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Die drei großen Hersteller von Cochlea-Implantat (CI)-Systemen ermöglichen es klinischen Audiologen, die Mikrofoneigenschaften der meisten CI-Sprachprozessoren zu prüfen. Dazu können bei diesen Sprachprozessoren Monitorkopfhörer angeschlossen und das/die Mikrofon(e) inklusive eines Teils der Signalvorverarbeitung abgehört werden. Präzise Angaben dazu, mit welchen Stimuli, bei welchem Pegel und nach welchem Kriterium diese Prüfung stattfinden soll, machen die CI-Hersteller nicht. Auf Basis dieser Prüfung soll der Audiologe dann über die Funktion der Mikrofone und damit darüber entscheiden, ob der betreffende Sprachprozessor an den Hersteller eingeschickt wird oder nicht.
Zur Objektivierung der CI-Sprachprozessor-Mikrofon-Prüfung haben wir eine Testbox entwickelt, mit der alle abhörbaren aktuellen CI-Sprachprozessoren der drei großen Hersteller geprüft werden können. Die Box wurde im 3D-Druck-Verfahren hergestellt. Der zu prüfende Sprachprozessor wird in die Messbox eingehängt und über einen darin verbauten Lautsprecher mit definierten Prüfsignalen (Sinustöne unterschiedlicher Frequenz) beschallt. Das Mikrofonsignal wird über das Kabel der Monitorkopfhörer herausgeführt und mit einer Shifting- and Scaling-Schaltung in einen Spannungsbereich transformiert, der für die AD-Wandlung mit einem Mikrokontroller (ATmega1280 verbaut auf einem Arduino Mega) geeignet ist. Derselbe Mikrokontroller übernimmt über einen eigens gebauten DA-Wandler die Ausgabe der Sinustöne über den Lautsprecher. Signalaufnahme und –wiedergabe erfolgen mit jeweils 38,5 kHz Samplingrate. Der für jede Frequenz über mehrere Perioden des Prüfsignals ermittelte Effektivwert wird mit dem Effektivwert, der mit einem neuwertigen Referenzprozessor für diese Frequenz gemessen wurde, verglichen. Die Messergebnisse werden graphisch auf einem Display ausgegeben.
Derzeit läuft eine erste Datenerhebung mit in der Klinik subjektiv auffällig gewordenen CI-Sprachprozessoren, die anschließend in der Messbox untersucht werden. So sollen realistische Schwellen für kritische Abweichungen von den Referenz-Effektivwerten ermittelt werden. Im weiteren Verlauf sollen dann Hit und False Alarm-Raten der subjektiven Prüfung bestimmt werden.
The ability to detect a target signal masked by noise is improved in normal-hearing listeners when interaural phase differences (IPDs) between the ear signals exist either in the masker or in the signal. To improve binaural hearing in bilaterally implanted cochlear implant (BiCI) users, a coding strategy providing the best possible access to IPDs is highly desirable. Outcomes of a previous study (Zirn, Arndt et al. 2016) revealed that a subset of BiCI users showed improved IPD detection thresholds with the fine structure processing strategy FS4 compared to the constant rate strategy HDCIS using narrowband stimuli. In contrast, little differences between the coding strategies were found for broadband stimuli with regard to binaural speech intelligibility level differences (BILD) as an estimate of binaural unmasking. Compared to normalhearing listeners (7.5 ± 1.2 dB) BILD were small in BiCI users (around 0.5 dB with both coding strategies).
In the present work, we investigated the influence of binaural fitting parameters on BILD. In our cohort of BiCI users many were implanted with electrode arrays differing in length left versus right. Because this length difference typically corresponded to the distance of two electrode contacts the first modification of bilateral fitting was a tonotopic adjustment by deactivation of the most apical electrode contact on the side with the deeper inserted array (tonotopic approach).
The second modification was the isolation of the residual, most apical electrode contacts by deactivation of the basally adjacent electrode contact on each side (tonotopic sparse approach). Applying these modifications, BILD improved by up to 1.5 dB.
Das normalhörende auditorische System ist in der Lage, interaurale Zeit- bzw. Phasendifferenzen zur verbesserten Signaldetektion im Störgeräusch zu nutzen. Dieses Phänomen wird häufig als binaurale Entmaskierung bezeichnet und ist sowohl bei einfachen Signalen wie Sinustönen, als auch bei Sprachsignalen im Störgeräusch wirksam. Vorangegangene Studien haben gezeigt, dass binaurale Entmaskierung eingeschränkt auch bei bilateralen CI-Trägern beobachtbar ist (Zirn et al., 2016).
