LaserDopplerVelocimetrie

Die Laser-Doppler-Velocimetrie (LDV) ist eine optische Messmethode zur lokalen Bestimmung der Geschwindigkeit von Partikeln in einer Strömung. Sie wird eingesetzt, um zeitlich hochauflösende Messungen in Gasen oder Flüssigkeiten durchzuführen, ohne die Probe zu berühren.

Prinzipiell basiert LDV auf dem Doppler-Effekt. Zwei kohärente Laserstrahlen mit gleichem Frequenzanteil treffen sich in einem Messvolumen und erzeugen ein Interferenzmuster aus sich abwechselnden hellen und dunklen Fringes. Ein Partikel, das durch dieses Muster läuft, modifiziert die Phasenlage des gestreuten Lichts und erzeugt eine zeitliche Intensitätsmodulation am Detektor. Die Doppler-Frequenz f_D der Modulation ist proportional zur Komponente der Partikelgeschwindigkeit senkrecht zu den Fringes. Für einen Interferenzwinkel θ gilt Λ = λ /(2 sin(θ/2)) als Fringespalt und f_D = v_perp / Λ = (2 v_perp sin(θ/2))/λ.

Die gemessene Größe ist somit die Geschwindigkeit entlang der Achse, die durch das Fringemuster festgelegt ist. Um ein vollständiges Geschwindigkeitsfeld zu erlangen, werden mehrere Messachsen eingesetzt oder das Messvolumen durch Scannen bzw. mehrere LDV-Systeme kombiniert.

Zu den Vorteilen gehören die Nichtinvasivität, hohe zeitliche Auflösung und die Fähigkeit, lokal punktuelle Strömungsgeschwindigkeiten mit kleinem Messvolumen zu erfassen. Zu den Einschränkungen zählen die Abhängigkeit von Seeding-Partikeln, die Orientierung der Messachse sowie der Bedarf an optischen Zugängen und sorgfältiger Ausrichtung.

Typische Anwendungen finden sich in der Strömungs- und Turbomaschinenforschung, der Luft- und Wasserströmung, in der Mikrofluidik sowie in einigen biomedizinischen Messungen.