Institut für Elektrische Messtechnik Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. Bernhard Zagar. Bachelor- & Masterarbeiten 2015/2016

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1 Bachelor- & Masterarbeiten 2015/2016

2 Masterarbeit Institut für Elektrische Messtechnik Aufbau eines FTIR-Spektrometers Ein Fourier-Transformations-Infrarotspektrometer (FTIR-Spektrometer) dient zur schnellen Aufnahme des Spektrums einer Probe oder Lichtquelle im Infrarotbereich. Dabei wird breitbandige Strahlung von einer Lichtquelle durch eine Probe (üblicherweise Gas in einer Küvette) gestrahlt, wobei die Probe Teile der Strahlung wellenlängenabhängig absorbiert. Die Strahlung wird anschließend durch einen Strahlteiler aufgespalten ein Teil wird über einen feststehenden Spiegel, der andere über einen beweglichen Spiegel geleitet. Die beiden Teilstrahlen überlagern sich und interferieren am Detektor. Aus dem so entstehenden Interferogramm kann über eine Fourier-Transformation das Spektrum berechnet werden. Dieses gibt schließlich Aufschluss über die Zusammensetzung der durchstrahlten Probe. 1. Weiterentwicklung des am Institut vorhandenen Aufbaus 2. Kalibrierung des Aufbaus mithilfe von Spektrallampen 3. Vermessung verschiedener Lichtquellen und Detektoren 4. Untersuchung der Temperaturabhängigkeit Prinzipieller Aufbau eines FTIR-Spektrometers Florian Dietachmayr HF028,

3 Masterarbeit Institut für Elektrische Messtechnik Entwicklung eines Infrarot-Mikrospektrometers Eine schlechte Luftqualität in Gebäuden kann eine Vielzahl an negativen Auswirkungen (Müdigkeit, Konzentrationsstörungen, Kopfschmerzen, etc.) auf die Menschen im Gebäude haben. Aus diesem Grund werden vermehrt Anstrengungen zur Verbesserung der Luftqualität in Gebäuden durchgeführt. Dazu ist es notwendig, die Zusammensetzung der Raumluft schnell, einfach und genau erfassen zu können. Viele in der Atmosphäre vorkommende Gase besitzen Absorptionslinien im nahen und mittleren Infrarotbereich. Durch Messung des Absorptionsspektrums einer Gasprobe (Infrarotspektroskopie) kann daher auf die Zusammensetzung der Probe geschlossen werden. Mikrospektrometer bieten hier im Vergleich zu kommerziellen Systemen vielfache Vorteile in Bezug auf Größe, Gewicht und Kosten. 1. Literaturrecherche über bestehende Ansätze zur Mikrospektroskopie 2. Aufbau von Prototypen 3. Vermessung der Prototypen 4. Untersuchung von Störeinflüssen Mikrospektrometer Florian Dietachmayr HF028,

4 Servocontroller für Linearachsen Entwicklung eines Ein- bzw. Mehrachsen Servocontrollers für Linearachsen mit DC-Motor/Encoder. Ersatz für Windows 95 (?) Software und ISA PC-Einsteckkarte Teile der Hardware bereits vorhanden (Servoendstufen) 1. Verwendung eines geeigneten Microcontrollers (z.b. STM32F4 aus DSV Praktikum) 2. Implementierung von Encoderauswertung, Servoregler und Endstufenansteuerung 3. Anbindung über USB oder RS Steuerung mit Matlab (d.h. Matlabsoftware zur Funktionskapselung) 5. Optional auf Step-/Direction Eingang umschaltbar 6. Synchronisationsmöglichkeiten für Messungen Florian Dietachmayr HF028,

