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<p>We evaluated 3-D imaging of coarse root structure and biomass using ground-penetrating radar (GPR). GPR surveys were conducted in a white pine forest in southern Ontario, Canada. GPR profiles were obtained across two test plots (6 and 17 m² area), using 1-GHz GPR and a MEMS (micro-electro-mechanical systems) accelerometer. Test plot surveys evaluated the effects of micro-topography, soil moisture content, and root diameter and spacing. In addition, with the aid of the outcome of the control test plots two other plots (25 and 400 m²area) were surveyed with varying line sample spacing to investigate the restraints on resolution brought about by line sampling density.</p> <p>Accounting for antenna tilt is necessary to determine an accurate and more precise position of root mass. The antenna tilt was >45^o pitch, >28^o roll and up to 10^o yaw due to surface micro-topography of the forest floor. Vector 3-D imaging enhanced the diffraction amplitude (15.5% increase) and centralized the position of the root. Radial surveys provided root continuity and produced better root imaging.</p> <p>GPR largely underestimates coarse root biomass when a line spacing of 25 cm is used. However similar results are found with smaller line spacing (12.5 cm). A maximum line spacing of 10 cm provided continuous root structure and differentiation of roots spaced 10 cm apart and greater. A sampling line spacing of 5 cm and an inline sampling interval of 0.5 cm in low soil moisture conditions provided the detection of roots that were a minimum of 1.4 cm in diameter.</p> / Master of Science (MSc)

Ett på marknaden nyligen introducerat GNSS-instrument är Leica GS18 T med inbyggd lutningskompensator, baserad på kombinerad GNSS- och tröghetsnavigeringsteknik (INS), som gör att mätstången med GNSS-instrumentet inte behöver centreras över den punkt som ska mätas in. Förutom att utföra snabbare mätningar möjliggör lutningskompensatortekniken inmätning av dolda punkter där konventionell GNSS-mätning normalt inte är möjlig utan mer tidskrävande indirekta metoder måste användas. Instrumentet har även avancerad GNSS-signalspårningsteknik som möjliggör mätning i svåra miljöer. På uppdrag av Lantmäteriet har som ett inledande test av Leica GS18 T lägesosäkerheten vid nätverks-RTK-mätning med lutande mätstång undersökts i tre situationer: vid mätning i olika lutningsgrader i både normal och svår mätmiljö, vid lutning mot olika väderstreck för att studera lutningsriktningens eventuella inverkan samt vid inmätning av hushörn som exempel på ett tillämpningsområde. I det senare fallet jämfördes resultatet med vad som erhålls med en indirekt metod, i detta fall dold punkt genom inbindning, som mätning med lutningskompensator möjligen skulle kunna ersätta. Analys av lägesosäkerheten baseras på beräkningar av standardosäkerhet, RMS (Root Mean Square) och medelavvikelse. Mätningarna med olika lutningsgrader på mätstången resulterade i en lägesosäkerhet på cm-nivå i plan för både normal och svår mätmiljö. Lägesosäkerheten i höjd hamnade på mm-nivå i normal mätmiljö och på cm-nivå i svår mätmiljö. Vidare pekar resultaten på att mätstångens lutningsriktning påverkar lägesosäkerheten. Orsaken till detta är dock inte klarlagd och kräver vidare undersökning. Inmätning av hushörn gav en medelavvikelse på ca 12 mm när mätstången lutades 30°. Metoden dold punkt genom inbindning gav generellt en lägre medelavvikelse, även om skillnaden är relativt liten (4 mm som lägst). En sammanfattande bedömning är att instrumentet fungerar bra vid detaljmätning, åtminstone vid positionsosäkerhetskrav på cm-nivå. / A recently introduced GNSS instrument on the market is Leica GS18 T with tilt compensation, based on GNSS/Inertial Navigation Systems (INS) integration, with no need to centre the survey pole with the GNSS instrument over the target point being measured. Besides making surveying faster, the tilt compensation technique enables measuring of hidden points where the use of conventional GNSS measuring normally is not possible without more time-consuming methods. The instrument also has advanced GNSS signal tracking which makes surveying in challenging environments possible. In this study, the Leica GS18 T has on behalf of Lantmäteriet been tested