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PTB-News, Heft 1 | 2013 Eine Basis für lange Strecken 600-m-Pfeilerstrecke der PTB zur Kalibrierbasis für geodätische optische Entfernungsmesser ausgebaut Besonders interessant für • Hersteller von geodätischer entfernungsmesstechnik • Institute für Ingenieurgeodäsie • Ingenieurbüros • Vermessungsämter Elektrooptische Distanzmesser können auf einer neu ausgestatteten Kalibrierbasis der PTB mit geringer Unsicherheit für Anwendungen unter Umgebungsbedingungen kalibriert werden. Die mit umfassender Umweltsensorik, klimatisiertem Labor und Laserschutzmaßnahmen ausgestatte Strecke bietet zudem Nutzern die Möglichkeit, geodätische Messtechnik bereits im Entwicklungsstadium zu verifizieren und zu optimieren. Erdrutschgefährdete Gebiete, mögliche zukünftige nukleare Endlager, aber auch Regionen mit geowissenschaftlich interessanten tektonischen Eigenschaften werden weltweit mithilfe von geodätischen Netzwerken auf Positions-/ Lageveränderungen überwacht, wobei häufig Änderungen von wenigen zehntel Millimetern pro Jahr detektiert werden sollen. Aber auch im klassischen Vermessungswesen, z. B. zur Katasterarbeit in wertvollen Innenstadtlagen, werden zunehmend entsprechende Anforderungen an die Genauigkeit der Messung gestellt. Dafür werden insbesondere elektrooptische Distanzmesser (EDM) verwendet, zu deren Verifizierung und Rückführung üblicherweise Referenzstrecken dienen. Bei den geforderten Genauigkeiten müssen diverse Einflussfaktoren auf die bei optischen Distanzmessungen verwendete Größe, die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichts, genau kontrolliert werden, etwa Luftdruck, Temperatur und Luftfeuchte. Damit beispielsweise bei einer Messung über eintausend Meter eine Genauigkeit von 1 mm erreicht werden kann, muss die mittlere Temperatur entlang der gesamten zu prüfenden Messstrecke mit einer Genauigkeit von 1 K bekannt sein. Die von der PTB entwickelte, weltweit einmalige Kalibrierbasis ermöglicht erstmals entsprechende Genauigkeiten. Die aus den 1970er Jahren stammende 600-m-Pfeilerstrecke der PTB wurde mit einem umfangreichen kalibrierten Sensornetzwerk ausgerüstet. 60 Temperatursensoren, 6 Feuchtesensoren sowie mindestens 2 Drucksensoren ermöglichen es, die effektiven Parameter entlang des Strahlenweges alle 30 Sekunden mit geringen Unsicherheiten neu zu bestimmen. Auf der Strecke können die wichtigen Korrekturfaktoren eines EDMs unter optimalen Bedingungen rückführbar mit erweiterten Unsicherheiten von 61 µm für die Offsetkorrektur bzw. 8,2 ∙ 10 –7 für die Maßstabskorrektion ermittelt werden. Zur Aufnahme empfindlicher Lichtquellen, die bei Entfernungsmessern der nächsten Generation eingesetzt werden, Ansprechpartner Florian Pollinger Fachbereich 5.4 Interferometrie an Maßverkörperungen Telefon: (0531) 592-5420 E-Mail: florian.pollinger@ptb.de Verifizierung eines EDMs in der Entwicklungsphase auf der 600-m-Kalibrierbasis. Die Pfeiler sind mit Zentrierungen ausgerüstet, die Temperatursensoren mit weißen Schutzhauben versehen. Die Feuchtesensoren sind an den Messhäuschen angebracht. Aus Laserschutzgründen ist der Zaun mit blickdichter Folie verkleidet. ist die Kalibrierbasis am ersten Pfeiler mit einem klimatisierten Laborcontainer ausgerüstet. Die Kalibrierbasis steht auch Vermessungsingenieuren, Firmen und Vermessungsämtern für eigene Messungen zur Verfügung. Wissenschaftliche Veröffentlichung F. Pollinger, T. Meyer, J. Beyer, N.R. Doloca, W. Schellin, W. Niemeier, J. Jokela, P. Häkli, A. Abou-Zeid, K. Meiners-Hagen: The upgraded PTB 600 m baseline: a high-accuracy reference for the calibration and the development of long distance measurement devices. Measurement Science and Technology 23, 094018 (2012) Physikalisch-Technische Bundesanstalt ■ Braunschweig und Berlin 6 Nationales Metrologieinstitut
