Dissertation

3. Methoden der integrierten Partikelmesstechnik 41
zu erhalten.
T = e −const(LΦ M )
(3.32)
Zunehmende Partikelgrößen und abnehmende Messlängen stellen somit wichtige
Begrenzungsparameter dar, die die Einsetzbarkeit der Streulicht- und Transmissionsmessung
einschränken.
3.5. Signal-Rausch-Verhältnis
Um einzuordnen wie gut das Signal eines Einzelpartikels oder eines Partikelkollektivs
ist, kann man das Signal-Rausch-Verhältnis (signal to noise ratio - SNR)
heranziehen. Dazu wird die Differenz zwischen der mittleren Leistung des Nutzsignals
und der mittleren Leistung des Hintergrundsignals zur mittleren Rauschleistung
des Hintergrundsignals ins Verhältnis gesetzt:
SNR =
Signal − Hintergrundsignal
Standardabweichung des Hintergrundsignals . (3.33)
Ein Signal-Rausch-Verhältnis von 3 wird üblicherweise [39–41] als untere Grenze
für eine akkurate Messung angesehen. Damit ergibt sich sich die Nachweisgrenze
bei der Massekonzentration Φ M , für die sich ein SNR von 3 ergibt. In den
Kapiteln 4.5 und 5 wird das SNR zur Bewertung der Signale herangezogen.
3.6. Zusammenfassung des Kapitels
Die ermittelten Amplitudenstreufunktionen der drei Teststäube sind in einem
Winkelbereich zwischen 4 und 160° parallele Kurven, die mit dem Kehrwert der
Sauterdurchmesser der Teststäube skalieren. Die Messung des Mittelwertes und
der Standardabweichung des Streulichtes und des Tranmissionsgrades verspricht
die Bestimmung der Partikelmassekonzentration und des Sauterdurchmessers.
Durch Monte-Carlo-Raytracing lässt sich die Streuung an einem Partikelkollektiv
simulieren. Auf diese Weise ist die Simulation des Verhaltens eines optischen
Gesamtsystems, das Volumenstreuer enthält und mit Hilfe der Strahlenoptik modelliert
werden kann, durch die Verwendung von Raytracing-Programmen möglich.
Für die Analyse optischer Gesamtsysteme in ASAP unter Verwendung der
Mie-Theorie stehen alle benötigten Daten zur Verfügung.
Für Partikel (n p = 1, 45 in Wasser bei 850 nm) unterhalb 10 µm verspricht
die Streulicht- oder Transmissionsanalyse gute Ergebnisse. Da aber sowohl das
Streulicht als auch die Transmission vom Kehrwert des Sauterdurchmessers abhängt,
nimmt bei gleichbleibender Massekonzentration das Signal mit zunehmendem
Partikel- bzw. Sauterdurchmesser ab, d.h. die Nachweisgrenze steigt an. Mit
zunehmender Partikelgröße sammelt sich das Streulicht um die optische Achse
herum, so dass man den Detektionsbereich zu kleineren Winkeln hin erweitern