Aktuelle Ergebnisse zeigen, dass die binaurale Entmaskierung sensitiv gegenüber der bilateralen CI-Anpassung ist. So lässt sich der Effekt durch tonotopen Abgleich und Herausstellen eines apikalen Feinstrukturkanals modulieren. Steigerungen der binauralen Entmaskierung um bis zu 1,5 dB sind auf diese Weise gegenüber der konventionellen CI-Anpassung möglich. Allerdings variiert der Einfluss der CI-Anpassung interindividuell erheblich.
Objectives: Speech recognition on the telephone poses a challenge for patients with cochlear implants (CIs) due to a reduced bandwidth of transmission. This trial evaluates a home-based auditory training with telephone-specific filtered speech material to improve sentence recognition. Design: Randomised controlled parallel double-blind. Setting: One tertiary referral centre. Participants: A total of 20 postlingually deafened patients with CIs. Main outcome measures: Primary outcome measure was sentence recognition assessed by a modified version of the Oldenburg Sentence Test filtered to the telephone bandwidth of 0.3-3.4 kHz. Additionally, pure tone thresholds, recognition of monosyllables and subjective hearing benefit were acquired at two separate visits before and after a home-based training period of 10-14 weeks. For training, patients received a CD with speech material, either unmodified for the unfiltered training group or filtered to the telephone bandwidth in the filtered group. Results: Patients in the unfiltered training group achieved an average sentence recognition score of 70.0%±13.6% (mean±SD) before and 73.6%±16.5% after training. Patients in the filtered training group achieved 70.7%±13.8% and 78.9%±7.0%, a statistically significant difference (P=.034, t10 =2.292; two-way RM ANOVA/Bonferroni). An increase in the recognition of monosyllabic words was noted in both groups. The subjective benefit was positive for filtered and negative for unfiltered training. Conclusions: Auditory training with specifically filtered speech material provided an improvement in sentence recognition on the telephone compared to training with unfiltered material.
Strategische Analysetechniken ermöglichen langfristig eine strukturierte Erfassung unternehmensinterner Ressourcen in Ausrichtung auf den Markt. Die hier beschriebenen Basis-Techniken umfassen das Produkt-Lebenszyklusanalyse-Modell, verschiedene Typen der Portfolio-Analyse, die Wertketten-Analyse und die SWOT-Analyse. Diese Techniken unterstützen das Marketing-Controlling, Geschäftsfeld- und Marktanalysen für das Management zu erstellen und strategische Handlungsoptionen abzuleiten.
Social Media-Controlling
(2017)
Online-Marketing-Controlling
(2017)
The aim of the smart grid is to achieve more efficient, distributed and secure supply of energy over the traditional power grid by using a bidirectional information flow between the grid agents (e.g. generator node, customer). One of the key optimization problems in smart grid is to produce power among generator nodes with a minimum cost while meeting the customer demand, known as Economic Dispatch Problem (EDP). In recent years, many distributed approaches to solve EDP have been proposed. However, protecting the privacy-sensitive data of individual generator nodes has been largely overlooked in the existing solutions. In this work, we show an attack against an existing auction-based EDP protocol considering a non-colluding semi-honest adversary. We briefly introduce our approach to a practical privacy-preserving EDP solution as our work in progress.
Biological in situ methanation: Gassing concept and feeding strategy for enhanced performance
(2017)
The expansion of fluctuating renewable electricity production from wind and solar energy requires huge storage capacities. Power-to-gas (PtG) can contribute to tackle that issue via a two-step process, the electrolytic production of hydrogen and a subsequent methanation step (with additional CO2). The resulting fully grid compatible methane, also known as synthetic natural gas (SNG), can be both stored and transported in the vast existing natural gas infrastructure.
To overcome current major drawbacks of PtG, the relatively low efficiency and the high costs, we developed an improved method for the methanation step. In our approach we use a further development of the biological in situ methanation of hydrogen in biogas plants. Because this strategy uses directly internal residual CO2 from the biogas process in the biogas plant, you neither need additional external CO2 nor special reactors. Thus, PtG is combined with the production of an upgraded highly methane rich raw biogas.
However, the low solubility of hydrogen in aqueous solutions and the exploitation of the maximum biological production rates are still an engineering challenge for high performance biological in situ methanation.
