DE4102855C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung von lokalen Dichteschwankungen in Grenzschichten eines umströmten Körpers - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 4 zur Bestimmung von lokalen Dichteschwankungen an einer Oberfläche eines umströmten Körpers.

Bei Windkanalexperimenten geht es im wesentlichen um die Verfolgung von Strömungsverläufen an einem Modell. Ein wichtiges Kriterium für die Strömung ist hierbei, ob sie in der Grenzschicht an der Oberfläche des umströmten Körpers laminar oder turbulent ist. Mit turbulenten Strömungen sind signifikante Dichteschwankungen in dem den Körper umströmendem Fluid verbunden.

Bei der Bestimmung des lokalen Grenzschichtzustandes ist zu beachten, daß dieser nicht beeinflußt wird. Besondere Schwierigkeiten ergeben sich, wenn mit verkleinerten Modellen, beispielsweise die Grenzschichtzustände an einem Flugzeug erkundet werden sollen. Häufig wird zur Aufrechterhaltung der Reynoldzahl, die bei einer Verkleinerung des Modells gegenüber dem Original unter ansonsten gleichbleibenden Bedingungen abfällt, das den Körper umströmende Fluid durch flüssigen Stickstoff abgekühlt. Hierbei sind für das Fluid geschlossene Kreisläufe geboten, die das Modell einschließen. Notwendige Manipulationen direkt am Modell erfordern aus diesem Grund einen hohen Aufwand.

Aus dem AIAA Journal, Vol. 27, No. 4, April 1989, S. 405-410, sind ein Verfahren nach dem Ober­ begriff des Patentanspruchs 1 und eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 4 für den Fall diffusreflektierend bekannt. Dabei wird von dem Zusammenhang Gebrauch gemacht, daß sich die signifikanten Dichteschwankungen von turbulenten Strömungen auf dem lokalen Licht auswirken. Wenn bei dem beobachteten Speckle also Schwankungen in der Helligkeit auftreten, so heißt dies, daß zumindest einer der beiden Teilstrahlen bzw. das von ihm hervorgerufene Streulicht durch Fluidbereiche mit schwan­ kenden Dichteverhältnissen hindurchgetreten ist. Damit ist eine turbulente Strömung nachgewiesen. Mit dem menschlichen Auge lassen sich die entsprechenden Schwankungen der Hellig­ keit des beobachteten Speckles jedoch nicht erkennen, da die Frequenzen der Schwankungen im Bereich einiger kHz liegen. Die Aufspaltung des zuvoraufgeweiteten Laserstrahls erfolgt bei dem bekannten Verfahren bzw. der bekannten Vorrichtung mit Hilfe eines Wollaston-Prismas. Mit einer Sammellinse werden die beiden Teilstrahlen anschließend in beabstandeten Punkten auf der Oberfläche des umströmten Körpers fokussiert. Das Streulicht von der Oberfläche des Körpers gelangt durch die Sammellinse und das Wollaston-Prisma zurück zu einem Strahl­ teiler, der das Streulicht auf ein zweites Wollaston-Prisma ablenkt. Zur eigentlichen Teilung eines Strahls wird der Strahlteiler dabei nicht benutzt. In dem zweiten Wollaston- Prisma werden die Strahlen aus dem Streulicht beider Teil­ strahlen zu dem Speckle-Muster überlagert, das auf einen Detektor zur Beobachtung des zeitlichen Verlaufs der Helligkeit eines Speckles fokussiert wird. Auf diese Weise können Dichteschwankungen an der Oberfläche des umströmten Körpers analysiert werden, da sie sich auf die beiden Teilstrahlen unterschiedlich auswirken und so zu einer Verschiebung der Helligkeit des beobachteten Speckles führen. Nachteilig auf das Meßergebnis wirken sich hierbei jedoch Schwingungen der reflektierenden Oberfläche aus. Dies geht so weit, daß selbst Untersuchungen an herkömmlichen, schwingenden Windkanalmodellen kaum möglich sind.

