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Patente nach Kategorie


Positionsgenaue Markerstrukturen

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.

PTB-Zeichen: 0522

Elektrooptischer Wechsel-Gleich-Transfer von Spannungen

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.

PTB-Zeichen: 0515

Mikroelektromechanisches Rastermikroskop

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.

PTB-Zeichen: 0512

Herstellung von Prüfkörpern Silizium auf Silizium

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.

PTB-Zeichen: 0496

Faserbasierte Rollwinkelmessung

Um den Rollwinkel bei hochpräzisen Linearverstellern in der optischen Messtechnik oder der industriellen Fertigung besonders einfach zu messen, hat die PTB ein low-cost Verfahren entwickelt, dass nur zwei Single-Mode-Glasfasern und einen herkömmlichen Bildsensor ohne Optiken benötigt. Die zwei fest zueinander positionierten Enden der Glasfasern befinden sich auf dem bewegten Objekt. Die emittierte Laserstrahlung erzeugt ein Interferenzmuster aus parallelen Streifen auf der Sensorfläche. Diese ist raumfest verankert. Bei einer Rollbewegung des Objektes dreht sich auch das Interferenzmuster. Der Drehwinkel wird mittels Fourier-Analyse aus dem Streifenmuster berechnet. Der Messbereich von 360° kann mit einer Auflösung von wenigen Winkelsekunden, also etwa 0,001°, erfasst werden. Zudem ist das Verfahren unempfindlich gegenüber Nick- und Gier-Bewegungen sowie Bewegungen senkrecht zu und entlang der optischen Achse.

PTB-Zeichen: 0513

Verbesserte Gravimeter

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.

PTB-Zeichen: 0429

Ultraschall-"Lärm" erfassen

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.

PTB-Zeichen: 7095

Homogenisierung von Strahlungsquellen und Focal Plane Arrays (FPA)

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.

PTB-Zeichen: 0374

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Erfinder:

Gutschwager, Berndt

Hollandt, Jörg

Verlauf des Patentverfahrens:

DE 10 2014 018 340.8 ; 2014-11-20

PCT/EP 2015 077276 ; 2015-11-20

DE 10 2014 018 340 B3 ; 2016-01-07

WO 2016/079326 A1 ; 2016-05-26

EP 3 222 033 B1 ; 2021-07-28

 


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Freiformflächen mit Punktesensoren und Autokollimatoren vermessen

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.

PTB-Zeichen: 0509

Quantum Enhanced Velocity Sensing

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.

PTB-Zeichen: 0528

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Themengebiet:

Sensorik
Optik

Erfinder:

Dr. Andreas Schell

Verlauf des Patentverfahrens:

DE 10 2021 113 766.7 ; 2021-05-27


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Herstellung von mehrlagigen Atom- und Ionenfallen

Mikrostrukturierte Neutralatom- und Ionenfallen stellen eine Plattform für Quantensensoren dar und eignen sich zur Implementierung zukünftiger Quantencomputer. Sie speichern neutrale und geladene Atome (Ionen) über ihrer Oberfläche durch inhomogene magnetische oder elektrische Felder. Forscher der PTB haben mehrere Verfahren für die Herstellung von Schicht-Strukturen entwickelt, die den hohen Anforderungen von Mehrlagen-Atomfallen gerecht werden. Auf Grundlage dieser Verfahren ist die Vielfalt in Form, Funktionalität und Einsatzszenario dieser Mikrostrukturen sehr groß.

PTB-Zeichen: 0460

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Erfinder:

Bautista-Salvador, Amado

Ospelkaus, Christian

Wahnschaffe, Martina

Morgner, Jonathan

Verlauf des Patentverfahrens:

DE 10 2018 111 220.3 ; 2018-05-09

DE 10 2018 111 220 B3 ; 2019-05-23

WO 2019/214863 A1 ; 2019-11-14

US 2021/0233756 A1 ; 2021-07-29

IPC-Code:

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Magneto-optische Fresnel-Atomfalle

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.

PTB-Zeichen: 0514

Mikrofluidische Sensorik von Blutzellen

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.

PTB-Zeichen: 0422

Verfahren zum Messen einer thermischen Gesamt-Transportgröße

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).

