TY - JOUR A1 - Staat, Manfred A1 - Ballmann, J. T1 - Computation of impacts on elastic solids by methods of bicharacteristics JF - Computational Mechanics '88 : theory and applications ; proceedings of the International Conference on Computational Engineering Science April 10-14, 1988, Atlanta, GA, USA ; vol. 2 N2 - Shock waves, explosions, impacts or cavitation bubble collapses may generate stress waves in solids causing cracks or unexpected dammage due to focussing, physical nonlinearity or interaction with existing cracks. There is a growing interest in wave propagation, which poses many novel problems to experimentalists and theorists. KW - Bicharakteristikenverfahren KW - Elastizität KW - elastic solids KW - bicharacteristics Y1 - 1988 SP - 1719 EP - 1722 ER - TY - GEN A1 - Kaster, Jan Mathis T1 - Untersuchungen zur Specklereduktion bei der Infrarot-Laser gestützten Ferndetektion von TNT-Oberflächenkontaminationen T1 - Studies on specklereduction in the infrared laser based remote detection of TNT surface contaminations N2 - Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Specklereduktion bei der Infrarotlaser-gestützten abbildenden Ferndetektion von TNT-Oberflächenkontaminationen. Für die Detektion wird die Probenoberfläche mit einem abstimmbaren Quantenkaskadenlaser bei verschiedenen Wellenzahlen im Spektralbereich von 1340cm-1 bis 1380cm-1 bestrahlt, während eine Infrarot-Kamera Bilder der bestrahlten Fläche aufzeichnet. Diese Bilder werden dann so verarbeitet, dass im Ausgabebild die chemisch spezifische TNT-Absorption durch eine Änderung der Helligkeit örtlich aufgelöst erkennbar werden. Da kohärente Strahlung, welche beispielsweise an optisch rauen Oberflächen reflektiert wird, aufgrund der stochastischen Verteilung der Oberflächenrautiefe mit der einfallenden Strahlung lateral unterschiedlich interferiert, entsteht ein „Rauschen“ in der aufgezeichneten Strahlungsleistungsverteilung, das sog. Speckle-Phänomen. Die Empfindlichkeit der oben skizzierten Lasergestützten Messtechnik wird im Wesentlichen durch diesen Effekt limitiert. Um die durch Laserspeckles verursachten Rauschanteile zu reduzieren, gibt es verschiedene Möglichkeiten. Durch Reduktion von zeitlicher und räumlicher Kohärenz der Strahlung wird deren Interferenzfähigkeit reduziert und durch Variieren des Specklemusters während einer Bildaufzeichnung führen Mittelungen unkorrelierter Rauschanteile zu einer Specklekontrastreduktion. Letztere Möglichkeit resultiert daraus, dass Laserspeckles statistisch durch die Familie der Gammaverteilungen beschrieben werden können. Demnach verbessert sich das Signal-zu-Rausch-Verhältnis mit der Anzahl gemittelter, unkorrelierter Rauschmuster proportional zur Wurzel dieser Anzahl. Ein im MIR-Spektralbereich umsetzbarer Ansatz, der all diese Möglichkeiten berücksichtigt, wurde bereits 1971 von Lowenthal und Joyeaux vorgeschlagen und im Rahmen der vorliegenden Arbeit für den infraroten Spektralbereich adaptiert. Dazu wird die Strahlung mit zwei CVD-Diamant-Wafern moduliert; ein Wafer ist dabei stationär und der andere rotiert mit ca. 70Hz. In der vorliegenden Arbeit konnte mit diesem Ansatz eine Verbesserung des Signal-zu-Rausch-Verhältnisses in der betrachteten Strahlungsleistungs¬verteilung von ursprünglich 3 auf etwa 45 erzielt werden. So konnten erstmals TNT-Kontaminationen von bis zu 10µg/cm² in einem Abstand von 5m abbildend nachgewiesen werden. Dies entspricht der Kontamination durch einen mit TNT leicht verunreinigten Fingerabdruck. KW - Speckle KW - Infrarot-Reflexions-Absorptions-Spektroskopie KW - MIR-Spektroskopie KW - Infrarotmesstechnik KW - Quantenkaskadenlaser KW - Fernerkundung KW - Trinitrotol Y1 - 2009 ER - TY - CHAP A1 - Arinkin, Vladimir A1 - Digel, Ilya T1 - Water bridge phenomenon : [abstract] N2 - One of interesting but not well known water properties is related to appearance of highly ordered structures in response to strong electrical field. In 1893 Sir William Armstrong placed a cotton thread between two wine glasses filled with chemically pure water. When high DC voltage was applied between the glasses, a connection consisting of water formed, producing a "water bridge" KW - Hydrodynamik KW - Elektrodynamik KW - Wasserbrücke KW - water bridge phenomenon Y1 - 2009 ER - TY - GEN A1 - Samm, Doris T1 - Horizontal schwingende Feder (Simulation in Java) N2 - Die Anwender können die Federkonstante, die Amplitude und die Masse einstellen. Es werden die Änderung der kinetischen und potentiellen Energie angezeigt und die Auslenkung als Funktion der Zeit dargestellt. KW - Feder KW - Amplitude KW - Auslenkung KW - Javasimulation Y1 - 2003 ER - TY - GEN A1 - Samm, Doris T1 - Vertikal schwingende Feder (Simulation in Java) N2 - Die Anwender können die Federkonstante, die Amplitude und die Masse einstellen. Die Änderung der kinetischen und potentiellen Energie werden angezeigt und die Auslenkung als Funktion der Zeit dargestellt. KW - Feder KW - Amplitude KW - Auslenkung KW - Javasimulation Y1 - 2003 ER - TY - GEN A1 - Samm, Doris T1 - Mathematisches Pendel (Simulation in Java) N2 - Die Anwender können die Länge des Pendels und die Auslenkung einstellen. Es werden die Änderung der potentiellen und kinetischen Energie sowie des Auslenkwinkels als Funktion der Zeit dargestellt. KW - Pendel KW - Auslenkung KW - Javasimulation Y1 - 2003 ER - TY - GEN A1 - Samm, Doris A1 - Meurer, Marcel T1 - Die elektrische Leitung und Supraleitung N2 - Die Lerneinheit stellt in anschaulicher Weise die verschiedenen Modelle der elektrischen Leitung dar und führt über diese zur Erklärung der Supraleitung. Effekte und Anwendungen der Supraleitung werden in Animationen und Bildern vorgeführt. Ein umfangreiches Glossar erläutert wichtige Begriffe. KW - Elektrische Leitung KW - Supraleitung KW - Elektronengas KW - Bändermodell KW - Festkörper KW - Elektrische Leitung KW - Supraleitung Y1 - 2003 ER - TY - GEN A1 - Samm, Doris A1 - Perteck, Patrik T1 - Der Helium-Neon-Laser N2 - In der Lerneinheit werden zunächst anschaulich die Eigenschaften verschiedener Lichtquellen sowie wichtige Begriffe erläutert. Anschließen wird das physikalische Prinzip des HeNe-Lasers erklärt. Die Lerneinheit endet mit der Beschreibung des technischen Aufbaus eines HeNe-Lasers. KW - Helium-Neon-Laser KW - Lichtquelle KW - Lichtabsorption KW - Lichtemission KW - Resonator KW - Simulation KW - Virtuelle Realität KW - Lichtbetrachtung KW - Besetzungsinversion KW - He-Ne Laser KW - He-Ne Schema Y1 - 2003 ER - TY - GEN A1 - Samm, Doris A1 - Witte, Tim T1 - Virtuelles Labor zur Verarbeitung elektronischer Signale N2 - Oberfläche zur Simulation einfacher Praktikumsversuche mit dem NIM System. Programmiert mit Flash MX. Die Simulation verschafft virtuellen Einblick in ein Pulselektroniklabor. KW - Impulstechnik KW - Signalquelle KW - Simulation KW - Virtuelle Realität KW - Pulselektroniklabor Y1 - 2003 ER - TY - GEN A1 - Gebhardt, Andreas T1 - Lasermesstechnik 1 N2 - Strahlquelle, Verfahren, Triangulation, Interferometrie, Laufzeit, Lidar, Holographie, Speckle, Applikationen, Laseroptische Strömungsmessung, Laser Doppler Velocimetry, Particle Image Velocimetry KW - Lasermesstechnik Y1 - 2005 ER - TY - GEN A1 - Gebhardt, Andreas T1 - Lasermesstechnik 2 N2 - Laser-Doppler-Velozimetrie: Grundlagen, Referenzstrahlverfahren, Kreuzstrahlverfahren, Signalauswertung, Richtungserkennung, Mehrkomponentensysteme, Anwendungen KW - Lasermesstechnik KW - Laseroptische Strömungsmessung KW - Laser-Doppler-Velozimetrie Y1 - 2005 ER - TY - CHAP A1 - Staat, Manfred A1 - Ballmann, J. T1 - Fundamental aspects of numerical methods for the propagation of multi-dimensional nonlinear waves in solids T2 - Nonlinear hyperbolic equations : theory, computations methods, and applications ; proceedings of the 2nd International Conference on Nonlinear Hyperbolic Problems, Aachen N2 - The nonlinear scalar constitutive equations of gases lead to a change in sound speed from point to point as would be found in linear inhomogeneous (and time dependent) media. The nonlinear tensor constitutive equations of solids introduce the additional local effect of solution dependent anisotropy. The speed of a wave passing through a point changes with propagation direction and its rays are inclined to the front. It is an open question whether the widely used operator splitting techniques achieve a dimensional splitting with physically reasonable results for these multi-dimensional problems. May be this is the main reason why the theoretical and numerical investigations of multi-dimensional wave propagation in nonlinear solids are so far behind gas dynamics. We hope to promote the subject a little by a