Volume 67, Issue 1 - 1

Die Messung von Effektivwerten ist mit herkömmlichen Verfahren und Geräten oft nur unter bestimmten Voraussetzungen und mit mäßiger Genauigkeit möglich, oder sie erfordert einen hohen apparativen und zeitlichen Aufwand. Im Folgenden wird ein neuartiges Verfahren beschrieben, mit dem Präzisionsmessungen von Effektivwerten nicht sinusförmiger Messsignale in einem weiten Frequenzbereich möglich sind. Das Verfahren arbeitet nach dem „Monte-Carlo-Prinzip“, einem stochastischen Abtastverfahren. Ein nach diesem Prinzip arbeitendes Gerät wurde durch die Physikalisch Technische Bundesanstalt geprüft und kalibriert. Die Fehler liegen im Frequenzbereich 30 Hz bis 70 Hz unter 0,01 % bezogen auf den Messbereichsendwert.

In einem zweiteiligen Artikel wird über streifende Inzidenz-Interferometrie mit Hilfe von diffraktiven Referenzelementen berichtet. Streifende Inzidenz-Interferometrie ermöglicht auch das interferometrische Vermessen der Oberflächengestaltabweichungen bei rauhen Oberflächen. Dabei werden im Teil I das Prinzip, die zugrunde liegende Theorie, die Designprinzipien angepaßter diffraktiver Phasenmasken sowie die Lösung der Justierprobleme der technischen Testobjekte relativ zum Interferometer dargestellt.

Es wird ein Messverfahren zur Bestimmung des Augeninnendrucks vorgeschlagen, bei dem der gesamte zeitliche Verlauf der Korneaverformung bei Einwirkung eines Druckimpulses und das Ausschwingen danach für die Messwertgewinnung genutzt wird. Bei Messungen mit Lasern am biologischen Objekt – insbesondere am Auge – ist zu beachten, dass nur geringe Strahlungsleistungen angewendet werden können, die Messflächen gekrümmt sind und geringes Reflexionsvermögen aufweisen. Dadurch wird eine hohe Detektionsempfindlichkeit erforderlich, die immer mit einer Einschränkung der Dynamik verbunden ist. Das dynamische Verhalten der Messanordnung wurde überprüft; bei Lichtintensitäten von <50 μW im Messarm des Interferometers konnten Messflächengeschwindigkeiten bis 35 cm/s sicher detektiert werden. Untersuchungen an verschiedenen Messobjekten zeigen die Anwendbarkeit des Messverfahrens.

Die Änderung der Strahlungsfrequenz von monolithischen Miniatur-Festkörperlasern (MMFL) wird im einfachsten Fall durch Aufheizung und Abkühlung des Laserkristalls erreicht, was bei allen bis heute bekannten Strahlquellen dieser Art relativ geringe Durchstimmgeschwindigkeiten zur Folge hat. Aus diesem Grund ist die Abschätzung der maximal möglichen Durchstimmgeschwindigkeit, bei der ein stabiler Laserbetrieb gesichert bleibt, von besonderem Interesse. Theoretische Berechnungen und Simulationen ergeben einen Wert von ca. 300 GHz/s. Bei größeren Durchstimmgeschwindigkeiten muß mit starken Änderungen der Strahlungseigenschaften bis hin zum Aussetzen der Laseraktivität gerechnet werden. Ursache hierfür ist eine massive Beeinflussung der sog. thermischen Linse. Auf der Grundlage der Analyse von thermischen Ersatzschaltbildern wurde eine Laserkonfiguration konzipiert, welche die Durchstimmgeschwindigkeit bekannter MMFL-Anordnungen weit übertrifft und das theoretisch abgeschätzte Maximum nahezu erreicht. Eine Vermessung der auf dieser Basis realisierten Laser-Labormuster zeigt, daß sie sich z.Z. in ihrer Frequenz linear über ein Intervall von 100 GHz mit einer Geschwindigkeit von 150 GHz/s durchstimmen lassen. Dabei bleibt die maximale Linearitätsabweichung unter 10% und die Modulation der Ausgangsleistung beträgt während eines gesamten Durchstimmzyklus ebenfalls nicht wesentlich mehr als 10%. Angesichts der bekannten günstigen Eigenschaften von MMFLn, wie große Kohärenzlänge des Strahlungsfeldes, robuster technischer Aufbau, kostengünstige Fertigung usw., sollen die hier dargestellten Ergebnisse zur Förderung des Interesses an thermisch durchstimmbaren Miniatur-Festkörperlaser beitragen.

Das Problem der Eintauchtiefen ensteht aus den Folgen von Wärmeableitung entlang dem Schutzrohr der Thermometer. Es wird festgestellt, daß die Temperatur am oberen Teil eines Thermometers eine andere ist als die des Teils, das im Medium eingetaucht ist, was zu falschen Messergebnissen führen kann. Die Mindesteintauchtiefe für präzise Messergebnisse kann über den Thermometerdurchmesser als eine Funktion des Aufbaus, des verwendeten Sensors, der gewünschten Anwendung und der gewünschten Messunsicherheit ermittelt werden. Somit ist es auch möglich, eine bessere Auswahl der Kalibriereinrichtung zu treffen.

Schwingungsuntersuchungen eignen sich zur zerstörungsfreien Prüfung von Faserverbundbauteilen. Deren Schädigungszustand kann mittels Frequenz und Dämpfung charakterisiert werden. Diese Größen verändern sich infolge fortschreitender Schöden. Sie werden aber auch durch Versuchs- und Umgebungsbedingungen beeinflusst. Wenn die Schwankungen dieser Einflussgrößen in bestimmten Grenzen gehalten werden, ist ihre Wirkung auf die Frequenz gering und im allgemeinen zu vernachlässigen. Dagegen müssen die Auswirkungen auf die Dämpfung je nach Kombination von Einflussgrößen und Probenzustand untersucht werden.