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Um Simulationen schnell und kostengünstig sowie ergebnisträchtig durchzuführen, bedarf es einer sorgfältigen Vorbereitung. Der Artikel befaßt sich mit dem automatischen Ablauf einer Simulationstudie zum Materilafluß und erläutert die im Ablauf notwendigen Beiträge der Anwender. In den Einzelheiten wird über die automatische Vorgehensweise und Anwendung der Standard-Simulationsmodelle (SSM) sowie spezieller Simulationsmodule (SimDBC) berichtet. Entscheidend für eine breitere Anwendung von Simulationswerkzeugen ist die einfache Handhabung und leicht verständliche Definition der zu untersuchenden Szenarien.
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.
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.
Cellular phone antennas are generally designed to have radiation patterns that are as omnidirectional as possible. Omnidirectional antennas allow a phone’s radio to work well for many orientations of the phone with respect to the cellular base station. Recent studies, however, are generating uncertainty about the health effects of prolonged exposure to electromagnetic (EM) radiation from cellular phones. In this paper, an antenna array is designed primarily to minimize users’ exposure to EM radiation. The antenna comprises a beamforming 4 by 3 array of microstrip patch antennas that is controlled by an accelerometer-only inertial navigation system. The proposed design reduces radiated power directed toward the user to below 10% of the total in the worst case.
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.
Das Ingenieurbüro Evomotiv GmbH und die University of Applied Sciences Offenburg entwickeln seit Ende 2008 ein Antriebskonzept für leichte Stadtfahrzeuge. Ziel des Elektroantriebs ist die Serientauglichkeit der hochintegrierten, getriebelosen und eisenfreien Radnabenmotoren. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) unterstützt das Projekt. Das Konzept des Radnabenmotors erhielt 2006 den Bosch—Innovationspreis und gewann 2008 den Shell-Eco-Marathon. Im Jahr 2011 wird Evomotiv mit seinen Partnern erste Prototypen auf der Straße testen.
Nachweise für die Stabilität von Regelkreisen, deren Stellgrößen an ihre Begrenzungen gelangen können und bei denen die Regler Integratoren oder andere dynamische Glieder sowie Anti-Windup-Maßnahmen enthalten, sind gewöhnlich sehr aufwändig zu führen. Bei PI-Zustandsreglern, die mittels der in [1] vorgestellten Methode in einem mehrstufigen Verfahren für Regelstrecken entworfen wurden, die bis auf die Stellgrößenbegrenzungen linear sind, lassen sich jedoch äußerst hilfreiche allgemeine Stabilitätsaussagen treffen, die den konkreten Stabilitätsnachweis für das Gesamtsystem– selbst unter Einbeziehung von Beobachtern – erheblich vereinfachen. Im vorliegenden Beitrag werden die diesbezüglichen, auf Steuerbarkeitsbetrachtungen beruhenden, Zusammenhänge für zeitdiskrete Regelkreise aufgezeigt sowie daraus exemplarisch mittels Ljapunow-Funktionen eine einfache Reglerformel für Zustandsregler abgeleitet, die auch im Begrenzungsfall stabil arbeiten. Ein Beispielaus der elektrischen Antriebstechnik illustriert die Anwendbarkeit der vorgestellten Methode.
Im vorliegenden Beitrag wird beschrieben, wie bereits entworfene Zustandsregler für proportional geregelte Systeme ohne Rechentotzeit auf einfache Art und Weise für Systeme mit Reglerintegratoren bzw. mit Rechentotzeit erweitert werden können. Das Ziel ist hierbei, den Aufwand zur Ermittlung der Reglermatrix zu reduzieren. Hierbei soll die bereits vorhandene, optimierte Regelkreisdynamik so wenig wie möglich verändert werden, wodurch bei Mehrgrößensystemen hinzukommende Freiheitsgrade sinnvoll festgelegt werden. Die Betrachtungen erfolgen für lineare zeitdiskrete Systeme und werden anhand eines Beispiels aus der elektrischen Antriebstechnik veranschaulicht.
