Messung physikalischer Größen

Ein Messgrößenobjekt ist die physikalische Größe, die bestimmt werden soll (in Objektvermessung üblicherweise Objektvermessung „Messgrößenobjekt“ bezeichnet). Erst wenn klar definiert ist, was genau gemessen wird – beispielsweise die Länge einer Kante an einer bestimmten Stelle, die Temperatur einer Oberfläche bei einem definierten Emissionsgrad oder das Profil entlang einer Laserlinie –, wird die Messung reproduzierbar.

Ein Messergebnis besteht aus einem Zahlenwert und einer Einheit; formal lässt es sich wie folgt darstellen:

x = {x} · [x]

Unter Transduktion versteht man die Umwandlung einer physikalischen Größe in ein auswertbares Signal (in der Regel elektrisch).

Optische Systeme wandeln beispielsweise geometrische Informationen mittels Lichtprojektion und Kameraaufnahmen in Pixelkoordinaten um. Thermische Systeme erfassen Infrarotstrahlung und leiten daraus Temperaturwerte ab.

Die Messkette umfasst den Sensor, die Signalaufbereitung (Verstärkung/Filterung), die Digitalisierung (ADC), die Auswertung und gegebenenfalls die Kompensation. Jedes Element der Messkette trägt zur Messunsicherheit bei.

Physikalische Größen sind im Internationalen Einheitensystem (SI) definiert. Zu den Basiseinheiten gehören:

• Länge in Metern (m)
• Zeit in Sekunden (s)
• Temperatur in Kelvin (K)

Zu den abgeleiteten Größen gehören:

• Geschwindigkeit v = s / t
• Beschleunigung a = Δv / Δt
• Frequenz f = 1 / T
• Kraft F = m · a
• Druck p = F / A

Bei der geometrischen Prüfung gehören zu den weiteren Kenngrößen:

• Winkel
• Formabweichung
• Rauheit

In der Thermografie gehören zu den relevanten Größen:

• Temperaturverteilungen
• Farbverläufe

In der Praxis bedeutet dies, dass jede Messgröße nur durch eine Wechselwirkung zwischen dem Messobjekt und dem Messsystem zugänglich wird. Diese Wechselwirkung wird durch ein Messprinzip umgesetzt, das die Größe in ein auswertbares Signal umwandelt – den Prozess der Transduktion.

Die optische Sensorik basiert auf Licht-Materie-Wechselwirkungen (Reflexion, Streuung, Abbildung), während die thermische Sensorik elektromagnetische Strahlung im Infrarotbereich nutzt.