Entwicklung eines Verfahrens zur berührungslosen Messung der Wasserfilmdicke auf Fahrbahnen: ein Beitrag zur Verkehrssicherheit
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| Published: |
Stuttgart
IKFF
1996
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| Series: | Berichte aus dem Institut für Konstruktion und Fertigung in der Feinwerktechnik
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| Item Description: | Zugl.: Stuttgart, Univ., Diss., 1996 |
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| adam_text | ENTWICKLUNG EINES VERFAHRENS ZUR BERUEHRUNGSLOSEN
MESSUNG DER WASSERFILMDICKE AUF FAHRBAHNEN
EIN BEITRAG ZUR VERKEHRSSICHERHEIT
VON DER FAKULTAET KONSTRUKTIONS- UND FERTIGUNGSTECHNIK
DER UNIVERSITAET STUTTGART ZUR ERLANGUNG DER WUERDE EINES
DOKTOR-INGENIEURS (DR.-ING.) GENEHMIGTE ABHANDLUNG
VORGELEGT VON
FABIAN HOLZWARTH
GEBOREN IN ULM
HAUPTBERICHTER: PROF. DIPL.-ING. A. JUNG
MITBERICHTER: PROF. DR. RER. NAT. HABIL. DIPL.-ING. H. J. TIZIANI
TAG DER MUENDLICHEN PRUEFUNG: 1. JULI 1996
INSTITUT FUER KONSTRUKTION UND FERTIGUNG
IN DER FEINWERKTECHNIK
DER UNIVERSITAET STUTTGART
1996
3
INHALTSVERZEICHNIS
FORMELZEICHEN 8
EIGENNAMEN UND ABKUERZUNGEN 14
1 EINLEITUNG 15
2 ZIEL DER ARBEIT 17
2.1 VORGEHENSWEISE 17
2.2 PFLICHTENHEFT 19
3 NAESSE AUF FAHRBAHNEN - STAND DER KENNTNIS 20
3.1 WITTERUNGSBEDINGTE UND FAHRBAHNSPEZIFISCHE EINFLUSSGROESSEN AUF DIE
WASSERFILMDICKE 20
3.2 MESSGROESSEN UND QUALITATIVE DEFINITIONEN FUER DIE FAHRBAHNNAESSE 21
3.2.1 NIEDERSCHLAGSINTENSITAET UND RECHNERISCHE WASSERHOEHE 22
3.2.2 BEZOGENE WASSERFILMDICKE 23
3.2.3 WASSERHOEHENDEFINITION MIT DEM AUSGELITERTEN BEZUGSNIVEAU 24
3.2.4 MASSGEBENDE WASSERFILMDICKE 24
3.2.5 REPRAESENTATIVE WASSERFILMDICKE 25
3.2.6 QUALITATIVE BESCHREIBUNGEN DES BEGRIFFES FEUCHT 25
3.3 BEURTEILUNG DER MESSGROESSEN 28
4 BERUEHRUNGSLOSE MESS- UND DETEKTIONSVERFAHREN FUER FEUCHTIGKEIT, WASSER-
UND EISSCHICHTEN 29
4.1 NIEDERFREQUENTE ELEKTROMAGNETISCHE FELDER 29
4.2 MIKROWELLEN 29
4.3 STRAHLUNG IM INFRAROTBEREICH 30
4.4 SICHTBARES LICHT UND NAHES INFRAROT, REFLEXIONS- UND
STREULICHTVERFAHREN 31
4.5 IONISIERENDE STRAHLUNG 33
5 VORUEBERLEGUNGEN ZUM WASSERHOEHENSENSOR 34
5.1 FUNKTIONELLE DARSTELLUNG DES SENSORS 34
5.2 PASSIVES SENSORPRINZIP 36
5.2.1 BLACK-BOX-DARSTELLUNG EINES PASSIVEN SENSORPRINZIPS 36
5.3 AKTIVES SENSORPRINZIP 38
5.3.1 BLACK-BOX-DARSTELLUNG DES AKTIVEN SENSORPRINZIPS 39
4
6 MODELLIERUNG DES SYSTEMS SENSOR-FAHRBAHN 41
