Coherent Anti-Stokes Raman Scattering (CARS)

Messgrößen

  • Temperatur
  • Molekülkonzentration

Prinzip

Drei Laserstrahlen verschiedener Frequenz werden im Probenvolumen fokussiert . Dabei wechselwirken die elektromagnetischen Felder hoher Photonendichte mit dem zu untersuchenden Medium und ein Signalstrahl wird erzeugt.
Die Bestimmung von Temperatur und Konzentration beruht auf der Analyse der Intensitätsverteilung des spektral aufgelöst erfassten Signalstrahls (des Streulichtes).
Die verbindende physikalische Größe zwischen Medium und Feldern, welche in die Streulichtintensität eingeht, ist die sogenannte dielektrische Suszeptibilität. Sie hängt u.a. von der Zusammensetzung des Mediums ab und macht die gesuchten Größen meßtechnisch zugänglich. Die Temperatur wird über in die dielektrische Suszeptibilität eingehende Besetzungsdichten von Zuständen und die Konzentration über die Teilchendichte oder die Spektrenform zugänglich.
Nichtlineare optische Prozesse wie CARS sind nur bei hohen Photonendichten beobachtbar, deshalb werden Pulslaser eingesetzt. Dabei ist im Falles des Breitband-CARS der eingesetzte Farbstofflaser spektral breitbandig (Stokesstrahl) und die sogenannten Pumpstrahlen schmalbandig. Durch die Wechselwirkung von drei gleichzeitig im Fokus vorhandenen Laserpulsen mit dem Gas wird ein sogenanntes „Einzelpulsspektrum“ erzeugt und dann mit vorberechneten Spektren verglichen, welche in Spektrenbibliotheken abgelegt sind. In diesen Spektrenbibliotheken sind berechnete Spektren als Funktion der Temperatur in typischerweise 50 K Schritten abgelegt. Die Temperatur und gegebenenfalls die Molekülkonzentration sind Anpassungsparameter.

Anwendung

Staustrahltriebwerke
- Vergleich von Einspritzgeometrien.
- H2O-CARS-Konzentrationsmessungen.
- Charakterisierung der Düseneintrittsebene.
- Nachweis von thermischen Nichtgleichgewichten am Düsenaustritt

Schadstoffarme Brennkammern (RQL, Euro-Quebec)
- Charakterisierung von Mischverhalten und Wärmefreisetzung über T-PDF´s und Temperaturprofile.
- Höchste Temperaturen als Indikator für NOx.

Grundlagenuntersuchungen an Laborbrennern und Öfen zur Anwendung der N2-Thermometrie bei hohen Temperaturen und Drücken.
Grundlagenuntersuchungen am Laborbrenner zur Anwendung der H2O–Thermometrie und H2O-Konzentrationsmessung.

Literatur / Referenzen

  • M. Fischer, E. Magens, A. Winandy, “Single-shot broadband nitrogen CARS measurements with temperatures up to 3200 K: Comparison of different data evaluation schemes”, Proceedings of the XI\'th European CARS Workshop, Florence, March 23-25 1992,\"Coherent Raman Spectroscopy: applications and new developments\", World Scientific Publishing Co Pte Ltd, Singapore.
  • N2- und H2O-CARS-Einzelpulsmessungen in planarer BOX-CARS-Konfiguration an der mit H2 und Luft betriebenen Brennkammer des BDP-A, DLR-Interner-Bericht IB-325-12-94
  • M. Fischer, E. Magens, A. Winandy, “N2 and H2O thermometry at high pressure and temperature ” Posterpräsentation auf dem XIV European CARS Workshop, El Escorial, Spanien, 29.-31. März 1995
  • J. Koopman, M. Fischer, E. Magens, A. Winandy, B. Meislitzer “Potential Use of Hydrogen in Propulsion”, EG-Bericht zum EC Contract no. 5077-92-11 EL ISP D,EQHHPP Phase III.0-3, Subtask: \"Non-intrusive Measurements\"
  • P. Griebel, M. Fischer, C. Hassa, E. Magens, H. Nannen, A. Winandy, A. Chrisostomou, U. Meier, W. Stricker, “Experimental investigation of an atmospheric rectangular rich quench lean combustor sector for aeroengines”, ASME paper, Turbo Expo 97, June 2-5,1997, Orlando, Florida
  • M. Fischer, E. Magens, H. Weisgerber, A. Winandy, S. Cordes, ”CARS temperature measurements on an air breathing ram jet model”, Vortrag und conference paper, AIAA 98-0961, 36´th Aerospace Sciences Meeting & Exhibit, January 12-15, 1998, Reno, NVAIAA-Journal, Vol 37, No 6, 744-750, June 1999
  • H. Weisgerber, M. Fischer, E. Magens, A. Winandy, W. Förster, M. Beversdorff, Experimental analysis of the flow of exhaust gas in a hypersonic nozzle, paper AIAA 98-1600, AIAA 8´th International Space Planes and Hypersonic Systems and Technologies Conference, Norfolk, VA, April 27-30, 1998
  • E.Magens, “Nutzung von Rotations-CARS zur Temperatur und Konzentrationsmessung in Flammen“, Dissertation, Universität Erlangen (1993) Berichte zur Energie- und Verfahrenstechnik Heft 93.2,ISBN 3-9803413-1-3, ESYTEC-GmBH, Erlangen

Institut / Einrichtung

DLR-Institut für Antriebstechnik

Kontakt

Dr.rer.nat. Michael Fischer
DLR-Institut für Antriebstechnik

Jochen Krampe
Technologiemarketing

Dr.-Ing. Alexander Born
Technologiemarketing

Dr. Frank Holtmann
Technologiemarketing

Ähnliche Messgrößen

Nachfolgend finden Sie Referenzen zu Datenblättern in MessTec, welche mit hoher Wahrscheinlichkeit ähnliche Messgrößen beschreiben. Die Auswahl basiert auf einem semantischen Vergleich:

Temperatur :: mehr

Molekülkonzentration :: mehr