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5.4.3 Ultraschallsensoren für die Instandhaltung

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einem breiten Frequenzbereich ermöglicht. Die physikalischen Grundlagen der akustischen Vorgänge im Ultraschallbereich wurden analysiert, um darauf aufbauend ein neues Sensor- und Messgerätekonzept zu entwickeln und technologisch umzusetzen. Sensorische Grundlage hierfür sind neu entwickelte Sensoren, die für einen breiteren Frequenzbereich einsetzbar sind. Damit sind Vorgänge neben den bisher hauptsächlich bewerteten zeitlichen Fluktuationen auch spektral bewertbar. Dies erweitert die Möglichkeiten für den Einsatz komplexerer Datenbewertungen erheblich. Die Körperschallsensoren basieren dabei auf sogenannten piezoelektrischen Kompositmaterialien. Der Frequenzgang dieser...

6.1.3 Chancen und Herausforderungen von Kooperationen zwischen Forschungseinrichtungen und bürgerwissenschaftlichen Initiativen am Beispiel des Forschungsprojektes \"CitizenSensor\"

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Aktuelle Erkenntnisse der Innovationsforschung zeigen, dass eine offene, lernorientierte und kooperative Innovationskultur in Zukunft an Bedeutung gewinnen wird. Dahinter steht auch das Bestreben, nicht nur für die Gesellschaft, sondern auch mit der Gesellschaft zu forschen und damit Forschungs- und Innovationsprozesse weiter zu demokratisieren. Die Einbindung von Bürgerinnen und Bürgern in den Forschungs- und Innovationsprozess wird daher auch für etablierte Forschungsorganisationen wie die Fraunhofer-Gesellschaft wichtiger werden. Der vorliegende Beitrag ordnet zunächst den Begriff und die Stellung...

6.2.1 Unterscheidung und Quantifizierung von Geruchsstoffen im ppb-Bereich mit temperaturzyklisch betriebenen MOS-Sensoren

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Eine Methode zur Messung von zwei geruchsintensiven Gasen in Luft, Schwefelwasserstoff und Dimethylsulfid, wird präsentiert. Die verwendeten Verdünnungen im ppb-Bereich entsprechen Geruchsstoffkonzentrationen von ca. 20-250 GE/m³. Die Messung erfolgt mit einem temperaturzyklisch betriebenen Halbleiter-Gassensor. Mithilfe des DSR-Modells (differential surface reduction) werden Merkmale des transienten Leitwertsignals extrahiert. Die Merkmale werden bezüglich ihrer Temperaturabhängigkeit und der Möglichkeit, die Geruchsstoffkonzentration zu quantifizieren, untersucht. Über die unterschiedliche Temperaturabhängigkeit der Merkmale können die Zielgase voneinander unterschieden werden. Neben einer stoffspezifischen...

6.2.4 Einsatz der Cyclovoltammetrie zur Steigerung der Selektivität von Festelektrolytsensoren

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Mit einem kommerziellen Festelektrolytsensor (FES) auf der Basis von stabilisiertem Zirconiumdioxid wurden unter Verwendung der Cyclovoltammetrie die redoxaktive Gase wie H2, O2 und H2O, verdünnt in N2, bestimmt. Die erzielten Ergebnisse zeigen, dass parallel sowohl H2 als auch O2 quantitativ und mit hoher Selektivität bei verschiedenen H2O-Konzentrationen mittels Cyclovoltammetrie gemessen werden können. Die wasserstoffabhängigen Peaks treten in den cyklischen Voltammogrammen (CV) in anodischer Scan-Richtung bei Potentialen zwischen 0,4 und 0,2 V gegen eine Pt/Luft-Referenzelektrode bei...