PTB-Zeichen: 0310

Wärmeleitfähigkeitsmessung

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.

PTB-Zeichen: 0036

Verfahren zur Messung der Temperaturleitfähigkeit

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.

PTB-Zeichen: 0038

Temperatursensor Wärmeleitfähigkeit

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.

PTB-Zeichen: 0061

Profilwellennormal für Zahnradflanken

Die präzise Messung periodischer Oberflächenstrukturen auf den Flanken von Zahnrädern gewinnt zunehmend an Bedeutung, da durch sie Rückschlüsse auf deren funktionale Eigenschaften in Antriebsbaugruppen wie Verschleiß, Wirkungsgrad und Laufgeräusche hergeleitet werden können. Deshalb hat die PTB ein Verfahren entwickelt, mit dem erstmalig wellenförmige Strukturen an Flankenflächen evolventischer Zylinderräder modelliert, verkörpert und insbesondere rückführbar gemessen werden können.

PTB-Zeichen: 0101

Transientenverfahren mit optimierter Skalierung

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.

PTB-Zeichen: 0184

Dynamische MRT

Bei der Magnetresonanz-Bilderfassung eines Teils eines Körpers eines Patienten mit einem Magnetresonanzgerät wird eine dynamische Bilderfassung auch bei bewegten Teilen des Körpers dadurch ermöglicht, dass zur Korrektur und/oder Vermeidung von Bewegungsartefakten eine Bestimmung des sich ändernden Abstands eines mit der Bewegung des Körperteils korrelierten Gewebeübergangs durch Aussendung eines ultrabreitbandigen Radarimpulses auf den Teil des Körpers und Detektion des von dem Gewebeübergang reflektierten Radarimpulses vorgenommen wird, wobei zur Bestimmung des reflektierten Radarimpulses der ausgesandte Radarimpuls mit dem von einer Empfangsantenne empfangenen Radarsignal korreliert wird.

PTB-Zeichen: 0187

Geometrienormal für Mikrosystemtechnik

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.

PTB-Zeichen: 0194

Ultrakompensierter Laserspiegel

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 (alphak) hat und wobei das Spiegelelement eine mechanische Güte aufweist, die größer ist als die Güte (QA) des Abstandshalters. Erfindungsgemäß ist ein Kompensationselement vorgesehen, das im Intervall zwischen 0°C und 50°C einen Nulldurchgang im thermischen Ausdehnungskoeffizienten (alphak) hat, wobei das Spiegelelement zwischen dem Abstandshalter und dem Kompensationselement angeordnet ist.

PTB-Zeichen: 0213

Neutronendosimeter

Gepulste Strahlenfelder, wie sie in der Grundlagenforschung, bei Synchrotronstrahlung oder medizinischen Beschleunigern auftreten, stellen neue Herausforderungen an die Dosimetrie. Mit dem Dosimeter der PTB steht jetzt erstmals ein elektronischer Strahlungsmesser mit hoher Isotropie, geringer Totzeit und damit hoher metrologischer Güte für gepulste Neutronenfelder zur Verfügung.

PTB-Zeichen: 0215

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Erfinder:

Luszik-Bhadra, Marlies

Hohmann, Eike

Verlauf des Patentverfahrens:

DE 10 2008 050 731.8 ; 2008-10-08

DE 10 2008 050 731 A1 ; 2010-04-15

PCT DE 2009 001199 ; 2009-08-26

WO 2010 040330 A2 ; 2010-04-15

US 13/122,644 ; 2011-04-05

US 8,642,971 B2 ; 2014-02-04

EP 2331985 B1 ; 2015-08-12

IPC-Code:

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Glasfasergeführte Referenzfrequenz

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bereitstellen einer Referenz-Frequenz, mit den Schritten Senden von Licht eines Referenz-Lasers mit der Referenz-Frequenz von einem Referenz-Ort aus, Reflektieren des Lichts an einem Spiegel-Ort, der vom Referenz-Ort bezüglich eines Lichtpfads des Lichts beabstandet ist, und Stabilisieren einer Frequenz des Lichts am Spiegel-Ort auf die Referenz-Frequenz. Erfindungsgemäß ist ein Auskoppeln eines Teils des Lichts an einem Ziel-Ort im Lichtpfad zwischen dem Referenz-Ort und dem Spiegel-Ort und Ermitteln einer Schwebung (DCbeat) zwischen Licht, das vom Referenz-Ort zum Ziel-Ort gelaufen ist, und Licht, das vom Referenz-Ort über den Ziel-Ort zum Spiegel-Ort und vom Spiegel-Ort zum Ziel-Ort gelaufen ist, und Ermitteln der Referenz-Frequenz aus der Schwebung (DCbeat) vorgesehen.

