FPGA-basierte Lageregelung zur ultra-präzisen Positionierung im Sub-Nanometerbereich. - In: Virtuelle Instrumente in der Praxis 2016, ISBN 978-3-8007-4208-0, (2016), S. 68-72
Sechskomponenten Kraft- und Drehmomentmesssystem mit elektromagnetischer Kompensation und Lagerung. - In: XXX. Messtechnisches Symposium, Hannover, 15. – 16. September 2016, (2016), S. 9-18
https://doi.org/10.1515/9783110494297-003
Influence of the flow profile to Lorentz force velocimetry for weakly conducting fluids - an experimental validation. - In: Measurement science and technology, ISSN 1361-6501, Bd. 27 (2016), 12, S. 125306, insges. 9 S.
The Lorentz force velocimetry (LFV) is a highly feasible contactless method for measuring flow rate in a pipe or in a channel. This method has been established for liquid metal flows but also for weakly conducting electrolytes where the Lorentz force amplitudes are typically six orders smaller than the ones from liquid metal flows. Due to an increased resolution of the Lorentz force measurements which was the main focus of research in the last years, now it is possible to investigate the influence of the flow profile on the amplitude of the Lorentz force. Even if there is a semi-theoretical approach an experimental validation is still outstanding. Therefore we have tested symmetric and asymmetric flow profiles to test the LFV for weakly conducting fluids for typical industrial flows. Salt water has been used as a test electrolyte with constant values of the electrical conductivity from 0.035 to 20 S m-1 and of the flow velocity in a range of 0.5-3 m s-1. We confirmed by extensive measurements that LFV is a suitable method for flow measurements even for different flow profiles within 5% measurement uncertainty. For a wide range of applications in research and industry the LFV should be not sensitive to various flow profiles.
http://dx.doi.org/10.1088/0957-0233/27/12/125306
Entwicklung von Frequenz-Offset-Stabilisierungsverfahren für Dioden- und Gaslaser. - Ilmenau, 2016. - viii, 149 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2016
Im ersten Teil der vorliegenden Dissertation wird die Entwicklung einer neuartigen fasergekoppelten Zweifrequenz-Laserlichtquelle behandelt. Die Besonderheit dieser Heterodyn-Laserlichtquelle besteht in der Frequenzkopplung zweier He-Ne-Laser nach dem Frequenz-Offset-Verfahren. Die Frequenzkopplung wird mit einem analogen Phasen-Frequenzregelkreis (PLL-Regelkreis) sowie mit einem digitalen Frequenzregelkreis aufgebaut. Zur Charakterisierung beider Regelstrukturen werden die Stabilität und die spektrale Zusammensetzung der Differenzfrequenz herangezogen. Der elektrischen Störempfindlichkeit der Laserröhren, der Lasernetzteile sowie der Frequenzregelungen wird dabei besondere Beachtung geschenkt. Als Ergebnis wird ein einzigartiges Lasersystem präsentiert, das als Lichtquelle für Präzisions-Heterodyn-Interferometer geeignet ist. Die Laserlichtquelle weist eine Standardabweichung der Differenzfrequenz von unter 20 Hz und eine Linienbreite von unter 3 kHz auf. Sie besitzt ausreichend optische Leistung am Faserausgang für die Speisung von mehrachsigen Heterodyn-Interferometern. Die Differenzfrequenz der frequenzgekoppelten He-Ne-Laser ist zwischen 1 MHz und 20 MHz einstellbar. Im zweiten Teil dieser Arbeit steht die Entwicklung von frequenzstabilen, leistungsstarken Laserdiodenlichtquellen für die Homodyn-Interferometrie im Vordergrund. Es wird ein Überblick über die neuesten verfügbaren Laserdiodentechnologien gegeben. Die vielversprechenden Varianten der gitterstabilisierten Laserdioden mit externem Resonator (ECDL) sowie der Laserdioden mit integriertem Stabilisierungsgitter (DBR) werden messtechnisch untersucht und frequenzstabilisiert. Um die geforderten Frequenzstabilitäten für interferometrische Längenmessungen zu erreichen, wird die Lichtfrequenz der Laserdioden nach dem Frequenz-Offset-Verfahren an die Frequenzen eines stabilisierten He-Ne-Lasers gekoppelt. Dafür kommen verschiedene PLL-Regelkreise zum Einsatz, welche mathematisch modelliert und optimiert werden. Anschließend werden die PLL stabilisierten Diodenlaser experimentell aufgebaut und charakterisiert. Der frequenzgekoppelte DBR-Laser weist eine Standardabweichung der Differenzfrequenz von unter 0,5 Hz und eine Linienbreite von ca. 3 MHz auf. Anhand dieser Parameter wird die Leistungsfähigkeit der verschiedenen Diodenlaser evaluiert und verglichen. Alle aufgebauten Diodenlaser wurden mit einer Faserkopplung versehen, um fasergekoppelte Homodyn-Interferometer zu speisen.
