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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.
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.
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.
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.
Elektronische Türschilder zur Darstellung von Informationen sind insbesondere in öffentlichen Gebäuden zwischenzeitlich weit verbreitet. Die Varianz dieser elektronischen Türschilder reicht vom Tablet-basierten Türschild bis hin zum PC-basierten Türschild mit externem Bildschirm. Zumeist werden die Systeme mit 230 V betrieben. Bei einer großen Summe von Türschildern in öffentlichen Gebäuden kann dies zu einem signifikanten Umsatz an Energie führen. Im Rahmen dieses Papers wird die Entwicklung eines energieautarken arbeiten Türschildes vorgestellt, bei dem ein E-Paper-Display zum Einsatz kommt. Das Türschild lässt sich per Smartphone-App und NFC-Schnittstelle konfigurieren. Es wird insbesondere auf das Low-Power-Hardware-Design der Elektronik und energetische Aspekte eingegangen.
Die neueste Generation von programmierbaren Logikbausteinen verfügt neben den konfigurierbaren Logikzellen über einen oder mehrere leistungsfähige Mikroprozessoren. In dieser Arbeit wird gezeigt, wie ein bestehendes Zwei-Chip-System auf einen Xilinx Zynq 7000 mit zwei ARM A9-Cores migriert wird. Bei dem System handelt es sich um das „GPS-gestützte Kreisel-system ADMA“ des Unternehmens GeneSys. Die neue Lösung verbessert den Datenaustausch zwischen dem ersten Mikroprozessor zur digitalen Signalverarbeitung und dem zweiten Prozessor zur Ablaufsteuerung durch ein Shared Memory. Für die schnelle und echtzeitfähige Datenübertragung werden zahlreiche hochbitratige Schnittstellengenutzt.
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 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.
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.
Economic growth and ecological problems have pushed industries to switch to eco-friendly technologies. However, environmental impact is still often neglected since production efficiency remains the main concern. Patent analysis in the field of process engineering shows that, on the one hand, some eco-issues appear as secondary problems of the new technologies, and on the other hand, eco-friendly solutions often show lower efficiency or performance capability. The study categorizes typical environmental problems and eco-contradictions in the field of process engineering involving solids handling and identifies underlying inventive principles that have a higher value for environmental innovation. Finally, 42 eco-innovation methods adapting TRIZ are chronologically presented and discussed.
Introduction: Despite lots of developments in the last years, radiofrequency ablation of rhythm diseases is a safe but still complex procedure that requires special experience and expertise of the physicians and biomedical engineers. Thus, there is a need of special trainings to become familiar with the different equipment and to explain several effects that can be observed during clinical routine.
Methods: The Offenburg University of Applied Sciences offers a biomedical engineering study path specialized in the fields of cardiology, electrophysiology and cardiac electronic implants. It`s Peter Osypka Institute for Pacing and Ablation provides teaching following the slogan “Learning by watching, touching and adjusting”. It conducts lots of trainings for students as well as young physicians interested in electrophysiology and radiofrequency ablation.
Results: In-vitro trainings will be provided using the Osypka HAT 200 and HAT300s, Stockert EPshuttle and SmartAblate system as well as the Boston EPT-1000XP and Maestro 3000 and the Radionics RFG-3E cardiac radio frequency ablation generators. All of them require different handling as well as special accessories like catheter connection cables or boxes and back plates. The participants will be trained in the setup of temperature, power and cut-off impedance dependent on different ablation catheters. Furthermore troubleshooting in hard- and software is part of the program. Performing procedures in pork or animal protein and using physiological saline solution to simulate the blood flow, they can study the influence of contact force and impedance on lesion geometry etc. and to avoid adverse effects like “plops”. Lots of catheter types are available: 4mm tip, 8mm standard and gold tip, open and closed irrigated tip ablation catheters of different companies. The experiments will be completed by measuring the lesion size dependent on the used catheter type and ablation settings.
Conclusion: In-vitro training in radiofrequency ablation is a challenge for biomedical engineering students and young physicians.
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.
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.
Die Hochschule Offenburg begleitet seit Juli 2006 in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer ISE in Freiburg, die solar unterstützte Klimatisierung der Festo AG & Co. KG in Esslingen im Rahmen des Forschungsvorhabens Solarthermie2000plus. Dabei wurde die bereits bestehende Adsorptionskälteanlage, die bisher mit Gaskesseln und Kompressorenabwärme betrieben wurde, durch eine Solaranlage als dritte Wärmequelle ergänzt.
