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Nach einer Darstellung des thermodynamischen Verhaltens von Thermoelementen und dem Vergleich mit realen Thermo-elementen der DIN-Reihe 43710 wird der prinzipielle Aufbau von Meßsystemen mit Thermoelementen und Meßverstärkern behandelt. Ein Verfahren zur Linearisierung der Ausgangskennlinie mit einem mehrstufigen Summenverstärker wird beschrieben. Der Einfluß des Linearisierungsverfahrens auf das Meßergebnis wird allgemein untersucht und anhand eines praxisnahen Beispiels für eine Fe-CuNi-Thermoelement quantitativ berechnet.
Anhand der formelmäßigen Beschreibung des Linearisierungsverfahrens wird der Einfluß der Vergleichsstellen-Temperatur auf das Meßergebnis quantitativ untersucht und an Beispielen erläutert. Daraus werden die Randbedingungen für die Vergleichsstellen-Temperatur hergeleitet und schaltungstechnische Realisierungen für die Kompensation der Temperaturdrift von Vergleichsstellen beschrieben.
Wahlweise Lichtleiter oder Zweidraht-Leitungen: Ringbus-System zur flexiblen Messdatenerfassung
(1986)
In diesem Beitrag wird ein Messdatenerfassungssystem vorgestellt, bei dem die Datenuebertragung je nach den Anforderungen entweder auf Zweidrahtleitung oder via Lichtleiter erfolgen kann. Es handelt sich um ein ringfoermiges serielles Bussystem fuer das eine universelle Interfacekarte mit Mikroprozessor aufgebaut wurde. Nach Beschreibung der Struktur des Systems wird auf den Uebertragungscode und das Datenprotokoll eingegangen. Anschliessend wird der Aufbau der Interfacekarte gezeigt. Einige Bemerkungen zu den Software-Modulen fuer die Interfacekarte, zum Programmablauf auf ihr und zur Synchronisierung der Interface-Karte runden den Beitrag ab.
The embedding of microwave devices is treated by applying the finite-difference method to three-dimensional shielded structures. A program package was developed to evaluate electromagnetic fields inside arbitrary transmission-line connecting structures and to compute the scattering matrix. The air bridge, the transition through a wall, and the bond wire are examined as interconnecting structures. Detailed results are given and discussed regarding the fundamental behavior of embedding.
Structures for interconnecting active microwave semiconductor-devices, e.g. FET's and MIC's, with the electrical surrounding or with each other have to be designed more and more carefully when increasing the desired upper frequency limit. Therefore, several connecting structures for device embedding have been examined. Mainly, their applicability for the frequency range from 10 GHz to 100 GHz was considered. Additionally, different equivalent circuits were developed to approximately describe their behaviour for CAD-applications.
Der Entwurf von Strukturen zum reflexionsarmen Einbetten von Halbleiterbauteilen in Mikrostreifenleitungsschaltungen gestaltet sich mit steigender Frequenz kritischer. Deshalb wird ein Verfahren vorgestellt, das es ermöglicht, das Streuverhalten solcher Strukturen unter Anwendung der dreidimensionalen Finite-Differenzen-Methode auf die Maxwellschen Gleichungen numerisch zu berechnen. Hierauf aufbauend wurde das Programmpaket F3D entwickelt. Das Streuverhalten einer Verbindung zweier GaAs-Chips durch eine dielektrische Wand wird in Abhängigkeit von Geometrieparametern diskutiert. Außerdem werden Ersatzschaltbilder unterschiedlicher Komplexität für CAD-Anwendungen vorgestellt. Diese ermöglichen zudem eine rechenzeiteffektive Optimierung dieser Struktur, die somit Filteraufgaben übernehmen kann. Dies wird am Beispiel eines Tiefpasses gezeigt.
It is demonstrated that microwave structures incorporating dielectric resonators (DR) are accurately characterised by means of a 3-dimensional finite-difference CAD package. All major assumptions made so far have been dropped, offering the possibility of a rigorous analysis of the embedding of dielectric resonators into microwave structures. In particular, a finite thickness for the microstrip conductor has been taken into account. The coupling of the DR to a microstrip placed in a metallic housing has been theoretically and experimentally investigated. Theoretical and experimental results are in good agreement and give new insight into DR coupling to microstrip circuits.
The advantages of the coupling-of-modes (COM) formalism and the transmission-matrix approach are combined to create exact and computationally efficient analysis and synthesis CAD tools for the design of SAW-resonator filters. The models for the filter components, especially gratings, interdigital transducers (IDTs). and multistrip couplers (MSCs), are based on the COM approach, which delivers closed-form expressions. In order to determine the relevant COM parameters, the integrated COM differential equations are compared with analytically derived expressions from the transmission-matrix approach. The most important second-order effects such as energy storage, propagation loss and mechanical and electrical loading are fully taken into account. As an example, the authors investigate a two-pole, acoustically coupled resonator filter at 914.5 MHz on AT quartz. Excellent agreement between theory and measurement is found.
Im Rahmen eines GPS-Projektes ist an der Fachhochschule Offenburg ein Konzept für einen experimentellen Navigationsempfänger entstanden. Hierfür wurde der digitale Teil entwickelt und aufgebaut. Für die Realisierung der Schaltung sollten benutzerprogrammierbare Gate Arrays von Xilinx (LCAs) verwendet werden, die sich schon bei einer anderen Arbeit an der Fachhochschule bewährt hatten.
Nachfolgend möchte ich dem Leser einen Überblick über das GPS-System und die Entwicklung der LCAs geben.
Im folgenden Beitrag wird ein programmierbarer Logikbaustein vorgestellt, der zur Datensicherung erforderlich ist, wenn eine CCD-Linearkamera über eine längere Leitung an einen PC angeschlossen werden soll. Damit die Verbindung zum PC sehr lang werden kann, sollen die Meßdaten bitseriell über einen Lichtwellenleiter übertragen werden. Der geringe zur Verfügung stehende Einbauraum in der Kamera faßt die erforderliche Digitalisier- und Codierschaltung auf einem LCA-Chip zusammen.
Dieser Beitrag befaßt sich mit der optischen Meßtechnik, mit der man geometrische Dimensionen berührungslos und mit hoher Genauigkeit vermessen kann. Durch eine konkrete industrielle Aufgabenstellung angeregt, wurde im Labor für Optoelektronik der FH Offenburg eine einfache, aber universelle und PC-steuerbare Linear-CCD-Kamera entwickelt. Entscheidend für die Auslegung der Kamera ist die Auswahl des geeigneten Sensors.
