Optische Polymerfasern eignen sich aufgrund ihrer mechanischen Robustheit und ihrer großen Dehnbarkeit für den Einsatz in optischen Dehnungssensoren. Ein mögliches Messprinzip stellt hierbei die Phasenmessung einer intensitätsmodulierten Lichtwelle am Ende der optischen Polymerfaser dar. Anhand einer detektierten Phasenänderung kann auf eine aufgetretene Dehnung der Faser geschlossen werden. Aufgrund verschiedener Einflüsse besteht jedoch keine lineare Beziehung zwischen der messbaren Phasenänderung und der tatsächlichen Dehnung der Faser. Werden diese Einflüsse nicht berücksichtigt, tritt bei der Dehnungsmessung ein systematischer Fehler auf.
Die vorliegende Arbeit behandelt im Wesentlichen optische Einflüsse auf das Messergebnis eines solchen Dehnungssensors. Hierzu zählen unter anderem Modendispersion, Dämpfung und Streuung in der Faser, die winkelabhängige relative Empfindlichkeit des verwendeten optischen Empfängers. Die relevanten Einflüsse werden systematisch erfasst und in ein neu entwickeltes Simulationsmodell integriert, das auf experimentell ermittelten Faserparametern beruht und in der Lage ist, die Auswirkung der genannten Einflüsse auf die detektierbare Phasenänderung zu beschreiben. In Konsequenz lässt sich eine gemessene Phasendifferenz exakter interpretieren und der systematische Messfehler deutlich reduzieren, wie durch die experimentelle Verifikation der Simulationsergebnisse gezeigt wird.
Aktualisiert: 2020-11-26
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In der vorliegenden Arbeit wird ein neues, physikalisch basiertes Geometriemodell des Streifen projektionsverfahrens zur Umrechnung von Phasenmeßdaten in 3D-Koordinaten entwickelt. Es beschreibt flexible Meßanordnungen mit den wesentlichen Aufbaugrößen, wobei reale Eigenschaften
optischer Abbildungssysteme berücksichtigt werden. Der geometrische Zusanm1enhang zwischen Kamera und Projektor wird auf einfache Abhängigkeiten reduziert. Dadurch ist das Modell kompakt und in der Anwendung effektiv bei weitgehender Wahrung von Allgemeingültigkeit. Zur einheitlichen Beschreibung des Meßprinzips optischer Koordinatenmeßverfahren wird das Konzept der Meßsensitivität eingefülut und eine allgemeine Grundgleichung abgeleitet. Damit können unterschiedliche Meßanordnungen durch Gleichungssysteme einheitlicher Grundstruktur modelliert werden.
Für die praktische Anwendung des Geometriemodelles müssen die Modellparameter zuverlässig bestimmt werden. Dafür wird ein neues, modellbasiertes Kalibrierverfahren entwickelt, das die Modellparameter mit ausreichender Genauigkeit identifiziert. Aufgrund der Modellstruktur verringert sich die Anzahl der zu bestinu11enden Aufbaugrößen wesentlich und die Identifikationsaufgabe läßt sich auf einfach zu lösende lineare Probleme zurückfuhren. Durch Anwendung des neuen Geometriemodells und Kalibrierverfahrens wird ein reproduzierbar genaues und gleichzeitig mit vertretbarem Aufwand praktikables Fomuneßverfahren für komplex-strukturierte Objekte realisiert. Das Meßverfahren garantiert eine obere Grenze systematischer Koordinatemneßabweichungen, die unter dem durch die Phasemnessung gegebenen Rauschniveau liegt. Die durch das Auswerteverfahren gegebene Flexibilität bzgl. der Meßkomponenten ermöglicht eine optimale Anpassung der Meßanordnung an die Gegebenl1eiten des Meßobjektes.
Aktualisiert: 2020-11-19
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