through studying the measurement uncertainty in network RTK measurement with tilted survey pole in three different situations: with the survey pole tilted in various degrees in both favourable and challenging survey environments; with tilt towards north, east, south and west to test if the tilt direction would affect the result; and for surveying of building corners as a possible field of application. In the latter case, the result was compared with what can be achieved with the conventional hidden point method using intersection of distances. The analysis of the measurement uncertainty was based on calculations of standard uncertainty, RMS (Root Mean Square) and mean deviation. The measurement uncertainty from the first part of the test was on cm-level horizontally, both in favourable and challenging survey environments, and in height on mm-level in favourable survey environment and on cm-level in challenging survey environment. Further, the results indicate that the tilt direction affects measurement uncertainty. The reason for this is not clarified and needs further investigation. The measurements of building corners resulted in a mean deviation of approximately 12 mm when the survey pole was tilted 30°. The hidden point method using intersection of distances generally resulted in lower mean deviation, even though the difference is relatively small (4 mm at best). To summarize, Leica GS18 T seems to be well suited for measuring with tilt in detailed surveying, at least if the requirements of position uncertainty is on cm-level.

All across physics research, incoherent and coherent light sources are extensively utilized. Especially highly brilliant X-ray sources such as third generation synchrotrons or free-electron lasers have become an invaluable tool enabling experimental techniques that are unique to these kinds of light sources. But these sources have developed to large scale facilities and a demand in compact laboratory scale sources providing radiation of similar quality arises nowadays. This thesis focuses on Traveling-Wave Thomson-Scattering (TWTS) which allows for the realization of ultra-compact, inherently synchronized and highly brilliant light sources. The TWTS geometry provides optical undulators, through which electrons pass and thereby emit radiation, with hundreds to thousands of undulator periods by utilizing pulse-front tilted lasers pulses from high peak-power laser systems. TWTS can realize incoherent radiation sources with orders of magnitude higher photon yield than established head-on Thomson sources. Moreover, optical free-electron lasers (OFELs) can be realized with TWTS if state-of-the-art technology in electron accelerators and laser systems is utilized. Tilting the laser pulse front with respect to the wavefront by half of this interaction angle optimizes electron and laser pulse overlap by compensating the spatial offset between electrons and the laser pulse-front at the beginning of the interaction when the electrons are far from the laser pulse axis. The laser pulse-front tilt ensures continuous overlap between electrons and laser pulse while the electrons cross the laser pulse cross-sectional area. Thus the interaction distance can be controlled in TWTS by the laser pulse width rather than laser pulse duration. Utilizing wide, petawatt class laser pulses allows realizing thousands of optical undulator periods. This thesis will show that TWTS OFELs emitting ultraviolet radiation are realizable today with existing technology for electron accelerators and laser systems. The requirements on electron bunch and laser pulse quality of these ultraviolet TWTS OFELs are discussed in detail as well as the corresponding requirements of TWTS OFELs emitting in the soft and hard X-ray range. These requirements are derived from scaling laws which stem from a self-consistent analytic description of the electron bunch and radiation field dynamics in TWTS OFELs presented within this thesis. It is shown that these dynamics in TWTS OFELs are qualitatively equivalent to the electron bunch and radiation field dynamics of standard free-electron lasers which analytically proves the applicability of TWTS for the realization of an optical free-electron laser. Furthermore, experimental setup strategies to generate the pulse-front