Seidel, Anne (2014)
Tunable diode laser absorption tomography for spatially resolved concentration measurements.
Technische Universität Darmstadt
Dissertation, Erstveröffentlichung
Kurzbeschreibung (Abstract)
Das Ziel dieser Arbeit war es, ein Messinstrument und mathematische Methoden für die zweidimensionale, räumlich aufgelöste Absorptionsspektroskopie auf der Grundlage sehr stark reduzierter Messdaten zu entwickeln. Es stellte sich sehr schnell heraus, dass die Gestaltung wegen der stark variierenden Randbedingungen technischer und wissenschaftlicher Systeme zweckspezifisch sein muss. Deshalb wurde der Schwerpunkt auf eine Anwendung aus dem Bereich der Umweltphysik, genauer der Bodenphysik, gelegt. Es wurde ein Instrument für die Erfassung von Treibhausgaskonzentrationen
in der Boden-Luft-Grenzschicht von tauenden Permafrostböden
entwickelt. Die räumliche Verteilung der Gase, die aus den Bodenstrukturen austreten, soll das Verständnis und die Modellbildung von positiven Rückkopplungsprozessen in der Klimaforschung verbessern.
Das Instrument besteht aus kontinuierlich gescannten Laserstrahlen und kostengünstigen retroreflektierenden Folien. Momentan kann eine Fläche von 0.8×0.8 m2 abgedeckt und mit einer Bildfrequenz von bis zu 2.5 Hz dargestellt werden. Die spektroskopische Methode
Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy (TDLAS) ermöglicht absolute Messungen von Pfad-integrierten Konzentrationen ohne auf Referenz-Gasmessungen zurückgreifen zu müssen. Die Akkuratheit der Konzentrationen, die mit dem scannenden, reflektierenden
Instrument gemessen wurden, wird anhand von Messungen eines homogenen H2O - Feldes ermittelt. Es wird eine Auswahl vielversprechender Rekonstruktionstechniken hinsichtlich der Qualität
des rekonstruierten Bildes, der räumlichen Auflösung und der notwendigen Rechenzeit untersucht. Schließlich werden tomographische Messungen eines definierten Konzentrationsfeldes präsentiert, das durch eine kontrollierte Strömung aus kreisförmigen laminaren Jets generiert wird. Zuletzt werden einige Aspekte des Dynamikumfangs der Konzentrationen, der Strukturgrößen und der Messgeschwindigkeit aufgezeigt.
| Typ des Eintrags: |
Dissertation
|
| Erschienen: |
2014 |
| Autor(en): |
Seidel, Anne |
| Art des Eintrags: |
Erstveröffentlichung |
| Titel: |
Tunable diode laser absorption tomography for spatially resolved concentration measurements |
| Sprache: |
Englisch |
| Referenten: |
Ebert, Prof. Dr. Volker ; Kempf, Prof. Dr. Andreas ; Dreizler, Prof. Dr. Andreas |
| Publikationsjahr: |
22 Juli 2014 |
| Ort: |
Darmstadt |
|
Datum der mündlichen Prüfung: |
22 Juli 2014 |
| URL / URN: |
http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/4480 |
| Kurzbeschreibung (Abstract): |
Das Ziel dieser Arbeit war es, ein Messinstrument und mathematische Methoden für die zweidimensionale, räumlich aufgelöste Absorptionsspektroskopie auf der Grundlage sehr stark reduzierter Messdaten zu entwickeln. Es stellte sich sehr schnell heraus, dass die Gestaltung wegen der stark variierenden Randbedingungen technischer und wissenschaftlicher Systeme zweckspezifisch sein muss. Deshalb wurde der Schwerpunkt auf eine Anwendung aus dem Bereich der Umweltphysik, genauer der Bodenphysik, gelegt. Es wurde ein Instrument für die Erfassung von Treibhausgaskonzentrationen
in der Boden-Luft-Grenzschicht von tauenden Permafrostböden
entwickelt. Die räumliche Verteilung der Gase, die aus den Bodenstrukturen austreten, soll das Verständnis und die Modellbildung von positiven Rückkopplungsprozessen in der Klimaforschung verbessern.