This paper presents new measurements of a bronze cast from the right hand of the famous Italian violin virtuoso Nicolò Paganini (1782-1840). These are compared to anthropometric standard values. In addition, detailed dorsal and palmar views of the cast are shown. With a middle finger length of 75 mm, the palm width is 60 mm and the hand length 152 mm, which is significantly below the 5% percentile of today's standard values. Also the finger length index (0.55), the ratio of finger length to palm length (0.98) and the ratio of finger length to palm width (1.25) are significantly above normal limits. Hence, Paganini had abnormal hand measurements with a very small palm and relatively "long" fingers. This remarkable constellation, among others, could have been advantageous for his amazing skills as a violinist.
Streustrahlung in der Ultraschall-Computertomographie zur Verifizierung der Echtheit von Perlen
(2017)
This paper describes a new analysis method developed to distinguish real from fake
pearls using non-ionizing, non-destructive ultrasound computed tomography (USCT): In the USCT Shepp-Logan-filtered time-of-flight image, a fake pearl shows irregular, asymmetric
scattering of ultrasound, whereas the pattern in a natural pearl is regular and symmetric.
We strongly assume that pattern recognition of the scattering of ultrasound cannot only
play an important role in verifying pearls, but also in testing other materials and tissues in
(bio-)medical engineering. Furthermore, and most importantly, this new approach could
be helpful for a variety of clinical diagnoses using high-resolution 3D-USCT, such as the
detection of X-ray-negative micro-calcifications in early breast cancer. Moreover looking
at scattering patterns in dedicated positron emission tomography systems may promote
new developments in nuclear medicine diagnostics.
Die Namen Cormack und Hounsfield sind für den Radiologen zu einem wichtigen Synonym für die Computertomographie (CT) geworden. Der mathematische Wegbereiter für die CT, Johann Radon, kommt in der radiologischen Diskussion und den historischen Rückblicken hingegen oft zu Unrecht zu kurz. Die folgende Kurzübersicht möchte daher dem interessierten Leser die wichtigsten historischen Eckdaten zu dem in vielerlei Hinsicht bewegenden Leben und Wirken dieses großen Mathematikers näherbringen.
The famous violin virtuoso Nicolò Paganini (born on 27 October 1782 in Genoa, died on 27 May 1840 in Nice) left us with many puzzles. An interesting aspect is his hair: In the 19th century, hair given away as a token of friendship or romantic love became very popular, and Paganini also seems to have made use of this fad. In 2009, a lock of hair, purportedly that of Paganini, kept in a locked presentation box together with a bilingual autograph inscription saying: "Alla Signora Chatterton avec les compliments de Nicolò Paganini" was bought at an auction. From this hair lock a sample was taken and was investigated morphologically by using digital light microscopy (digital microscope VHX-100, Keyence) in reflected and transmitted light with and without polarization at different magnifications up to 1:5,000. The sample was then compared with a hair sample from the possession of the Paganini family, which had been microscopically examined in 2012 by the co-author of this paper yielding numerous figures with measurement results that had been stored and could be retrieved for direct comparison. The hair sample consisted of ten strands of hair or hair fragments and was investigated with great effort for the following parameters: exogenous hair damage, especially feeding traces caused by parasites, modeling and angulation of hairs, hair thickness, medulla and pigmentation, curling and mercury load on the trace material. After evaluation of all findings not only a non-exclusion of identity can be determined, but due to the broad match of also rare findings there is no reasonable doubt about their identity. In addition, the findings suggest that the studied hair samples are in fact from Paganini's head. The present case of Nicolò Paganini's hair lock is also an excellent starting point for reflections on the probative value of trace hair investigations. This point is also critically discussed in the paper. Finally, this study shows that said lock of hair had probably really been dedicated and given to Eliza Davenport Latham (born on 25 November 1806, died on 9 January 1877), the future wife of the, at that time, best-known and most famous English harpist John Balsir Chatterton (born on 25 November 1804, died on 9 April 1871). Paganini must have met her on his concert tour 1831/32, where he had travelled to Paris, London, the rest of England, Scotland and Ireland.
In this study, we tested the function of a replica of the over 500-year-old original of the
famous Franconian Imperial Knight Götz von Berlichingen’s first “iron hand”, which we
reconstructed by computer-aided design (CAD) and recently printed using a multi-material
3D printer. In different everyday tasks, the artificial hand prosthesis proved to be remarkably
helpful. Thus, the hand could hold a wine glass, some grapes, or a smartphone. With a
suitable pencil, even writing was possible without any problem. Although for all these
functions the healthy other hand was necessary to assist at the beginning, the artificial hand
is an astonishing mechanical aid with many possibilities. Therefore, in certain cases, the
non-invasive approach of a passive mechanical hand replacement, which is an individual,
quick and cheap solution due to modern 3D printing, may always be worth considering
also for today’s requirements.