Als Verfahren zur Bestimmung von lokalen Grenzschichtzuständen an einer Oberfläche eines umströmten Körpers ist es auch bekannt, die Grenzschicht an der Oberfläche mit einer Infra­ rotkamera zu beobachten. In turbulenten Strömungen kommt es zu einer Änderung des Wärmetransports durch die Grenzschicht, was sich mit einer Infrarotkamera nachweisen läßt. Nachteilig sind jedoch die hierzu erforderlichen hohen Belichtungszeiten, da die Unterschiede bei den Intensitäten der ausgesandten infraroten Strahlung zwischen laminaren und turbulenten Strömungen doch recht gering sind. Dies gilt im besonderen, wenn mit abgekühlten Fluida und somit nur sehr schwachen absoluten infraroten Intensitäten gearbeitet wird.

Als weiteres Verfahren zur Bestimmung von lokalen Grenz­ schichtzuständen an einer Oberfläche eines umströmten Körpers ist es bekannt, piezo-elektrische Folien auf die Oberfläche aufzubringen und die in der Folie erzeugten Spannungen lokal zu beobachten. Turbulente Grenzschichtzustände sind mit hochfrequenten Druckschwankungen, die als elektrische Wechsel­ spannungen beobachtbar sind, verbunden. Durch dieses Verfahren wird die Oberflächenrauhigkeit verändert und damit auch der Grenzschichtzustand beeinflußt. Dies gilt im besonderen, da für eine lokale Beobachtung der erzeugten Spannungen eine entsprechende Vielzahl elektrischer Leitungen vorzusehen ist.

Darüber hinaus bekannte Verfahren zur Bestimmung von lokalen Grenzschichtzuständen an einer Oberfläche eines umströmten Körpers der eingangs beschriebenen Art sind ausnahmslos mit einer Beeinflussung der lokalen Grenzschichtzustände verbunden. Vielfach reagieren sie zudem empfindlich auf ein abgekühltes Fluid.

Aus F. Durst et al., Priciples and Practice of Laser- Doppler-Anemometry, 2. Aufl., Academic Press., London, 1981, S. 98-108, sind verschiedene Aufbaumöglichkeiten von Laser-Doppler-Anemometern bekannt.

Aus dem Artikel "Interferometrie - neue Möglichkeiten durch Bildverarbeitung", in "Qualität und Zuverlässigkeit" 35 (1990/4), Seiten 219-223 ist ein Verfahren zur Beobachtung schwingender Oberflächen bekannt. Ein Laserstrahl wird in zwei Teilstrahlen aufgespaltet. Ein Teilstrahl dient zur Beleuch­ tung der Oberfläche, die mit einer optischen Vorrichtung auf die Bildebene einer Kamera abgebildet wird. Den Strahlen aus den von der Oberfläche ausgehenden Streulicht, die auf die Bildebene der Kamera auftreffen, wird der zweite Teilstrahl parallel überlagert. Hierbei entsteht in der Bildebene der Kamera ein sogenanntes Speckle-Muster. Speckle-Muster sind eine Interferenzerscheinung, die besonders nach Reflexion eines Laserstrahls an einer diffus reflektierenden Oberfläche auftritt. Unterschieden wird unter subjektiven Speckles, die auftreten, wenn die diffus streuende Oberfläche mit einer optischen Vorrichtung auf die Ebene abgebildet wird, in denen die Speckles beobachtet werden, und sogenannten objektiven Speckles, die ohne die Verwendung einer Abbilde-Optik ent­ stehen. Im vorliegenden Fall handelt es sich um subjektive Speckles, anhand derer die gesamte Oberfläche gleichzeitig beobachtet wird. Durch die Überlagerung der Strahlen aus dem von der Oberfläche ausgehenden Streulicht mit dem zweiten Teilstrahl als Referenzstrahl entsteht ein Speckle-Muster, bei dem Bewegungen der Oberfläche schon im Bereich deutlich kleiner als die Wellenlänge des eingesetzten Laserlichts durch Helligkeitsschwankungen und Verschiebungen der Speckles sichtbar werden. Die Intensitäten des von der Oberfläche ausgehenden Streulichts und des Referenzstrahls müssen hierbei etwa gleich groß sein. Bei periodisch veränderten Speckle- Mustern ist als Ursache nicht zwischen einer gleichförmig bewegten oder schwingenden Oberfläche zu unterscheiden. Für diese Differenzierung sind zusätzliche Maßnahmen nötig.