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 genaue Positionsbestimmung in Innenräumen, beispielsweise in Bahnhöfen oder Einkaufszentren, soll in dem beschriebenen Projekt untersucht werden, inwiefern lokale Magnetfelder genutzt werden können, um Genauigkeit und Robustheit zu erhöhen. Hierzu wird untersucht, ob und wie kostengünstige Magnetfeldsensoren und mobile Roboterplattformen genutzt werden können, um Karten zu erstellen, die eine spätere Navigation, beispielsweise mit Smartphones oder mit anderen mobilen Geräten.
Spinal cord stimulation (SCS) is the most commonly used technique of neurostimulation. It involves the stimulation of the spinal cord and is therefore used to treat chronic pain. The existing esophageal catheters are used for temperature monitoring during an electrophysiology study with ablation and transesophageal echocardiography. The aim of the study was to model the spine and new esophageal electrodes for the transesophageal electrical pacing of the spinal cord, and to integrate them in the Offenburg heart rhythm model for the static and dynamic simulation of transesophageal neurostimulation. The modeling and simulation were both performed with the electromagnetic and thermal simulation software CST (Computer Simulation Technology, Darmstadt). Two new esophageal catheters were modelled as well as a thoracic spine based on the dimensions of a human skeleton. The simulation of directed transesophageal neurostimulation is performed using the esophageal balloon catheter with an electric pacing potential of 5 V and a trapezoidal signal. A potential of 4.33 V can be measured directly at the electrode, 3.71 V in the myocardium at a depth of 2 mm, 2.68 V in the thoracic vertebra at a depth of 10 mm, 2.1 V in the thoracic vertebra at a depth of 50 mm and 2.09 V in the spinal cord at a depth of 70 mm. The relation between the voltage delivered to the electrodes and the voltage applied to the spinal cord is linear. Virtual heart rhythm and catheter models as well as the simulation of electrical pacing fields and electrical sensing fields allow the static and dynamic simulation of directed transesophageal electrical pacing of the spinal cord. The 3D simulation of the electrical sensing and pacing fields may be used to optimize transesophageal neurostimulation.
The establishment of a software tool chain among requirements management tools, black box test approach tool CTE XL and RTRT is proposed in this paper. The use of Classification Tree Method ensures the reduction in the number of test cases and promises an increased efficiency when testing. The traceability of test cases and requirements is guaranteed by the established software tool chain with well defined interfaces. As the experimental results point out, a better test coverage can be achieved. Future work can be based on automatic generation of init and expected values for testing, requiring no interference from a software quality engineer. In conclusion, the tasks that need to be performed by the software quality engineers is to define the black box test cases using CTM/CTE XL, import the requirements from the requirements management tools, import the XML file to test tool RTRT. By giving the initial and expected values the testing can be performed in a comfortable way.
Estimating the Robustness of Classification Models by the Structure of the Learned Feature-Space
(2022)
Over the last decade, the development of deep image classification networks has mostly been driven by the search for the best performance in terms of classification accuracy on standardized benchmarks like ImageNet. More recently, this focus has been expanded by the notion of model robustness, \ie the generalization abilities of models towards previously unseen changes in the data distribution. While new benchmarks, like ImageNet-C, have been introduced to measure robustness properties, we argue that fixed testsets are only able to capture a small portion of possible data variations and are thus limited and prone to generate new overfitted solutions. To overcome these drawbacks, we suggest to estimate the robustness of a model directly from the structure of its learned feature-space. We introduce robustness indicators which are obtained via unsupervised clustering of latent representations from a trained classifier and show very high correlations to the model performance on corrupted test data.
Estimation of Scattering and Transfer Parameters in Stratified Dispersive Tissues of the Human Torso
(2021)
The aim of this study is to understand the effect of the various layers of biological tissues on electromagnetic radiation in a certain frequency range. Understanding these effects could prove crucial in the development of dynamic imaging systems under operating environments during catheter ablation in the heart. As the catheter passes through some arterial paths in the region of interest inside the heart through the aorta, a three-dimensional localization of the catheter is required. In this paper, a study is given on the detection of the catheter by using electromagnetic waves. Therefor, an appropriate model for the layers of the human torso is defined and simulated without and with an inserted electrode.
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.
