Patente nach Kategorie

Das Ziel der magneto-optischen Falle (MOT) ist das zuverlässige Einfangen und Kühlen von Atomen mit Laserlicht. Jede atomare Spezies benötigt eine spezielle Laserwellenlänge, manche sogar mehrere. Kompakte Geometrien erzeugen alle benötigten Laserstrahlen aus einem einzigen einfallenden Strahl mittels diffraktiver oder reflektiver Elemente.

Das neue Konzept der PTB kombiniert die Vorteile dieser beiden Ansätze zu einer achromatischen quasi-planaren Atomfalle.

Zur Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit prägt man der Probe einen definierten Wärmestrom auf. Der resultierende Temperaturgradient ist dann das Maß für die genannte Größe. Der Temperaturgradient führt immer auch zu einem Dichteunterschied in der Probe. Fluide Proben reagieren darauf generell mit natürlicher Konvektion, was zu erheblichen Messabweichungen führen kann.

Die Konvektion des Probefluids während einer Messung ließ sich bisher nur unter Schwerelosigkeit (z.B. im Fallturm) vermeiden. Allenfalls begrenzen lässt sie sich, wenn man bei geringen Temperaturdifferenzen (geringer Dichteunterschied) misst, bei kleinen Schichtdicken (Rayleigh-Kriterium) oder nur kurzzeitig nach einem transienten Messverfahren (Beharrungsvermögen der Fluidteilchen). Diese Vorkehrungen führen indes zu entsprechend geringeren Nutzsignalen, was sich negativ auf die Messunsicherheit auswirkt. Das vorgeschlagene Verfahren ermöglicht die Bestimmung der genannten Größe ohne Konvektion während der Messung. Hierzu lässt man das Probefluid bis zur Sättigung in ein geeignetes poröses Material (z.B. Laborglasfilter (Fritte)) strömen, das vorher evakuiert worden ist. Dann misst man die Wärmeleitfähigkeit des Gas- oder flüssiggefüllten porösen Materials. Die Wärmeleitfähigkeit des Probefluids erhält man mit Hilfe einer Kalibrierkurve (s.u.). Diese Kurve lässt sich mit einem einfachen mathematischen Zusammenhang erzeugen aus Kennwerten des porösen Materials (Wärmeleitfähigkeit, Porosität).

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur experimentellen Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit von Feststoffen, Fluiden und Schüttgütern. Die Messung erfolgt mit mindestens zwei in die Probe eingebetteten Temperaturfühlern, von denen mindestens einer aktiv, das heißt elektrisch beheizt ist. Bei bekannter Heizleistung des aktiven Fühlers stellt die praktisch zeitunabhängige Differenz des zeitlichen Temperaturanstiegs je zweier Fühler das Maß für die gesuchte Größe dar.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur experimentellen Bestimmung der Temperaturleitfähigkeit (TLF) von Feststoffen, Fluiden und Schüttgütern. Die Messung erfolgt mit einer in die Probe eingebetteten Jouleschen Wärmequelle und mindestens einem Temperaturfühler in bekanntem Abstand von der Quelle. Bei impulsförmiger Heizleistung der Wärmequelle stellt die zeitliche Differenz des Temperaturmaximums des Fühlers zum Startimpuls das Maß für die gesuchte Größe dar. Zweckmäßigerweise wird man zwei Temperaturfühler in bekannten unterschiedlichen Abständen zum Heizer verwenden und die Zeitdifferenz zwischen den beiden Temperaturmaxima als Maß für die TLF nutzen.

Ein Sensor zur Messung der Wärmeleitfähigkeit einer Probe nach dem Heizstreifenverfahren, bei dem ein Heizstreifen durch einen durchfließenden elektrischen Strom erhitzt und der elektrische Widerstand zweier unterschiedlicher Längen des Sensors bestimmt wird, ermöglicht eine sehr genaue Messung mit ausreichend großen Messsignalen dadurch, dass der Heizstreifen durch einen ersten, einen ersten Heizkreis bildenden Leiterstreifen mit zwei Anschlüssen und durch einen zweiten, einen zweiten Heizkreis bildenden Leiterstreifen mit zwei Anschlüssen gebildet ist, wobei die beiden Heizkreise durch einen schmalen Spalt elektrisch voneinander getrennt sind, sich jedoch thermisch zu dem Heizstreifen mit einer vorgegebenen Gesamtlänge und einer vorgegebenen Breite ergänzen.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen einer thermischen Transportgröße einer Probe, mit den Schritten (a) Beaufschlagen der Probe mit einer zeitlich konstanten Heizleistung in einer linearen Wärmeeinleitstelle, (b) Erfassen einer zeitabhängigen Temperaturdifferenz zwischen einer ersten Temperaturmessstelle in einem ersten Abstand zur Wärmeeinleitstelle und einer zweiten Temperaturmessstelle in einem zweiten Abstand zur Wärmeeinleitstelle zu mehreren Zeitpunkten.