PTB-Zeichen: 0222

Dosimeter für kleine Strahlungsfelder

Für strahlentherapeutische Beschleuniger existiert erstmals ein patentiertes Konzept, mit dem Referenzdosismessungen trotz kleinster Kammerabmessungen in wenigen Sekunden Messzeit pro Punkt möglich werden. Aufgrund der zusätzlich erhaltenen mikrodosimetrischen Information können zukünftig Aussagen über die relative biologische Wirksamkeit für die Behandlung von Patienten gemacht werden.

PTB-Zeichen: 0230

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Themengebiet:

Ionisierende Strahlung
Mensch und Gesundheit

Erfinder:

Illemann, Jens

Makowski, Christoph

Verlauf des Patentverfahrens:

DE 10 2009 018 335.3 ; 2009-04-23

PCT DE 2010 000431 ; 2010-04-15

DE 10 2009 018 335 B3 ; 2010-08-19

WO 2010/121589 A3 ; 2010-10-28

US 13/265,793 ; 2011-12-15

US 2012/0126135 A1 ; 2012-05-24

IPC-Code:

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Messgerät zum Messen einer Positions- und Winkeländerung

Die Erfindung betrifft ein Messgerät, insbesondere Längen- und Winkelmessgerät, zum Messen zumindest einer Positionsänderung und/oder zumindest einer Winkeländerung, mit einem Homodyn-Interferometer, das einen Strahlteiler zum Erzeugen eines Referenz-Lichtstrahls und eines Mess-Lichtstrahls aus einem primären Lichtstrahl, einen Referenz-Reflektor zum Reflektieren des Referenz-Lichtstrahls, einen beweglich geführten Mess-Reflektor zum Reflektieren des Mess-Lichtstrahls und einen Detektor umfasst, die so angeordnet sind, dass der Referenz-Lichtstrahl und der Mess-Lichtstrahl interferieren und bei Bewegung des Mess-Reflektors ein sich veränderndes Interferenzmuster entsteht, dessen Veränderung vom Detektor erfassbar ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Detektor zumindest eine Detektorzeile zum zeilenförmigen Erfassen des Interferenzmusters aufweist und das Homodyn-Interferometer eine Transformationsvorrichtung umfasst, die mit dem Detektor zum Einlesen von Detektor-Messwerten verbunden und eingerichtet ist zum Transformieren der Detektor-Messwerte in einen Frequenzraum.

PTB-Zeichen: 0239

Mikrokanalstruktur

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum hydrodynamischen Fokussieren eines Fluidstroms in einer Fluidkanalstruktur, insbesondere einer Mikrofluidkanalstruktur, bei dem der Fluidstrom hydrodynamisch fokussiert wird, indem in einem Fokussierkanalabschnitt der Fluidkanalstruktur der Fluidstrom in einem eine Drallbewegung ausführenden und den Fluidstrom hierdurch hydrodynamisch fokussierenden Fluidhüllstrom geführt wird.Weiterhin ist eine zum Ausführen des Verfahrens konfigurierte Anordnung vorgesehen.

PTB-Zeichen: 0247

Pulsed-in cw-Konverter für Quasi-cw-Laser

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.

PTB-Zeichen: 0254

Kritische Düsen zur Volumenstrombestimmung

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.

PTB-Zeichen: 0262

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Themengebiet:

Sensorik
Produktionstechnik

Erfinder:

Wendt, Gudrun
Mickan, Bodo
Mathies, Nicolaus
Ehrler, Alois

Verlauf des Patentverfahrens:

DE 10 2010 020 699.7; 2010-05-17

DE 10 2010 020 699 A1 ; 2011-11-17

DE 10 2010 020 699 B4 ; 2015-04-02

IPC-Code:

G05D Description G05D


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Laser-Längenmesssystem

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.

