Iterative Aberrationskorrektur für abbildungsbasierte optische Strömungsmessungen

Die Messunsicherheit des in der Fluidmesstechnik häufig genutzten Strömungsmessverfahrens der Particle Image Velocimetry (PIV) kann durch aberrative Störungen im optischen Messweg deutlich beeinträchtigt werden. Diese können an fluktuierenden Phasengrenzflächen oder in Mehrphasenströmungen auftreten und führen zu Brechungsindexvariationen, die Verzerrungen und Unschärfe in der Abbildung hervorrufen. Es wird ein sensor-freier Regelungsansatz vorgestellt, welcher eine Störungskompensation durch einen deformierbaren Spiegel mit 69 Elementen ermöglicht. Unter Verwendung einer auf der Bildschärfe basierten iterativen Optimierung mit Zernike-Polynomen werden PIV-Strömungsmessungen hinsichtlich ihrer Messunsicherheit verbessert. Dabei wird aus den PIV-Bildern ein Gütewert (maximaler Grauwert-Gradient) extrahiert. Dieser Gütewert wird als Optimierungskriterium genutzt, um auftretende Wellenfrontverzerrungen ohne den Einsatz eines Wellenfrontsensors zu korrigieren. Durch die iterative Korrektur der optischen Aberration kann der Korrelationskoeffizient der PIV Auswertung signifikant verbessert werden, wodurch die Messunsicherheit an einer fluktuierenden Phasengrenzfläche reduziert wird.