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.
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 Kommunikationstechnik für die Zählerfernauslesung (Smart Metering) und für die Energieerzeugungs- und -verteilnetze (Smart Grid) hat das Potenzial, zu einer der ersten hoch skalierten M2M-Anwendungen zu werden. In den vergangenen Jahren konnten zwei vielversprechende Entwicklungen im Umfeld der drahtlosen Kommunikation für die Smart-Grid-Kommunikation vorbereitet werden, die das Marktgeschehen über Deutschland und über die Versorgungstechnik hinaus beeinflussen könnten. Neben der Spezifikation der OMS-Gruppe ist die Erarbeitung eines Schutzprofils (Protection Profile, PP) sowie einer Technischen Richtlinie (TR) für die Kommunikationseinheit eines intelligenten Messsystems (Smart Meter Gateway) durch das Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI) zu nennen. Diese greifen, wie der Beitrag beschreibt, den Stand der Technik auf und geben praxisorientierte Umsetzungen vor.
Seit den ersten Projekten der 90er Jahre arbeiten Hochschulen daran, geeignete Servicestrukturen für E-Learning zu etablieren, die die erforderliche technische, didaktische und organisatorische Unterstützung hochschulweit zur Verfügung stellen. Ging es zunächst darum, Services überhaupt dauerhaft zu sichern, steht heute die Frage des „wie“ im Vordergrund. Dabei wird am Bereich E-Learning ein eigentlich viel allgemeineres Problem deutlich: Die bisher überwiegende Organisation der Hochschule nach funktionellen Einheiten stößt an ihre Grenzen. Wir schlagen eine stärker prozessorientierte Sichtweise vor, analog zu Entwicklungen bei der Organisation von Unternehmen.
Im Jahr 1504 verlor der deutsche Ritter Gottfried („Götz“) von Berlichingen seine
rechte Hand. Schon während seiner Genesung dachte er daran, die Hand zu ersetzen,
und beauftragte bald darauf die erste Handprothese, die sogenannte „Eiserne Hand“.
Jahre später wurde die aufwändigere zweite „Eiserne Hand“ gebaut. Wir haben die erste
Prothese auf der Basis früherer Literaturdaten von
Quasigroch (1982) mit Hilfe von 3-D
Computer-Aided Design (CAD) rekonstruiert. Dazu mussten einige Abmessungen angepasst
und ein paar Annahmen für das CAD-Modell gemacht werden. Die historische passive
Prothese des Götz von Berlichingen ist für die moderne Neuroprothetik interessant, da sie
eine Alternative zu komplexen invasiven Brain-Machine-Interface-Konzepten darstellen
könnte, wo diese Konzepte nicht notwendig, möglich oder vom Patienten gewünscht sind.
Auf Grundlage der Computer-Aided-Design (CAD)-rekonstruierten ersten „Eisernen Hand“ des Götz von Berlichingen wird ein umgebautes, controllergesteuertes sensomotorisches Fingersystem auf seine Funktionalität beim Greifen von unterschiedlichen Gegenständen beschrieben und geprüft. Die elektronischen Finger, die den „Pinzettengriff“ nachahmen und automatisch bei dem zuvor eingestellten Anpressdruck abschalten, bewiesen eine bemerkenswerte Alltagstauglichkeit. Das vorgestellte Grundkonzept könnte eine Alternative bei der Entwicklung einfacher und kostengünstiger, aber dennoch gut einsatzfähiger bionischer Hände sein und zeigt einmal mehr, wie historische Ideen in die Gegenwart transferiert werden können.
