen Elemente einer Vorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, Fig. 1 is a schematic block diagram of the optical elements of an apparatus according to a first embodiment of the invention,
Fig. 2 ein schematisches Blockschaltbild der optischen Elemente einer Vorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit nur einem einzigen Y-Koppler, Fig. 2 is a schematic block diagram of the optical elements of an apparatus according to a second embodiment of the invention with only a single Y coupler,
Fig. 3 ein schematisches Blockschaltbild eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung mit optische Elemente enthaltenden Modulen und Sonden zur Bestimmung der Geschwindigkeit eines Gegenstandes in zwei Dimensionen, Fig. 3 is a schematic block diagram of a third embodiment of the present invention with optical elements containing modules and probes for determining the speed of an object in two dimensions,
Fig. 4 ein schematisches Blockschaltbild eines vierten Ausführungsbeispiels der Erfindung mit optische Elemente enthaltenden Modulen und Sonden zur Bestimmung der Ge schwindigkeit eines Gegenstandes in einer Dimension an verschiedenen Orten, Fig. 4 is a schematic block diagram of a fourth embodiment of the present invention with optical elements containing modules and probes for determining the Ge speed of an object in one dimension in different places,
Fig. 5 ein Modul aus Fig. 3 mit wesentlichen optischen und elektrischen Elementen des dritten Ausführungsbeispiels zur Bestimmung der Geschwindigkeit eines Gegenstandes in zwei Dimensionen, und Fig. 5 is a module of Fig. 3 with essentially optical and electrical elements of the third embodiment for determining the speed of an object in two dimensions, and
Fig. 6 ein Modul aus Fig. 4 mit wesentlichen optischen und elektrischen Elementen des vierten Ausführungsbeispiels zur Bestimmung der Geschwindigkeit eines Gegenstandes in einer Dimension an verschiedenen Orten. FIG. 6 shows a module from FIG. 4 with essential optical and electrical elements of the fourth exemplary embodiment for determining the speed of an object in one dimension at different locations.
Die Fig. 1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild der optischen Elemente einer Vor richtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Ein Laser 1 strahlt einen monochromatischen Lichtstrahl 2 aus. Dieser wird in einem Strahlteiler 3 in zwei im wesentlichen gleichstarke Teilstrahlen 4 und 24 aufgeteilt, die schematisch als Striche angedeutet sind. Dabei handelt es sich üblicherweise um im wesentlichen parallele Lichtstrahlen 4 und 24. Diese werden im jeweiligen Arm 5 bzw. 25 der Vorrichtung in dort angeordneten Lichtwellenleitereinkoppler 6 bzw. 26 in Lichtwellenleiter 7 bzw. 27 einge koppelt. Dabei handelt es sich (insoweit) um eine gängige Strahlteilung. Im Zuge der Teilstrahlen 4, 24 kann - bei Bedarf - eine Frequenzverschiebung für eine Richtungsemp findlichkeit (am Meßpunkt) eingebaut werden. Fig. 1 shows a schematic block diagram of the optical elements of an on device according to a first embodiment of the invention. A laser 1 emits a monochromatic light beam 2 . This is divided in a beam splitter 3 into two substantially equal beams 4 and 24 , which are indicated schematically as lines. These are usually essentially parallel light beams 4 and 24 . These are coupled into the respective arm 5 or 25 of the device in optical waveguide couplers 6 or 26 arranged there in optical fibers 7 or 27 . In so far, this is a common beam splitting. In the course of the partial beams 4 , 24 - if necessary - a frequency shift for a directional sensitivity (at the measuring point) can be installed.
Bei den Lichtwellenleitern 7 bzw. 27 kann es sich um Multimodelichtwellenleiter handeln. Vorzugsweise werden jedoch Monomodelichtwellenleiter, z. B. Stufenindexfasern mit ei nem wenige Mikrometer großen Kern verwendet.The optical fibers 7 and 27 can be multimode optical fibers. However, single-mode optical fibers, e.g. B. step index fibers with egg nem a few microns core.
Diese Lichtwellenleiter 7 bzw. 27 werden an einen Y-Koppler 8 bzw. 28 angeschlossen. Dabei handelt es sich um ein Bauteil, das eingangsseitig mit einem Eingangs-Lichtwel lenleiter 7 bzw. 27 beschaltet ist und der ausgangsseitig über zwei Ausgangs-Lichtwel lenleiter 9 und 19 bzw. 29 und 39 verfügt. Die Ausgangs-Lichtwellenleiter 9,19, 29 und 39 entsprechen im Aufbau vorzugsweise den Eingangs-Lichtwellenleitern 7 und 27.These optical fibers 7 and 27 are connected to a Y-coupler 8 and 28 , respectively. This is a component which is connected on the input side to an input optical waveguide 7 and 27 and which has two output optical waveguides 9 and 19 or 29 and 39 on the output side. The structure of the output optical fibers 9 , 19 , 29 and 39 preferably corresponds to that of the input optical fibers 7 and 27 .
Das über die Eingangs-Lichtwellenleiter 7 bzw. 27 in den jeweiligen Y-Koppler 8 bzw. 28 eingespeiste Licht wird nahezu vollständig in einen einzigen der beiden Ausgangs-Licht wellenleiter zum Beispiel 9 bzw. 29 geleitet. Die anderen beiden Ausgangs-Lichtwellen leiter 19 und 39 sind dann von nahezu keiner Lichtleistung beaufschlagt. The light fed via the input optical waveguide 7 or 27 into the respective Y-coupler 8 or 28 is almost completely guided into a single one of the two output optical waveguides, for example 9 or 29 . The other two output light waveguides 19 and 39 are then subjected to almost no light output.