Prozeßrechner und Automatisierungstechnik gehören heute zur Standardausrüstung im Bereich der Energie-, Verfahrens- und Fertigungstechnik. In der Antriebstechnik sind jedoch noch umfangreiche Aufgaben zu lösen. Für Einzelantriebe stehen leistungsfähige Steuerungs- und Regelungseinheiten zur Verfügung. Die Hauptaufgabe liegt heute in der Leittechnik für gekoppelte Antriebe. Hier muß ein Leitsystem die übergeordneten Aufgaben übernehmen. Eine vordringliche Aufgabe besteht darin, geeignete Strategien und Algorithmen zu finden, um mechanisch verkoppelte Antriebssysteme leittechnisch zu entkoppeln. Diese Theorien können nur mit leistungsfähigen Rechnern und hochdynamischen Echtzeit-Bussystemen zur Kommunikation praktisch umgesetzt werden. Abschließend wird auf die wichtige Aufgabe der Hochschulen hingewiesen, den Studenten neben der Grundausbildung im Elektromaschinenbau auch solide Kenntnisse in der Leittechnik, Informatik und in der Regelungstechnik zu vermitteln.
Die Elektronikindustrie bietet für die Realisierung digitaler Logik eine Vielzahl integrierter Bausteine an, die ein Höchstmaß an Zuverlässigkeit als auch Integrationsdichte ermöglichen.
Je nach Integrationsdichte unterscheidet man hierbei zwischen Standardlogik (TTL,CMOS,DTL...), programmierbarer Logik (PLA, GAL...), Gate Arrays und ASIC-Bausteinen. Mit steigender Integrationsdichte werden Systemeigenschaften verbessert, wie Leistungsverbrauch, Platzbedarf, und Zuverlässigkeit.
Jedoch steht ihr auch ein stark erhöhter Kosten- und Entwicklungsaufwand gegenüber, der den Einsatz hochintegrierter Bausteine in Einzelfertigung bzw. Kleinserien verhindert.
Xilinx bietet nun mit seiner LCA-Produktreihe (logic cell array) eine Alternative zu bestehender hochintegrierbarer Logik an, mit der es möglich sein soll, Vorteile der genannten Einzelproduktgruppen zu übernehmen, und deren Nachteile zu beseitigen.
Im Rahmen einer Diplomarbeit wurde ein solcher LCA-Baustein (XC3020) eingesetzt. Anhand der gegebenen konkreten Anwendung konnte hierbei untersuch twerden, wie schnell sich ein solcher Baustein in bestehende Hardware eingliedern läßt, und welche Integrationsdichte er ermöglicht.
Im Folgenden sollen nun als Schwerpunkte das Einsatzgebiet, die Entwicklung und die Simulation des LCA bei vorliegender Aufgabenstellung aufgezeigt werden.
Im Rahmen des Kontinentalen Tiefbohrprogramms der Bundesrepublik Deutschland (KTB) wurde im September 1987 in der Oberpfalz bei Windischeschenbach mit der Vorbohrung begonnen, die im Frühjahr des letzten Jahres bei einer Tiefe von 4000m erfolgreich abgeschlossen wurde. Mit der in diesem Jahr beginnenden Hauptbohrung will man 10 bis 12km tief in das Erdinnere vorstoßen. Nicht nur anhand von Gesteins- und Flüssigkeitsproben, sondern auch mit Hilfe von Meßsonden werden umfangreiche geophysikalische Daten gewonnen. Der Aufsatz beschreibt, wie die magnetische Suszeptibilität von Gesteinen bis ca. 300°C Umgebungstemperatur und einem Druck von 2kbar gemessen wird und die Daten über ein 14km langes Bohrlochkabel von der Sonde zum Steuerrechner übertragen werden.
An der FH Offenburg arbeiten seit Ende 1989 in einem Team die Professoren Dr. Jansen, Dr. Schüssele, die wissenschaftlichen Mitarbeiter Bernd Reinke, Martin Jörger und die Diplomanden Hans Fiesel, Otmar Feißt an dem Entwurf eines Nachrichtenempfängers. Im Rahmen dieses Projekts, genannt GPS-Projekt (GPS = Global Positioning System), wurde im Herbst 1990 ein experimenteller Empfänger in Betrieb genommen. Nachdem die Testergebnisse gezeigt hatten,daß das Konzept der Anlage stimmte, ging es nun um die Miniaturisieriung, Integration und Optimierung der Schaltung. Außerdem sollte der bisher verwendete PC durch einen auf der Platine befindlichen Mikroprozessor ersetzt werden. Im Zusammenhang mit dem GPS-Projekt wurden bisher im Offenburger ASIC-Labor eine Analogschaltung auf einem B500, drei LCA Designs und diverse GAL's entwickelt.
Zur Zeit arbeiten mehrere Diplomanden an der zweiten Generation des Empfängers. Meine Aufgabe besteht darin, die dort noch in drei LCA's untergebrachte digitale Logik sowie einen Teil des bisherigen PC-Interface in einem IMS Gate Forrest zu integrieren. Außerdem muß die Logik von 8 Bit auf einen 16 Bit breiten Datenbus umgestellt und an die neue Peripherie des Mikroprozessors angepasst werden. Damit soll die jetzige Digital-Platine noch weiter verkleinert werden. Wesentlich ist dabei die Umsetzung der zahlreichen Zähler- und Registerstrukturen in einem Gate Forrest. Als Arbeitsmittel stehen Apollo Workstations mit Mentor Software zur Verfügung.
Seit einiger Zeit wird an der Fachhochschule in Offenburg ein Entwicklungsprojekt verfolgt, an dessen Ende ein GPS Empfänger stehen soll. Dabei handelt es sich um einen Satellitenempfänger, mit dem weltweit eine genaue dreidimensionale Standortbestimmung durchgeführt werden kann. Für diesen Empfänger sollte ein Großteil der Analogschaltung, bestehend aus ZF Verstärker, Costas Loop Synchrondemodulator und Pegeldetektor, in das Transistorarray B500a von AEG intgriert werden. Das Chipdesign wurde im Labor für ASIC Design an der FH Offenburg während des Wintersemesters 1990/91 erstellt. Gefertigt wurde der Chip von der Firma AEG in Ulm, wobei die Fertigungszeit des ASIC 6 Wochen betragen hat.
