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4.1 Holographie 52 Die Kombination dieser ganzheitlichen Messtechnik mit der digitalen Bildverarbeitung zur automatisierten Auswertung der großen Menge aufgenommener Informationen macht die Impulsholographie zu einem leistungsfähigen Messsystem bei der Untersuchung von Partikelfeldern in Mehrphasenströmungen [61, 64, 68]. Ein einfacher optischer Aufbau für die Aufnahme von Impulshologrammen ist in Abb. 14 schematisch dargestellt. Bei der Aufnahme wird ein kohärenter Lichtpuls in zwei Strahlen aufgespalten: den Objektstrahl und den Referenzstrahl. Der Referenzstrahl wird über Spiegel am Messvolumen vorbeigeleitet. Der Objektstrahl wird durch das Messvolumen geleitet und enthält anschließend dessen gesamte optische Information. Rubin-Impulslaser AO S Referenzstrahl Messvolumen S M H AO H M S ST Aufweitungsoptik Hologr. Platte Mattscheibe Spiegel Strahlteiler ST S S Objektstrahl Versuchskammer Abbildung 14: Schematische Darstellung eines optischen Aufbaus für die Aufnahme von Impulshologrammen [61]. Nach dem Austritt aus dem Messvolumen wird der Objektstrahl dem Referenzstrahl überlagert. Dabei entsteht ein Interferenzmuster. Sowohl die Amplitude und die Wellenlänge als auch die Phase dieses Wellenfeldes wird auf einem geeigneten Aufnahmemedium, z.B. einer holographischen Platte, gespeichert. So wird auf der holographischen Platte ein dreidimensionales “Standbild” des Messvolumens gespeichert. Im Gegensatz zu anderen photographischen Verfahren ist die Impulsholographie bei der Aufnah-
4.1 Holographie 53 me des gesamten dreidimensionalen Messvolumens mit einer hohen räumlichen Auflösung nicht durch die Schärfentiefe limitiert. Nachdem die holographische Platte photochemisch entwickelt wurde, wird das aufgenommene Hologramm in einem getrennten Schritt rekonstruiert. Dazu fällt ein kohärenter Lichtstrahl mit ähnlicher Wellenlänge, mit der gleichen Strahlgeometrie und unter dem gleichen Auftreffwinkel wie der Referenzstrahl auf die holographische Platte. Dieser so genannte Rekonstruktionsstrahl wird an dem auf der holographischen Platte gespeicherten Interferenzmuster gebeugt. Als erstes Beugungsmaximum entsteht der rekonstruierte Objektstrahl und damit ein reelles Bild des Messvolumens vor dem Aufnahmemedium als sein stehendes, dreidimensionales und verzerrungsfreies Abbild, das nun ausgewertet werden kann. Weitergehende theoretische Grundlagen der Holographie sind in der Literatur ausführlich beschrieben (z.B.: [1, 43, 63]). Mayinger & Chávez [61] untersuchen mit Hilfe der Impulsholographie die Fluiddynamik und den Wärme- und Stoffübergang beim Einspritzvorgang einer unterkühlten Flüssigkeit in deren Sattdampfatmosphäre. Die Autoren verwenden den in Abb. 14 dargestellten einachsigen optischen Aufbau. Die dreidimensionalen holographischen Rekonstruktionen werden schrittweise mit der Fokussierebene einer Videokamera mit großer Blendenöffnung durchfahren und so in eine Vielzahl von Videobildern mit bewusst eng limitierter Schärfentiefe unterteilt. Die Videobilder werden dann sukzessive durch ein digitales Bildverarbeitungssystem ausgewertet. Aus einfach belichteten Hologrammen (Einzelpulshologramm) wird die Anzahl und Größe sowie die räumliche Position der gebildeten Tropfen gemessen. Mit Doppelpulshologrammen werden die Tropfen zweimal zeitlich versetzt aufgenommen. Aus der Auswertung der Doppelpulshologramme ermitteln die Autoren [61] die Geschwindigkeitsvektoren der Tropfen im Einspritzstrahl in der Bildebene. Die Geschwindigkeitskomponente in Blickrichtung der Kamera wird unter Zuhilfenahme des Einspritzstrahlwinkels abgeschätzt. Diese Arbeit ist detailliert in Chávez [12] beschrieben.
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LITERATUR 149 [70] Mersmann, A.: Fl
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LITERATUR 151 [91] Wächter, P.; Sc
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