Solche Y-Koppler 8 und 28, die auch Brücken-Modulatoren (Y-balanced, bridge modula tors) genannt werden, sind aus einem länglichen LiNbO₃-Substrat aufgebaut und sind kommerziell für Eingangslichtleistungen (Impuls) bis zu 200 Milliwatt (Dauerleistung 1-2 mW) und Wellenlängen von 800, 1300 und 1500 nm erhältlich. Dabei ist es möglich neben Verzweigungen in zwei Lichtwellenleiter auch durch interne Kaskadierung der Über gänge Brücken-Umschaltungen auf mehr als zwei Lichtwellenleiter zu erhalten. Dies ist insbesondere für die Mehrpunkt-Laser-Doppler-Anemometrie (Mehrpunkt-LDA) vorteil haft, um eine Geschwindigkeits-Komponente an z. B. drei oder vier Orten zu messen.Such Y-couplers 8 and 28 , which are also called bridge modulators (Y-balanced, bridge modula tors), are constructed from an elongated LiNbO₃ substrate and are commercially available for input light powers (pulse) up to 200 milliwatts (continuous power 1-2 mW) and wavelengths of 800, 1300 and 1500 nm are available. In addition to branches in two optical fibers, it is also possible to obtain bridge switching to more than two optical fibers by cascading the transitions internally. This is particularly advantageous for multi-point laser Doppler anemometry (multi-point LDA) in order to have a speed component at z. B. to measure three or four locations.
Die beiden in diesem Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur zweidimensionalen LDA Licht führenden Ausgangs-Lichtwellenleiter 9 und 29 (als Beispiel) sind in einer durch die optische Achse 42 und die vorgegebenen Y-Richtung 43 aufgespannten Ebene 44 an geordnet. Das aus ihnen her austretende Laserlicht wird dann über eine in der Zeich nung nicht dargestellte Fokussieroptik auf ein Meßvolumen 45 gebündelt. Dort entsteht durch den zwischen den aus den Lichtwellenleitern 9 und 29 austretenden Strahlen be stehenden Winkel ein erstes Interferenzmuster. Ein durch das Meßvolumen tretendes Teilchen streut das es beaufschlagende Licht, woraus sich entsprechend der in Vor wärtsstreuung ergebenden Intensität auf einem Detektor 46 ein Meßwert für die Ge schwindigkeits-Komponente des Teilchens in Y-Richtung ermitteln läßt. Hierfür ist der Detektor 46 über eine Datenleitung 47 mit einer Steuer- und Auswerteschaltung 40 ver bunden.The two in this exemplary embodiment of a device for two-dimensional LDA light-guiding output optical waveguides 9 and 29 (as an example) are arranged in a plane 44 spanned by the optical axis 42 and the predetermined Y direction 43 . The laser light emerging from them is then bundled via a focusing optics (not shown in the drawing) onto a measuring volume 45 . There arises from the angle between the rays emerging from the optical fibers 9 and 29 be a first interference pattern. A particle passing through the measuring volume scatters the light, which can be used to determine a measured value for the speed component of the particle in the Y direction in accordance with the intensity resulting in forward scattering on a detector 46 . For this purpose, the detector 46 is connected via a data line 47 to a control and evaluation circuit 40 .
Die Y-Koppler 8 und 28 sind nun über Steuerleitungen 10 und 30 an der Auswerte- und Steuerschaltung 40 angeschlossen. Durch ein entsprechendes Steuersignal werden beide Y-Koppler 8 und 28 synchron umgeschaltet, so daß das über die Eingangs-Licht wellenleiter 7 bzw. 27 in die Koppler 8 und 28 eingespeiste Licht nahezu vollständig in die anderen Ausgangs-Lichtwellenleiter 19 und 39 umschaltbar ist. Diese letzteren Aus gangs-Lichtwellenleiter 19 und 39 sind in einer durch die optische Achse 42 und die vor gegebenen X-Richtung 48 aufgespannten Ebene 49 angeordnet. Das aus ihnen heraus tretende Laserlicht wird dann über die in der Zeichnung nicht dargestellte Fokussieroptik auf das Meßvolumen 45 gebündelt. Dort entsteht durch den zwischen den aus den Lichtwellenleitern 19 und 39 austretenden Strahlen bestehenden Winkel ein zweites In terferenzmuster, weiches senkrecht zu dem oben genannten ersten Interferenzmuster steht. Damit ist es in analoger Weise möglich nun Meßwerte für die X-Komponente der Teilchengeschwindigkeit zu ermitteln.The Y-couplers 8 and 28 are now connected to the evaluation and control circuit 40 via control lines 10 and 30 . By a corresponding control signal, both Y-couplers 8 and 28 are switched synchronously, so that the light fed via the input light waveguides 7 and 27 into the couplers 8 and 28 is almost completely switchable to the other output optical fibers 19 and 39 . These latter from output optical fibers 19 and 39 are arranged in a plane 49 spanned by the optical axis 42 and the given X-direction 48 . The laser light emerging from them is then focused onto the measuring volume 45 via the focusing optics (not shown in the drawing). There is a second interference pattern, which is perpendicular to the above-mentioned first interference pattern, created by the angle between the rays emerging from the optical waveguides 19 and 39 . It is now possible in an analogous manner to determine measured values for the X component of the particle velocity.
