In dieser Arbeit wird ein kombinierter piezoelektrischer und elektrodynamischer Generator entwickelt und untersucht. Es wird ein Simulationsmodell erstellt und die Grenzen aufgezeigt, bei denen die Kombination der beiden Generatorarten einen Leistungsgewinn gegenüber einem rein piezoelektrischen Generator erreicht. Des Weiteren wird eine Power Management Schaltung entwickelt und untersucht. Die Aussagen werden anhand von drei Aufbauten bestätigt.
Aktualisiert: 2023-06-01
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Das Buch bietet eine grundlegende Einführung in die verschiedenen Klassen adaptiver Materialien. Dabei werden sowohl die besonderen Materialeigenschaften als auch die vielfältigen Möglichkeiten zur Realisierung neuer Produkte dargestellt.
Aktualisiert: 2023-03-31
Autor:
Heiko Atzrodt,
Andrea Böhm,
Holger Böse,
Andre Bucht,
Sven Dr. Herold,
William Dr. Kaal,
Jürgen Dr. Nuffer,
Michael Dr. Wegener,
Torsten Dr.Bartel,
Holger Dr.Böse,
Johannes Ehrlich,
Thomas Mäder,
Michael Matthias,
Paul Motzki,
Kenny Pagel,
Thorsten Pretsch,
Stefan Seelecke
Das Buch bietet eine grundlegende Einführung in die verschiedenen Klassen adaptiver Materialien. Dabei werden sowohl die besonderen Materialeigenschaften als auch die vielfältigen Möglichkeiten zur Realisierung neuer Produkte dargestellt.
Aktualisiert: 2023-04-30
Autor:
Heiko Atzrodt,
Andrea Böhm,
Holger Böse,
Andre Bucht,
Sven Dr. Herold,
William Dr. Kaal,
Jürgen Dr. Nuffer,
Michael Dr. Wegener,
Torsten Dr.Bartel,
Holger Dr.Böse,
Johannes Ehrlich,
Thomas Mäder,
Michael Matthias,
Paul Motzki,
Kenny Pagel,
Thorsten Pretsch,
Stefan Seelecke
Funksensoren beziehen ihre Betriebsenergie im Idealfall aus ihrer unmittelbaren Umgebung durch so genanntes Energy-Harvesting. Hierfür kann etwa die in Vibrationen enthaltene kinetische Energie in elektrische Energie gewandelt („geerntet“) werden. Allerdings sind Vibrationsquellen meist zeitveränderlich. Energy-Harvester müssen sich dann selbsttätig immer wieder neu auf den Momentanzustand der Quelle einstellen. Die vorliegende Arbeit untersucht die Möglichkeiten und Grenzen einer solchen Selbstadaptivität. Die daraus abgeleiteten Entwurfsregeln werden anhand eines vollständig autarken selbstadaptiven kinetischen Energy-Harvesters demonstriert. Er umfasst neben dem eigentlichen Energiewandler auch die Zustandssensorik (Beschleunigungssensor), die Intelligenz (Mikrocontroller) und die für die Selbstadaptivität notwendige Aktorik (Schrittmotor). Es wird gezeigt, dass das System in vielen Szenarien mehr Energie erntet als ein nichtadaptierendes System. Die Arbeit ist damit interessant für alle, die sich mit kinetischen Energy-Harvestern beschäftigen.
Aktualisiert: 2020-11-19
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In dieser Arbeit wird ein kombinierter piezoelektrischer und elektrodynamischer Generator entwickelt und untersucht. Es wird ein Simulationsmodell erstellt und die Grenzen aufgezeigt, bei denen die Kombination der beiden Generatorarten einen Leistungsgewinn gegenüber einem rein piezoelektrischen Generator erreicht. Des Weiteren wird eine Power Management Schaltung entwickelt und untersucht. Die Aussagen werden anhand von drei Aufbauten bestätigt.
Aktualisiert: 2023-03-31
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Willkommen in der Welt der Operationsverstärker und Schaltungstechnik. Mit dem Lehrbuch erhalten Einsteiger/-innen und Fortgeschrittene ein unverzichtbares Grundlagenwerk zur Vor- und Nachbereitung von Vorlesungen und Seminaren, zur Vorbereitung auf studentische Laborpraktika sowie zum Selbststudium.
