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Sensoren zur Untersuchung des Schwerefeldes der Erde werden in vielfältigen Bereichen der Geodäsie, Geophysik und Gravimetrie eingesetzt. Für die Messung von Dichteinhomogenitäten in der Erdoberfläche wurde in der PTB ein differenzielles Gradiometer mit hoher Empfindlichkeit entwickelt. Das als Nullinstrument konzipierte Gradiometer ist insbesondere zur Bestimmung von vertikalen Schweregradienten geeignet, während es gegenüber störenden Einflüssen durch andere Schweregradienten sowie die absolute Fallbeschleunigung unempfindlich ist.

Bei der Realisierung von Quantenprozessoren, die Qubits mithilfe von Ionen implementieren, werden Ionenfallen für die Speicherung und Manipulation der Qubits benötigt. Herkömmliche Ionenfallen besitzen Elektroden zur Erzeugung des Fallenpotenzials und separate Komponenten zur Photodetektion. Das neuartige PTB-Konzept führt diese beiden Bestandteile erstmals zu einem integrierten Bauteil zusammen.

EPZur Messung von kleinen Winkeln werden Autokollimatoren verwendet. Der Detektor, oft ein flächenhafter CCD-Sensor, hat durch die Pixelgröße eine begrenzte Auflösung. Das neue Verfahren der PTB minimiert dabei auftretende Inter-polationsabweichungen im Subpixelbereich und ermöglicht eine bessere Auflösung der Position des Messmarkenbilds und damit des Winkels ohne zusätzliche Bauteile.

Kryostate sind Vorrichtungen, in denen definierte, räumlich begrenzte Bereiche bzw. Bauteile auf eine vorbestimmte, sehr niedrige Temperatur z. B. unter -160° C abgekühlt werden. Durch eine neuartige Vorrichtung zur variablen Temperatureinstellung von speziellen Durchflusskryostaten können elektromagnetische Störfelder minimiert werden. Damit werden direkte, hochgenaue SQUID-Messungen von schwachen magnetischen Materialien ermöglicht, die mit herkömmlichen optischen Methoden oder Neutronenstreuungstechniken nicht gemessen werden können. Die Kryostate sind dabei kostengünstig und einfach in der Herstellung.

Bei Kibble-Waagen erfolgt der Wägeprozess mittels elektromagnetischer Kraftkompensation über eine Tauchspule. Zur Kalibrierung von Kibble-Waagen, die einen größeren Messbereich von gr bis kg abdecken, werden optische Verfahren benutzt. Das neue Verfahren ermöglicht die Korrektur dabei auftretender Fehler, die durch Verkippung von Spiegeln auftreten - den sog. Abbe-Fehler. Das Kalibrierverfahren wurde an der PTB getestet und ist auch für andere Anwendungen, bei denen der Abbe-Fehler auftritt, einsetzbar.

Bei der Messung mit Koordinatenmessgeräten (KMG) werden häufig Drehtische eingesetzt, um das zu vermessende Objekt im KMG zu positionieren. Die aus dieser Rotationsführungen resultierenden Geometrieabweichungen sind durch geeignete Kalibrierverfahren in allen 6 Freiheitsgraden zu ermitteln und zu minimieren. Mit Hilfe eines Kugeltellers kann die Messung der Abweichungen direkt auf dem KMG selbstkalibrierend durchgeführt werden. Das neue Konzept der PTB sieht vor, die dafür benötigte Anzahl der Kugelmessungen deutlich zu minimieren, wobei sowohl die Anzahl der Kugeln auf dem Teller als auch die Zahl der Messpositionen im KMG reduziert werden kann. Die Messunsicherheit gegenüber dem bisherigen Verfahren erhöht sich bei geeigneter Auswahl der Kugel- bzw. Messpositionen nur unwesentlich.

PID-Regler (proportional-integral-derivative controller) zur Stabilisierung einer Regelgröße sind Standard in den gebräuchlichsten Softwarepaketen zur Steuerung technischer Anlagen. Beim Rauschen eines im Regelungsprozess ermittelten Istwerts sind PID-Regler jedoch durch Regelschwingungen limitiert. Das neue SIF(stepwise immediate follower)-Konzept ermöglicht hier deutlich kleinere Regelabweichungen. Zur Einstellung des SIF werden aus dem System bestimmbare Messwerte genutzt, die auch automatisch ermittelt werden können. Aus ihnen ergeben sich die einzustellenden optimalen Regelparameter und die erreichbare Standardabweichung der Regelgröße. SIF ist ein allgemeines Reglungsverfahren und kann in vielen Anwendungen, in denen die Steuerung softwarebasiert ist integriert werden.

Nach dem neuen Mess- und Eichgesetz muss die Software in einem Messgerät regelmäßig auf Datenintegrität überprüft werden. PTB Forscher entwickelten für diese Überprüfung ein sicheres Verfahren: Genutzt wird dabei anstatt herkömmlicher Checksummen-Berechnung eine robustere Hash-Überprüfung mittels Seperationskernen. Das garantiert mehr Sicherheit gegen Manipulationen durch intelligente Schadsoftware und spart Platz für das Speichern der Dateisystemstruktur. Für die geplante Überprüfung von Messgeräten über riskante, offene Netzwerke, z.B. über Cloud-Systeme, gewährleistet das neue PTB-Verfahren eine ausreichende Daten-Sicherheit. Umständliche Vorort-Prüfungen könnten somit völlig entfallen.

Ein neues Messverfahren ermöglicht durch Nutzung einer Rb-Gaszelle den Aufbau eines Quantensensors 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.

