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2021-01-24T10:10:02Z

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'''Laufzeitmessung''' ist ein Verfahren zur indirekten [[Entfernungsmessung|Entfernungs-]] oder [[Geschwindigkeitsmessung]] durch Messung jener [[Zeit]], die ein Signal für das Durchlaufen der [[Messstrecke]] benötigt.

Je nach Art des Signals spricht man bei Geräten, welche die Laufzeitmessung verwenden, entweder von
*'''[[Radar]]''' – Laufzeitmessung mit [[Radiowelle|Radio-]] oder [[Mikrowellen]] im Freiraum
*'''[[Lidar]]''' – Laufzeitmessung mit gepulsten [[Laser]]-Strahlen
*'''[[Zeitbereichsreflektometrie]]''' – Laufzeitmessung mit [[elektromagnetische Welle| elektromagnetischen Wellen]] in Kabeln, oder
*'''[[Sonar]]''' – Laufzeitmessung mit Schall oder [[Ultraschall]].

Bei Laufzeitmessungen werden im Wesentlichen nur [[Zeitintervall| Zeit''differenzen'']] bestimmt. Daher benötigen sie – im Gegensatz zu Messungen in einer absoluten [[Zeitskala]] (Weltzeit, Atomzeit, Sternzeit usw.) – nur ein ''relatives [[Zeitsystem]]'', also ohne definierten Nullpunkt.

== Fledermaus und Delphin als Vorbild ==
[[Bild:Fledermaus.gif|hochkant=1.5|mini|Schaubild]]

Bekanntes Vorbild in der Natur ist das Orientierungssystem der [[Fledermaus|Fledermäuse]]. Diese aktiv fliegenden und weltweit verbreiteten Säugetiere sind in der Lage, sich auch in völliger Dunkelheit zu orientieren. Mit Hilfe der [[Fledermaus#Echoortung|Echoortung]] können sie Entfernung und Richtung von Hindernissen und Beutetieren aus den Reflexionssignalen orten. [[Delfine]] können sogar die als Echosignale in einer bestimmten Situation gehörten „Bilder“ wiedergeben und so den Artgenossen Mitteilungen über diese Situation machen.

Dieses Verfahren der Laufzeitmessung zur Orientierung kann sich auch der Mensch [[Menschliche Echoortung|antrainieren]]. Es kann dann völlig blinden Menschen zur Orientierung dienen.

Im Gegensatz zur indirekten [[Ortung]] steht die [[Lokalisation (Akustik)|Lokalisation]] der Direktsignale einer Schallquelle.

== Technische Umsetzung ==
[[Bild:Sonar Principle DE.svg|mini|300px|Prinzip der Laufzeitmessung]]

Da [[elektromagnetische Welle]]n sich mit [[Lichtgeschwindigkeit]] ausbreiten, sind die Laufzeiten bei kurzen Strecken extrem klein. Die Zeitmessung erfolgt daher mit speziellen Kurzzeitmessern oder [[Intervallzähler]]n, im Labor auch mit dem Oszilloskop. Erste Anwendungen waren Entfernungs-Schätzungen mittels Laufzeitdifferenz von Licht und Schall (Blitz-Donner, Kanonenschüsse) und die Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit.

Bei [[Distanzmessung]]en geht der Entfernungsbereich von einigen Metern (Handlaser für [[Bauwesen]] usw.) über einige Kilometer ([[Elektronische Distanzmessung|EDM]] für Vermessung und [[Geowissenschaften]]) bis Millionen von Kilometern in [[Astronomie]] und [[Raumfahrt]].

Die Laufzeitmessung verwendet hauptsächlich:
#elektrische Signale und [[Oszillator]]en (Schwing- und [[Regelkreis]]e); wichtigste Anwendungen in Labor- und [[Zeitmessung]], Elektrotechnik, [[Computer]]-Betriebssysteme usw.)
#Schall oder [[Ultraschall]], beispielsweise für Tiefenmessung mit [[Echolot]]
#Lichtwellen und [[Infrarotstrahlung|Infrarot]] für Distanzmessungen, oft in Form von [[Laser]]strahlen
#[[Radiowelle]]n mit Wellenlängen einiger Milli- bzw. Zentimeter (beispielsweise [[Radar]] und [[Global Positioning System|GPS]]) bis Meter
#Sehr kurze elektrische [[Impulsgenerator (Energietechnik)|Impulse]] zur Fehlerortung in Kabeln.

Über größere Strecken (2,3) werden oft [[Echo]]verfahren oder [[Retroreflexion|Reflektoren]] verwendet, um ausreichend starke Messsignale zu erhalten. Bei Radiowellen (4) ist auch ''aktive Beantwortung'' mit [[Transponder]]n in Gebrauch. Für reflektierte Signale wird die Distanz errechnet als <math>D=c\cdot t/2</math>, wobei die Ausbreitungsgeschwindigkeit <math>c</math> vom [[Brechungsindex]] des Mediums abhängt (für Licht in Bodennähe etwa 1,0003) und <math>t</math> die Signallaufzeit bezeichnet.

== Anwendungen ==
Die wichtigsten Anwendungen sind:
* Analyse elektrischer Laufzeiten zur Optimierung von Systemen der [[Elektrotechnik]] und [[Informatik]]
* Labormessungen in der [[Physik]] zur Bestimmung von Materialeigenschaften ([[Brechungsindex]] optischer Medien, [[geophysik]]alische Wellenausbreitung in Gesteinen …) oder zur [[Eichung]] von Verfahren und [[Maßstab (Verhältnis)|Maßstäben]]
* [[Entfernungsmessung|Distanzmessungen]] in der [[Geodäsie]], [[Astronomie]], [[Navigation]] usw. aus der Laufzeit von Schall- oder elektromagnetischen Wellen. Siehe auch [[Radar]], [[Laserscanner]] und [[TOF-Kamera]].
* Geschwindigkeitsmessung einer Strömung über eine bekannte Messstrecke, siehe [[Ultraschallanemometer]].
* Schichtdickenmessung von Kunststoffschichten mit [[Terahertz-Strahlung]].

== Siehe auch ==
* [[Laufzeitdifferenz]]

== Weblinks ==
*[http://www.sengpielaudio.com/Rechner-schallweg.htm Laufzeit Δ t und Schallweg (Abstand, Entfernung) d]
*[http://www.skz.de/de/forschung/geschaeftsfelder/schwerpunkt-zerstoerungsfreie-pruefung-zfp/terahertz-thz/3822.Bauteile_THz-Dickenmessung.html Anwendung der Terahertz-Strahlung für Schichtdickenmessung von Kunststoffbauteilen]

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[[Kategorie:Akustische Messtechnik]]
[[Kategorie:Optische Messtechnik]]
[[Kategorie:Dimensionale Messtechnik]]
[[Kategorie:Radar]]

Laufzeitmessung - Versionsgeschichte

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