tilted TWTS laser pulses are presented and designs of experimental setups for the above examples are discussed. The presented setup strategies provide dispersion compensation, required due to angular dispersion of the laser pulse, which is especially relevant when building compact, high-yield hard X-ray TWTS sources in large interaction angle setups. An example of such an enhanced Thomson source by TWTS, which provides orders of magnitude higher spectral photon density than a comparable head-on interaction geometry, is presented, too. / Inkohärente und kohärente Lichtquellen werden in allen Feldern der physikalischen Forschung intensiv eingesetzt. Im Besonderen ermöglichen hoch-brilliante Röntgenquellen, wie Synchrotrone der dritten Generation und Freie-Elektronen Laser, einzigartige Experimentiertechniken wodurch diese zu unverzichtbaren Werkzeugen wurden. Sie sind allerdings auch im Umfang zu Großforschungseinrichtungen herangewachsen. Um den hohen Bedarf an hoch-brillianten Lichtquellen zu decken, besteht daher die Notwendigkeit neuartige und kompakte Quellen zu entwickeln welche auf dem Maßstab eines Labors realisierbar sind. Diese Dissertation widmet sich der Traveling-Wave Thomsonstreuung (TWTS) welche die Realisierung ultra-kompakter, intrinsisch synchronisierbarer und hoch-brillianter Röntgenquellen ermöglicht. TWTS ist eine Methode der Streuung von Laserpulsen an relativistischen Elektronen. Dabei durchquert ein Elektronenpuls mit nahezu Lichtgeschwindigkeit einen Laserpuls. Während der Durchquerung beginnen die Elektronen im Feld des Laserpulses zu oszillieren wobei sie Strahlung emittieren. Die ausgesandte Strahlung besitzt eine deutlich kürzere Wellenlänge als das Laserfeld aufgrund der hohen Elektronengeschwindigkeit und der damit verbundenen großen Dopplerverschiebung. Das besondere an TWTS ist, dass Elektronen- und Laserpropagationsrichtung einen Winkel einschließen sowie pulsfrontverkippte Hochleistungslaserpulse eingesetzt werden. Dadurch können um Größenordnungen längere Interaktionsdistanzen als in herkömmlichen frontalen Thomsonstreuungsanordnungen erreicht werden. TWTS ermöglicht dadurch die Realisierung optischer Freie-Elektronen Laser (OFEL) und inkohärenter Strahlungsquellen mit einer um Größenordnungen erhöhten Photonenausbeute gegenüber Thomsonstreuungsquellen in frontalen Interaktionsanordungen. Werden modernste Elektronenbeschleuniger und Lasersysteme genutzt, dann ist der Betrieb optischer Freie-Elektronen Laser bereits heute mit TWTS möglich. Das wird in der Dissertation am Beispiel eines Vakuumultraviolettstrahlung emittierenden TWTS OFEL gezeigt. Dessen Anforderungen an die Qualität der Elektronen- und Laserpulse werden im Detail in der Arbeit besprochen sowie weitere Beispiele weicher und harter Röntgenstrahlung emittierender TWTS OFEL präsentiert. Diese Anforderungen werden anhand von Skalierungsvorschriften ermittelt welche aus einer selbstkonsistenten, 1.5 dimensionalen Theorie zur Wechselwirkung zwischen Elektronen und Laserfeld in TWTS abgeleitet sind. Sowohl die Theorie zur Wechselwirkung als auch die Ableitung der Skalierungsvorschriften sind Teile dieser Dissertation. Eine wichtige Erkenntnis der Theorie ist die qualitative Äquivalenz von Elektronen- und Strahlungsfeldbewegungsgleichungen in TWTS zu denen herkömmlicher Freie-Elektronen Laser. Das beweist analytisch die Möglichkeit zur Realisierung eines OFEL mit TWTS. Einen weiteren wichtigen Teil dieser Dissertation bildet die Arbeit zur Generierung der Laserpulse mit verkippter Pulsfront. Optische Aufbauten zur Verkippung der Laserpulsfront werden vorgestellt und für einige der präsentierten TWTS OFEL ausführlich dargelegt. Die Aufbauten verkippen nicht nur die Laserpulsfront sondern gewähren gleichzeitig Kontrolle über die Laserpulsdispersionen. Dadurch kann während der gesamten Interaktionen eine ausreichend hohe Qualität des Laserfeldes sichergestellt werden, was für TWTS OFEL und inkohärente TWTS Lichtquellen mit großem Interaktionswinkel unbedingt notwendig ist. Ein Beispiel einer inkohärenten TWTS Lichtquelle wird ebenfalls präsentiert. Diese emittiert Strahlung mit einer um Größenordnungen höheren spektrale Photonendichte als eine herkömmliche Thomsonquelle in einer frontalen Streuanordnung mit vergleichbaren Laser- und Elektronenpulsen.