Um bei beleuchteten Oberflächen die Streulichtintensität in Richtung der zum Beleuchten verwendeten Lichtquelle zu erhöhen, sind retro-reflektierende Folie, z. B. aus der US 46 37 950, bekannt. Die retro-reflektierende Oberfläche reflektiert auftreffende Lichtstrahlen zwar in gewisser Weise diffus, doch im wesentlichen unabhängig vom Einstrahlwinkel in Richtung der Quelle des Lichtstrahls.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 4 aufzuzeigen, die auch bei schwingenden reflektierenden Oberflächen Untersuchun­ gen der Dichteschwankungen in den Grenzschichten zulassen.

Erfindungsgemäß wird dies bei dem Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 und bei der Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 4 durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 4 erreicht. Einflüsse von Schwingungen der Oberfläche des umströmten Körpers auf die Helligkeit des beobachteten Speckle werden dabei völlig ausgeschlossen, da hiervon beide Teilstrahlen bzw. das durch sie hervorgerufene Streulicht in gleicher Weise betroffen sind. Auch oberflächenferne Dichteschwankungen des Fluids bleiben vorteilhaft ohne Auswirkungen auf das Streulicht der beiden Teilstrahlen, da dieses vom selben Punkt der Oberfläche ausgeht und daher exakt denselben Dichteschwankungen ausge­ setzt ist. Bei dem beobachteten Speckle machen sich nur die­ jenigen Dichteschwankungen bemerkbar, die den unterschied­ lichen Wegen der Teilstrahlen zu dem einen Punkt auf der Oberfläche zuzuordnen sind.

Das durch die Überlagerung auf der Oberfläche des Körpers gewonnene Speckle-Muster ist den objektiven Speckles zuzu­ ordnen. Ein Scharfstellen des Speckle-Musters bezüglich der Oberfläche ist daher nicht notwendig. Die Oberfläche ist nur in diffus oder retro-reflektierender Form für das neue Ver­ fahren geeignet und daher eventuell entsprechend herzurichten. Retro-reflektierende Oberflächen erfordern eine geringere Laserstrahlintensität, da die Ausbeute an verwertbarem Streulicht deutlich größer ist als bei im engeren Sinne diffus reflektierenden Oberflächen.

Der Laserstrahl kann aufgeweitet und auf die Oberfläche fokussiert werden. Da die Größe objektiver Speckles umgekehrt proportional zu der Größe des Bereichs der Oberfläche ist, die durch den jeweiligen Teilstrahl beleuchtet wird, werden durch die Fokussierung des Laserstrahls auf die Oberfläche relativ große und damit leicht zu beobachtende Speckles erzielt. Durch die Aufweitung des Strahls bis auf den Bereich nahe der Oberfläche ergibt sich zudem eine Reduktion von störenden Einflüssen. Oberflächenferne Dichteschwankungen im Fluid, die nichts mit dem interessierenden Grenzschichtzustand zu tun haben, sondern beispielsweise auf Unzulänglichkeiten am Windkanal zurückgehen, wirken sich nur auf Teile der Wellen­ front des durchtretenden Teilstrahls aus und beeinflussen daher das beobachtete Speckle-Muster nicht als Ganzes. Das Speckle-Muster reagiert aber ausschließlich auf Laufzeitver­ schiebungen zwischen den einzelnen Teilstrahlen bzw. dem durch die Teilstrahlen hervorgerufenen Streulicht. Diese Laufzeit­ verschiebungen entstehen nur durch Dichteschwankungen im Fluid, von denen jeweils eine gesamte Wellenfront betroffen ist.

