Entwicklung einer schnellen Hyperspektralkamera auf Basis zirkular variabler Verlaufsfilter

Bildgebende Spektrometersysteme werden auch als Hyperspektralkameras bezeichnet. Diese sind ein wichtiges Hilfsmittel zur Analyse der Umsetzung von energetischen Feststoffen, wie Treibstoffen oder pyrotechnischen Sätzen. Im Gegensatz zu vielen anderen Analysemethoden ist die Messung der emittierten optischen Strahlung nicht intrusiv, sodass der Reaktionsprozess durch die Messung nicht beeinflusst wird.
Die Messszene wird durch die Pixel der Sensormatrix in einzelne kleine Teilbereiche unterteilt. Für jeden dieser Pixel wird eine zeitliche Folge an Spektren generiert. Die spektralen Daten, vor allem im infraroten Spektralbereich, liefern wichtige Erkenntnisse über Reaktions-Edukte, -Produkte sowie -Zwischenprodukte und deren ablaufende Reaktionsmechanismen. Die lokale Unterteilung der Messszene erlaubt es dabei die ablaufenden Prozesse in einzelnen Zonen zu diskriminieren. So kann zwischen primären und sekundären Reaktionsprozessen unterschieden werden. Das Messszenario zeichnet sich meist durch eine hohe Strahlungsintensität sowie hohen lokalen Intensitätsdynamiken aus. Die Anforderungen an das Messsystem sind dabei eine moderate spektrale und lokale Auflösung, kombiniert mit einer möglichst hohen zeitlichen Auflösung. ... mehrZu diesem Zweck wird in dieser Arbeit eine Infrarot-Hyperspektralkamera auf Basis von zirkular variablen Verlaufsfiltern entwickelt. Dazu wird das Messsystem konzipiert, realisiert und eine geeignete Prozedur zur Auswertung der Messdaten vorgestellt. Die Qualität der Messdaten wird im Anschluss anhand von Vergleichsmessungen eines thermischen Kalibrierstrahlers bei unterschiedlichen Temperaturen gezeigt. Als Beispielanwendung wird die Messung eines pyrotechnisches Wirksatzes vorgestellt und dessen gemessene Spektraldaten mit den Ergebnissen von kommerziell erhältlichen Messsystemen verglichen. Als Fazit zeigt sich, dass die entwickelte Hyperspektralkamera auf Basis von zirkular variablen Filtern sehr gut zur Messung von Abgasstrahlen energetischer Feststoffe geeignet ist und die bereits vorhandenen Messmittel sinnvoll ergänzt.