Bisher erfolgte die Kalibrierung stets bei definierten konstanten Durchflüssen. Diese müssen gegenwärtig über komplexe Regelmechanismen voreingestellt werden. Das neue Verfahren schlägt die Verwendung von Kavitationsdüsen vor, die dadurch gekennzeichnet sind, dass bei der Überschreitung einer Druckdifferenz zwischen Eintritts- und Austrittspunkt der Düse durch den Effekt der Kavitation der Durchfluss auf einen konstanten Wert beschränkt wird. Es handelt sich also um ein selbstregelndes System, das mit deutlich weniger apparativem Aufwand und verbesserten Parametern die Kalibrierung von Durchflussmessgeräten gestattet.

Die Erfindung betrifft einen Trommelgaszähler mit einem Gehäuse und einer Messtrommel, die eine Längsachse aufweist, in dem Gehäuse um die Längsachse drehbar gelagert ist, und eine Mehrzahl von Messkammern aufweist, die durch Trennwände voneinander getrennt sind und durch wenigstens ein Begrenzungselement in bezüglich der Längsachse radialer Richtung begrenzt sind, der dadurch gekennzeichnet ist, dass die Trennwände mit dem wenigstens einen Begrenzungselement wenigstens abschnittsweise einstückig ausgebildet sind.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines Gasstroms, das folgende

Schritte umfasst:

a) Zuführen eines Gasstroms zu einer Düse durch eine Rohrleitung;

b) Leiten des Gasstroms durch die Düse, so dass sich Strom aufwärts

der Düse ein Eingangsdruck p1 einstellt;

c) Leiten des Gasstroms durch einen stromabwärts der Düse angeordneten Diffusor;

d) Einstellen eines Ausgangsdruckes p2 stromabwärts des Diffusors derart, dass die Düse kritisch betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass

e) der Gasstrom vor dem Leiten durch die Düse durch einen Pfropfen geleitet wird, der aus einem für den Gasstrom durchlässigen Material besteht, in der Rohrleitung angeordnet ist, und einen Querschnitt der Rohrleitung vollständig ausfüllt.

Die Erfindung betrifft eine Wechselstromquelle mit einem Einzelelektronentunnelbauteil und einer Frequenzquelle, insbesondere einer Spannungsquelle, zum Abgeben einer elektromagnetischen Welle, wobei die Frequenzquelle so mit dem Einzelelektronentunnelbauteil gekoppelt ist, dass das Einzelelektronentunnelbauteil eine elektrische Stromstärke abgibt, der auf eindeutige Weise von einer Frequenz der elektromagnetischen Welle abhängt, und wobei die Frequenzquelle eingerichtet zum Abgeben einer zeitlich auf vorbestimmte Weise variierenden Frequenz, so dass das Einzelelektronentunnelbauteil eine Wechselstromstärke definierter Wechselstromfrequenz abgibt.

Kraftmesseinrichtungen messen entweder Zug- oder Druckkräfte und müssen für den jeweils anderen Betriebszustand umgerüstet werden. Bei der neuen PTB-Umlenkeinrichtung entfallen diese Umrüstzeiten. Dadurch sind neuartige und somit schnellere Kalibrierungen auch für den gesamten Zug- Druckkraft Messbereich mit Nulldurchgang möglich. Ein weiterer Vorteil z.B. bei hochgenauem Messen ist, dass nur eine gemeinsame Klimakammer für Zug- und Druckmessungen benötigt wird. Das Umlenkprinzip kann für Kraft-Messeinrichtungen mit direkter Massewirkung, Hebel- oder hydraulischer Übersetzung, Referenzaufnehmer und andere Prinzipen aber auch Werkstoffprüfmaschinen eingesetzt werden.

Das hier beschriebene Prinzip ist zunächst für Direktbelastungsmaschinen konstruiert, kann aber auch durch geeignete Konstruktion auf andere Maschinentypen übertragen werden. So werden auch in Maschinen mit hydraulischer Übersetzung oder auch mit Hebelübersetzung Zug- und Druckkraftkalibrierungen in einem Einbauraum möglich.

Die Erfindung betrifft eine Orchester-Schallschutzvorrichtung, die ausgebildet ist zum Abschirmen eines Orchestermusikers gegen Schallimmissionen, mit einem Rückenelement, das zumindest im Wesentlichen vertikal verläuft, und einem Kopfteil, das oberhalb des Rückenelements angeordnet ist und mit dem Rückenelement einen Kopfteil-Winkel bildet, wobei das Rückenelement so ausgebildet ist, dass zumindest drei Orchester-Schallschutzvorrichtungen so Seite an Seite bündig aneinander anordenbar sind, dass die Rückenelemente eine durchgehende Wand bilden. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass, wenn die Orchester-Schallschutzvorrichtung mit zwei baugleichen Orchester-Schallschutzvorrichtungen so Seite an Seite bündig aneinander angeordnet ist, dass die Rückenelemente eine durchgehende Wand bilden, die Kopfteile eine von zumindest zwei Ausnehmungen unterbrochene Anordnung bilden.