When transmitting optical signals with high frequency stability or low uncertainty, significant instabilities or losses occur along the transmission path. To maintain the quality of the signal during transmission, these instabilities or losses must be compensated. A new PTB concept provides a solution for scalable optical end-to-end path stabilisation with potentially non-reciprocal sub-paths. It can be realised with little technical effort.

The new technology is based on two-dimensional measurements using particle image velocimetry (PIV). An electrostatic field is applied to a test duct between two measurement sections. This field deflects the particles differently depending on their charge. By observing the dynamics of the individual particles in the measurement sections, this new technique measures the change in charge in the flow direction. Contrary to established methods, the new technique gives the spatially resolved charge, not only the absolute. Further, this new technique makes measuring the electrostatic charge of laminar and turbulent flows of powder and liquids possible. The measurement is online and non-invasively. And so, this new measurement method helps to improve the safety of many transport processes.

In der biomedizinischen Forschung und klinischen Versorgung nimmt der quantitative Nachweis krankheitsbezogener Proteine und Zellen, die sog. Biomarker, eine immer wichtigere Rolle bei der Aufklärung systemischer Prozesse oder als Entscheidungsgrundlage für Diagnostik und Therapie ein. In der PTB werden genaue, plattformunabhängige und kalibrierfreie Messverfahren an Xenonatomen derzeit zu einer innovativen Technologie für die in vitro Quantifizierung dieser Biomarker weiter-entwickelt. Dafür werden Xenon-bindende Antikörper als Biosensoren eingesetzt.

Zur hochgenauen Bestimmung der magnetischen Flussdichte werden meist Magnetometer verwendet, die auf dem Prinzip der Kernmagnetresonanzmessung (NMR) basieren. In der PTB wurde nun ein NMR-Verfahren entwickelt, das mithilfe mehrerer, kurzer Messungen eine Limitierung insbesondere beim Einsatz von hyperpolarisierten Proben umgeht. Hierbei wird die Bestimmung der magnetischen Flussdichte über Anregungen von mindestens zwei Rabi-Zyklen mit jeweils unterschiedlichen Frequenzen durchgeführt und durch spezifische Auswertung der Messdaten eine höhere Genauigkeit als in Einzelmessungen erreicht.

Optical loss compensation is a major challenge for long-dis-tance optical frequency transmission via fibre links. Con-ventional optical amplifiers based on erbium-doped fibres offer a limited gain of < 20dB and are susceptible to backscatter and reflection which lead to unavoidable phase jumps in the transmitted signal. PTB's new concept is based on a Brillouin amplifier, which has a particularly high optical gain and narrow bandwidth. The core of the new develop-ment is a low-cost and flexibly applicable structure that al-lows frequency transfer uncertainties of less than 10-20. The new Brillouin amplifier is suitable for various frequency bands and can amplify optical signals outside the ITU C-band.

A new method for highly accurate and simultaneous mea-surements of angular changes (pitch, yaw and roll angles) has been developed. It is easy to integrate into measurement processes. A light source that generates an interference pattern is placed on an object whose movement is to be mea-sured. The interference pattern is analysed and evaluated with the help of two image sensors. Through the evaluation, the position and especially the angular position of the object can be determined with high accuracy.

PTB holds a patent for absolute roll angle measurement of high-precision linear adjusters used in optical metrology or industrial production, comprising an autocollimator and a roll angle measuring instrument. The roll angle can be measured with a low measurement uncertainty, making it possible to determine all three angular positions of an object in combination with the autocollimator. In addition, this angle measurement system can be used to measure the topography of a surface in conjunction with a scanning topography sensor.

Das UWB-Radar mit einer Polarisationsanpassung dient zur in-vivo Beobachtung und Analyse tiefliegender Gewebegrenzschichten bzw. Organe. Ein innovatives Verfahren der PTB ermöglicht, dass auch die sehr schwachen reflektierten Radarsignale detektiert werden. Die Hervorhebung der Radarsignale eines bestimmten tiefliegenden Organs- oder Gewebeschicht erfolgt dabei unter Ausnutzung der polarisations-drehende Wirkung der Gewebe und Grenzflächen. Das Verfahren eignet sich zum Untersuchen eines lebenden, menschlichen oder tierischen Objekts.

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.

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 anderen Prinzipien 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.

An vielen Arbeitsplätzen gibt es dominante Schallbelastungen im hochfrequenten Hörschallbereich oder sogar durch Ultraschall. Die Lärmexposition muss auch in diesem Frequenzbereich mit geringer Messunsicherheit erfasst werden können. Das PTB-Konzept eines Hochfrequenzpersonenschallexposimeters eignet sich, um eine Vielzahl von typischen Messgrößen aus dem Hörschall auch im Ultraschallbereich mobil als personenbezogene Exposition zu messen. Es liefert einen Beitrag zu einem verbesserten Arbeitsschutz.

Für die Kalibrierung von Messgeräten für die Röntgenfluoreszenz bei kleinen Winkeln wurde in der PTB, zusammen mit einem Kooperationspartner, die Herstellung einer schichtbasierte Kalibrierprobe sowie ein damit ermöglichtes Kalibrierverfahren entwickelt.

Die Kalibrierprobe umfasst Piko- und/oder Nanometer-schichten verschiedener Elemente und ist dafür geeignet, den Einfallswinkel, die Photonenenergie sowie das Produkt aus Intensität der Anregungsstrahlung, effektivem Raumwinkel der Detektion und Detektoreffizienz in einem Röntgenfluoreszenz – Spektrometer reproduzierbar und absolut zu bestimmen.