6.3.4 Integraler Defekterkennungssensor für Faserkunststoffverbunde mit koppelmittelfreiem luftgekoppelten Ultraschall

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Luftgekoppelter Ultraschall erfreut sich einer zunehmenden Nachfrage für die Prüfung von Faserkunststoffverbunden sowie auch für die Prüfung von Fügeverbindungen an metallischen Bauteilen. Die Vorteile liegen hier im kontaktlosen Prüfen, bei dem gegenüber konventioneller Ultraschallprüfung gleiche Prüfzeiten erreicht werden. Der Auftrag eines Koppelmittels erschwert bis heute eine vollständige Automatisierung in der Serienprüfung. Beim luftgekoppelten Ultraschall muss aufgrund der hohen Impedanzunterschiede von Festkörper zu Luft mit speziell angepassten Prüfköpfen gearbeitet werden, was dann meist mittels Senkrechteinschallung in...

7.3 - Feuchtigkeitsbestimmung durch parallele Messung von elektrischer Leitfähigkeit und Wasseraufnahme dünner SPEEK-Schichten

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Zahlreiche moderne Anwendungen ebenso wie natürliche Vorgänge werden stark von Zusammensetzung der jeweilig vorhandenen Atmosphäre beeinflusst. In vielen Bereichen ist die Feuchtigkeit besagter Atmosphäre einer der präsentesten und bedeutendsten Faktoren. Folglich besteht ein hohes Interesse an einer präzisen Messung dieser, insbesondere mit leicht zu handhabenden Sensoren. Polymerelektrolyte sind hierbei vielversprechende Kandidaten, da sie eine hohe Robustheit gegenüber äußeren Einflüssen aufweisen und sie die Entwicklung kostengünstiger Sensoren bei gleichzeitig geringer Baugröße des Sensors ermöglichen. ...

6.4.1 Separation of locally determined work piece deviations and measurement uncertainties for structured-light scanning of customized polymer gear wheels

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During the manufacturing of work pieces, geometrical deviations from the intended nominal geometry of the designer are inevitable. The procedure of conformance testing defined in ISO 14253-1:2018-07 is used to ensure the function of a work piece by verifying the geometrical compliance with pre-defined tolerance specifications. Depending on the measurement setup used for the validation step and the accuracy of the manufacturing process, it is possible that the measurement uncertainty is large enough to have...

6.4.2 Entwicklung eines Systems für hochpräzise Mikroverzahnungsmessungen

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Das von uns realisierte System besteht aus drei unabhängigen Entwicklungen: dem IMT-PTB-Mikrota-ster, einem Mikroinnenverzahnungsnormal und einem Mikroenvironment. Der IMT-PTB-Mikrotaster ist ein auf Silizium -Feder-Parallelogrammen basierender Taster, der in kommerzielle Koordinatenmess-geräte integriert wird, um Mikromessungen zu ermöglichen. Bei dem Mikroinnenverzahnungsnormal handelt es sich um einen von der PTB, dem nationalen Metrologieinstitut Deutschlands, kalibrierten Prüfkörper mit Moduln zwischen 0,1 mm und 1 mm. Die dritte Systemkomponente, das Mikroenviron-ment, ist ein multifunktionales System, welches in Koordinatenmessgeräte integriert wird,...

6.4.3 Modelle der Oberflächenform mechanisch bearbeiteter Werkstücke für die Messunsicherheitsbestimmung durch Simulation bei taktilen Koordinatenmessungen

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Die Messunsicherheitsermittlung durch Simulation - bekannt unter dem Begriff "virtuelles Koordinationsmessgerät" - ist eine hoch entwickelte Methode im Bereich der Koordinatenmesstechnik. Durch Weiterentwicklung sind neue Funktionen zur Abschätzung von bisher nicht betrachteten Einflussgrößen hinzugekommen. Damit kann unter anderen der Einfluss der Messstrategie auf das Messergebnis in Abhängigkeit von der Formabweichung der betrachteten Werkstückoberfläche abgeschätzt werden. Durch Modellierung auf Basis von Informationen über die Bearbeitung werden die Werkstückoberflächen digitalisiert und können im Rahmen der Messunsicherheitsermittlung mit...

