Experimentelle Untersuchungen und Modellierungen fotothermischer Meáverfahren Peter Meja Abstrakt In der Arbeit werden verschiedene fotothermische Meáverfahren, die lasergesttzte Meámethoden sind, vorgestellt. Am Anfang steht ein philosophisch geprgtes Vorwort ber die begrenzte Anwendbarkeit von physikalischen Modellen. Im ersten Kapitel wird der internationale Stand vorgestellt. Viele Gráen der Lasermeátechnik sind in internationalen Normen oder Normenentwrfen standardisiert, wobei auf diese kurz eingegangen und einige Unzulnglichkeiten andiskutiert werden. Die Wirkungsweise und der internationale Forschungsstand der fotothermischen Meáverfahren und der Theorie der Thermoelastizitt schlieáen sich an. Nach der Formulierung der Aufgabenstellung im zweiten Kapitel folgt im nchsten Kapitel die Beschreibung der zum Teil bereits bestehenden und zum Teil neu errichteten Meápltze. Insbesondere werden dort ausfhrlich mgliche Meáfehler analysiert. Das vierte Kapitel behandelt verschiedene Modelle der Laserkalorimetrie. Als erstes wird das Modell der Laserkalorimetrie vorgestellt, auf welchen Voraussetzungen die standardisierten Auswertemethoden beruhen. Dabei wurde herausgearbeitet, daá die Pulsmethode auf einem Nherungsverfahren beruht und daá dabei groáe Abweichungen fr lngere Bestrahlzeiten auftreten. Eine Korrektur wurde hierfr angegeben. Als Ergebnis wurde festgestellt, daá die bestehende Laserkalorimetrie von einer unendlich groáen Temperaturleitfhigkeit ausging und somit starke Abweichungen bei der Bestimmung des Absorptionsgrades fr groáe Proben und Proben mit geringer Temperaturleitfhigkeit auftreten. Daraufhin wurde ein Modell aufgestellt, um den Einfluá der Temperatur bei verschiedenen Anfangs- und Umgebungsbedingungen zu diskutieren, wobei die erhaltenen Parameterabhngigkeiten erlutert wurden. Eingehend wurde die Temperaturleitung in einer adiabatisch isolierten Probe untersucht, wobei der Bezug zu einer neuen mglichen Auswertung hergestellt wurde. Die Kapitel 5 und 6 behandeln die Lsung der thermoelastischen Gleichungen im ein- und zweidimensionalen Fall. Zur Lsung von thermoelastischen Wellen im Nahfeld wurde die LISA-Methode verwendet und die Gleichungen hergeleitet. Bei der Laserabsorptionssimulation in verschiedenen Festkrpern wurden beachtenswerte Verschiebungs-, Spannungs- und Temperaturfelder erhalten, die erstmalig in dieser Komplexitt bildlich dargestellt wurden. Auáerdem ermglicht es die Behandlung des zeitabhngigen Laserpulses und der Eindringtiefe, die vor allem bei Laseranregung auftritt, sowie einer rumlichen inhomogenen Anregung, die in der Arbeit nicht ausgefhrt wurde. Im siebenten Kapitel werden einige Empfindlichkeitsmessungen mit dem gechopperten fotothermischen Verfahren dargestellt. Dabei wurden Umwelteinflsse wie die Meátemperatur und die Luftfeuchtigkeit untersucht. Im Kapitel 8 werden verschiedene fotothermische Meáverfahren vorgestellt, die auf der Bestrahlung mittels eines Pulslasers beruhen. Alle Verfahren wurden neu aufgebaut. Es wurden einzelne Experimente dargestellt werden, die als Prfung des fotothermischen Effektes beim Meásignal dienten, z.B. die Messung der Probenaufwlbung oder die Detektion der lokalen Oszillation des Transmissionsgrades mittels des kombinierten fotothermischen Verfahrens in Transmission. An dieses Kapitel schlieáen sich die fotoakustische Messungen an und ein Vergleich mit der Theorie thermoelastischer Wellen zeigte eine gute bereinstimmung. In einer Meáreihe wurden z.B. die fotoakustischen Spektren zeitaufgelst dargestellt und diskutiert. Diese Methode dient zur Bestimmung des optimalen Meábereichs. Im elften Kapitel wird der Einfluá der Temperaturleitfhigkeit der Probe auf den Absorptionsgrad dargestellt. Hierbei wird ein lokaler Wrmeverlustkoeffizient eingefhrt, der sehr bedeutsam fr die Beschreibung der experimentellen Temperaturverhlnisse ist. Damit lát sich auch der Gltigkeitsbereich fr die Auswertemethoden abschtzen.