Im Rahmen der Cochleaimplantat (CI)-Versorgung werden sowohl intraoperativ als auch postoperativ verschiedene elektrische und elektrophysiologische Diagnostikverfahren eingesetzt, bei denen elektrische Messgrößen vom CI erfasst und elektrophysiologische Messungen bei CI-Patienten durchgeführt werden. Zu den elektrophysiologischen Diagnostikverfahren zählen die Messung der elektrisch evozierten Summenaktionspotenziale des Hörnervs, die Registrierung der elektrisch evozierten auditorischen Hirnstammpotenziale und die Erfassung der elektrisch evozierten auditorischen kortikalen Potenziale. Diese Potenziale widerspiegeln die Erregung des Hörnervs und die Reizverarbeitung in verschiedenen Stationen der aufsteigenden Hörbahn bei intracochleärer elektrischer Stimulation mittels eines CI. Bei den aktuellen CI sind die Beurteilung der Elektrodenlage sowie die Prüfung der Ankopplung des Implantats an den Hörnerv wichtige Anwendungsgebiete der elektrophysiologischen Diagnostikverfahren. Ein weiteres bedeutendes Einsatzfeld stellt die Prüfung der Reizverarbeitung in der Hörbahn dar. Das Hauptanwendungsgebiet dieser Verfahren bildet jedoch die Unterstützung der Anpassung der CI-Sprachprozessoren bei Säuglingen und Kleinkindern auf der Basis elektrophysiologischer Schwellen.
Serendipities in der Medizin
(2016)
Zufälle begleiten unser Leben. Auch bei wichtigen Entdeckungen und Entwicklungen in der Medizin spielt der „Zufall“ (engl. „serendipity“) eine Rolle. Hierzu gehören u. a. die Mendelschen Gesetze, die Ermittlung der menschlichen Chromosomenzahl, die Entdeckung der DNS durch Watson und Crick, der PAP-Test oder die Entdeckung der Röntgenstrahlung und der Radioaktivität. Aber auch und gerade in der Pharmakologie gibt es viele Beispiele für Serendipitäten. Einige gehen eng mit Zufällen bei der Entdeckung der Bakteriologie einher.
Die Hersteller von Cochlea-Implantat (CI)-Systemen sehen für klinische Audiologen die Möglichkeit vor, die Mikrofonleistung der meisten aktuellen CI-Sprachprozessoren mittels anschließbarer Monitorkopfhörer zu prüfen. Nähere Angaben dazu, nach welchem Prozedere diese Prüfung stattfinden soll, z. B. welche Stimuli mit welchen Pegeln verwendet werden sollen, sind nach Wissen der Autoren seitens der CI-Hersteller nicht verfügbar. Auf der Basis dieser subjektiven Prüfung entscheidet dann der Audiologe, ob der betreffende Sprachprozessor an den Hersteller eingeschickt wird oder nicht. Wir haben eine Messbox entwickelt, mit der die Mikrofonleistung aller abhörbaren CI-Sprachprozessoren der Hersteller Advanced Bionics, Cochlear und MED-EL objektiv geprüft werden kann. Die Box wurde im 3-D-Druckverfahren hergestellt. Der zu prüfende Sprachprozessor wird in die Messbox eingehängt und über einen verbauten Lautsprecher mit definierten Prüfsignalen (Sinustönen unterschiedlicher Frequenz) beschallt. Das Signal des Mikronfons bzw. der Mikrofone wird über das in der Audio-/Abhörbuchse des Prozessors eingesteckte Kabel der Monitorkopfhörer herausgeführt und mit einer Shifting and Scaling-Schaltung in einen Spannungsbereich transformiert, der für die A/D-Wandlung mit einem Mikrokontroller (ATmega1280 verbaut auf einem Arduino Mega) geeignet ist. Derselbe Mikrokontroller übernimmt über einen eigens gebauten D/AWandler die Ausgabe der Prüfsignale über den Lautsprecher. Signalaufnahme und –wiedergabe erfolgt jeweils mit einer Samplingrate von 38,5 kHz. Der frequenzspezifische Effektivwert des abgegriffenen Mikrofonsignals wird mit einem Referenzwert verglichen. Die (frequenzspezifischen) Referenzwerte wurden mit einem neuwertigen Sprachprozessor gleichen Typs ermittelt und im Speicher des Mikrokontrollers abgelegt. Das Ergebnis wird nach Abschluss der Messung grafisch auf einem Touchscreen ausgegeben. Derzeit läuft eine erste Datenerhebung mit in der Klinik subjektiv auffällig gewordenen CI-Sprachprozessoren, die anschließend in der Messbox untersucht werden. Längerfristiges Ziel ist es, die hit und false alarm Raten der subjektiven Prüfung zu ermitteln.