Stu­den­ti­sche Ar­bei­ten

Mit Erarbeitung des Leitfadens zur Angabe der Unsicherheit beim Messen (GUM) durch die Arbeitsgruppe 1 unter der Leitung des BIPM der JCGM-Mitgliederorganisationen, wurden die Betrachtungsweise von Messunsicherheiten international vereinheitlicht und vorherige Konzepte „Messfehler“ und „Messabweichungen“ abgelöst. Das neue Konzept bedient sich der Stochastik, um die Unsicherheit eines Messergebnisses auszudrücken. Der zentrale Ansatzpunkt des neuen Konzepts ist die Propagation von Wahrscheinlichkeitsdichteverteilungen durch einen funktionalen Zusammenhang, der die zu bestimmende physikalische Größe mit den direkt zugänglichen Messgrößen (Zufallsvariablen) verbindet. In dieser Arbeit soll für ultraschallbasierte Messsysteme dieses Konzept sowohl analytisch als auch numerisch mithilfe der Monte-Carlo-Methode aufgearbeitet werden. 

Zur Erweiterung des Funktionsumfangs von ultraschallbasierten Messsystemenen ist es notwendig, spezielle Sendesignale zu erzeugen und für die Empfangssignalauswertung Methoden der digitalen Signalverarbeitung einzusetzen. Der wesentliche Anteil des Hardwareaufwandes besteht dann in der Digital-Analog- und Analog-Digital-Umsetzung der Signale. In dieser Arbeit soll daher eine Hardware für die digitale Sendesignalerzeugung sowie für die Digitalisierung des elektrischen Empfangssignals entwickelt werden. Sende- und Empfangsteil sollten dabei synchron arbeiten. Die Ansteuerung soll über einen PC erfolgen. Die Funktion der Schaltung ist zu testen. Charakteristische Eigenschaften wie das Signal-Rauschverhältnis und die harmonischen Verzerrungen sind zu ermitteln.

Die Modellierung geführter Wellen in akustischen Wellenleitern ist ein essentielles Werkzeug für die Entwicklung neuer Ultraschall-Durchflussmessverfahren sowie für die zerstörungsfreie Prüfung. Im zuletzt aufgeführten Gebiet der Akustik stellen neue Werkstoffe, wie glasfaserverstärkte Kunststoffe (GFK), neue Herausforderungen für die Prüfmethoden dar. Die stark ausgeprägte anisotrope Struktur dieser Werkstoffe bereitet vor allem bei integralen Prüftechniken Schwierigkeiten. Ziel dieser Arbeit ist es, eine geeignete Modellierungsmethode für die Simulation von geführten Wellen in orthotropen Plattenstrukturen zu implementieren.

Die Implementierung soll in der Hochsprachenumgebung Python erfolgen, wobei auf bestehende Code-Fragmente zur Modellierung von Wellen in isotropen Platten (bspw. Nullstellensuch-Algorithmen, Mode-Tracing-Algorithmen usw.) zurückgegriffen werden kann. Die Ergebnisse der Implementierung sind mit mehreren Simulationswerkzeugen (bspw. Disperse, GUIGUW) zu vergleichen.

Bei der Anwendung von NIR-Verfahren werden gepulste Infrarotstrahlung in unterschiedlichen und schmalen Wellenlängenbereichen auf das Messmedium gesendet und die diffus reflektierte Strahlung detektiert. Der Beschreibung der IR-Emission, der Reflexionseigenschaft des Messmediums sowie der Strahlungsdetektion kommt hier eine zentrale Bedeutung zu. Im Rahmen dieser Arbeit soll das Trocknungsverhalten von Beschichtungsstoffen untersucht werden, wobei die Strahlung unter 45° auftrifft und unter 0° gemessen wird. Insbesondere ist hier die sich während der Trocknung ändernde Oberflächenstruktur zu berücksichtigen. Im Einzelnen ist zu bearbeiten:

• Mathematisch-physikalische Beschreibung der Reflexion unter Berücksichtigung einer diffusen, teilglänzenden Oberfläche, einem Film mit Streu- und Absorptionsverhalten sowie einem reflektierenden Untergrund.
• Simulation der Vorgänge in Python und Vergleich der Simulationsergebnisse mit Messergebnissen, die mit einem FTIR-Spektrometer im Spektralbereich zwischen 1 µm und 2 µm gewonnen wurden.
• Zu untersuchende Materialien sind ein wasserbasierter Dispersionslack sowie ein UV-härtender Lack.