Stand der Technik Die Messung von Strömungsgeschwindigkeiten und das Sichtbar- machen von Strömungen findet insbesondere in der Aerodynamik und der Fluiddynamik bei der Analyse und Optimierung unter- schiedlichster Strömungsphänomene sowie auch im Bereich der Verfahrenstechnik und der Produktionstechnik breite Anwen- dungen. Dabei werden sowohl mechanische, elektromechanische als auch optische Stromungsmeßverfahren eingesetzt. Die exi- stierenden optischen Strömungsmeßverfahren lassen sich dabei grob einteilen in Punkt-, Flächen-und Raummeßverfahren.

So ist die flächenhafte Erfassung instationärer Stromungs- vorgänge oder raumlicher Turbulenzstrukturen bisher mittels sogenannter Ganzfeldverfahren möglich. Diese Verfahren de- tektieren in Flussigkeits-oder Gasströmungen das Streulicht

darin suspendierter Teilchen in Lichtschnitten beziehungs- weise Lichtschnittebenen.

Zudem sind im Fall der Flachenmeßverfahren die sogenannte "Particle Image Velocimetry (PIV)"sowie"Particle Tracking Verfahren"ublich. Dabei wird die Verschiebung suspendierter Teilchengruppen oder einzelner suspendierter Teilchen in ei- nem hinsichtlich der Strömungsverhältnisse zu analysierenden Medium mittels Korrelationsalgorithmen beziehungsweise Trak- kingalgorithmen bestimmt.

Weiter ist bei den Flachenmeßverfahren bekannt, zwei unter- schiedliche, farbige Lichtschnitte gleichzeitig fur die Be- stimmung der Normalgeschwindigkeitskomponenten der suspen- dierten Teilchen senkrecht zu den Lichtschnittebenen einzu- setzen. Dazu sei beispielsweise auf I. Kimura und Y. Kohno, "Measurement of three-dimensional velocity vectors in a flow field based on spatio-temporal image correlation", 3. Inter- nationales Symposium FLUCOME, Seite 609 bis 615, (1991), C.

Brücker,"3-D PIV via spatial correlation in a color-coded light-sheet", Experiments in Fluids, 21, Seite 312 bis 314, Springer-Verlag, 1996, und A. Cenedese und A. Paglialunga, "A new technique for the determination of the third velocity component with PIV", Experiments in Fluids, 8, Seite 228 bis 230, Springer-Verlag, 1998, verwiesen.

In M. Raffel et al.,"Analytical and experimental investiga- tions of dual-plane particle image velocimetry", Opt. Eng.

35,7, Seite 2067 bis 2074, (1996), wird weiter vorgeschla- gen, einen einzelnen Lichtschnitt mit Hilfe einer Chopper- Scheibe in zwei Lichtschnittpositionen raumlich zu verset- zen.

Schließlich ist aus F. Dinkelacker et al.,"Determination of the third velocity component with PTA using an intensity

graded light sheet", Experiments in Fluids 13, Seite 357 bis 359, Springer-Verlag, 1992, bereits bekannt, einzelne dicke- re Lichtschnitte entlang einer Lichtschnittiefe in ihrer In- tensitat zu modulieren.

Die genannten flächenhaften Verfahren erlauben zusammenfas- send die Bestimmung von Geschwindigkeitskomponenten der sus- pendierten Teilchen innerhalb einer Ebene und somit auch ei- ne Analyse der Strömungen in der zu untersuchenden Flussig- keit beziehungsweise dem zu untersuchenden Gas. Sie sind je- doch lediglich in der Lage, dreidimensionale Strömungen in einer Ebene und nicht in einem Volumen zu analysieren.

Unter den Raummeßverfahren, das heißt denjenigen Meßverfah- ren, die die Analyse von Strömungen in einem Volumen ermog- lichen, sind die stereoskopischen Verfahren zu nennen, die beispielsweise aus R. Racca und J. Dewey,"A method for au- tomatic particle tracking in a three-dimensional flow field", Experiments in Fluids 6, Seite 25 bis 32, Springer- Verlag, 1988, bekannt sind., oder die, wie von T. Chang et al.,"Application of image processing to the analysis of three-dimensional flow fields", Opt. Eng., 23,3, Seite 282 bis 287, (1984), vorgeschlagen, mit stereoskopischen Linsen arbeiten. Bei diesem Verfahren erfolgt die Aufzeichnung des Strömungsfeldes durch Einsatz von zwei bis vier Kameras aus unterschiedlichen Richtungen.