High-precision force measurements in horizontal direction in combination with high dead loads : non-contact flowmeter for low conducting electrolytes. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2016. - 1 Online-Ressource (viii, 151 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2016
Die Lorentzkraftanemometrie ist ein berührungsloses Verfahren zur Messung der Durchflussgeschwindigkeit elektrisch leitfähiger Fluide. Sie basiert auf der Wirkung der Lorentzkraft, die vom leitfähigen Fluid beim Durchströmen eines von außen angelegten Magnetfeldes entsteht. Die Stärke der Lorentzkraft ist linear proportional zur Fließgeschwindigkeit und Leitfähigkeit sowie quadratisch proportional zur magnetischen Feldstärke. Die Arbeit konzentriert sich hauptsächlich auf die Entwicklung geeigneter Kraftmesssysteme zur hochauflösenden Erfassung der in horizontaler Richtung wirkenden Lorentzkraft, in einem Messbereich von etwa 1 [my]N. Die zur Erzeugung des Magnetfeldes benötigten Permanentmagneten sind beweglich mittels einer Aufhängung am Messsystem (1 kg schwer) angebracht. Durch sie wirkt eine nicht zu vermeidende Kraftkomponente von ca. 10 N in vertikaler Richtung. Ein besonderer Fokus dieser Arbeit liegt auf der Erhöhung der relativen Auflösung der Kraftmessung, d. h. dem Quotienten der kleinsten in horizontaler Richtung auflösbaren Kraftkomponente und der Totlast (Aufhängung mit Magnetanordnung) -std(F_L)/F-g. Zunächst werden umfangreiche Messungen mit bestehenden Kraftmesssystemen vorgenommen. Die äußeren Störeinflüsse (z. B. thermische Drift und Vibrationen) wurden untersucht und ihre Auswirkungen auf Messergebnisse identifiziert. Darauf basierend wird ein Konzept vorgestellt, um diese Störeinflüsse mithilfe von Differenzmessungen zu reduzieren und damit die relative Auflösung zu erhöhen. Anschließend wird ein neues Verfahren zur Messung der Lorentzkräfte auf Grundlage der elektromagnetischen Kraftkompensation präsentiert. Eine allgemeine theoretische Beschreibung und Analyse für die vorgeschlagene Methode auf Basis der verwendeten Messsysteme erfolgt mithilfe eines analytischen Modells. Die Funktionsfähigkeit für alle drei neu entwickelten Kraftmesssysteme wurden vorgestellt. Neue experimentelle Untersuchungen dieser Arbeit an zwei verschiedenen Salzwasserkanälen zeigen die signifikanten Verbesserungen bei der Bestimmung der F_ L. Im Vergleich zu den vorherigen Systemen konnte eine Erhöhung der Auflösung der Kraftmessung von 1 [my]N auf 20 nN erreicht werden, mit einem Verbesserungsfaktor 50. Dies erlaubt rechnerisch die Messung der Strömungsgeschwindigkeit von Fluiden mit einer um 2 Größenordnungen geringeren elektrischen Leitfähigkeit, bis zu 0,059 S/m. Praktische Messungen mit Flüssigkeiten mit einer Leitfähigkeit von 0,005 S/m bis 0,059 S/m werden präsentiert und die unerwarteten neuen Ergebnisse diskutiert.