Die Bestimmung der lokalen Dichteschwankungen in den Grenz­ schichten kann mit jeweils einem aufgespaltenen Laserstrahl an mehreren Stellen an der Oberfläche gleichzeitig durchgeführt werden. Durch die Bestimmung des lokalen Grenzschichtzustandes mittels der signifikanten Dichteschwankungen an verschiedenen Stellen der Oberfläche gleichzeitig kann der Ort eines laminar-turbulenten-Grenzschichtübergangs schnell räumlich eingegrenzt werden. Mit dem neuen Verfahren ist es jedoch nicht nur möglich zu entscheiden, ob ein Grenzschichtzustand laminar oder turbulent ist, sondern es läßt auch eine zeitliche Analyse eines turbulenten Grenzschichtzustandes selbst zu.

Bei der Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 4 wird die Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 4 gelöst. Die Anordnung des Lasers, der Strahlteileroptik und der Fokussier­ optik entspricht dabei dem Aufbau eines Laser-Doppler-Anemo­ meters, wobei vom Laser aus nach einer Strahlteileroptik und vor einer Fokussierlinse ein Ablenkspiegel zur Ablenkung von Streulicht zum Detektor vorgesehen ist. Ein existierendes Laser-Doppler-Anemometer ist zur Durchführung des neuen Verfahrens so auszurichten, daß der Schnittpunkt der beiden Teilstrahlen auf die Oberfläche des umströmten Körpers fällt. Der Fotodetektor ist so zu justieren, daß er ein einzelnes Speckle des entstehenden Speckle-Musters erfaßt. Hierbei weist die Spiegelebene des Ablenkspiegels von dem Laser weg und zu dessen optischer Achse vorteilhaft einen Winkel von etwa 45° auf. Grundsätzlich hat sich als hilfreich herausgestellt, den Fotodetektor so zu justieren, daß seine aktive Fläche das beobachtete Speckle nur teilweise erfaßt. Auf diese Weise können auch Lageschwankungen des Speckles bei geringer Ver­ schiebung gut registriert werden. Für den Fotodetektor ist selbstverständlich eine Auswerteelektronik vorzusehen, die in der Lage ist, ein Signal der Frequenz von mehreren Kilohertz zu verarbeiten.

Vor dem Fotodetektor kann eine verstellbare Blende mit Abstand zu dem Fotodetektor angeordnet sein. Die Blende erweist sich als sinnvoll um unerwünschtes, das heißt, nicht den vorlie­ genden Spezifikationen entsprechendes Streulicht von dem Fotodetektor fernzuhalten.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbei­ spiels näher erläutert und beschrieben. Die Figur zeigt eine Ausführungsform der Vorrichtung zur Bestimmung von lokalen Dichteschwankungen in Grenzschichten im schematisierten Quer­ schnitt.

