My Lecture Series at Tsinghua University Beijing , PRC

(approx. 26 hours each run since 2003)

Lectures on Laser-based Measurement and Instrumentation in Engineering

1- Fundamentals of Laser Application in Modern Measurement (2 hours)

2- Basic System Theory of Measurement (6 hours)

3- Signal and Noise in Measurement, a Basic Approach (8 hours)

4- Sensing by Opto-Mechatronic Transducers (Selected Examples) (6 hours)

5- Discussion of Current research Activities (4 hours)

My Lectures at Kassel University, FRG :

An der Universität Kassel habe ich im Zeitraum von 1980 bis 2004 folgende Lehrveranstaltungen regelmäßig durchgeführt:

Messtechnik (MT),

Regelungstechnik (RT) ,

Elektronik (El) ,

Signal –und Bildverarbeitung (SBV) sowie

Lasertechnik/angewandte Optik LT/AO)

Diese Lehrveranstaltungen wurden angeboten im Pflicht- und Wahlpflichtbereich der ersten und zweiten Studienstufe des Fachbereichs Maschinenbau und des Studiengangs Mechatronik sowie als Wahlpflichtfach der Fachbereiche Elektrotechnik und Physik. Sie umfassten Vorlesungen (V), Praktika (P), Seminare (S ) sowie Rechen-Übungen (Ü) im Stoffumfang von insgesamt 23 SWS:

MESSTECHNIK 5 SWS (=2 V+2P+ 1Ü) Pflichtfach

REGELUNGSTECHNIK 3 SWS (V&Ü) Pflichtfach (i.V.)

LASERTECHNIK & angewandte OPTIK 4 SWS (V,P) Wahlpflichtfach

MESS-& AUTOMATISIERUNGSTECHNIK 2 SWS (S) Wahlpflichtfach

ELEKTRONIK für Maschinenbauer 3 SWS (=2V+1Ü) Pflichtfach

SIGNAL-& BILDVERARBEITUNG 4 SWS (3V +1P) Wahlpflichtfach

MECHATRONIK (EINFÜHRUNG) 2 SWS (2V) anteilig, Wahlpflichtfach

Vorlesung Messtechnik (3V, 1Ü)

Teil A: Elemente der Messtechnik

1 Grundbegriffe und Aufgaben der Messtechnik

2 Einige system- und signaltheoretische Grundlagen

3 Übertragungsverhalten von Messgeräten (Teil 1: Einführung)

4 Sensoren und Anpassungsschaltungen (Ausgewählte Beispiele)

5 Störeinflüsse und Messfehler (Statischer Grenzfall)

6 Übertragungsverhalten von Messgeräten (Teil 2: Dynamik)

Teil B: Elektronik für die analoge und digitale Verarbeitung von Messsignalen

7 Elektronische Bauelemente und Grundschaltungen (Repetitorium)

8 Analoge Vorverarbeitung von Messsignalen

9 Digitale Signalverarbeitung in der Messtechnik

Praktikum Messtechnik –Versuchsdurchführungen (2P)

Oszilloskop

Analoge Elektronik und Signalverarbeitung

Digitale Schaltungen und Signalverarbeitung

Oberflächenmesstechnik

Auswuchttechnik

Schwingungsmesstechnik

Vorlesung ´Lasertechnik und angewandte Optik´ (4V)

I. Strahlungseigenschaften des Lasers und inkohärenter technischer Lichtquellen

1. Geometrische Strahlenoptik des Laserlichts

2. Wellenoptische Eigenschaften des (idealen) Lasers

3. Kohärente und inkohärente Lichtquellen

4. Quantenoptische Eigenschaften der Lichtstrahlung

II. Funktionsprinzip und Technologien des Lasers

5. Prinzipieller Aufbau 6. Atomares Modell des Laserverstärkers

7. Technologien verschiedener Laserverstärker

8. Optische Resonatoren

9. Laseroszillator und seine Wellenformen

III. Konditionierung und Detektion optischer Signale

10. Modulation der Laserstrahlung (intern/extern)

11. Photoelektrische Detektion und optische Empfangssysteme

12. Wellenleiter-Effekte und Technologien

IV. Anwendungen

13. Opto-elektronische Anzeigesysteme und Leitstrahlverfahren

14. Laser-Radar und opto-elektronische Entfernungsmesser (Entfernungs- und Geschwindigkeits-messung mit optischen Impuls- und Dopplerverfahren, Satellitenortung, Höhenmessung und Terrainerfassung, Clear Air Turbulence Detection)

15. Laserinterferometrische und holographische Prüf- und Messverfahren (Abstands-, Vibrations-, Dehnungs- und Spannungsprüfung, Laserkreisel) 16. Laser-Anemometrie (aerodynamische und hydrodynamische Strömungsmessungen)