Soiling is an important issue in the renewable energy sector since it can result in significant yield losses, especially in regions with higher pollution or dust levels. To mitigate the impact of soiling on photovoltaic (PV) plants, it is essential to regularly monitor and clean the panels, as well as develop accurate soiling predictions that can affect cleaning strategies and enhance the overall performance of PV power plants. This research focuses on the problem of soiling loss in photovoltaic power plants and the potential to improve the accuracy of soiling predictions. The study examines how soiling can affect the efficiency and productivity of the modules and how to measure and predict soiling using machine learning (ML) algorithms. The research includes analyzing real data from large-scale ground-mounted PV sites and comparing different soiling measurement methods. It was observed that there were some deviations in the real soiling loss values compared to the expected values for some projects in southern Spain, thus, the main goal of this work is to develop machine learning models that could predict the soiling more accurately. The developed models have a low mean square error (MSE), indicating the accuracy and suitability of the models to predict the soiling rates. The study also investigates the impact of different cleaning strategies on the performance of PV power plants and provides a powerful application to predict both the soiling and the number of cleaning cycles.
Wireless sensor networks have found their way into a wide range of applications, among which environmental monitoring systems have attracted increasing interests of researchers. Main challenges for these applications are scalability of the network size and energy efficiency of the spatially distributed nodes. Nodes are mostly battery-powered and spend most of their energy budget on the radio transceiver module. In normal operation modes most energy is spent waiting for incoming frames. A so-called Wake-On-Radio (WOR) technology helps to optimize trade-offs between energy consumption, communication range, complexity of the implementation and response time. We already proposed a new protocol called SmartMAC that makes use of such WOR technology. Furthermore, it gives the possibility to balance the energy consumption between sender and receiver nodes depending on the use case. Based on several calculations and simulations, it was predicted that the SmartMAC protocol was significantly more efficient than other schemes being proposed in recent publications, while preserving a certain backward compatibility with standard IEEE802.15.4 transceivers. To verify this prediction, we implemented the SmartMAC protocol for a given hardware platform. This paper compares the realtime performance of the SmartMAC protocol against simulation results, and proves the measured values are very close to the estimated values. Thus we believe that the proposed MAC algorithms outperforms all other Wake-on-Radio MACs.
The visual-inertial mapping and localization system maplab is analyzed by its implementation and subsequent evaluation. The mapping or localization is based on environmental feature detection. In addition to creating maps, there is also the option of fusion of several maps and thus mapping extensive areas and using them for further analysis of data. In this way, various software tools can be used to optimize the existing data sets.
Two sensor components are needed: an inertial measuring unit (IMU) and a monochrome camera, which are combined by a hardware rig and put into operation for the analysis of the visual-inertial system. System calibration is crucial for precision and system functioning and is based on nonlinear dynamic state estimation. This ensures the best possible estimate of the position of the environmental feature and the map. Maplab is particularly suitable for mapping rooms or small building complexes as the implementation and evaluation of the results in different application scenarios show. Special emphasis is laid on the evaluation of larger scenarios, in which is shown, that the system is struggling to keep up geometric consistencies and thus provide an accurate map.
In this study, various imaging algorithms for the localization of objects have been investigated. Therefore, an Ultra-Wideband (UWB) radar based experimental setup with a circular antenna array is designed as part of this work. This concept could be particularly useful in microwave medical imaging applications. In order to validate its applicability in microwave imaging, different imaging algorithms have been evaluated and compared by means of our experimental setup. Accurate imaging results have been achieved with our system under multiple test-scenarios.
This paper shows the results of the evaluation of two sets of mobile web design guidelines concerning mobile learning. The first set of guidelines is concerned with the usage of text on mobile device screens. The second set is concerned with the usage of images on mobile devices. The evaluation is performed by eye tracking (objective) as well as questionnaires and interviews (subjective) respectively.
Active safety systems for advanced driver assistance systems act within a complex, dynamic traffic environment featuring various sensor systems which detect the vehicles’ surroundings and interior. This paper describes the recent progress towards a performance evaluation of car-to-car communication (C2C) for active safety systems - in particular for crash constellation prediction. The methodology introduced in this work is designed to evaluate the impact of different sensors on the accuracy of a crash constellation prediction algorithm. The benefit of C2C communication (viewed as a virtual sensor) within a sensor data fusion architecture for pre-crash collision prediction is explored. Therefore, a simulation environment for accident scenarios analysis reproducing real-world sensor behaviour, is designed and implemented. Performance evaluation results show that C2C increases confidence in the estimated position of the oncoming vehicle. With C2C enhancement the given accuracy in time-to-collision (TTC) estimation is achievable about 110 ms earlier for moderate velocities at TTC range of [0.5s..0.2s]. The uncertainty in the vehicle position prediction at the time of collision can be reduced about half by integrating C2C communication into the sensor data fusion.
