[{"@context":"http:\/\/schema.org\/","@type":"BlogPosting","@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki29\/2021\/11\/26\/laser-doppler-geschwindigkeitsmessung-wikipedia\/#BlogPosting","mainEntityOfPage":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki29\/2021\/11\/26\/laser-doppler-geschwindigkeitsmessung-wikipedia\/","headline":"Laser-Doppler-Geschwindigkeitsmessung \u2013 Wikipedia","name":"Laser-Doppler-Geschwindigkeitsmessung \u2013 Wikipedia","description":"before-content-x4 optische Methode zur Messung des Fl\u00fcssigkeitsdurchflusses after-content-x4 Laser-Doppler-Geschwindigkeitsmessung, auch bekannt als Laser-Doppler-Anemometrie, ist die Technik, bei der die Dopplerverschiebung","datePublished":"2021-11-26","dateModified":"2021-11-26","author":{"@type":"Person","@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki29\/author\/lordneo\/#Person","name":"lordneo","url":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki29\/author\/lordneo\/","image":{"@type":"ImageObject","@id":"https:\/\/secure.gravatar.com\/avatar\/44a4cee54c4c053e967fe3e7d054edd4?s=96&d=mm&r=g","url":"https:\/\/secure.gravatar.com\/avatar\/44a4cee54c4c053e967fe3e7d054edd4?s=96&d=mm&r=g","height":96,"width":96}},"publisher":{"@type":"Organization","name":"Enzyklop\u00e4die","logo":{"@type":"ImageObject","@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki4\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/download.jpg","url":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki4\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/download.jpg","width":600,"height":60}},"image":{"@type":"ImageObject","@id":"https:\/\/upload.wikimedia.org\/wikipedia\/commons\/thumb\/4\/40\/LDA_LTG.JPG\/230px-LDA_LTG.JPG","url":"https:\/\/upload.wikimedia.org\/wikipedia\/commons\/thumb\/4\/40\/LDA_LTG.JPG\/230px-LDA_LTG.JPG","height":"153","width":"230"},"url":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki29\/2021\/11\/26\/laser-doppler-geschwindigkeitsmessung-wikipedia\/","wordCount":3517,"articleBody":"     (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});before-content-x4optische Methode zur Messung des Fl\u00fcssigkeitsdurchflusses       (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});after-content-x4Laser-Doppler-Geschwindigkeitsmessung, auch bekannt als Laser-Doppler-Anemometrie, ist die Technik, bei der die Dopplerverschiebung in einem Laserstrahl verwendet wird, um die Geschwindigkeit in transparenten oder halbtransparenten Fluidstr\u00f6mungen oder die lineare oder vibrierende Bewegung von opaken, reflektierenden Oberfl\u00e4chen zu messen.  Die Messung mit Laser-Doppler-Anemometrie ist absolut und geschwindigkeitslinear und erfordert keine Vorkalibrierung.  Table of ContentsTechnologieherkunft[edit]Funktionsprinzipien[edit]Anwendungen[edit]Str\u00f6mungsforschung[edit]Automatisierung[edit]Medizinische Anwendungen[edit]Navigation[edit]Kalibrierung und Messung[edit]Siehe auch[edit]Verweise[edit]Externe Links[edit]Technologieherkunft[edit]Mit der Entwicklung des Helium-Neon-Lasers (He-Ne) in den Bell Telephone Laboratories im Jahr 1962 stand der Optik-Community eine Quelle elektromagnetischer Dauerstrichstrahlung mit einer Wellenl\u00e4nge von 632,8 Nanometern (nm) hochkonzentriert im roten Bereich zur Verf\u00fcgung des sichtbaren Spektrums.