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.

Röntgenstrahler müssen während der Entwicklung, der Zertifizierung und zur Qualitätskontrolle auf ihre Gehäusedurchlassstrahlung überprüft werden, wobei der unerwünschte Austritt von Strahlung (bei abgedecktem Nutzstrahl) der entscheidende Parameter ist.

Für ihre eigene, gesetzliche Aufgabe der Bauartprüfung hat die PTB einen mobilen Messstand für die Prüfung von Röntgenstrahlern aufgebaut. Mit diesem Messstand können vor Ort zuverlässige Dosisleistungsmessungen in einem festen Abstand von 1 m vom Brennfleck einer Röntgenröhre durchgeführt werden.

Die korrekte Ausrichtung eines Elektronen-, Protonen- oder α-Teilchenstrahls auf das Target im Submillimeter-Bereich und das Vermeiden von Streuung an den umgebenden Materialien stellen für die Kalibrierung eine erhebliche Herausforderung dar. Das PTB-Komplettsystem löst dies mit einem Blendensystem, einem Elektronikmodul und einer Software, die zu einer Minimierung der parasitären Reststrahlung führt.

In Kraftwerkswarten, Anlagensteuerungen und vielen Kontrollräumen finden sich noch tausende von analogen Drehregelungen. Um hier eine digitale Umrüstung zu ermöglichen, dabei aber die Vorteile eines feinfühligen Drehpotentiometers zu erhalten, hat die PTB ein Umrüst-Set entwickelt, das mit vielen digitalen Ansteuerungen kompatibel ist. Die Bedienung mittels dieses digitalen Drehgebers ist deutlich ergonomischer als über einen handelsüblichen Bildschirm und insbesondere dann besser, wenn kontinuierlich sehr kleine Parameter nachgeregelt werden müssen.

Die rückführbare Kalibrierung von Drehmomentmessgeräten im Messbereich oberhalb von 1 MN∙m ist bisher weltweit nicht möglich, aber eine Anlage für 5 MN∙m befindet sich im Aufbau. Die neue Technologie der PTB gestattet jedoch durch die Verschachtelung mehrerer Messwertaufnehmer eine gezielte Vervielfachung des zu kalibrierenden Bereichs. Durch dieses Messprinzip können Messwertaufnehmer kombiniert und für größere Belastungen in der Drehmomentmessung ausgelegt werden.

Für die Überwachung von Anlagen und für den Gesundheitsschutz ist der Einsatz von Gassensoren und deren Kalibrierung von zunehmender Bedeutung. Beispielsweise werden zur Vermeidung von Virusübertragungen, aber auch für die Erhaltung der Konzentrationsfähigkeit der Personen in einem Raum, CO₂-Sensoren zur Überwachung der Luftqualität eingesetzt. Zur Kalibrierung dieser Sensoren werden Prüfgasgemische benötigt, deren Konzentration – insbesondere im Bereich von 400 ppm bis 2000 ppm –dynamisch eingestellt werden können. Ein innovatives Verfahren aus der PTB nutzt hierfür eine Vorrichtung zur Mischung eines Matrixgases und eines Zumischgases mithilfe von kritisch betriebenen Düsen. Wobei die Bestimmung des Mischungsverhältnisses eines binären Prüf- oder Kalibriergases nur anhand von Druckmessungen an zwei Düsen erfolgt.

Längenmessungen mit industrieller Röntgen-Computertomografie (CT) in Kegelstrahlgeometrie wiesen bisher (ohne zusätzliche taktile Referenzmessungen) relative Messunsicherheiten von etwa 1 ∙ 10^–4auf. Ein in der PTB entwickeltes Verfahren kann dies um zumindest einen Faktor 10 verbessern. Kern der Entwicklung ist eine pixelaufgelöste Abstandskorrektur der Röntgenquelle zum Flatpanel-Detektor. Das Verfahren ermöglicht zudem eine geringere Vorfilterung der Röntgenstrahlung zugunsten einer höheren Intensität und verkürzt dadurch die Messzeiten. So werden auch Messunsicherheiten reduziert, die durch Driften während der Bestrahlung eines Prüflings entstehen.

Zur Bestimmung der Maßgenauigkeit von gleichmäßig aufgeteilten kreisförmigen Körpern (beispielsweise Prüflingen wie Zahnräder) wird das sogenannte Rosettenverfahren eingesetzt. Das herkömmliche Rosettenverfahren benötigt in Abhängigkeit von der Teilungszahl N insgesamt N² Antastmessungen. Das führt zu sehr zeitaufwändigen und somit teuren Messungen. Mit dem neuen, verbesserten Konzept der PTB konnte ein verkürztes Verfahren etabliert werden, das durch eine deutliche Verringerung des Messaufwands zu einer erheblichen Zeit- und Kostenreduktion führt. Die Messunsicherheit erhöht sich dabei nur unwesentlich.  

Das Ziel der magneto-optischen Falle (MOT) ist das zuverlässige Einfangen und Kühlen von Atomen mit Laserlicht, wobei ein einfallender Fallenstrahl zur achromatischen Erzeugung aller Fallenstrahlen führt. 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 diesen Ansatzes zu einer achromatischen, quasi-planaren Atomfalle.