A novelty solution for controls of assistive technology represent the usage of eye tracking devices such as for smart wheelchairs and robotic arms [10, 4]. In this context usage supporting methods like artificial feedback are not well explored. Vibrotactile feedback has shown to be helpful to decrease the cognitive load on the visual and auditive channels and can provide a perception of touch [17]. People with severe limitations of motor functions could benefit from eye tracking controls supported with vibrotactile feedback. In this study fundamental results will be presented in the design of an appropriate vibrotactile feedback system for eye tracking applications. We will show that a perceivable vibrotactile stimulus has no significant effect on the accuracy and precision of a head worn eye tracking device. It is anticipated that the results of this paper will lead to new insights in the design of vibrotactile feedback for eye tracking applications and eye tracking controls.
Objective: Dickkopf 3 (DKK3) has been identified as a urinary biomarker. Values above 4000 pg/mg creatinine (Cr) were linked with a higher risk of short-term decline of kidney function (J Am Soc Nephrol 29: 2722–2733). However, as of today, there is little experience with DKK3 as a risk marker in everyday clinical practice. We used algorithm-based data analysis to evaluate the potential dependence of DKK3 in a cohort from a large single center in Germany.
Method: DKK3 was measured in all CKD patients in our center October 1 st 2018 till Dec. 31 2019, together with calculated GFR (eGFR) and urinary albumin/creatinine ratio (UACR). Kidney transplant patients were excluded. Until the end of follow-up Dec 31 st 2021, repeated measurements were performed for all parameters. Data analysis was performed using MD-Explorer (BioArtProducts, Rostock, Germany) and Python with multiple libraries. Linear regression models were applied in patients for DKK3, eGFR and UACR. Comparison of the models was performed with a twosided Kolmogorov-Smirnov test.
Results: 1206 DKK3 measurements were performed in 1103 patients (621 male, age 70yrs, eGFR 29,41 ml/min/1.73qm, UACR 800 mg/g). 134 patients died during follow-up. DKK3 mean was 2905 pg/mg Cr (max. 20000, 75 % percentile 3800). 121 pts had DKK3 > 4000. At the end of follow-up 7 % of patients with DKK3 < 4000 (initial eGFR 17.6) versus 39.6 % of patients with DDK3 > 4000 (initial eGFR 15.7) underwent dialysis. Compared to eGFR and UACR at baseline, DKK3 > 4000 performed best to predict eGFR loss over the next 12 months.
Conclusion: In this cohort of CKD patients, DKK3 > 4000 at baseline predicted the eGFR slope better than eGFR or UACR at baseline. DKK3 > 4000 reflected a higher risk of progression towards ESRD in patients with similar baseline eGFR levels.
Evaluierung von Kalman Filter Konfigurationen zur Roboterlokaliserung mittels Sensordatenfusion
(2023)
In dieser Arbeit werden drei verschiedene Konfigurationen der von Tom Moore, für das Robot Operating System, entwickelte Kalman-Filter vorgestellt. Diese bilden die Grundlage für eine Lokalisierung mittels Sensorfusion in dem verwendeten ROS-Framework. Ziel dieser Arbeit ist der Aufbau und die Verifikation einer Lokalisierung für ein mobiles Robotersystem Husky A200 der Firma Clearpath Robotics. Hierzu wurden die Möglichkeiten des bestehenden Systems untersucht und mehrere Versionen von Lokalisierungsfiltern konfiguriert. Am an Ende, wird eine Verifikation der Ergebnisse in verschiedenen Szenarien gegeneinandergestellt. Hierzu werden die Ergebnisse einer Variante des Extended Kalman-Filters in 2D (EKF2D), eine Variante des Unscented Kalman-Filter in 2D (UKF2D) und eine Variante des Extended Kalman-Filters in 3D (EKF3D) verifiziert und verglichen. Die Untersuchungen ergaben das der EKF2D die besten und robustesten Ergebnisse für eine Lokalisierung erbringt, trotz, im Vergleich zu der UKF2D Variante, 17,3 % höhere Endpositionsabweichung aufweist. Die in diesem Projekt gewählte EKF3D Konfigurationsvariante eignet sich, wegen seinen starken Ungenauigkeiten in der Höhenbestimmung nicht für eine aussagekräftige Positionsbestimmung.