[1]  Es wurde bald gezeigt, dass Fluidflussmessungen aus dem Dopplereffekt an einem He-Ne-Strahl durchgef\u00fchrt werden k\u00f6nnen, der von sehr kleinen Polystyrolkugeln gestreut wird, die in der Fl\u00fcssigkeit mitgef\u00fchrt werden.[2]       (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});after-content-x4In den Research Laboratories der Brown Engineering Company (sp\u00e4ter Teledyne Brown Engineering) wurde dieses Ph\u00e4nomen bei der Entwicklung des ersten Laser-Doppler-Durchflussmessers mit heterodyner Signalverarbeitung genutzt.[3]Das Instrument wurde bald Laser-Doppler-Velocimeter und die Technik Laser-Doppler-Velocimetrie genannt.  Ein anderer Anwendungsname ist die Laser-Doppler-Anemometrie.  Fr\u00fche Anwendungen der Laser-Doppler-Geschwindigkeitsmessung reichten von der Messung und Kartierung der Abgase von Raketentriebwerken mit Geschwindigkeiten von bis zu 1000 m\/s bis hin zur Bestimmung des Durchflusses in einer oberfl\u00e4chennahen Blutarterie.  F\u00fcr die \u00dcberwachung von Festk\u00f6rperoberfl\u00e4chen wurde eine Vielzahl \u00e4hnlicher Instrumente entwickelt, deren Anwendungen von der Messung von Produktgeschwindigkeiten in Produktionslinien von Papier- und Stahlwerken bis hin zur Messung von Schwingungsfrequenz und -amplitude von Oberfl\u00e4chen reichen.[4]Funktionsprinzipien[edit]In ihrer einfachsten und am h\u00e4ufigsten verwendeten Form kreuzt die Laser-Doppler-Geschwindigkeitsmessung zwei Strahlen kollimierten, monochromatischen und koh\u00e4renten Laserlichts in der Str\u00f6mung des zu messenden Fluids.  Die beiden Strahlen werden normalerweise durch Aufteilen eines einzigen Strahls erhalten, wodurch die Koh\u00e4renz zwischen den beiden sichergestellt wird.  \u00dcblicherweise werden Laser mit Wellenl\u00e4ngen im sichtbaren Spektrum (390\u2013750 nm) verwendet;  dies sind typischerweise He-Ne, Argon-Ionen oder Laserdioden, die eine Beobachtung des Strahlengangs erm\u00f6glichen.  Eine Sendeoptik fokussiert die Strahlen so, dass sie sich an ihren Taillen (dem Brennpunkt eines Laserstrahls) schneiden, wo sie interferieren und einen Satz gerader Streifen erzeugen.  Wenn (entweder nat\u00fcrlich vorkommende oder induzierte) Partikel, die in der Fl\u00fcssigkeit mitgef\u00fchrt werden, die Streifen passieren, reflektieren sie Licht, das dann von einer Empfangsoptik gesammelt und auf einen Fotodetektor (typischerweise eine Lawinenfotodiode) fokussiert wird.Das reflektierte Licht schwankt in der Intensit\u00e4t, deren Frequenz der Dopplerverschiebung zwischen einfallendem und gestreutem Licht entspricht und damit proportional zu der in der Ebene zweier Laserstrahlen liegenden Komponente der Teilchengeschwindigkeit ist.  Wenn der Sensor so auf die Str\u00f6mung ausgerichtet ist, dass die Streifen senkrecht zur Str\u00f6mungsrichtung sind, ist das elektrische Signal des Photodetektors dann proportional zur vollen Partikelgeschwindigkeit.  