Laser-Based Thermometry over Long Distances

 |  Login

Show simple item record

dc.contributor Aalto-yliopisto fi
dc.contributor Aalto University en
dc.contributor.advisor Hieta, Tuomas
dc.contributor.author Tomberg, Teemu
dc.date.accessioned 2016-03-29T11:00:44Z
dc.date.available 2016-03-29T11:00:44Z
dc.date.issued 2016-02-15
dc.identifier.uri https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/19889
dc.description.abstract Electronic distance meters are routinely used in many long-distance applications to accurately determine the distance between two points. Currently, the instruments are reaching towards relative uncertainties of 10^-7, the main obstacle being the uncertainty in the refractive index of air. The refractive index is conventionally calculated from the meteorological observations of the ambient air using either Edlen or Ciddor equations. However, the accuracy of these equations is often limited by inaccuracy in the integral meteorological observations. Temperature, which has to be known at ~100 mK level, is by far the most significant uncertainty source in many advanced distance measurements making accurate temperature meters a key for improving the quality of modern ranging instruments. A solution is to use laser absorption spectroscopy for non-invasive measuring of the average temperature of air between the two points of interest. In this thesis, a laser-based thermometer is constructed for accurate determination of the refractive index of air over long distances. The thermometer, which is based on direct absorption spectroscopy of oxygen transition near 770 nm, is demonstrated for the first time in real field conditions up to 864 m in distance in a typical distance measurement configuration. The results prove that the instrument can achieve RMS noise well below 100 mK and accuracy of +/-300 mK using 120 s measurement time, which is to our knowledge the best reported resolution for such a long distance. en
dc.description.abstract Elektronisia pituusmittalaitteita käytetään rutiininomaisesti monissa tarkoissa pitkän matkan mittaussovelluksissa. Näistä laitteista parhaimpien suhteelliset mittausepävarmuudet lähestyvät jo suuruusluokkaa 10^-7, jossa merkittävimpänä epävarmuuskomponenttina on usein ilman taitekerroin. Taitekerroin lasketaan yleensä säähavaintojen avulla Edlen- tai Ciddor-yhtälöistä, jolloin ilman lämpötilan mittaustarkkuus on usein rajoittava tekijä. Jotta pituusmittauksessa saavutettaisiin suuruusluokkaa 10^-7 oleva suhteellinen epävarmuus, tulee mitattavan matkan keskimääräinen lämpötila tuntea ~100 mK tarkkuudella. Tarkat lämpötilamittaukset ovat siten avainasemassa modernien pituusmittalaitteiden kehityksessä. Mahdollinen ratkaisu on hyödyntää laserabsorptiospektroskopiaa ilman keskimääräisen lämpötilan määrittämiseksi mitattavalla matkalla. Tässä diplomityössä on toteutettu laseriin perustuva lämpömittari, jonka avulla parannetaan ilman efektiivisen taitekertoimen määrittämistä pitkillä matkoilla. Lämpömittari perustuu suoraan hapen transition absorptiospektroskopiaan lähellä 770 nm aallonpituutta. Instrumentin toiminta havainnollistettiin ensimmäistä kertaa kenttämittauksin aina 864 metrin mittausetäisyyteen asti. Tulokset osoittavat, että laite voi saavuttaa selvästi alle 100 mK kohinatason ja +/-300 mK tarkkuuden käyttäen 120 sekunnin mittausaikaa. Saavutettu resoluutio on tietääksemme paras raportoitu tulos näin pitkälle matkalle. fi
dc.format.extent 71+7
dc.format.mimetype application/pdf en
dc.language.iso en en
dc.title Laser-Based Thermometry over Long Distances en
dc.title Laseriin perustuva pitkän matkan lämpötilamittaus fi
dc.type G2 Pro gradu, diplomityö en
dc.contributor.school Sähkötekniikan korkeakoulu fi
dc.subject.keyword temperature en
dc.subject.keyword thermometry en
dc.subject.keyword spectroscopy en
dc.subject.keyword refractive index of air en
dc.identifier.urn URN:NBN:fi:aalto-201603291512
dc.programme.major Optinen teknologia fi
dc.programme.mcode S3011 fi
dc.type.ontasot Master's thesis en
dc.type.ontasot Diplomityö fi
dc.contributor.supervisor Ikonen, Erkki
dc.programme EST - Elektroniikka ja sähkötekniikka (TS2005) fi
dc.location P1 fi


Files in this item

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Search archive


Advanced Search

article-iconSubmit a publication

Browse

My Account