In our experiments a setup with membrane gassing turned out to be most promising to ensure a sufficient gas liquid mass transfer of the hydrogen. The monitoring of hydrogenotrophic and aceticlastic archaea showed some adaption of these microbial subgroups to the hydrogen feed.
In order to achieve high methane concentrations of more than 90 % in the raw biogas a CO2-controlled hydrogen feed flow rate is suggested. For methane concentrations lower than 90 % simple current controlled hydrogen supply can be applied.
We present a two-dimensional (2D) planar chromatographic separation of estrogenic active compounds on RP-18 W (Merck, 1.14296) phase. A mixture of 8 substances was separated using a solvent mix consisting of hexane, ethyl acetate, acetone (55:15:10, v/v) in the first direction and of acetone and water (15:10, v/v) in the second direction. Separation was performed on an RP-18 W plate over a distance of 70 mm. This 2D-separation method can be used to quantify 17α-ethinylestradiol (EE2) in an effect-directed analysis, using the yeast strain Saccharomyces cerevisiae BJ3505. The test strain (according to McDonnell) contains the estrogen receptor. Its activation by estrogen active compounds is measured by inducing the reporter gene lacZ which encodes the enzyme β-galactosidase. This enzyme activity is determined on plate by using the fluorescent substrate MUG (4-methylumbelliferyl-β-d-galactopyranoside).
Qualitative Wissenschaft, künstlerisches Forschen und forschendes Lernen verbinden Erkenntnis aus Praxis und Erfahrung. In der Autoethnographie der eigenen Werkstatt des Hörens wie der Kultur in Studios anderer, wird die noch neue Interdisziplin Sound (Studies) erprobt und vertieft, mit Impulsen für die Praxis und Theorie, von der noch wenig bekannten A/r/t ographie heute, hin zu einer künftig A/R/Tophonie, dem künstlerischen Forschen in der Musik, ebenso wie durch Klang Komposition, Radio Kunst und visuelle Musik.
Sichere Detektion von Menschen in der Mensch-Roboter-Kollaboration mit Time-of-Flight Kameras
(2017)
Time-of-Flight Cameras Enabling Collaborative Robots for Improved Safety in Medical Applications
(2017)
Human-robot collaboration is being used more and more in industry applications and is finding its way into medical applications. Industrial robots that are used for human-robot collaboration, cannot detect obstacles from a distance. This paper introduced the idea of using wireless technology to connect a Time-of-Flight camera to off-the-shelf industrial robots. This way, the robot can detect obstacles up to a distance of five meters. Connecting Time-of-Flight cameras to robots increases the safety in human-robot collaboration by detecting obstacles before a collision. After looking at the state of the art, the authors elaborated the different requirements for such a system. The Time-of-Flight camera from Heptagon is able to work in a range of up to five meters and can connect to the control unit of the robot via a wireless connection.
In safety critical applications wireless technologies are not widely spread. This is mainly due to reliability and latency requirements. In this paper a new wireless architecture is presented which will allow for customizing the latency and reliability for every single participant within the network. The architecture allows for building up a network of inhomogeneous participants with different reliability and latency requirements. The used TDMA scheme with TDD as duplex method is acting gentle on resources. Therefore participants with different processing and energy resources are able to participate.
Battery degradation is a complex physicochemical process that strongly depends on operating conditions. We present a model-based analysis of lithium-ion battery degradation in a stationary photovoltaic battery system. We use a multi-scale multi-physics model of a graphite/lithium iron phosphate (LiFePO4, LFP) cell including solid electrolyte interphase (SEI) formation. The cell-level model is dynamically coupled to a system-level model consisting of photovoltaics (PV), inverter, load, grid interaction, and energy management system, fed with historic weather data. Simulations are carried out for two load scenarios, a single-family house and an office tract, over annual operation cycles with one-minute time resolution. As key result, we show that the charging process causes a peak in degradation rate due to electrochemical charge overpotentials. The main drivers for cell ageing are therefore not only a high state of charge (SOC), but the charging process leading towards high SOC. We also show that the load situation not only influences system parameters like self-sufficiency and self-consumption, but also has a significant impact on battery ageing. We assess reduced charge cut-off voltage as ageing mitigation strategy.
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.
