MEASUREMENT AND SENSOR TECHNOLOGY. SeKo Präsentation. Chemnitz

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1 MEASUREMENT AND SENSOR TECHNOLOGY SeKo Präsentation Chemnitz

2 Inhalt Lehrstuhl für Mess-und Sensortechnik Energiespeicherdiagnose Neuartige Messverfahren mittels Impedanzspektroskopie Energy Harvesting Sensoren auf CNT Basis Themen für studentische Arbeiten Studium aufpeppen? Chair of Measurement and Sensor Technology 2

3 Lehrstuhl für Mess und Sensortechnik MST Laser Batterien, DSK Energiemanagement Characterisierung und Modellierung Online Diagnose Energiespeicher A Neuartige B Messverfahren IS-basierte Parameterbestimmung AFM-Steuerung Systemmodellierung Impedanzanalyzer HP 4294 A Makro- sowie mikroskopische Analyse Z(), () < 1µm Energy harvesting Leistungsmanagement Datenerfassung Energieautarke Sensorik Neuartige Sensoren CNT basierte Sensoren Wirbelstromsensoren Leitfähigkeitssensoren Kapazitive Sensorik 3

4 Energiespeicher Messung und Diagnose Materials and components High voltage High power/high energy Safety Low cost materials Diagnostics & modeling Voltage prediction Aging models SOC, SOH, SOF Battery system design Cell balancing Thermal management Recycling Technologies Efficiency Vehicle to grid Load balancing Predictive charging Cooperative concepts with Fuel cells Super capacitors 4

5 Energiespeicher Messung und Diagnose Elektrochemisch-physikalisch basierte Modellierung Frequenzbereich j Elektron x j Ion x j Ion x dx j Elektron x dx Ion x Elektron x R E L R D σ W Impedanzspektrum CPE + Modell Systemcharakteristik Zeitbereich t xn b 0 I C + a 1 U a R z -1 b 1 e UC U U C 1 (1 ) U a U 0 e + yn C a In-Application Diagnose a 2 z -1 b 2 Zeitbereichsmodellierung 5

6 Neuartige Messverfahren mittels Impedanzspektroskopie Sensoren Materialien A C Open Circuit 4.57 m B 2.32 m D Open Circuit Biomaterialien Kabeldiagnose 6

7 Energy Harvesting Energieerzeugung und management für autarke Sensorik Energie - woher? Energie - wohin? Beispielapplikationen Harvester 1 Energiemanagement Harvester 2 Spgs.- wandler Applikation Speicher 1 Speicher 2 Steuerung Spgs.- wandler Energieverteilung Sensor µc Funk Verfügbarkeit? 7

8 CNT basierte Sensoren Carbon Nano Tubes CNTs Halbleitender oder metallischer Charakter Empfindlich in weitem Spektralbereich Hohe Leitfähigkeit Piezoelektrische Eigenschaften Aufbau von druckempfindlicher Strukturen Dehnmessstreifen electrodes F F substrate CNT film Modellierung von physikalischen Effekten an CNTs 8

9 Themen für studentische Arbeiten Messungen an Batterien zur Untersuchung von Nichtlinearem Verhalten Hystereseeigenschaften Erinnerungsvermögen Alterungseffekten Sowie Untersuchungen zu Möglichkeiten der Modellierung u i 9

10 Themen für studentische Arbeiten Untersuchung von In-Applikations Diagnoseverfahren: Anregungssignale (Arten, Vor- Nachteile) Möglichkeiten der Informationsgewinnung Erzeugung von Anregungssignalen Messungen zur Qualifizierung Informationsextraktion Anregungssequenz im Steuergerät erzeugen oder direkt aus der Applikation? 10

11 Themen für studentische Arbeiten Untersuchungen zur Waschlaugensensorik Messung von Verschmutzungsgrad, Wasserhärte, Waschmittelkonzentration Regelung für optimalen Waschprozess Energie/Wasser/Zeiteinsparung bei gleichzeitig optimaler Reinigung Messung 11

