Dissertation

2. Grundlagen 21
Partikel detektiert wird, kann die Partikelgrößenverteilung durch Einsortieren in
Größenklassen ermittelt werden und darauf aufbauend bei Kenntnis der Fließgeschwindigkeit
die Volumenkonzentration bestimmt werden. Wenn sich mehrere
Partikelimpulse überlagern, kommt es zum Koinzidenzfehler. Durch eine unvollständige
oder inhomogene Beleuchtung können Klassifizierungsfehler auftreten
[33].
Einzelpartikelzähler sind nach verschiedenen Messmethoden denkbar, sofern
das Signal jedes Partikels erfasst und ausgewertet werden kann. Die einfachsten
Fälle sind die Erfassung des Streulichts oder der Extinktion. Im zweiten Fall
spricht man auch von der Schattentechnik. Nach diesem Prinzip ist man in der
Lage, Partikel oberhalb einer Größe von etwa 1-2 µm in Konzentrationen kleiner
als ca. 3000-10 5 Partikel/ml entsprechend ihrer Größe zu klassifizieren und zu
zählen [7]. Hierbei ist die Kalibrierfunktion nahezu unabhängig von den optischen
Partikeleigenschaften, da hauptsächlich das gebeugte Licht ausgewertet wird.
Bei der Laserdoppler-Anemometrie (LDA) und Phasendoppler-Anemometrie
(PDA) [8, 9] ist das Messvolumen mit einem Zweistrahlinterferenzmuster gefüllt,
so dass eine geschwindigkeitsabhängige Fluktuation des Streusignals gemessen
werden kann. Die Frequenz dieser Schwankung entspricht der Dopplerverschiebung
zwischen einfallendem und gestreutem Licht. Die Methode ermöglicht die
Messung der Teilchengeschwindigkeit und der Partikeldurchmesser. Die Partikelgrößenverteilung
und die Partikelkonzentration sind daraus bestimmbar.
2.3.2. Messung am Partikelkollektiv
Bei den Methoden zur Messung am Partikelkollektiv kann ebenfalls zwischen extinktions-
und streulichtbasierten Ansätzen unterschieden werden. Da hier nicht
jedes Partikel einzeln detektiert wird, ist die Bestimmung der Partikelgrößenverteilung
weitaus aufwändiger. Es handelt sich um ein inverses Problem, d.h.
aus mehreren unabhängigen Messwerten muss die Partikelgrößenverteilung rekonstruiert
werden. Bei wenigen Messwerten kann versucht werden, eine analytische
Funktion, beispielsweise durch den Levenberg-Marquardt-Algorithmus
anzufitten. Solche Funktionen können z.B. eine gaußsche Normalverteilung oder
eine logarithmische Normalverteilung sein. Im Extremfall kann nur ein mittlerer
oder scheinbarer Partikeldurchmesser bestimmt werden. Ohne Vorkenntnisse
über das Partikelkollektiv ist die Bestimmung der Partikelgrößenverteilung sehr
aufwändig.
2.3.2.1. Extinktions-, Transmissions- oder Trübungsmessung
Bei der Extinktions-, Transmissions- oder Trübungsmessung [1,2], die auch unter
dem Namen Turbidimetrie bekannt ist, wird die Schwächung einer Lichtwelle
gemessen, die durch Streuung und Absorption bei Propagation durch ein Medium