Nach positiver Absolvierung der Lehrveranstaltung sind Studierende in der Lage, optische Messsysteme für eine physikalische Zielgröße zu kategorisieren und ein geeignetes System basierend auf den Anforderungen der Zielanwendung auszuwählen. Dazu sind die Studierenden in der Lage, physikalische Größen, die mit Hilfe von Optiken wie Radiometrie und Photometrie gemessen werden, zu unterscheiden und die Struktur und das Funktionsprinzip der optischen Grundkomponenten (Laser, Photodioden, CCD,....) zu zeichnen. Basierend auf der Physik und den Grundkomponenten der optischen Messtechnik sind die Studierenden in der Lage, ein komplettes optisches Messsystem wie Laser-Doppler-Vibrometer, Speckle-Interferometrie und LiDAR zu entwerfen, die Vor- und Nachteile der einzelnen optischen Messsysteme zu erklären und die Wahl des Werkzeugs in verschiedenen Anwendungsbeispielen zu begründen.
Nach erfolgreichem Abschluss des Laborunterrichts sind die Studierenden in der Lage, aus den optischen Grundkomponenten auf einem optischen Tisch optische Messsysteme (Michelson-Interferometrie) zu bauen und aus den Messdaten die physikalische Sollgröße zu berechnen. Darüber hinaus sind die Studierenden in der Lage, fortschrittliche optische Messsysteme (Laser-Doppler-Vibrometer, Wärmebildkamera, Wellenfrontsensor und LiDAR) zu bedienen und deren Vorteile und Grenzen in verschiedenen Anwendungen zu demonstrieren.
Grundbegriffe der Messtechnik
Begriffsbildung, SI Einheiten, Messunsicherheit
Einführung in die optische Messtechnik
optische Strahlung und Licht, EM-Welle, Spektrum
Erfassung optischer Strahlung
Radiometrische und fotometrische Größen
Optische Strahlung als EM-Welle
Beschreibung, Eigenschaften, Polarisation, Interaktion Licht/Materie, Dispersion, Brechung, Reflektion, Transmission
Strahlungsquellen und optische Strahlung
natürliche Strahlungsquellen, thermische Strahlung
Optische Temperaturmessung
Pyrometer, Thermographie
Laser
Eigenschaften, Aufbau, Lasertypen, Gaußscher Strahl, Kohärenz
Interferometer
Michelson-, Mach-Zender und Sagnac Interferometer, Kohäreztomographie
Halbleiterlichtquellen und Halbleiterlaser
Detektoren
Photoelektrischer Effekt, Photozelle und Photomultiplier, Halbleiterdetektoren (Dioden, PSD, CCD und CMOS), thermische Detektoren (QWIP, Thermopile, Bolometer, Pyroelektrische)
Speckle-Messtechnik und Holographie
Eigenschaften von Laser-Speckles, Interferometer, Speckle-Korrelation, Holographische Interferometrie
Optische Strömungsmessung
Optischer Doppler-Effekt, Laser-Doppler-Anemometer, Particle-Dynamics-Analysis, Particle Image Velocimetry, Vibrometer, Schlierenoptik
Light Detection and Ranging (LIDAR)
Prinzip der optischen Reichweitenmessung, Materialreflexionen, SNR und Performanz, scannende und nicht-scannende LIDAR
Wavefront Sensing (WFS)
Beugungsbildgebung, Prinzip, Aberrationen, Messungen
* Die viertägige Laborübung wird in zwei Gruppen durchgeführt. Die Studierenden werden entweder in Gruppe A oder Gruppe B arbeiten.