Die in der Figur dargestellte Vorrichtung 1 entspricht in ihrem Aufbau in weiten Teilen demjenigen eines bekannten Laser- Doppler-Anemometers, auf das sofern bereits vorhanden ohne weiteres zurückgegriffen werden kann. Einem Laser 4 ist eine bekannte und hier nicht näher spezifizierte Strahlteileroptik 25 nachgeordnet, welche den Laserstrahl 8 in parallele und aufgeweitete Teilstrahlen 9, 10 aufspaltet. Die Teilstrahlen 9, 10 werden mit einer Fokussierlinse 24 auf eine diffus reflektierende Oberfläche 2 eines Körpers 3 fokussiert. Beim Auftreffen der beiden Teilstrahlen 9, 10 auf die Oberfläche 2 entsteht diffuses Streulicht, welches durch Pfeile 13 ange­ deutet ist. Strahlen 14, 15 aus dem Streulicht der Teilstrah­ len 9, 10 verlaufen durch den Mittelpunkt der Fokussierlinse 24 und treffen auf einen Ablenkspiegel 26 mit einer Spiegel­ ebene 27, der zwischen der Strahlteileroptik 25 und der Fokussierlinse 24 angeordnet ist. Der Ablenkspiegel 26 lenkt mit seiner Spiegelebene 27 die parallel überlagerten Strahlen 14, 15 auf die aktive Fläche 17 eines Fotodetektors 16 ab. Die Anordnung des Ablenkspiegels 26 und des Fotodetektors 16 entspricht hierbei nicht derjenigen eines herkömmlichen Laser-Doppler-Anemometers. Vor dem Fotodetektor 16 befindet sich eine Blende 18 zum Ausblenden von unerwünschtem Streu­ licht. Mit dem Fotodetektor 16 ist eine Auswerteeinheit 20 verbunden.

In jeder Ebene, die senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Strahlen 14, 15 verläuft, entsteht ein Speckle-Muster. In einer solchen Ebene ist der Fotodetektor 16 mit der aktiven Fläche 17 angeordnet. Die vor dem Fotodetektor 16 angeordnete Blende 18 hält Streulicht, welches nicht den weitgehend parallelen Strahlen 14, 15 entspricht, von der aktiven Fläche 17 des Fotodetektors 16 fern. Dieses Streulicht würde die Auflösung des Speckle-Musters negativ beeinflussen. Wird die Oberfläche 2 des Körpers 3 beispielsweise in Richtung der Doppelpfeile 19 von einem Fluid umströmt, ist mit der Vorrichtung der lokale Grenzschichtzustand an der Oberfläche 2 bestimmbar. Bei einem turbulenten Grenzschichtzustand treten lokale Dichteschwankungen des Fluids auf. Hiermit sind Verän­ derungen der Lichtgeschwindigkeit durch das Fluid verbunden. Die Laufzeit des Teilstrahls 9 und/oder 10, der durch einen Bereich solcher Dichteschwankungen hindurchtritt, ist also zeitlich nicht konstant, das heißt, er weist nach dem Hin­ durchtreten Frequenzschwankungen auf. Diese Frequenzschwankun­ gen werden besonders dann sichtbar, wenn der entsprechende Teilstrahl mit dem anderen Teilstrahl überlagert wird, der keinen oder zumindest anderen Dichteschwankungen des Fluids unterworfen wurde. In einem solchem Fall tritt eine zeitabhän­ gige, relative Phasenverschiebung auf, die sich in einem sich mit der Zeit ändernden Specklemuster bemerkbar macht. Wenn also im vorliegenden Fall im Bereich der Teilstrahlen 9, 10 an der Oberfläche 2 ein turbulenter Grenzschichtzustand auftritt, registriert der Fotodetektor 16 auf seiner aktiven Fläche 17 Helligkeitsschwankungen bei dem beobachteten Speckle. Diese Helligkeitsschwankungen lassen sich mit einer Auswerteeinheit 20 analysieren. Bei turbulenten Grenzschichtzuständen treten Helligkeitsschwankungen mit einer Frequenz von typisch einigen Kilohertz auf. Auch wenn im Bereich beider Teilstrahlen 9, 10 turbulente Grenzschichtzustände vorliegen, führt dies zu einem Signal am Fotodetektor 16, da die entsprechenden Dichteschwan­ kungen nur eine geringe Ausdehnung aufweisen und damit beide Teilstrahlen 9, 10 unterschiedlich betreffen. Schwingungen der Oberfläche 2 des Körpers 3 beeinflussen das Signal des Foto­ detektors 16 nicht. Sie betreffen beide Teilstrahlen 9, 10 bzw. Strahlen 14, 15 in genau der gleichen Weise.