Autonomous humanoid robots need high torque actuators to be able to walk and run. One problem in this context is the heat generated. In this paper we propose to use water evaporation to improve cooling of the motors. Simulations based on thermodynamic calculations as well as measurements on real actuators show that, under the assumption of the load of a soccer game, cooling can be considerably improved with relatively small amounts of water.
Decrease of non-responder rate is the main chal-lenge in cardiac resynchronization therapy. The problem could be solved, partly, in the follow-up by consequent indi-vidualization of hemodynamic pacing parameters. The eso-phageal electrogram feature of the Biotronik ICS 3000 programmer was used in the follow-up of 20 heart failure patients carrying implants for cardiac resynchronization therapy. Adverse hemodynamic programming of the sensed and paced AV delay could be easily observed and replaced by the individual optimal duration in 3 patients (15%) VDD and DDD operation.This result proves the value of esophageal electrogram recording CRT follow-up.
Most E-Learning projects tend to separate learning activities from everyday work. This paper presents an approach where closer integration between learning and work is achieved by integrating multimedia services into manufacturing processes. The goal of E-Learning services integration in manufacturing is, through the development of new multimedia solutions, to accelerate and enhance the ability of manufacturing industry to capitalise on the emergence of a powerful global information infrastructure. In this paper we suggest to combine the areas of media streaming services and manufacturing processes, by providing electronic learning offerings as collections of media streaming services. The key components of our approach are 1) an xml based streaming service specification language, 2) automated configuration of distributed E-Learning streaming applications, 3) web services for searching, registration, and creation of E-Learning streaming services.
Experiences with a telecare platform integration of ZigBee sensors into a middleware platform
(2012)
The transformation of the building energy sector to a highly efficient, clean, decentralised and intelligent system requires innovative technologies like microscale trigeneration and thermally activated building structures (TABS) to pave the way ahead. The combination of such technologies however presents a scientific and engineering challenge. Scientific challenge in terms of developing optimal thermo-electric load management strategies based on overall energy system analysis and an engineering challenge in terms of implementing these strategies through process planning and control. Initial literature research has pointed out the need for a multiperspective analysis in a real life laboratory environment. To this effect an investigation is proposed wherein an analytical model of a microscale trigeneration system integrated with TABS will be developed and compared with a real life test-rig corresponding to building management systems. Data from the experimental analysis will be used to develop control algorithms using model predictive control for achieving the thermal comfort of occupants in the most energy efficient and grid reactive manner. The scope of this work encompasses adsorption cooling based microscale trigeneration systems and their deployment in residential and light commercial buildings.
Experimental and numerical investigations into the forming of tailored strips and tailored tubes
(2008)
Through the application of tailored strips and tailored tubes, the wall thickness of components can be manufactured in a load-optimised manner. Thus, it is also possible to optimise component weight. Prior to the application of tailored products, wall thicknesses and the respective degree of deformation as well as the welding seam position can be determined in a FEM (finite element method) simulation. These results are then verified in test series on transfer presses and tube bending machines, with the necessary tool adaptations being determined in the process. This results in weight and cost reductions for deep-drawn components and tube sections. Moreover, this means that especially with regard to tubes, multiple sections can be combined in one component. A feasibility study shows that the level of possible weight and cost savings depends on the respective component geometry and load situation. Additional costs for the production of tailored products and - if necessary - tool modifications also need to be considered. Thus, the amount of savings possible for a part can only be determined on an individual basis.
Narrowband Internet-of-Things (NB-IoT) is a 3rd generation partnership project (3GPP) standardized cellular technology, adopted for 5G and optimized for massive Machine Type Communication (mMTC). Applications are anticipated around infrastructure monitoring, asset management, smart city and smart energy applications. In this paper, we evaluate the suitability of NB-IoT for private (campus) networks in industrial environments, including complex cloud-based applications around process automation. An end-to-end system has been developed, comprising of a sensor unit connected to a NB-IoT modem, a base station (gNodeB) equipped with a beamforming array and a local (private) network architecture comprising a sensor management system in the edge cloud. The experimental study includes field tests in realistic industrial environments with latency, reliability and coverage measurements. The results show a good suitability of NB-IoT for process automation with high scalability, low-power requirements and moderate latency requirements.