6.1 NOMENKLATUR FUER STRAHLUNG UND BLACK-BOXES IM MODELL 41
6.2 FESTLEGUNGEN IM SYSTEM SENSOR-FAHRBAHN 42
6.3 BLACK-BOX-DARSTELLUNG 43
6.4 GEOMETRISCHE UND MATERIALSPEZIFISCHE ANNAHMEN 45
6.4.1 FAHRBAHNOBERFLAECHE 45
6.4.2 WASSERSCHICHT 45
6.4.3 AUSGESANDTE STRAHLUNGSLEISTUNG - STRAHLUNGSSENDER 45
6.4.4 STRAHLUNGSEMPFAENGER 45
6.5 BETRACHTUNG DER EINZELNEN BLACK-BOXES DES MODELLS 45
6.5.1 EINFLUSS DER LUFTSTRECKE IM SENDESTRAHLENGANG (BLACK-BOX 0) 45
6.5.2 EINFLUSS DER GRENZFLAECHE LUFT-WASSER (BLACK-BOX 01) 46
6.5.3 WEGSTRECKE ZWISCHEN WASSEROBERFLAECHE UND FAHRBAHNOBERFLAECHE
(BLACK-BOX 1) 50
6.5.4 WIRKUNG DER GRENZFLAECHE WASSER-FAHRBAHNOBERFLAECHE
(BLACK-BOX 12) 53
6.5.4.1 URSACHEN DER STREUUNG 55
6.5.4.2 RAEUMLICHE VERTEILUNG DER VON DER FAHRBAHN AUSGEHENDEN
STREUSTRAHLUNG 59
6.5.5 WEG DER GESTREUTEN STRAHLUNG ZUM EMPFAENGER 60
6.5.5.1 WEGSTRECKE VON DER FAHRBAHNOBERFLAECHE BIS ZUR WASSEROBERFLAECHE
(BLACK BOX 1 ) 60
6.5.5.2 WIRKUNG DER GRENZFLAECHE WASSER-LUFT (BLACK-BOX 10) 61
6.5.6 EINFLUSS DER LUFTSTRECKE AUF DIE GESTREUTE STRAHLUNG (BLACK-BOX 0 )
62
6.6 ENERGETISCHE BETRACHTUNG DES GESAMTEN STRAHLUNGSWEGES 62
6.6.1 EMPFAENGER INNERHALB DES AN DER OBERFLAECHE REFLEKTIERTEN
STRAHLENBUENDELS 62
6.6.2 EMPFAENGER AUSSERHALB DES AN DER OBERFLAECHE REFLEKTIERTEN
STRAHLENBUENDELS 63
7 HERLEITUNG DER AUSWERTUNGSFUNKTION 64
7.1 SCHICHTDICKENBESTIMMUNG MIT EINEM WELLENLAENGENBEREICH 64
7.2 2-WELLENLAENGEN-MESSPRINZIP 65
8 ERARBEITUNG DER MESSMETHODE 67
5
8.1 FUNKTIONEN IM SIGNALFLUSS SENSOR - FAHRBAHN - SENSOR 67
8.2 ZUSAETZLICHE FUNKTIONEN AM REALEN SENSOR 68
8.3 VARIANTEN ZUR SIGNALERZEUGUNG 69
8.3.1 METHODE 1 - BREITBANDIG BESTRAHLEN, WELLENLAENGENSELEKTIV EMPFANGEN
.71
8.3.2 METHODE 2 - WELLENLAENGENSELEKTIV BESTRAHLEN, BREITBANDIG EMPFANGEN
.71
8.3.3 METHODE 3 - WELLENLAENGENSELEKTIV BESTRAHLEN UND EMPFANGEN 71
8.4 BEWERTUNG DER METHODEN 72
9 KONKRETISIERUNG DER HAUPTFUNKTIONEN 74
9.1 BETRACHTETE WELLENLAENGENBEREICHE 74
9.1.1 MESSBEREICH 0 BIS 1 MM SCHICHTDICKE 78
9.1.2 MESSBEREICH 0 BIS 10 MM SCHICHTDICKE 79
9.2 GEOMETRISCHE ANORDNUNG DER SENSORKOMPONENTEN RELATIV
ZUR FAHRBAHN 79
10 AUSWAHL UND AUSLEGUNG DER SENSORKOMPONENTEN ZUR KONSTRUKTIVEN
LOESUNG 80
10.1 STRAHLUNGSSENDER 80
10.1.1 ANFORDERUNGEN AN DEN STRAHLUNGSSENDER 80
10.1.2 UEBERSICHT DER STRAHLUNGSQUELLEN 81
10.1.2.1 LUMINESZENZQUELLEN 82
10.1.2.2 THERMISCHE STRAHLUNGSSENDER 83
10.1.3 AUSWAHL DES STRAHLUNGSSENDERS 84
10.1.3.1 AUSWAHL EINER GEEIGNETEN GLUEHLAMPE UND DER BELEUCHTUNGSOPTIK 85