Die Vorrichtung 1 erlaubt die Bestimmung des lokalen Grenz­ schichtzustandes und dessen Analyse, ohne den Grenzschichtzu­ stand selbst zu beeinflussen. Hierzu sind keine Manipulationen an der Oberfläche 2, sofern diese diffus reflektierend ist, notwendig. Bei großen Abständen zwischen der Vorrichtung 1 und der Oberfläche 2 ist es jedoch sinnvoll, die Oberfläche 2 mit einer retro-reflektierenden Folie zu versehen. Damit wird der Anteil des Streulichts, welcher in etwa entgegengesetzter Richtung zu den Teilstrahlen 9, 10 verläuft, vergrößert. Die Intensität der Strahlen 14, 15 wächst also bei gleicher Laser­ leistung an. Es ist nicht notwendig, den Laser 4 exakt zu der Oberfläche 2 auszurichten. Da die Vorrichtung 1 nur auf diffus reflektiertes Streulicht angewiesen ist, welches weitgehend unabhängig von dem Auftreffwinkel der Teilstrahlen 9, 10 auf die Oberfläche 2 anfällt, ist die Vorrichtung 1 auch bei schräger Orientierung zur Oberfläche 2 einsetzbar.

Die Verwendung der aufgeweiteten und auf die Oberfläche 2 fokussierten Teilstrahlen 9, 10 bietet bei der Bestimmung des lokalen Grenzschichtzustandes an der Oberfläche 2 insofern Vorteile, als daß sich Dichteschwankungen des Fluids in oberflächenfernen Bereichen nur in geringem Ausmaß am Fotodetektor 16 bemerkbar machen. Dies ist darauf zurück­ zuführen, daß nur solche Dichteschwankungen die Helligkeit des beobachteten Speckles wesentlich beeinflussen, welche die gesamte Wellenfront des zugrundeliegenden Teilstrahls 9, 10 erfassen. Ein aufgeweiteter Teilstrahl 9, 10, dessen Quer­ schnitt deutlich größer ist als der einer Dichteschwankung zuzuordnende Bereich, wird im Ergebnis von dieser Dichte­ schwankung nicht betroffen. Vorteile ergeben sich hieraus bei der Verwendung der Vorrichtung 1 in einem Windkanal. Dort sind nämlich Turbulenzen beispielsweise an der Windkanalwandung kaum zu vermeiden. Die damit verbundenen Dichteschwankungen im Fluid, haben jedoch nichts mit dem Grenzschichtzustand an der Oberfläche 2 des umströmten Körpers 3 zu tun. Die Teilstrahlen 9, 10 sind in den entsprechenden Bereichen aufgeweitet, so daß jeweils nicht die gesamte Wellenfront betroffen ist. Die Strahlen 14, 15 nehmen von der Oberfläche 2 zum Detektor 16 exakt denselben Weg, so daß durch Dichteschwankungen im Fluid keine relativen Laufzeitverschiebungen bewirkt werden können. Der empfindliche Bereich der Vorrichtung 1 für Dichte­ schwankungen im Fluid ist auf die allein interessierende oberflächennahe Grenzschicht beschränkt. Nur dort sind die Teilstrahlen 9, 10 schon so weit fokussiert, daß jeweils die gesamte Wellenfront von einer Dichteschwankung erfaßt wird.