Bei einer Ausgestaltung des Verfahrens und der Vorrichtung wird zuerst die eine Geschwindigkeits-Komponente ermittelt und anschließend die durch die Eingangs-Licht wellenleiter 7 und 27 eintretende Lichtleistung auf die jeweils anderen Ausgangs-Licht wellenleiter umgeleitet, um die andere Komponente zu messen.In one embodiment of the method and the device, the one speed component is first determined and then the light power entering through the input optical waveguides 7 and 27 is redirected to the other output optical waveguide in order to measure the other component.
Die Steuer- und Auswerteschaltung 40 kann einen Speicherbaustein und einen schnellen Schalter enthalten. Dann wird nach einem Taktschritt, d. h. der Aufnahme eines Meß wertes für die Geschindigkeitskomponente in einer Richtung, diese zwischengespeichert und beide Y-Koppler 8 und 28 schnell um geschaltet. Dann wird im nächsten Taktschritt ein Meßwert der Geschwindigkeits-Komponente in der anderen Richtung aufgenommen und anschließend erneut um geschaltet. Durch dieses Meßverfahren ist gewährleistet, daß für ein und dasselbe Teilchen für beide Geschwindigkeits-Komponenten im Zeitmul tiplex eine Vielzahl von Meßwerten erhoben werden können. Nach dem Erfassen von mehreren Meßwerten kann so eindeutig die Geschwindigkeit des beobachteten Teil chens deduziert werden.The control and evaluation circuit 40 can contain a memory chip and a fast switch. Then, after a clock step, ie the recording of a measured value for the speed component in one direction, the latter is temporarily stored and both Y-couplers 8 and 28 are quickly switched over. Then, in the next clock step, a measured value of the speed component is recorded in the other direction and then switched over again. This measuring method ensures that a multiplicity of measured values can be obtained for one and the same particle for both speed components in the tipmul time multiplex. After acquiring several measured values, the speed of the observed particle can be clearly deduced.
Die in der Fig. 1 orthogonal aufeinanderstehenden Ebenen der Strahlenpaare können auch in einem beliebigen anderen Winkel zueinander angeordnet werden, um aus den dabei ermittelbaren Geschwindigkeits-Richtungen eine zweidimensionale Geschwindig keit zu ermitteln. Die Nicht-Orthogonalität muß nur bei der Berechnung der Geschwindig keit berücksichtigt werden.The planes of the beam pairs which are orthogonal to one another in FIG. 1 can also be arranged at any other angle to one another in order to determine a two-dimensional speed from the speed directions which can be determined in the process. The non-orthogonality only has to be taken into account when calculating the speed.
Es ist günstig, in der Auswerteschaltung eine Sample- und Hold-Schaltung vorzusehen, so daß bei stark unterschiedlichen Geschwindigkeiten in den beiden beobachteten Richtungen Meßwerte für die eine schnelle Richtung im Takt des Umschaltens der Lichtleistung aufgenommen werden, wohingegen in der anderen Richtung ein Meßwert über mehrere Takte integriert wird. Dabei sind Taktverhältnisse von z. B. 1 zu 5 oder größer möglich.It is favorable to provide a sample and hold circuit in the evaluation circuit, so that at very different speeds observed in the two Directions Measured values for a fast direction in time with the switching of the Light output are recorded, whereas in the other direction a measured value is integrated over several cycles. Clock ratios of z. B. 1 to 5 or larger possible.
Vorteilhafterweise wird der Meßwert durch einen schnellen Analog-Digital-Wandler direktgewandelt, wobei Schaltraten pro Kanal von 50MHz möglich sind.The measured value is advantageously obtained using a fast analog-to-digital converter directly converted, switching rates of 50MHz per channel are possible.
Dabei liegt die Frequenz des Taktsignals der Leistungsumschaltung in der Größenord nung der Frequenz des vom Detektor erhaltenen elektrischen Signals.The frequency of the clock signal of the power switch is of the order of magnitude the frequency of the electrical signal received by the detector.
Neben des in Fig. 1 dargestellten 4-Strahl Kreuzstrahlverfahrens ist es auch möglich eine Vorrichtung mit nur einem einzigen Y-Koppler 8 zu schaffen. Eine solche ist in Fig. 2 dar gestellt. In addition to the 4-beam cross-beam method shown in FIG. 1, it is also possible to create a device with only a single Y-coupler 8 . Such is shown in Fig. 2 is.
Die Fig. 2 zeigt ein schematisches Blockschaltbild der optischen Elemente einer Vor richtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit nur einem einzigen Y-Koppler 8. Gleiche Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Der Arm 5 ist analog zu dem Arm 5 der Fig. 1 ausgestaltet. Der zweite Arm 55 hingegen ist anders ausgestaltet, da das in dem Lichtwellenleitereinkoppler 26 Licht durch einen Lichtwellen leiter 59 direkt zum Auskoppelpunkt geführt wird. Fig. 2 shows a schematic block diagram of the optical elements of an on device according to a second embodiment of the invention with only a single Y-coupler 8th Identical features are provided with the same reference symbols. The arm 5 is configured analogously to the arm 5 of FIG. 1. The second arm 55, on the other hand, is designed differently, since the light in the optical waveguide coupler 26 is guided through an optical waveguide 59 directly to the decoupling point.