Die Fachhochschule Offenburg bietet seit dem Wintersemester 1990/91 den Studenten des Fachbereichs Nachrichtentechnik das Wahlpflichtfach ASIC-Design an. Schon kurz nach der Errichtung des ASIC-Design-Centers im Frühjahr 1990 ermöglicht sie damit künftigen Ingenieuren eine Ausbildung in einem Bereich, der in der modernen Schaltungsentwicklung nicht mehr wegzudenken ist.
The advantages of the coupled-mode (COM) formalism and the transmission-matrix approach are combined in order to create exact and computationally efficient analysis and synthesis tools for the design of coupled surface acoustic wave resonator filters. The models for the filter components, in particular gratings, interdigital transducers (IDTs) and multistrip couplers (MSCs), are based on the COM approach that delivers closed-form expressions. To determine the pertinent COM parameters, the COM differential equations are solved and the solution is compared with analytically derived expressions from the transmission-matrix approach and the Green's function method. The most important second-order effects, such as energy storage, propagation loss, and mechanical and electrical loading, are fully taken into account. As an example, a two-pole, acoustically coupled resonator filter at 914.5 MHz on AT quartz is investigated. Excellent agreement between theory and measurement is found.
Als Grenztaster und zur Erfassung kleinster Wege werden in der Industrie induktive Wegaufnehmer in Meßvorrichtungen eingesetzt. Die Verwendung diskret aufgebauter Elektronik verursacht hierbei neben erheblichem Raumbedarf auch unakzeptabel hohe Kosten. Daher entschloß man sich zur Entwicklung einer in den Aufnehmer integrierten Elektronik. Eine Prüfung der auf dem Markt angebotenen ICs deckt jedoch die Forderungen für diesen Anwendungsbereich nicht ab. Dieser Beitrag erläutert den Schaltungsentwurf und das Layout eines ASICs, der an der FH Offenburg für diesen Anwendungsbereich entwickelt wurde und befaßt sich besonders mit dem integrierten Vierquadranten-Multiplizierer.
An investigation is underway regarding the usefulness of altazimuth-mounting telescopes' incorporation of laser gyros for pointing and fiber gyros with extremely small random-walk coefficient for telescope inertial stabilization during tracking. A star tracker is expected to help stabilize long-term gyro bias. Gyro and telescope specifications have been derived by means of computer simulations and systems analyses.
Digitaler Phasenreglerkreis mit numerisch gesteuertem Oszillator als LCA-Microcontroller Kombination
(1992)
Am Beispiel einer Schrittmotor-Indexerschaltung wird der effektive Einsatz von konfigurierbaren Logic Cell Arrays in Zusammenwirkung mit einem Mikrokontroller demonstriert, wobei die hohe Arbeitsgeschwindigkeit des LCAs den Bereich der Schaltung übernimmt und im Regelkreis die arithmetrische Berechnung durchführt. Die Konfiguration des LCA aus dem EPROM des Controllers führt zu einer ungewöhnlichen Flexibilität des Entwurfs und ermöglicht zahlreiche andere Anwendungen mit dieser Architektur.
Zur Erkennung bestimmter Fehler, wie zum Beispiel Ätzfehler, Oberflächen-Fremdkörper, Verschmutzungen, bei der Leiterplattenherstellung ist eine Echtfarben-Bildverarbeitung notwendig, über die hier ein Überblick gegeben wird. Zur Farbsegmentierungs sind verschiedene Methoden geeignet, die einmal im Rot-Grün-Blau-Raum oder im HSI-Raum (Hue, Saturation, Intensity - Färbung, Sättigung, Intensität) untersucht und verglichen werden. Clusterfindungsverfahren und Lookup-Tabelle bereiten Schwierigkeiten bei der Erfassung der Farbkanten, zum Beispiel der Kante zwischen dem Kupfer und dem Beschichtungsmaterial. Hier hilft ein geeigneter Algorithmus, der mit Vorsegmentierung arbeitet. Eine Verfeinerung ist mit Hilfe von Kantenfiltern möglich, zum Beispiel das Color-Sobel-Magnitude-Filter.
Die Fachhochschule Offenburg bietet den Studenten des Fachbereichs Nachrichtentechnik seit Ende 1990 das Wahlfach "Entwicklung integrierter Anwenderschaltkreise (ASIC)" an. Ziel des Wahlfachs ist es, den Studenten Grundkenntnisse im Entwurf eines ASIC's zu vermitteln, und wie im folgenden Beitrag aufgezeigt, die Möglichkeit zu bieten, den gesamten Entwurfszyklus von der Schaltungsentwicklung bis hin zur Fertigungsmaske zu durchlaufen.
In Verbindung mit geeigneten Sensoren, können Korrelatoren aus völlig regellosen Signalströmen hochpräzise Daten gewinnen. Diese Meßgeräte werden zur Messung von Durchflüssen, Mengenströmen und Geschwindigkeiten benötigt. Durch die Geschwindigkeitssteigerung bei Rechnern und deren Preisverfall werden Korrelatoren nicht mehr wie in der Vergangenheit nur im Bereich der Forschung und der Entwicklung eingesetzt, sondern in zunehmendem Maße auch als Betriebsmeßgeräte.
Lange Erfahrungen der Autoren im Lehrfach Mathematik haben die Notwendigkeit gezeigt, den Studierenden eine praktische Möglichkeit der Prüfungsvorbereitung zu bieten. Die Betroffenen können sich durch die Beschäftigung mit qualifizierten mathematischen Aufgaben auf Klausuren und Prüfungen vorbereiten.
Im Unterschied zu Lehrbüchern, die mit theoretischen Grundlagen ausführlich diskutieren, werden diese in dem vorliegenden Werk zu Beginn eines jeden Kapitels kurz zusammengefaßt. Das Schwergewicht liegt hier auf den Aufgaben mit Prüfungsniveau und deren Lösungswegen, die ausführlich beschrieben werden. Grundlegende Definitionen und Sätze werden kurz wiederholt und anhand einiger Beispiele erläutert. Es folgen Aufgaben mit Musterlösungen. Wo es möglich ist, werden auch alternative Lösungswege diskutiert. So ist dieses Werk eine ideale Ergänzung zu mehr theoretisch ausgerichteten Lehrbüchern.
