Workshop "Meßtechnik für stationäre und transiente ...
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Die Proportionalität zwischen der Frequenzverschiebung Af <strong>und</strong> der Geschwindigkeit<br />
V ermöglicht die direkte Geschwindigkeitsmessung mit Hilfe des Doppler-Verfahrens.<br />
Als problematisch erweist sich in der Praxis die Bestimmung der Schall-<br />
geschwindigkeit C <strong>und</strong> der Strahlwinkel a <strong>und</strong> P, da diese Größen auch stark tempe-<br />
raturabhängig sind.<br />
Die Ausbildung eines Strömungsprofils in geschlossenen, durchflossenen Gefäßen<br />
bedingt, daß sich Streuteilchen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten durch das<br />
Meßvolumen hindurchbewegen. Das Doppler-Signal hat also ein dem Geschwindig-<br />
keitsprofil im Meßvolumen proportionales Frequenzspektrum. Für die Bestimmung<br />
der Durchflußmenge wird meist die mittlere Strömungsgeschwindigkeit entsprechend<br />
der Schwerpunktsfrequenz des Doppler-Spektrums gesucht. Erfolgreiche Doppler-<br />
Messungen setzen somit die genaue Bestimmung des Doppler-Spektrums <strong>für</strong> jede<br />
Strömungscharakteristik <strong>und</strong> geeignete Algorithmen <strong>für</strong> die Berechnung des spektra-<br />
len Schwerpunktes voraus. Wie im weiteren gezeigt wird, gestaltet sich die Bestim-<br />
mung des Doppler-Spektrums bei dynamischen Strömungsänderungen besonders<br />
schwierig.<br />
2. Charakteristik der Doppler-Signale<br />
Für die Auswahl geeigneter Signalverarbeitungsalgorithmen muß man zunächst die<br />
Eigenschaften der zu analysierenden Signale <strong>und</strong> ihre Herkunft genauer unter-<br />
suchen. Betrachtet man<br />
das Doppler-Signal<br />
eines einzelnen Streu-<br />
teilchen, so hat man<br />
eine Siniode meist<br />
konstanter Frequenz zu<br />
analysieren. Bei höhe-<br />
ren Teilchenkonzen-<br />
trationen summieren<br />
Sinioden der sich<br />
Meßvolumen hindurch-<br />
bewegenden Streuteilchen. Die unterschiedlichen Amplituden, Frequenzen <strong>und</strong><br />
statistisch verteilten Phasenlagen dieser Sinioden bilden ein Summensignal, das<br />
eine gewisse Ähnlichkeit mit Rauschen hat (siehe Bild 2), aber instationär ist. Die im<br />
Doppler-Signal häufig auftretenden Phasensprünge sind eine weitere Fehlerquelle<br />
bei der Spektralanalyse.<br />
3. Spektralanalysemethoden <strong>für</strong> nicht<strong>stationäre</strong> Signale<br />
Bei sich dynamisch ändernden Durchflüssen, wie zum Beispief bei pulsierenden<br />
Strömungen, ändern sich die Doppler-Spektren zeitlich enisprechend der Änderun-<br />
gen der Fließgeschwindigkeit. Die Analyse von zeitvarianten Signalen mit klassi-<br />
schen Spektralanalysemethoden ist problematisch. So sucht man nach Zeit-<br />
Frequenz-Verteilungen mit möglichst hciher Auflösung in der Zeit-Frequenz-Ebene.
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