Die beiden jeweils wechselseitig mit Lichtleistung beschaltbaren Ausgangs-Lichtwellen leiter 9 und 19 werden vorzugsweise zusammen mit dem Lichtwellenleiter 59 in einer Ebene in einem Winkel von 120 Grad angeordnet, so daß sich bezüglich der Achse 42 ein gleichseitiges Dreieck mit den Eckpunkten der Faserenden ergibt. Dadurch besteht zwischen der besagten ersten und der zweiten Ebene ein Winkel von 120 Grad. Wenn nun über die Steuerleitung 10 der Y-Koppler 8 umgeschaltet wird wechselt die in dem einen Lichtwellenleiter-Paar 9 und 59 geführte Lichtleistung auf das zweite Lichtwellen leiter-Paar 19 und 59. Dabei ist der in dem Lichtwellenleiter 59 geführte Licht-Anteil an beiden Strahlenpaaren beteiligt. Vorzugsweise teilt auch hier der Strahlteiler 3 die Licht leistung gleichartig auf die beiden Lichtstrahlen 4 und 24 auf, so daß zwei unterschiedli che Meßwerte von in einem Winkel von 120 Grad zueinander stehenden Geschwindig keits-Komponenten erhoben werden können.The two mutually interconnectable with light output light waveguides 9 and 19 are preferably arranged together with the optical fiber 59 in a plane at an angle of 120 degrees, so that there is an equilateral triangle with respect to the axis 42 with the corner points of the fiber ends. As a result, there is an angle of 120 degrees between said first and second planes. If the Y-coupler 8 is now switched over the control line 10, the light output guided in one pair of optical fibers 9 and 59 changes to the second pair of optical fibers 19 and 59 . The light component guided in the optical waveguide 59 is involved in both pairs of rays. Preferably, the beam splitter 3 also divides the light output equally between the two light beams 4 and 24 , so that two different measured values of speed components at an angle of 120 degrees to one another can be measured.
Natürlich sind auch andere Winkel möglich, jedoch bietet die beschriebene Ausführungsform die größte Empfindlichkeit.Of course, other angles are also possible, but the embodiment described offers the greatest sensitivity.
Dabei ist vorteilhaft, daß die Y-Koppler 8 bzw. 28, die üblicherweise mit niedrigen Schaltleistungen in schnellen Schritten und hohem Takt umschaltbar sind, eine hohen Wirkungsgrad haben und daß die Führung der Lichtstrahlen in Lichtwellenleitern 7, 9, 19, 27, 29 und 39 eine verlustarme Ausbreitung im interessierenden Wellenlängenbereich von z. B. 800nm gestatten und gleichzeitig eine extrem kompakte Bauform ermöglichen. Denn anstelle einer großräumigen Linsenanordnung, wie sie die Fig. 1 andeutet, ist es auch möglich die Faserenden der Lichtwellenleiter 9, 19, 29, 39 und 59 in der gewünschten Weise dicht beieinander anzuordnen, so daß ein kleines Meßvolumen mit ho her Strahlintensität beaufschlagbar ist, was gleichzeitig die Aufnahme des Streusignals durch den Detektor 46 vereinfacht.It is advantageous that the Y-couplers 8 and 28 , which are usually switchable with low switching powers in fast steps and high clock, have a high efficiency and that the guidance of the light beams in optical fibers 7 , 9 , 19 , 27 , 29 and 39 a low-loss propagation in the wavelength range of interest of z. B. allow 800nm and at the same time allow an extremely compact design. Because instead of a large-scale lens arrangement, as indicated in FIG. 1, it is also possible to arrange the fiber ends of the optical fibers 9 , 19 , 29 , 39 and 59 in the desired manner close together, so that a small measurement volume with high beam intensity can be applied , which at the same time simplifies the recording of the scatter signal by the detector 46 .
Die Fig. 3 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung mit solchen optische Elemente enthaltenden Modulen und Sonden zur Be stimmung der Geschwindigkeit eines Gegenstandes in zwei Dimensionen. Dabei kann es sich um die Geschwindigkeit einer rotierenden Scheibe, eines Teilchens in einem Fluid oder eines sonstigen Gegenstandes handeln. Fig. 3 shows a schematic block diagram of a third embodiment of the invention with such optical elements containing modules and probes for determining the speed of an object in two dimensions. This can be the speed of a rotating disk, a particle in a fluid or another object.
Die Fig. 3 zeigt insbesondere die vorteilhafte Modulbauweise, die für verschiedene Anwendungen in einfacher Weise austauschbar sind. Die Lichtwellenleitereinkoppler 6 und 26 sind üblicherweise auf einer Bank fest einsetz- und justierbar. Die sich daran an schließenden Ausgangs-Lichtwellenleiter 7 und 27 werden in eine Fasersonde- Steuereinheit 60 eingespeist, die in Fig. 5 in einem Ausführungsbeispiel dargestellt ist. FIG. 3 is particularly advantageous modular construction, which can be exchanged for various applications in a simple manner. The optical fiber couplers 6 and 26 can usually be used and adjusted on a bench. The adjoining output optical fibers 7 and 27 are fed into a fiber probe control unit 60 , which is shown in FIG. 5 in one embodiment.
Die Fig. 5 zeigt das Modul 60 aus Fig. 3 mit wesentlichen optischen und elektrischen Elementen des dritten Ausführungsbeispiels zur Bestimmung der Geschwindigkeit eines Gegenstandes in zwei Dimensionen. Gleiche Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Dabei sind die Eingangs-Lichtwellenleiter 7′ und 27′ anders bezeichnet worden, da üblicherweise Steckverbinder verwendet werden, die eine Justage der Ver bindung zu den Y-Kopplern 8 und 28 überflüssig machen. FIG. 5 shows the module 60 from FIG. 3 with essential optical and electrical elements of the third exemplary embodiment for determining the speed of an object in two dimensions. Identical features are provided with the same reference symbols. The input optical fibers 7 'and 27 ' have been designated differently, since connectors are usually used, which make an adjustment of the connection to the Y-couplers 8 and 28 superfluous.