Exploiting Dissent: Towards Fuzzing-based Differential Black Box Testing of TLS Implementations
(2017)
The Transport Layer Security (TLS) protocol is one of the most widely used security protocols on the internet. Yet do implementations of TLS keep on suffering from bugs and security vulnerabilities. In large part is this due to the protocol's complexity which makes implementing and testing TLS notoriously difficult. In this paper, we present our work on using differential testing as effective means to detect issues in black-box implementations of the TLS handshake protocol. We introduce a novel fuzzing algorithm for generating large and diverse corpuses of mostly-valid TLS handshake messages. Stimulating TLS servers when expecting a ClientHello message, we find messages generated with our algorithm to induce more response discrepancies and to achieve a higher code coverage than those generated with American Fuzzy Lop, TLS-Attacker, or NEZHA. In particular, we apply our approach to OpenssL, BoringSSL, WolfSSL, mbedTLS, and MatrixSSL, and find several real implementation bugs; among them a serious vulnerability in MatrixSSL 3.8.4. Besides do our findings point to imprecision in the TLS specification. We see our approach as present in this paper as the first step towards fully interactive differential testing of black-box TLS protocol implementations. Our software tools are publicly available as open source projects.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum digitalen Drucken einer Keramikfarbe auf einem Substrat, wobei die Keramik der Keramikfarbe auf mindestens den Schmelzpunkt der Keramik mittels eines Laserstrahls simultan zu dem Aufbringen der Keramikfarbe auf ein Substrat mittels eines Druckkopfes erwärmt wird. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung auch die Verwendung eines Laserstrahls in einer Vorrichtung zum digitalen Drucken einer Keramikfarbe auf einem Substrat, wobei der Laserstrahl die Keramik der Keramikfarbe auf mindestens den Schmelzpunkt der Keramik simultan zu dem Aufbringen der Keramikfarbe auf ein Substrat mittels eines Druckkopfes der Vorrichtung erwärmt. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin auch eine Vorrichtung zum digitalen Drucken einer Keramikfarbe auf einem Substrat, die einen Druckkopf zum Aufbringen einer Keramikfarbe auf ein Substrat sowie einen Laser zum Erwärmen der Keramik der Keramikfarbe auf mindestens den Schmelzpunkt der Keramik mittels eines Laserstrahls umfasst.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum digitalen Drucken einer Keramikfarbe auf einem Substrat, wobei die Keramik der Keramikfarbe auf mindestens den Schmelzpunkt der Keramik mittels eines Laserstrahls simultan zu dem Aufbringen der Keramikfarbe auf ein Substrat mittels eines Druckkopfes erwärmt wird. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung auch die Verwendung eines Laserstrahls in einer Vorrichtung zum digitalen Drucken einer Keramikfarbe auf einem Substrat, wobei der Laserstrahl die Keramik der Keramikfarbe auf mindestens den Schmelzpunkt der Keramik simultan zu dem Aufbringen der Keramikfarbe auf ein Substrat mittels eines Druckkopfes der Vorrichtung erwärmt. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin auch eine Vorrichtung zum digitalen Drucken einer Keramikfarbe auf einem Substrat, die einen Druckkopf zum Aufbringen einer Keramikfarbe auf ein Substrat sowie einen Laser zum Erwärmen der Keramik der Keramikfarbe auf mindestens den Schmelzpunkt der Keramik mittels eines Laserstrahls umfasst.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Pulverlackieren eines Kunststoff- oder Glasgegenstandes, umfassend die Schritte des Ausbildens einer polaren Beschichtung auf dem Kunststoff- oder Glasgegenstand, umfassend den Teilschritt des Aufbringens einer Beschichtungszusammensetzung auf den Kunststoff- oder Glasgegenstand, wobei die Beschichtungszusammensetzung ein Organosiloxan, das mindestens zwei Si-O-Bindungen aufweist, Wasser, ein organisches Lösemittel und ein pH-regulierendes Mittel, ausgewählt aus einer Brönsted-Säure, in einer katalytischen Menge enthält, mit der Maßgabe, dass die Beschichtungszusammensetzung keinen elektrisch leitfähigen Zusatz, ausgewählt aus ionischen Verbindungen, Metallen, Metall(misch)oxiden, intermetallischen Verbindungen und leitfähigem Kohlenstoff, enthält, sowie die Schritte des Aufbringens eines Pulverlacks auf den derartig beschichteten Kunststoff- oder Glasgegenstand und des Erwärmens des Pulverlacks.
