376.053 Optische Messtechnik
Diese Lehrveranstaltung ist in allen zugeordneten Curricula Teil der STEOP.
Diese Lehrveranstaltung ist in mindestens einem zugeordneten Curriculum Teil der STEOP.

2020S, VU, 3.0h, 4.5EC, wird geblockt abgehalten

Merkmale

  • Semesterwochenstunden: 3.0
  • ECTS: 4.5
  • Typ: VU Vorlesung mit Übung

Lernergebnisse

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 und Speckle-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.

Inhalt der Lehrveranstaltung

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 zweitägige Laborübung wird in zwei Gruppen durchgeführt. Die Studenten werden entweder in Gruppe A oder Gruppe B arbeiten.


Methoden

Die Vorlesung wird als Präsentation gehalten und erläutert die Grundlagen der optischen Messtechnik, der Grundkomponenten der optischen Messtechnik und verschiedener Werkzeuge der optischen Messtechnik. Nach den Vorlesungen folgen Laborübungen, um weitere Erfahrungen mit optischen Messgeräten zu vermitteln

Prüfungsmodus

Prüfungsimmanent

Weitere Informationen

Diese Lehrveranstaltung ist Teil des Curriculums Masterstudium Energie- und Automatisierungstechnik und wird im Zuge des Wahlmoduls Precision Engineering angeboten. Um das Modul abzuschließen, ist zusätzlich der Besuch der Lehrveranstaltung 376.052 Nanometrology notwendig.

Vortragende

Institut

Leistungsnachweis

Einreichung eines Laborberichts, Schriftliche Prüfung über die Vorlesungsinhalte (eine mündliche Prüfung auf Anfrage).

LVA-Anmeldung

Von Bis Abmeldung bis
28.01.2020 00:00 10.04.2020 23:59 10.04.2020 23:59

Curricula

StudienkennzahlSemesterAnm.Bed.Info
066 506 Energie- und Automatisierungstechnik

Literatur

Es wird kein Skriptum zur Lehrveranstaltung angeboten.

Vorkenntnisse

Grundlagen der Optik und Elektrodynamik

Begleitende Lehrveranstaltungen

Weitere Informationen

  • Anwesenheitspflicht!

Sprache

Englisch