Bei der hochpräzisen Kalibrierung von Massenormalen ist die Bestimmung der Masse von an der Oberfläche angelagerten Stoffen besonders wichtig. Sie kann mithilfe sogenannter Sorptionskörper, die aus mehreren einzelnen Scheiben bestehen, bestimmt und zur Steigerung der Messgenauigkeit in Form einer Korrektur berücksichtigt werden. Ein neues Konzept aus der PTB ermöglicht sowohl eine effiziente Handhabung als auch eine einfache Reinigung der einzelnen Scheiben. Erreicht wurde dies durch eine kipp- und wippstabile Lagerung, mit der sich die einzelnen Elemente reversibel zusammensetzen lassen.

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 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.

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 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.

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.

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 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.

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.

To realise the capacitance unit and its traceability to the quantum Hall effect, the so-called quadrature bridge plays an essential role. The sine wave generator required for this quadrature bridge only needs to create a few discrete frequency values in the kHz range, however with a relative precision and stability better than 6·10‑10 and a very pure spectrum. For this purpose, a digital sine wave generator has been developed at PTB. Its output signal is derived directly from the 10 MHz or 5 MHz reference signal of an atomic clock. This generator is based on a simple design with proven reliability and does not require the so-called "phase-locked loop". The generator offers compact dimensions and has been used reliably for several years now. Moreover, its setup only requires commercially available electronic components, which means that specially fabricated parts are not necessary.

Für Präzisionslängenmessungen an Objekten mit Strukturen im Nanometerbereich werden häufig Laser-Interferometer eingesetzt. Bei hohen Präzisionsanforderungen wirkt sich bereits ein minimal geänderter Brechungsindex in Luft negativ aus. Eine Messung im Vakuum würde diese Einflüsse vermeiden, ist aber nicht bei allen Messobjekten möglich. Zusammen mit dem Institut für Mikroelektronik- und Mechatronik-Systeme in Ilmenau wurde ein Verfahren entwickelt, das auf einer luftgelagerten Vakuum-Abdichtung beruht. Das Messobjekt kann außerhalb des Vakuums positioniert werden, und mit Ausnahme eines sehr kleinen Luftspalts verläuft der Strahlengang des Interferometers im Vakuum. 

Mittels einer speziellen Endspiegel-Konstruktion einer Laser-Cavity ist es möglich, für die Planität der verwendeten Spiegel auch unter wechselnder Druckbelastung zu sorgen. Die Konstruktion beruht darauf, die eigentlichen Resonatorspiegel beidseitig, spannungsfrei mit dem gleichen Druck zu beaufschlagen, auch wenn der Druck im Innern der Mess-Cavity sich deutlich vom äußeren Druck des Gesamtaufbaus unterscheidet. Damit ist es möglich, Partialdrücke in der Laser-Cavity zu bestimmen, wenn diese in eine Vakuummesskammer eingebracht wird. Hierdurch ist es beispielsweise über Absorptionsmessungen möglich - sehr geringe Partialdrücke von Gasen und deren Konzentration über einen weiten Druckbereich mit hoher Genauigkeit zu erfassen.

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 anordnenbar 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.

Bisherige Spiegelhalter sind lediglich in der Lage jeweils nur einen Strahl zu justieren. Sollten zwei Strahlen mit einem Abstand von wenigen Millimetern (~2- 15mm) auf einen Spiegel fallen, so ist es nicht möglich diese unabhängig voneinander mit einem einzigen Halter zu justieren. Es werden in diesem Fall immer zwei oder weitere Halter benötigt. Dies erzeugt einen sehr hohen Strahlenabstand und sorgt für einen deutlich höheren Platzverbrauch auf dem optischen Tisch. Durch den patentierten Doppelspiegelhalter der PTB ist dieses Problem nunmehr gelöst.

Etablierte Widerstandsthermometer besitzen geringe Messunsicherheiten, benötigen aber regelmäßige Kalibrierungen. Herkömmliche Rauschthermometer dienen als Primärmessverfahren zur Bestimmung der thermodynamischen Temperatur, müssen jedoch besonders abgeschirmt werden und erfordern lange Messdauern. Ein neues Konzept aus der PTB kombiniert beide Ansätze zu einem praktischen, selbstkalibrierenden Widerstandsthermometer – dem Dual-mode Auto-calibrating Resistance Thermometer (DART) – für Messungen der thermodynamischen Temperatur in einem großen Temperaturbereich mit geringen Messunsicherheiten.

Ein neues Konzept aus der PTB für die additive Fertigung (auch 3D-Druck genannt) beschreibt eine zeitsparende, präzise Erzeugung von Bauteilen, die gezielt mit magnetischen Nanopartikeln als Zusatzstoffen angereichert sind. Das Verfahren ermöglicht die schichtweise Erzeugung einer gewünschten magnetischen Anisotropie, die im späteren Produkt latent erhalten bleibt. Der nichtmagnetische Formköper erhält eine für die Praxis vorteilhafte magnetische Signatur z.B. eine Vorzugsrichtung, -achse oder -ebene der Magnetisierbarkeit.

The traceable measurement of aspheres with uncertaintie of a few tens of nanometres is a major challenge. The aspherical standards developed at PTB provide a significantly better calibration of aspherical and free-form surface measuring instruments and allow comparison measurements of tactile and optical measuring methods on aspherical surfaces.

Technical Description

Optics whose form clearly deviates from a sphere, as for example aspheres or free-form surfaces, are essential components of many modern imaging systems. Nowadays, tactile measuring methods, by means of micro-coordinate measuring machines (µCMM), and optical measuring methods are used to measure such bodies. For this reason, comparisons of both measuring methods are necessary.

For these applications, PTB has developed several standards whose surface has a defined, aspheric shape. The aspheric standards are to be manufactured on an ultra-precision turning machine with a diamond. The developments include, for example, multi-radius objects combining spherical segments of different radii (see figure) as well as objects whose basic spherical surface shape is modulated with sinusoidal profiles and contains free-form surfaces with Zernike moments.