Durch Kombination von drei Ger\u00e4ten (zB He-Ne, Argon-Ionen und Laserdiode) mit unterschiedlichen Wellenl\u00e4ngen k\u00f6nnen alle drei Str\u00f6mungsgeschwindigkeitskomponenten gleichzeitig gemessen werden.[5]       (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});after-content-x4Eine andere Form der Laser-Doppler-Geschwindigkeitsmessung, die insbesondere in fr\u00fchen Ger\u00e4teentwicklungen verwendet wird, verfolgt einen v\u00f6llig anderen Ansatz, der einem Interferometer \u00e4hnelt.  Der Sensor teilt auch den Laserstrahl in zwei Teile;  einer (der Messstrahl) wird in die Str\u00f6mung fokussiert und der zweite (der Referenzstrahl) geht au\u00dferhalb der Str\u00f6mung vorbei.  Eine Empfangsoptik stellt einen Weg bereit, der den Messstrahl schneidet und ein kleines Volumen bildet.  Durch dieses Volumen hindurchtretende Partikel streuen das Licht des Messstrahls mit einer Dopplerverschiebung;  ein Teil dieses Lichts wird von der Empfangsoptik gesammelt und zum Photodetektor \u00fcbertragen.  Der Referenzstrahl wird auch an den Photodetektor gesendet, wo die optische \u00dcberlagerungsdetektion ein elektrisches Signal proportional zur Dopplerverschiebung erzeugt, durch das die Teilchengeschwindigkeitskomponente senkrecht zur Ebene der Strahlen bestimmt werden kann.[6]Das Signaldetektionsschema des Instruments verwendet das Prinzip der optischen \u00dcberlagerungsdetektion.  Dieses Prinzip \u00e4hnelt anderen Laser-Doppler-basierten Instrumenten wie Laser-Doppler-Vibrometern oder Laser-Oberfl\u00e4chengeschwindigkeitsmessern.  Es ist m\u00f6glich, digitale Techniken auf das Signal anzuwenden, um die Geschwindigkeit als einen gemessenen Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit zu erhalten, und daher ist die Laser-Doppler-Geschwindigkeitsmessung in gewisser Hinsicht eine besonders grundlegende Messung, die auf das SI-Messsystem zur\u00fcckzuf\u00fchren ist.[7]Anwendungen[edit]In den Jahrzehnten seit der Einf\u00fchrung der Laser-Doppler-Velocimetrie wurde eine Vielzahl von Laser-Doppler-Sensoren entwickelt und eingesetzt.Str\u00f6mungsforschung[edit]Die Laser-Doppler-Geschwindigkeitsmessung wird oft anderen Formen der Durchflussmessung vorgezogen, da sich das Ger\u00e4t au\u00dferhalb des gemessenen Durchflusses befinden kann und daher keinen Einfluss auf den Durchfluss hat.  Einige typische Anwendungen umfassen die folgenden:Windkanal-Geschwindigkeitsexperimente zum Testen der Aerodynamik von Flugzeugen, Raketen, Autos, Lastwagen, Z\u00fcgen und Geb\u00e4uden und anderen StrukturenGeschwindigkeitsmessungen in Wasserstr\u00f6mungen (Forschung in allgemeiner Hydrodynamik, Schiffsrumpfdesign, rotierende Maschinen, Rohrstr\u00f6mungen, Kanalstr\u00f6mungen usw.)Kraftstoffeinspritz- und Sprayforschung, bei der Geschwindigkeiten in Motoren oder durch D\u00fcsen gemessen werden m\u00fcssenUmweltforschung (Verbrennungsforschung, Wellendynamik, K\u00fcsteningenieurwesen, Gezeitenmodellierung, Flusshydrologie etc.).[8]Ein Nachteil war, dass Laser-Doppler-Geschwindigkeitssensoren entfernungsabh\u00e4ngig sind;  sie m\u00fcssen minuti\u00f6s kalibriert und die Abst\u00e4nde, auf denen sie messen, genau definiert werden.  Mit einem neuen bereichsunabh\u00e4ngigen Sensor wurde diese Distanzbeschr\u00e4nkung seit kurzem zumindest teilweise \u00fcberwunden.