Spectral analysis of signal averaging electrocardiography in atrial and ventricular tachyarrhythmias
(2017)
Background: Targeting complex fractionated atrial electrograms detected by automated algorithms during ablation of persistent atrial fibrillation has produced conflicting outcomes in previous electrophysiological studies. The aim of the investigation was to evaluate atrial and ventricular high frequency fractionated electrical signals with signal averaging technique.
Methods: Signal averaging electrocardiography (ECG) allows high resolution ECG technique to eliminate interference noise signals in the recorded ECG. The algorithm uses automatic ECG trigger function for signal averaged transthoracic, transesophageal and intracardiac ECG signals with novel LabVIEW software (National Instruments, Austin, Texas, USA). For spectral analysis we used fast fourier transformation in combination with spectro-temporal mapping and wavelet transformation for evaluation of detailed information about the frequency and intensity of high frequency atrial and ventricular signals.
Results: Spectral-temporal mapping and wavelet transformation of the signal averaged ECG allowed the evaluation of high frequency fractionated atrial signals in patients with atrial fibrillation and high frequency ventricular signals in patients with ventricular tachycardia. The analysis in the time domain evaluated fractionated atrial signals at the end of the signal averaged P-wave and fractionated ventricular signals at the end of the QRS complex. The analysis in the frequency domain evaluated high frequency fractionated atrial signals during the P-wave and high frequency fractionated ventricular signals during QRS complex. The combination of analysis in the time and frequency domain allowed the evaluation of fractionated signals during atrial and ventricular conduction.
Conclusions: Spectral analysis of signal averaging electrocardiography with novel LabVIEW software can utilized to evaluate atrial and ventricular conduction delays in patients with atrial fibrillation and ventricular tachycardia. Complex fractionated atrial electrograms may be useful parameters to evaluate electrical cardiac arrhythmogenic signals in atrial fibrillation ablation.
In the course of the last few years, our students are becoming increasingly unhappy. Sometimes they stop attending lectures and even seem not to know how to behave correctly. It feels like they are getting on strike. Consequently, drop-out rates are sky-rocketing. The lecturers/professors are not happy either, adopting an “I-don’t-care” attitude.
An interdisciplinary, international team set in to find out: (1) What are the students unhappy about? Why is it becoming so difficult for them to cope? (2) What does the “I-don’t-care” attitude of professors actually mean? What do they care or not care about? (3) How far do the views of the parties correlate? Could some kind of mutual understanding be achieved?
The findings indicate that, at least at our universities, there is rather a long way to go from “Engineering versus Pedagogy” to “Engineering Pedagogy”.
eTPL: An Enhanced Version of the TLS Presentation Language Suitable for Automated Parser Generation
(2017)
The specification of the Transport Layer Security (TLS) protocol defines its own presentation language used for the purpose of semi-formally describing the structure and on-the-wire format of TLS protocol messages. This TLS Presentation Language (TPL) is more expressive and concise than natural language or tabular descriptions, but as a result of its limited objective has a number of deficiencies. We present eTPL, an enhanced version of TPL that improves its expressiveness, flexibility, and applicability to non-TLS scenarios. We first define a generic model that describes the parsing of binary data. Based on this, we propose language constructs for TPL that capture important information which would otherwise have to be picked manually from informal protocol descriptions. Finally, we briefly introduce our software tool etpl-tool which reads eTPL definitions and automatically generates corresponding message parsers in C++. We see our work as a contribution supporting sniffing, debugging, and rapid-prototyping of wired and wireless communication systems.
The low cost and small size of MEMS inertial sensors allows their combination into a multi sensor module in order to improve performance. However the different linear accelerations measured on different places on a rotating rigid body have to be considered for the proper fusion of the measurements. The errors in measurement of MEMS inertial sensors include deterministic imperfection, but also random noise. The gain in accuracy of using multiple sensors depends strongly on the correlation between these errors from the different sensors. Although for sensor fusion it usually assumed that the measurement errors of different sensors are uncorrelated, estimation theory shows that for the combination of the same type of sensors actually a negative correlation will be more beneficial. Therefore we describe some important and often neglected considerations for the combination of several sensors and also present some preliminary results with regard to the correlation of measurements from a simple multi sensor setup.