Allen vorgenannten Raummeßverfahren ist gemein, daß bei ih- nen eine kontinuierliche Ausleuchtung des zu analysierenden Strömungsfeldes stattfindet und/oder daß das zu analysieren- de Volumen mit mehreren Bilddetektoren aus unterschiedlichen Richtungen aufgenommen wird. Daher sind diese Verfahren für die Praxis, wo Rüstzeiten, optische Zuganglichkeit und Be- schrankungen hinsichtlich der Beobachtungsrichtung eine

wichtige Rolle spielen, nur bedingt einsetzbar. Letzteres gilt im übrigen auch für die holographischen Verfahren.

Aus C. Brücker,"Digital-Particle-Image-Velocimetry (DPIV) in a scanning light sheet : 3-D starting flow around a short cylinder", Experiments in Fluids 19, Seite 255 bis 263, Springer-Verlag, (1995), ist schließlich ein Raummeßverfah- ren bekannt, bei dem das zu analysierende Volumen mit Hilfe eines Trommelscanners mit einem einfarbigen Laserstrahl ab- getastet wird. Die Aufnahme des an den suspendierten Teil- chen gestreuten, die Strömung charakterisierenden Streulich- tes als Funktion der Zeit erfolgt dabei mittels einer Hoch- geschwindigkeitskamera. Dazu wird jede einzelne Lichtebenen- position in dem zu analysierenden Volumen separat aufge- zeichnet, so daß die Aufzeichnung des Strömungsfeldes an die Bildwiederholfrequenz der verwendeten Kamera gebunden ist.

Zudem erzeugt die separate Aufzeichnung jeder einzelnen Lichtebenenposition in dem Detektionsraum eine sehr große Datenmenge mit entsprechend hohem Speicherbedarf.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Messung von Strömungsgeschwindigkeiten und die Analyse von Strömun- gen in Gasen und Flüssigkeiten innerhalb eines Detektions- raumes dreidimensional und gleichzeitig einfacher, schneller und kostengunstiger durchzufuhren.

Vorteile der Erfindung Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vor- richtung mit den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Ansprüche hat gegenuber dem Stand der Technik den Vorteil eines relativ geringen apparativen Aufwandes, insbesondere hinsichtlich der Detektionseinrichtung. Weiter ist vorteil- haft, daß lediglich eine Beobachtungsrichtung beziehungswei- se lediglich eine CCD-Farbkamera erforderlich ist.

Daneben hat das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, daß die anfallenden Datenmengen relativ gering sind, und sie sich damit leicht und übersichtlich bearbeiten und auswerten lasssen.

Schließlich ist die erreichbare Auflösung beziehungsweise Meßgenauigkeit bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nun nicht mehr beispielsweise an die Bildwiederholfrequenz einer Hoch- geschwindigkeitskamera gebunden, sondern wird lediglich durch den Abstand und die zeitliche Differenz in der Erzeu- gung von zwei zueinander benachbarten, parallelen, räumlich hintereinander angeordneten Lichtebenen begrenzt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen.

So ist es besonders vorteilhaft, wenn eine Vielzahl von Lichtebenen mit Licht unterschiedlicher Farbe oder unter- schiedlichem Frequenzspektrum eingesetzt werden, wobei diese Farben sowohl im sichtbaren Frequenzbereich als auch im na- hen Ultraviolett oder nahen Infrarot liegen können. In die- sem Fall eignet sich zur Aufzeichnung des innerhalb des De- tektionsraumes von dem die Strömung charakterisierenden Teilchen ausgehenden oder gestreuten Lichtes eine herkömmli- che und damit relativ preiswerte CCD-Farbkamera.