5 Regelung v. Leuchtdichte u. Farbtemperatur einer Ulbrichtkugel Eine Ulbrichtkugel ist ein Gerät der technischen Optik. Die Kugel ist innen mit einem weißen Material (Bariumsulfat) beschichtet. Eingebrachtes Licht wird dadurch im Inneren mehrmals diffus reflektiert und somit durchmischt. Eine am Institut vorhandene Ubrichtkugel mit einem Durchmesser von ca. 500mm wird als homogene Lichtquelle zur Kalibrierung von Kameras verwendet. Im Zuge dieser Arbeit soll die Ulbrichtkugel so erweitert werden, dass die Leuchtdichte (die Helligkeit) der Kugel und die Farbtemperatur (durch Durchmischung von LEDs mit unterschiedlichen Farbtemperaturen) geregelt werden können. 1. Auswahl geeigneter Sensoren, um Leuchtdichte und Farbtemperatur zu messen 2. Entwurf einer geeigneten Elektronik (LED-Treiber) 3. Implementierung der Regelung auf einem Microcontroller, Anbindung an Matlab 4. Evaluierung des austretenden Lichts Andreas Winkler HF027, Ulbrichtkugel

6 Erkennung von Anwenderintentionen mit Potentialsensoren Berührungslose Bedienelemente zur Erkennung komplexer Anwenderintentionen sind eine Zukunftstechnologie mit enormem Potential. Elektrostatische Sensoren bieten im Vergleich zu anderen Technologien einen guten Kompromiss bezüglich Auflösung, Energieverbrauch, Kosten und Einsatzmöglichkeiten. Die aus dieser Sensorkategorie stammenden elektrischen Potentialsen-soren haben dabei zusätzlich den Vorteil, dass Messungen ohne ein von außen eingeprägtes elektrisches Feld möglich sind. Ziele 1. Aufbau eines Prototypen (Adaptierung/Programmierung bestehender Hardware) 2. Elektrostatische Modellierung (Validierung mit Simulation und Messung) 3. Objekterkennung und Positionsbestimmung (Inversrechnung des Modells) 4. Untersuchung von Störeinflüssen Voraussetzungen 1. Kenntnisse über elektronische Hardwareentwicklung 2. Kenntnisse in elektrostatischen Feldberechnungen 3. Erfahrung mit Matlab 4. Grundkenntnisse in Comsol von Vorteil Leonhard Haslinger HF028,

7 Automatisierter 3D-Scanner mittels Laser-Light-Section Methode Das Lichtschnittverfahren ist das wohl älteste, einfachste und am weitesten verbreitete Verfahren der optischen 3D Messtechnik. Zur Bestimmung der Objektoberfläche wird eine Lichtlinie schräg auf das Objekt projiziert. Durch einen zum Lichteinfall versetzten Betrachtungswinkel der Linie beobachtet man eine mit dem Tangens der Winkeldifferenz φ (zw. Lichteinfall und Betrachtungswinkel) skalierte Abbildung der Objektoberfläche. Eine Weiterentwicklung des Lichtschnittverfahrens ist das Laser-Light- Section Verfahren, welche als Lichtquelle einen Linienlaser verwendet. 1. Entwurf und Realisierung eines Messaufbaus zur automatisierten Erfassung von Objektoberflächen mittels eines Linienlasers 2. Überarbeitung der Linienlaser Ansteuerelektronik 3. Ausarbeitung eines MATLAB Skripts zur Bestimmung der 3D-Geometrie 4. Evaluierung von Sub-Pixel Algorithmen zur Laserlinien Detektion Patrick Hölzl HF026,

8 Leitfähigkeitsmessung für ebene Materialproben Die elektrische Leitfähigkeit ist ein wichtiger Materialparameter, mit dessen Hilfe Aussagen über die Homogenität eines Prüfköpers getätigt werden können. Durch Bestimmung der Stromdichte im Prüfkörper und der Verlustleistung zufolge selbiger kann die elektrische Leitfähigkeit berechnet werden. Für ebene Prüfköper lässt sich die Stromdichte vergleichsweise einfach anhand einer Magnetfeldmessung bestimmen. 1. Weiterentwicklung eines bestehenden Messaufbaus zur Messung des Magnetfelds und der Oberflächentemperatur 2. Kalibrierung und testen neuer Magnetfeldsensoren basierend auf dem GMI-Effekt 3. Anfertigung und Vermessung eines Prüfköpers zur Verifikation der Messmethode Helmut Wernick HF026, Patrick Hölzl HF026,