2.2 - Selektive Gasmessung mit cyclovoltammetrisch betriebenen Festelektrolytsensoren

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Um in inerten Gasen wie Ar oder N2 Spuren anderer Komponenten nachzuweisen, können ZrO2-basierte Festelektrolytsensoren (FES) verwendet werden. Der bei hohen Temperaturen oxidionenleitende Festelektrolyt ist thermodynamisch hochstabil und kann mit verschiedenen stationären (Potentiometrie, Amperometrie) oder dynamischen Methoden (Pulspolarisation [1], Cyclovoltammetrie [2]) betrieben werden. Im stationären Modus ist die Selektivität solcher Sensoren eingeschränkt, so dass meist nicht zwischen einzelnen Gaskomponenten unterschieden werden kann. Im Gegensatz dazu ermöglichen dynamische Methoden eine deutlich erhöhte Selektivität, indem unterschiedliche Geschwindigkeiten...

4.1.3 Impactschäden schnell und einfach finden

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Impactschäden in Faserkunststoffverbunden wie CFK und GFK stellen hohe Herausforderungen an die zerstörungsfreie Prüftechnik (ZfP). Die anisotrope Werkstoffstruktur erschwert die Ergebnisinterpretation herkömmlicher Prüfverfahren erheblich. Die Resonante Frequenzsweep Thermografie (RFST) basiert auf dem Prinzip der lokalen Defektresonanz in Verbindung mit der bekannten Ultraschall-angeregten Thermografie. Mit ihr ist es möglich, in kürzester Zeit auf einfache Art und Weise die Existenz von signifikanten Impactschäden festzustellen. RFST nutzt eine Frequenzsweep-Anregung im unteren und mittleren Kilohertzbereich, um Defekt-, Anregungs- und...

3.1.4 RoHS-konforme, thermoelektrisch gekühlte Detektoren für das langwellige Infrarot auf Basis antimonidischer Übergitter

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In diesem Beitrag präsentieren wir antimonidische Übergitter, im Speziellen InAs/GaSb-Übergitter, als ein zu Quecksilbercadmiumtellurid alternatives Materialsystem für die schnelle und sensitive Photodetektion im langwelligen Infrarot bei Betriebstemperaturen die mit thermoelektrischer Kühlung erreichbar sind. Die Detektorenentwicklung für InAs/GaSb-Übergitter, welche unter anderem durch die mangelnde RoHS-Konformität von Detektoren aus Quecksilbercadmiumtellurid motiviert wird, wird für das Detektionskonzept eines lateral betriebenen Photoleiters vorgestellt. Die in diesem Beitrag diskutierten Detektoren zeigen eine Grenzwellenlänge von 10,5 µm bei einer Betriebstemperatur von...

3.2.1 Droplet-on-cantilever approach for determining the mass of magnetic particles

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In this study, we present a technique that involves depositing a droplet laden with microparticles (μPs) onto a defined sensing area on a microcantilever sensor. This process entailed the optimization of dispensing parameters (pressure p and pulse time t) to the generation of a small water droplet volume (Vd= 53.0 2.72 pL). Subsequently, the evaporation trends of the particle carrier fluid, i.e., the water droplets on the sensor were monitored and a total evaporation time...

3.2.3 Wafer-Level-3D-Integrationsverfahren für hochsensitive optische Sensoren

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Dieser Beitrag beschäftigt sich mit der 3D-Integration von hochsensitiven Pixelelementen mit einer separat gefertigten Pixelelektronik. Durch Ausnutzung der dritten Dimension, können optische Sensoren mit der zugehörigen interpretierenden und signalverarbeitenden Schaltungslogik, in einem gemeinsamen Wafer-zu-Wafer Bondprozess gefertigt werden. Als Elemente der optischen Sensorik werden schnell reagierende und maximal lichtsensitive Einzelphoton-Lawinenphotodioden (Single Photon Avalanche Diode, SPAD) verwendet. Diese werden in speziellen Makropixelstrukturen zusammengefasst und durch patentierte Auslese-Algorithmen, integriert auf dem Schaltungswafer, ausgelesen. Durch die integrierte Pixelelektronik kann...

