@PhdThesis{dbt_mods_00032484,
  author = 	{Klein, Alexander},
  title = 	{Fasergekoppelte In-situ-Laserhygrometer auf Basis der direkten Absorptions- und Wellenl{\"a}ngenmodulations-Spektroskopie f{\"u}r minimale Messstrecken},
  year = 	{2017},
  month = 	{Jun},
  day = 	{09},
  keywords = 	{Hygrometer; Absorptionsspektroskopie; TDLAS; Verbrennungsmotor; Gasanalyse},
  abstract = 	{In der angewandten- und der Grundlagenforschung hat die Absorptionsspektroskopie mit abstimmbaren Diodenlasern (TDLAS) vielfachen Einsatz gefunden. Die hervorragenden spektralen Eigenschaften der Diodenlaser sowie die m{\"o}gliche schnelle Abstimmung der Wellenl{\"a}nge erlauben eine zuverl{\"a}ssige In-situ-Bestimmung absoluter Gasspezieskonzentrationen und -temperaturen mit hoher Sensitivit{\"a}t, Selektivit{\"a}t und Skalierbarkeit. Ein Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung und Validierung eines Absorptionsspektrometers zur Kombination der beiden meist genutzten TDLAS-Techniken - der direkten Absorptions- und der Wellenl{\"a}ngenmodulations-Spektroskopie. Ein schnelles Zeitmultiplex-Verfahren erm{\"o}glicht beide Methoden in einem einzigen Aufbau simultan zu verwenden. Die hierf{\"u}r aufgebauten Spektrometer nutzen die direkte online Kalibrierung des WMS-Signals durch die mit dTDLAS gleichzeitig ermittelte absolute Spezieskonzentration. Hierdurch konnte die Nachweisgrenze und die Pr{\"a}zision um das F{\"u}nffache von 150 nmol/mol*m*Hz1/2 auf 34 nmol/mol*m*Hz1/2 verbessert werden. Dies erm{\"o}glicht Messungen absoluter Gaskonzentrationen ohne vorherige Kalibrierung gegen einen bekannten Gasstandard. Die ausgezeichneten Eigenschaften der TDLAS f{\"u}r die innermotorische Gasanalyse wurden in dieser Arbeit genutzt f{\"u}r die Entwicklung und Validierung eines Laserhygrometers f{\"u}r eine kalibrierungsfreie In-situ H2O-Bestimmung mit fasergekoppelten Sensorkopf f{\"u}r den minimal-invasiven Einsatz mit nur einem 12 mm kleinen Zugang zur Brennkammer des Verbrennungsmotors, um damit prinzipiell eine zyklusaufgel{\"o}ste Analyse der Abgasr{\"u}ckf{\"u}hrung zur Emissionsreduktion in modernen PKWs zu erm{\"o}glichen. F{\"u}r die Entwicklung des Spektrometers wurde zun{\"a}chst eine passende Absorptionslinie selektiert und die spektralen Molek{\"u}lparameter metrologisch charakterisiert, was die Unsicherheit des Spektrometers massiv verringerte. Speziell die Linienst{\"a}rke der gew{\"a}hlten Absorptionslinie bei 2,551 [my]m konnte mit einer sehr kleinen Unsicherheit von {\textpm} 1,15 {\%} vermessen werden. Der Sensor erreichte eine Zeitaufl{\"o}sung von 0,9{\textdegree} Kurbelwinkel bei 1500 U/min des Motors (100 [my]s). Durch die stabile und kompakte Optik des Sensorkopfes war die optische Aufl{\"o}sung in der betrachteten Kompressionsphase {\"u}ber 130 Motorzyklen stabil bei 3,7*10-3. Dies f{\"u}hrte zu einem SNR von 34 bei 15000 [my]mol/mol bei 1500 U/min des geschleppten Motors. Die H2O-Konzentration f{\"u}r den AGR-Rate relevanten Bereich, konnte absolut und kalibrierungsfrei mit {\textpm} 570[my]mol/mol bestimmt werden. Die Mittelung der Konzentration {\"u}ber den Kompressionsbereich von mehr als achtzig aufeinanderfolgenden Motorzyklen, ergab eine H2O-Konzentration von 13340 [my]mol/mol mit einer nur geringen Schwankung von 170 [my]mol/mol. Dieses Ergebnis best{\"a}tigt die ausgezeichnete Stabilit{\"a}t des Spektrometers und die damit verbundene M{\"o}glichkeit die H2O-Konzentration f{\"u}r eine AGR-Analyse innerhalb des Motors zyklusaufgel{\"o}st zu bestimmen.},
  url = 	{https://www.db-thueringen.de/receive/dbt_mods_00032484},
  url = 	{http://uri.gbv.de/document/gvk:ppn:889896917},
  file = 	{:https://www.db-thueringen.de/servlets/MCRFileNodeServlet/dbt_derivate_00038654/ilm1-2017000177.pdf:PDF},
  language = 	{de}
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