Als elektromagnetische Wellen bzw. Licht eignet sich einer- seits ein mehrfarbiger Lichtstrahl, wobei unter mehrfarbig hier ein Lichtstrahl verstanden werden soll, der ein breite- res Frequenzspektrum im sichtbaren Frequenzbereich abdeckt und beispielsweise für das menschliche Auge weiß oder als Mischfarbe erscheint, sowie andererseits gegebenenfalls auch mehrere derartige Lichtstrahlen, die jeweils eine oder meh-

rere unterschiedliche Farben bzw. Grundfarben zur Verfügung stellen.

Die Lichtquelle für diesen oder diese Lichtstrahlen kann da- bei ein oder mehrere Laser oder auch eine Anordnung von La- serdioden, die bei Bedarf jeweils unterschiedliche Farben Misch-oder Grundfarben (Rot/Gelb/Blau) erzeugen, sein. Da- neben kommem auch Projektionslapmen mit punktförmiger Licht- flache in Frage.

Besonders vorteilhaft sind ein oder mehrere mehrfarbige La- serstrahlen, da auf diese Weise eine besonders gute Kollima- tion und räumliche Auflösung beziehungsweise Trennung der einzelnen Lichtebenen in dem Detektionsraum erreicht wird.

Um sicherzustellen, daß bei dem Abrastern des Detektionsrau- mes durch die parallelen Lichtebenen am Ort der Bilddetekto- ren beziehungsweise der Detektionseinrichtung stets eine zu- mindest weitgehend gleichbleibende, gute Tiefenschärfe ge- währleistet ist, ist es vorteilhaft, wenn die Detektionsein- richtung oder die eingesetzte CCD-Farbkamera mit einer zu- satzlichen Einrichtung zur kontinuierlichen oder schrittwei- sen Einstellung der Tiefenschärfe versehen ist. Dabei wird die Einstellung der Tiefenschärfe beispielsweise durch eine Steuereinheit mit dem Abrastern des Detektionsraumes durch die zeitlich nacheinander erzeugten Lichtebenen korreliert.

Zur Auswertung der von der CCD-Farbkamera beziehungsweise der Detektionseinrichtung aufgenommenen Bilder des Detekti- onsraumes eignen sich prinzipiell bekannte Algorithmen und Auswerteverfahren aus der"Particle Image Velocimerty", die die zusätzlich auch die Farbinformation berucksichtigen. Da- neben können jedoch auch"Particle Tracking-Verfahren"ein- gesetzt werden.

Insgesamt ist es bei den genannten, dem Fachmann bekannten Verfahren lediglich erforderlich, diese hinsichtlich der Farberkennung bzw. Frequenz-oder Frequenzbanderkennung so- wie der Auswertung der Frequenz-bzw. Farbinformation zur Quantifizierung der Normalgeschwindigkeitskomponenten zu er- weitern.

Eine einfache und schnelle Filterung des von der Lichtquelle bereitgestellten mehrfarbigen Lichtes erfolgt vorteilhaft mittels eines an sich bekannten akustooptischen Modulators, mit dem eine Farbmischung beziehungsweise die Erzeugung be- liebiger Farben mit einer Farbwechselfrequenz, die bis in den MHz-Bereich hineinreicht, möglich ist.

Daneben ist in der Beleuchtungseinrichtung vorteilhaft ein Kollimator und ein Polygonscanner mit anschließendem Galva- nometer-Scanner vorgesehen, die es erlauben, den Detektions- raum mit hoher raumlicher Auflösung, das heißt geringer Breite und klarer räumlicher Trennung der einzelnen, benach- barten Lichtebenen, abzurastern.

Zeichnungen Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen und in der nach- folgenden Beschreibung naher erläutert.

Es zeigen Figur 1 zeigt eine Prinzipskizze einer erfindungs- gemäßen Strömungsanalysevorrichtung in Draufsicht, Figur 2 eine dreidimensionale Darstellung eines Ausschnittes des De- tektionsraumes mit zusätzlich zwei Ausschnitten zweier sepa- rater Lichtebenen zu zwei unterschiedlichen Zeitpunkten, Fi- gur 3 zwei nacheinander an der Stirnseite des Detektionsrau- mes aufgenommene Bilder zur Berechnung der Stromungsge- schwindigkeitskomponenten der einzelnen Teilchen, Figur 4 ein einzelnes Bild des Detektionsraumes mit zwei zu ver-

schiedenen Zeiten gemachten Aufnahmen und Figur 5 in Weiter- fuhrung des in Figur 4 dargestellten Detektionsraumes mit einer Vielzahl aufeinanderfolgender Abtastvorgänge.