Die verlässliche, quantitative Messung von Ausgasraten von Vakuumkomponenten hat in den letzten Jahren erheblich an Bedeutung gewonnen. Mit der neuen Referenzausgasungsprobe der PTB lassen sich solche Ausgasratenmesssysteme kalibrieren und auf ein nationales Normal rückführen. Durch die kompakte Bauweise findet die Referenzausgasungsprobe in vielfältigen Einsatzszenarien Verwendung.

Detektoranordnung zum Leiten elektromagnetischer Strahlung aus einer optischen Faser auf einen Detektor, wobei ein Austrittsende der optischen Faser mit einer Austrittsfläche und eine Detektorfläche des Detektors in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse wenigstens so weit mit einem für elektromagnetische Strahlung einer gewünschten Wellenlänge transparenten, nicht-gasförmigen Material gefüllt ist, dass elektromagnetische Strahlung, die aus der Austrittsfläche des Austrittsendes der optischen Faser austritt, direkt in das Material eintritt und von dem Material direkt auf die Detektorfläche fällt.

Ein neuartiges Verfahren ermöglicht Software-gestützt eine deutlich verbesserte Kalibrierung von Mehrelementsensoren (FPA) und bildgebenden Systemen (Kameras). Bei flächigen Strahlungsquellen kann zusätzlich eine gezielte Ansteuerung von Flächenelementen zu einer bisher nicht erreichbaren Flächenhomogenität führen.

Das Verfahren dient zur Kalibrierung einer Heizdrahtsensorik zum Einsatz in der Durchflussmessung von Gasen. Dabei wird der Sensor genutzt, um gleichzeitig die Strömungsgeschwindigkeit eines Gasgemisches und die Gaszusammensetzung dieses Gemisches zu bestimmen. Es eignet sich für punkt- bzw. linienförmige Wärmequellen. Da bei derzeitig hergestellten Sensoren die Strömungsparameter stark von der Form des Messkanals abhängen, wird ein Formfaktor zur Kalibrierung benötigt. Der Formfaktor muss für die Sensoren in einem mehrstufigen Verfahren bestimmt werden. Hierzu wird die Messanordnung nacheinander mit verschiedenen, ruhenden Probegasen betrieben, deren Temperaturleitfähigkeiten hinreichend präzise bekannt sind. Aus den experimentell ermittelten Laufzeiten bestimmt das Verfahren den zugehörigen Formfaktor.

Zur Messung von Geschwindigkeitsverteilungen von strömenden Fluiden werden laseroptische Messsysteme verwendet. Sie können rückwirkungsfrei und mit hoher Genauigkeit Strömungszustände erfassen. Eine hohe Bedeutung wird dabei der Stereo Particle Image Velocimetry (SPIV) zugeschrieben. Mit ihr ist es möglich, alle drei Strömungskomponenten eines Strömungszustandes über einen großen Bereich gleichzeitig zu erfassen.

Düsen und Blenden werden im Bereich der Durchflussmessung von Gasen eingesetzt. Oberhalb eines geeigneten Druckverhältnisses zwischen Eingangs- und Ausgangsdruck an der Düse stellt sich ein kritischer Zustand ein, bei dem der Volumenstrom unabhängig vom Druck hinter der Düse ist. Durch die neue PTB-Sensorik kann dieser Zustand detektiert werden, um den Energieaufwand für die Differenzdruckerzeugung entscheidend zu minimieren.

Magnetfeld-Fluktuations-Thermometer (MFFT) sind SQUID-basierte Rauschthermometer die bei tiefen Temperaturen (typisch unterhalb von 5 K) eingesetzt werden. Sie detektieren die Fluktuationen des Magnetfeldes an der Oberfläche eines elektrisch leitenden Körpers („Temperatursensor“), die mit den im Inneren fließenden, thermisch angeregten Strömen verknüpft sind. Durch den neuen, vollständig berechenbaren Sensor ist es erstmals möglich, mit dem pMFFT direkt thermodynamische Temperaturen zu messen, wodurch die sonst nötige Rückführung auf die internationalen Temperaturskalen ITS-90 und PLTS-2000 entfällt.

In vielen Rohrleitungs-, Schauglasarmaturen oder optischen Zugängen gibt es bauartbedingte Hochpunkte und Toträume, in denen sich Luft befinden kann. Im Betrieb von verfahrenstechnischen Anlagen, Kraftwerken oder Strömungs-Messsystemen ist häufig eine vollständige Entlüftung, beziehungsweise Minimierung der eingeschlossenen Luftmenge unerlässlich. Durch das neue PTB-Verfahren wird die eingeschlossene Luft im Betrieb der Armatur automatisch durch die Hauptströmung abgesaugt.

Für Volumenstrommessungen mithilfe der Laser-Doppler-Anemometrie (LDA) muss das Geschwindigkeitsprofil innerhalb der Rohrleitung bestimmt werden. Dazu werden die Fluidgeschwindigkeiten an mehreren Messpositionen innerhalb des Rohres vermessen. Die Geschwindigkeitsinformation ist auf eine Kalibrierung des Interferenzstreifenabstandes an einem Geschwindigkeitsnormal rück-führbar. Durch die neue PTB-Erfindung wird die Messunsicherheit der Positionsbestimmung deutlich verringert, da nun auch Informationen über die Geometrie und die Brechungsindizes des optischen Zugangs messtechnisch direkt vor Ort erfasst werden.