Ausgangsseitig umfaßt die Steuereinheit 60 die Ausgangs-Lichtwellenleiter 9, 19, 29 und 39 sowie einen Empfangs-Lichtwellenleiter 65, der zum Detektor 46 führt, bei dem es sich um eine Avalanche-Photodiode handeln kann. Die damit aufgenommen Meßwerte werden in der Auswerteeinrichtung 40 direkt gewandelt und über einen Datenbus 66 vor zugsweise in einen Rechner zur weiteren Verarbeitung und Speicherung weitergeleitet.On the output side, the control unit 60 comprises the output optical fibers 9, 19 , 29 and 39 as well as a receiving optical fiber 65 , which leads to the detector 46 , which can be an avalanche photodiode. The measurement values thus recorded are converted directly in the evaluation device 40 and forwarded via a data bus 66 to a computer for further processing and storage.
Die fünf Lichtwellenleiter 9, 19, 29, 39 und 65 werden über Steckkupplungen und einen Faserstrang 62 in eine LDA-Glasfasersonde 61 geleitet, in der diese Lichtwellenleiter in der zu Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten Weise zur Durchführung des Kreuzstrahlverfahrens angeordnet werden. Dieses Modul enthält somit die für die Parallelisierung und Bünde lung des einfallenden Lichtes und die für die Sammlung des gestreuten Lichtes notwen digen Optiken, bei denen es sich zum einen insbesondere um sogenannte Stablinsen handeln kann, die auf die Faserenden direkt aufgesetzt werden können. Mit dem Be zugszeichen 63 sind dann die einfallenden kollimierten und gestreuten Strahlen bezeich net, die einen Gegenstand oder ein Teilchen 64 treffen bzw. von diesem gestreut wer den.The five optical fibers 9, 19, 29, 39 and 65 are plug-in couplings and a fiber strand 62 in a LDA-glass fiber probe 61 conducted in which these optical fibers are arranged as shown to FIG. 1 and FIG. 2 example, for carrying out the cross-beam method. This module thus contains the optics necessary for the parallelization and bundling of the incident light and the optics necessary for the collection of the scattered light, which in particular can be so-called rod lenses which can be placed directly on the fiber ends. With the reference numeral 63 , the incident collimated and scattered rays are designated net, which hit an object or a particle 64 or scattered by the who.
Die Fig. 4 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines vierten Ausführungsbeispiels der Erfindung mit weiteren optische Elemente enthaltenden Modulen und Sonden zur Bestimmung der Geschwindigkeit eines Gegenstandes in einer Dimension an verschie denen Orten. Diese sogenannte Mehrpunkt-Laser-Doppler-Anemometrie umfaßt meßseits zwei LDA-Glasfasersonden 61 und 71, die an räumlich verschiedenen Orten ange ordnet sind. Der Vorteil der modularen Bauweise tritt klar hervor, da die Module 61 und 71 baugleich sind und somit beliebig austauschbar und zu verschiedenen Zwecken ein setzbar sind. Die Faserstränge 72 und 73 sind an einer Steuereinheit 70 angeschaltet, die in Fig. 6 detailliert dargestellt ist. FIG. 4 shows a schematic block diagram of a fourth exemplary embodiment of the invention with further modules and probes containing optical elements for determining the speed of an object in one dimension at different locations. This so-called multi-point laser Doppler anemometry comprises two LDA glass fiber probes 61 and 71 , which are arranged at spatially different locations. The advantage of the modular design is clear, since the modules 61 and 71 are identical in construction and are therefore interchangeable and can be used for different purposes. The fiber strands 72 and 73 are connected to a control unit 70 , which is shown in detail in FIG. 6.
Die Fig. 6 zeigt das Modul 70 aus Fig. 4 mit wesentlichen optischen und elektrischen Elementen des vierten Ausführungsbeispiels zur Bestimmung der Geschwindigkeit eines Gegenstandes in einer Dimension an verschiedenen Orten. Der optische Aufbau der Steuereinheit 70 ist im wesentlichen mit dem des Moduls 60 identisch. FIG. 6 shows the module 70 from FIG. 4 with essential optical and electrical elements of the fourth exemplary embodiment for determining the speed of an object in one dimension at different locations. The optical structure of the control unit 70 is essentially identical to that of the module 60 .
Die Ausgangs-Lichtwellenleiter 9 und 29 sind in dem Sinne gekreuzt, daß nun die beiden ersten Ausgangs-Lichtwellenleiter 9 und 29 zusammen mit dem Empfangs-Lichtwellen leiter 65 einen Drei-Fasern-Anschlußpunkt bilden. Genauso bilden die Ausgangs-Licht wellenleiter 19 und 39 zusammen mit dem Empfangs-Lichtwellenleiter 75 einen zweiten solchen Anschlußpunkt.The output optical fibers 9 and 29 are crossed in the sense that the first two output optical fibers 9 and 29 together with the receive optical fiber 65 form a three-fiber connection point. Likewise, the output optical waveguides 19 and 39 together with the receiving optical fiber 75 form a second such connection point.