A novel approach of a test environment for embedded networking nodes has been conceptualized and implemented. Its basis is the use of virtual nodes in a PC environment, where each node executes the original embedded code. Different nodes run in parallel, connected via so-called virtual channels. The environment allows to modifying the behavior of the virtual channels as well as the overall topology during runtime to virtualize real-life networking scenarios. The presented approach is very efficient and allows a simple description of test cases without the need of a network simulator. Furthermore, it speeds up the process of developing new features as well as it supports the identification of bugs in wireless communication stacks. In combination with powerful test execution systems, it is possible to create a continuous development and integration flow.
A novel approach of a testbed for embedded networking nodes has been conceptualized and implemented. It is based on the use of virtual nodes in a PC environment, where each node executes the original embedded code. Different nodes are running in parallel and are connected via so-called virtual interfaces. The presented approach is very efficient and allows a simple description of test cases without the need of a network simulator. Furthermore, it speeds up the process of developing new features.
The paper describes the hardware and software architecture of the developed multi MEMS sensor prototype module, consisting of ARM Cortex M4 STM32F446 microcontroller unit, five 9-axis inertial measurement units MPU9255 (3D accelerometer, 3D gyroscope, 3D magnetometer and temperature sensor) and a BMP280 barometer. The module is also equipped with WiFi wireless interface (Espressif ESP8266 chip). The module is constructed in the form of a truncated pyramid. Inertial sensors are mounted on a special basement at different angles to each other to eliminate hardware sensors drifts and to provide the capability for self-calibration. The module fuses information obtained from all types of inertial sensors (acceleration, rotation rate, magnetic field and air pressure) in order to calculate orientation and trajectory. It might be used as an Inertial Measurement Unit, Vertical Reference Unit or Attitude and Heading Reference System.
The IEEE 1588 precision time protocol (PTP) is a time synchronization protocol with sub-microsecond precision primarily designed for wired networks. In this letter, we propose wireless precision time protocol (WPTP) as an extension to PTP for multi-hop wireless networks. WPTP significantly reduces the convergence time and the number of packets required for synchronization without compromising on the synchronization accuracy.
Climate change and resultant scarcity of water are becoming major challenges for countries around the world. With the advent of Wireless Sensor Networks (WSN) in the last decade and a relatively new concept of Internet of Things (IoT), embedded systems developers are now working on designing control and automation systems that are lower in cost and more sustainable than the existing telemetry systems for monitoring. The Indus river basin in Pakistan has one of the world's largest irrigation systems and it is extremely challenging to design a low-cost embedded system for monitoring and control of waterways that can last for decades. In this paper, we present a hardware design and performance evaluation of a smart water metering solution that is IEEE 802.15.4-compliant. The results show that our hardware design is as powerful as the reference design, but allows for additional flexibility both in hardware and in firmware. The indigenously designed solution has a power added efficiency (PAE) of 24.7% that is expected to last for 351 and 814 days for nodes with and without a power amplifier (PA). Similarly, the results show that a broadband communication (434 MHz) over more than 3km can be supported, which is an important stepping stone for designing a complete coverage solution of large-scale waterways.
Due to climate change and scarcity of water reservoirs, monitoring and control of irrigation systems is now becoming a major focal area for researchers in Cyber-Physical Systems (CPS). Wireless Sensor Networks (WSNs) are rapidly finding their way in the field of irrigation and play the key role as data gathering technology in the domain of IoT and CPS. They are efficient for reliable monitoring, giving farmers an edge to take precautionary measures. However, designing an energy-efficient WSN system requires a cross-layer effort and energy-aware routing protocols play a vital role in the overall energy optimization of a WSN. In this paper, we propose a new hierarchical routing protocol suitable for large area environmental monitoring such as large-scale irrigation network existing in the Punjab province of Pakistan. The proposed protocol resolves the issues faced by traditional multi-hop routing protocols such as LEACH, M-LEACH and I-LEACH, and enhances the lifespan of each WSN node that results in an increased lifespan of the whole network. We used the open-source NS3 simulator for simulation purposes and results indicate that our proposed modifications result in an average 27.8% increase in lifespan of the overall WSN when compared to the existing protocols.