Zur Messung der Kraft werden im Bereich von mittleren (10 kN) bis sehr großen Kräften (größer als 10 MN) mehrere kalibrierte Kraftaufnehmer zu einem Build-up- Messsystem zusammengeschaltet. Durch steigende Anforderungen, insbesondere bei der Realisierung von großen Kraftaufnehmern bis zu 50 MN, gewinnt die Reduzierung der Messunsicherheit dieser Systeme zukünftig immer mehr an Bedeutung. Durch die spezielle Geometrie der biegeneutralen Druckverteilerplatte kommt die neue PTB-Technologie ohne aufwändige Kompensationsmechanismen aus. Trotz Verformung an den relevanten Kontaktstellen zum Kraftmessgerät tritt kein Biegewinkel auf.

Das neuartige Auswerteverfahren beschreibt die Ermittlung von Korrekturfaktoren für thermische Gassensoren. Es eignet sich besonders für das gesamte PTB-Patentportfolio, bei dem aus Wärmeleitfähigkeit und Temperaturleitfähigkeit der Durchfluss und die Gaszusammensetzung bestimmt werden. Durch einen Strömungskanal fließt dabei innerhalb der Sensorik das Messgut. Durch das Patent werden die physikalischen Bedingungen an der Grenzschicht zur Kanalwand berücksichtigt.

Überall dort wo Flächensensoren kalibriert werden müssen, von der Thermografie bis hin zu Herstellern von Kameras im Konsumgüterbereich ist die computergestützte Kalibriemethode der PTB anwendbar. Sind bei Flächenemittern die einzelnen Emitterzellen getrennt ansteuerbar, so erlaubt das Verfahren die direkte Homogneisierung der Quelle. Die übliche Abrasterung des Emitters mittels eines Einzelsensors kann völlig unterbleiben. Die PTB-Erfindung ermöglicht die Realiserung von einzigartig homogenen Strahlquellen bei gleichzeitiger Reduzierung der Kalbrierzeit.

Ultraschall wird als therapeutische Maßnahme in der Medizin für vielfältige Anwendungen wie die Zerstörung von Nierensteinen oder von Tumoren verwendet. Mit dem neuen Verfahren der PTB kann eine rückführbare räumliche Kalibrierung z. B. von hochintensiven therapeutischen Ultraschallgeräten durchgeführt werden.  Auf Basis von thermochromen Folien, die ihre Farbe bei Wärmeeintrag durch Ultraschall ändern, können gerätespezifische Kalibrierfaktoren in einem mehrstufigen Prozess mit geringem Aufwand ermittelt werden.

Der neue Miniatur-Gassensor der PTB bestimmt nicht nur präzise den Volumenstrom eines beliebigen Gases, sondern identifiziert dieses auch noch. Hierzu misst er die Wärmeleitfähigkeit, Temperaturleitfähigkeit und spezifische Wärme innerhalb einer Zehntelsekunde. Ein Milliliter Gas genügt bereits.

Der neue Miniatur-Gassensor der PTB bestimmt nicht nur präzise den Volumenstrom eines beliebigen Gases, sondern identifiziert dieses auch noch. Hierzu misst er die Wärmeleitfähigkeit, Temperaturleitfähigkeit und spezifische Wärme innerhalb einer Zehntelsekunde. Ein Milliliter Gas genügt bereits.

Zur genauen Bearbeitung von Silizium-Wafern muss deren Orientierung der Kristallrichtung erkannt werden. Die neue PTB-Erfindung verbessert das Bestimmungsverfahren für <110>-Wafer durch eine zusätzliche Lichtdetektion spezieller Teststrukturen auf der Oberfläche und ermöglicht erstmals einen automatisierbaren Bestimmungsprozess. Damit wird die Kristallrichtung mit sehr hoher Genauigkeit bestimmbar und die Wafer können so präziser für Bearbeitungsmaschinen ausgerichtet werden. Das Verfahren ist zudem einfach in bestehende Anlagen integrierbar.

Der neue Miniatur-Gassensor der PTB bestimmt nicht nur präzise den Volumenstrom eines beliebigen Gases, sondern identifiziert dieses auch noch. Hierzu misst er die Wärmeleitfähigkeit, Temperaturleitfähigkeit und spezifische Wärme innerhalb einer Zehntelsekunde. Ein Milliliter Gas genügt bereits.
 

Die anvisierten Strukturverkleinerungen in der next-generation-Lithographie (NGL) stellen die klassischen metrologischen Messmethoden vor immense Herausforderungen. Die vielversprechende Röntgenkleinwinkelstreuung erzeugt für die Charakterisierung kleinster Waferstrukturen  noch einen zu großen Beleuchtungsfleck und störende Überlagerungen typischer Streureflexe. Die PTB-Forscher umgehen diese Probleme durch ein trickreiches Neu-Design des Messfeldes, welches mit verbessertem Rausch-Signal-Verhältnis überzeugt und Messungen für 13,5nm-Belichtungsanlagen ermöglicht.

