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Laserinduzierte Phosphorthermometrie für Hochtemperaturanwendungen

Von:

Ellen Elisabeth Hertle

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Die Temperatur ist einer der größten Einflussfaktoren in vielen natürlichen und technologischen Prozessen. Laserbasierte Messtechniken eignen sich in besonderer Weise zur Temperaturmessung, da sie eine hohe räumliche und zeitliche Auflösung bieten, ohne die am Messobjekt herrschenden Bedingungen zu beeinflussen. Diese Arbeit beschreibt die Anwendung und Weiterentwicklung der laserinduzierten Phosphorthermometrie zur Untersuchung von Temperaturverteilungen in Hochtemperaturumgebungen. Bei der Analyse neuer thermographischer Phosphore wird der Fokus auf Materialien gelegt, welche sich für Temperaturmessungen oberhalb von 1000K eignen. Die Optimierung erfolgt ausgehend vom etablierten Hochtemperaturphosphor YAG:Dy durch Variation des Wirtskristalls und der Dotierionen. Als Kriterien für die Materialauswahl werden neben einer hohen Lumineszenzintensität eine gute thermische Sensitivität und eine kurze Abklingzeit betrachtet. Die Charakterisierung der zeitlich aufgelösten und spektralen Lumineszenzeigenschaften erfolgt zunächst für Pulverschüttungen in einem Hochtemperaturofen, wobei systematische Einflussfaktoren auf das Lumineszenzverhalten identifiziert und deren Auswirkungen auf die Temperaturbestimmung diskutiert werden. Basierend auf der Temperatur-Abklingzeitcharakteristik wird zudem ein Multi-Phononen-Relaxationsmodell erarbeitet. Die vorgestellten Ergebnisse bilden eine wesentliche Grundlage für die Bestimmung neuer thermographischer Materialien und erweitern die Datenbasis bekannter Hochtemperaturphosphore erheblich. Ergänzend werden Untersuchungen in einer optisch zugänglichen Kalibrierzelle durchgeführt und eine Machbarkeitsstudie zur bildgebenden Temperaturmessung im heißen Abgas eines Porenbrenners vorgestellt.