Volume 87, Issue 10

Zusammenfassung Optische Messverfahren nach dem Prinzip der strukturierten Beleuchtung bedienen sich oftmals der Kombination eines Phasenschiebeverfahrens mit einem geeigneten Entfaltungsverfahren, um eine im Messbereich eindeutige Ortskodierung vorzunehmen. Ein leistungsfähiges Verfahren aus dieser Klasse stellt das Heterodyn-Phasenschiebeverfahren dar, welches auf der sequenziellen Registrierung mehrerer Phasenschiebesequenzen mit geringfügig unterschiedlicher Periodenlänge und Auswertung der synthetischen Schwebungssignale zwischen diesen basiert. Die geeignete Auswahl der hierfür zu kombinierenden Periodenlängen hat entscheidenden Einfluss sowohl auf die Robustheit des Entfaltungsverfahrens als auch auf die statistische Unsicherheit der resultierenden Ortskodierung. In dem vorliegenden Beitrag wird eine vorteilhafte Ausführungsform des Heterodynverfahrens vorgestellt und einer detaillierten Analyse im Hinblick auf seine statistischen Eigenschaften unterzogen. Im Ergebnis werden Kriterien zur Bestimmung geeigneter Periodenlängen formuliert, die eine Maximierung der Robustheit des Entfaltungsvorgangs und eine Minimierung der Unsicherheit der Ortskodierung ermöglichen.

In the last decade or two, it seems that the trend of technological advance in NMR spectroscopy cannot follow the trend of desire to measure NMR samples with gradually lower response signals. Recently, an accurate noise model, based on the concept of noise figure, of the most sensitive part of the NMR spectroscopy system from the aspect of noise, which is its probe-to-spectrometer receiving chain, was introduced. The main purpose of this model is to optimize the used NMR spectroscopy system and, ultimately, enable measuring NMR samples with even lower response signals than the ones measured today. All the parameters of the NMR spectroscopy system, used in the introduced model, can be easily measured using vector network analyzers and noise figure meters, or can be found in the datasheets of the respective elements, except the spectrometer’s receiving chain noise figure. In this contribution, the process of spectrometer’s receiving chain noise figure measurement, performed using the Twice Power Method, is described. A block diagram representation of the spectrometer’s receiving chain is presented here, as well as its approximative model. The respective noise figure measurement results, which are also presented, explain the general tendency of using the mid-range of the spectrometer’s gain control level when performing the actual NMR measurements.

Zusammenfassung Das Messen kleiner Kräfte ist in vielen wissenschaftlichen Bereichen, wie beispielsweise der Physik oder Biologie, erforderlich. Bei Kräften im Bereich von Nanonewton werden typischerweise AFM-Cantilever als Kraftsensoren genutzt. Die Steifigkeit des Cantilevers muss bekannt sein um von der Durchbiegung auf die Kraft zu schließen. Aufgrund von Fertigungsabweichungen kommt es zu einer großen Streuung der Cantileversteifigkeit. Für eine präzise Kraftmessung muss daher jeder einzelne Cantilever kalibriert werden. Das derzeit genauste Kalibrierverfahren basiert darauf die Kraft-Weg-Kennlinie des Cantilevers statisch zu messen und ihren Anstieg zu bestimmen. In diesem Artikel wird ein neuartiger Prüfstand beschrieben welcher nach diesem Prinzip arbeitet. Ein Interferometer misst die Position und eine neuartige, eingelenkige Wägezelle die Kraft des Cantilevers. Die Wägezelle wurde in zwei unabhängigen Experimenten mit übereinstimmendem Ergebnis kalibriert. Abschließend werden die Messergebnisse einer Cantileverkalibrierung präsentiert.

To ensure the safety of users like hunters and sports shooters, the dynamic pressure inside an ammunition cartridge must not exceed a maximum value. We have investigated the reproducibility of the dynamic measurement of the gas pressure inside civilian ammunition cartridges during firing, when following the rules formulated by the Permanent International Commission for the Proof of Small Arms (C. I. P.). We find an in-house spread of 0.8 % between maximum and minimum pressure for runs with the same barrel and of 1.8 % among a set of three barrels. This sets a baseline for the expected agreement in measurement comparisons between different laboratories. Furthermore, a difference of more than 3 % is found in a preliminary study of the influence of ammunition storage conditions.

Zusammenfassung Nicht nur in der Metrologie wird für die Analyse von Daten auf eine orthogonale Regression zurückgegriffen. Bei der orthogonalen Regression stehen die zu minimierenden Verbesserungen senkrecht auf der Funktion, weshalb dem Verfahren häufig ein hoher Anschauungsgrad beigemessen wird. In diesem Beitrag werden einige Eigenschaften der orthogonalen Regression untersucht und geprüft, ob diese exklusiv diesem Verfahren zuzuordnen sind oder ob es sich lediglich um übertragene Eigenschaften eines allgemeinen Optimierungsproblems handelt. Ergänzend zu den Ausführungen von Kolaczia [9] soll die Frage nach der Eignung dieses Verfahrens für die Messtechnik beantwortet werden.

This paper proposes a novel fast deterministic quaternion attitude determination method for accelerometer and magnetometer combination (AMC). After taking insight to the attitude determination theory, an important relationship between the sensor outputs and the magnetometer’s reference vector is successfully derived. Based on the relationship, the optimal quaternion associated with the attitude of a certain object is easily calculated. The main breakthrough of this paper is that it significantly simplifies the determination of the magnetometer’s reference vector which always needs systematic calibration or iterative estimation in existing methods. We name the proposed method the Fast Accelerometer-Magnetometer Fusion (FAMF). Our proposed method has the advantages of better computation accuracy and less time consumption. Several experiments are carried out to illustrate the attitude determination results. Besides, comparisons with existing representative methods are also presented in the experimental section of this paper, which verify the effectiveness of the proposed FAMF. Finally, we experimentally show that the FAMF’s roll and pitch angles are immune to magnetic distortion, which ensures the robustness under complex environments for micro air vehicles (MAV).