Ausführungsbeispiele Kern des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, daß mittels einer Beleuchtungseinrichtung, beispielsweise einer Lichtquelle zur Emission von elektromagnetischen Wellen in Form von mehrfarbigem Licht, und nachgeschalteten optischen Komponen- ten, verschiedenfarbige oder in ihrer Frequenz oder ihrem Frequenzspektrum unterschiedliche, zumindest naherungsweise parallele Lichtebenen erzeugt werden, die räumlich und zeit- lich hintereinander angeordnet, einen Detektionsraum 25 oder einen Bereich des Detektionsraumes 25 abtasten beziehungs- weise abrastern, und daß während dieses Abtastvorganges ein oder mehrere Bilddetektoren beziehungsweise Detektionsein- richtungen, beispielsweise eine an einer Stirnseite 26 des Detektionsraumes 25 angeordnete CCD-Farbkamera 16, ein Ab- bild des Detekionsraumes 25 aufzeichnen.

Als Lichtquelle 10 wird dazu im erlauterten Beispiel eine mehrfarbige Lichtquelle, beispielsweise ein mehrfarbiger La- serstrahl eingesetzt, der entweder im Pulsbetrieb oder im Dauerstrichbetrieb arbeitet.

Alternativ läßt sich der mehrfarbige Lichtstrahl jedoch auch mit unterschiedlich farbigen Laserdioden oder mehreren La- sern unterschiedlicher Frequenz realisieren, die dann mit Hilfe optischer Komponenten überlagert werden.

Eine weitere Möglichkeit zur Erzeugung eines mehrfarbigen Lichtstrahles, insbesondere eines mehrfarbigen Laserstrahles 11, besteht im Einsatz von Faserlasern.

Zur Erzielung einer raumlich und zeitlich hintereinander an- geordneten Staffelung von parallelen Lichtebenen im Bereich des Detektionsraumes 25 sind im Anschluß an die Lichtquelle 10 weitere Bauteile vorgesehen. So erfolgt der Farbwechsel von einer Lichtebene zu der nachsten beispielsweise mit Hil- fe eines akustooptischen Modulators 12 oder alternativ mit- tels integriert-optischer Farbmischer.

Die Erzeugung der unterschiedlichen, benachbarten, paralle- len Lichtebenen erfolgt dann durch einen im Anschluß an den akustooptischen Modulator 12 vorgesehen Kollimator 13, einen nachfolgenden, an sich bekannten Galvanometer-Scanner 14 und einen nachfolgenden, an sich bekannten Polygon-Scanner 15.

Diese im Anschluß an den akustooptischen Modulator 12 vorge- sehenen Bauteile bewirken ein Abrastern des Detektionsraumes 25 durch den den akustooptischen Modulator 12 verlassenden, einfarbigen Laserstrahl 11'in Form von zumindest naherungs- weise parallelen, raumlich hintereinander und zeitlich nach- einander erzeugten Lichtebenen 17,18,19,20,21,22. Unter dem Begriff"einfarbig"wird dabei lediglich verstanden, daß der Laserstrahl 11 gegenuber dem Laserstrahl 11 ein redu- ziertes Frequenzspektrum und insbesondere eine andere Farbe aufweist, als der einfallende Laserstrahl 11. So kann der Laserstrahl 11 beispielsweise weiß sein, während der Laser- strahl 11 beispielsweise rot, blau oder grun ist. Natürlich kann der Laserstrahl 11 aber auch grün sein, während der La- serstrahl 11 dann beispielsweise blau oder gelb ist.

Die Lichtebenen 17,18,19,20,21,22 unterscheiden sich somit jeweils durch ihre Farbe in Folge des von dem akusto- optischen Modulators 12 bewirkten Farbwechsels des diesem beispielsweise zugefuhrten mehrfarbigen oder weißen Laser- strahls 11.

Bevorzugt erfolgt das Abrastern des Detektionsraumes 25 da- bei derart, daß die CCD-Farbkamera 16 eine zumindest nahe- rungsweise kontinuierliche Ausleuchtung des Detektionsraumes 25 bzw. der Lichtebenen 17,18,19,20,21,22 wahrnimmt.