Microscale trigeneration systems are highly flexible in their operation and thus offer the technical possibility for peak load shifting in building demand side management. However to harness their potential modern control methods such as model predictive control must be implemented for their optimal scheduling. In literature the need for experimental investigation of microscale trigeneration systems to identify typical characteristics of the components and their interactions has been identified. On a real-life setup control specific information of the components is collected and lessons learnt during commissioning of the equipment is shared. The data is analysed to draw the vital characteristics of the system and it will be used for creating models of the components that can be utilised for optimal control.
The precise positioning of mobile systems is a prerequisite for any autonomous behavior, in an industrial environment as well as for field robotics. The paper describes the set up for an experimental platform and its use for the evaluation of simultaneous localization and mapping (SLAM) algorithms. Two approaches are compared. First, a local method based on point cloud matching and integration of inertial measurement units is evaluated. Subsequent matching makes it possible to create a three-dimensional point cloud that can be used as a map in subsequent runs. The second approach is a full SLAM algorithm, based on graph relaxation models, incorporating the full sensor suite of odometry, inertial sensors, and 3D laser scan data.
The aim of this work is the application and evaluation of a method to visually detect markers at a distance of up to five meters and determine their real-world position. Combinations of cameras and lenses with different parameters were studied to determine the optimal configuration. Based on this configuration, camera images were taken after proper calibration. These images are then transformed into a bird's eye view using a homography matrix. The homography matrix is calculated with four-point pairs as well as with coordinate transformations. The obtained images show the ground plane un distorted, making it possible to convert a pixel position into a real-world position with a conversion factor. The proposed approach helps to effectively create data sets for training neural networks for navigation purposes.
The increasing diffusion of rapidly developing AI technologies led to the idea of the experiment to combine TRIZ-based automated idea generation with the natural language processing tool ChatGPT, using the chatbot to interpret the automatically generated elementary solution principles. The article explores the opportunities and benefits of a novel AI-enhanced approach to teaching systematic innovation, analyses the learning experience, identifies the factors that affect students' innovation and problem-solving performance, and highlights the main difficulties students face, especially in interdisciplinary problems.
Nowadays, the wide majority of Europeans uses smartphones. However, touch displays are still not accessible by everyone. Individuals with deafblindness, for example, often face difculties in accessing vision-based touchscreens. Moreover, they typically have few fnancial resources which increases the need for customizable, low-cost assistive devices. In this work-in-progress, we present four prototypes made from low-cost, every-day materials, that make modern pattern lock mechanisms more accessible to individuals with vision impairments or even with deafblindness. Two out of four prototypes turned out to be functional tactile overlays for accessing digital 4-by-4 grids that are regularly used to encode dynamic dot patterns. In future work, we will conduct a user study investigating whether these two prototypes can make dot-based pattern lock mechanisms more accessible for individuals with visual impairments or deafblindness.
The present work describes an extension of current slope estimation for parameter estimation of permanent magnet synchronous machines operated at inverters. The area of operation for current slope estimation in the individual switching states of the inverter is limited due to measurement noise, bandwidth limitation of the current sensors and the commutation processes of the inverter's switching operations. Therefore, a minimum duration of each switching state is necessary, limiting the final area of operation of a robust current slope estimation. This paper presents an extension of existing current slope estimation algorithms resulting in a greater area of operation and a more robust estimation result.
Extended Performance Measurements of Scalable 6LoWPAN Networks in an Automated Physical Testbed
(2015)
IPv6 over Low power Wireless Personal Area Networks, also known as 6LoWPAN, is becoming more and more a de facto standard for such communications for the Internet of Things, be it in the field of home and building automation, of industrial and process automation, or of smart metering and environmental monitoring. For all of these applications, scalability is a major precondition, as the complexity of the networks continuously increase. To maintain this growing amount of connected nodes a various 6LoWPAN implementations are available. One of the mentioned was developed by the authors' team and was tested on an Automated Physical Testbed for Wireless Systems at the Laboratory Embedded Systems and Communication Electronics of Offenburg University of Applied Sciences, which allows the flexible setup and full control of arbitrary topologies. It also supports time-varying topologies and thus helps to measure performance of the RPL implementation. The results of the measurements prove an excellent stability and a very good short and long-term performance also under dynamic conditions. In all measurements, there is an advantage of minimum 10% with regard to the average times, like global repair time; but the advantage with reagr to average values can reach up to 30%. Moreover, it can be proven that the performance predictions from other papers are consistent with the executed real-life implementations.