Mit zunehmend komplexer werdenden Schaltungen wachsen auch die Anforderungen an die Entwicklung einer entsprechenden Leiterplatte. Mit der BOARD-Station von MENTOR-Graphics können professionelle Leiterplatten entwickelt werden.
Im Rahmen dreier Entwicklungsprojekte an der Fachhochschule Offenburg wurden mehrere aufwendige Layoutentwürfe mit der BOARD-Station in verschiedenen Diplomarbeiten durchgeführt. Im Folgenden wird über die dabei gewonnenen Erfahrungen berichtet.
Erstellen von Hardmakros und Aufbau einer Zellbibliothek unter Verwendung des ES2-Library-Kits
(1993)
Es wird eine Anleitung zur Erstellung von Hardmakros mit der Mentor-Graphics-Software gegeben. Die Hardmakros werden mit Standardzellen aus der ES2-Bibliothek der Firma EUROCHIP aufgebaut. Die Hardmakros werden in eine eigenständige Bibliothek abgelegt und können in neuen Chip-Designs verwendet werden.
Für die Implementation in ASIC's wurde ein kompakter Mikroprozessor-Kernel als Standardzellen-Makro entworfen. Durch konsequenten Einsatz von Hochsprachen und CAE-Werkzeugen (VHDL, Synthese) konnte ein vollständiges Design in nur vier Monaten durchgeführt werden. Der Prozessor wird in einem Testchip erprobt.
A polarization mode dispersion measurement set-up based on a Mach-Zehnder Interferometer was realized. Measurements were carried out on short high-birefringent fibers and on long standard telecommunication single-mode fibers. In order to ensure high accurate results, special emphasis was placed on the evaluation of the interference pattern. The procedure will be described in detail and practical measurement results will be presented.
The prototype of an optical gyro encoder (OGE) has been successfully tested on the NTT telescope in September '93. The OGE consists of a ring laser gyro and a fiber optic gyro with their input axis parallel. The gyro outptu signals are compensated for earth rotation and misalignment and are subsequently integrated to get the angles. An adaptive digital control loop locks the fiber optic gyro to the laser gyro data. Thus the combined output has the precision of the laser gyro and the low noise of the fiber optic gyro. Specifically, the bias stability is better than 2 X 10-3 deg/h, the scale factor accuracy better than 1 ppm, the random walk coefficient better than 5 X 10-4 deg/(root)h and the resolution better than 3 X 10-4 arcsec. The OGE has been mounted in the altitude and in the azimuthy axis of the telescope. The data were compared with the telescope disk encoder data. The test data show that the pointing accuracy is about 1 arcsec and the tracking accuracy 0.1 arcsec over a time of 30 seconds. This accuracy is sufficient for the very large telescope, for instance.
This paper treats the Brillouin backscattering in a single mode optical fiber and its implications on the Brillouin Ring Laser Gyroscope (BRLG). The BRLG consists of a fiber ring cavity in which stimulated Brillouin scattering is induced and provides two resonant counterpropagating backscattered waves. If this cavity is rotating around its axis, the backscattered waves get different resonant frequencies because of the Sagnac effect. The frequency difference is proportional to the rotation rate (Omega) by inducing a frequency offset between the counterpropagating waves. Some reported Brillouin spectra exhibit several peaks, which means that one pump wave provides at least two backscattered waves with distinguishable frequencies. In order to understand this multi-backscattering and to take advantage of it for the BRLG, we present results of a simulation of the Brillouin backscattering in a single mode optical fiber.
Eine Regelung zur optimalen Kraftschlußausnutzung von Lokomotiven setzt das Erreichen folgender Ziele voraus: Frühzeitiges Erkennen der Schleudergrenze zur Vermeidung von Gleitvorgängen; Fahren eines optimalen Kraftschlusses vom Fahr- und Bremsbetrieb ohne Überschreitung des Kraftschlußmaximums und schnelle Anpassung an wechselnde Arbeitspunkte, zum Beispiel an wechselnde Schienenzustände. Die vorgestellte optimale Regelung der Kraftschlußausnutzung erfaßt Schleuder- und Gleitzustände, die mit bisher eingesetzten Verfahren nicht erkannt werden können und ist Basis für ein Konzept, das ein quasi permanentes Fahren in der Nähe des Kraftschlußmaximums ermöglicht.
Das zweibändige Werk richtet sich an Studierende der Fachrichtungen Elektrotechnik, Maschinenbau, Mathematik und Physik an Fachhochschulen und Universitäten, die sich im Fach Mathematik auf Klausuren oder das Vordiplom vorbereiten wollen.
Im Unterschied zu anderen Mathematik-Lehrbüchern, die die Theorie ausführlich diskutieren, wird hier zu Beginn eines jeden Kapitels die Theorie knapp zusammengefaßt. Der Schwerpunkt liegt auf Aufgaben mit Prüfungsniveau und deren ausführlichen Lösungen. Zu Anfang der Kapitel werden grundlegende Definitionen und Sätze wiederholt und anhand einiger Beispiele erläutert. Anschließend folgen Aufgaben mit Musterlösungen. Wo es immer möglich ist, werden auch alternative Lösungsmöglichkeiten diskutiert.
Band 2 umfaßt die Themen:
- Funktionen mehrerer Veränderlicher
- Integralrechnung
- Gewöhnliche Differentialgleichungen
- Differentialgeometrie
- Die Laplace-Transformation
- Fourierreihe und Fouriertransformation
- Vektoranalysis.
Beide Bände zusammen bilden die ideale Grundlage zur Vorbereitung und zum Bestehen von Mathematik-Prüfungen im Studium.
Das in diesem Beitrag beschriebene Meßsystem besteht aus einem Steuerteil zur Eingabe der Befehle, einem digitalen Display zur Anzeige der Meßwerte und einer davon stationierten Sonde, welche die Meßwerte aufnimmt und digitalisiert. Beide Teile sind über zwei Lichtwellenleiter miteinander verbunden. Die zur Versorgung nötige Energie und die Steuersignale zur Meßsonde überträgt einer der beiden Lichtwellenleiter. Eine Laserdiode in der Steuereinheit liefert dazu eine optische Ausgangsleistung, die in die Faser eingekoppelt wird. In der Meßsonde wandelt ein 'Power-Converter' die optische Leistung wieder in elektrische Energie zurück. Über den zweiten Lichtwellenleiter sendet die Meßsonde die aufgenommenen Daten an das Steuergerät. In der Meßsonde sitzt ein Mikrorechner, der die Signale erfaßt, digitalisiert und an die Steuereinheit sendet. Dort ermittelt der andere Mikrorechner daraus die Meßgröße und zeigt sie auf einem LC-Display an.
