Optisches Messen des Drucks mittels druckempfindlicher Farbe (PSP)

Abstract

Die PSP-Methode beruht auf dem Prinzip der Deaktivierung photo-chemisch angeregter Moleküle sog. Luminiphore z.B. durch Sauerstoffmoleküle. Insbesondere eignen sich hierfür Pyren- und Rutheniumderivate, die in einer transparenten Binderschicht eingebracht sind. Unter Verwendung geeigneter Lichtquellen zur Anregung der Moleküle mit anschließender Aufnahme des emittierten Fluoreszenzlichtes durch geeignete Kameras ist es dann mittels einer Intensitätskalibrierung möglich, den statischen Druck auf einer angeströmten Modelloberfläche z.B. im Windkanal zu bestimmen, um Strömungsphänomene sowohl qualitativ als auch quantitativ bestimmen zu können. Die Erfassung derartig geringer Lichtintensitäten mit festgelegten Wellenlängen erfordert jedoch ein sehr präzises optisches Anregungs- und Empfangssystem, um selbst sehr kleine Absolutdrücke im Bereich von ±1mbar erfassen zu können, wie sie sowohl im Niedergeschwindigkeits- als auch transsonischen Geschwindigkeitsbereichen auftreten. Diese, mittels geeigneter Wellenlänge angeregten Luminophore werden hierbei aus ihrem energetischem Grundzustand in einen Zustand mit höherer Energie gebracht. Unter Normalbedingungen fallen diese dann nach einer festen Zeit unter Aussendung von Licht in ihren Grundzustand zurück – jedoch mit anderer Wellenlänge, als die der Anregung. Stossen diese angeregten Luminophore jedoch mit Sauerstoffmolekülen, die energetisch gut geeignet sind, so verlieren sie ihre Energie durch diese Stöße und fallen ohne Licht abzustrahlen wieder in den Grundzustand zurück. Hierbei bedeuten viele Stöße: hoher Druck und wenig Stöße: niedriger Druck. Diese so hervorgerufenen Lichtintensitäten lassen sich messen und kalibrieren und damit sehr genau den statischen Drücken z.B. auf Windkanalmodellen oder Schaufeln von Turbomaschinen zuordnen.