Laser-Doppler-Dehnungssensor:
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Clausthal-Zellerfeld
Papierflieger Verlag
2024
|
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INHALTSVERZEICHNIS
DANKSAGUNGEN
.
1
KURZFASSUNG
.
3
INHALTSVERZEICHNIS
.
5
ABKUERZUNGSVERZEICHNIS
.
9
SYMBOLVERZEICHNIS
.
10
1
EINLEITUNG
.
1
1.1
MOTIVATION
UND
KONVENTIONELLE
DEHNUNGSMESSMETHODE
BEI
BETRIEBSFESTIGKEITSPRUEFUNG
.
1
1.2
LASER-DOPPLER-DEHNUNGSSENSOR
.
3
1.2.1
SIGNALDIVERSITAET
GEGEN
SPECKLERAUSCHEN
UND
SIGNALAUSSETZER
.
4
1.3
WISSENSCHAFTLICHE
HYPOTHESEN
.
6
1.4
GLIEDERUNG
.
7
2
LASER-DOPPLER-DEHNUNGSMESSMETHODE
.
8
2.1
MESSPRINZIP
.
8
2.1.1
ABWEICHUNG
ZWISCHEN
GEMESSENER
DEHNUNG
UND
PHYSIKALISCHER
DEHNUNG.
11
2.2
MATHEMATISCHES
MODELL
DER
RAUSCHBEGRENZTEN
AUFLOESUNG
.
14
2.2.1
QUADRATISCHER
EFFEKTIVWERT
DES
MESSSIGNALS
.
14
2.2.2
RAUSCHANALYSE
UND
DAS
C/N
DES
DETEKTORSIGNALS
.
16
2.2.3
DIE
RAUSCHBEGRENZTE
AUFLOESUNG
.
18
2.3
THEORETISCH
GERECHNETE
MINIMAL
DETEKTIERBARE
DEHNUNG
.
19
3
ENTWURF
UND
AUFBAU
DER
KOMPONENTEN
DES
LASER-DOPPLER
DEHNUNGSSENSORS
.
21
3.1
ERZEUGUNG
DES
INTERFERENZSTREIFENMUSTERS
.
21
3.1.1
LASERQUELLE
.
21
3.1.2
UEBERLAGERUNG
DES
LASERSTRAHLS
AUF
DER
MESSOBERFLAECHE
.
24
3.2
DETEKTION
DES
MESSSIGNALS
.
27
3.2.1
EMPFANGSOPTIK
.
27
3.2.2
FOTODETEKTOR
.
28
3.2.3
SPANNUNGSBEGRENZUNGSVERSTAERKER
.
34
3.3
OPTOMECHANISCHE
UMSETZUNG
.
36
3.4
DIGITALISIERUNGUND
SIGNALVERARBEITUNG
DER
MESSSIGNALE
.
38
V
3.4.1
DIGITALISIERUNG
DES
SPANNUNGSSIGNALS
.
38
3.4.2
DEMODULATION
DER
DIGITALISIERTEN
MESSDATEN
.
39
3.5
KALIBRIERUNG
.
41
3.5.1
KALIBRIERUNGSERGEBNISSE
.
42
4
DEHNUNGSMESSUNG
IN
DER
RESONANZPRUEFMASCHINE
.
45
4.1
EINFLUSS
VON
SIGNALAUSSETZERN
DURCH
DUNKLE
LASER-SPECKLE
AUF
DIE
DEHNUNGSMESSERGEBNISSE
.
48
4.1.1
PROBLEM
VON
SIGNALAUSSETZER
UND
SPECKLERAUSCHEN
.
49
5
DAS
STATISTISCHE
VERHALTEN
EINES
EINZELNEN
FOTODETEKTORSIGNALS
.
52
5.1
WAHRSCHEINLICHKEITSDICHTEFUNKTION
DES
DC-TEILS
.
52
5.2
WAHRSCHEINLICHKEITSDICHTEFUNKTION
DER
TRAEGERSIGNALAMPLITUDE
.
55
5.2.1
SONDERFALL
MIT
NIEDRIGER
LICHTLEISTUNG
.
57
5.3
DAS
STATISTISCHE
VERHALTEN
DES
C/N
.
58
5.3.1
DAS
STATISTISCHE
VERHALTEN
DES
C/N
FUER
EIN
NICHT
SCHROTRAUSCHEN-BEGRENZTES
LDV
.
59
5.3.2
DAS
STATISTISCHE
VERHALTEN
DES
C/N
FUER
EIN
SCHROTRAUSCHEN-BEGRENZTES
LDV
60
5.4
VALIDIERUNG
.
61
5.4.1
VERSUCHSAUFBAU
DER
VALIDIERUNG
.
61
5.4.2
VALIDIERUNGSERGEBNISSE
DER
DICHTEFUNKTION
DES
DC-SIGNALS
.
64
5.4.3
VALIDIERUNGSERGEBNISSE
DER
DICHTEFUNKTION
DES
TRAEGERSIGNAL
.
68
5.4.4
VALIDIERUNG
DES
STATISTISCHEN
VERHALTENS
DES
C/N
.
74
5.4.5
ZUSAMMENFASSUNG
DER
VALIDIERUNG
.
77
6
GRUNDLAGE
DER
SIGNALDIVERSITAET
.
79
6.1
UEBERPRUEFUNG
VON
STATISTISCH
UNABHAENGIGEN
SPECKLEMUSTERN
.
