AHA-BUCH

Entwicklung und Charakterisierung eines akusto-optischen Messsystems zur berührungslosen Materialparameteridentifikation

 Taschenbuch
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ISBN-13:
9783832291075
Einband:
Taschenbuch
Seiten:
160
Autor:
Andreas Gollwitzer
Gewicht:
305 g
Format:
211x149x13 mm
Sprache:
Deutsch
Beschreibung:

Zunächst sollte ein optisches Messsystem zur Erfassung von hochfrequenten Oberflächenwellen mit Amplituden von einigen Pikometern entwickelt werden. Um die Empfindlichkeit des Ausgangssignals auf die Oberflächenauslenkungen zu erhöhen wurde das in Abschnitt 1.1.2 bereits erwähnte homodyne Interferometer durch verschiedene Modifikationen erweitert. Ein wichtiger Aspekt war dabei der Entwurf digitaler Signalverarbeitungsalgorithmen, um Informationen auch aus stark verrauschten Messungen extrahieren zu können oder Aussagen über die absolute Amplitude und Phase zu ermöglichen. Das Messsystem musste dabei unabhängig von der Reflektivität der Oberflächen eindeutig auswertbare Messsignale liefern. Am Ende sollte ein vollautomatischer Messplatz zur Abtastung einer Oberfläche in einem vorgegebenen Raster entstehen, der sowohl die absolute Amplitude und die Phase in jeden Messpunkt erfasst, als auch eine Ausbreitungsanalyse akustischer Wellen über die ganze Oberfläche erlaubt. Zusätzlich musste die Messung bei verschiedenen Anregungsfrequenzen der OFW möglich sein. Der Messplatz sollte für lange Messzeiten ausgelegt werden, da genaue Oberflächenanalyse mit mehreren Millionen Messpunkten durchaus mehrere Tage in Anspruch nehmen.

Der zweite Teil der Arbeit beschäftigt sich mit der Extraktion der Ausbreitungseigenschaften akustischer Wellen. Hierzu sollten schnelle Algorithmen zur Extraktion der richtungsabhängigen OFW-Phasengeschwindigkeiten an Hand der 2D-Messungen entwickelt werden. Um die Messwerte zu überprüfen, musste eine Methode zur Berechnung der Phasenfronten und Oberflächenauslenkungen der akustischen Wellen bei bekannten Materialparametern und gegebener IDT-Struktur entwickelt werden. Die daraus gewonnen Resultate dienen zur Validierung und Verifizierung des Messsystems. Zusätzlich wurde ein rechenzeitoptimierter Algorithmus zur Partialwellenanalyse entworfen, der eine schnelle Berechnung der OFW-Ausbreitungseigenschaften aus den Materialdaten wie z. B. dem Steifigkeitstensor erlaubt. Dieser Algorithmus wurde auch zur Lösung des inversen Problems, also zur Bestimmung der Materialdaten durch Messung der Ausbreitungseigenschaften akustischer Wellen verwendet. Da es sich bei dem inversen Problem um ein Optimierungsproblem handelt, war die Recheneffizienz des Algorithmus ausschlaggebend. Zur Überprüfung der Ergebnisse wurden die berechneten Ausbreitungseigenschaften mit einer FEM-Analyse verifiziert.

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