Zahlreiche Übungen und Praxisbeispiele helfen dabei die wesentlichen Eigenschaften und Funktionen von Operationsverstärkern zu verstehen. Nach Abschluss des Lehrbuchs können die wichtigsten Schaltungen berechnet und eine Schaltungsanalyse durchgeführt sowie der Zusammenhang zwischen dem Bauelement und seinen praktischen Anwendungen hergestellt werden.
Aus dem Inhalt:
• Methoden der Schaltungsanalyse• Erklärung des Prinzips der Gegenkopplung• Funktionsweise analoger Rechenschaltungen• Regler-, Filter- und Schwingschaltungen• Konditionier- und Umsetzschaltungen• Stabilisierungsschaltungen und Energiemanagement
Über den Autor:
Prof. Dr. Matthias Viehmann unterrichtet an der Hochschule Nordhausen. Vor seiner Berufung zum Professor für Industrieelektronik war er in leitenden Positionen der Elektronikbranche tätig.
Aktualisiert: 2020-02-07
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Aktualisiert: 2022-12-30
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Die Einführung einer kontinuierlichen Zustandsüberwachung von Maschinen und Anlagen ist insbesondere bei Nachrüstungen im maritimen Bereich mit Hemmnissen verbunden. Sensornetzwerke in Verbindung mit drahtlosen, energieautarken Sensorknoten vermeiden den Verkabelungsaufwand zur Energieversorgung und Datenübertragung vollständig, sodass die Sensorik zur Messwerterfassung mit einmaligem Installationsaufwand integriert werden kann. Energy Harvesting Systeme ermöglichen eine elektrische Versorgung der Sensorknoten mit Energie aus der unmittelbaren Umgebung.
Die vorliegende Arbeit verfolgt daher das Ziel ein Modell zu entwickeln, mit dessen Hilfe die energetische Auslegung von drahtlosen, energieautarken Sensorknoten zur Zustandsüberwachung von Maschinen und Anlagen ermöglicht wird.
Aktualisiert: 2019-11-07
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In dieser Arbeit wird die Integration von thermoelektrischen Generatoren (TEG) in ein autonomes Sensorsystem vorgestellt. Es werden grundlegende Untersuchungen zur Robustheit von kommerziell erhältlichen TEGs in Bezug auf spätere Belastungen bezüglich der Aufbau- und Verbindungstechnik eines Systems und deren thermische Beeinflussung dargestellt. Neben den mechanischen Betrachtungen durch den Einsatz von Underfill und stressentkoppelnden Klebstoffen werden die thermischen Einflüsse mit Hilfe von CFD-Simulationen und Messaufbauten ermittelt und bewertet. Mit Hilfe von Simulationen wird eine Methode zur Auslegung von Sensorsystemen mit TEGs vorgestellt, um bei einem gegebenen Temperaturszenario die optimale Performance in Abhängigkeit der Baugröße ermitteln zu können. Abschließend wird mit Hilfe der Designrichtlinien ein Demonstrator vorgestellt, um neben der Optimierung auch die Zuverlässigkeit dieses Systems zu bewerten. Als Abschluss der Arbeit werden die vorgestellten Aufbauten anhand ihrer Effizienz durch die eingeführte Verhältnisgröße Z-System verglichen.
Aktualisiert: 2020-12-08
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Die wechselhafte Energiebereitstellung für drahtlose Sensorknoten durch Solarzellen stellt das Energiemanagement dieser Systeme vor große Herausforderungen. Bedingt durch saisonale und kurzfristige Effekte treten kontinuierlich Schwankungen in der Eingangsleistung auf, gleichzeitig soll jedoch eine zuverlässige und konstante Systemfunktion realisiert werden. Um dies miteinander zu vereinbaren, wird ein Modell zur Beschreibung der erwarteten Eingangsleistung aufgestellt, mit welchem der planmäßige Energieverlauf bestimmt werden kann. Dieser kann wiederum mit der realen Eingangsleistung verglichen werden, um den tatsächlichen energetischen Zustand des Sensorknotens zu bestimmen. Daraus lassen sich beispielsweise Entscheidungskriterien für die Steuerung der Energieverteilung oder Betriebszustände ableiten.
Im Rahmen der Arbeit werden die physikalischen Hintergründe zur Modellierung der eingehenden Sonnenenergie beschrieben, der Stand der Technik zur Modellierung aufgezeigt und ein Modell als Basis für die weiteren Untersuchungen ausgewählt. Dieses wird auf die stark limitierte Hardware von drahtlosen Sensorknoten angepasst. Die Herausforderungen liegen dabei hauptsächlich in der geringen verfügbaren Rechenleistung, wenig Datenspeicher im System und dem Ziel, möglichst wenig Energie für die Berechnung zu verbrauchen.