PTB-Zeichen: 0266

Frequenzstabilisierungsvorrichtung

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.

PTB-Zeichen: 0282

Ultra-rauscharmer Vorverstärker

Rauscharme Vorverstärker werden in allen präzisen Wechselstrombrücken benötigt. Zur Reduktion dieses Rauscheinflusses wurde ein ultra-rauscharmer Vorverstärker

entwickelt. Er zeichnet sich durch die Parallelschaltung mehrerer, selektierter Feldeffekttransistoren am Eingang aus, die geringst mögliche Rauschstrom- und Spannungswerte besitzen. Darüber hinaus ist die Eingangsstufe durch einen Schaltungsaufbau gekennzeichnet, der neben einer stabilen Ruhestromerzeugung der Eingangstransistoren den Drainwiderstand dynamisch derart vergrößert, dass eine optimale Rauschanpassung der Vorstufe an die Hauptstufe erfolgt und somit geringstmögliche Rauschdaten gewährleistet. Das Rückkopplungsnetzwerk stellt eine stabile Verstärkung ein. Dieses neuartige Schaltungskonzept führt zu der bisher nicht erreichten Kombination von einer Eingangsrauschspannung unter 0,5 nV, einem Eingangsrauschstrom unter 5 fA und

einer Eingangsimpedanz von 1 GΩ parallel zu 100 pF (angegeben für eine

Rauschbandbreite von 1 Hz bei 1 kHz Messfrequenz).

PTB-Zeichen: 0290

Frequenzkammbasiertes absolutes messendes Längenmesssystem

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Längenmessvorrichtung, insbesondere zur absoluten Längenmessung. Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung eine Absolut-Längenmessvorrichtung mit (a) einer Lichtquelle zum Erzeugen eines ersten Strahls und zumindest eines zweiten Strahls (b) einer Frequenzversatz-Erzeugungsvorrichtung zum Erzeugen eines von null verschiedenen Frequenzversatzes zwischen den beiden Strahlen, (c) einer ersten Messstrecke, in der beim Betrieb der Absolut-Längenmessvorrichtung zumindest ein Teil zumindest eines der Strahlen läuft und (d) zumindest einem Detektor, der so angeordnet ist, dass auf ihm der erste und der zweite Strahl interferieren, so dass mindestens ein Schwebungssignal entsteht, anhand dessen eine absolute Länge der Messstrecke ermittelbar ist.

PTB-Zeichen: 0305

Trommelgaszähler

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.

PTB-Zeichen: 0316

Verfahren zum Erzeugen eines Gasstromes und Vorrichtung

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.

PTB-Zeichen: 0320

Rauscharmer Präzisions-Stromverstärker

Die Erfindung betrifft einen Verstärker zum Verstärken eines elektrischen Stroms von unter 1000 Pikoampere mit: einem Stromeingang, einem Spannungsausgang und zumindest einem ersten Operationsverstärker, der mit dem Stromeingang elektrisch verbunden ist und als Stromverstärker geschaltet ist, einem hochohmigen Gegenkopplungswiderstand, der zwischen einen invertierenden Eingang und einen Ausgang des ersten Operationsverstärkers geschaltet ist, einem zweiten Operationsverstärker, der so hinter den ersten Operationsverstärker geschaltet ist, dass er einen Strom vom ersten Operationsverstärker in eine Spannung wandelt, und einem Zwischen-Widerstand, der zwischen den ersten Operationsverstärker und den zweiten Operationsverstärker geschaltet ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Gegenkopplungswiderstand und der Zwischen-Widerstand so ausgebildet sind, dass sich ein Widerstandsverhältnis von elektrischem Widerstand des Gegenkopplungswiderstands zu elektrischem Widerstand des Zwischen-Widerstands bei einer Temperaturänderung von 0,1 K um höchstens das 10-6-fache ändert.

PTB-Zeichen: 0328

Rückführbare Wechselstromstärken und Wechselspannungen

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.

PTB-Zeichen: 0332

Kraftmesseinrichtung für die Erzeugung von Zug- und Druckkräfte

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.