Jeder dieser Anschlußpunkte ist, wie im Zusammenhang mit der Fig. 4 erwähnt an eine LDA-Glasfasersonde 61 bzw. 71 angeschlossen, mit denen an verschiedenen Orten eine Geschwindigkeitskomponente von Teilchen 64 erfaßt wird. Die Y-Koppler 8 und 28 be schalten nämlich in dem einen Schaltzustand das Modul 61 und in dem anderen Schalt zustand das Modul 71 mit dem Licht des Lasers 1, so daß nacheinander die Empfangs- Lichtwellenleiter 65 und 75 das an dem einen bzw. an dem anderen Ort gestreute Licht aufnehmen und in ein Prisma 67 zur Zusammenführung der Empfangs-Lichtwellenleiter 65 und 75 leiten. Das aus dem Prisma 67 austretende Licht wird auf den einzigen De tektor 46 geleitet, an dessen Ausgang im Zeitmultiplex das elektrische Signal des von ei nem Gegenstand oder Teilchen an verschiedenen Orten gestreuten Lichts bereit steht, in der Auswerteschaltung 40 oder nach der Wandlung in ein digitales Signal, z. B. durch einen 4-Bit-Direktwandler über einen Bus 66 in einer Rechnereinheit weiterverarbeitet zu werden. Neben einem Prisma 67 ist auch eine einfache die verschiedenen Empfangs- Lichtwellenleiter 65 und 75 bündelnde Einrichtung einsetzbar, die im einfachsten Falle aus einer auf den Detektor kollimierenden Linse bestehen kann.As mentioned in connection with FIG. 4, each of these connection points is connected to an LDA glass fiber probe 61 or 71 , with which a velocity component of particles 64 is detected at different locations. The Y-couplers 8 and 28 switch namely be in one switching state, the module 61 and in the other switching state, the module 71 with the light of the laser 1 , so that the receiving optical fibers 65 and 75 one after the other pick up scattered light from the other location and guide it into a prism 67 for bringing together the receiving optical fibers 65 and 75 . The light emerging from the prism 67 is directed to the single detector 46 , at the output of which the electrical signal of the light scattered from an object or particle at various locations is available in time division multiplex, in the evaluation circuit 40 or after conversion into a digital one Signal, e.g. B. to be processed by a 4-bit direct converter via a bus 66 in a computer unit. In addition to a prism 67, it is also possible to use a simple device that bundles the various receiving optical fibers 65 and 75 , which in the simplest case can consist of a lens that collimates on the detector.
Die in den kompakteren Ausführungsbeispielen dargestellte Ausführungsform benutzt das rückwärts-gestreute Signal. Natürlich ist auch die Ausnützung der Vorwärtsstreuung mit leicht veränderten Modulen möglich, insbesondere kann auch der das Fluid umfassende Raum in ein Modul integriert werden. Dabei ist, wie auch in den vorgestellten Ausführungsbeispielen wichtig, daß das Meßraumvolumen auf den Empfangs-Lichtwel lenleiter abgebildet wird, um eine hohe Empfindlichkeit der Apparatur zu erhalten. The embodiment shown in the more compact embodiments is used the backscattered signal. Of course there is also the use of forward scatter possible with slightly modified modules, especially the one that includes the fluid Space can be integrated into a module. It is, as in the presented Embodiments important that the measuring room volume on the received light wel lenleiter is imaged to maintain a high sensitivity of the equipment.
Natürlich wird eine Vorrichtung der oben beschriebenen Art vorteilhafterweise ebenfalls akusto-optische Elemente wie Bragg-Zellen umfassen, um mit Hilfe eines Mischers das Vorzeichen der Geschwindigkeit des Teilchens sicher bestimmen zu können. U.U. ist der Einsatz eines Raumfilters sinnvoll, um einen reineren Strahl zu erhalten.Of course, a device of the type described above will advantageously also acousto-optic elements such as Bragg cells comprise the with the help of a mixer To be able to determine the sign of the speed of the particle with certainty. Possibly. is the It makes sense to use a spatial filter to get a cleaner jet.
Claims (12)
- - ein Lichtstrahl in ein erstes Strahlenpaar, welches in einem in einer ersten Ebene (44) liegenden-Winkel zueinander in ein Meßvolumen eingeleitet wird, und in ein zweites Strahlenpaar zerlegt wird, welches in einem in einer zweiten Ebene (49) liegenden Winkel zueinander in das Meßvolumen eingeleitet wird,
- - der Lichtstrahl in zeitlicher Folge im Wesentlichen in nur eines der beiden Strahlenpaare geleitet wird,
- - über ein Detektorelement (46) die aus dem Meßvolumen tretende Strahlung erfaßt und über eine Steuer- und Auswerteschaltung (40) das Detektorsignal (47) ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet,
- - daß mindestens ein - von der Steuer- und Auswerteschaltung (40) angesteuerter - Y-Koppler (8, 28) den Lichtstrahl in zwei schnell umschaltbare Ausgangs-Lichtstrahlen (9, 19; 29, 39) aufteilt, wobei die Umschaltung jeweils nach Erfassung eines Meßwertes erfolgt und
- - daß die Licht-Meßstrahlen nahezu vollständig in Lichtwellenleitern (6, 26; 7, 27; 9, 19; 29, 39), wie Faseroptiken, geführt werden, um erst kurz vor dem Meßvolumen aus den Lichtwellenleitern ausgekoppelt zu werden.