These different shapes serve to determine the lateral resolution, the vertical accuracy and the precise shape. The test objects are characterized and, whenever possible, calibrated using a traceable measurement procedure.

Application

The new test objects are interesting for test laboratories along the traceability chain and for quality assurance in industry. To improve the in-house measurement technology, the test objects can be added to any optical or tactile measuring instrument.

Economic Significance

Such test objects increase the confidence of manufacturers and of end consumers in the accuracy of measurement at a fraction of the cost of a complete device.

Development Status

The test objects are continuously used at PTB. Further information can be found at: https://doi.org/10.1117/1.OE.58.9.092602. A German patent with the number DE 10 2013 222 927 B4 has been granted.

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 Aufbau können mit dem pMFFT direkt thermodynamische Temperaturen gemessen werden, wodurch die sonst nötige Rückführung auf die internationalen Temperaturskalen ITS-90 und PLTS-2000 entfällt.

Für die Übertragung von ultrastabilen optischen Frequenzen über lange Glasfaserstrecken werden bidirektionale Verstärker benötigt, um optische Verluste von etwa 20 dB pro 100 Kilometer zu kompensieren. Der neue PTB-Aufbau eines Faser Brillouin Amplifier Moduls (FBA) verbessert die Einkopplung des Pumplasers und reduziert die Signalverluste innerhalb des Aufbaus. Mithilfe eines zusätzlichen Monitorports kann jetzt die Polarisation zwischen Signal und Pumplaser präzise justiert und permanent überwacht werden.

Eine PTB-Erfindung ermöglicht die Übertragung und Empfang des Signals eines ultrastabilen "single-frequency"-Lasers über große Entfernungen in normalen Telekommunikationsglasfasern. Die Erfindung löst das Problem des Anschlusses einer großen Anzahl von Kunden an eine einzige Faserstrecke. Eine optische Frequenz wird über eine lange Glasfaserleitung übertragen und kann jetzt - trotz der zu erwartenden Störungen in Phase, Mittenfrequenz und Polarisation - an jedem Ort der Leitung abgetastet und auf die Ursprungsfrequenz u_o des PTB-Normals rückgeführt werden. Die Erfindung stellt zugleich einen bedeutenden Schritt zur Übertragung des Zeitsignals einer optischen Uhr („Atomuhr aus der Steckdose“) dar.

Die Erfindung betrifft ein Spiegelbauteil für einen optischen Resonator, mit einem Spiegelelement zum Reflektieren von Licht und einem Abstandshalter, wobei der Abstandshalter im Intervall zwischen 0°C und 50°C einen Nulldurchgang im thermischen Ausdehnungskoeffizienten (alpha_k) hat und wobei das Spiegelelement eine mechanische Güte aufweist, die größer ist als die Güte (Q_A) des Abstandshalters. Erfindungsgemäß ist ein Kompensationselement vorgesehen, das im Intervall zwischen 0°C und 50°C einen Nulldurchgang im thermischen Ausdehnungskoeffizienten (alpha_k) hat, wobei das Spiegelelement zwischen dem Abstandshalter und dem Kompensationselement angeordnet ist.

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.

Ulbricht-Kugeln (integrating spheres) werden oft zur Lichtstrom-Messung eingesetzt, so auch bei der Transmissionsmessung von Mikroskopobjektiven. Diese Transmissionsmessungen können jetzt mit einem neuen Zusatzelement mit verbesserter Genauigkeit durchgeführt werden. PTB-Mitarbeiter entwickelten einen speziellen Einsatz, der die Einlassöffnung der Ulbricht-Kugel dem Objektiv optimal anpasst.  Dadurch kann bei vorhandenen Kugeln eine bessere Messgenauigkeit erzielt werden.

In einem neuen PTB-Verfahren werden Autokollimatoren insbesondere bei der Detektion der Verkippung von Interferometern verwendet, die wiederum Freiformen und asphärischen Linsen vermessen. Hierzu ist an dem Interferometer ein Spiegelelement aus mehreren Teilspiegeln angebracht. Der Messbereich des Autokollimatos kann somit deutlich erweitert werden, ohne an Genauigkeit zu verlieren. Zusätzlich ist eine spezifische Führung für das Interferometer, als Topografiesensor der Oberfläche des Prüflings, entwickelt worden.

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.

Die Fähigkeit, kleinste Greifkräfte messen zu können, insbesondere für die zerstörungsfreie Handhabung und Manipulation von hochempfindlichen Materialien, wie z. B. von Zellen, ist für die medizinische Forschung und die Pharmaindustrie unverzichtbar. Eine PTB-Idee vereinfacht die Greifkraftmessung, indem Markierungspunkte auf den Greiferarmen optisch ausgewertet werden. So werden Bewegung und Position der Greifer erfasst und anschließend die Greifkraft berechnet. Der Vorteil ist ein geringer Fertigungsaufwand, freie Materialwahl und der Verzicht auf metallische Schichtsensoren. Der Einsatz eines einzigen Greifer-Materials beugt zudem der chemischen Verunreinigung des Analyseobjekts vor.

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.

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.

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.

