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Auf der electronica 2006: Hochpräzise Längenmessung durch Zeitmessung per Laser

08.11.2006
Eine Innovation gefördert durch das BMWi-Programm "Innovationskompetenz mittelständischer Unternehmen (PRO INNO)"

Zur Längenmessung in Landschaftsplanung und Bauwirtschaft, bei Sicherheitssystemen und Produktionskontrollen, aber auch bei Navigationshilfen für Schiffe und Flugzeuge dient die Laufzeit eines Laserstrahls. Gemessen wird die Zeit zwischen Einschalten und Registrieren des reflektierten Laserstrahls im Messgerät. Einziger Nachteil der Messmethode ist die hohe Geschwindigkeit, mit der sich das Licht ausbreitet.

In nur einer Mikrosekunde (Millionstelsekunde) legt es 300 Meter zurück. Dies stellt hohe Anforderungen an die Zeitauflösung der Messelektronik. So benötigt man für eine Messgenauigkeit von 15 Zentimetern eine zeitliche Auflösung von 1 Nanosekunde. Je genauer man die Entfernung messen will, umso höher steigt der elektronische Aufwand bei der Zeitmessung. Im Auftrag des BMWi unterstützte die AiF das Unternehmen acam-messelectronic GmbH aus Baden-Württemberg bei der Entwicklung eines Systems zur laserbasierten Entfernungsmessung, das eine zeitliche Auflösung im Picosekundenbereich ermöglicht. Die Genauigkeit der Längenmessung kann damit in den Millimeterbereich gesteigert werden. Kernstück der Entwicklung sind hoch leistungsfähige TDC-Mikrochips (Time to Digital Converter), die die Messdaten erheben und digital zur Verfügung stellen.

Mit einer Auflösung von rund 10 Picosekunden (die Zeit, in der sich das Licht 3 Millimeter fortbewegt) ist der neue TDC-Chip rund 5-mal besser als die Konkurrenz. Auch in puncto Messgeschwindigkeit setzt er neue Maßstäbe: Auf jedem Messkanal erreicht der Chip 200 Megahertz Messrate. In einem Betriebsmodus, der einfach durch Softwarekonfiguration einstellbar ist, sind acht Messkanäle verfügbar und damit eine Spitzenmessrate von 1,6 Milliarden Messungen pro Sekunde.

Neben der Entfernungsmessung vervielfachen andere Anwendungen den wirtschaftlichen Erfolg der Neuentwicklung. Dazu zählt die Fluoreszenz-Spektroskopie, die bei-spielsweise in der Biotechnologie zum Einsatz kommt: Ein Laserpuls trifft ein Probe, etwa eine lebende Zelle. Ein zu untersuchender Stoff in der Probe nimmt das Licht auf und gibt es kurze Zeit später mit einer anderen Farbe wieder ab. Aus der Zeit zwischen Aufnahme und Abgabe des Lichts kann man Rückschlüsse auf Eigenschaften der Probe ziehen und beispielsweise ihren Stoffwechsel beobachten.

Eine weitere Anwendung ist die Computertomografie für die Krebsdiagnostik. In PET- (Positronen-Emissions-Tomografie-) Scannern wird dem zu untersuchenden Menschen eine radioaktiv markierte Flüssigkeit gespritzt, in der Regel Glukose. Sie lagert sich be-sonders dort an, wo reger Stoffwechsel herrscht, vor allem an Turmoren. Mit dem PET-Scanner kann man über sehr präzise und schnelle Zeitmessung den Ort der Glukose im Körper lokalisieren. Im Tomografen werden viele zigtausend Bildpunkte pro Sekunde zu einem Schnittbild des Körpers zusammengesetzt. So wird der Stoffwechsel im Körper direkt sichtbar. Auch hier sorgt der Chip für eine bessere Auflösung und eine drastisch erhöhte Messrate. Das Bild wird schärfer und baut sich schneller auf. Die Verweildauer des Patienten im Tomografen verkürzt sich von 30 auf 10 Minuten.

Acam-messelectronic beschäftigt sich seit 1990 mit der hochpräzisen Messung von Zeitdifferenzen. Bei der Entwicklung des Systems zur laserbasierten Entfernungsmessung kooperierte das Unternehmen mit der österreichischen RIEGL Measurement Systems GmbH. Mit seiner TDC-Reihe erwartet Acam-messelectronic, in den nächsten fünf Jahren das 10- bis 15-fache des eingesetzten Kapitals zu erwirtschaften. Bis Mitte nächsten Jahres werden zwei neue Arbeitsplätze geschaffen worden sein, die direkt auf die Entwicklung des Chips zurückzuführen sind.

Das Unternehmen acam-messelectronic präsentiert seinen Chip vom 14. bis 17. November 2006 auf der Messe electronica 2006 in München, Halle A5, Stand 313.

Ansprechpartner: Andreas Larsch, acam-messelectronic GmbH, Stutensee-Blankenloch, E-Mail: alarsch@acam.de, Tel.: 07244 7419-0

Pressearbeit: Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen "Otto von Guericke" (AiF), Silvia Niediek, E-Mail: presse@aif.de,

Tel.: 0221 37680-55

Silvia Niediek | idw
Weitere Informationen:
http://www.forschungskoop.de
http://www.aif.de

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