3.3.1 Prozess- und Sicherheitssensorik für das Wasserstoff-Qualitätsmanagement

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Zentrales Ziel des Konsortiums HYPOS ist die umfassende Nutzung von Strom aus Wind, Sonne und Wasser zur wirtschaftlichen Erzeugung von Wasserstoff mittels Elektrolyse in großtechnischem Maßstab und dessen Nutzung als Energieträger für mobile Anwendungen, chemischer Grundstoff sowie zur Wärme- und Elektroenergieerzeugung. Diese neu entstehende Wasserstoff-Infrastruktur benötigt eine leistungs- und zukunftsfähige, innovative Wasserstoffsensorik, die auf verschiedenen, den jeweiligen Anforderungen angepassten Messprinzipien beruht und damit weitaus flexibler und kostengünstiger als bisher an die Erfordernisse der H2-Wertschöpfungskette hinsichtlich...

3.3.4 Development and characterization of a highly selective hydrogen sensor system

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Distributed use of hydrogen (H2) has grown with its increasing application in the mobility and energy sector. The need for highly sensitive, selective, long-term stable and miniaturized H2 sensor systems is essential for the safety and quality management of a future H2 supply chain. The present contribution reports on the development and characterization of a H2 sensor system based on a solid-electrolyte flow-through cell (8 mol.-% yttria-stabilized zirconia, YSZ) operated in coulometric mode and combined...

4.1.2 An optical sensor system for characterization of ceramics based on laser speckle photometry

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Advanced ceramic components are widely used in the industrial applications, e.g. substrates of power electronic modules, and electrolytes of new generation batteries. As a brittle material, the crack propagation is very sensitive to the stress distribution of ceramics. Existing defects under extreme stress condition will lead to the functional failures of the whole component. In order to avoid the crack initiation and propagation, and guarantee a good quality state of ceramic products, stress condition and...

2.3.4 Realisierung eines bistabilen Feuchtesensorschalters mit Schalthysterese

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Hydrogel-basierte Sensorschalter können zur Inline-Überwachung der Luftfeuchte in Gebäuden, Containern, der Lebensmittelindustrie etc. eingesetzt werden. Der wesentliche Unterschied leistungsloser Feuchtesensoren zu gängigen Feuchtesensoren ist, dass für den Sensorbetrieb selbst keine Betriebsspannung benötigt wird. Auf diese Weise ermöglichen solche Sensorschalter eine deutliche Vereinfachung des Aufbaus. Das Prinzip basiert darauf, dass das Schalten des Mikroschalters beim Überschreiten eines Schwellwertes durch die Luftfeuchte selbst ausgelöst wird, so dass dafür keine elektrische Energie benötigt wird. Dies erfolgt durch einen...

5.4.1 Synchronisationsprobleme innerhalb eines Sensorsystems und deren Auswirkungen auf Ergebnisse des maschinellen Lernens

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Prozesssensordaten erlauben nicht nur die Steuerung industrieller Prozesse, sondern auch eine Bewertung des Anlagenzustands zur Erkennung von Fehlerzuständen und Verschleiß mittels Mustererkennung durch maschinelles Lernen. Um den Einfluss von Synchronisationsfehlern innerhalb eines verteilten Sensorsystems abzuschätzen, wird hier ein System zur Zustandsüberwachung, zur Lebensdauerprognose und für End-Of-Line-Tests elektromechanischer Zylinder betrachtet. Die im Prüfstand integrierten Sensoren werden mit 10 kHz bis 1 MHz abgetastet. Betrachtet werden im Folgenden die Auswirkungen von Synchronisationsfehlern von maximal 100 ms zwischen...

4.4.3 Modularer Messsystembaukasten für FPGA-basierte Signalverarbeitung

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Das vorliegende Dokument betrachtet die aus der Digitalisierung, der Industrie 4.0 und hochgradig vernetzten Systemen resultierenden Anforderungen an aktuelle und zukünftige Sensor- und Messsysteme für industrielle Produktionsprozesse und zeigt einen Lösungsansatz unter Verwendung eines modularen Baukastensystems basierend auf FPGA Technologie. Systemanforderungen, wie hohe Verfügbarkeit, Zuverlässigkeit sowie Flexibilität und eine intensive Vernetzung von Sensoren und Systemen werden mit verschiedenen Lösungsansätzen von Zustandsüberwachung über Self-X Funktionen bis zu "Soft-Sensoren" adressiert. Diese Lösungsansätze erfordern eine leistungsfähige Signalverarbeitung und...