Der Wechsel-Gleich-Spannungstransfer wird mithilfe von Apparaturen durchgeführt, die sowohl auf Wechselstrom als auch auf Gleichstrom auf bekannte Art und Weise reagieren. Die herkömmliche Methode für diesen Transfer erfolgt bislang mit thermischen Konvertern und ist bei höheren Spannungen mit beträchtlichen Verlustleistungen behaftet. Überdies sind darauf basierte Verfahren mit erhöhten Messunsicherheiten verbunden. Das neue Konzept der PTB zum Transfer von Spannungen beruht auf einem bekannten elektrooptischen Effekt, dem sog. Pockels-Effekt, und wird durch Nutzung eines bestimmten Segments der Übertragungsfunktion umgesetzt. Eine solche Implementierung ist von niedrigen bis zu hohen Spannungen skalierbar, zudem mit geringfügigen Verlustleistungen verknüpft und ermöglicht so Messungen hoher Frequenzen.

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.

In der Rauheitsmesstechnik wird die Oberfläche mit einem Tastschnittgerät abgetastet. Dabei werden Abweichungen in Form eines Oberflächenprofils erfasst, Kenngrößen berechnet und Profile aufgezeichnet. Die Tastspitze muss hierfür auf Basis von Normalen mit tiefen Gräben und senkrechten Wänden charakterisiert werden (relevante Norm ISO 3274).
Hierfür ist es notwendig, senkrechte Flanken mit geringer Rauheit und sehr guter Ebenheit zu erzeugen. Für andere metrologische Untersuchungen ist eine extrem scharfe Kante wichtig. Im neu entdeckten  Verfahren wird das Ätzstoppverfahren angewandt, um einen ebenen Boden in diesen Gräben zu erlangen.

Die quantitative Untersuchung von Zellen im Blut mittels Durchflusszytometrie ist ein routinediagnostisches Verfahren in der Hämatologie. Durch die neue PTB-Technologie kann jetzt die zuverlässige Messung der Konzentration der Subpopulationen von Leukozyten mittels AC-Impedanz ohne Hämolyse durchgeführt werden. Somit ist erstmalig eine zuverlässige Vollblut-Differenzierung unter anderem auch bei Leukämiepatienten möglich.

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 Geometriennormal, das eine erste Platte, die eine Erstplatten-Ausnehmung aufweist, die von einem Erstplatten-Rand begrenzt ist, und zumindest eine zweiten Platte, die mit der ersten Platte verbunden ist umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Platte und die zweite Platte Einkristalle sind, der Erstplatten-Rand entlang einer Kristallebene der ersten Platte verläuft und die zumindest eine zweite Platte eine Zweitplatten-Ausnehmung aufweist, die von einem Zweitplatten-Rand begrenzt wird, der entlang einer Kristallebene der zweiten Platte verläuft, so dass sich die Erstplatten-Ausnehmung und die Zweitplatten-Ausnehmung zu einer gemeinsamen Ausnehmung ergänzen.

Spektrale Kalibrierungen optischer Empfänger erfolgen meist durch Monochromatoren, die mit Hilfe optischer Gitter oder Prismen aus dem Spekrum einer Weißlichtquelle einen schmalen Wellenlängenbereich emmittieren. Die Strahlungsleistung ist aufgrund der physikalischen Limitierung entspechend gering. Die neue PTB-Erfindung hingegen erlaubt erstmals Kalibrierungen ohne Monochromatoren und somit nahezu ohne Leistungsverluste oder Fluoreszens. Zusätzlich wird dabei die Repetationsrate aufgrund der geschickten Konfektionierung der einzelnen Komponenten deutlich erhöht.

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 ein Laser-Längenmesssystem mit einer Laserlichtquelle für erstes Laser-Licht einer ersten Wellenlänge, einem zumindest abschnittsweise konvex sphärischen Reflektor, der einen Krümmungskreis-Mittelpunkt und einen Krümmungskreis-Radius hat, einer Fokussiervorrichtung zum Fokussieren des ersten Laser-Lichts auf den Reflektor, so dass ein erster Mess-Laserstrahl entsteht, einem Retroreflektor zum Reflektieren des ersten Mess-Laserstrahls, so dass ein erster reflektierter Laserstrahl entsteht, einer Laserstrahl-Nachführvorrichtung, die zumindest auch um den Krümmungskreis-Mittelpunkt schwenkbar ist und ausgebildet ist, um den Mess-Laserstrahl dem Retroreflektor nachzuführen. und einem Interferometer zum interferometrischen Messen einer Abstandsänderung des Retroreflektors vom Krümmungskreis-Mittelpunkt anhand des ersten reflektierten Laserstrahls. Erfindungsgemäß

ist zumindest eine Quelle für zweites Laser-Licht zumindest einer von der ersten Wellenlänge verschiedenen zweiten Wellenlänge und eine Einrichtung zum Fokussieren des Laser-Lichts der zweiten Wellenlänge auf den Reflektor vorgesehen, wobei die Laserstrahl-Nachführvorrichtung ausgebildet ist zum Richten eines vom Reflektor reflektierten zweiten Mess-Laserstrahls in Richtung des Retroreflektors.

Die Erfindung betrifft eine Frequenzstabilisierungsvorrichtung mit (a) einem

optischen Resonator, der einen ersten Spiegel, zumindest einen

zweiten Spiegel, eine Fixiervorrichtung, mittels der der erste Spiegel relativ zum zweiten Spiegel fixiert ist, aufweist und eine optische Achse besitzt, wobei der erste Spiegel und der zumindest zweite Spiegel so angeordnet sind, dass sie einen geschlossenen Lichtweg entlang zumindest einer optischen Achse begrenzen, und (b) einer Haltevorrichtung zum Halten des optischen Resonators, die eine Mehrzahl an Verbindungselementen aufweist, in denen die Haltevorrichtung mit der Fixiervorrichtung verbunden ist, wobei jedes der Verbindungselemente so ausgebildet sind, dass es die Fixiervorrichtung bezüglich zweier translatorischer Freiheitsgrade von Bewegungen der Haltevorrichtung entkoppelt und bezüglich eines translatorischen Freiheitsgrads fixiert.