The German Weather Service (DWD) releases a heat warning, when the weather forecast provides a warm, humid, sunny, and windless weather condition during the next days. The heat stress is calculated by the so called Klima-Michel model. If the apparent air temperature exceeds ca. 32°C / 38°C, there is a strong / extreme heat stress. The smallest forecast area is each administrative district. As people (and especially the vulnerable population) stay most of the time indoors, the heat health warning system was extended by the prediction of heat stress in typical rooms. Therewith it is feasible to forecast the heat stress using a combination of the outdoor and indoor heat stress. The prediction for the indoor heat stress is based on the same weather forecast like the Heat Health Warning Systems (HHWS).and calculates the heat stress by the PMV-model (predicted mean vote). Based on a sophisticated data analysis and simulation study, realistic but summer-critical living situations were defined and implemented in the building simulation program ESP-r. As the simulation runs especially for extreme weather conditions, a simplified building model cannot be used. Standardized input/output routines and an adaptive handover of start values provide for short run times for each forecast area. Good building designs and urban planning provide effective measures to reduce heat stress in cities. However, we have to also pay attention to the present building stock under climate change and a higher heat-wave risk. The extended German HHWS provide information for the emergency services to support the social assistants during heat waves.
Wireless sensor networks have recently found their way into a wide range of applications among which environmental monitoring system has attracted increasing interests of researchers. Such monitoring applications, in general, don way into a wide range of applications among which environmental monitoring system has attracted increasing interests of researc latency requirements regarding to the energy efficiency. Also a challenge of this application is the network topology as the application should be able to be deployed in very large scale. Nevertheless low power consumption of the devices making up the network must be on focus in order to maximize the lifetime of the whole system. These devices are usually battery-powered and spend most of their energy budget on radio transceiver module. A so-called Wake-On-Radio (WoR) technology can be used to achieve a reasonable balance among power consumption, range, complexity and response time. In this paper, some designs for integration of WOR into IEEE 802.1.5.4 are to be discussed, providing an overview of trade-offs in energy consumption while deploying the WoR schemes in a monitoring system.
Wireless sensor networks have found their way into a wide range of applications among which environmental monitoring systems have attracted increasing interests of researchers. The main challenges for the applications are scalability of the network size and energy efficiency of the spatially distributed motes. These devices are mostly battery-powered and spend most of their energy budget on the radio transceiver module. A so-called Wake-On-Radio (WOR) technology can be used to achieve a reasonable balance among power consumption, range, complexity and response time. In this paper, a novel design for integration of WOR into IEEE802.1.5.4 is presented, which flexibly allows trade-offs in energy consumption between sender and receiver station, between real-time capability and energy consumption. For identical behavior, the proposed scheme is significantly more efficient than other schemes, which were proposed in recent publications, while preserving backward compatibility with standard IEEE802.15.4 transceivers.
Das hier vorgestellte System verbindet das neue Konzept der Peer-to-Peer-Navigation mit dem Einsatz von Augmented Reality zur Unterstützung von bettseitig durchgeführten externen Ventrikeldrainagen. Das sehr kompakte und genaue Gesamtsystem beinhaltet einen Patiententracker mit integrierter Kamera, eine Augmented-Reality-Brille mit Kamera und eine Punktionsnadel bzw. einen Pointer mit zwei Trackern, mit dessen Hilfe die Anatomie des Patienten aufgenommen wird. Die exakte Position und Richtung der Punktionsnadel wird unter Zuhilfenahme der aufgenommenen Landmarken berechnet und über die Augmented-Reality-Brille für den Chirurgen sichtbar auf dem Patienten dargestellt. Die Methode zur Kalibrierung der statischen Transformationen zwischen Patiententracker und daran befestigter Kamera beziehungsweise zwischen den Trackern der Punktionsnadel sind für die Genauigkeit sehr wichtig und werden hier vorgestellt. Das Gesamtsystem konnte in vitro erfolgreich getestet werden und bestätigt den Nutzen eines Peer-to-Peer-Navigationssystems.