Cast iron materials are used as materials for cylinder heads for heavy duty internal combustion engines. These components must withstand severe cyclic mechanical and thermal loads throughout their service life. While high-cycle fatigue (HCF) is dominant for the material in the water jacket region, the combination of thermal transients with mechanical load cycles results in thermomechanical fatigue (TMF) of the material in the fire deck region, even including superimposed TMF and HCF loads. Increasing the efficiency of the engines directly leads to increasing combustion pressure and temperature and, thus, lower safety margins for the currently used cast iron materials or alternatively the need for superior cast iron materials. In this paper (Part I), the TMF properties of the lamellar graphite cast iron GJL250 and the vermicular graphite cast iron GJV450 are characterized in uniaxial tests and a mechanism-based model for TMF life prediction is developed for both materials. The model can be used to estimate the fatigue life of components by means of finite-element calculations (Part II of the paper) and supports engineers in finding the appropriate material and design. Furthermore, the effect of the elastic, plastic and creep properties of the materials on the fatigue life can be evaluated with the model. However, for a material selection also the thermophysical properties, controlling to a high level the thermal stresses in the component, must be considered. Hence, the need for integral concepts for material characterization and selection from a multitude of existing and soon-to-be developed cast iron materials is discussed.
For the RoboCup Soccer AdultSize League the humanoid robot Sweaty uses a single fully convolutional neural network to detect and localize the ball, opponents and other features on the field of play. This neural network can be trained from scratch in a few hours and is able to perform in real-time within the constraints of computational resources available on the robot. The time it takes to precess an image is approximately 11 ms. Balls and goal posts are recalled in 99 % of all cases (94.5 % for all objects) accompanied by a false detection rate of 1.2 % (5.2 % for all). The object detection and localization helped Sweaty to become finalist for the RoboCup 2017 in Nagoya.
With increasing flexible AC transmission system (FACTS) devices in operation, like the most versatile unified power flow controller (UPFC), the AC/DC transmission flexibility and power system stability have been suffering unprecedented challenge. This paper introduces the user-defined modeling (UDM) method into the UPFC dynamic modeling process, to deal with the challenging requirements of power system operation. This has also been verified using a leading-edge stability analysis software named DSATools TM in the IEEE-39 bus benchmark system. The characteristics of steady-state and dynamic responses are compared and analyzed under different conditions. Furthermore, simulation results prove the feasibility and effectiveness of the proposed UPFC in terms of both the independent regulation of power flow and the improvement of transient stability.
In dieser Arbeit werden die außentemperaturgeführte Vorlauftemperaturregelung (Standard-TABS-Strategie), ein Verfahren das auf einer multiplen linearen Regression basiert (AMLR-Strategie) und ein Verfahren, das unter dem Obergriff der modellprädiktiven Regelung (MPC-Strategie) zusammengefasst werden kann, untersucht. Anhand der Simulationsergebnisse und des Integrationsaufwandes in die Gebäudeautomation des Seminargebäudes wurde eine Fokussierung auf die AMLR-Strategie vorgenommen.
The building sector is one of the main consumers of energy. Therefore, heating and cooling concepts for renewable energy sources become increasingly important. For this purpose, low-temperature systems such as thermo-active building systems (TABS) are particularly suitable. This paper presents results of the use of a novel adaptive and predictive computation method, based on multiple linear regression (AMLR) for the control of TABS in a passive seminar building. Detailed comparisons are shown between the standard TABS and AMLR strategies over a period of nine months each. In addition to the reduction of thermal energy use by approx. 26% and a significant reduction of the TABS pump operation time, this paper focuses on investment savings in a passive seminar building through the use of the AMLR strategy. This includes the reduction of peak power of the chilled beams (auxiliary system) as well as a simplification of the TABS hydronic circuit and the saving of an external temperature sensor. The AMLR proves its practicality by learning from the historical building operation, by dealing with forecasting errors and it is easy to integrate into a building automation system.
Entwicklung und Evaluierung eines adaptiv-prädiktiven Algorithmus für thermoaktive Bauteilsysteme
(2017)
Der Gebäudesektor ist einer der Hauptverbraucher von Energie und somit mitverantwortlich für einen wesentlichen Anteil an CO2-Emissionen. Heiz- und Kühlkonzepte, die erneuerbare Energiequellen nutzen können, gewinnen daher immer mehr an Bedeutung. Hierfür besonders geeignet sind Niedertemperatursysteme, wie beispielsweise Thermoaktive Bauteilsysteme (TABS). Die große thermische Trägheit und die geringe Leistung dieser Systeme verhindern eine schnelle Reaktion auf Raumtemperaturänderungen. Bisherige Steuer- und Regelstrategien für TABS können nur sehr schlecht mit der thermischen Trägheit umgehen, da diese in der Regel keine Prädiktionen verwenden. Hinzu kommt eine aufwändige Parametrierung dieser TABS-Strategien, was in der Praxis zu Inbetriebnahmephasen von oft mehreren Jahren führt. Die Möglichkeit TABS als einen Kurzzeitenergiespeicher für das durch die wachsende Einspeisung aus fluktuierenden erneuerbaren Energiequellen belastete Stromnetz nutzbar zu machen, spielt bei diesen Standard-TABS-Strategien bisher keine Rolle.