An der Fachhochschule Offenburg wurde im Sept. 93 das Projekt eines implantierbaren 16 Bit Mikroprozessor-Kernels FHOP ins Leben gerufen. Ausgehend von dem in einem Testchip erfolgreich erprobten umstrukturierten Entwurf wurde durch gezielten Einsatz von strukturiertem Routen unter Nutzung der Fähigkeiten zum hierarchischen Arbeiten in der MENTOR-IC-Station eine erheblich verkleinerte und flächenmäßig optimierte Struktur abgeleitet, die sich mit 4 Quadratmilimetern Fläche durchaus mit kommerziellen Mikroprozessor-Kerneln vergleichen läßt.
FHOP-Mikroprozessor-Kernel
(1995)
Durch die Initiative des Medienhauses Burda in Südbaden laufen seit 1994 intensive Bemühungen, eine den Anforderungen der Informations-/Medientechnik adäquate Aus- und Weiterbildungskonzeption zu entwickeln. In Zusammenarbeit mit der FH Offenburg, mit der IHK, dem DIHT, dem Bundesverband Druck und dem Verband Papierverarbeitung und Druck Südbaden wurden die von Burda Druck konzipierten schulischen und betrieblichen Ausbildungsinhalte und -ziele zur Ausbildungsordnung 'Medienoperator' abgestimmt. Das förmliche Genehmigungsverfahren dazu läuft über den DIHT bei den zuständigen Ministerien in Bonn - eine Verabschiedung wird für Herbst '95 erwartet. Prinzipiell wird diese Ausbildung zielgerichtet die Weiterbildung zum 'Medien-Fachwirt' (etwa wie der bisherige Meister) und einen direkten Übergang zu einem FH-Studium (Medientechnik, bzw. Dipl. Ing. Medien) ermöglichen. Der Referent infomiert näher über die Konzeption und Ziele dieser neuen Ausbildungsordnung
Die Geschäftsleitung und Führungskräfte von Eller Repro+Druck beschlossen im Juli 1994 die Teilnahme am damls noch neuen EU-Öko-Audit. Die Durchführung des Audits ist für 1996 geplant. Zwei Diplomanden der FH Offenburg wurde die Möglichkeit gegeben, als externe Berater für Eller Repro+Druck ihre Diplomarbeit über die Vorbereitung zum Öko-Audit zu schreiben. Der Betrieb (170 Mitarbeiter) verfügt über elektronische Bildverarbeitung auf Scitex- und Mac-Schiene, derzeit noch konventionelle Plattenkopie und -entwicklung, fünf Offsetrotationen sowie Weiterverarbeitung mit Sammelheftern und Falzmaschinen. Der Referent berichtet über die Erfahrungen, die sein Unternehmen bis zum Herbst 1995 mit der Vorbereitung zum Öko-Audit gemacht hat, und gibt Praxistips. Zusammen mit den Beratern wurden eine Aufnahme der betrieblichen Situation durchgeführt, Maßnahmen geplant und zum Teil durchgeführt.
Nach dem Nachweis der Funktionalität des an der Fachhochschule Offenburg entwickelten Mikroprozessorkernels FHOP (First Homemade Operational Processor), wird eine Anwendung des Kernels in einem Applikationschip beschrieben.
Der Thermologger-ASIC soll mit Hilfe eines Temperatursensors die Umgebungstemperatur bei technischen Prozessen in regelmäßigen Zeitabständen erfassen und abspeichern. Die Meßwerte werden bei Bedarf ber eine serielle Schnittstelle des Thermologger-ASICs an einen PC übertragen und ausgewertet. Zur Verringerung der Leistungsaufnahme wird zwischen zwei Temperaturmessungen in einen Power-Down-Mode geschaltet.
Der ASIC soll später in einer Chipkarte integriert werden.
Im Frühjahr 1995 entstand die Idee, einen Lottozahlengenerator als Demonstrations- und Studienobjekt, für die Anwendung komplexer digitaler Entwurfsmethoden, zu entwerfen. Mit Hilfe der Schaltung ist es möglich, 6 verschiedene Zahlen zufällig aus 49 Zahlen zu ermitteln. Bei der Ziehung der einzelnen Zahlen werden verschiedene Töne und Melodien erzeugt. Die Schaltung ist so konzipiert, daß eine einfache Bedienung möglich ist. Der Chip wurde als Standardzellen-Entwurf mit einer Fläche von ca. 7 um² geroutet.
Ziel dieses Beitrages ist es, aufzuzeigen, daß ökologische Aspekte bei der Geräteherstellung durchaus nicht ökonomischen Aspekten entgegenstehen. Dazu müssen der gesamte Lebenszyklus eines Gerätes in die ökologische und ökonomische Bilanz einbezogen und die Material- und Energiekreisläufe bewertet werden. Der Material- und Energiekreislauf beinhaltet die Gerätehersteller, die Anwender, und die Entsorger/Recyclingfirma. Die Medien-Branche zum Beispiel besitzt die Möglichkeit beim Einkauf, Gebrauch, bei der Wartung und schließlich bei der Entsorgung der elektronischen Geräte umweltgerechte Lösungen zu suchen und zu fördern. Die Firma Burda hat z.B. einige Untersuchungen unter ökologischen Aspekten in der EBV der Prepress-Abteilung durchgeführt. Im Rahmen einer Diplomarbeit von A. Egg, FH Offenburg, wurde eine Öko-Bilanz für zwei unterschiedliche EBV-Systeme erstellt mit dem Ziel, den Ist-Zustand zu analysieren und unter ökologischen Aspekten eine Checkliste für den Einkauf zu erstellen.
This paper treats the interaction between acoustic modes and light (Brillouin scattering) in a single mode optical fibre. Different observed spectra of the Brillouin backscattering in several fibres have been already reported. In order to have a clear idea of the process, we made a simulation to be able to `draw' the theoretical Brillouin spectrum of an optical fibre and to identify the origin of the observed backscattered lines.
