Dissertation

1. Einleitung und Motivation 3
maßgeblich dafür verantwortlich, ob eine Messung am Einzelpartikel oder eine
Messung am Partikelkollektiv vorgenommen werden kann. Während bei der Einzelpartikelanalyse
jedes einzelne Partikel klassifiziert und somit eine Partikelgrößenverteilung
ermittelt werden kann, wird bei der Messung am Partikelkollektiv
das Summensignal ausgewertet. Die anschließende Rekonstruktion der Partikelgrößenverteilung
ist ein mathematisch anspruchsvolles Problem [14]. Zur Bestimmung
einer bestimmten Anzahl an Stützstellen der Partikelgrößenverteilung sind
ebensoviele unabhängige Messwerte notwendig. Die Anzahl der Messwerte lässt
sich reduzieren, wenn eine analytische n-parametrige Verteilungsfunktion angefittet
werden kann oder die Bestimmung eines mittleren Durchmessers ausreichend
ist.
Bei der Entwicklung eines opto-fluidischen Gesamtsystems erfolgt ausgehend
von den Anforderungen der Systementwurf und schließlich die Systemintegration.
Während der Arbeit wurden für die Systementwicklung die folgenden Schritte
durchlaufen:
1. Festlegung der Parameter, des Messregimes aus den Anforderungen
2. Auswahl bzw. Entwicklung eines Messprinzips
3. Grobentwurf des Gesamtsystems
4. Feinentwurf der Komponenten
5. Herstellung und Beschaffung der (Test-)Komponenten
6. Test und/oder Simulation der Komponenten
7. Test und/oder Simulation des Gesamtsystems
8. Systemaufbau
9. Messung und Auswertung
Die Modellbildung und -analyse, die den gesamten Entwicklungsprozess begleitet,
nimmt einen hohen Stellenwert ein, da durch ein gutes Modell viele Tests durch
Simulationen ersetzt werden können und das Verständnis für die grundlegenden
Zusammenhänge erlangt wird. Die optische Modellbildung kann allgemein auf
der Grundlage der Strahlenoptik oder der Wellenoptik erfolgen. Nicht immer
bieten komerziell verfügbare Simulationsprogramme die gewünschten Funktionen,
so dass alternative Lösungsmöglichkeiten evaluiert werden müssen.
Während der Arbeit wurde ein integriertes Messsysteme entwickelt und demonstiert,
das nach dem Prinzip der dynamischen Extinktions- und Streulichtmessung
am Partikelkollektiv misst. Hierbei wird neben dem geschwächten transmittierten
Licht auch das gestreute Licht gemessen. Mit Hilfe des Mittelwerts und