10.2 STRAHLUNGSMODULATION 90
10.2.1 ANFORDERUNGEN AN DEN STRAHLUNGSMODULATOR 90
10.2.2 AUSWAHL DES MODULATORS 90
10.3 STRAHLUNGSEMPFAENGER 92
10.3.1 ANFORDERUNGEN AN DEN STRAHLUNGSEMPFAENGER 92
10.3.2 AUSWAHL DER STRAHLUNGSEMPFAENGER 93
10.4 STRAHLUNGSFILTER 94
10.4.1 ANFORDERUNGEN AN DIE STRAHLUNGSFILTER 94
10.4.1.1 AUSWAHL DER STRAHLUNGSFILTER 95
10.5 EMPFAENGEROPTIK 96
10.5.1 ANFORDERUNGEN AN DIE EMPFAENGEROPTIK 96
6
10.5.1.1 AUSWAHL DER EMPFAENGEROPTIK 96
10.6 JUSTIERUNG DER STRAHLUNGSEMPFAENGER 98
10.6.1 ANFORDERUNGEN AN DIE JUSTIERELEMENTE 98
10.6.2 JUSTIERUNG DES AXIALABSTANDES LINSE-DETEKTOR 98
10.6.3 AUSRICHTUNG DER OPTISCHEN ACHSE 99
10.7 GEHAEUSE 103
10.7.1 ANFORDERUNGEN AN DAS GEHAEUSE 103
10.7.2 AUSWAHL DES GEHAEUSES, ABDICHTUNG 103
10.7.3 WEITERE MASSNAHMEN ZUR REINHALTUNG DES SENSORINNENRAUMES 104
10.8 OPTISCHE FENSTER 105
10.9 AUSWERTUNGSELEKTRONIK 107
10.9.1 ANFORDERUNGEN AN DIE ELEKTRONIK 107
10.9.1.1 VORVERSTAERKER 107
10.9.1.2 SIGNALUEBERTRAGUNG 109
10.9.1.3 ERZEUGUNG UND UEBERTRAGUNG DES PHASENSIGNALES 109
10.9.2 STOERUNTERDRUECKUNG DURCH DAS TRAEGERFREQUENZVERFAHREN 111
10.9.2.1 EINGANGSSTUFE DER SIGNALVERARBEITUNGSEINHEIT 112
10.9.2.2 RECHENSCHALTUNG 113
10.9.2.3 FEHLERERKENNUNG 114
10.9.2.4 LEISTUNGSVERSORGUNG 115
11 REALISIERTE PROTOTYPEN 116
11.1 ERSTE AUSBAUSTUFE - LABORGERAET 116
11.1.1 DATEN IM UEBERBLICK 118
11.2 ZWEITE AUSBAUSTUFE - KOMPAKTSENSOR 118
11.2.1 DATEN IM UEBERBLICK 121
11.3 DRITTE AUSBAUSTUFE - ROBUSTER LABOR-SENSOR 121
11.3.1 DATEN IM UEBERBLICK 122
11.4 VIERTE AUSBAUSTUFE - WASSERHOEHENMESSUNG UND EISDETEKTION 122
11.4.1 DATEN IM UEBERBLICK 123
12 MESSERGEBNISSE 125
12.1 WAS MISST DER SENSOR?-EINFLUSS DER FAHRBAHNTEXTUR 125
12.2 LINEARITAET DES AUSGANGSSIGNALES 126
12.3 EINFLUSS DER GEOMETRISCHEN ANORDNUNG DES SENSORS ZUR FAHRBAHN 127
7
12.3.1 EINFLUSS VON WINKELAENDERUNGEN 127
12.3.2 EINFLUSS DES MESSABSTANDES 131
12.4 EINFLUSS VON VERAENDERUNGEN IN DER VERSORGUNGSSPANNUNG 132
12.5 ANWENDUNG DES SENSORS 133
12.6 EFFEKTE IM FELDBETRIEB UND NACH LAENGERER EINSATZZEIT 134
12.6.1 MEDIEN 134
12.6.2 MECHANISCHE EINWIRKUNGEN 135
12.6.2.1 VIBRATIONEN 135
12.6.3 TEMPERATUR 135
13 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 136
14 LITERATURVERZEICHNIS 137
|
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| series2 | Berichte aus dem Institut für Konstruktion und Fertigung in der Feinwerktechnik |
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