In dieser Arbeit wurde ein neuartiger Algorithmus für die Steuerung von TABS entwickelt, der hier durch die Abkürzung AMLR gekennzeichnet wird. Die AMLR nutzt Vorhersagen der Hauptstörgrößen einer TABS-Zone zur Berechnung eines innerhalb des nächsten Tages zuzuführenden Energiepaketes. Zu den Hauptstörgrößen zählen die tagesgemittelte Außentemperatur, die tagesgemittelte globale Einstrahlung sowie ein Belegungsplan jeder TABS-Zone. Die AMLR verwendet ein dynamisches und ein stationäres Widerstands-Kapazitäten(RC)-Modell mit einem Verzögerungsglied erster Ordnung (PT1). Das stationäre TABS- und Raummodell wird für eine Adaptionsfähigkeit und das dynamische Modell für die zeitdiskrete Berechnung von Leistungen genutzt. Es wird gezeigt, dass die Genauigkeit eines Modells mit PT1-Glied für die Steuerung von TABS ausreichend ist. Durch die Adaptionfähigkeit kann sich der Algorithmus automatisiert an unterschiedliche Gebäude, Standorte und Nutzungsprofile anpassen. Auf die Erstellung eines Gebäudemodells inklusive dessen technischer Gebäudeausrüstung (TGA), der Wärmelasten sowie der Wettereinflüsse kann somit verzichtet werden. Weiterhin können mit der AMLR mittlere Soll-Raumtemperaturen pro TABS-Zone vorgegeben werden, was bei Standard-TABS-Strategien nicht möglich ist. Dem Autor stehen als Testumgebungen zur Evaluierung der AMLR die Triple-Klimakammer des Instituts für Energiesystemtechnik (INES) der Hochschule Offenburg sowie zwei reale Gebäude und deren Simulationsmodelle zur Verfügung. Bei den Gebäuden handelt es sich um das in Basel befindliche IWB CityCenter sowie das Seminargebäude der Hochschule Offenburg.
Mit Hilfe der Triple-Klimakammer werden die verwendeten RC-Modelle sowie das TRNSYS-Simulationsmodell der Kammer selbst validiert. Durch den direkten Vergleich der AMLR zu Standard-TABS-Strategien kann in Model-in-the-Loop (MiL) Simulationen, Laborversuchen und Pilotanlagen gezeigt werden, dass die AMLR insbesondere dann thermische Energie einsparen kann, wenn es bei der Standardstrategie zu Überhitzungen im Heizfall und Unterkühlungen im Kühlfall kommt. Des Weiteren zeigen sich Energieeinsparpotenziale durch die Möglichkeit der zonenspezifischen Beladung der TABS. Anhand von Messdaten einer Pilotanlage kann eine Reduktion des thermischen TABS-Energiebedarfs von über 41 % belegt werden. In allen Testumgebungen kann eine Einsparung an Hilfsenergie von bis zu 86 % für die TABS-Pumpen bei gleichzeitiger Verbesserung des thermischen Komforts nachgewiesen werden. Neben Energieeinsparungen sind durch den Einsatz der AMLR Investitionseinsparungen durch eine vereinfachte TABS-Hydraulik möglich, da keine konstanten Vorlauftemperaturen notwendig sind. Weiterhin kann gezeigt werden, dass die Leistung eines Zusatzkühlsystems durch den Einsatz der AMLR im Vergleich zur Standard-TABS-Strategie reduziert werden kann, ohne den thermischen Komfort zu beeinträchtigen. Anhand von Simulationsrechnungen wird das Potenzial von TABS für Lastverschiebemaßnahmen quantifiziert. Durch die Verwendung der AMLR mit dynamischen Strompreisen ist im gezeigten Beispiel eine Einsparung an monetären Kosten von 38 % möglich. Weiterhin konnten Anfragen zur Abschaltung der Beladung der TABS zum Ausgleich fluktuierender erneuerbarer Energieerzeuger durch die AMLR unter Einhaltung des thermischen Komforts durchgeführt werden.