Mikro-Sensor für Nanokräfte Besonders interessant für • medizinische Forschung • Mikro- und Nanotechnologie Lizenzpartner gesucht technologietransfer Interferometer ermöglicht die Kalibrierung der Auslenkung. Die Entwicklung basiert auf einem mikroelektromechanischen System (MEMS), das lithografisch relativ einfach und kostengünstig hergestellt werden kann. Kleine Kräfte müssen gemessen werden, wenn man etwa die Eigenschaften biologischer Gewebeproben in der Medizin oder neuer funktionaler Oberflächen untersucht. Der neue PTB-Nanokraftsensor besitzt ein Tastelement, dessen Auslenkung über kapazitive Kammsensoren detektiert wird. So können kleine Kräfte bis zu 10 nN erfasst werden. Ein integriertes Objekte an verdeckten Stellen messen Besonders interessant für • Koordinatenmesstechnik • dimensionelle Messtechnik Lizenzpartner gesucht Für hochgenaue Messungen der Dimensionen großer Objekte werden nachführbare Laserinterferometer in Koordinatenmessgeräte eingebunden. Dabei werden die Messpunkte auf der Objektoberfläche angetastet und ihre Position interferometrisch bestimmt. Bei großen Objekten wie z. B. Zahnrädern kann u. U. das Messob- Ein Laserkonverter aus der PTB ermöglicht erstmals die Erzeugung monochromatischer, zeitlich kontinuierlicher, intensiver Strahlung über einen weiten Spektralbereich. Mittels einer optischen jekt selbst den Strahl unterbrechen und dann nicht vollständig gemessen werden. Durch eine zusätzliche Messung, bei der sich das Objekt nicht im Messvolumen Kontinuierliche Strahlung aus Laserpulsen Besonders interessant für • Photovoltaik • Spektroskopie Lizenzpartner gesucht Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme des Sensors Messprinzip des neuen Verfahrens Vorrichtung wird dabei gepulste Strahlung eines Lasers mit ausreichend hoher Repetitionsrate (z. B. 80 MHz) zeitlich homogenisiert. Am Konverterausgang steht ein kontinuierlicher Lichtstrahl zur Verfügung, der über den ganzen Wellenlängenbereich der Quelle schmalbandig bei hoher Brillanz durchstimmbar ist. Das Verfahren ist sehr gut geeignet etwa für die Kalibrierung von Solarzellen oder für spektroskopische Anwendungen, z. B. in der biologisch-medizinischen Analytik. Ansprechpartner Uwe Brand Fachbereich 5.1 Oberflächenmesstechnik Telefon: (0531) 592-5111 E-Mail: uwe.brand@ptb.de befindet, werden zusätzliche Koordinaten erfasst, in einer nachgeschalteten Berechnung der Objektgeometrie berücksichtigt und so systematische Fehler korrigiert. Das Verfahren eignet sich auch zur genauen Erfassung bzw. Positionierung bei Manipulatoren wie Roboterarmen oder Fertigungsmaschinen. Ansprechpartner Frank Härtig Fachbereich 5.3 Koordinatenmesstechnik Telefon: (0531) 592-5300 E-Mail: frank.haertig@ptb.de Ansprechpartner Stefan Winter Fachbereich 4.1 Photometrie und angewandte Radiometrie Telefon: (0531) 592-4140 E-Mail: stefan.winter@ptb.de Ansprechpartner in allen Fragen des Technologietransfers: Bernhard Smandek, Telefon: (0531) 592-8303, E-Mail: bernhard.smandek@ptb.de, www.technologietransfer.ptb.de Physikalisch-Technische Bundesanstalt ■ Braunschweig und Berlin Nationales Metrologieinstitut 7
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