Bei einem der Verfahren zur Neudefinition des Kilogramms werden hochreine Kugeln aus Siliziumeinkristallen verwendet (Avogadro-Projekt). Zur Fertigungsüberwachung der Kugeln wurde ein neues Interferometer entwickelt. Die neue Messapparatur der PTB besteht aus zwei getrennten Interferometern zur Längenbestimmung, die die Kugel aus zwei genau gegenüberliegenden Positionen vermessen. Durch eine Drehung der Kugel wird das Durchmesser-Profil am Äquator bestimmt und Formfehler im unteren nm-Bereich erkannt. Das Verfahren ist zuverlässig und kostengünstiger als bestehende Systeme und führt zu schnellen Messergebnissen.

Der effektive Radius zwischen einer Wärmequelle und eines Thermosensors folgt keiner Konstanten. Messungen an Prüflingen mit einer großen Wärmeleitfähigkeit zeigen, im Gegensatz zu Prüflingen mit kleiner Wärmeleitfähigkeit, einen unterschiedlichen effektiven Radius, was zu unerwünscht großen Messunsicherheiten führt. Beim neuen miniaturisierten Messsensor der PTB ist deswegen das Heizelement und der Temperatursensor voneinander getrennt. Dabei umgibt eine spiralförmige Struktur das Thermoelement (s. roter Punkt im Bild) von mindestens zwei Seiten. Dadurch entsteht ein homogenes Wärmefeld um den Sensor, was zu einer geringeren Messunsicherheit führt.

Bei taktilen Messungen im nm-Bereich (z.B. Rasterkrafmikroskopie) müssen senkrechte Auslenkungen des Cantilevers beim Abtasten der Testoberfläche mit hoher Genauigkeit bestimmt werden. Der neue PTB-Prüfkörper für kleine Kräfte erfüllt diese Anforderung. Er besteht aus einer Referenzoberfläche mit definierter Lücke, unter der ein, über eine MEMS-Einheit, gesteuerter Stempel angebracht ist. Zur Kalibrierung, die ohne elektronische Ansteuerung funktioniert, fährt die zu untersuchende Testspitze über die Oberfläche und Vertiefung. Nicht nur Rasterkraftmikroskope, sondern auch andere Tastschnittmessgeräte mit Steifigkeiten im Bereich 1 mN/m bis zu 25 kN/m können mit dem neuen Kraft-Transfernormal kalibriert werden.

Die Zahl der deutschen Arbeitsplätze, an denen mit Ultraschall gearbeitet wird, ist durch den zunehmenden Einsatz von Ultraschallreinigungsanlagen, Schweiß- und Schneidemaschinen stetig steigend. Um zu der gesetzlich geforderten Gefährdungsbeurteilung dieser Arbeitsplätze zu gelangen ist es erforderlich den Lärm an diesen Arbeitsplätzen zu messen und zu beurteilen. Derzeitige Messmethoden sind hier ungenügend. Das Ultraschallpegelmesssystem ist für den mobilen Einsatz ausgelegt und entspricht den Bedingungen an den praktischen Einsatz an Arbeitsplätzen und ermöglicht gleichzeitig eine rückführbare Messung.

Zur Kalibrierung von kleinen Durchflüssen (<0,1 ml/min) wird in der PTB ein Kolbensystem zur volumetrischen Durchflussbestimmung aufgebaut, bei dem   oberhalb der Dichtung des vertikal verfahrenden Kolbens eine Flüssigkeit mit geringem Dampfdruck eingebracht werden kann.

Die bei diesem Messprozess üblicherweise entstehenden Unsicherheiten durch thermische Einträge werden minimiert. Ein optischer Kanal (grün) ermöglicht über die Detektion der Höhe des Flüssigkeitspegels in zwei Sichtfenstern zusätzlich das Aufspüren von Undichtigkeiten im System. Durch dieses neue Verfahren zur Kalibrierung von Gasdurchflussmessgeräten werden so geringere Unsicherheiten erzielt.

Die Kalibrierungen von Höchstfrequenzelektronik, wie z. Bsp. ultraschnelle Photodioden oder High-End-Osziloskopen, mit einer Bandbreite von bis zu 100 GHz für IKT-Anwendungen werden routinemäßig an einem Primärnormal in der PTB im Kundenauftrag durchgeführt. Hierzu müssen die hochpreisigen Systeme in die PTB verbracht werden. Eine direkte Prüfung in den Zwischenzeiträumen ist gegenwärtig durch Anwender und Hersteller solcher Systeme nicht möglich. Die PTB hat jetzt ein schuhkartongroßes Spannungspulsnormal entwickelt, dessen Emissionseigenschaften an dem Primärnormal kalibriert und dann in einer Datenmatrix abgelegt werden. Damit ist der Einsatz eines rückgeführten Pulsstandards, z. Bsp. für die Vermessung der Übertragungseigenschaften der 100 GHz Systeme auch am Ort des Anwenders oder Herstellers möglich. Dieses System kann als Transfernormal eines Pulsgenerators mit Frequenzkomponenten deutlich jenseits von 100 GHz betrachtet werden. Es ermöglicht eine erhöhte Messrichtigkeit bei den Anwendern, ohne die typischerweise jährliche Primärkalibrierung, überflüssig zu machen. Konzeptbeschreibung, Stücklisten und Layout-Diagramme können über eine Lizenz erworben werden.

