Wegdifferenz-Tomographie

Die Ermittlung der 3D-Schubspannungsfelder ist in der Biofluidmechanik von großer Bedeutung, weil diese für biologische Vorgänge wie Thrombenbildung und Blutzerstörung bestimmend sind. Zusätzlich ist die direkte Messung von großem Vorteil verglichen mit Verfahren, die die (Wand-) Schubspannung über die Geschwindigkeitsmessung bestimmen.

Die neue Messmethode basiert auf doppelbrechenden Flüssigkeiten, wobei der Effekt der Doppelbrechung mit dem Vorhandensein von Schubspannungen verbunden ist. Als Doppelbrechung wird ein Vorgang bezeichnet, wenn linear polarisiertes Licht beim Eintritt in einen anisotropen Körper in einen ordentlichen und einen außerordentlichen Strahl zerlegt wird. Diese beiden Anteile sind senkrecht zueinander polarisiert und propagieren mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten. Die Geschwindigkeitsdifferenz ist eine Funktion der Schubspannung. Beim Verlassen des Körpers (z. B. eines Modells mit einer strömenden doppelbrechenden Flüssigkeit) haben die beiden Lichtstrahlen einen Gangunterschied in der optischen Phase, der visualisiert und gemessen werden kann. Zur Untersuchung von doppelbrechenden Modellen wird eine spannungsoptische Apparatur eingesetzt. In dieser Apparatur wird linear polarisiertes Licht durch die Strömung geleitet und nachdem es einen zusätzlichen Polarisator („Analysator“) passiert hat von einer Kamera aufgenommen.

Sichtbarmachung der Schubspannungen in einem Modell eines Aneurysmas mit einem doppelbrechenden Fluid (Vanadiumlösung V2O5).

Das neue Messprinzip basiert auf der Idee, das Licht ins Innere des Untersuchungsvolumens zu bringen. Dies ist möglich durch das Zufügen von reflektierenden Partikeln zu dem doppelbrechenden Fluid, die mit einem Lichtschnitt aus polarisiertem Licht beleuchtet werden. Die Reflektionen des Lichtschnitts werden von zwei synchronisierten Kameras aus entgegengesetzten Richtungen aufgenommen. Die Lichtintensität in jedem Bild ist ein Maß für den Effekt der Doppelbrechung auf dem Weg des Lichts von der Quelle bis zu den Kameras.

Jeweils zwei Bilder werden für einen Lichtschnitt aufgenommen und für die 3D-Auflösung eines Untersuchungsvolumens eine Serie paralleler Lichtschnitte erstellt. In der letzten Aufnahme wird die Durchleuchtung des gesamten Untersuchungsvolumens entlang der Achse zwischen den beiden Kameras gemessen. Das Ergebnis dieser Aufnahmen ist die Registrierung der Verdrehung der Polarisationsebene entlang der Wege von der Lichtquelle zu den Partikeln und von den Partikeln zu den Kameras.

Schematische Darstellung des Messverfahrens. PF ist ein Polarisator, der zum Polarisieren (P) oder Analysieren (A) eingesetzt ist.

Ansprechpartner

Dr.-Ing. Leonid Goubergrits
Dipl.-Ing. Torsten Schneider

Kooperationspartner

Prof. Dr.-Ing. C. O. Paschereit Fachgebiet Experimentelle Strömungsmechanik am Institut für Strömungsmechanik und Technische Akustik (ISTA) der TU Berlin

Links und Publikationen

• Eintrag in der GEPRIS-Datenbank der DFG über geförderte Projekte
  

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