Die Aufzeichnung des Abbildes des Strömungsraumes kann im übrigen alternativ zu dem Bilddetektor beziehungsweise zu der CCD-Farbkamera 16 auch mittels einer mit Interferenzfil- tern versehenen 3-Chip-Spezialkamera, beispielsweise einer sogenannten LLT3-Kamera erfolgen. Im Fall des Einsatzes die- ser Spezialkamera werden im einzelnen drei Schwarzweiß- Sensoren eingesetzt, die die Farben rot, grun und blau eines RGB-Bildes repräsentieren. In diesem Fall werden die jewei- ligen Farben dann in einem Computer durch Überlagerung der einzelnen Bilder rekonstruiert und in Falschfarben darge- stellt.

Diese Vorgehensweise eignet sich insbesondere, wenn ledig- lich Lichtquellen zur Verfügung stehen, die nur ein geringes Wellenlangenspektrum abdecken, um somit dennoch ein größeres Farbspektrum realisieren zu können.

Da sich bei dem Abrastern des Detektionsraumes durch die pa- rallelen Lichtebenen 17,18,19,20,21,22 der Abstand der Lichtebenen der Detektionseinrichtung, insbesondere der CCD- Farbkamera 16, ständig verändert, ist zur Gewahrleistung ei- ner zumindest näherungsweise gleichbleibenden Tiefenscharfe in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung im übrigen vorge- sehen, der Detektionseinrichtung eine Einrichtung zur konti- nuierlichen oder schrittweisen Einstellung der Tiefenscharfe zuzuordnen und diese, beispielsweise über eine an sich be- kannte Steuereinheit, mit der sich zeitlich verandernden Po- sitionen der Lichtebenen 17,18,19,20,21,22 in dem De- tektionsraum 25 zu korrelieren.

Die Auswertung der von der Detektionseinrichtung frequenz- oder frequenzbandselektiv aufgenommenen, zweidimensionalen, farbigen Bilder des Detektionsraumes 25 erfolgt dann entwe- der anhand einer einzigen Bildaufnahme, auf der zwei oder mehrere Abtastvorgange aufgezeichnet sind, oder anhand meh- rerer, vorzugsweise kurzzeitig nacheinander aufgenommener Bildaufnahmen, auf der jeweils ein oder mehrere Abtastvor- gange aufgezeichnet sind.

Zur Auswertung der Verschiebung der in dem Detektionsraum 25 beziehungsweise der darin enthaltenen Flüssigkeit oder dem darin enthaltenen Gas suspendierten Teilchen und somit die Bestimmung der Geschwindigkeitskomponenten vx, vy, vz, die unmittelbar ein Abbild der in dem Detektionsraum 25 herr- schenden, lokalen Strömungsverhältnisse darstellen, werden im erlauterten Beispiel im übrigen die bekannten, um die Auswertung der Farbinformtion erweiterten Methoden der"Par- ticle Image Velocimetry"oder bekannter"Particle Tracking- Verfahren"eingesetzt.

Auf diese Weise können die Positionen der suspendierten Teilchen 30,31,32,33,34,35 innerhalb der jeweiligen Lichtebenen 17,18,19,20,21,22 völlig analog zu herkomm- lichen Lichtschnittverfahren ermittelt werden.

Die Positionen dieser Teilchen 30,31,32,33,34,35 in Normalen-Richtung (y-Richtung) zu den Lichtebenen 17,18, 19,20,21,22 ergeben sich dann weiter eindeutig aus der Bestimmung der Farbe des jeweiligen Streulichtes, da jede Farbe dem das Licht emittierenden oder streuenden Teilchen 30,31,32,33,34,35 eindeutig eine Lichtebene 17,18,19, 20,21,22 und damit eine entsprechende Position in y- Richtung zuordnet. Die Meßungenauigkeit in Normalenrichtung ist dabei zunächst durch die Breite der jeweiligen Lichtebe- ne 17,18,19,20,21,22 gegeben, kann jedoch durch eine

