Aktive Wellenlängenstabilisierung eines faserinterferometrischen Sensors basierend auf der RRI-Methode. - Ilmenau. - 23 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2024
Die Arbeit befasst sich mit der Wellenlängenstabilisierung einer wellenlängenmodulierten Laserdiode. Als Wellenlängenreferenz wird eine Gaszelle verwendet. Es werden Messungen mit unterschiedlicher Modulationsamplitude durchgeführt, welche sowohl mit einem Lock-in-Verfahren, als auch mit Peak-Erkennung ausgewertet werden. Zum Schluss wird noch eine mögliche Regelung zur aktiven Wellenlängenstabilisierung gezeigt.
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2023
Das in dieser Bachelorarbeit betrachtete faseroptische Point-to-Point-Interferometer bietet im Gegensatz zu klassischen Längenmessinterferometern unter anderem den Vorteil, auch außerhalb der optischen Achse messen zu können. Ziel dieser Bachelorarbeit war, die Lagen der als Sender- und Empfängerfaser modellierten Fasern zu charakterisieren. Mithilfe weiterer Untersuchungen sollen dann konkrete Gestaltungsrichtlinien für den messtechnischen Einsatz abgeleitet werden können. Maßstab für die Charakterisierung war die eingehende Intensität, die mithilfe einer Simulation berechnet wurde. Das zugrundeliegende analytische Modell beinhaltet fünf Freiheitsgrade für die Beschreibung der relativen Lage der Fasern – t_x, t_y und t_z als translatorische und α und β als rotarische Freiheitsgrade. Diese wurden durch eine Vereinfachung auf die drei Freiheitsgrade t_x, t_z und β reduziert. Die Untersuchung der eingehenden Intensität zeigte, dass diese einerseits mit steigender Distanz des Senders zum Empfänger abnimmt und andererseits durch die Variation des Rotationsfreiheitsgrads Linien ungewöhnlich geringer Intensität ausgemacht werden konnten, deren Lage in der Ebene unabhängig vom Rotationsfreiheitsgrad ist. Allerdings besteht eine Abhängigkeit der Lage der Linien bezüglich der Aufnahmefunktion am Empfänger. Es konnte darüber hinaus festgestellt werden, dass eine Orientierung des Senders zum Empfänger im Gegensatz zu einer Drehung um 180˚ eine um teilweise mehrere Größenordnungen umfassende Steigerung der eingehenden Intensität erzielt.
Messung der Dehnung auf der Oberseite eines Flügels aufgrund von Wirbelströmen mit Hilfe von Fasersegmentinterferometrie (FSI). - Ilmenau. - 67 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2023
In der Luftfahrtindustrie ist die genaue Messung von Flügelverformungen und -vibrationen von entscheidender Bedeutung, da sie sich direkt auf die Flugsicherheit und -effizienz auswirkt. In dieser Studie wurde die Verformung eines Flügelmodells, die durch äußere Kräfte verursacht wurde, mit Hilfe der bestehenden Range Resolved Interferometry (RRI) und der Direct Fiber Optic Shape Sensing (DFOSS) basierend auf einem Fiber Segment Interferometer (FSI) gemessen. Zunächst wurde die Phasenänderung an den Fiber Bragg Gratings (FBGs) auf dem Lichtwellenleiter bewertet. Anschließend wurde eine Methode zur Berechnung der Phasendifferenz auf segmentale Weise ohne mechanischen Ursprung vorgeschlagen und validiert. Gleichzeitig wurde eine Methode mit mechanischem Ursprung, die bereits als praktikabel erwiesen wurde, als Referenz verwendet. Diese Methoden stellten die Form des Flügelmodells und seine Verformungskurve nach dem Biegen genau wieder her. Darüber hinaus wurden die Vibrationsbedingungen des Flügelmodells untersucht und die Phasenänderungen der Vibration an jedem FBG auf dem Lichtwellenleiter analysiert. Diese Forschung bietet neue Werkzeuge und Perspektiven zum Verständnis und zur Quantifizierung des dynamischen Verhaltens von Flügelverformungen und -vibrationen.
Kraftmessung mittels Fasersegmentinterferometrie. - Ilmenau. - 69 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Diplomarbeit 2023
Kurzfassung: Faseroptische Methoden zur Formmessung gewinnen in zahlreichen Anwendungsgebieten von der Medizintechnik über die Robotik bis hin zur Infrastrukturüberwachung stetig an Bedeutung. Vorteile wie die Insensitivität gegen̈ uber elektromagnetischen Störgrößen, Robustheit und ein minimaler Bauraumbedarf indizieren dabei auch großes Potential auf dem Gebiet der Kraftmesstechnik. In dieser Arbeit werden daher die grundlegenden Fähigkeiten faseroptischer Formmessung in der Kraftmesstechnik demonstriert. Im Speziellen erfolgt hierbei die Formmessung auf Basis der Fasersegmentinterferometrie. Durch die getrennte Auswertung mehrerer durch Bragg-Reflektoren separierter Fasersegmente realisiert dieses Verfahren eine Messung der Bauteildeformation, aus der die wirkenden Kr̈ afte bestimmt werden können. Ein im Rahmen dieser Arbeit entwickelter Versuchsaufbau, der dieses Konzept mithilfe eines einfachen, einseitig eingespannten Biegebalkens realisiert, wird vorgestellt. Theoretische Betrachtungen zum Zusammenhang zwischen Kraftwirkung und Deformation des Biegebalkens werden im Vorfeld detailliert erkl̈ art. Darauf aufbauend werden Messergebnisse f̈ ur die statische Biegebelastung des Stabes vorgestellt. Dabei wird eine Auswertestrategie zur Ermittlung der wirkenden Kraft aus der gemessenen Verformung des Stabes vorgestellt. Weitere Betrachtungen zeigen die prinzipielle Möglichkeit der Bestimmung eines unbekannten Kraftangriffspunkts entlang der Stabachse aus den Sensordaten. Messungen, bei denen der Sensorstab über periodische Kraftanregung mit Frequenzen von 10 Hz bis 1000 Hz in Schwingung versetzt wurde, demonstrieren die Eignung der Fasersegmentinterferometrie für dynamische Messungen. Aus diesen konnte die erste Eigenfrequenz des Biegbalkens mit 105 Hz identifiziert und die Anregung verschiedener Schwingungsmoden in dem betrachteten Frequenzbereich gezeigt werden. Durch diese Betrachtungen wird die Eignung der Fasersegmentinterferometrie in der Kraftmessung verdeutlicht. Dabei werden auch Verbesserungspotentiale und Anhaltspunkte für weitere Untersuchungen identifiziert.
