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Es wurden numerische Verfahren zur Bestimmung der Abklingzeit aus dem Phosphoreszenzabklingverhalten identifiziert und miteinander verglichen. Dabei wurde bei identischer Präzision im Vergleich zur etablierten Methode ein Verfahren namens Linear regression of the sum (LRS) identifiziert, welches die Rechenzeit um einen Faktor 50 reduziert. Dies ist insbesondere für zweidimensionale Messungen mit Hochgeschwindigkeitskameras ein erheblicher Fortschritt, da aufgrund der räumlichen Information ein erhebliches Datenvolumen respektive Rechenzeit entsteht. Weiterhin wurde erstmalig im Rahmen der Phosphor-Thermometrie ein Verfahren zur multiexponentiellen Analyse von Abklingkurven angewandt, welches in Zukunft Aufschlüsse über die Energietransferprozesse Prozesse unter sich ändernden Randbedingungen liefern könnte. Eine erste Anwendung dieser Methodik auf experimentelle Daten zweier Phosphore diente der Analyse des Einflusses der Anregungsenergie und des Nachleuchtens. Im experimentellen Teil wurden simultan die Intensitätsverhältnis-Methode und die abklingzeitbasierte Methode zur zweidimensionalen Bestimmung der Temperatur unter den Gesichtspunkten Präzision, Akkuratheit und der Fähigkeit, räumliche Temperaturgradi enten abzubilden, gegenübergestellt. Dabei wurden für die Intensitätsverhältnis-Methode systematische Fehler von bis zu 25 K infolge geringer Änderungen am optischen Aufbau festgestellt. Aufgrund dieser Untersuchung wurde die Abklingzeit-Methode als Werkzeug für die innermtorische Obernächenthermometrie ausgewählt. Die Erkenntnisse dieser Untersuchung helfen nicht nur in Bezug auf diese Arbeit, sondern auch zukünftig, die geeignete Methodik für bestmögliche Ergebnisse zu identifizieren. Weiterhin wurden für die Temperaturbestimmung in Verbrennungsmotoren die thermographischen Phosphore Gd3Ga5O12:Cr und Mg2TiO4:Mn identifiziert und charakterisiert, deren Eigenschaften den Anforderungen dieses Messobjekts sehr gut gerecht werden. Zusätzlich wurde der Einfluss motorrelevanter Verschmutzungen unter Laborbedingungen untersucht und der so entstehende systematische Fehler quantifiziert. Unter der Verwendung eines 10 Hz-Lasersystems und einer CMOS-Hochgeschwindigkeitskamera wurde die räumliche Temperaturinformation am Auslassventil eines optisch zugänglichen Verbrennungsmotors zu verschiedenen Zeitpunkten des Zyklus bestimmt. Auf diese Weise konnten sowohl räumliche als auch über den Zyklus auftretende Temperaturgradienten identifiziert werden. Diese Studie stellt die erste Anwendung der zweidimensionalen Temperaturbestimmung auf Basis der Abklingzeit-Methodik in Verbrennungsmotoren dar. Aufgrund der Beweglichkeit des Messobjektes ist die Temperaturbestimmung dieser Komponente bezüglich Akkuratheit und Präzision alternativlos. Im Rahmen von Untersuchungen an einem geschleppten Forschungsmotor wurde ein Messsystem entwickelt, welches unter Verwendung eines Hochgeschwindigkeits-Lasersystems zeitlich korrelierte Temperaturinformationen innerhalb eines Zyklus aufzulösen imstande ist. Mit einer Repetitionsrate des Lasers von 6 kHz konnte so eine Temperatur für jeden Kurbelwinkel bei 1000 min-1 generiert werden. Dieses Verfahren bietet im Kontext der Phosphor-Thermometrie erstmalig die Möglichkeit, zeitlich korrelierte Temperaturen in transienten Systemen kleiner Zeitskalen zu erfassen. Aufbauend auf diesem Messsystem wurden unter Zuhilfenahme eines speziell für diese Anwendung synthetisierten Phosphormaterials Punktmessungen an relevanten Messstellen im Zylinderkopf eines optisch zugänglichen Motors ermittelt. Zusätzlich wurden die Betriebsparameter des Motors variiert und die Auswirkungen auf die Wandtemperatur dokumentiert. Neben der zeitlich korrelierten Natur der Informationen ist weiterhin die Geschwindigkeit der Durchführung der Messungen als Vorteil dieses Verfahrens gegenüber der konventionellen Methode zu nennen. Im letzten Teil der Arbeit ist die Konzeption und Entwicklung eines Boroskops zur minimalinvasiven Phosphor-Thermometrie in Verbrennungsmotoren dokumentiert.