discussion of some fundamental aspects of the solution of the equations of nonlinear elastodynamics. We use methods of characteristics because they only integrate mathematically exact equations which have a direct physical interpretation. KW - Nichtlineare Welle KW - Nichtlineare Gleichung KW - Festkörper KW - Elastodynamik KW - Multi-dimensional wave propagation KW - nonlinear solids KW - nonlinear tensor constitutive equation Y1 - 1989 SP - 574 EP - 588 ER - TY - THES A1 - Achtsnicht, Stefan T1 - Multiplex-Magnetdetektion von superparamagnetischen Beads zur Identifizierung von Trinkwasserkontaminationen N2 - Die qualitative und quantitative Detektion von Zielsubstanzen innerhalb einer wässrigen Probe ist für viele Fragestellungen von Interesse, etwa bei der Detektion von Kontaminationen in Trinkwasser in Krisensituationen. Hierbei ist es nicht nur wichtig, dass Pathogene möglichst sensitiv detektiert werden können, sondern auch, dass die Analyse schnell erfolgt, um Betroffenen im Katastrophenfall zügig sicheres Trinkwasser zu Verfügung stellen zu können. Da bei einem solchen Szenario nicht von einer in der Nähe befindlichen funktionierenden Laborinfrastruktur ausgegangen werden kann, ist es wichtig, dass die Messung direkt vor Ort erfolgen kann. Im Rahmen dieser Arbeit wurde untersucht, ob eine derartige Schnellanalytik mithilfe von superparamagnetischen Beads (MBs) und der magnetischen Frequenzmischtechnik möglich ist. Dabei werden die MBs mit Hilfe von primären Antikörpern an die Zielsubstanz gebunden und mit sekundären Antikörpern an die Poren-Oberfläche eines Polyethylen-Filters fixiert (Sandwich-Immunoassay). So kann die Quantifizierung der Zielsubstanz auf eine magnetische Messung der immobilisierten MB-Marker zurückgeführt werden. Die magnetische Frequenzmischtechnik basiert auf der Anregung der Probe mit Magnetfeldern zweier verschiedener Frequenzen. Die durch die nichtlineare Magnetisierungsform der superparamagnetischen MBs entstehenden Mischfrequenzen werden typischerweise mithilfe einer zweistufigen Lock-in-Detektion analysiert (analoge Demodulation), die in einem Magnetreader als Handheldgerät realisiert wurde. Zusätzlich zu dieser Technik wurde das Prinzip der direkten Digitalisierung des gesamten Antwortsignals mit anschließender Fourier-Analyse der erzeugten Mischfrequenzen experimentell umgesetzt, um die Amplituden und Phasen mehrerer Mischfrequenzen simultan zu erfassen. Eine Möglichkeit zur Sensitivitätssteigerung ist die magnetische Aufkonzentration, indem vor der magnetischen Analyse eine Separation der MBs aus einem größeren Probenvolumen mittels magnetischem Feldgradienten durchgeführt wird. Zur Charakterisierung verschiedener kommerzieller MBs hinsichtlich ihrer magnetischen Separierbarkeit wurde ein Aufbau zur Messung ihrer magnetophoretischen Beweglichkeiten realisiert und ihre Geschwindigkeiten im Gradientenfeld mikroskopisch gemessen.Da eine Probe oftmals nicht nur auf eine einzige Zielsubstanz, sondern simultan auf mehrere verschiedene Pathogene hin untersucht werden soll, wurden verschiedene Ansätze entwickelt und getestet, die einen solchen multiparametrischen magnetischen Immunoassay ermöglichen. Einerseits wurde eine räumliche Separation der Bindungsbereiche für verschiedene Zielsubstanzen realisiert, die sequentiell ausgewertet werden können. Andererseits wurde die Unterscheidung von verschiedenen Zielsubstanzen anhand der Charakteristika der an sie gebundenen, verschieden funktionalisierten MB-Typen untersucht. Für eine solche Unterscheidung wurde zum einen die Anregefrequenz der magnetischen Frequenzmischtechnik während einer Messung variiert. Damit konnte gezeigt werden, dass sich verschiedene MB-Sorten anhand der Phase ihrer Frequenzmischsignale voneinander unterscheiden lassen. Weiterhin wurde gezeigt, dass sich der Signalverlauf einer binären Mischung zweier verschiedener MB-Typen als gradueller Übergang der Verläufe der beiden reinen MB-Lösungen ergibt. Eine weitere Analysemethode für einen multiparametrischen Immunoassay besteht darin, ein zusätzliches einstellbares statisches magnetisches Offsetfeld zu verwenden. Hierfür wurden mehrere Aufbauten auf Basis von Permanent- und Elektromagneten simuliert, konstruiert und charakterisiert. Mithilfe von Simulationen konnte gezeigt werden, dass eine auf diesem Verfahren beruhende