The input stage of the pre-amplifier is based on n-junction field-effect transistors (JFET). As the noise level of a single JFET is not sufficiently low (0.95 nV/Hz1/2 in our case), four JFETs have been selected from a larger batch and connected in parallel.<br> The pre-amplifier itself is mounted into a fully shielded box which, together with the battery-, testing-, and overload-protection-circuitry, is placed into another metal case. The whole device is battery-operated to avoid unnecessary mains &#39;Earth&#39; connections. The pre-amplifier is optimized to a source impedance of 12.9 kΩ but it can be used at source impedances up to 100 kΩ or, with some modification, at even higher source impedances.

Measuring outgassing rates of vacuum components reliably and quantitatively has become increasingly important over the past few years. With PTB's new reference outgassing sample, such outgassing rate measuring systems can be calibrated and are traceable to a national standard. Due to the compact design, the reference outgassing sample can be used in the most various application scenarios.

Technical Description
Determining the outgassing rate in vacuum systems is very important, since the remaining trace gases may undesirably interact with the desired technical processes. Quantitative outgassing rate measurements lack the necessary metrological quality exhibited by quadrupole mass spectrometers. Another problem resides in the fact that the measurement procedure is not standardized and that the quantity is not traceable. In the presence of water vapor and hydrocarbons, the X-ray mirrors used in EUV lithography oxidize so quickly that the lithography process becomes uneconomical. The comparability and accuracy of the procedures used to date to measure the outgassing rate are partly poor.

The new reference outgassing sample, in contrast, provides a precisely known gas flow which is constant or which decreases only at a constant slow rate over the years. It is suitable for the outgassing both of individual gases and of gas mixtures. Outgassing rates ranging from 10–8 Pa L/s to 10–4 Pa L/s are possible and correspond to those of conventional vacuum components. Thanks to its compact design, the sample can be placed in the same spot as the test object, so that the measuring system can be calibrated prior to each use.

Application
The reference outgassing sample can be used to validate and calibrate outgassing rate measuring systems in the HV and UHV ranges as well as for comparison measurements between different apparatuses. It is also possible to calibrate partial pressure measuring instruments if the pumping speed of the vacuum system is known.

Economic Significance
"Local" solutions in the semiconductor and the aerospace industry as well as at manufacturers' of vacuum facilities or in high-energy accelerators become redundant, since the systems can, in future, be calibrated with the reference outgassing sample, hereby making the measurement results comparable. Double measurements in different facilities are avoided.

Development Status
The system has been tested in the laboratory. A German patent application is pending.

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.

Die Erfindung betrifft eine Durchführung einer Leitung durch eine Durchgangsöffnung einer Wandung, wobei die Durchführung wenigstens einen Verschlusspfropfen aufweist, der eine Durchgangsbohrung aufweist, in der die Leitung geführt ist, und der derart in die Durchgangsöffnung eingesetzt ist, dass ein gasdichter Kontakt zwischen der Wandung und dem Verschlusspfropfen hergestellt ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass an der Leitung zumindest im Bereich des Verschlusspfropfens eine Hülse gasdicht festgelegt ist, die die Leitung umgibt und derart in die Durchgangsbohrung eingeführt ist, dass ein gasdichter Kontakt zwischen der Hülse und dem Verschlusspfropfen hergestellt ist und die Hülse entlang einer Längsstreckung relativ zu dem Verschlusspfropfen verschiebbar und um die Längsrichtung drehbar ist.

Optisches und daher berührungsloses Verfahren zur Geschwindigkeitsmessung; das LDA-Verfahren wird aufgrund seiner geringen Messunsicherheit zur Volumenstrommessung verwendet. Weitere Anwendungsgebiete der LDA sind die Strömungsdiagnose und die Kalibrierung von Anemometern.

Für Optimierungs-, Kalibrier- und Rekonstruktionsverfahren optischer Systeme müssen Jacobi-Matrizen bestimmt werden. Bisher werden die Jacobi-Matrizen gewöhnlich numerisch durch Variation der zu betrachtenden Parameter und Wiederholung der Simulation erstellt (numerischer Differenzenquotient). Dies kostet jedoch viel Zeit und kann zu numerischen Ungenauigkeiten führen. Das hier entwickelte Verfahren ermöglicht die analytische Berechnung solcher Jacobi-Matrizen und verbessert dadurch die Performance und Genauigkeit erheblich. Das Verfahren eignet sich für optische Systeme bei denen ein Strahl von einem Startpunkt zu einem bestimmten Endpunkt verfolgt wird (Rayaiming). Das Rayaiming selbst ist ein nichtlineares Problem, welches mehrere Raytracingvorgänge benötigt und somit rechenintensiv ist.

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.

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.

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.

Ultrapräzise Kugeln, die lediglich Formfehler und eine Rauheit im Nanometer-Bereich aufweisen, sowie Kristalloberflächen die gleichzeitig frei von metallischen Kontaminationen sind und keine Schädigungen in der Tiefe des Werkstoffs haben, stellen höchste Anforderungen an den Fertigungsprozess. Durch das in der PTB neu entwickelte Ultrapräzisions-Fertigungsverfahren ist es möglich, Kugeln mit den aufgeführten Spezifikationen reproduzierbar herzustellen.

