HyperFRS

Eine Kamera, grünes Laserlicht und Jod – mit diesen Komponenten will das „HyperFRS“-Forschungsteam eine kostspielige laseroptische Messtechnik weiterentwickeln und für Forschung und Entwicklung erschwinglich machen. Ihr Einsatzgebiet: die Untersuchung der Luftströme um Windkraftanlagen, Flugzeugflügel oder Turbinenschaufeln.

Die Messtechnik erfasst die jeweilige Geschwindigkeits-, Temperatur- und Druckverteilung im Lichtschnitt, ohne zusätzliche Sonden oder Streulichtpartikel zu nutzen. So lassen sich Fehler in Kühlung und Material, Wirkungsgradverluste oder Quellen für Lärm, Schadstoffe oder Verschmutzung verlässlich identifizieren. Allerdings ist diese Messtechnik bislang sehr teuer. Das liegt vor allem am sogenannten Wavemeter, das die Frequenz des Lasers einstellt, misst und stabilisiert. Das „HyperFRS“-Team entwickelt deshalb ein Modul mit einer Jodzelle als Kernelement, das das Wavemeter ersetzen soll.

Das im Projekt angestrebte Messsystem soll folgendermaßen funktionieren: Eine Kamera schaut durch eine Jodzelle hindurch in den Windkanal, in dem ein grüner Laser einen Lichtschnitt erzeugt. Der Laser ist in seiner Frequenz auf die spektralen Eigenschaften – die Hyperfeinstruktur – des Jods eingestellt. Sein Licht trifft auf die Moleküle der Luft und wird an ihnen gestreut. Dabei handelt es sich um Rayleigh-Streuung. Dieses Streulicht erfährt in der Jodzelle, die sich vor der Kamera befindet, eine spezielle Filterung, die für die spätere Auswertung entscheidend ist. Das zugrundeliegende Messprinzip wird als gefilterte Rayleigh-Streuung, kurz FRS, bezeichnet. Sie gibt dem Messsystem seinen Namen. Das Spektrum des Streulichts enthält die jeweiligen Informationen zu Geschwindigkeit, Temperatur, Druck und Dichte, und wie diese im Lichtschnitt verteilt sind. Mithilfe einer angeschlossenen Software lassen sich die erfassten Informationen analysieren und auswerten.

Das Projektteam entwickelt, optimiert und validiert das System, damit es schließlich in Forschung und Entwicklung von Anwendungen in Luftfahrt, Energieerzeugung und Heiztechnik eingesetzt werden kann. Dafür baut das Forschungsteam auch auf die Erkenntnisse aus dem Vorgängerprojekt „SINATRA“ auf.