Investigation of the magnification and resolution of microsphere-assisted super resolution imaging. - Ilmenau. - 70 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2023
Die mikrosphärengestützte Bildgebung hat sich als vielseitige und unkomplizierte Methode zur Analyse von Bildern im Nanobereich bei sichtbaren Wellenlängen erwiesen. Heutzutage haben transparente dielektrische Mikrokugeln eine bemerkenswerte Anziehungskraft für die nicht-invasive Analyse von Merkmalen im Nanobereich gewonnen. In dieser Dissertation werden zwei Methoden vorgestellt, um die Wirkung der hochauflösenden Bildgebung mit Hilfe von Mikrokugeln bei der Überwindung der optischen Beugungsgrenze zu untersuchen. Die primäre Untersuchung bezieht sich auf den photonischen Nanojet durch FEM-Simulationen mit der Änderung verschiedener geometrischer und optischer Eigenschaften der Mikrokugel. Die Schlüsselparameter, die die Eigenschaften der PNJ beeinflussen, sind die Wellenlänge des Lichts, die Größe der Mikrokugel und der Brechungsindexkontrast zwischen der Mikrokugel und dem umgebenden Medium. Die Nanojets breiten sich bei verschiedenen Wellenlängen mit geringer Abweichung aus und haben eine geringere Strahlbreite. Eine andere Methode ist mit der relativen Vergrößerung und der Quantifizierung der Auflösung verbunden, die sich aus der FWHM der Punktausbreitungsfunktion ergibt. Inkohärente longitudinale und transversale Punktdipole können Lichtquellen sein, die sich durch die Mikrokugel ausbreiten und die Bildebene bilden. Mit dieser Abbildungsmethode kann die räumliche Auflösung etwa die Hälfte der Wellenlänge erreichen, wenn die Bildebene im Fernfeld aufgenommen wird. Sowohl für die Simulation als auch für die experimentelle Analyse werden Mikrokugeln aus Natronkalk mit niedrigem Brechungsindex in Luft und BTG-Mikrokugeln mit hohem Brechungsindex, die in Wasser eingetaucht sind, verwendet. Eine DVD-Scheibe mit nanoskaligem Pitch kann im sichtbaren Lichtspektrum mit einer Wolfram-Halogen-Lampe untersucht werden. Die experimentelle Analyse zeigt, dass diese Mikrokugeln in der Lage sind, eine hohe Auflösung bei der realen Abbildung mit geringer numerischer Apertur zu erreichen. Die beobachteten hochauflösenden Bilder der sichtbaren Streifen werden untersucht, und die Vergrößerungsrate des Mikroskopobjektivs und die Vergrößerungsrate der Mikrokugeln werden anhand der Anzahl der Pixel und der Pixelgröße in Mikron berechnet.
Erforschung und Entwicklung robuster Lichtschnittalgorithmen zur Vermessung reflektierender und transluzenter Materialien. - Ilmenau. - 60 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2022
Lichtschnittsensoren eignen sich besonders für die kontaktlose dreidimensionale Erfassung von Oberflächen. Ihre Flexibilität, die hohen Messgeschwindigkeiten und die Messgenauigkeit im Submillimeterbereich machen sie zu einem weit verbreiteten Sensor in der Produktion, bei der Qualitätskontrolle und in der Forschung. Die fehlerfreie Erfassung glänzender oder transluzenter Materialien ist mit aktuellen Lichtschnittsensoren noch nicht möglich. In dieser Arbeit werden die Schwierigkeiten, die sich aus der Vermessung dieser Materialien ergeben, analysiert. Basierend auf diesen Erkenntnissen werden neue Auswertealgorithmen entwickelt und in ihrer Genauigkeit mit bestehenden Algorithmen verglichen. Es wird unter anderen ein neuer Algorithmus entwickelt, der trotz Mehrfachreflexionen an gekrümmten glänzenden Oberflächen, sehr zuverlässig das Oberflächenprofil extrahiert. Weiterhin wird ein Interpolationsalgorithmus entwickelt, der die Position von Laserlinien mit verzerrter Intensitätsverteilung mit hoher Genauigkeit bestimmt. Dieser Algorithmus berechnet die Profile mit einer Polynomregression. Die Auswertung der Leistungsfähigkeit der verschiedenen Algorithmen geschieht simulativ. Dazu wird eine Simulationsumgebung verwendet, die Lichtschnittszenarien simuliert und die Kamerabilder mittels Raytracing generiert. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass die neu entwickelten Algorithmen glänzende und transluzente Materialien mit einer höheren Genauigkeit vermessen können, als der weit verbreitete Center of Gravity Algorithmus oder aktuelle Parabel fittende Algorithmen.