optionale Analyse der Intensitatsverteilung der Streulicht- signale zweier benachbarter Lichtschnittebenen 1-/, 18,19, 20,21,22 als Funktion der y-Richtung (Normalen-Richtung) noch gesteigert werden.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht im übri- gen zur Erreichung eines höheren zeitlichen Auflosungsvermo- gens vor, daß zwei Lichtebenen sehr schnell hintereinander angeordnet den selben Detektionsraum 25 abtasten. Eine der- artige Vorgehensweise läßt sich beispielsweise dadurch rea- lisieren, daß eine entsprechende zweite Beleuchtungseinrich- tung vorgesehen ist, oder indem neben einem beispielsweise einfarbigen einfallenden Laserstrahl 11 ein zweiter, unter- schiedlich gefarbter, einfallender Laserstrahl bereitge- stellt wird, dem entsprechende optische beziehungsweise aku- stooptische Bauteile nachgeschaltet sind, so daß der zweite Laserstrahl gegenüber dem ersten Laserstrahl 11 mit einem räumlichen Versatz generiert wird, und die beiden Laser- strahlen raumlich und zeitlich einen Versatz von Lichtebenen derart bewirken, daß zwei abwechselnd generiert Lichtebenen dicht hintereinander den selben Detektionsraum 25 abtasten.

Das Ausführungsbeispiel der vorstehend erlauterten Erfindung wird weiter anhand der Figur 1 naher ausgeführt. Die Figur 1 zeigt eine Strömungsanalysevorrichtung 5 mit einer Licht- quelle 10 in Form eines mehrfarbigen Lasers, der einen mehr- farbigen Laserstrahl 11 generiert. Dieser mehrfarbige Laser- strahl 11 wird dem akustooptischen Modulator 12 zugefuhrt, der in an sich bekannter Weise aus dem zugefuhrten mehrfar- bigen Licht definierte Frequenzen oder Frequenzbereiche aus- filtert und somit einen einfarbigen Laserstrahl 11 emit- tiert. Im einzelnen bewirkt der akustooptische Modulator 12 dazu entweder eine Farbmischung oder eine Filterung des zu- geführten Lichtes. Der von dem akustooptischen Modulator 12 emittierte einfarbige Laserstrahl 11 wechselt somit in sehr

schneller Folge seine Farbe. Bekannte akustooptische Modula- toren erlauben es beispielsweise diesen Farbwechsel im Fre- quenzbereich von 100 kHz bis zu 1 MHz vorzunehmen.

Ein derartiger mehrfarbiger Laserstrahl 11 ist beispielswei- se ein Laserstrahl, dessen Farbe sich aus mehreren Grundfar- ben zusammensetzt.

Bevorzugt werden die Farben rot, grün und blau eingesetzt, die beispielsweise von einem Argon-Krypton-Laser erzeugt werden, der den mehrfarbigen Laserstrahl 11 emittiert. Der akustooptische Modulator 12 nimmt dann eine Modulation der Intensitäten der einzelnen zugeführten Farben in dem mehr- farbigen Laserstrahl 11 derart vor, daß ein hochfrequenter Farbwechsel eintritt und jeweils ein einfarbiger Laserstrahl 11'emittiert wird.

Im Anschluß an den akustooptischen Modulator 12 ist dann der Kollimator 13 vorgesehen, der beispielsweise als Linsensy- stem ausgestaltet ist und über den die Dicke der einzelnen Lichtebenen 17,18,19,20,21,22 einstellbar ist. Bevor- zugt liegt die Dicke der einzelnen Lichtebenen im Bereich von 100 um bis 1 mm, insbesondere 500 um bis 1 mm.

Die Anzahl der hintereinander angeordneten Lichtebenen 17, 18,19,20,21,22 beträgt mindestens drei, in der Regel sind jedoch eine Vielzahl von beispielsweise 100 bis 200 Lichtebenen vorgesehen. Der Detektionsraum 25 weist bei- spielsweise Dimensionen von 10 cm x 10 cm x 10 cm auf.