17. Faseroptische Sensoren, Integrierte Optik

18. Materialbearbeitung mit Lasern (Schweißen, Bohren, Trimmen, Schneiden, Auswuchten)

19. Optische Nachrichten- und Datenübertragung (Optische Antennen und Empfänger, Modulation und Demodulation, Lichtwellenleiter, Optokoppler, Signaldämpfung und -verzerrung in der Atmosphäre, unter Wasser und im Weltraum, Signal-Rausch-Betrachtungen

20. Labor-Demonstrationen

Vorlesung ´Signal- und Bildverarbeitung für Ingenieure´ (4V)  

1 Elemente der Signal-, System- und Bildbeschreibung

2. Analogsignale und ihr Spektrum

3 Analogsysteme als Signalübertrager, Digitalisierung

4 Elektronik für die analoge und digitale Signalverarbeitung

5 Stufen zur digalen Fotographie und Bildverarbeitung

6 Stochastische Signale und ihre elementare Beschreibung

7. Ähnlichkeit von Signalen; Korrelationsfunktionen unsd Signalleistugsspektren

8 Übertragungsverhalten linearer und nichtlinearer Systeme bei stochastischer Signalanregung

9 Anwendungen der Signal- und Bildverarbeitung

(Schwingungs-und Auswuchttechnik, Korrelationsmesstechnik, Ortung und Navigation, optische Fourier-Tranformation  

Praktikum "Rechnergestützte Signal- und Bildverarbeitung für Ingenieure" (2P)  

Teil 1: Digitale Signalverarbeitung

1. Zeitdarstellung analoger Testsignale, Fensterung

(Sinus-, Dreieck, Rechtecksignal, Sprungfunktion, Impulsfunktion, normal und gleichverteiltes Rauschen)

2. Simulation der abgetasteten Analogsignale

(Samplingfrequenz, Auflösung der A/D-Umsetzung, Aliasingeffekt)

3. Histogramme der Testsignale

(Schlussfolgerungen auf die Signaleigenschaften im Zeitbereich, wie z. B. Symmetrie, Offset, Verzerrung)

4. Autokorrelationsfunktionen der Testsignale

(Leistung und Effektivwert der Signale)

5. Spektrale Darstellung der Testsignale (Fourier-Reihenentwicklung) (Amplituden- und Phasenspektrum, Leistungs- bzw. Leistungsdichtespektren, Korrespondenz zu Zeitsignal und Korrelationsfunktion, Fensterfunktionen, Rückfaltungseffekt bei Unterabtastung)

6. Superposition von Signalen im Zeit- und Frequenzbereich

(Zeitsignal, Autokorrelationsfunktion, Leistungsspektren)

7. Identifikation schwacher Nutzsignale bei starkem Störsignal (Mittelwertbildung im Zeit- und Frequenzbereich auf das Nutzsignal, Auto-korrelations¬funktion, Amplituden- und Leistungsspektren (mit und ohne Triggerung))

8. Einsatz der Testsignale und Analysefunktionen zur Beurteilung des Über-tragungsverhaltens linearer Übertragungssysteme (Kreuzkorrelations -Funktion, Kreuzleistungssprektren, Übertragungsfunktion (Amplituden- und Phasen¬gang), Kohärenzfunktion für die Beurteilung von Stör¬einflüssen und Nichtline¬aritäten, Bestimmung der Systemkenngrößen bei Systemen 1. und 2. Ord¬nung, wie Tiefpaß, Hochpaß, Feder-Masse-Dämpfer-System etc.)

9. Einsatz von Optimalfiltern (z. B. Hoch-,Tiefpass- und Bandfilter) für die Verbesse¬rung des Signal/Rauschverhältnisses  

Teil 2: Digitale Bildverarbeitung  

10. Graubilder; Informationsgehalt bei 1...8 bit Graustufenauflösung

11. Pixelauflösung (Einfluss des Beobachtungsabstandes auf die minimal erforderliche Pixel¬größe)

12. Graustufen-Histogramm

13. Pseudo- und Echtfarbbilder 14. Fourier-Transformation von Bildern (Amplituden-, Phasen- und Leistungs¬spekt¬ren)

15. Digitale Filterung zur Konturerkennung bzw. Merkmalsextraktion      

My Further Activities - Weitere Aktivitäten

Within some guest lectureships I presented lectures at the Technical University Berlin (about Aerospace Flight Measurement and Instrumentation), at the Technical Ilmenau (about Laser Applications) and at the Osaka Institute of Technology (about Laser application) , Japan.  

Im Rahmen von einigen Lehraufträgen habe ich Vorlesungen gehalten an der Technischen Universität Berlin ( über Flugmesstechnik), an der Technischen Universität Ilmenau ( über Laser-Anwendungen), sowie am Osaka Institute of Technology (über Laser-Anwendungen), Japan.