Nous présentons dans ce mémoire un modèle d'interaction outil-roche qui calcule les efforts de forage en fonction du déplacement dans la roche d'un outil de forage de type PDC, et permet d'évaluer ses propriétés directionnelles, à savoir, son indice d'anisotropie (steerability) et son angle de walk. Le mouvement de l'outil est défini par une translation suivant trois axes et une rotation suivant deux axes. L'angle de tilt, qui définit l'inclinaison de l'outil par rapport à l'axe du trou en cours de forage, est pris en compte dans le calcul des surfaces d'interactions effectives entre les différentes composantes de l'outil (structure de coupe, garde active et garde passive) et la roche. Ce modèle outil est établi à partir d'une modélisation de la coupe de roche par un taillant. Ce modèle de coupe élémentaire est construit de manière à être applicable aux différentes parties de l'outil. Les efforts élémentaires de coupe sont intégrés sur toute la structure de l'outil de forage afin de calculer ses propriétés directionnelles. Le modèle d'interaction outil-roche est validé à partir d'essais de forage directionnel réalisés sur un banc spécialement conçu pour reproduire le comportement des systèmes de forage dirigé existants. Il constitue un outil d'aide à la décision pour la sélection de l'outil de forage en fonction du système au bout duquel il sera fixé. Ce modèle pourra aussi être intégré dans une boucle de régulation automatique ou semi-automatique de contrôle et de correction de la trajectoire en temps réel. / This work deals with the formulation of global relationships between kinematic variables describing the penetration of a PDC bit into the rock and drilling forces acting on it. This allows us determine the bit directional properties in terms of steerability, which corresponds to the bit lateral aggressiveness, and walk, which describes the bit azimuth displacement with respect to the side force. The bit kinematic quantities are divided into a three-axis penetration vector and a two-axis angular penetration vector. The bit tilt, which describes the angle between the bit revolution axis and the borehole tangent, is used to compute the effective interaction surface between the bit's different components (cutting structure, active gauge and passive gauge) and the rock. A new cutter-rock interface law is set up and experimentally validated in order to compute elementary forces acting on all parts of a drill bit. Bit directional properties are computed after the integration of these elementary forces. The bit-rock interaction model is experimentally validated with directional drilling tests held on a full-scale drilling bench developed to reproduce Rotary Steerable Systems (RSS) directional behavior. Tests and theoretical results enabled us to fully understand the roles of tilt angle, bit design, operating parameters and rock properties in the deviation process of a PDC bit. The bit-rock interaction model is a decision support tool for optimal drill bit selection according to the RSS being used. It could also be embedded in a real-time Closed-Loop Guided Directional Drilling controller in order to correct the drilling direction or follow a planned borehole trajectory.