Festvortrag: Für alle Zeiten und Culturen! Das revidierte internationale System der Einheiten

Der 20. Mai 2019 markiert eine Zäsur in der Entwicklung der physikalischen und technischen Maßeinheiten. An diesem Tag, der zugleich der Weltmetrologietag des Jahres 2019 ist, trat ein Paradigmenwechsel im Internationalen System der Einheiten (Système international d`unités, kurz: SI) in Kraft. Vorbei die Zeiten, in denen ein Metallzylinder definiert, was ein Kilogramm sein soll, oder eine spezifisch herzustellende Isotopenmischung von Wasser die Einheit der Temperatur festlegt. Naturkonstanten, darunter die Lichtgeschwindigkeit c, das Planck´sche Wirkungsquantum h...

3. Plenarvortrag: Schnellste Vorgänge im Mikrokosmos: Von der Grundlagenforschung bis hin zur Krebsbekämpfung

In unserem Leben spielen Elektronen eine elementare Rolle. Ihre Bewegungen steuern alle chemischen Prozesse in der Natur. Ebenso bestimmen Elektronen die Geschwindigkeit unserer Computer- und Informationstechnologien. Bewegungen der Elementarteilchen und Lichtwellen bedingen sich gegenseitig, auf der Zeitskala von Attosekunden, also Milliardstel von Milliardstel Sekunden.

1.2.4 Für internationale Vergleichsmessungen optimierter Drehmoment - Transferaufnehmer TN

Drehmoment-Referenzaufnehmer, welche als Transferstandards für die Rückführung der Messgröße Drehmoment dienen, werden in der Regel auf der Basis von Dehnungsmessstreifen aufgebaut. Um von den Vorteilen eines komplett monolithischen Designs in metrologischen Anwendungen profitieren zu können, muss dieser Drehmomentsensor in Schaftform ausgeführt werden. Schaftsensoren wiederum können nur "offen" ausgeführt werden, anders als bei der üblicheren Ausführung als Flansch, wo die Dehnungs- messstreifen (DMS) hermetisch gekapselt werden können. Die Ausführungsform Schaft ist also eine besondere Herausforderung, da...

1.3.3 Hochminiaturisiertes nicht-invasives Messsystem zur Erfassung von Vitalparametern bei Kleinstlebewesen mit drahtloser RFID-/NFC-Ausleseschnittstelle

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Kleinstlebewesen vorgestellt, das Vitalparameter erfasst und diese in einem FRAM-Speicher bis zum Auslesen abspeichert. Durch eine drahtlose RFID-/NFC-Ausleseschnittstelle kann die erfasste Körpertemperatur und der Puls der letzten Wochen ausgelesen werden. Alle Einstellungen des Messsystems können durch einen geeigneten RFID-Reader für Laptops oder durch Smartphones über die NFC-Schnittstelle geändert werden. Das vollständige Aufladen des nur 3 g leichten und 15 mm x 25 mm großen Messsystems erfolgt durch eine selbstgedruckte RFID-Reader-Antenne in Verbindung mit einem RFID-Reader...

1.4.1 Optische Sauberkeitskontrolle in der Industriellen Bauteilreinigung -Lösungsansätze für problematische Messaufgaben

Die Restschmutzmessung als Qualitätskontrolle in der industriellen Bauteilreinigung erfolgt derzeit vorwiegend fluoreszenzbasiert. In einem von der Sächsischen Aufbaubank SAB und dem Europäischen Sozialfonds ESF geförderten Forschungsprojekt wurde anhand industrieller Musterapplikationen die Eignung von IR-Spektroskopie und Optisch Stimulierter Elektronenemission (OSEE) als alternative optische Verfahren für mittels Fluoreszenz nicht lösbare Messaufgaben untersucht. Das Ergebnis sind im Labor erprobte Lösungsansätze für die Produktentwicklung neuer Prozessmesstechnik zur Sauberkeitskontrolle.

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