Thomas Thurner,
"Lokale Dehnungsmessung mit Objektiven Laser Speckles"
, 8-2004
Original Titel:
Lokale Dehnungsmessung mit Objektiven Laser Speckles
Sprache des Titels:
Deutsch
Original Kurzfassung:
Objektive Laser Speckle Verfahren ermöglichen Dehnungsmessungen an optisch rauen Oberflächen mit hoher Auflösung. Im Vergleich zu alternativen Methoden ergeben sich neue Anwendungsmöglichkeiten bedingt durch das Messprinzip, welches die kontaktlose direkte Messung der Dehnung an kleinen Oberflächenbereichen ermöglicht. Die vorliegende Arbeit beruht auf einer fundierten theoretischen Abhandlung, die Bereiche der kohärenten Optik, der Datenerfassung und der Signalverarbeitung zu einem Messprinzip kombiniert. Besonderes Augenmerk wird dabei auf eine theoretische Begründung von im praktischen Messexperiment beobachteten Dekorrelationen im Specklemuster, sowie auf die mathematische Beschreibung von praktisch relevanten Beleuchtungsgeometrien gelegt. Ausgehend von den theoretischen Überlegungen lassen sich wichtige Systemparameter für eine praktische Realisation des Verfahrens angeben und optimieren. Der Einfluss moderner Sensorik bei der messtechnischen Erfassung der Specklemuster wird ausführlich diskutiert. Die praktische Anwendbarkeit des beschriebenen Messprinzips wird anhand von zwei optisch verschiedenen Messanordnungen diskutiert. Für einen konkreten Messaufbau wurden praktische Starrkörper-Verschiebungsmessungen und thermische Ausdehnungsmessungen an einer Aluminiumprobe durchgeführt, die schließlich unter Einbeziehung der erarbeiteten theoretischen Ergebnisse die praktische Anwendbarkeit des Messprinzips zur technischen Dehnungsmessung untermauern.
Sprache der Kurzfassung:
Deutsch
Englischer Titel:
A Local Strain Measurement by Objective Laser Speckle Technique
Englische Kurzfassung:
Measurement techniques based on objective laser speckle tracking allow for the measurement of strain within optically rough surfaces with high sensitivity. When compared to alternative techniques the speckle-based principle offers some great advantages, like its contactless character and its ability to operate locally and to measure surface strain directly. This thesis discusses in detail the theoretical basis of the sensor principle setting out from the optical basis - the coherent optics - continuing on with the digital signal processing part leading to a practical sensor design by focusing on novel theoretical investigations of decorrelation effects during measurement cycles and also on the consideration of practically relevant illuminating conditions in the theory. Valuable design parameters for a practical realization of the principle are obtained from theoretical derivations detailed in this work. The investigation of the speckle pattern acquisition by a camera device allows for a discussion of novel signal processing approaches utilizing image processing techniques. The implementation of a strain sensor based on objective speckle tracking is furthermore discussed for two different optical set-ups. Measurements of rigid body displacement and thermal expansion of an aluminum plate were carried out with a single-beam set-up. The obtained measurement results are shown to be in good agreement with the theoretical derivations obtained in the thesis.