Polymeric materials have provided pathways to products that could not be manufactured otherwise. A new technology which merges the benefits of ceramics into these polymer products has created materials ideally suited to many different industries, like food packaging. Nano Scale Surface Systems, Inc. (NS3), a company which coats polymers with ceramic oxides like SiO2 through a process known as plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD), was interested in the feasibility of an in line measurement system for monitoring the deposited films on various polymer products. This project examined two different coated polymer products, polyethylene terephthalate (PET) beverage containers and biaxially oriented PET food packaging, commonly known as plastic wrap in an effort to determine the feasibility of an ellipsometry based measurement system for NS3’s purpose. Due to its extensive use in the semiconductor industry for monitoring films deposited on silicon, a measurement systems known as ellipsometry, adept at monitoring the thickness and refractive index of thin films deposited on various substrates, appeared to be an ideal system for the measurement of ceramic oxides deposited on various polymer substrates. This project set out to determine the feasibility of using an ellipsometry based measurement system to monitor ceramic films, specifically silicon oxides (SiOX), deposited on polymer products. A preliminary experiment determined linearly polarized light could induce a discernible change in polarized light traversing a coated beverage container relative to an uncoated container. However, the experiment lacked repeatability due to the measurement apparatus’ cheap setup, prompting the construction of a null (conventional) ellipsometer for further research. The curved surface of the beverage containers under study unnecessarily complicated the feasibility study so further research examined PECVD SiOX on biaxially oriented PET instead. Characterization of the PECVD SiOX-PET material was divided into three experiments, with the first two analyzing the SiOX film and PET substrate separately while the third analyzed them together. To assist with the characterization experiments, NS3 provided samples, both SiOX coated and uncoated, of various deposition thicknesses on silicon and biaxially oriented PET substrates. Null ellipsometry was used in conjunction with spectroscopic reflectometry to characterize the refractive index and thickness of the deposited films. The combined measurement systems found the refractive index of the deposited SiOX films to be between 1.461 and 1.465. The measured thicknesses resulting from the two measurement systems coincided well and were usually 10-20 nm thicker than the predicted thicknesses by the deposition processing parameters. Abeles’ method and monochromatic goniometry were attempted; however, the results had to be discarded due to irrecoverable errors discovered in the reflectance measurement. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) data provided by NS3 showed the deposited SiOX films to be homogeneous with stoichiometries between 2.15 and 2.23. Characterization of the uncoated biaxially oriented PET required numerous measurement systems. From spectroscopic transmission, trirefringent anisotropy was discovered, intertwined with thickness variations in the PET foil. Goniometry measurements displayed distinct interference curves resulting from rear interface reflections interfering with front interface reflections from the PET sample. Subsequent goniometric models produced multiple solutions due to an unknown optical phenomenon, probably scattering, which degraded the reflection measurements. However, a combined measurement technique utilizing goniometry and differential scanning calorimetry (DSC) determined the refractive indices of the polymer to be NX = 1.677, NY = 1.632 and NZ = 1.495 with a thickness of 11.343 μm and a volume fraction crystallinity of 35-41%. Utilizing the measured refractive indices, ellipsometric models produced only an adequate fit of the measured data due to the presence of depolarization caused by non-uniform PET thickness and scattering resulting from embedded microscopic crystallites. The majority of the error in the ellipsometric data was observed in the Δ measurement. XPS measurements of SiOX deposited on polypropylene (PP) provided by NS3 showed a heterogeneous interphase layer between the deposited oxide and the polymer substrate where the composition of the layer was continually changing. A similar region, which violates the homogenous assumption the ellipsometric model relied on, was anticipated for the SiOX-PET samples under investigation. The use of an effective medium approximation (EMA) to represent the interphase region was attempted, but failed to provide a decent model fit of the measured data. Depolarization and high optical anisotropy caused by the polymer substrate in combination with a heterogeneous interphase region and the effects of the deposited SiOX layer all interacted to prevent ellipsometric modelling of the null ellipsometry measurements conducted. Goniometry measurements were conducted on the thickest deposited SiOX film (approximately 100 nm) which allowed for the refractive index of the film to be approximated through Abeles’ method (n = 1.46); however the validity of this approximation was questionable given the presence of interference fringes resulting from interference between reflections at both the front and rear interfaces of the material. From the experiments conducted, it was concluded that null ellipsometry with conventional ellipsometric models could not adequately measure a SiOX film’s refractive index or thickness when deposited on biaxially oriented PET. The reasons for the failure were interactions between multiple sources of error which led to both measurement errors and inaccurate model assumptions. Use of generalized ellipsometry, possibly with spectroscopic ellipsometry, may overcome the failures of conventional ellipsometry when studying this complex optical material.