79
6.2
SIGNALKOMBINATION
.
80
6.2.1
DIE
IN
LDV
DERZEIT
VERWENDETE
DIVERSITAETSKOMBINATION
UND
IHRE
EINSCHRAENKUNGEN
.
80
6.2.2
MAXIMUM-RATIO-KOMBINATION
.
81
6.3
DAS
STATISTISCHE
VERHALTEN
DES
C/N
DES
DIVERSITAETSKOMBINIERTEN
SIGNALS
.
83
6.3.1
DICHTE
UND
VERTEILUNGSFUNKTION
DES
C/N
UND
DIE
WAHRSCHEINLICHKEIT
DES
SIGNALAUSSETZERS
BEIM
DIVERSITAETSKOMBINIERTEN
SIGNAL
.
83
6.3.2
REDUKTION
DER
WAHRSCHEINLICHKEITEN
DES
SIGNALAUSSETZERS
UNTER
VERWENDUNG
DER
DIVERSITAETSTECHNIK
.
84
VI
6.4
DAS
STATISTISCHE
VERHALTEN
DES
C/N
IN
ABHAENGIGKEIT
VON
DER
DEMODULATIONSBANDBREITE
.
85
6.4.1
WAHRSCHEINLICHKEIT
DES
SIGNALAUSSETZERS
EINES
EINZELNEN
MESSPUNKTES
.
86
6.4.2
WAHRSCHEINLICHKEIT
DES
SIGNALAUSSETZERS
MIT
MEHREREN
MESSPUNKTEN
.
87
6.5
VERGLEICH
VON
VERSCHIEDENEN
DIVERSITAETSMETHODEN
.
90
6.5.1
WELLENLAENGEN
UND
WINKELDIVERSITAET
.
91
6.5.2
POLARISATIONSDIVERSITAET
.
94
6.6
WAHRSCHEINLICHKEIT
EINES
SIGNALAUSSETZERS
FUER
DEN
LASER-DOPPLER
DEHNUNGSSENSOR
MIT
POLARISATIONSDIVERSITAET
UND
MIT
ZWEI
MESSPUNKTEN
.
96
7
IMPLEMENTIERUNG
DER
POLARISATIONSDIVERSITAET
BEIM
LASER-DOPPLER-DEHNUNGSSENSOR.
99
7.1
SENSORAUFBAU
MIT
POLARISATIONSDIVERSITAET
.
99
7.1.1
BESTIMMUNG
DER
TRAEGERLEISTUNG,
DER
RAUSCHLEISTUNG
UND
DES
C/N
.
100
7.2
EXPERIMENTELLES
SETUP
ZUR
UNTERSUCHUNG
DES
STATISTISCHEN
VERHALTENS
DES
DETEKTORSIGNALS
.
102
7.2.1
VERSUCHSAUFBAU
.
102
8
REDUZIERUNG
DES
SIGNALAUSSETZERS
MIT
POLARISATIONSDIVERSITAET
.
104
8.1
VALIDIERUNG
VON
ZWEI
ANNAHMEN
DES
MATHEMATISCHEN
MODELLS
.
104
8.1.1
UNKORRELIERTE
SPECKLEMUSTER
MIT
POLARISATIONSDIVERSITAET
.
104
8.1.2
KORRELATION
VON
SPECKLEN
AN
VERSCHIEDENEN
MESSPUNKTEN
.
105
8.2
EXPERIMENTELLE
ERGEBNISSE
DES
STATISTISCHEN
VERHALTENS
DES
C/N
.
106
8.2.1
VERGLEICH
VON
ZWEI
UNTERSCHIEDLICHEN
DIVERSITAETSKOMBINATIONEN
.
108
8.3
EXPERIMENTELLE
ERGEBNISSE
DER
WAHRSCHEINLICHKEIT
DES
SIGNALAUSSETZERS
IN
ABHAENGIGKEIT
VON
DER
DEMODULATIONSBANDBREITE
.
109
8.3.1
VALIDIERUNG
DER
ABHAENGIGKEIT
ZWISCHEN
DEMODULATIONSBANDBREITE
UND
RAUSCHLEISTUNG
.
110
8.3.2
AUFTRETEN
DES
SIGNALAUSSETZERS
FUER
EINEN
EINZELNEN
MESSPUNKT
.
111
8.3.3
AUFTRETEN
DES
SIGNALAUSSETZERS
BEI
DER
DEHNUNGSMESSUNG
MIT
ZWEI
MESSPUNKTEN
.
114
8.3.4
VERGLEICH
DER
REDUZIERUNG
DES
AUFTRETENS
DES
SIGNALAUSSETZERS
FUER
EINEN
EINZELNEN
MESSPUNKT
UND
FUER
DEHNUNGSMESSUNG
MIT
ZWEI
MESSPUNKTEN
.
116
8.4
REDUZIERUNG
DES
SIGNALAUSSETZERS
UND
DES
SPECKLERAUSCHENS
IM
ZEITBEREICH
.
118
8.5
DEHNUNGSMESSUNG
MIT
DIVERSITAET
.
121
9
ZUSAMMENFASSUNG
UND
AUSBLICK
.
123
9.1
ZUSAMMENFASSUNG
.
123
VII
9.2
AUSBLICK
.
125
LITERATURVERZEICHNIS
.
127
VIII |
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