Unterscheidung für MBs mit unterschiedlichen magnetischen Partikelmomenten möglich ist. Als direkte Anwendung des hier entwickelten Magnetreaders in Zusammenspiel mit der digitalen Demodulation wurde ein magnetischer Assay gegen die B-Untereinheit des Choleratoxins in Trinkwasser mit einem niedrigen Detektionslimit von 0,2 ng/ml demonstriert. N2 - The qualitative and quantitative detection of target substances in an aqueous sample is of interest for many questions, for example in the detection of contaminations in drinking water in crisis situations. It is not only important that pathogens can be detected with highest possible sensitivity, but also that the analysis is carried out quickly so that safe drinking water can be provided in the event of a disaster. During such a scenario one cannot rely on a functioning laboratory infrastructure nearby. Therefore it is important that the measurement can be carried out directly on site. Within the scope of this work, it was investigated whether such a quick analysis can be performed using superparamagnetic beads (MBs) and the magnetic frequency mixing technique. The MBs are bound to the target substance with the aid of primary antibodies and fixed to the pore surfaces of a polyethylene filter with secondary antibodies (sandwich immunoassay). The quantification of the target substance can thus be traced back to a magnetic measurement of the immobilized MB markers. The magnetic frequency mixing technique is based on the excitation of the sample with magnetic fields of two different frequencies. The mixing frequencies generated due to the non-linear shape of the magnetization of the superparamagnetic MBs are typically analyzed using a two-stage Lock-in detection (analog demodulation), which was implemented in a magnetic reader as a handheld device. In addition to this technique, the principle of direct digitization of the entire response signal with subsequent Fourier analysis of the generated mixing frequencies was experimentally implemented in order to simultaneously record the amplitudes and phases of several mixing frequencies. One possibility for increasing the sensitivity is magnetic concentration. In that case, the MBs are separated from a larger sample volume by means of a magnetic field gradient before the magnetic analysis. To characterize various commercial MBs with regard to their magnetic separability, a setup for measuring their magnetophoretic mobility was implemented and their velocities in the gradient field were measured with an optical microscope.Often, a sample has to be examined not only for a single target substance, but for several different pathogens simultaneously. Various approaches have been developed and tested which enable such a multiparametric magnetic immunoassay. On the one hand, a spatial separation of the binding areas for different target substances was realized, which can be evaluated sequentially. On the other hand, a distinction among different target substances based on the magnetic characteristics of their attached different MB types was examined. For this discrimination, the excitation frequency of the magnetic frequency mixing technology was varied during measurement. It is shown that different MB types can be distinguished from one another based on the phase of their frequency mixing signals. The signal curve of a binary mixture of two different MB types is obtained as a gradual transition of the curves of the two pure MB solutions. Another method of analysis for a multiparametric immunoassay is based on an additional adjustable static magnetic offset field. For this purpose, several setups based on permanent magnets and electromagnets were simulated, designed and characterized. The simulations show that a distinction based on this method is possible for MBs with different magnetic particle moments. As a direct application of the developed magnetic reader in conjunction with digital demodulation, a magnetic assay against the B subunit of cholera toxin in drinking water was demonstrated, and a low detection limit of 0.2 ng/ml was achieved. KW - Choleratoxin B KW - Trinkwassersicherheit KW - cholera toxin B KW - drinking water safety KW - magnetic frequency mixing technique Y1 - 2020 U6 - http://dx.doi.org/10.18154/RWTH-2020-12052 N1 - Dissertation, RWTH Aachen University, 2020 ER -