Der im Anschluß an den Kollimator 13 vorgesehene Polygon- scanner 15 gewahrleistet die Generierung der einzelnen Lich- tebenen 17,18,19,20,21,22 aus den zeitlich nacheinander zugeführten einfarbigen Laserstrahlen 11'. Anstelle des Po- lygonscanners 15 ist alternativ auch der Einsatz einer oder

mehrerer, an sich bekannter Zylinderlinsen möglich. Der Po- lygonscanner 15 rotiert dazu bevorzugt mit 20.000 bis 60.000, insbesondere 40.000, Umdrehungen/Min. Die Scange- schwindigkeit wird im übrigen zweckmäßig an die Meßaufgabe angepaßt, und kann prinzipiell, gegebenefalls unter Einsatz optischer Komponenten, bis in den MHz-Bereich gesetigert werden.

Insgesamt wird somit der einfarbige, in seiner Farbe hoch- frequent modulierte Laserstrahl 11 so schnell in einer Ebe- ne gefuhrt, daß die. als Bilddetektor vorgesehene CCD- Farbkamera 16 eine kontinuierliche Ausleuchtung der einzel- nen Ebenen wahrnimmt.

Der im Anschluß an den Polygonscanner 15 weiter vorgesehene Galvanometer-Scanner 14 dient dem Versatz der verschieden- farbigen, parallelen Lichtebenen, so daß diese zumindest na- herungsweise parallel, raumlich hintereinander angeordnet den Detektionsraum 25 abtasten, wobei gleichzeitig die Far- ben dieser hintereinander angeordneten, parallelen Lichtebe- nen 17,18,19,20,21,22 unterschiedlich sind.

In diesem Zusammenhang ist es wichtig, daß der Versatz der Lichtebenen 17,18,19,20,21,22 synchron mit dem Farb- wechsel des akustooptischen Modulators 12 erfolgt, so daß ein Volumen zumindest naherungsweise parallel zueinander liegender, unterschiedlich farbiger Lichtebenen 17,18,19, 20,21,22 entsteht. Dazu sind entsprechende, nicht darge- stellte, an sich bekannte Steuerbauteile vorgesehen.

Zur Aufzeichnung des Abbildes des Detektionsraumes 25 ist an der Stirnseite 26 des Detektionsraumes 25 die CCD-Farbkamera installiert.

Die Figur 2 erläutert noch einmal die Ausleuchtung eines Ausschnittes des Detektionsraumes 25 mit Hilfe unterschied- licher Lichtebenen. Im einzelnen sind in Figur 2 vier be- nachbarte Lichtebenen 17,18,19,20 dargestellt, die raum- lich gegeneinander versetzt und zeitlich nacheinander mit Licht unterschiedlicher Farbe beleuchtet werden. Weiter ist exemplarisch ein einzelnes Streuteilchen 30 vorgesehen, das sich zwischen zwei Zeitpunkten t1 und t2 von einer ersten Position in der Lichtebene 18 in eine zweite Position in der Lichtebene 17 bewegt. Dies ist in Figur 2 noch einmal sepa- rat herausgezeichnet dargestellt.

Die x-und z-Koordinaten der Position des Streuteilchens 30 in dem Detektionsraum 25 ergeben sich unmittelbar aus dem Bild der CCD-Farbkamera 16. Aus der unterschiedlichen Farbe des Streuteilchens 30, hervorgerufen durch dessen Position in zwei unterschiedlichen Lichtebenen 18 beziehungsweise 17 zu den Zeiten t1 beziehungsweise t2 läßt sich weiter dann zunächst einerseits die Position des Teilchens 30 in y- Richtung zu den Zeiten tj und t2 bestimmen und andererseits ergibt sich aus der Kenntnis der Zeitdifferenz At zwischen t2 und tj neben den Strömungsgeschwindigkeiten des Streu- teilchens 30 in x-und z-Richtung auch die Stromungsge- schwindigkeitskomponente in y-Richtung.

Die Figur 3 erläutert dies schematisch am Beispiel zweier nacheinander zu den Zeitpunkten tj und t2 an der Stirnseite 26 des Detektionsraumes 25 von der CCD-Farbkamera 16 aufge- nommenen Bildern. Die in dem Detektionsraum 25 suspendierten Streuteilchen 31,32,33 rufen dabei eine Streuung des ein- gestrahlten Lichtes hervor, wobei die unterschiedlichen Sym- bole für die Streuteilchen 31,32,33 in Figur 3 fur unter- schiedliche Farben dieser Streuteilchen 31,32,33 stehen.