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2016000136
A signal interpolation method for Fabry-Perot interferometer utilized in mechanical vibration measurement. - In: Measurement, Bd. 92 (2016), S. 83-88
http://dx.doi.org/10.1016/j.measurement.2016.05.072
Entwicklung und Untersuchung von Mehrkomponentensensoren für Kraft und Drehmoment. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2016. - 1 Online-Ressource (xii, 136 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2016
In Forschung und Industrie kommt der Kraft- und Drehmomentmesstechnik eine wichtige Bedeutung zu, welche sich in zahlreichen Anwendungen wiederspiegelt. Unter anderem basieren moderne Verfahren im Bereich der Strömungsmesstechnik und der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung auf der rückführbaren Messung aller Komponenten der vektoriellen Größen Kraft und Drehmoment. Diese Verfahren stellen besondere Anforderungen hinsichtlich der Auflösung und des Messbereichs, sodass die Entwicklung von speziellen Mehrkomponentenmesssystemen sowie deren messtechnische Charakterisierung erforderlich sind. Im Folgenden wird zunächst ein bestehender Mehrkomponentensensor für jeweils drei Kraft- und Drehmomentkomponenten hinsichtlich seiner messtechnischen Eigenschaften untersucht. Für rückführbare Messungen ist eine Kalibrierung aller Kraft- und Drehmomentkomponenten des Sensors erforderlich, wofür ein Kalibriersystem entwickelt und aufgebaut wird. Basierend auf verschiedenen Verfahren zur Kalibrierung von Mehrkomponentensensoren werden die Kalibriermatrix, die Sensorkennwerte und Unsicherheitsbeiträge der Kalibrierfaktoren ermittelt. Anschließend wird ein Aufbau zur Untersuchung der dynamischen Eigenschaften entwickelt und zur Bestimmung der Frequenzgänge der Messachsen des Sensors eingesetzt. Anschließend wird eine Systemidentifikation und Ermittlung der dynamischen Systemparameter vorgenommen, auf der Verfahren zur Kompensation dynamischer Messabweichungen aufbauen. Basierend auf den Erkenntnissen vorheriger Untersuchungen und den Anforderungen der Anwendungen wird ein schwebender Sechskomponentensensor nach dem Prinzip der elektromagnetischen Kraft- und Drehmomentkompensation entwickelt, aufgebaut und untersucht. Zur mathematischen Beschreibung des statischen und dynamischen Verhaltens wird ein Modell aufgestellt, welches zum Reglerentwurf eingesetzt wird. Das Modell liefert im relevanten Frequenzbereich eine gute Übereinstimmung mit dem gemessenen Systemverhalten. Anschließend werden Mehrkomponentenmessungen zur Bestimmung des Strömungsfeldes einer Flüssigmetallströmung sowie in einer Anwendung der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung durchgeführt.
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2016000165
Nanopositioning and nanomeasuring machine NPMM-200 - a new powerful tool for large-range micro- and nanotechnology. - In: Surface topography, ISSN 2051-672X, Bd. 4 (2016), 3, S. 034004, insges. 8 S.
https://doi.org/10.1088/2051-672X/4/3/034004
Scanning strategies for long term and long distance AFM measurements. - In: Proceedings of the 16th International Conference of the European Society for Precision Engineering and Nanotechnology, ISBN 978-0-9566790-8-6, (2016), P1.60, insges. 2 S.
A fully-fibre coupled interferometer system for displacement and angle metrology. - In: Proceedings of the 16th International Conference of the European Society for Precision Engineering and Nanotechnology, ISBN 978-0-9566790-8-6, (2016), O1.4, insges. 2 S.