PSP

Pressure Sensitive Paint

Im Bereich der optischen  Druckverteilungsmessung  hat  sich in  den vergangenen  Jahren die  Pressure Sensitive  Paint (PSP)Technik als  zuverlässiges Arbeitswerkzeug  von  Großforschungseirichtungen wie  z.B.  dem DLR in Göttingen, der ONERA in Frankreich, dem JAXA in Japan und der NASA  in den USA, etabliert. Bei dieser Technik wird als wesentliches Messprinzip die Deaktivierung photochemisch angeregter Farbstoffmoleküle mittels  Sauerstoff  ausgenutzt,  d.h.  die Tatsache, dass die Fluoreszenz eines angeregten Farbstoffmoleküls mit Hilfe von Sauerstoff ausgelöscht werde kann. Da  die  Sauerstoffkonzentration  im Fluid im  Gleichgewicht proportional zum Druck ist, kann dieser als  Quenchen  bezeichnete Prozess direkt für  ortsaufgelöste Druckverteilungsmessungen genutzt  werden. Zu diesem Zweck werden die fluoreszierenden Moleküle in eine  sauerstoffdurchlässige Farbe eingelagert  und  nach entsprechender  Vorbehandlung auf die  zu untersuchende Modelloberfläche  gesprüht. Die aufgesprühte  Farbschicht muss  dabei  möglichst dünn sein, damit eine Beeinflussung  der Strömung  vernachlässigt werden kann. Auf der anderen Seite muss aber die Konzentration der fluoreszierenden Moleküle -- bzw.  die  Dicke der  Farbschicht  --  hinreichend groß sein, damit das Signal mit einer CCD Kamera zuverlässig aufgezeichnet  werden kann. Nach dem  Aufbringen der  Farbschicht und einer Kalibrierung des Messsystems bei verschiedenen Referenzdrücken  und  Temperaturen  werden  die  Moleküle  beleuchtet  und  das von den Molekülen ausgehende Licht im interessierenden Frequenzband mit Hilfe von geeigneten CCD Kameras aufgenommen.Um zu vermeiden, dass z.B. unterschiedliche Farbschichtdicken oder eine Variation der Beleuchtungsintensität eine räumlich unterschiedliche Sensitivität  zur  Folge  hat, ist  eine  Referenzkamera notwendig. Um auch geringe Intensitätsunterschiede  zuverlässig  registrieren zu  können, ist die Verwendung hochwertiger Kameras zwingend erforderlich. Mit  einer 12bit CCD Kamera ergibt sich bei hinreichender zeitlicher Integration z.B. eine Auflösung von ca. ±10 mbar oder sigma_cp= ±0,05 und bei einer CCD Kamera mit 16bit ±1 mbar oder sigma_cp =±0,005.

 

Die Pressure Sensitive Paint  (PSP)  Messmethode bietet trotz  jahrelanger Entwicklung  immer  noch  sehr viel  Potential  für Verbesserungen.  Am Institut  für Strömungsmechanik und  Aerodynamik werden insbesondere  in den  folgenden Bereichen die Entwicklungen vorangetrieben:

  • Datenerfassung mit CCD und CMOS Kameras
  • Beleuchtung mit Blitzlampen, Dioden und Lasern
  • Datenauswertung und Analyse unter Berücksichtigung von Deformationen und Vibrationen von  Modellen und Temperaturdrift
  • simultaner  Einsatz mit  anderen optischen Messtechniken wie  z.B. PIV, Deformationsmesstechnik und IR Thermographie.