Low-cost PIV: Laserdioden Puls-System

Das neuartige Laserdioden Puls-System von OPTOLUTION ist eine günstige Beleuchtung für Particle Image Velocimetry (PIV). Es erzeugt einen sehr hellen und dünnen Lichtschnitt mit variabler Pulslänge und einstellbarem Pulsabstand bis 35 kHz. Das System zeichnet sich durch eine extrem einfache Bedienbarkeit aus. Das Licht wird durch eine OSRAM Laserdiode mit 5 W Leistung und einem speziellen Lasertreiber erzeugt. Wir bieten Lichtleistungen von 5 W, 20 W und 40 W an. Die Systeme eignen sich z.B. für PIV Messungen in Luft und Wasser. Die Module haben eine eingebaute Lichtschnittoptik und werden mit optischem Rail und Stativhalterung (Manfrotto 200PL- Kameraplatte) ausgeliefert.

Das LD-PS hat einen eingebauten Synchronizer der zur Erzeugung von Signalen für Kameras genutzt werden kann. Unterstützt werden momentan die panda 26 DS und die pixelfly USB Kameras von pco, die günstige Highspeed Kamera Chronos von Kron technologies, und die OPTOCAM 2/80. Der Laser kann jedoch auch direkt per TTL Signal betrieben werden, z.B. von den Q-Switch Signalen eines bestehenden Synchronizers.

Die Einstellungen des LD-PS werden drahtlos per Funk geändert, z.B. direkt in PIVlab. Das sehr kompakte LD-PS wird aktiv gekühlt und hat einen sehr geringen mittleren Energieverbrauch.

Der größte Vorteil gegenüber CW Lasern ist die Möglichkeit des Frame-straddling. Dadurch können höhere Geschwindigkeiten durch die Verwendung von kleineren Interframe-Zeiten gemessen werden. Der minimale interframe Abstand beträgt 10 µs, die minimale Pulslänge 5 µs. Pulsraten von 200 kHz sind möglich bei einem maximalen Dutycycle von 50%. Das 5W LD-PS ist deutlich heller als die meisten CW Laser.

Generelle Anmerkungen zu gepulsten Diodenlasern:

• Mit gepulsten Lasern können deutlich höhere Strömungsgeschwindigkeiten gemessen werden als mit CW-Lasern - auch in Kombination mit Kameras mit geringer Framerate. Dies wird durch "frame straddling" ermöglicht. So kann z.B. mit der 5 Hz, 25 Megapixel pco.panda eine Geschwindigkeit bis 20 m/s gemessen werden. Mit der 1000 Hz, 1.2 Megapixel Chronos 1.4 wäre bei CW-Lasern spätestens bei einer Geschwindigkeit von 2 m/s Schluss. Mit einem gepulsten Laser sind unter gleichen Bedingungen Geschwindigkeiten bis 40 m/s möglich.
• Die Helligkeit wird durch die Pulslänge bestimmt. Bei kleineren Pulslängen ist weniger Licht verfügbar. Das verringert die ausleuchtbare Fläche.
• Die Pulslänge wird durch die Strömungsgeschwindigkeit bestimmt. Bei hohen Geschwindigkeiten muss die Pulslänge verringert werden um möglichst wenig Bewegungsunschärfe der Partikel im Bild zu erhalten.
• Die Interframe-Zeit (Pulsabstand) limitiert die Pulslänge: Die Pulslänge muss immer kleiner sein als die Interframe-Zeit