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Magnetometrische Durchflussmessung mit optisch gepumpten Magnetometern und Spinmanipulation fließender Medien

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Von:

Leonhard Braun

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Die Dissertation von Leonhard Braun präsentiert ein neuartiges, kalibrationsfreies und nicht-invasives Verfahren zur Durchflussmessung wasserstoffhaltiger Flüssigkeiten: die magnetometrische Durchflussmessung mit optisch gepumpten Magnetometern (OPM). Die Methode kombiniert Erd-/Nullfeld-NMR mit Quantenmagnetometrie und nutzt RF-Pulse, um im Medium magnetische Zeitstempel zu erzeugen, die flussabwärts per Time-of-Flight ausgewertet werden. Der entscheidende Vorteil: Das Verfahren funktioniert durch Kunststoff- und austenitische Stahlrohre und ist unabhängig von der elektrischen Leitfähigkeit ideal für Medien, bei denen magnetisch-induktive Messungen an Grenzen stoßen. Im Labor wird ein Geschwindigkeitsbereich von 12,723,3 cm/s mit ~3 % Präzision demonstriert; Magnetisierungen bis 300 pT und Zeitstempel bis 120 pT werden sicher detektiert. Neben dem experimentellen Nachweis liefert die Dissertation ein fundiertes Modell der Signalpräparation und erläutert die Rolle des Strömungsprofils auf die Signalform inklusive FEM-Simulation der charakteristischen, asymmetrischen Zeitstempel. So werden Stellhebel zur Maximierung des Signal-zu-Rausch-Verhältnisses aufgezeigt und der Weg zu erweiterten Messgrößen geebnet: Sensitivität auf Flussprofile sowie Perspektiven zur Ermittlung von Viskosität, Temperatur, Füllstand oder Ablagerungen. Damit bietet das Werk eine belastbare Grundlage für die Überführung in industrielle Anwendungen bis hin zu potenziellen Clamp-On-Lösungen. Ein Muss für Ingenieurinnen und Ingenieure, Messtechnik- und Prozessverantwortliche in Chemie, Wasser/Abwasser, Energie und Wasserstoffinfrastruktur, die präzise, robuste und kosteneffiziente Durchflussmessung neu denken wollen.