Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Die Kenntnis der regionalen und globalen Verteilung des Aerosols ist eine Grundvoraussetzung f\u00fcr die M\u00f6glichkeit der Modellierung des globalen Klimaantriebs durch das Aerosol und seiner Auswirkung auf die Oxi-dationskapazit\u00e4t der Atmosph\u00e4re. Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines mobilen Messger\u00e4tes, das nach einem holographischen Verfahren dreidimensionale Momentaufnahmen der Partikelverteilung in schneller Folge und damit Untersuchungen zur Partikeldynamik gestattet.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Entwicklung besteht aus der Kombination der Teilbereiche Holographie und Bildverarbeitung. Der Aufbau des Systems erfolgt in vier Teilschritten. Im ersten Arbeitsschritt wird der mechanische, optische und elektronische Aufbau des Systems realisiert. Dazu geh\u00f6ren die Auswahl und Abstimmung der optischen Komponenten, Aufbau und Erprobung des holographischen Teils sowie der Aufbau des mechanischen Systems. Am Ende dieses ersten Teilschrittes erfolgt die Anpassung von elektronischen Komponenten der Bildverarbeitungseinheit an die Holographieeinheit. Der zweite Teilschritt, der zeitlich weitgehend parallel zum ersten Arbeitsschritt durchgef\u00fchrt wird, beinhaltet die Optimierung des CCD-Systems (Kamera und Objektiv) auf verschiedene Volumina sowie die Optimierung des Framegrabbers auf hohe Abtastfrequenzen unter dem Aspekt der Untersuchung zur Partikeldynamik. Inhalt des zweiten Teilschrittes ist weiterhin die Entwicklung von speziellen Rekonstruktionsalgorithmen sowie deren Programmierung. Dieser Teilschritt wird mit der Erprobung und Optimierung des Bildverarbeitungssystems abgeschlossen. Die Arbeiten zu den ersten beiden Arbeitsschritten erstrecken sich \u00fcber die ersten beiden Jahre des Projektes. Im anschlie\u00dfenden dritten Teilschritt werden die in den beiden vorangehenden Schritten erstellten Teilsysteme zum Gesamtsystem optimiert. Die Optimierung erfolgt unter dem Gesichtspunkt der Miniaturisierung des Systems f\u00fcr den Feldeinsatz, speziell bei der hohen Bildaufnahmefrequenz des Systems f\u00fcr insitu-Messungen in Flugzeugen unter m\u00f6glichst naturnahen Bedingungen. Die Optimierung der Teilentwicklungen zum Gesamtsystem sowie dessen Miniaturisierung und die parallel dazu verlaufende Endfertigung werden teilweise zeitlich \u00fcberlappend mit dem Ende der beiden ersten Teilschritte durchgef\u00fchrt. Es ist daf\u00fcr ein Zeitraum von 6 Monaten vorgesehen. Die Erprobung des Systems erfolgt in den letzten 3 Monaten des Projektzeitraums.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Die Entwicklung des digitalen holographischen Aerosolanalysesystems zeigte die gro\u00dfen Vorteile gegen\u00fcber konventionellen holographischen Analyseverfahren auf. Der Zeitbedarf der Hologrammerstellung zur Partikelanalyse konnte um etwa einen Faktor 20 reduziert werden. Die Leistungsf\u00e4higkeit des digitalen Systems ist durch das vergleichsweise schwache Aufl\u00f6sungsverm\u00f6gen der CCD-Sensoren momentan noch eingeschr\u00e4nkt. Durch den Einsatz von Adaptionsoptiken konnte diese Einschr\u00e4nkung allerdings bis zu einem gewissen Ma\u00dfe korrigiert werden. Bedingt durch optische Vergr\u00f6\u00dferung wird das Messvolumen in seinen Abmessungen verkleinert. Mit dem digital-holographischen Analyseverfahren sind f\u00fcr die derzeit verf\u00fcgbaren CCD-Sensoren Messvolumen mit etwa 1 mm\u00b3 Gr\u00f6\u00dfe aufzuzeichnen. Daf\u00fcr sind die Aufzeichnungsintervalle zwischen den Hologrammen auf ?t=1s zu verk\u00fcrzen (abh\u00e4ngig von max. Pulsrate des Rubinlasers). Die Ausrichtung von Laser und Kameraeinheit auf eine gemeinsame optische Achse ist Bedingung f\u00fcr eine fehlerfreie Aufzeichnung der Hologramme. Die Analyse der Hologramme wird in einem Computer automatisch durchgef\u00fchrt. Spezielle Filteralgorithmen analysieren anschlie\u00dfend das re-konstruierte Volumen auf eingeschlossene Aerosolpartikel und werten das Messvolumen aus. Mit einer speziell entwickelten Software sind die Partikel in ihrer relativen Lage zueinander in einem dreidimensionalen Raum auf dem Monitor darzustellen.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Im Rahmen des Projektes wurden mehrere Diplomthemen und eine Promotion bearbeitet (TFH Wildau, FHO Emden).
\nDas Verfahren und die Ergebnisse wurden in Fachzeitschriften publiziert und auf Fachtagungen vorgestellt; weitere Ver\u00f6ffentlichungen sind geplant.
\nEs ist weiterhin vorgesehen, die Ergebnisse des Projektes in der mittelst\u00e4ndischen Praxis zu implementieren und das System f\u00fcr die 3-dimensionale Aufnahme von Aerosolverteilungen bei zuk\u00fcnftigen wissenschaftlichen Arbeiten zum Aerosol-Monitoring einzusetzen.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Das neuentwickelte digitale Messverfahren, basierend auf dem Prinzip der Fraunhofer-In-Line-Holographie, bietet entscheidende Vorteile hinsichtlich des Zeitaufwandes und des Ausr\u00fcstungsbedarfes sowohl f\u00fcr die holographische Speicherung als auch f\u00fcr die Rekonstruktion der Hologramme und deren Auswertung hinsichtlich der r\u00e4umlichen Verteilung und der Gr\u00f6\u00dfenverteilung der gespeicherten Aerosole.
\nDie technische Entwicklung dieses Digital Holographischen Analysesystems ist abgeschlossen. Die Entwicklung neuer CCD-Sensoren mit gr\u00f6\u00dferer Anzahl von Pixeln und kleineren Pixelabmessungen ist f\u00fcr diese Technologie von gro\u00dfer Bedeutung und wird es erm\u00f6glichen, einerseits gr\u00f6\u00dfere Messvolumina aufzuzeichnen und gleichzeitig kleinere Teilchen auswerten zu k\u00f6nnen.
\nNeben dem hier erprobten Einsatz in der atmosph\u00e4rischen Wolkendiagnostik kann das System f\u00fcr die unterschiedlichen Aufgabenstellungen verwendet werden, z. B. in der Pollenanalyse oder bei industriellen Untersuchungen von Lackier- und Spr\u00fchnebeln, bei Einspritzvorg\u00e4ngen und der Analyse von Ru\u00dfpartikeln in Abgasen.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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