Die Bestimmung der Temperatur- und Wärmeleitfähigkeit an einem Punkt ist für vielfältige Anwendungen in der Ma-terialanalyse von entscheidender Bedeutung. Bislang war es schwierig Temperatur- und Wärmeeffekte in diesem Größenbereich genau zu bestimmen. Durch das neue in der PTB entwickelte System, dem Hotpoint-Sensor kann die Messsonde flexibel an die jeweilige Messanforderung angepasst werden. Aufgrund des geringen Platzbedarfs lassen sich erstmals auch Messungen an kleineren Ob-jekten mit geringen Dimensionen realisieren.

In der Holzernte werden zunehmend Harvester bzw. Holzvollernter eingesetzt. Sie verfügen über eine Vorschubeinrichtung, die Baumstämme in Stücke teilt. Für eine bessere Qualitätsanalyse der Stämme, entwickeln PTB-Forscher ein verbessertes Aggregat im Arbeitskopf des Harvesters. Dies ermöglicht erstmals eine topografische Vermessung bzw. Vollkonturmessung und eine Ermittlung der Baumstammkrümmung. Hierfür liefern mehrere Ultraschallsensoren die nötigen Daten, die eine Software zu einem "Vollkonturscan" zusammenführt. Damit lassen sich verlässliche Angaben über die Qualität und den Wert des Holzes, schon während der Ernte, machen. (Foto: Copyright stockddvideo-fotolia.com)

Derzeit werden Ebenheitsmessungen hauptsächlich mit teuren Autokollimatoren oder Interferometern realisiert. Die PTB-Erfindung „Tiltmeter-EADS“ (Exact Autocollimation Deflectrometric Scanning) ermöglicht die Vermessung der Oberflächentopografie großer Flächen ohne solche komplexen optischen Systeme. Der vereinfachte Aufbau der PTB-Technologie verwendet einen Autokollimator lediglich als Nullinstrument, während die eigentliche Messung bzw. die Neigungsbestimmung des Probentisches über ein Tiltmeter ausgeführt wird. Damit greifen die Forscher auf einfachere Komponenten zurück, um schnellere und präzisere Messergebnisse zu erhalten. Der neue Aufbau ermöglicht zudem eine Kostenreduktion gegenüber herkömmlichen Systemen.

Derzeitig verfügbare Magnetkraftmikroskope detektieren die Phasenverschiebung der periodisch angeregten Cantileverspitze. Bei Distanzänderung zur magnetisierten Oberfläche verschiebt sich die Resonanzfrequenz des schwingenden Cantilevers auf Grund der sich ändernden Wechselwirkungen. Wird die Anregungsfrequenz konstant gehalten und die Antasthöhe nachgeregelt, kommt es zu einer Verschiebung der Phasendifferenz zwischen anregender und gemessener Schwingung, die als Messsignal aufgezeichnet wird.

Die neuartige Software PhDiffA wertet die Rohdaten des Systems aus und analysiert die Phasendifferenzen sehr genau über eine exakte Berechnung der Zeitmarken im Vergleich zu dem als Referenz dienenden Cantilever-Anregungssignal.

Die Zero-Crossing-Methode betrachtet hierbei Nulldurchgänge und die Peak-Detection-Methode die Extremwerte der Phasensignale. Zusätzlich ist in PhDiffA mit der Digital-Lock-in-Methode eine frequenzselektive Auswertung integriert.

Die PTB entwickelt 3D-Mikrotaster für die Oberflächenmesstechnik von Mikrostrukturen. Dabei wurden bisherige Tastergeometrien entscheidend verändert. Insbesondere erreicht das neue Design des Mikrotasters eine relativ große Steifigkeit. Mit der damit verbundenen hohen Resonanzfrequenz wirken sich Schwingungen, angeregt durch die Bewegungen der Koordinatenmessmaschine, kaum auf den Taster aus. Durch die große Steifigkeit führen kleine Auslenkungen schon zu einem großen Ausgangssignal und damit zu einem guten Signal-Rausch-Verhältnis. Zusätzlich ist die Steifigkeit des Systems isotrop; in allen drei Raumrichtungen ist es auf einen gleichmäßigen Wert von 6000 - 8000 N/m eingestellt. Hierdurch lässt sich die Auflösung entscheidend steigern. Die Mikrotaster können in einer neuartigen Wechseleinrichtung auf den Tastköpfen sehr einfach ausgewechselt werden und bestechen somit durch kurze Rüstzeiten. Die Bauteile sind hoch präzise, aber aufgrund der einfachen Herstellung zu geringen Kosten austauschbar.

