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Magnettomographischer Versuchsaufbau
Stephan Gschwandtner
Betreuung: Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. Bernhard Zagar
Der Begriff Tomographie wird überwiegend mit Computertomographie (CT) assoziiert, insbesondere mit dem in der Medizin zum Einsatz kommenden CT-Scanner. Allerdings ist die Tomographie abgesehen vom medizinischen Bereich gegenwärtig bereits in einigen wissenschaftlichen Gebieten von Bedeutung. Tomographisch bildgebende Systeme wurden grundsätzlich entwickelt, um die innere Struktur und Zusammensetzung von Objekten zu erforschen. Dabei wird zur Analyse das zu untersuchende Objekt elektromagnetischer Strahlung ausgesetzt und anschließend ein virtueller Querschnitt berechnet, welcher Rückschluss auf die innere Struktur des Objektes zu geben vermag.
Anwendungen, die auf tomographischen Verfahren basieren, lösen im Allgemeinen inverse Probleme.
Abbildung 1: Dieses Bild zeigt den realisierten Aufbau inklusive aller zur magnettomographischen Erfassung verwendeten Geräte.
Ein solches Problem liegt vor, wenn von einer beobachteten Wirkung auf die der Wirkung zu Grunde liegenden Ursache zurückgeschlossen wird. Der im Zuge dieser Master-Thesis entwickelte magnettomographische Versuchsaufbau wird demnach ebenfalls als inverses Problem betrachtet. Im Detail wird durch die in Spulen induzierte Spannung - hervorgerufen durch Ruheinduktion - Rückschluss auf die örtliche Position der Ursache gezogen.
Die Ursache, respektive die Erzeugung des magnetischen Wechselfeldes, wird durch Speisung einer Elektrolytsäule (Acrylglasrohr gefüllt mit einer Elektrolytlösung) mit Wechselstrom bewirkt. Wegen der einfachen Verfügbarkeit und Handhabung wird als Elektrolyt eine Natriumchlorid-Wasserlösung verwendet. Die dadurch erforderliche, detaillierte Untersuchung derartiger Lösungen hinsichtlich elektrischer Leitfähigkeit wird in dieser Arbeit näher erläutert.
Bei der mechanischen Realisierung des magnettomographischen Versuchsaufbaus wird eine Bewegung der Messvorrichtung, welche um die feststehende Elektrolytsäule positioniert ist, ermöglicht. Diese Vorrichtung beinhaltet 8 Induktionsspulen-Magnetfeldsensoren und die Ortsveränderung wird durch zwei Linearachsen ausgeführt. Instrumentierungs- und Mikrofonverstärker sorgen für die notwendige Verstärkung der in den Sensorspulen induzierten Spannung. Über die analogen Eingänge einer Audiokarte werden die Sensorsignale schließlich mittels Digitalrechner erfasst, verarbeitet und entsprechend ausgewertet.
Die Bedienung der vollautomatisierten Messdurchführung am magnettomographischen Versuchsaufbau erfolgt über eine in Matlab gestaltete Benutzeroberfläche. Wie die schlussendlich präsentierten Ergebnisse zeigen, stimmen die magnettomographisch erfassten Spulenpositionen mit jenen, die durch die Linearachsen tatsächlich angefahren wurden, sehr gut überein. Als Fazit lässt sich somit festhalten, dass die gestellten Anforderungen an den magnettomographischen Versuchsaufbau bestens erfüllt werden.
Schlagwörter: Tomographie, inverses Problem, Elektrolyt, magnetisches Wechselfeld, Sensorspule, induzierte Spannung
12. September 2013