First, the model and the computation method used in our simulation are described. Second, the experimentally observed spectra of two real fibres are compared with their computed spectra. Real spectra and simulated spectra are in good agreement.
Our work provides an interesting tool to investigate the changes in the Brillouin spectrum when the input parameters (characteristics of an optical fibre) vary. This should give useful indications to people working on systems which use Brillouin backscattering.
Als Fortsetzung des FHOP-Projektes wurde an der Fachhochschule Offenburg auf Basis des bestehenden Mikroprozessorkerns im Rahmen einer Diplomarbeit ein Mikrocontroller in ES2-0.7 μm-Technologie entworfen. Der Controller wurde modular aufgebaut mit den Komponenten: FHOP-Mikroprozessor, Buscontroller, Waitstate-Chipselect-Einheit, 16x16 Bit Multiplizierer, 2KB ROM, 256 Byte RAM, Watchdog, PIO mit 16 konfigurierbaren Ports, SIO, 2 Timer und ein Interruptcontroller für 8 Interrputquellen.
Der Chip benötigt bei einer Komplexität von ca. 65400 Transistoren eine Siliziumfläche von etwa 27 mm². Er wurde im September 1996 zur Fertigung gegeben und mittlerweile erfolgreich getestet. Das interne ROM des Mikrocontrollers enthält das BIOS sowie ein Testprogramm. Zur Erstellung der Software steht eine komplette Entwicklungsumgebung zur Verfügung. Sämtliche Komponenten stehen im FHOP-Design-Kit in Kürze zur Verfügung.
Im Institut für angewandte Forschung (IAF) der FH Offenburg wird derzeit eine Chipkarte entwickelt, mit der Temperaturzeitreihen über längere Zeiträume aufgezeichnet werden können. Die zur Datenerfassung erforderlichen Systemkomponenten sind auf nur einem Halbleiterchip zusammengefaßt, wodurch sich bei großen Produktionsstückzahlen ein sehr niedriger Herstellpreis erzielen läßt. Die 'Thermologger' genannte Chipkarte kann zudem mit Standard-Chipkartenlesern und einer dedizierten Software auf jedem PC konfiguriert, gelesen und ausgewertet werden.
Formal verification (FV) is considered by many to be complicated and to require considerable mathematical knowledge for successful application. We have developed a methodology in which we have added formal verification to the verification process without requiring any knowledge of formal verification languages. We use only finite-state machine notation, which is familiar and intuitive to designers. Another problem associated with formal verification is state-space explosion. If that occurs, no result is returned; our method switches to random simulation after one hour without results, and no effort is lost. We have compared FV against random simulation with respect to development time, and our results indicate that FV is at least as fast as random simulation. FV is superior in terms of verification quality, however, because it is exhaustive.
Bei modernen Lokomotiven mit Drehstrom-Asynchronmotoren und mit bis zu 7 Megawatt Leistung, neigt das Antriebssystem bei nicht ausreichendem Kraftschluß zwischen Treibradsatz und Schiene zum 'Durchdrehen'. Bei diesem Vorgang wird nahezu die gesamte Energie zur Beschleunigung des Radsatzes eingesetzt, was zu mechanischen Schäden an den Rädern und Schienen führen kann. Beim Bremsen ist dies ähnlich, die Räder gleiten auf den Schienen, wenn zuviel Bremskraft gefordert wird. Die übertragbaren Zug- und Bremskräfte werden primär durch die Radsatzlast und den Kraftschlußbeiwert bestimmt, wobei der Verlauf der Kraftschlußkennlinie als Funktion des Schlupfs oder der Schlupfgeschwindigkeit im wesentlichen durch den Schienenzustand (naß oder trocken) bestimmt wird. Eine hohe Kraftschlußnutzung wird dann erreicht, wenn man laufend denjenigen Schlupfwert einstellt, der zum jeweiligen Kraftschlußmaximum führt. Hierzu werden in der Praxis verschiedene Konzepte und Methoden eingesetzt, es ist bis heute jedoch keine Methode bekannt, den Verlauf der Kraftschlußkennlinie meßtechnisch laufend zu erfassen oder rechentechnisch zu bestimmen. Bei der hier vorgestellten Vorgehensweise wurde der mechanische Antrieb zusammen mit dem Rad-Schiene-Kontakt als Zustandsraumodell beschrieben. Die Betrachtungen beruhen dann auf einer Frequenzganguntersuchung des eingeführten linearen Zustandsraummodells. Aufgrund der Linearisierung gelten die Ergebnisse der Frequenzgangsberechnung nur für den jeweiligen Betriebspunkt der Kraftschlußkennlinie, also für eine bestimmte Steigung. Variiert man nun die Steigung, so läßt sich der Einfluß der nichtlinearen Kraftschlußkennlinien ermitteln. Zur Messung von Frequenzgängen eignen sich insbesondere Verfahren der Orthogonalen Korrelation. Die technische Realisierung wird skizziert. Die Meßinformation ist dann die Basis für eine Regelung, die ein permanentes optimales Fahren im Kraftschlußmaximum zuläßt und zwar beim Beschleunigen und beim Bremsen. Das beschriebene Meß- und Regelungsverfahren ist derzeit in der Schweiz in der Betriebserprobung.
Die Erfindung betrifft eine mobile Vorrichtung zur Messung und Aufzeichnung von Temperaturzeitreihen, bei der die Temperatur in regelmäßigen, vorbestimmten Intervallen erfaßt wird und in einem Halbleiterspeicher abgelegt wird. Erfindungsgemäß werden alle erforderlichen Funktionen einschließlich des Sensors und des Speichers in einer integrierten Schaltung zusammengefügt, welche zusammen mit einer Batterie und einem zeitbestimmenden Element (Quarz) in Form einer Chip-Karte integriert werden. Die Chip-Karte kann erfindungsgemäß durch den Hersteller und den Anwender konfiguriert werden, wobei Daten über den Meßvorgang sowie die Meßintervalle auf der Karte gespeichert werden. Die Karte verfügt ferner erfindungsgemäß über mehrere Betriebszustände, wobei im Zustand "passiv" nahezu kein Strom verbraucht wird (Lagerung), im Zustand "aktiv" eine Meßwerterfassung stattfindet, im Zustand "ruhen" alle Funktionen bis auf eine Zeitgeberfunktion inaktiviert sind. Das Auslesen der Daten ist erfindungsgemäß über Paßworte in mehreren Zugangsebenen abgesichert, eine Manipulation wird ebenso verhindert. Die Anzahl der speicherbaren Meßwerte wird erfindungsgemäß durch ein digitales, blockorientiertes Kompressionsverfahren erhöht. Die Auswertung und Darstellung der Daten erfolgt erfindungsgemäß durch ein externes Datenverarbeitungssystem, wobei die Schnittstelle durch Formgebung und elektrische Ausführung kompatibel mit weitverbreiteten Standards ausgeführt ist.