- - A light beam into a first pair of rays, which is introduced into a measuring volume at an angle to one another in a first plane ( 44 ), and is broken down into a second pair of rays, which are at an angle to one another in a second plane ( 49 ) the measuring volume is introduced,
- the light beam is essentially guided in only one of the two pairs of beams,
- - The radiation emerging from the measurement volume is detected by a detector element ( 46 ) and the detector signal ( 47 ) is evaluated by a control and evaluation circuit ( 40 ), characterized in that
- - That at least one - controlled by the control and evaluation circuit ( 40 ) - Y-coupler ( 8 , 28 ) divides the light beam into two quickly switchable output light beams ( 9 , 19 ; 29 , 39 ), the switchover after detection of a measured value and
- - That the light measuring beams are almost completely in optical waveguides ( 6 , 26; 7 , 27 ; 9 , 19 ; 29 , 39 ), such as fiber optics, to be coupled out just before the measurement volume from the optical fibers.
- (a) daß nur ein Y-Koppler (8) vorgesehen ist und
- (b) daß die beiden Strahlenpaare (9, 29; 19, 39) aus je einem Lichtstrahl eines umschaltbaren Lichtstrahlen-Paares und aus einem gemeinsamen Lichtstrahl (59) bestehen, wobei sich die beiden Ebenen (44, 49) in dem gemeinsamen Lichtstrahl (59) schneiden.
- (a) that only one Y-coupler ( 8 ) is provided and
- (b) that the two beam pairs ( 9 , 29 ; 19 , 39 ) each consist of a light beam from a switchable light beam pair and a common light beam ( 59 ), the two planes ( 44, 49 ) being in the common light beam ( 59 ) cut.
- (a) mit einer kohärenten Lichtquelle (1), mit der ein Lichtstrahl (2) erzeugbar ist,
- (b) mit einer strahlteilenden Anordnung (3, 8, 28), mit der der Lichtstrahl (2) in ein erstes Strahlenpaar (9, 29) - welches in einem in einer ersten Ebene (44) liegenden Winkel zueinander in ein Meßvolumen (45) einleitbar ist - und in ein zweites Strahlenpaar (19, 39) - welches in einem in einer zweiten Ebene (49) liegenden Winkel zueinander in das Meßvolumen (45) einleitbar ist - zerlegbar ist,
- (c) wobei die Anordnung (3, 8, 28) Strahlumschaltmittel (8, 28) aufweist, mit denen der Lichtstrahl (2) in zeitlicher Folge im wesentlichen in nur eines der beiden Strahlenpaare (9, 29 oder 19, 39) leitbar ist,
- (d) mit einem Detektorelement (46), mit dem die aus dem Meßvolumen (45) tretende Strahlung erfaßbar ist, und
- (e) mit einer Steuer- und Auswerteschaltung (40), die mit dem Ausgang des Detektorelementes (46) verbunden ist und deren Steuerausgang mit den Steuereingangen der Strahlumschaltmittel (8, 28) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet,
- (f) daß die Strahlumschaltmittel (8, 28) aus mindestens zwei Y-Kopplern (8, 28) bestehen, wobei die aus einem Strahlteiler (3) der strahlteilenden Anordnung (3, 8, 28) heraustretenden Lichtstrahlen (4, 24) in Eingangs-Lichtwellenleiter (7, 27) eingekoppelt werden,
- (g) daß jeder der Eingangs-Lichtwellenleiter (7, 27) durch einen der Y-Koppler (8, 28) in zwei Ausgangs-Lichtwellenleiter (9, 29 und 19, 39) aufgeteilt wird, wobei die Ausgangs- Lichtwellenleiter (9, 19, 29, 39) derart angeordnet sind, daß ein dem ersten Y-Koppler (8) zugeordneter Ausgangs-Lichtwellenleiter (9 bzw. 19) und ein dem zweiten V-Koppler (28) zugeordneter Ausgangs-Lichtwellenleiter (29 bzw. 39) in einer Ebene (44, 49) angeordnet sind,
- (h) daß ein Steuersignal der Steuerelektronik (40) eine Strahlumschaltung des in jeden der Y-Koppler (8, 28) eintretenden Lichtstrahl (4, 24) auf jeweils nur einen der diesem zugeordneten Ausgangs- Lichtwellenleiter (9 oder 19; 19 oder 39) vornimmt.
- (a) with a coherent light source ( 1 ) with which a light beam ( 2 ) can be generated,
- (b) with a beam-splitting arrangement ( 3, 8, 28 ), with which the light beam ( 2 ) into a first pair of beams ( 9 , 29 ) - which at an angle in a first plane ( 44 ) to each other in a measuring volume ( 45 ) can be introduced - and can be dismantled into a second pair of beams ( 19 , 39 ) - which can be introduced into the measuring volume ( 45 ) at an angle to one another in a second plane ( 49 ),
- (c) the arrangement ( 3 , 8 , 28 ) having beam switching means ( 8 , 28 ) with which the light beam ( 2 ) can be guided in time sequence in essentially only one of the two pairs of beams ( 9 , 29 or 19, 39 ) ,
- (d) with a detector element ( 46 ) with which the radiation emerging from the measurement volume ( 45 ) can be detected, and
- (e) with a control and evaluation circuit ( 40 ) which is connected to the output of the detector element ( 46 ) and whose control output is connected to the control inputs of the beam switching means ( 8 , 28 ), characterized in that
- (f) that the beam switching (8, 28) of at least two Y-couplers (8, 28), wherein from a beam splitter (3) of the beam-splitting means (3, 8, 28) emergent light beams (4, 24) in Input optical fibers ( 7 , 27 ) are coupled in,
- (g) that each of the input optical fibers ( 7 , 27 ) is divided by one of the Y-couplers ( 8 , 28 ) into two output optical fibers ( 9 , 29 and 19 , 39 ), the output optical fibers ( 9 , 19 , 29 , 39 ) are arranged such that an output optical fiber ( 9 or 19 ) assigned to the first Y-coupler ( 8 ) and an output optical fiber ( 29 or 39 ) assigned to the second V-coupler ( 28 ) are arranged in one plane ( 44, 49 ),
- (h) that a control signal from the control electronics ( 40 ) switches the beam of the light beam ( 4 , 24 ) entering each of the Y-couplers ( 8 , 28 ) to only one of the associated output optical fibers ( 9 or 19 ; 19 or 39 ).