PTB-Zeichen: 0349

Schallschutzschirm für Orchestermusiker

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.

PTB-Zeichen: 0353

Doping mit Wachstumshormon - zuverlässig nachgewiesen durch Massenspektrometrie

Höher, schneller, weiter... Dieses Motto ist Ansporn vieler Leistungssportler, um noch größere Höchstleistungen zu erbringen. Leider beschränken sich manche Athleten dabei nicht bloß auf präzise abgestimmtes Training und Ernährung, sondern greifen zu unerlaubten leistungssteigernden Substanzen. Die neue massenspektrometrische Analysemethode der PTB verspricht mehr Zuverlässigkeit im Nachweis von Doping mit Wachstumshormon.

PTB-Zeichen: 0356

Referenzausgasungsprobe

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.

PTB-Zeichen: 0357

Umgebungsüberwachung von Neutronenstrahlung

Die Umgebungsüberwachung von Anlagen und Einrichtungen, die ionisierende Strahlung erzeugen (kerntechnik, Medizin, Forschung) erfordert die Messung der Umgebungs-Äquivalentdosis aller Komponenten ionisierender Strahlung außerhalb der Anlage, zum Beispiel am Zaun des Betriebsgeländes. Die hierfür eingesetzten Geräte müssen zwischen Strahlung natürlichen und künstlichen Ursprungs unterscheiden und der Einfluss von Störungen auf den Messwertmuss vernachlässigbar sein. Eine neue Entwicklung der PTB stellt sich diesen hohen Anforderungen der Messtechnik.

PTB-Zeichen: 0358

UWB-Radar mit Polarisationskontrast

Das UWB-Radar mit einer Polarisationsanpassung dient zur in-vivo Beobachtung und Analyse tiefliegender Gewebegrenzschichten bzw. Organe. Die Hervorhebung der Radarsignale einer bestimmten tiefliegenden Organ- oder Gewebeschicht erfolgt dabei unter Ausnutzung der Polarisationsdrehung der Gewebestrukturen.

PTB-Zeichen: 0359

Asphärennormal

Die rückführbare Vermessung von Asphären stellt weiterhin eine enorme Herausforderung dar. Beispielsweise reagieren optische Messverfahren auf Steigungen und Krümmungen grundverschieden anders als taktile Messverfahren. Mit neuen PTB-Asphärennormalen können Vergleichsmessungen von taktilen und optischen Messverfahren an asphärischen Oberflächen durchgeführt werden, deren Form deutlich von der Kugelgestalt abweicht.

PTB-Zeichen: 0363

Faser-Detektorkopplung

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.

PTB-Zeichen: 0372

Kompakte Vakuumdurchführung für Glasfasern

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.

PTB-Zeichen: 0373

Bestimmung der Position des Messvolumens bei der LDA

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.

PTB-Zeichen: 0375

Analytische Jacobi-Matrizen für optische Systeme

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.

PTB-Zeichen: 0376

Chip-Formfaktor

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.

PTB-Zeichen: 0377

Verfahren zur Online-Kalibrierung eines Stereo Particle Image Velocimetry-Systems

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.

PTB-Zeichen: 0380

Verfahren zur Detektion des kritischen Durchflusszustandes

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.

PTB-Zeichen: 0387

SQUID-basiertes Rauschthermometer zur Messung thermodynamischer Temperaturen im Tieftemperaturgebiet

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.

PTB-Zeichen: 0389

Selbstentlüftung von Rohrleitungs-, Schauglasarmaturen, Fensterkammern oder optischer Zugänge

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.

PTB-Zeichen: 0391

Interface zur Aufbereitung der Ausgangssignale inkrementaler Drehgeber

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.

PTB-Zeichen: 0392

Strahllagebestimmung für Teilchenbeschleuniger als portables Komplettsystem

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.

PTB-Zeichen: 0396

Ultrapräzises Fertigungsverfahren zur Herstellung von Siliziumkugeln

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.

PTB-Zeichen: 0404

Selektive Charakterisierung magnetischer Nanopartikel

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.

PTB-Zeichen: 0408

Laser-Doppler-Durchflussmessgerät mit automatisierter Rekonstruktion des optischen Zugangs

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.