The flow field-flow fractionation (FIFFF) technique is a promising method for separating and analysing particles and large size macromolecules from a few nanometers to approximately 50 μm. A new fractionation channel is described featuring well defined flow conditions even for low channel heights with convenient assembling and operations features. The application of the new flow field-flow fractionation channel is proved by the analysis of pigments and other small particles of technical interest in the submicrometer range. The experimental results including multimodal size distributions are presented and discussed.
Die hochfrequente, feldnumerische Analyse mit der Finite-Differenzen Methode erfordert die Diskretisierung der zu untersuchenden Struktur in einem nichtäquidistanten Gitter. Vorschriften zur Diskretisierung kreiszylindrischer Strukturen wie sie z.B. bei Durchkontaktierungen auftreten, werden untersucht und eine optimierte Lösung vorgestellt.
Der Beitrag beschreibt wichtige Eckdaten und Ergebnisse der Kraftschlußregelung, die in der Lokomotive 12X auf internationalen Strecken erprobt wurde, und mit der auch zukünftige Projekte ausgestattet werden. Diese werden nicht nur von weiteren technischen Verbesserungen profitieren, sondern auch von geringerem Aufwand für die Inbetriebsetzung.
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Messung von Temperatur und Luftdruck sowie der Überwachung des Verschleißes von Fahrzeugreifen, wobei hierfür eine Drahtschleife in das Profil eingebettet wird, die bei verschlissenem Reifen unterbrochen wird, die Messung von Temperatur und Druck in einem sehr kleinen, in die Reifenwange einvulkanisierten elektronischen Transponder erfolgt (Bild 2), der die Meßwerte auf Anforderung des Tranceivers induktiv mit einem digitalen Trägerfrequenzverfahren über eine radial in der Reifenwange integrierte Flachspule auf einen am Fahrzeug montierten Transceiver überträgt. Der Transponder besteht erfindungsgemäß aus einem/wenigen Siliziumchips, auf denen Temperatursensor und mikromechanischer Drucksensor zusammen mit einem Mikroprozessor und zugehöriger Auswerte- und Übertragungselektronik integriert sind, sowie wenigen externen Komponenten, alle in einem Kunststoffgehäuse aus einem Material, das aus der gleichen Stoffgruppe kommt wie das Reifenmaterial oder mit diesem sich sehr innig verbinden läßt, zusammengefaßt. Die Kommunikation erfolgt erfindungsgemäß zwischen Transceiver und Transponder in geträgerter digitaler Form, wobei der Transceiver ein Kommando an den Transponder ausstrahlt, der dieses z. B. durch Durchführung der Messung, Kompensation- und Linearisierung der Meßwerte und Übertragung der Meßdaten und/oder weiterer im Transponder gespeicherter Daten beantwortet.
Virtual-Reality-Darstellung elektromagnetischer Felder in dreidimensionalen Mikrowellenstrukturen
(2000)
Untersuchungen haben gezeigt, daß der Mensch ein Vielfaches an Informationen in Form von visuellen Eindrücken, im Gegensatz zur textuellen Darstellung, verarbeiten kann. Mit Hilfe des numerischen Feld-Simulationsprogramms F3D können Mikrowellenstrukturen auf die Wechselwirkung mit elektromagnetischen Feldern untersucht werden. Das Programm F3D2VRML stellt die Ergebnisse in einer dreidimensionalen Virtual-Reality-Darstellung (VR) dar.
Damit ist es dem Betrachter möglich, mehr Informationen aufzunehmen, da die Informationen mit Formen und Farben im dreidimensionalen Raum visualisiert werden.
Das Handbuch der Electronic Design Automation ist ein unentbehrlicher Ratgeber für Praxis und Ausbildung und sollte an keinem CAE-Arbeitsplatz fehlen. Es dient all denen, die in der industriellen Praxis mit der Entwicklung moderner Elektronik betraut sind. Dazu enthält es eine Fülle von aktuellen, kompakten und praxisnahen Informationen über das Gebiet.
Die Verarbeitung analoger Signale durch digitale Techniken ist durch die enorme Leistungsfähigkeit der Prozessoren zwischenzeitlich zum Standard geworden. Eine hinreichende Genauigkeit der digitalen Verarbeitung kann durch Wahl der notwendigen Wortbreite relativ einfach bewerkstelligt werden, wobei der Aufwand mit zunehmender Wortbreite linear, teilweise auch quadratisch steigt. Zum Flaschenhals in der Verarbeitung wird aber häufig die Wandlung der analog vorliegenden Signale in digitale Signale, ebenso die Rückwandlung der digitalen Signale in analoge Spannungs- oder Stromverläufe. Der Aufwand für diese teils analogen, teils digitalen Systeme steigt oft exponentiell mit der geforderten Genauigkeit bzw. Auflösung der Systeme und erfordert in konventioneller Technik bei hoher Auflösung aufwendige Maßnahmen auf dem Chip. Oversampling- und Rauschfärbungs-Methoden sind in der Verarbeitung von Audio-Signalen schon seit langem probate Mittel, um die Auflösung mit moderatem Aufwand zu erhöhen. Derartige Techniken werden zwischenzeitlich auch gerne im Bereich der Antriebstechnik, wo die Anforderungen an die erforderliche Positioniergenauigkeit zunehmen, eingesetzt. Ziel des Vortrags ist eine leicht verständliche Einführung in die Themengebiete der Überabtastung und der Rauschfärbung und ihre Anwendung im Hinblick auf Rundungsvorgänge im digitalen Bereich, in D/A-Wandlern und A/D-Wandlern vom Delta-Sigma-Typ.
MPC-Workshop Februar 2001
(2001)
MPC-Workshop Juli 2001
(2001)
The importance of obtaining simultaneous particle size and concentration values has grown up with continuing discussion of the health effects, of internal combustion engine generated particulate emissions and in particular of Diesel soot emissions. In the present work an aerosol measurement system is described that delivers information about particle size and concentration directly from the undiluted exhaust gas.
