Verfahren zur Messung und Auswertung der Interferenzphase in der Laser-Doppler-Velocimetrie:
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Veröffentlicht: |
Düsseldorf
VDI-Verl.
1996
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Schriftenreihe: | Verein Deutscher Ingenieure: [Fortschritt-Berichte VDI / 8]
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adam_text | Titel: Verfahren zur Messung und Auswertung der Interferenzphase in der Laser-Doppler-Velocimetrie
Autor: Czarske, Jürgen
Jahr: 1996
V Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 1 1.1 Gegenstand und Problemstellung......................... 1 1.2 Stand der Kenntnisse................................ 2 1.3 Ziel dieser Arbeit.................................. 3 2 Physikalische Grundlagen 5 2.1 Doppler-Effekt................................... 5 2.2 Streifenmodell . 8 2.3 Burstsignal ..................................... 11 3 Achromatische Laser—Doppler—Velocimetrie 16 3.1 Beugungsgitter als Strahlteiler........................... 16 3.1.1 Motivation.................................. 16 3.1.2 Prinzip.................................... 17 3.2 Fourieroptik..................................... 17 3.3 Optisches Abbildungssystem............................ 20 4 Messung der Interferenzphase 24 4.1 Grundlagen..................................... 24 4.2 Homodynverfahren................................. 27 4.2.1 Prinzip.................................... 27 4.2.2 Achromatisches, faseroptisches Laser-Doppler-Velocimeter....... 28 4.3 Heterodynverfahren.......... 30 4.3.1 Prinzip.................................... 30 4.3.2 Stimulierte Brillouin-Streuung in Glasfasern............... 37 4.3.3 Frequenzmodulierter Laser mit faseroptischer Verzögerungsstrecke ... 44 4.3.4 Zweifrequenz-Mikrochip-Laser....................... 48 4.4 Phasendigitalisierungstechnik.......... 58 5 Meßabweichung der Interferenzphase 61 5.1 Systematische Meßabweichung der Phase..................... 61 5.2 Statistische Meßunsicherheit der Phase......................- 63 5.2.1 Signal-zu-Rausch-Verhältnis ....................... 63 5.2.2 Phasenrauschen............................... 68
VI 6 Meßunsicherheit der Mittenfrequenz 73 6.1 Problemstellung................................... 73 6.2 Methode....................................... 75 6.2.1 Modellbildung................................ 76 6.2.2 Annahmen .................................. 79 6.2.3 Kausalkette................................. 80 6.2.4 Ergebnis................................... 82 6.3 Folgerungen..................................... 84 7 Optimierungsbetrachtungen 89 7.1 Meßkette............................r~......... 89 7.2 Zielsetzung und Vorgehensweise.......................... 91 7.3 Streulichtleistung............................ •_?•••• 92 7.4 Trajektorie des Tracerpartikels........................... 93 7.5 Dimensionierung des Meßvolumens........................ 96 7.5.1 Meßvolumenform.............................. 96 7.5.2 Meßvolumendurchmesser.......................... 101 7.5.3 Streifenanzahl...... 105 7.6 Signalerfassung und Signalauswertung............... 106 7.6.1 Zeitdiskretisierung........................... . . 107 7.6.2 Phasenquantisierungsklassen........................ 109 7.6.3 Mittelungszeit................................ 109 7.7 Ergänzungen .................................... 113 7.8 Diskussion..................................... . 115 8 Zusammenfassung 117 9 Anhang 120 9.1 Zur Unschärferelation....................... 120 9.2 Zur Schätztheorie.................................. 122 9.3 Zur Linearen Regression.............................. 125 10 Schrifttum 128
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