Das Fokussieren des Laserstrahls 8 bzw. der Teilstrahlen 9, 10 auf die Oberfläche 2 wirkt sich auch positiv auf die Größe des beobachteten Speckles und damit auf die Einfachheit der Justierung des Fotodetektors 16 aus. Die Größe der Speckles ist umgekehrt proportional zur Größe des das entsprechende Streulicht aussendenden, beleuchteten Bereichs der Oberfläche 2. Auf die Oberfläche 2 fokussierte Teilstrahlen 9, 10 führen also zu großen Speckles mit relativ großen Abständen, von denen ein einzelnes leicht zu beobachten ist. Bei retro­ reflektierenden Oberflächen 2 ist ein vollständiger Fokus allerdings nicht erwünscht, da retro-reflektierende Ober­ flächen eine körnige Struktur aufweisen und von der Körnung unabhängiges Streulicht nur dann auftritt, wenn mehrere Körner gleichzeitig beleuchtet werden.

Beim flächigen Einsatz mehrerer Vorrichtungen gemäß der Figur ist es möglich, den Ort eines laminar-turbulenten Grenz­ schichtübergangs einzugrenzen bzw. seine Verschiebung unter geänderten Strömungsbedingungen zu verfolgen. Mit der Vorrichtung 1 ist es jedoch nicht nur möglich den Grenz­ schichtzustand nach laminar oder turbulent einzuteilen, es können vielmehr auch turbulente Grenzschichtzustände näher untersucht werden. Beispielsweise ist die Frequenz der auftretenden Dichteschwankungen genau analysierbar.

Bezugszeichenliste

1 Vorrichtung
2 Oberfläche
3 Körper
4 Laser
8 Laserstrahl
9 1. Teilstrahl
10 2. Teilstrahl
13 Pfeil
14 Strahl
15 Strahl
16 Fotodetektor
17 aktive Fläche
18 Blende
19 Doppelpfeil
20 Auswerteeinheit
24 Fokussierlinse
25 Strahlteileroptik
26 Ablenkspiegel
27 Spiegelebene

Claims (5)

1. Verfahren zur Bestimmung von lokalen Dichteschwankungen in Grenzschichten an einer Oberfläche (2) eines umströmten Körpers (3), wobei ein Laserstrahl (8) in zwei Teilstrahlen (9, 10) aufgespalten wird, beide Teilstrahlen (9, 10) auf die diffus- oder retroreflektierende Oberfläche (2) gelenkt werden, aus dem von der Oberfläche reflektierten Streulicht beider Teilstrahlen (9, 10) Strahlen (14, 15) etwa gleicher Intensität zu einem Speckle-Muster überlagert werden und wobei bei einem Speckle der zeitliche Verlauf der Helligkeit beobachtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilstrahlen (9, 10) auf einen Punkt der Oberfläche (2) des Körpers (3) gelenkt werden und daß die Strahlen (14, 15) aus dem Streulicht der beiden Teilstrahlen (9, 10) parallel zu dem Speckle-Muster überlagert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilstrahlen (9, 10) aufgeweitet und auf die Oberfläche (2) fokussiert werden.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung der lokalen Dichteschwan­ kungen in den Grenzschichten mit jeweils einem aufgespaltenen Laserstrahl (8) an mehreren Stellen an der Oberfläche (2) gleichzeitig durchgeführt wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2 mit einem Laser, einer dem Laser nachgeordneten Strahl­ teileroptik, einer der Strahlteileroptik nachgeordneten Fokus­ sierlinse und einem Fotodetektor, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlteileroptik (25) den Laserstrahl (8) des Lasers (4) in zwei aufgeweitete und parallel verlaufende Teilstrahlen (9, 10) aufspaltet, daß die Teilstrahlen (9, 10) mit der Fokus­ sierlinse in einem Punkt (2) auf der Oberfläche des umströmten Körpers (3) fokussierbar sind, und daß vom Laser (4) aus nach der Strahlteileroptik (25) und vor der Fokussieroptiklinse (24) ein Ablenkspiegel (26) zur Ablenkung von Streulicht zu dem Fotodetektor vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Fotodetektor (16) eine verstell­ bare Blende (18) mit Abtand zu der aktiven Fläche (17) des Fotodetektors (16) angeordnet ist.