Les Transistors Bipolaires à Hétérojonction fonctionnent à hautes fréquences sous des tensions d'environ 5V, en particulier dans le système de matériaux InP/InGaAs. Il est souhaitable d'obtenir ces performances non pas sur InP mais sur GaAs, substrat plus robuste, disponible en taille supérieure et préféré en industrie. Un buffer métamorphique GaAs → InP est alors requis pour relaxer la contrainte due au désaccord de paramètre de maille. Cette thèse porte sur la croissance par Epitaxie par Jets Moléculaires de tels buffers et de TBH InP/InGaAs à base fortement dopée au béryllium. Les buffers sont évalués via un protocole expérimental dédié au TBH, associant des caractérisations «matériaux» (photoluminescence, Double Diffraction des rayons X, microscopies optique et à force atomique AFM) et électriques (diodes métamorphiques). Nous comparons ainsi les deux processus de relaxation possibles : avec introduction progressive de la contrainte sur buffer graduel In(Ga)AlAs, abrupte sur buffer uniforme InP. Le rôle de la cinétique des adatomes III en front de croissance sur le processus graduel est démontré. Les performances des TBH métamorphiques InP/InGaAs épitaxiés sur GaAs via un buffer graduel InGaAlAs sont au final proches de celles des TBH de référence sur InP.

Trotz aller technischen Weiterentwicklungen in der Vergangenheit unterscheiden sich moderne elektronische Tachymeter in ihrer Grundkonstruktion nicht wesentlich von ihren analogen Vorgängern. Ihnen allen ist gemeinsam, dass eine Visur um den Nadir nicht möglich ist. Dies bedeutet, dass Punkte, welche sich in einem Zenitwinkelbereich zwischen ca. 170 und 230 gon befinden, nicht direkt gemessen werden können. Gegenstand der vorliegenden Arbeit war daher die Entwicklung eines Systems, mit welchem tachymetrische Messungen auch in einem Zenitwinkelbereich zwischen 170 und 230 gon möglich sind. Das Konzept basiert auf dem aus dem Markscheidewesen bekannten Hängetheodolit. Um Messungen im Bereich des Nadirs durchführen zu können, wird ein Tachymeter ähnlich einem Hängetheodolit in hängender Position montiert. In dieser Position ist der zur Horizontierung dienende interne elektronische Neigungskompensator jedoch nicht funktionsfähig. Die Horizontierung wird daher extern überwacht. Zu diesem Zweck wird das Tachymeter über eine geeignete Aufhängevorrichtung mit einem Neigungssensor verbunden. Die Kombination aus in hängender Position montiertem Tachymeter und externem Neigungssensor wird als Hängetachymeter bezeichnet. Bei der Kombination des Systems mit einem externen Neigungssensor kann eine geringe Abweichung zwischen der Stehachse des Tachymeters und der Lotachse des Neigungssensors fertigungsbedingt nicht vermieden werden. Zur Bestimmung dieser Abweichung wurden geeignete Verfahren entwickelt und auf ihre Genauigkeit untersucht. Die mit dem Tachymeter ermittelten Messwerte werden durch Instrumentenabweichungen beeinflusst und müssen um diese korrigiert werden. Auch sind die Messwerte um die mit dem externen Neigungssensor ermittelte Stehachsenneigung zu korrigieren. Die Achsenabweichungen des Tachymeters müssen in hängender Position bestimmt werden. Es kann nicht generell vorausgesetzt werden, dass diese mit den in aufrechter Position bestimmten Werten übereinstimmen. Zur Steuerung des Hängetachymeters wurde eine Software entwickelt, in welche die Kalibrierung der Sensoren, die Auswertung und Korrektur der Messwerte, deren Speicherung und Weiterverarbeitung sowie der Datenexport integriert wurden. Eine Kombination des Hängetachymeters mit einer Okularkamera ermöglicht die automatische Zielerkennung und -verfolgung nichtsignalisierter Punkte auch bei Messungen nahe dem Nadir. Zur Realisierung eines Autofokus wurde das Hängetachymeter mit einem Schrittmotor kombiniert, welcher über den Fokussierring des Tachymeters die Fokussierlinse bewegt. Eine Autofokusfunktion wurde auf Grundlage des Bildkontrastes entwickelt. Die Kalibrierung der Okularkamera basiert auf einer Modellierung des Abbildungsprozesses durch lineare Funktionen. Hierbei wurde die Abhängigkeit der Kalibrierwerte von