Ein neues Messverfahren ermöglicht durch Nutzung einer Rb-Gaszelle den Aufbau eines Quantensensosr für Geschwindigkeitsmessung. Dabei wird die Phase des rückreflektierten Probenstrahls bei einer Dopplermessung, nach Durchlaufen der Rb-Zelle detektiert und analysiert. Dadurch können Geschwindigkeitsmessungen in LIDAR/RADAR-Anwendungen um mehrere Größenordnungen verbessert werden. Der technische Aufwand einer Realisation beschränkt sich auf Anwendung etablierter optischer Technologien wie stabilisierte Laser und Atomdampfspektroskopie. Die neuen Technologien befinden sich derzeit in einer schnellen Entwicklungsphase und können einfach in miniaturisierte Module integriert werden.

Magnet-Längenmesssysteme und damit magnetische Maßstäbe werden zur Positions- und Winkelmessung in verschiedenen Technologiebereichen eingesetzt, beispielsweise in Werkzeugmaschinen. Die PTB-Erfindung ermöglicht nun magnetische Maßstäbe kostengünstig und bei hoher Präzision herzustellen. Wesentliches Element ist eine Strukturierung mittels Lasermaterialbearbeitung. Dadurch entstehen sehr scharfe Übergänge, die eine höhere Messgenauigkeit gestatten; herkömmliche Verfahren erzeugen hingegen Übergangsbereiche mit schwächeren Gradienten.

Ein in der PTB entwickelter Detektor misst die mittlere Energie und Ladung geladener Teilchen pulsaufgelöst und in Echtzeit. Das Gerät, das bis zu 10 Messungen pro Sekunde liefert, ist auch für kontinuierliche Ionen- oder Elektronenstrahlung geeignet. Seine Funktionsweise ermöglicht außerdem die Energiebestimmung von Teilchenstrahlung sehr geringer Intensität. Das Gerät besteht aus einem segmentierten Faraday-Cup (dem eigentlichen Detektor) und eigens entwickelter Messelektronik. Sie übernimmt die Signalerfassung und wichtige Schutzfunktionen für den Detektor. Die Bauweise ist für verschiedene Energien, Leistungsbereiche und Strahl-Aperturen weitgehend frei skalierbar.

Die zusammen mit der TU Ilmenau entwickelte hochpräzise, stufenlos messende Planck-Waage funktioniert nach dem Prinzip der elektromagnetischen Kraftkompensation. Dabei wird der zu messende Strom durch mehrere hintereinander geschaltete Spulen und mehrere umschaltbare Widerstände auf das jeweilige Gewicht angepasst. Somit wird ein großer Messbereich von einem Milligramm bis zu einem Kilogramm erreicht, bei gleichzeitiger kompakter Bauform für den variablen Laboreinsatz. Ihre Vorteile sind der große Messbereich, kompakte Bauform und variable Einsatz.

In der industriellen Fertigung werden häufig Markerstrukturen genutzt, um die relative Lage zweier Objekte zueinander zu ermitteln. Eine neue Messmethode der PTB hat durch die Kombination von optischem Imaging und Scatterometrie eine Auflösung der räumlichen Überlagerung von unter 1 nm erreicht und ist zudem besonders schnell. Zugleich werden die Markerstrukturen in den Fokus eines Lasers gebracht und das von ihnen gestreute Licht auf einer Quadrantendiode detektiert. Dabei ergibt sich bei exakter Überlagerung der Strukturen eine symmetrische Intensitätsverteilung an der Diode. Abweichungen hiervon sind ein genaues Maß für die Güte der Überlagerung. Die Methode lässt sich mit einfachen optischen Komponenten in einen Messprozess integrieren.

Batteriezellen müssen von der Entwicklung bis hin zur Produktion auf Leistungsfähigkeit und Betriebssicherheit getestet werden. Kalorimetrische Daten zeigen Fehlstellen frühzeitig an und können damit einen „Thermal Runaway“ im späteren Betrieb voraussagen helfen. Die PTB nutzt hierzu ein modulares System nahezu identischer Baugruppen, das die kalorimetrische Vermessung verschiedenster
Batteriezellgrößen erlaubt.

Kleinste Mengen einzelner Gase können erhebliche Auswirkungen auf die Gesundheit, die Umwelt oder industrielle Prozesse haben. Für diese wichtige Messaufgabe entwickeln PTB-Forscher eine verbesserte Version einer Herriott-Zelle. Die neue Zelle erreicht mit einem Spiegeldurchmesser von 150mm und einem Abstand von 1m eine effektive Laser-Weglänge von bis zu 1000 Metern. Durch eine konzentrische Anordnung der Spiegel und der geschickten Montierung planer Elemente im Innenraum (s. Bild), wird eine effektivere Nutzung der Spiegeloberflächen realisiert. Daher ist die Wechselwirkung des Lasers mit Gasgemischen besonders intensiv.