Using three laser diodes of different wavelengths which form one parallel light beam, each spectral attenuation is analysed by a single detector and the particle diameter and concentration is evaluated by the use of the Mie theory and shown on-line at a frequency of 1 Hz. The system includes an optical long-path-cell (White principle) with an adjustable path length from 2.5 to 15 m, which allows the analysis within a broad concentration range.
On-line measurements of the particulate emissions in the hot, undiluted exhaust of Diesel engines are presented under stationary and transient engine’s load conditions. Mean particle diameters well below 100 nm are detected for modern Diesel engines. The measured particle concentration corresponds excellently with the traditional gravimetrical measurements of the diluted exhaust. Additionally, measurements of particle emissions (mostly condensed hydricarbons) from a two-stroke engine are presented and discussed.
iSign - internet based simulation of guided wave propagation - ist eine Lernumgebung für Online-Laborversuche. Die Client-Serverarchitektur nutzt server-seitig das Tool F3D, das elektromagnetische Felder in 3D-Strukturen berechnet. Ein Apache-Webserver (unter Linux) bedient den Theorie-/Aufgaben-Teil und die Lernsystemadministration. Ein HPUX Simulationsserver steuert und kontrolliert den mehrstufigen Simulationsvorgang. Eine MySQL-Datenbank erlaubt dynmaische Webseiten-Generierung und Simulations-, Projekt- und Userdatenhaltung. Java-Applets, JavaServer Pages und JavaBeans erzeugen die interaktive Client-Oberfläche zur Eingabe, Ergebnisdarstellung und für Online-Virtual Reality. Die einheitlich gestaltete Benutzeroberfläche verbirgt die Systemkomplexität.
Ein neuer Ansatz wurde für mobile Roboter zur gleichzeitigen 3D (Drei-Dimensionaler) Kartierung und Lokalisierung vorgestellt. Die Grundlage bilden attributierte Flächenmodelle, die z.B. von segmentierten Laserscanner-Tiefenbildern stammen. Zur Optimierung der Gesamtähnlichkeit zwischen Flächenmodellen unter Zeitbedingungen werden mehrere Verfahren (Beschränkte Baumsuche, Iterative Verfeinerung, Evolutionäralgorithmus) kombiniert. Es wird speziell anhand der Ähnlichkeitsmaße gezeigt, wie das Wissen über die Lage stufenweise generiert und verwendet wird. Erste Messungen an realen segmentierten Tiefenbildfolgen zeigen, dass das Verfahren unbekannte übelappung, Verdeckung und Segmentierungsfehler toleriert sowie Echtzeitpotenzial besitzt.
MPC-Workshop Januar 2002
(2002)
MPC-Workshop Juni 2002
(2002)
The bandwidth behavior of graded-index multimode fibers (GI-MMFs) for different launching conditions is investigated to understand and characterize the effect of differential mode delay. In order to reduce the launch-power distribution the near field of a single-mode fiber is used to produce a controlled restricted launch. The baseband response is measured by observing the broadening of a narrow input pulse (time-domain measurement). The paper verifies the degradation in bandwidth due to profile distortion by scanning the spot of the single-mode fiber with a transversal offset from the center of the test sample. In addition, the impact of the launch-power distribution tuned by different spot-size diameters is demonstrated. Measurements were taken on ‘older’ 50-μm and 62.5-μm GI-MMFs as well as on laser-performance-optimized fibers more recently developed.
MPC-Workshop Juli 2003
(2003)
MPC-Workshop Januar 2003
(2003)
In dieser Arbeit wurde eine USB-Schnittstelle für ein bestehendes Mikrocontroller System FHOP realisiert. Im aktuellen Stand funktioniert das Design zuverlässig in Low Speed Konfiguration. Im Full Speed gibt es noch einige Schwierigkeiten, denn die Kommunikation bricht nach einigen Paket-Transfers zusammen. Durch das Emulieren des Designs auf FPGA wurde die Funktion nachgewiesen. Die nächste Aufgabe wird sein, die Hardware zu optimieren, damit das USB-Modul auch im Full Speed zuverlässig funktioniert. Zusätzlich wird die Software auf der PC Seite optimiert, um höhere Übertragungsraten zu erzielen.
An der Fachhochschule Offenburg wird der Design-Kit FHO_MTC_CMOS_035_v1.0 erstellt. Mit Hilfe dieses Kits lassen sich Designs in der AMI O.35 Mikrometer Technologie entwerfen. Alle durchgeführten Arbeiten werden durch den Entwurf eines Lottozahlengenerator-Chips verifiziert, der gefertigt wird. Damit sind alle wesentlichen Schritte bekannt, die für die Aufbereitung eines Design-Kits für beliebige Technologien für die Mentor-Tools erforderlich sind. Der Design-Kit wird für alle MPC-Mitglieder freigegen, die eine NDA für AMI bei Europractice unterzeichnet haben.
Bluetooth personal area networks (PANs) share the 2.4 GHz ISM spectrum with the IEEE 802.11b wireless local area networks (WLANs). With the popularity of wireless devices, this ISM spectrum is becoming more and more crowded. As a result of this interference between WLANs and PANs, the performance of each network is decreased. Current research has not significantly covered the degrading impact of an 802.11b interferer on Bluetooth voice transmission. Within this project, simulations were carried out to precisely study the impact of an 802.11b interferer on the performance of Bluetooth voice transmission at different ratio levels of Bluetooth power to WLAN power at the receiver side. Furthermore, the impact of SNR on the Bluetooth voice performance and the benefit of using the SCORT packet type was analysed as well. Based on the results presented, network performance can be evaluated at the desired activity level.
Nowadays the processing power of mobile phones, smartphones and PDAs is increasing as well as the transmission bandwidth. Nevertheless there is still the need to reduce the content and the need of processing the data. We discuss the proposals and solutions for dynamic reduction of the transmitted content. For that, device specific properties are taken into account, as much as for the aim to reduce the need of processing power at the client side to be able to display the 3D (virtual reality) data. Therefore, well known technologies, e.g. data compression are combined with new developed ideas to reach the goal of adaptive content transmission. To achieve a device dependant reduction of processing power the data have to be preprocessed at the server side or the server even has to take over functionality of weak mobile devices.