Gefilterte Rayleigh Streuung (FRS)

Messgrößen

  • Dichte / Temperatur (bei bekanntem Druck)

Prinzip

Als Rayleigh-Streulicht bezeichnet man die elastische Streuung von Licht an den Atomen oder Molekülen eines Gases. Die Rayleigh-Streuung ist der Anzahl der Molekühle im betrachteten Volumenelement proportional. Als Lichtquelle dient ein Laser. Das Streulicht wird mittels eines Detektors wie z.B. einem Photomultiplier oder einer intensivierten CCD-Kamera beobachtet. Vor den Detektor wird eine Jodzelle gestellt, die die Aufgabe hat, Reflexe und Miestreuung des Laserlichts zu unterdrücken. Die Rayleighstreuung kann hingegen aufgrund der thermischen Dopplerverbreiterung und der Verbreiterung durch die Brillouinstreuung die Jodzelle teilweise passieren. Da die Intensität der Rayleighstreuung der Moleküldichte proportional ist, kann man auf diesem Wege die Dichte eines Gases bestimmen, sofern die chemische Zusammensetzung bekannt ist. Ist zudem auch der Druck bekannt, was z.B. bei Verbrennungsvorgängen oft der Fall ist, kann die Temperatur ermittelt werden.

Da die spektrale Form der Rayleigh-Brillouin-Streuung eine Funktion der Temperatur ist, kann man aus dieser die Temperatur auch direkt ermitteln, wiederum unter Annahme eines bestimmten Druckes.

Es wurde zudem gezeigt, dass es zumindest unter Laborbedingungen auch möglich ist, mit der Rayleigh-Brillouin-Streuung simultan Druck, Temperatur und Strömungsgeschwindigkeit zu bestimmen.

Bei AT-TF soll diese Technik zunächst als Punktmessverfahren eingesetzt werden, um mit Hilfe der Lock-In-Technik nach periodischen Temperaturschwankungen bei Verbrennungsschwingungen zu suchen (Entriopiewellen).

Da die Rayleigh-Brillouin-Streuung mit dem Druck proportional zunimmt, hat diese Messtechnik vor allem für Hochdruckverbrennung ein erhöhtes Potential, zumal die etablierten Messtechniken CARS und LIF bei hohen Drücken weniger gut funktionieren.

Das Prinzip der Gefilterten-Rayleigh-Streuung wurde 1990 erstmals veröffentlicht aber bisher kaum eingesetzt.

Anwendung

Flammen
Brennkammern
Hochdruckverbrennung

Die Gefilterte Rayleighstreuung sollte vor allem zur Visualisierung von zeitlichen oder auch räumlichen Veränderungen der Temperatur bzw. Dichte eingesetzt werden. Besonders geeignet erscheint die Messtechnik für die Hochdruckanwendungen.

Literatur / Referenzen

  • Forkey, J.N.: Development and demonstration of filtered rayleigh scattering – a laser based flow diagnostic for planar measurements of velocity, temperature and pressure. Dissertation, Princeton, 1996.
  • Elliott, G.S., Carter, C.D. et al.: Molecular filtered rayleigh scattering applied to combustion. Measurement Science and Technologie, Vol. 12, Number 4 (2001), 452-466.

Institut / Einrichtung

DLR-Institut für Antriebstechnik

Kontakt

Prof. Dr.-Ing. Ingo Röhle
DLR-Institut für Antriebstechnik

Jochen Krampe
Technologiemarketing

Dr.-Ing. Alexander Born
Technologiemarketing

Dr. Frank Holtmann
Technologiemarketing

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