621.3 Elektrotechnik, Elektronik
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Cross-sectional 2D models often represent a computationally efficient alternative to full 3D models, when simulating complex multi-physical magnet systems. However, especially for the case of self-protected, superconducting magnets, where the stored energy has to be dissipated within the magnet coils, the thermal diffusion and the quench development in all three dimensions become key aspects. In order to further improve the simulation of transients in 2D models, a new modelling method for simplified quench development along the direction of the transport current is introduced. The original 2D model is hereby utilized for modelling the thermal domain, and the electrical resistance of each turn is scaled by the estimated time-dependent fraction of quenched conductor. Furthermore, the turn to turn quench propagation following the electrical connections is implemented. The proposed approach allows a very computationally efficient and easy-to-implement calculation since the model is effectively two-dimensional while providing a good approximation of the coil resistance development with sufficient accuracy. In order to illustrate the proposed quench-propagation modelling approach, simulations are compared to experimental results for the case of a self-protected, superconducting Nb-Ti dipole magnet. In general, a very good agreement between measurements and simulations was achieved.
Das Monitoring von Energiebedarfen und die aktive Beeinflussung der eingesetzten Energiemenge mit Hilfe eines Lastmanagements spielen in industriellen Anlagen eine zunehmend wichtige Rolle. Um diese Aufgaben zu erfüllen, können in Energiemanagementsystemen sogenannte Energiemanagementfunktionalitäten verwendet werden. Energiemanagementfunktionalitäten basieren dabei auf sogenannten Energieinformationen, die bidirektional zwischen der Feldebene und den Applikationen des Energiemanagementsystems ausgetauscht werden. Die Besonderheit der Energieinformationen besteht darin, dass diese aufgrund der unterschiedlichen industriell genutzten Kommunikationsstandards jeweils eigene Semantiken und Syntax aufweisen. Diese semantischen Unterschiede erschweren eine Vereinheitlichung der Energieinformationen und führen zu einem hohen Engineering-Aufwand, wenn Energieinformationen unterschiedlicher Kommunikationsstandards genutzt werden sollen. Um dieses Problem zu lösen und um den Engineering-Aufwand reduzieren zu können, stellt dieser Beitrag den Entwurf eines einheitlichen Energieinformationsmodells vor, mit dem die Energieinformationen verschiedener industriell genutzter Kommunikationsstandards vereinheitlicht werden können.
Im Rahmen des Forschungsprojekts „Optimierung des Lichtmanagements in der Haltung von Mastputen“ (OptiLiMa) wird der Einfluss der Stallbeleuchtung auf das Verhalten von Mastputen untersucht. Dafür wird eine LED-Vollspektrumbeleuchtung mit Wellenlängen vom UVA-Bereich bis zum sichtbaren Licht sowie ein automatisches Tierbeobachtungssystem mittels KI-videobasierter Objekterkennung entwickelt. Im Fokus der Untersuchungen steht dabei ein bislang wenig untersuchter möglicher Haltungsfaktor, der Einfluss der Beleuchtung auf das Verhalten von Mastputen. Getestet wurde einerseits die Auswirkung von Flimmerfrequenzen mit 165 Hz, 500 Hz und 16 kHz sowie andererseits unterschiedliche Lichtspektren im für Menschen sichtbaren Bereich mit und ohne einen zusätzlichen UVA-Anteil. Die von den Puten bevorzugten Aufenthaltsbereiche im Maststall wurden analysiert. Zusätzlich wurde in Federproben die Konzentration von Corticosteron gemessen, um die Effekte der verschiedenen Flimmerfrequenzen auf die Langzeitsekretion dieses Stresshormons als Reaktion auf die Umgebungsbedingungen zu erfassen. Ziel der Studie ist es, Parameter für eine den Haltungsansprüchen von Mastputen gerecht werdende Stallbeleuchtung zu bestimmen, die ggf. zur Verbesserung des Tierwohls beitragen kann.
Eine einheitliche und durchgängige Kommunikation auf Basis von Ethernet bietet zahlreiche Vorteile für Anlagenbetreiber, besonders in der Prozessindustrie. Ethernet-APL überbrückt die letzte Meile zum Feldgerät und ermöglicht so ein konvergentes Netzwerk bis in die MES-Ebene. Die Anforderungen an ein solches Kommunikationssystem wurden schon früh von der NAMUR in der NAMUR Empfehlung NE 168 definiert. Verschiedene Echtzeitprotokolle wie PROFINET, EtherNet/IP sowie das Middleware-Protokoll OPC UA können so auch bis zum Sensor/Aktor durchgängig kommunizieren. Beim Einsatz von Ethernet-APL werden auf dem Weg vom Controller zum Sensor die Informationen mit verschiedenen Datenraten kommuniziert. Herbei treten verschiedene Fragestellungen auf, die der folgende Beitrag beantworten soll:
- Welche Performance-Probleme entstehen beim Übergang von 100 Mbit/s oder 1 Gbit/s auf dem Industrial Ethernet zu den 10 Mbit/s bei Ethernet-APL?
- Wie verhalten sich große Ethernet-APL Netzwerke bei hoher Last?
- Welche Empfehlungen können für die Planung von Ethernet-APL-Netzwerken abgeleitet werden?