12 Themen für studentische Arbeiten Online-Feuchtemessung während der Ernte im Mähdrescher Abbruch Erntevorgang beim Einsetzen von Tau Feuchtemapping auf dem Feld Steigerung des Verkaufserlös durch höhere Qualität: Sofortiger Verkauf Nachtrocknung + Verkauf Lagerung + später Verkauf 12

13 Themen für studentische Arbeiten Magnetische Fokussierung für neue Sensoren zur Materialprüfung + = Magnetfeldsensoren für die Diagnose an metallischen Werkstoffen benötigen spezielle Spulen Angepasst an Targetmaterial Spezielle Spulengeometrie für höchste Empfindlichkeit 13

14 Themen für studentische Arbeiten Arbeiten zur Grenzflächenphysik und -chemie Oberflächenmorphologie (Rauheit, Schichtdicke, ) Adhäsion Benetzungsverhalten und Oberflächenspannung Werkstoffe für Sensoraufbau Mechanische Eigenschaften (Dehnungsverhalten etc.) Elektrische Eigenschaften (Leitfähigkeit, Permittivität etc.) Verhalten unter Umgebungseinflüssen: Temperatur, Feuchtigkeit, Alterungseffekte Applikationstechnologien: Grenzflächen Benetzung, chemische Kompatibiltiät CNT-Film Isolationsschicht metallisches Messobjekt 14

15 Themen für studentische Arbeiten Drucken von CNT Dispersionen auf flexiblen Substraten Thematische Schwerpunkte für Arbeiten Auswahl und Untersuchungen zu geeigneten Trägermaterialien: Mechanische Eigenschaften (Dehnbarkeit, Viskoelastizität,etc.) Elektrische Eigenschaften (Leitfähigkeit, Permittivität, etc.) Oberflächenchemische Eigenschaften (Haftung, Benetzungsverhalten der CNT-Schicht) Einsatzbereich (Temperatur, Feuchtigkeit) Gedruckte Elektronik a) b) c) A A Haftung?! Kontaktierung Grenzfläche CNT-Schicht Trägermaterial Gewölbter Untergrund Wassermoleküle a) Prinzipieller Aufbau CNT-Schicht auf flexiblem Trägersubstrat, b) Haftung unter mechanischer Belastung c) Einfluss von Feuchtigkeit bei durchlässigem Substrat 15

16 Themen für studentische Arbeiten Prüfstandsprogrammierung für Messstände zur Charakterisierung von Sensoren auf Basis von Carbon Nano Tubes Analyse notwendiger Prüfstandsfunktionen Erstellung Softwarestruktur Implementierung in LabView Statisch/Dynamische Zug-/Druckprüfung Lock-In Verstärker zur Messung mit minimaler Leistungseinkopplung 16

17 U in V Themen für studentische Arbeiten Messung von realistischen Vibrationsprofilen Evaluierung möglicher Vibrationsquellen Aufbau von Messtechnik Datenerfassung und Signalverarbeitung mit LabVIEW und Matlab Messplatz zur Charakterisierung kinetischer Wandler mechanischer Aufbau Reglung der Anregung GUI zur Steuerung in LabVIEW k/m f in Hz Energieversorgung mittels elektrodynamischen Wandler el./mech. Charakterisierung des Wandlers Elektronik zur Spannungswandlung 17

18 Zu trockenes Studium? - Fortis Saxonia! NIOS Wer hat s getan? Interdisziplinäre Projektarbeit von Studenten aller Fachrichtungen Gestaltung, Öffentlichkeitsarbeit, Leichtbau, Antriebstechnik, Simulation 18

19 Kontakt Impedanzspektroskopie Carbon Nano Tubes Energy Harvesting 19

20 Vielen Dank für eure Aufmerksamkeit! 20