Im Ergebnis zeigt sich, dass ein angepasstes Modell auf drahtlosen Sensorsystemen umgesetzt werden kann und trotz der starken Limitierungen lauffähig ist. Es wird eine deutliche Verbesserung in der Verteilung der Energie über den Tag ermöglicht, wodurch sich trotz wechselhafter Quelle eine konstante Systemfunktion ergibt. Nebenher wird die Zuverlässigkeit und Ausfallsicherheit erhöht und Überdimensionierungen in Energiespeicher und Solarzelle können verringert werden. Das modellbasierte Energiemanagement stellt somit einen wichtigen Baustein für eine gesicherte Energieversorgung drahtloser Sensorsysteme dar.
Aktualisiert: 2021-09-10
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Dieser Band beinhaltet die Manuskripte zu den jeweiligen Vorträgen und
Posterbeiträgen der 18. GMA/ITG-Fachtagung Sensoren und Messsysteme 2016
Aktualisiert: 2019-01-07
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Energieeffizienz und erneuerbare Energien versprechen in den nächsten Jahren nachhaltige Wachstumsfelder zu werden. Beim Micro Energy Harvesting werden vergleichsweise geringe Energiemengen aus der umgebenden Energie „geerntet", um energieeffiziente und autarke Lösungen im Bereich der Mikroelektronik zu ermöglichen. In Verbindung mit energiesparenden Mikrocontrollern und HF-Schaltkreisen und unter Vermeidung von Einschränkungen durch
leitungsgebundene Stromversorgung oder Batterien bei Drahtlostechnologien ergeben sich zahlreiche innovative Anwendungsmöglichkeiten, etwa in der Messtechnik, der Gebäudeautomatisierung oder auch der Medizintechnik. Besonders effektiv können mit Energy-Harvesting-Methoden Sensorschaltungen versorgt werden. Allerdings erfordert die Entwicklung autark arbeitender Sensorsysteme bei der Konzeption ein Umdenken: Statt einzelne Komponenten isoliert zu betrachten, wird die Aufstellung einer konkreten Energiebilanz notwendig. Alle beteiligten Einheiten einschließlich der Software müssen hinsichtlich Energiebedarf und Konfigurationsmöglichkeiten analysiert werden und mit dem Harvester plus Energiespeicher für den jeweiligen Einsatzzweck abgestimmt werden.
Dieses Buch bietet:
• die notwendigen Grundlagen betreffs Energiegewinnung, z. B. Thermogeneratoren, Piezo-Wandler oder Energie aus HF-Strahlung, und
• Energiespeicherung, etwa mit Akkumulatoren, Kondensatoren, Spannungswandlern und Konverterschaltungen,
• Informationen zu Sensor/Aktor-Systemen (Typen, Signalaufbereitung und -umsetzung),
• geeigneten Mikrocontrollern und Stromsparmechanismen, sowie
• zur drahtlosen Datenübertragung (Transpondersysteme und Funkstandards).
Außerdem werden Anwendungsbeispiele zur Anlagenüberwachung, Gebäudeautomatisierung oder in der Medizintechnik ausführlich vorgestellt. Damit wird Ihnen anschaulich und praxisorientiert vermittelt, mit welchen Methoden und Komponenten sich selbstversorgende Mikrosysteme für die drahtlose Übertragung von (Sensor-)Daten realisieren lassen. Sie erhalten
praxisorientierte Informationen für die Planung, den Aufbau und die Entwicklung stromsparender, drahtloser Systeme.
Aktualisiert: 2022-12-09
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Was macht Thermoelektrik, deren Grundprinzipien schon lange bekannt sind, heute so interessant für die Erzeugung elektrischer Energie? Welche Potenziale bietet sie für nachhaltige Mobilität, und was ist notwendig, um sie im Fahrzeug einzusetzen?
Aktualisiert: 2022-06-22
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Der 7. Workshop „Energieautarke Sensorik" bildet zum einen eine Plattform für Forschungseinrichtungen und Unternehmen, um über ihre neuesten Entwicklungen auf diesem Gebiet zu berichten. Zum anderen dient er der Fachdiskussion, der Vernetzung der Akteure und der Etablierung einer Community auf diesem Gebiet.
Er befasst sich daher mit den Themen
• Energiebereitstellung
• Sensoren und Sensorsysteme
• Anwendungen energieautarker Sensoren
Aktualisiert: 2019-11-28
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