This paper introduces a method for analysing motion patterns that can be utilised to optimise data-driven systems. The aim is to use surveillance cameras and artificial intelligence to track multiple objects in a reliable manner, thereby preserving the authenticity of movement patterns for numerous and similar objects. In a case study, this method is applied to optimize lighting conditions in animal husbandry. Furthermore, this approach can be utilized not only in animal husbandry but also in other domains.
This paper presents a novel multi-stereo camera system for robust indoor localization, leveraging point cloud data and temporal fusion techniques. The system integrates three synchronized stereo cameras to capture point clouds from multiple angles, enhancing coverage and improving point cloud density in complex indoor environments. By combining data from different perspectives and accumulating point clouds over time, the method mitigates the limitations in the short range of point clouds derived from stereo cameras, ensuring broader coverage for effective localization. To manage the computational complexity of large-scale point clouds and reduce noise in accumulated data, voxelization is applied to downsample the point clouds while preserving key geometric features. The localization process is driven by a predictive point cloud odometry method, refined through the Iterative Closest Point (ICP) algorithm. Experimental results demonstrate the system’s ability to achieve accurate localization within a pre-built LiDAR map. This study highlights the feasibility of using low-cost stereo camera systems as an alternative to LiDAR-based solutions for indoor localization.
Das Institut für Sensorik und Automation (ISA) stellt in acht Beiträgen aktuelle Ergebnisse aus seinen vielfältigen Forschungsprojekten vor. Es werden Themen angesprochen wie Lichttechnik in der Nutzgeflügelhaltung, Datenaustausch in der Produktion, hochfrequente Front-Ends für Umweltsensoren in der Gebäudeautomatisierung, Mössbauer-Spektroskopie, Entwicklung fortschrittlicher Transimpedanzverstärker, Optimierung monostatischer Transceiver, Datenverarbeitungsszenarien für Smart-Home-Systeme und Designüberlegungen für kryogene Analog-Digital-Wandler.
Electrical power system operators (SOs) are free to realize grid operations according to their own strategies. However, because resulting power flows also depend on the actions of neighboring SOs, appropriate coordination is needed to improve the resulting system states from an overall perspective and from an individual SO perspective. In this paper, a new method is presented that preserves the data integrity of the SOs and their independent operation of their grids. This method is compared with a non-coordinated local control and another sequential method that has been identified as the most promising distributed optimization method in previous research. The time series simulations use transformer tap positioning as well as generation unit voltage setpoints and reactive power injections as flexibilities. The methods are tested on a multi-voltage, multi-SO, realistic benchmark grid with different objective combinations of the SOs. In conclusion, the results of the new method are much closer to the theoretical optimum represented by central optimization than those of the other two methods. Furthermore, the introduced method integrates a sophisticated procedure to provide fairness between SOs that is missing in other methods.
Electrospun polymer fiber mats feature versatile applications in tissue engineering, drug delivery, water treatment and chemical processes. The orientation of fibers within these mats is a crucial factor that significantly influences their properties and performance. However, the analysis of fiber samples using scanning electron microscopy (SEM) has limitations such as time consumption, fixed assembly, and restricted field of vision. Therefore, a fast and reliable method for qualitative measurements of fiber orientation is required. Mueller matrix polarimetry, a well-established method for measuring orientation of chemical and biological species, was employed in this case. We investigated the effect of four important parameters of the electrospinning process, namely collector speed, applied voltage, needle-to-collector distance, and solution concentration, on fiber orientation using Mueller matrix polarimetry thus extending the range of parameters analyzed. Measurements were performed using two extreme values and a central optimized value for each fabrication parameter. Changes in matrix values were observed for each fabrication parameter, and their correlation with fiber orientation was analyzed based on the Lu-Chipman decomposition. The results were compared with SEM images, which served as the ground truth, and showed overall good agreement. In the future, the analysis of electrospun polymer fibers can be done by using Mueller matrix polarimetry as alternative to current technology and fabrication parameters, including solution concentration for the first time in this context and the production can quickly be adjusted based on the outcome of the measurements
In light-processing systems, light energy is converted into a photocurrent due to the photoelectric effect. This project focuses on the development of a high-precision energy-to-voltage conversion technique to optimize signal processing in light-processing systems, specifically for applications in space analytics or solid state physikcs, such as Mössbauer spectroscopy. Analog circuit development plays a vital role as downstream voltage conversion is necessary for signal processing. The objective is to enhance the signal quality and improve the signal-to-noise ratio through the design, optimization, and comparison of various circuits for voltage conversion. The development process involves the design and optimization of amplifier circuits, supplemented with the incorporation of filters and/or regulators for further improvement. A transimpedance amplifier is approximated as a second-order low-pass filter, while a state controller is designed and analyzed to efficient transient oscillation of the system towards optimal amplitude values for subsequent signal processing. The project's results contribute to the advancement of light-processing systems, enabling more precise analysis of light energy in Mössbauer spectroscopy. The findings are presented in a series of scientific publications, showcasing the effectiveness of the developed circuits and their impact on signal quality. Future work could focus on further optimization and validation of the circuits in real-world applications to confirm their performance and reliability. Overall, this project emphasizes the significance of meticulous circuit development and optimization for enhancing signal processing in light-processing systems, thus supporting their application in space analytics.