[9]Automatisierung[edit]Die Laser-Doppler-Geschwindigkeitsmessung kann in der Automatisierung n\u00fctzlich sein, zu der auch die obigen Flussbeispiele geh\u00f6ren.  Es kann auch verwendet werden, um die Geschwindigkeit von festen Objekten wie F\u00f6rderb\u00e4ndern zu messen.  Dies kann in Situationen n\u00fctzlich sein, in denen das Anbringen eines Drehgebers (oder eines anderen mechanischen Geschwindigkeitsmessers) am F\u00f6rderband unm\u00f6glich oder unpraktisch ist.Medizinische Anwendungen[edit]Die Laser-Doppler-Velocimetrie wird in der H\u00e4modynamikforschung als Technik verwendet, um den Blutfluss in menschlichem Gewebe wie der Haut oder dem Augenhintergrund teilweise zu quantifizieren.  Im klinischen Umfeld wird die Technologie oft als Laser-Doppler-Flowmetrie bezeichnet;  wenn Bilder gemacht werden, wird dies als Laser-Doppler-Bildgebung bezeichnet.  Der Strahl eines Lasers geringer Leistung (normalerweise eine Laserdiode) dringt ausreichend in die Haut ein, um mit einer Dopplerverschiebung an den roten Blutk\u00f6rperchen gestreut zu werden und zur\u00fcck auf einen Detektor zu konzentrieren.  Diese Messungen sind n\u00fctzlich, um die Wirkung von Bewegung, medikament\u00f6sen Behandlungen, Umwelt- oder physikalischen Manipulationen auf gezielte Gef\u00e4\u00dfbereiche in Mikrogr\u00f6\u00dfe zu \u00fcberwachen.[10]Das Laser-Doppler-Vibrometer wird in der klinischen Otologie zur Messung von Trommelfell (Trommel), Hammer (Hammer) und Prothesenkopfverlagerung bei Schalleingaben von 80 bis 100 dB Schalldruckpegel eingesetzt.  Es kann auch im Operationssaal verwendet werden, um Messungen von Prothesen- und Steigb\u00fcgelverschiebungen durchzuf\u00fchren.[11]Navigation[edit]Die Autonomous Landing Hazard Avoidance Technology, die im Mondlander Project Morpheus der NASA verwendet wird, um automatisch einen sicheren Landeplatz zu finden, enth\u00e4lt ein Lidar-Doppler-Geschwindigkeitsmesser, das die H\u00f6he und Geschwindigkeit des Fahrzeugs misst.[12]  Der Marschflugk\u00f6rper AGM-129 ACM verwendet Laser-Doppler-Geschwindigkeitsmesser f\u00fcr eine pr\u00e4zise Zielf\u00fchrung.[13]Kalibrierung und Messung[edit]Die Laser-Doppler-Geschwindigkeitsmessung wird bei der Analyse von Schwingungen von MEMS-Bauelementen verwendet, um h\u00e4ufig die Leistung von Bauelementen wie Beschleunigungsmessern auf einem Chip mit ihren theoretischen (berechneten) Schwingungsmoden zu vergleichen.  Als konkretes Beispiel, bei dem die einzigartigen Eigenschaften der Laser-Doppler-Geschwindigkeitsmessung wichtig sind, ist die Geschwindigkeitsmessung eines MEMS-Wattwaagenger\u00e4ts[14]  hat eine gr\u00f6\u00dfere Genauigkeit bei der Messung kleiner Kr\u00e4fte als bisher m\u00f6glich erm\u00f6glicht, indem das Verh\u00e4ltnis dieser Geschwindigkeit zur Lichtgeschwindigkeit direkt gemessen wurde.  Dies ist eine grundlegende, r\u00fcckf\u00fchrbare Messung, die nun die R\u00fcckf\u00fchrung kleiner Kr\u00e4fte auf das SI-System erm\u00f6glicht.Siehe auch[edit]Verweise[edit]^ White, AD, und JD Rigden, “Continuous Gas Maser Operation in the Visible”. Proc IRE, Bd.  50, s.  1697: Juli 1962, p.  1697. US-Patent 3,242,439.