Die Rasterkraftmikroskopie steht vor der Herausforderung, dreidimensionale Strukturen schnell und präzise zu messen. Diese schnelle Inspektion auf größere Flächen auszudehnen ist Ziel eines neuen hybriden Messsystems. Mit ihrer Entwicklung integriert die PTB in den Aufbau des interferometrisches optischen Mikroskops eine Rasterkraftmesseinrichtung, die zur Aufnahme eines detaillierten Ausschnitts in den optischen Pfad geschwenkt wird. Die Besonderheit dabei ist, dass der interferometrische Messpfad gleichzeitig als Auswerteeinheit des Rasterkraftmikroskops dient. Die Projektion des Interferenzbilds auf dem Cantilever erfolgt mit einer neuen Bildanalyse, bei der die Position der Interferenzstreifen ausgewertet wird. Das System ist somit einfach in bestehende interferometrische Messgeräte integrierbar.

Mit einem 3D-Rastekraftmikroskop (englisch: atomic force microscope AFM) können kritische Dimensionen oder nanostrukturierte Vertiefungen genau vermessen werden. Das neue Konzept der PTB sieht ein miniaturisiertes AFM in Form eines mikroelektromechanischen Systems (MEMS), vor. Neben der Auflösung der drei translatorischen Bewegungen der Spitze ermöglicht es, zur Genauigkeitssteigerung auch drei rotatorische Bewegungen zu detektieren. Dieses Verfahren dient dazu beispielsweise hinterschnittene Strukturen besser aufzulösen bzw. in Ecken besser messen zu können. Dabei wird das AFM aus einem Chip gebildet, der auf Grund erhabener Strukturen einen Bauraum von 20 mm Kantenlänge nicht überschreitet.

Die Vermessung der thermischen Leitfähigkeit kleinster Stoffmengen stellt eine Herausforderung dar. Die neue PTB-Erfindung erreicht durch vier zusammengeschaltete Sensorelemente eine empfindliche Messbrücke, die vollständig innerhalb des Temperaturfeldes der Probe angeordnet ist. Mit diesem Design ist es nunmehr auch möglich kleinste Stoffmengen mit metallischen Eigenschaften auf ihre Wärmeleitfähigkeit zu untersuchen. Das Verfahren ist im Bereich der Materialentwicklung und -forschung von Interesse.

In supraleitenden Gravimetern dient ein konstantes Magnetfeld einer supraleitenden Spule als Mittel zur Levitation einer im Feld schwebenden, supraleitenden Testmasse. In der PTB-Erfindung wird eine abweichende Magnetfeld-Geometrie und damit einhergehend eine neue Testmasse in Form eines Doppelkegels integriert, der einen aufwendigen Regelkreis obsolet macht, da sich die Masse selbst zentriert. Das Messsignal wird mittels SQUIDs induktiv erzeugt, sodass die Auflösung theoretischen Berechnungen zufolge um den Faktor 100 gesteigert werden kann.

Die Durchflussmesstechnik benötigt für Prüf- und Kalibrierstände exakte Fluidantriebe, die kontinuierlich konstante Volumenströme erzeugen können. Die neue PTB-Technologie besteht aus zwei geschickt synchronisierten Kolbensystemen, die einen pulsationsfreien und konstanten Fluidstrom bilden können. Der Durchfluss ist außerdem problemlos und schnell variierbar. Durch optische Positionsbestimmung ist die Fördermenge zu jeder Zeit exakt bekannt und der benötigte Betriebsdruck kann ohne Regelventile erreicht werden. Das erlaubt eine Reduzierung des Bauraums, führt zu geringeren Kosten und spart Platz.

Die Erfindungen beschreiben ein Verfahren zur sehr schnellen Messung von Temperaturleitfähigkeit in flüssigen und gasförmigen Medien und deren Strömungsgeschwindigkeit. Ziel der Erfindungen ist es, in gasförmigen strömenden Medien, die Strömungsgeschwindigkeit des Mediums und über die Temperaturleitfähigkeit des Gases die Gaszusammensetzung zu bestimmen - also evtl. zukünftig den beigemischten Biogasanteil in Smart-Metern zu ermitteln.

Die Raman-Mikroskopie ist eine vielseitige Messmethode zur zerstörungsfreien Charakterisierung von chemischer Probenzusammensetzung, Kristallinität und mechanischen Spannungseinflüsse. Ortsaufgelöste Informationen im Mikrometerbereich werden durch schrittweises Abrastern der Probe unter dem Mikroskop erhalten. Die Qualität des erhaltenen Bildes wird dabei maßgeblich durch die Eigenschaften der Scan-Einrichtung beeinflusst. Deshalb ist eine sorgfältige Kalibrierung des Mikroskoptisches erforderlich. Herkömmliche Standards zur Kalibrierung von optischen Mikroskopen sind nur sehr eingeschränkt für die meisten Raman-Messaufgaben verwendbar, da sie entweder kein Raman-Signal hervorrufen (Cr, SiO2, Quarz) oder die Anforderungen an Orthogonalität, Topographie und Periodizität nicht erfüllen. Aus diesem Grund wurde ein neuer Raman-Standard entwickelt.