der Position der Fokussierlinse (Position des Schrittmotors) aufgezeigt. Die zur optischen Zielerkennung eingesetzten Bildverarbeitungsalgorithmen gliedern sich in eine manuelle Punktanzielung im Bild, die Messung punktförmiger Muster durch Kantendetektion und Ellipsenanpassung und Bildzuordnungsverfahren nach der Methode der kleinsten Quadrate. Um die Leistungsfähigkeit des Hängetachymeters zu bestimmen, aber auch um die Güte der Kalibrierung zu testen, wurden mehrere Genauigkeitsuntersuchungen durchgeführt. Abschließend wurde das Hängetachymeter auch erfolgreich in der Industrievermessung eingesetzt und eine automatische Kalibrierroutine ohne Interaktion des Benutzers entwickelt. Die erreichten Genauigkeiten des Systems liegen im Bereich der Genauigkeiten des eingesetzten Tachymeters. / Despite all technical enhancements in the past modern electronic tacheometers do not differ significantly to their analogue predecessors. All have in common that aiming around the nadir is not possible. This means that points situated in the zenith angle region between ca. 170 to 230 gon cannot be measured directly. Therefore the subject of the present work was the development of a system that makes measurements in the zenith angle region between 170 and 230 gon possible. The concept is based upon the suspended theodolite which is known in mine-surveying. To carry out measurements in the region of the nadir a total station is mounted in a hanging position similar to a suspended theodolite. However the function of the tilt compensator which is used for levelling of the instrument is not supported in this position. Hence inclination is monitored externally. For this purpose the tacheometer is connected to a clinometer by an appropriate suspension arrangement. The combination of a tacheometer mounted in a suspended position and an external clinometer is called suspended tacheometer. Combining the system with an external clinometer a marginal variation occurs between the vertical axis of the tacheometer and the plummet axis of the clinometer due to production conditions. To quantify this variation an appropriate method was developed and its accuracy tested. Measurements conducted by the tacheometer are influenced by the variations of the instrument and must therefore be adjusted. Moreover these measurements must be adjusted by the inclination detected by the external clinometer. The axis variations of the tacheometer must be determined in suspended position. It cannot be generally presumed that these measurements comply with the ones determined in upright position. To actuate the suspended tacheometer a software was developed. This software also offers integrated functions for calibration of the sensors, analysis and adjustment of the measurements and their storage and processing as well as export of data. A combination of the suspended tacheometer with an ocular camera makes automatic target detection and tracking of non-cooperative signals possible also when measuring near the region of the nadir. To realize an autofocus the suspended tacheometer was combined with a stepper motor which moves the focus lens. Based on the image contrast an autofocus function was developed. The calibration of the ocular camera is based on modelling the mapping process by linear functions. Here the dependency of calibration values on the position of the focus lens (position of the stepping motor) was demonstrated. Image processing algorithms used for optical target detection can be divided into manual target detection in the image, measurement of point-shaped patterns by edge detection and ellipse adjustment and image allocation operations (Least squares matching). To determine the efficiency of the suspended tacheometer as well as to test the performance of the calibration several accuracy tests were performed. Also the suspended tacheometer was successfully deployed in industrial surveying. An automatic calibration routine without participation of a user was developed. The achieved accuracies of the system correspond with the accuracies of the inserted tacheometer.