Das Instrument besteht aus kontinuierlich gescannten Laserstrahlen und kostengünstigen retroreflektierenden Folien. Momentan kann eine Fläche von 0.8×0.8 m2 abgedeckt und mit einer Bildfrequenz von bis zu 2.5 Hz dargestellt werden. Die spektroskopische Methode
Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy (TDLAS) ermöglicht absolute Messungen von Pfad-integrierten Konzentrationen ohne auf Referenz-Gasmessungen zurückgreifen zu müssen. Die Akkuratheit der Konzentrationen, die mit dem scannenden, reflektierenden
Instrument gemessen wurden, wird anhand von Messungen eines homogenen H2O - Feldes ermittelt. Es wird eine Auswahl vielversprechender Rekonstruktionstechniken hinsichtlich der Qualität
des rekonstruierten Bildes, der räumlichen Auflösung und der notwendigen Rechenzeit untersucht. Schließlich werden tomographische Messungen eines definierten Konzentrationsfeldes präsentiert, das durch eine kontrollierte Strömung aus kreisförmigen laminaren Jets generiert wird. Zuletzt werden einige Aspekte des Dynamikumfangs der Konzentrationen, der Strukturgrößen und der Messgeschwindigkeit aufgezeigt. |
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Alternatives oder übersetztes Abstract: |
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Alternatives Abstract | Sprache |
|---|
The scope of this work was to develop and implement instrumentation and mathematical methods for two-dimensional, spatially resolved absorption spectroscopic tomography based on a drastically reduced amount of measurement data. Very soon it turned out that design has to be purpose-specific due to the strongly varying boundary conditions of technical and scientific systems. Therefore, it was focussed onto an application from environmental soil science. An instrument for monitoring climate gas concentration in the soil-air boundary layer of thawing permafrost was developed. The spatial distribution of gas that is emitted from soil structures shall enhance the understanding and modelling of positive feedback processes in climate research. The device is based on continuously scanned laser beams and inexpensive retro-reflecting foil. Currently, an area of 0.8×0.8 m2 is covered and can be imaged with up to 2.5 Hz rate. The spectroscopic method Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy (TDLAS) allows for absolute measurements of path-integrated concentrations without the need for any reference-gas measurement. The accuracy of concentrations retrieved from the scanning reflective instrument is investigated with measurements of an homogeneous H2O field. A selection of promising reconstruction techniques is examined regarding reconstructed image quality, spatial resolution and calculation time. Eventually, tomographic measurements of a defined concentration field that is generated by a controlled flow from circular laminar jets are presented. The reconstructed images are compared to the approximately known concentration fields. Aspects of the instruments’
dynamic range of concentrations, structure sizes and measurement speed are illuminated. | Englisch |
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| Freie Schlagworte: |
Tomographie, Absorptionsspektroskopie |
| Schlagworte: |
| Einzelne Schlagworte | Sprache |
|---|
| tomography, absorption spectroscopy | Englisch |
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| URN: |
urn:nbn:de:tuda-tuprints-44805 |
| Sachgruppe der Dewey Dezimalklassifikatin (DDC): |
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften und Maschinenbau |
| Fachbereich(e)/-gebiet(e): |
16 Fachbereich Maschinenbau
16 Fachbereich Maschinenbau > Fachgebiet Reaktive Strömungen und Messtechnik (RSM) |
| Hinterlegungsdatum: |
03 Mai 2015 19:55 |
| Letzte Änderung: |
03 Mai 2015 19:55 |
| PPN: |
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| Referenten: |
Ebert, Prof. Dr. Volker ; Kempf, Prof. Dr. Andreas ; Dreizler, Prof. Dr. Andreas |
|
Datum der mündlichen Prüfung / Verteidigung / mdl. Prüfung: |
22 Juli 2014 |
| Schlagworte: |
| Einzelne Schlagworte | Sprache |
|---|
| tomography, absorption spectroscopy | Englisch |
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| Export: |
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