Laser Induzierte Fluoreszenz am LBK (LIF)

Messgrößen

  • Teilchenkonzentration
  • Temperaturen
  • Strömungsgeschwindigkeit

Prinzip

Berührungslose spektroskopische. Messverfahren sind wegen der Selektivität hinsichtlich der inneren Freiheitsgrade von Molekülen besonders geeignet zur Untersuchung von Nichtgleichgewichtszuständen in strömenden Gasen. Am LBK erlaubt die Laser-induzierte Fluoreszenz-Spektroskopie (LIF) die berührungslose Bestimmung der zweidimensionalen Temperatur- und Konzentrationsfelder von Gasmolekülen bzw. Atomen. Das Messprinzip beruht auf der Anregung eines Moleküls oder Atoms mit Laserlicht einer bestimmten Wellenlänge. Durch diesen Prozess werden die Gasteilchen zum Leuchten angeregt. Die ausgesandte Intensität des Lichtes wird senkrecht zum Anregungslicht mit einem hochempfindlichen Kamerasystem nachgewiesen. Aus dem Vergleich von gemessenen und berechneten Intensitätsverhältnissen bei zwei Anregungswellenlängen lässt sich die Temperatur ermitteln. Die Konzentration ergibt sich durch den Vergleich der Intensitäten mit Intensitäten bei bekannter Temperatur und Konzentration. Die Strömungsgeschwindigkeit beruht auf Messung der spektralen Verschiebung aufgrund des Dopplereffektes relativ zur Lichtgeschwindigkeit.

Anwendung

Bei der Qualifizierung von Wärmeschutzmaterialien für wiederverwendbare Raumflugkörper wird die Methode erfolgreich sowohl in Freistrahlgebieten als auch in Stoßgebieten zur Bestimmung von Rotations- und Vibrationstemperaturprofilen von NO-Molekülen bei Temperaturen zwischen 240K und 4500K eingesetzt. Insbesondere erlaubt die hohe Nachweisempfindlichkeit der Methode eine exzellente Ortsauflösung, selbst bei sehr niedrigen NO-Konzentrationen. Darüber hinaus lassen sich mit der Zwei-Photonen-Anregungstechnik relative Sauerstoffatomkonzentrationen ortsaufgelöst entlang einer Linie mit guter Reproduzierbarkeit bestimmen.
Die Weiterentwicklung der Messtechnik und der Vergleich der Ergebnisse mit anderen optischen Messverfahren (CARS) erfolgt im Rahmen der Kooperationen mit der ONERA und CIRA sowie durch die Zusammenarbeit mit dem Institut für Raumfahrtsysteme der Universität Stuttgart.

Literatur / Referenzen

  • Del Vecchio, A.; Palumbo, G.; Koch, U.; Gülhan, A.; Temperature Measurements by Laser-Induced Fluorescence Spectroscopy in Nonequilibrium High Enthalpy Flow. Journal of Thermophysics and Heat Transfer, vol. 14, no. 2, pp. 216-224, April-June 2000.
  • Koch, U.; Gülhan, A.; Esser, B.; Grisch, F.; Bouchardy, P.; Rotational and Vibrational Temperature and Density Measurents by Planar Laser Induced NO-Fluorescence Spectroscopy in a Nonequilibrium High Enthalpy Flow. Agard Conference Proceedings 601, Advanced Aerodynamic Measurement Technology, Fluid Dynamics Panel Symposium, Seattle, United States, 22-25 September 1997.
  • Koch, U.; Gülhan, A.; Esser, B.; Determination of NO-Rotational and Vibrational Temperature profiles in a high Enthalpy Flow with Nonequilibrium, Proceedings First Joint French-German Symposium on Simulation of Atmospheric Entries by Means of Ground Test Facilities, Stuttgart, Gemany, November 17-19, 1999, page 3.9
  • Del Vechhio, A.; Palumbo, G.; Koch, U.; Gülhan, A.; ROTO-Translational Temperature measurements of No-Molecules and O-atoms by 2D-LIF Spectroscopy in a Non-equilibrium High Enthalpy Flow, AIAA 99-3598 (1999)
  • Del Vecchio, A.; Palumbo, G.; Koch, U.; Gülhan, A.; Temperature Measurements by Laser-Induced Fluorescence Spectroscopy in Nonequilibrium High Enthalpy Flow, Jounal of Thermophysics and Heat Transfer, Volume 14, Number 2, April-June 2000, page 216-224
  • Grisch, F.; Bouchardy, P.; Koch, U.;.Gülhan, A.; Rotational and Vibrational Temperatures and Density measurent by Coherent Anti-Stokes Raman Scattering in a Nonequilibrium Shock Layer Flow, Agard Conference Proceedings 601, Advanced Aerodynnamic Measurement Technology, Fluid Dynamics Panel Symposium , Seattle, United States 22-25 September 1997
  • Grisch, F.; Bouchardy, P.; Joly, V.; Marmignon, C.; Koch, U.; Gülhan, A.; Coherent Anti-Stokes Raman Scattering Measurements and Computational Modeling of Nonequilibrium Flow. AIAA Journal, vol. 38, no. 9, pp. 1669-1675, 2000.

Institut / Einrichtung

DLR-Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik

Kontakt

Dr.rer.nat. Uwe Koch
DLR-Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik

Jochen Krampe
Technologiemarketing

Dr. Frank Holtmann
Technologiemarketing

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