^ Ja, Y.;  Cummins, HZ (1964).  \u201eLokalisierte Fl\u00fcssigkeitsdurchflussmessungen mit einem He-Ne-Laserspektrometer\u201c. Angewandte Physik Briefe. 4 (10): 176. Bibcode:1964ApPhL…4..176Y.  mach:10.1063.1.1753925.^ Vorarbeiter, JW;  George, EW;  Lewis, RD (1965).  \u201eMessung lokalisierter Str\u00f6mungsgeschwindigkeiten in Gasen mit einem Laser-Doppler-Durchflussmesser\u201c. Angewandte Physik Briefe. 7 (4): 77. Bibcode:1965ApPhL…7…77F.  mach:10.1063.1.1754319.^ Watson, RC, Jr., Lewis, RD und Watson, HJ (1969).  \u201eInstrumente zur Bewegungsmessung mit Laser-Doppler-Heterodyning-Techniken\u201c. ISA Trans. 8 (1): 20\u201328.CS1-Wartung: mehrere Namen: Autorenliste (Link)^ Abfluss, LE (1980) Die Laser-Doppler-Technik, John Wiley & S\u00f6hne, ISBN 0-471-27627-8^ Durst, F;  Melling, A. und Whitelaw, JH (1976) Grundlagen und Praxis der Laser-Doppler-Anemometrie, Akademische Presse, London, ISBN 0-12-225250-0^ Portoles, Jose F.;  Cumpson, Peter J.;  Allen, Stephanie;  Williams, Phillip M.;  Tendler, Saul JB (2006).  \u201eGenaue Geschwindigkeitsmessungen von AFM-Cantilever-Schwingungen durch Doppler-Interferometrie\u201c. Zeitschrift f\u00fcr experimentelle Nanowissenschaften. 1: 51\u201362.  mach:10.1080\/17458080500411999.^ Dantec-Dynamik, \u201eLaser-Doppler-Anemometrie\u201c.^ Moir, Christopher I. (2009).  “Miniatur-Laser-Doppler-Geschwindigkeitsmesssysteme“. In Baldini, Francesco; Homola, Jiri; Lieberman, Robert A (Hrsg.). Optische Sensoren 2009.  Optische Sensoren 2009. 7356.  S. 73560I.  mach:10.1117\/12.819324.^ Stern, Michael D. (1985).  \u201eLaser-Doppler-Geschwindigkeitsmessung in Blut und multiplizieren streuenden Fl\u00fcssigkeiten: Theorie\u201c. Angewandte Optik. 24 (13): 1968. Bibcode:1985ApOpt..24.1968S.  mach:10.1364\/AO.24.001968.  PMID 18223825.^ Goode, RL;  Kugel, G;  Nishihara, S;  Nakamura, K. (1996).  \u201eLaser-Doppler-Vibrometer (LDV) \u2013 ein neues klinisches Werkzeug f\u00fcr den Otologen\u201c. Das American Journal of Otology. 17 (6): 813\u201322.  PMID 8915406.^ “ALHAT erkennt Landegefahren an der Oberfl\u00e4che”. Forschungsnachrichten, Langley Research Center.  NASA.  Abgerufen 8. Februar 2013.^ “AGM-129 Advanced Cruise Missile” [ACM]”. GlobalSecurity.org.  2011-07-24.  Abgerufen 2015-01-30.^ Cumpson, Peter J.;  Hedley, John (2003).  “Genaue analytische Messungen im Rasterkraftmikroskop: ein mikrofabrizierter Federkonstantenstandard, der m\u00f6glicherweise auf das SI r\u00fcckf\u00fchrbar ist”. Nanotechnologie. 14 (12): 1279-1288.  mach:10.1088\/0957-4484\/14\/12\/009.  PMID 21444981.Externe Links[edit]     (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});after-content-x4"},{"@context":"http:\/\/schema.org\/","@type":"BreadcrumbList","itemListElement":[{"@type":"ListItem","position":1,"item":{"@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki29\/#breadcrumbitem","name":"Enzyklop\u00e4die"}},{"@type":"ListItem","position":2,"item":{"@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki29\/2021\/11\/26\/laser-doppler-geschwindigkeitsmessung-wikipedia\/#breadcrumbitem","name":"Laser-Doppler-Geschwindigkeitsmessung \u2013 Wikipedia"}}]}]