PTB-Zeichen: 0411

Herstellung von einlagigem Graphen

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.

PTB-Zeichen: 0416

Biegeneutrale Druckverteilerplatte

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.

PTB-Zeichen: 0418

Verfahren zur Bestimmung einer Durchflussgeschwindigkeit eines Fluids

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.

PTB-Zeichen: 0423

Platzsparende Dateisystem-Integritätsprüfung

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.

PTB-Zeichen: 0424

Homogener Flächenstrahler

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.

PTB-Zeichen: 0425

Thermochrome Folie zur Qualitätssicherung therapeutischer Ultraschallgeräte

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.

PTB-Zeichen: 0426

Durchflussmessvorrichtung zum messen eines Durchflussparameters

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.

PTB-Zeichen: 0427

Genauere Winkelmessung mit CCD

Zur 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.

PTB-Zeichen: 0428

Verfahren zum Communication Device Tracking

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.

PTB-Zeichen: 0510

Sensor zur Bestimmung der Gaszusammensetzung

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.

PTB-Zeichen: 0432

Verfahren zur Bestimmung einer Kristallrichtung eines Wafers

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.

PTB-Zeichen: 0436

Signalverarbeitung eines Gas-Chips

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.

PTB-Zeichen: 0439

Verfahren zur Qualitätssicherung einer Belichtungsmaske bei der EUV-Lithographie

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.

PTB-Zeichen: 0446

Messeinrichtung für ultrapräzise Kugeln

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.

PTB-Zeichen: 0447

Impulsgeneratorschaltung mit hoher Pulswiederholrate

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.

PTB-Zeichen: 0457

Verbesserung des Point-Bridge-Verfahrens

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.

PTB-Zeichen: 0458

Pikonewton-Transferstandard

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.

PTB-Zeichen: 0459

Ultraschallpegelmesssystem

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.

PTB-Zeichen: 0462

Verkürztes Fehlertrennverfahren zur Teilungskalibrierung

Bei der Kalibrierung großer Prüflinge, wie Zahnräder wird die exakte Position der Zähne im Herstellungsprozess überprüft (rote Punkte im Bild). Bisherige Messungen sind zeitaufwändig und teuer. Das neue PTB-Verfahren zur antastenden Bestimmung der Maßgenauigkeit von gleichmäßig aufgeteilten kreisförmigen Körpern, kann dabei wesentlich mehr Messpositionen auslassen und so die Messzeit verkürzen. Zusätzlich kann eine weitere Funktion etabliert werden: die Parameter Messunsicherheit und Rechenzeit können je nach Aufgabe variiert werden. Anforderungen in der Industrie benötigen derzeit eine verkürzte Rechen- und Messzeit bei reduzierter Messunsicherheit.

PTB-Zeichen: 0465

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Themengebiet:

Produktionstechnik

Erfinder:

Keller, Frank

Stein, Martin

Kniel, Karin

Verlauf des Patentverfahrens:

DE 10 2017 119 488.6 ; 2017-08-25

DE 10 2017 119 488 B9 ; 2019-03-07


Kontakt:

Effiziente Optik eines Faser Brillouin Verstärkers mit erleichterter Automatisierbarkeit

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.

PTB-Zeichen: 0466

Ein Kraft-Hebel-System zur genauen Messung von Drehmomenten unter Mehrkomponentenbelastung

Die rückführbare Messung von Drehmomenten größer 2MN∙m ist z. B. für die Windenergiebranche von enormer Bedeutung. Die neue PTB-Erfindung ermöglicht die Rückführung durch eine Zerlegung des Drehmoments in mehrere Kraftsignale, die über eine definierte Hebellänge gemessen werden. Außerdem ist der Drehmomentsensor in der Lage die meisten Störkomponenten zu entkoppeln. Daraus ergibt sich eine genaue Methode mit einer Messunsicherheit von höchstens 1%.

PTB-Zeichen: 0470

Aerosole vollständig homogen nach nur kurzer Vermischungsstrecke

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.

PTB-Zeichen: 0472

Optische Charakterisierung von Mikropartikeln

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.

PTB-Zeichen: 0474

Neues Zusatzelement für Ulbricht-Kugeln verbessert Transmissionsmessung

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.