Die Magnetpartikelspektroskopie (MPS) ist ein hochempfindliches und schnelles magnetisches Messverfahren zur Quantifizierung und Charakterisierung magnetischer Nanopartikel. Erstmals wurde die MPS mit einem chromatografischen Trennverfahren kombiniert, um MNP direkt während ihrer größenselektiven Fraktionierung magnetisch zu charakterisieren.

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.

Graphen wird aufgrund seiner Materialeigenschaften zunehmend in elektrischen Bauteilen verwendet. Bisherige Verfahren ermöglichen nur die Herstellung kleinflächiger Graphen-Lagen, die für die Herstellung von vielen Halbleiterbauelementen aufgrund zu hoher Stufen (mehrere nm) in der Regel nicht geeignet sind (s. Abb. links). In der PTB wurde ein neues Verfahren für einlagiges Graphen entwickelt, welches die Herstellung von großflächigen Graphenstrukturen mit dem Potenzial zur Massenproduktion qualitativ hochwertiger einlagiger Graphen-Schichten ohne störende Stufen ermöglicht.

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.

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.

Damit Sende- und Empfangsantenne zukünftiger Kommunikationssysteme im mm-Wellen und Terahertzfrequenzbereich miteinander kommunizieren können, müssen sie zielgerichtet auf einander ausgerichtet werden. Das neue Konzept der PTB sieht vor, zwei orthogonal zueinander ausgerichtete Drehfunkfeuer aus der terrestrischen Funknavigation zu kombinieren und für diesen neuen Anwendungsbereich zu miniaturisieren.

Für diese, neue Basistechnologie wird ein Partner für kooperative Forschung und Entwicklung gesucht.

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.

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.

Für vielfältige Anwendungen in der Ansteuerung von z.B. elektrooptischen Geräten wie Diodenlasern oder Pockelszellen werden heutzutage Pulsgeneratoren benutzt, die sehr kurze Pulse (z.B. 10ns) und Spannungen von mehreren 10-100 Volt erzeugen. Deren Wiederholfrequenz ist derzeitig auf einige MHz begrenzt. Die neue PTB-Erfindung erhöht durch einen speziellen Schaltungsaufbau die Pulswiederholrate erheblich: Mehrere identische Pulsgeneratoren werden in einer festen Abfolge periodisch eingesetzt und durch eine separate Einheit angesteuert. Außerdem ist eine Synchronisation auf ein externes Hochfrequenz-Signal möglich, das beliebig wählbar ist und auf die Phasenlage abgestimmt werden kann.

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.

Herkömmliche Mischvorgänge aerosoler oder fluider Medien z. B. in der Abgasmesstechnik werden derzeit durch eine seitlich zur Strömungsstrecke eingespeisten Einströmung erreicht. Dabei wird eine homogene Vermischung erst durch lange Wegstrecken im Strömungskanal erreicht. Durch den neuen PTB-Einbau (s. Bild) reduziert sich diese Vermischungsstrecke, wodurch Materialkosten und Platz gespart werden können. Außerdem kann jetzt eine vollständige Durchmischung zweier Ströme ohne Bildung von Grenzschichten ermöglicht werden.

Größenverteilungen von Mikropartikeln oder ihr wellenlängenabhängiger Brechungsindex können bisher nur durch größeren Aufwand bestimmt werden. Das neue PTB-Verfahren vereinfacht die Messung: Aus dem Transmissionsspektrum von Partikeln in Suspensionen, Emulsionen oder Aerosolen wird der spektrale Extinktionsquerschnitt abgeleitet und anschließend mittels eines mathematischen Auswerteverfahrens analysiert. Mit einer einzigen Transmissionsmessung an festen oder flüssigen Mikropartikeln ermöglicht das Verfahren die gleichzeitige Bestimmung der der Größenverteilung, der Konzentration und des spektralen Brechungsindex‘ von Partikeln, mit dem sich die chemische Zusammensetzung analysieren lässt.

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 neue Streifenelektrode der PTB dient dazu, Oberflächenwiderstände in Übereinstimmung mit der relevanten Norm IEC 60079-32-2 zu messen. Der Oberflächenwiderstand gilt als ein wichtiger Parameter zur Beurteilung der elektrostatischen Aufladbarkeit von Bauteilen und Prozessen im Explosionsschutz. Lassen sich diese elektrostatisch aufladen, kann es zu Beschädigungen durch elektrostatische Entladungen und im schlimmsten Fall zur Zündung von explosionsfähigen Atmosphären kommen. Die Bestimmung von Oberflächenwiderständen wird in dem Ringvergleichsprogramm „Electrostatic Charge“ („EC“) des PTB Ex Proficiency Testing Scheme behandelt und ist entsprechend IECEx obligatorisch. Die Elektrodenneukonstruktion der PTB vereint die Vorteile verschiedener marktgängiger Konzepte und zielt auf eine sichere, anwenderfreundliche Lösung, die genaue und reproduzierbare Ergebnisse entsprechend der Anforderungen liefert.

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.

Die Vermessung von optisch schlecht reflektierenden Flächen mit geringer Messunsicherheit ist eine Herausforderung bei der Herstellung von fokussierenden Radioantennen. Eine konkrete Anwendung ist die Herstellung von astronomischen Großteleskopen für Mikrowellenstrahlung. Eine gut geeignete Methode dafür ist die optische-taktile Verwendung von Lasertracern mit Retroreflektoren. Die exakte Position der als Retroreflektor wirkenden Glaskugel wird mittels der PTB-Erfindung durch zwei multispektrale Abstandssensoren mit hoher Genauigkeit bestimmt.