- (a) mit einer kohärenten Lichtquelle (1), mit welcher ein Lichtstrahl (2) erzeugbar ist;
- (b) mit einer Strahlteileranordnung (3, 8, 28), die den kohärenten Lichtstrahl (2) in ein erstes Strahlenpaar (9, 19) und einen zweiten Strahl (59) aufteilt, wobei das erste Strahlenpaar (9, 19) in einer Ebene (44) liegt und mit dem zweiten Strahl (59) in einem Meßvolumen (45) zum Schnitt gebracht wird;
- (c) mit einem Detektorelement (46), mit dem die austretende Strahlung erfaßbar ist;
- (d) mit einer Steuer- und Auswerteschaltung (40), die mit dem Ausgang des Detektors (46) verbunden ist und deren Steuerausgänge mit der strahlteilenden Anordnung (3, 8, 28) verbunden sind; dadurch gekennzeichnet,
- (e) daß die strahlteilende Anordnung (3, 8, 28) einen Eingangs-Strahlteiler (3) und einen diesem nachgeschalteten Y-Koppler (8) aufweist;
- (f) daß eine Strahlumschaltung (9; 19) im Y-Koppler (8) von der Steuerelektronik (40) mit einem Steuersignal veranlaßt wird und sich jeweils einer (9; 19) der umgeschalteten Strahlen (9, 19) mit dem zweiten Strahl (59) im Meßvolumen (45) schneidet;
- (g) daß nach dem Eingangs-Strahlteiler (3) bis vor dem Meßvolumen (45) die Strahlen in Lichtwellenleitern geführt sind.
- (a) with a coherent light source ( 1 ) with which a light beam ( 2 ) can be generated;
- (b) with a beam splitter arrangement ( 3 , 8 , 28 ) which splits the coherent light beam ( 2 ) into a first beam pair ( 9 , 19 ) and a second beam ( 59 ), the first beam pair ( 9 , 19 ) in one Plane ( 44 ) lies and is cut with the second beam ( 59 ) in a measuring volume ( 45 );
- (c) with a detector element ( 46 ) with which the emerging radiation can be detected;
- (d) with a control and evaluation circuit ( 40 ) which is connected to the output of the detector ( 46 ) and whose control outputs are connected to the beam splitting arrangement ( 3, 8 , 28 ); characterized,
- (e) that the beam splitting arrangement ( 3, 8, 28 ) has an input beam splitter ( 3 ) and a Y-coupler ( 8 ) connected downstream thereof;
- (f) that a beam switching ( 9 ; 19 ) in the Y-coupler ( 8 ) is triggered by the control electronics ( 40 ) with a control signal and one ( 9; 19 ) of the switched beams ( 9 , 19 ) with the second beam ( 59 ) cuts in the measuring volume ( 45 );
- (g) that after the input beam splitter ( 3 ) up to the measuring volume ( 45 ) the beams are guided in optical fibers.
- (a) mit eingangsseitigen Anschlüssen für Eingangs- Lichtwellenleiter (7, 27), die an Y- Koppler (8, 28) anschließbar sind;
- (b) mit einem ausgangsseitigen Anschluß, an dem drei oder vier Ausgangs-Lichtwellenleiter (9, 19, 29, 39; 9, 19, 59) herausführbar und ein Empfangs-Lichtwellenleiter (65) anschließbar sind;
- (c) mit einem Detektorelement (46), auf den das vom Empfangs-Lichtwellenleiter (65, 75) geführte Licht abbildbar ist und
- (d) mit einer Auswerteschaltung (40) zum Verarbeiten des vom Detektor (46) aufgenommenen Signals und Ansteuern der Y-Koppler (8, 28).
- (a) with input-side connections for input optical fibers ( 7 , 27 ), which can be connected to Y-couplers ( 8 , 28 );
- (b) with an output-side connection to which three or four output optical fibers ( 9 , 19 , 29 , 39 ; 9 , 19 , 59 ) can be led out and a receiving optical fiber ( 65 ) can be connected;
- (c) with a detector element ( 46 ) onto which the light guided by the receiving optical waveguide ( 65 , 75 ) can be imaged and
- (d) with an evaluation circuit ( 40 ) for processing the signal picked up by the detector ( 46 ) and controlling the Y-coupler ( 8 , 28 ).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19924240769 DE4240769C2 (en) | 1992-12-03 | 1992-12-03 | Method and device for detecting multiple speed components, in particular particles in fluids |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19924240769 DE4240769C2 (en) | 1992-12-03 | 1992-12-03 | Method and device for detecting multiple speed components, in particular particles in fluids |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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