Experimentelle Untersuchungen und Modellierungen fotothermischer Meáverfahren Peter Meja Abstrakt In der Arbeit werden verschiedene fotothermische Meáverfahren, die lasergesttzte Meámethoden sind, vorgestellt. Am Anfang steht ein philosophisch geprgtes Vorwort ber die begrenzte Anwendbarkeit von physikalischen Modellen. Im ersten Kapitel wird der internationale Stand vorgestellt. Viele Gráen der Lasermeátechnik sind in internationalen Normen oder Normenentwrfen standardisiert, wobei auf diese kurz eingegangen und einige Unzulnglichkeiten andiskutiert werden. Die Wirkungsweise und der internationale Forschungsstand der fotothermischen Meáverfahren und der Theorie der Thermoelastizitt schlieáen sich an. Nach der Formulierung der Aufgabenstellung im zweiten Kapitel folgt im nchsten Kapitel die Beschreibung der zum Teil bereits bestehenden und zum Teil neu errichteten Meápltze. Insbesondere werden dort ausfhrlich mgliche Meáfehler analysiert. Das vierte Kapitel behandelt verschiedene Modelle der Laserkalorimetrie. Als erstes wird das Modell der Laserkalorimetrie vorgestellt, auf welchen Voraussetzungen die standardisierten Auswertemethoden beruhen. Dabei wurde herausgearbeitet, daá die Pulsmethode auf einem Nherungsverfahren beruht und daá dabei groáe Abweichungen fr lngere Bestrahlzeiten auftreten. Eine Korrektur wurde hierfr angegeben. Als Ergebnis wurde festgestellt, daá die bestehende Laserkalorimetrie von einer unendlich groáen Temperaturleitfhigkeit ausging und somit starke Abweichungen bei der Bestimmung des Absorptionsgrades fr groáe Proben und Proben mit geringer Temperaturleitfhigkeit auftreten. Daraufhin wurde ein Modell aufgestellt, um den Einfluá der Temperatur bei verschiedenen Anfangs- und Umgebungsbedingungen zu diskutieren, wobei die erhaltenen Parameterabhngigkeiten erlutert wurden. Eingehend wurde die Temperaturleitung in einer adiabatisch isolierten Probe untersucht, wobei der Bezug zu einer neuen mglichen Auswertung hergestellt wurde. Die Kapitel 5 und 6 behandeln die Lsung der thermoelastischen Gleichungen im ein- und zweidimensionalen Fall. Zur Lsung von thermoelastischen Wellen im Nahfeld wurde die LISA-Methode verwendet und die Gleichungen hergeleitet. Bei der Laserabsorptionssimulation in verschiedenen Festkrpern wurden beachtenswerte Verschiebungs-, Spannungs- und Temperaturfelder erhalten, die erstmalig in dieser Komplexitt bildlich dargestellt wurden. Auáerdem ermglicht es die Behandlung des zeitabhngigen Laserpulses und der Eindringtiefe, die vor allem bei Laseranregung auftritt, sowie einer rumlichen inhomogenen Anregung, die in der Arbeit nicht ausgefhrt wurde. Im siebenten Kapitel werden einige Empfindlichkeitsmessungen mit dem gechopperten fotothermischen Verfahren dargestellt. Dabei wurden Umwelteinflsse wie die Meátemperatur und die Luftfeuchtigkeit untersucht. Im Kapitel 8 werden verschiedene fotothermische Meáverfahren vorgestellt, die auf der Bestrahlung mittels eines Pulslasers beruhen. Alle Verfahren wurden neu aufgebaut. Es wurden einzelne Experimente dargestellt werden, die als Prfung des fotothermischen Effektes beim Meásignal dienten, z.B. die Messung der Probenaufwlbung oder die Detektion der lokalen Oszillation des Transmissionsgrades mittels des kombinierten fotothermischen Verfahrens in Transmission. An dieses Kapitel schlieáen sich die fotoakustische Messungen an und ein Vergleich mit der Theorie thermoelastischer Wellen zeigte eine gute bereinstimmung. In einer Meáreihe wurden z.B. die fotoakustischen Spektren zeitaufgelst dargestellt und diskutiert. Diese Methode dient zur Bestimmung des optimalen Meábereichs. Im elften Kapitel wird der Einfluá der Temperaturleitfhigkeit der Probe auf den Absorptionsgrad dargestellt. Hierbei wird ein lokaler Wrmeverlustkoeffizient eingefhrt, der sehr bedeutsam fr die Beschreibung der experimentellen Temperaturverhlnisse ist. Damit lát sich auch der Gltigkeitsbereich fr die Auswertemethoden abschtzen.