Les lasers stabilisés à long terme sont utilisés dans de nombreux domaines en métrologie, leur incursion dans les applications spatiales se précise depuis quelques années, missions de physique fondamentale, géodésie... Ce travail concerne les lasers stables pour le projet LISA (détection spatiale des ondes de gravitation, mission prévue dans 10 ans); en vue de cette application spatiale, les montages doivent satisfaire plusieurs critères: compacité, stabilité mécanique, robustesse et fiabilité. Les références utilisables pour l'asservissement long terme (iode, chapitre 3) et court terme (cavité de Fabry-Pérot, chapitre 4) sont décrites, ainsi que leurs limitations principales. L'analyse et le choix de ces références de stabilisation seront couplés avec le choix des techniques de stabilisation (PDH, Tilt-Locking, Modulation Transfer). Dans les techniques de stabilisation, celle de Pound-Drever-Hall (PDH), un classique en matière de configuration, est comparée au Tilt-Locking, une technique continu et peu consommatrice en énergie, dans le cas d'une référence Fabry-Perot monolithique. Les calcules théorique pour chaque technique et chaque type de référence ammeneront à une description des sources de bruit et à une simulation des signaux d'erreur attendus. Les performances théoriques sur le long terme et les efficacités quantiques sont intercomparées. La deuxième partie, présentera les montages expérimentaux et les résultats obtenus, pour des lasers stabilisés sur Fabry-Perot et sur l'Iode moléculaire. Pour calibrer les dérives de fréquence du Fabry-Perot, sa fréquence de résonance sera mesurée par rapport à celle de la molécule, ce qui permettra de présenter des solutions obtenues analytiquement et numériquement pour l'asservissement en longueur de cette référence mécanique. En appendices, les détails de dimensionnement des bruits de LISA conduisant aux spécifications des lasers, le rappel théorique des ondes de gravitation ainsi que divers simulations de calculs effectués.

Für den Zylinderkopf ist das Schwerkraftgießen ein etabliertes Gießverfahren. Jedoch gehen die Gießereien in der Ausführung des Schwerkraftgusses unterschiedlich vor. Durch die mannigfaltigen Anschnittsysteme und die sich dadurch ergebenden Vor- bzw. Nachteile bei der Herstellung entstehen Unterschiede bei Qualität und Kosten. Ziel dieser Arbeit ist es, Standards und Vereinheitlichungen während der Produktentstehung eines Zylinderkopfes zu etablieren, um eine gleichbleibende Qualität der Zylinderköpfe in den Gießereien zu gewährleisten. Dazu sind vielfältige Ansatzpunkte zu verfolgen. Eine Möglichkeit ist die geometrische Beurteilung des Zylinderkopfs, wie z.B. Wandstärken, Speisungswege und die Außengeometrien. Die nach Lastenheftvorgaben zu erfüllenden Eigenschaften spielen gleichermaßen eine Rolle und haben Einfluss auf die Wahl des Gießverfahrens. Mit Hilfe von speziellen Entscheidungsmethoden ist eine Vorauswahl für ein Gießverfahren möglich. Des Weiteren werden mittels experimentellen Untersuchungen die Entscheidungen gestützt. Die Gießsimulation ist als zusätzliches Auslegungswerkzeug einzusetzen. Hierbei sind Gussfehler im Bauteil zu lokalisieren und zu vermeiden. Unzureichende Speisungswege oder zu geringe Wandstärken durch komplizierte Kerngeometrien sind zu ermitteln. Des Weiteren sind Vorhersagen zu Dendritenarmabständen und Materialausnutzung (Speiserdimensionierung) möglich, die direkt mit der Wahl des Gießverfahrens zusammenhängen. Die Verzahnung von Geometrie- und Metallurgiefaktoren führt idealerweise zur Definition von Standardisierungsaspekten zur Auswahl der Gießtechnologie bei der Zylinderkopfentwicklung. Durch eine parallele Produkt- und Prozessentwicklung ist eine Verkürzung des Produktentstehungsprozesses erreichbar.