Im einzelnen stehen die beiden Bilder zu den Zeitpunkten t und t2 in Figur 3 für zwei vollständige Abtastvorgänge des Detektionsraumes 25, das heißt samtliche parallelen, unter- schiedlich farbigen Lichtebenen wurden genau zweimal gene- riert und zwei Bildaufnahmen des Detektionsraumes 25 aufge- nommen. In jeder Bildaufnahme ist somit ein vollständiger Abtastvorgang aufgezeichnet.

Aus der Kenntnis der Zeitdifferenz At = t2-tl sowie den Anderungen der Positionen der Streuteilchen 31,32,33 in x- und z-Richtung ergeben sich sofort deren Geschwindigkeits- komponenten in x-und z-Richtung. Die Geschwindigkeitskompo- nente in y-Richtung der einzelnen Streuteilchen v = Ay/At ergibt sich dann durch Auswertung der Farben, beziehungswei- se der Farbanderung der Streuteilchen 31,32,33 zwischen den Zeiten tj und t2.

Die Genauigkeit der Bestimmung der Geschwindigkeitskomponen- te vy ist dabei von der Dicke der einzelnen Lichtebenen ab- hangig.

Die Figur 4 zeigt eine typische Bildaufnahme bei der zwei vollstandige Abtastvorgange in einer Bildaufnahme der CCD- Farbkamera 16 aufgezeichnet worden sind. Diese beiden Auf- nahmen erfolgten kurz nacheinander zu den Zeitpunkten tj und t2. Typische Wiederholraten der Abtastvorgänge des Detekti- onsraumes 25 liegen dabei im Bereich von 100 Hz bis 1 kHz entsprechend den üblicherweise in Flüssigkeiten zu beobach- tenden Strömungsgeschwindigkeiten in der Größenordnung von m/sec. Auch hier sind mit dem erläuterten Verfahren jedoch auch Abtastraten im MHz-Bereich prinzipiell möglich.

Die Größe der Streuteilchen 30,31,32,33,34,35 liegt im übrigen typischerweise in der Größenordnung von 1 im bis 20 um.

Auch in Figur 4 stehen unterschiedliche Symbole fur die Streuteilchen 31,32,33 wie in Figur 3 fur unterschiedliche Farben dieser Teilchen. Gleiche Symbole bedeuten dabei ins- besondere, daß das jeweilige Streuteilchen sich zu den Zei- ten tj und t2 in der gleichen Lichtebene befindet.

Im übrigen sei darauf hingewiesen, daß die Figuren 3 bis 5 lediglich zur Illustration dienen und stark vereinfachte Prinzipskizzen sind.

Die Figur 5 zeigt in Weiterführung von Figur 4 eine Bildauf- nahme, bei der insgesamt sieben vollständige Abtastvorgänge zu den Zeitpunkten t1 bis t7 aufgezeichnet worden sind. So- mit wurde in Figur 5 jedes der beiden dargestellten Streu- teilchen 34 beziehungsweise 35 von insgesamt 7 Abtastvorgan- gen erfaßt, so daß sich fur jedes Streuteilchen 34,35 eine Reihe von aufeinanderfolgenden Bildpunkten ergibt. Innerhalb dieser Reihe von Bildpunkten charakterisiert dann wieder die Farbe der Teilchen deren Lage im Detektionsraum in y- Richtung.

Im übrigen sei angemerkt, daß sich die Aufnahmen gemäß Figur 3 mittels in der erläuterten Weise modifizierten Kreuzkorre- lationsmethoden, wie sie in der"Particle Image Velocimetry" eingesetzt werden, auswerten lassen.

Die Aufnahmen gemäß Figur 4 und 5 lassen sich entweder eben- falls mit Hilfe von modifizierten Korrelationsalgorithmen, insbesondere der Autokorrelation, beziehungsweise"Particle Tracking-Verfahren"auswerten.

Schließlich sei betont, daß die Auswertung im Fall von Figur 5 auch ohne Auswertealgorithmus bereits durch qualitative raumliche Beurteilung des Strömungsfeldes erfolgen kann, in- dem die Bahnen der einzelnen Streuteilchen und die Farbande- rung entlang dieser Bahnen berucksichtigt werden.