Der Laser Timing Stabilizer von LaVision reduziert systematische Fehler in PIV-Messungen

Donnerstag, 14. April 2016

Dieses einfache Zusatzgerät sorgt für eine präzise zeitliche Trennung beider Laserpulse eines PIV Lasers, unabhängig vom Lasertyp, dessen Betriebsparametern und ohne Auswirkungen auf den Laserstrahl.

Die Particle Image Velocimetry (PIV) ist in der Fluiddynamik als eine sehr präzise Messtechnik bekannt, die grundsätzlich auf einem genauen Timing der Laserpulse basiert, mit denen zwei aufeinanderfolgende Kamerabilder belichtet werden.

Gängige PIV-Laser zeigen eine Abweichung von diesem gewünschten Verhalten - insbesondere, wenn sie über einen längeren Zeitraum betrieben werden. Natürliche Verschleißprozesse des optischen Laserpumpmechanismus können zu einer zeitlichen Variation der Lichtpulse führen, die durch zwei elektrische Triggerpulse, den sog. Q-Switch Signalen, ausgelöst werden. Normalerweise nimmt man an, dass die Laserpulse dieselbe zeitliche Verschiebung dt wie die elektrischen Triggersignale aufweisen.

Automatische Korrektur des PIV Laser-Timing
Eingehende Untersuchungen bei LaVision haben jedoch gezeigt, dass die Annahme eines exakten dt nicht bei allen Betriebsbedingungen zutrifft und dass die zeitliche Abweichung zwischen den Laserpulsen von Nd:YAG Lasern in der Praxis bis zu 50 ns betragen kann. Bei Hochgeschwindigkeits-Lasersystemen mit diodengepumpten Nd:YLF/Nd:YAG Lasern kann diese Abweichung sogar bis zu 1000 ns betragen, was zu erheblichen systematischen Fehlern bei den PIV Ergebnissen führt.



Diese Fehler werden durch die Verwendung des Laser Timing Stabilizers eliminiert. Das Gerät misst die jeweiligen optischen Verzögerungen der Laserpulse in Bezug auf die elektrischen Triggersignale. Die Elektronik im Inneren des Laser Timing Stabilizers vergleicht die Zeitintervalle der eingehenden Q-switch Signale mit denen der Lichtpulse und korrigiert automatisch jede systematische Diskrepanz mit einer Genauigkeit im Bereich von Nanosekunden.

Zusatzgerät
Der Laser Timing Stabilizer ist ein einfaches, eigenständiges Zusatzgerät für die Minimierung systematischer Fehler bei der zeitlichen Steuerung von PIV Lasern. Es sorgt für eine präzise zeitliche Trennung beider Laserpulse eines PIV Laser unabhängig vom Lasertyp und den Arbeitsbedingungen, ohne Auswirkungen auf den Laserstrahl.



Eine Faserkopplung verbindet den Laser Timing Stabilizer mit dem Laser direkt am Austritt des Lasergehäuses. Jeder andere Ort des Experiments, an dem das Intensitätsniveau des Laserlichts hoch genug ist, eignet sich ebenso. Die robuste optische Faser führt das gesammelte Streulicht in die Elektronik des Laser-Timing Stabilizers, mit der die inhärente zeitliche Trennung der Laserpulse mit einer ultraschnellen Photodiode gemessen wird.

Die Laser-Timing Stabilizer wird einfach in den Triggerleitungen zwischen der externen Triggerquelle (z.B. der programmierbaren Steuereinheit PTU von LaVision) und dem Lasertriggereingang eingesetzt. Es ist keine Software-Ansteuerung erforderlich, da die intelligente Elektronik automatisch Zeitintervall-Fehler erkennt und den Laserbetrieb online bei laufendem Betrieb des Lasermesssystems korrigiert.

Minimierung der PIV-Messungenauigkeiten
Der Laser Timing Stabilizer sorgt für zeitlich exakt gesteuerte Laserpulse und minimiert dadurch Zeitintervall-Fehler während PIV Messungen. In Folge dessen werden Messungenauigkeiten reduziert, wobei neben der genauen Bestimmung der Teilchenverschiebung ein exaktes Timing der Laserpulse ein weiterer entscheidender Faktor in der PIV Technik ist.

In Verbindung mit unseren hochentwickelten Stereo-PIV und tomographischen PIV Algorithmen ist der Laser Timing Stabilizer ein weiterer Meilenstein im Bestreben der LaVision GmbH, die weltweit genauesten Messsysteme für Fluiddynamik zu produzieren.

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