PTB-Zeichen: 0475

Kleinstdurchflüsse messen

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.

PTB-Zeichen: 0499

Optisches Positions- und Winkelmessgerät basierend auf Mehrstrahlinterferenzen

Zur hochgenauen und gleichzeitigen Messung von Winkeln, wie z. Bsp. Nick-, Gier- und Rollwinkeln ist ein einfaches, in Messprozesse zu integrierendes, neues Verfahren entwickelt worden. Drei Singlemodefasern werden auf einem Messschlitten, dessen Bewegung gemessen werden soll, appliziert und über zwei Bildsensoren das Interferenzbild ausgewertet. Durch die Auswertungen können alle wesentlichen Parameter der Position des Messschlittens mit hoher Auswertegenauigkeit bestimmt werden.

PTB-Zeichen: 0529

Mobiler Messstand für Röntgenstrahlerprüfungen

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.

PTB-Zeichen: 7025

Streifenelektrode für die Messung von Oberflächenwiderständen in Übereinstimmung mit IEC 60079-32-2

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.

PTB-Zeichen: 7062

Transfernormal zur Kalibrierung von Höchstfrequenzelektronik und für den Einsatz in der Wellenformmetrologie

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.

PTB-Zeichen: 7093

Sensor zur Messung der richtungsabhängigen Wärmeleitfähigkeit

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.

PTB-Zeichen: 8264

Abstandssensor für Lasertracer-Kugel

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.

PTB-Zeichen: 0492

Effizientere Ebenheitsmessung durch das Tiltmeter-EADS

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.

PTB-Zeichen: 0438

3D-AFM: Verbesserte 3D-Empfindlichkeit

Die heutige Rasterkraftmikroskopie beziehungsweise atomic force microscopy, kurz AFM, steht vor der Herausforderung dreidimensionale Strukturen zuverlässig zu messen. Bisher funktioniert das nicht ganz fehlerfrei: handelsübliche Kantilever, das ist die Messnadel eines AFM, reagieren unausgeglichen, wenn sie Kräften der drei Raumdimensionen ausgesetzt sind. Forscher der PTB lösen dieses Problem mit neuen Kantilevern: diese reagieren dank ihrer neuen Struktur sensitiver bei dreidimensionalen Einflüssen und rutschen nicht beim Rastern von Schrägen unterschiedlicher Steigungen.

PTB-Zeichen: 0476

Phasendifferenzanalyse in der Magnetkraftmikroskopie

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.

PTB-Zeichen: 7015

Taktiler Mikrotaster

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.

PTB-Zeichen: 7016

Elektrostatische Aufladung von Partikelströmungen

Für den Explosionsschutz in industriellen Anlagen ist es wichtig zu wisen, wie sich Partikel (etwa Pulver) beim Transport aufladen. Die neue Technologie basiert auf zwei-dimensionalen Messungen mithilfe der Particle Image Velocimetry (PIV) in zwei definierten Messbereichen. Zwischen zwei definierten Messabschnitten befindet sich ein Test-Kanal an den ein elektrostatisches Feld angelegt ist und das die unterschiedlich aufgeladenen Partikel abgelenkt. Durch die Beobachtung der einzelnen Teilchen in diesen Messbereichen wird in dem Verfahren die Ladungsänderung zwischen diesen Abschnitten ermittelt. Das Verfahren ermöglicht es, die elektrostatische Aufladung von sowohl laminaren als auch turbulenten Strömungen (bei Pulver oder Flüssigkeiten) online und nicht -invasiv zu messen und kann die Sicherheit vieler Transportprozesse zu verbessern.

 

 

 

PTB-Zeichen: 0527

Sorptionskörper für Präzisionsmassebestimmungen

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.

PTB-Zeichen: 0519

Laserstrukturierter magnetischer Maßstab

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.

PTB-Zeichen: 0491

Genauere dimensionelle CT-Messungen

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.

PTB-Zeichen: 0455

Doppel D-Spiegel-Halter

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.

PTB-Zeichen: 0525

Teilchenenergie-Messgerät

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.

PTB-Zeichen: 0497

Optische Baugruppe für die Optimierung stabiler Längenverhältnisse

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.

PTB-Zeichen: 0487