9 Electrowetting auf Inkjet-gedruckten Elektroden Electrowetting findet in den letzten Jahren zunehmend Anwendung auf dem Gebiet der Mikrofluidik. Mit Hilfe dieses Verfahrens können Flüssigkeitstropfen auf hydrophoben Oberflächen bewegt werden. Ein elektrisches Feld verursacht dazu eine Veränderung der Oberflächenspannung. Mittlerweile wird diese Technologie in unterschiedlichsten Bereichen eingesetzt, wie z.b. für elektronische Linsen, Displays oder Lab-on-a-Chip. Die schnelle Fertigung beständiger Elektrodenstrukturen ist dabei eine große Herausforderung. Die fortschreitende Entwicklung im Druck von funktionalen Materialen mit dem Inkjet -Verfahren bietet hier einen möglichen Lösungsansatz. Ziele 1. Literaturrecherche und erste Voruntersuchungen 2. Entwurf von Elektrodenstrukturen zur Bewegung eines Tropfens 3. Aufbau einer Ansteuerelektronik für beliebige Elektrodenstrukturen 4. Elektrostatische Modellierung und Simulation Bei Interesse setzen Sie sich bitte mit uns in Verbindung Christoph Beisteiner HF026, Leonhard Haslinger HF028,

10 Inkjet-Druck von Thermoelementen mit funktionalen Tinten Aufgrund des Fortschritts in der Herstellung von einfachen geometrische Leiteranordnungen mit Desktop Inkjet-Druckern können einfache low-cost Bauelemente wie Temperatur-, Dehnungs-, Feuchtesensoren oder Thermoelemente hergestellt werden. Für die Herstellung von Thermoelementen sind lediglich zwei leitfähige Materialien erforderlich. Diese können einerseits zur Temperaturmessung und andererseits im Bereich Energy Harvesting Anwendung finden. Ziele 1. Literaturrecherche nach geeigneten Inkjet-druckbaren Materialien 2. Entwurf einer geometrischen Anordnung zur Temperaturmessung bzw. für thermoelektrisches Energy Harvesting 3. Entwurf einer Elektronik zur DC/DC-Wandlung dieser kleinesten thermoelektrischen Spannungen 4. Thermoelektrische Modellbildung und Simulation Christoph Beisteiner HF026,

11 Die Passform von Kleidungsstücken hängt ganz wesentlich von mechanischen und tribologischen Eigenschaften des verwendeten Gewebes ab. Speziell die Hysterese im Zugversuch, die Reibungskennwerte gegenüber (feuchter) Haut bzw. anderen Stoffen, die Biegesteifigkeit (ja, auch diese ist wesentlich) und das Flächengewicht des Materials, welches in Verbindung mit der Biegesteifigkeit den Faltenwurf bestimmt, sind wichtige Kenngrößen. Am Institut wird zur Zeit eine universelle Messmaschine für allgemeine Stoffproben entwickelt, die alle vier erwähnten Parameter zu messen gestatten soll. Ziele Messmaschine zur Charakterisierung von Jeans-Stoffen Aufbau einer Belastungseinrichtung Entwicklung einer Bibliothek für einen Raspberry Pi II zur Ansteuerung von Schrittmotoren und Aufnahme von Kraft, Weg, Dehnung, Temperatur und Feuchte Auswertung von Hystereseschleifen und Ermittlung stoffmechanischer Kenngrößen Bei Interesse setzen Sie sich bitte mit uns in Verbindung Prof. Bernhard Zagar HF012, Quelle: Christiane Luible Diss. Univ. Geneve, Ch, Study of mechanical properties in the simulation of 3D garments,