Elastic constants of components are usually determined by tensile tests in combination with ultrasonic experiments. However, these properties may change due to e.g. mechanical treatments or service conditions during their lifetime. Knowledge of the actual material parameters is key to the determination of quantities like residual stresses present in the medium. In this work the acoustic nonlinearity parameter (ANP) for surface acoustic waves is examined through the derivation of an evolution equation for the amplitude of the second harmonic. Given a certain depth profile of the third-order elastic constants, the dependence of the ANP with respect to the input frequency is determined and on the basis of these results, an appropriate inversion method is developed. This method is intended for the extraction of the depth dependence of the third-order elastic constants of the material from second-harmonic generation and guided wave mixing experiments, assuming that the change in the linear Rayleigh wave velocity is small. The latter assumption is supported by a 3D-FEM model study of a medium with randomly distributed microcracks as well as theoretical works on this topic in the literature.
Eye-Tracking-Analyse des Betrachtungsverhaltens bei Micro-Präsentationen in der CAE-Ausbildung
(2015)
Die Zielsetzung des vorliegenden Beitrags ergibt sich aus der persönlichen Motivation der Autoren, das visuelle Verhalten und das Handeln vom jungen Ingenieur beim Micro-Präsentieren technischer Inhalte und Lösungsergebnisse in bildlicher und begrifflicher Form besser zu verstehen und somit effizienter unterstützen zu können. Dabei wurden mehrere Einzelpersonen aus dem Studiengang des Maschinenbaus der Hochschule Offenburg mit Hilfe der Eye-Tracking-Technick beobachtet. Die Probanden befinden sich im 6. Semester, sind im Alter von 21 bis 24 Jahren und zeichnen sich durch einen einheitlichen Ausbildungsstand aus. Die Versuchszeit für die Präsentation der Aufgabe betrug 100 Sekunden. Die Analyse der gewonnenen Daten dieser empirischen Laboruntersuchung erlaubt erste Einblicke in die visuelle Wahrnehmung technischer Objekte beim Vortragen.
Um Rückschlüsse auf das Vorgehen von Studierenden beim Lesen technischer Darstellungen ziehen zu können, wurden 49 Probanden aus dem Studiengang „Maschinenbau“ der Hochschule Offenburg bei ihrer Lösungssuche für eine zeichnerische Aufgabe mit Hilfe der Eyetracking-Technik beobachtet. Die Analyse der empirischen Untersuchungen legt die Vermutung nahe, dass die zunehmende Digitalisierung der Gesellschaft verstärkt zu einem punktuellen und flüchtigen Wahrnehmungsverhalten führen. Ruhe und Gelassenheit im Umgang mit Informationen gehen verloren, ebenso das Denken im Kontext. Nach Ansicht der Autoren sollte in der Ausbildung deshalb eine stärkere Konzentration auf die Grundbausteine und die grundlegenden Zusammenhänge des jeweiligen Fachgebietes, Entschleunigung, Förderung von Versteh-, Abstraktions- und Denkfähigkeit und auf der Motivation zur studentischen Eigenleistung liegen.
Facial image manipulation is a generation task where the output face is shifted towards an intended target direction in terms of facial attribute and styles. Recent works have achieved great success in various editing techniques such as style transfer and attribute translation. However, current approaches are either focusing on pure style transfer, or on the translation of predefined sets of attributes with restricted interactivity. To address this issue, we propose FacialGAN, a novel framework enabling simultaneous rich style transfers and interactive facial attributes manipulation. While preserving the identity of a source image, we transfer the diverse styles of a target image to the source image. We then incorporate the geometry information of a segmentation mask to provide a fine-grained manipulation of facial attributes. Finally, a multi-objective learning strategy is introduced to optimize the loss of each specific tasks. Experiments on the CelebA-HQ dataset, with CelebAMask-HQ as semantic mask labels, show our model’s capacity in producing visually compelling results in style transfer, attribute manipulation, diversity and face verification. For reproducibility, we provide an interactive open-source tool to perform facial manipulations, and the Pytorch implementation of the model.
In this paper we present the concept of the "KI-Labor Südbaden" to support regional companies in the use of AI technologies. The approach is based on the "Periodic Table of AI" and is extended with both new dimensions for sustainability, and the impact of AI on the working environment. It is illustrated on the basis of three real-world use cases: 1. The detection of humans with lowresolution infrared (IR) images for collaborative robotics; 2. The use of machine data from specifically designed vehicles; 3. State-of-the-art Large Language Models (LLMs) applied to internal company documents. We explain the use cases, thereby demonstrating how to apply the Periodic Table of AI to structure AI applications.
Mit gleichem kommunalem Mehrzweck-Fahrzeug (Abb. 1) wurden mehrere Fahrzyklen mit konventionellem Dieselantrieb und mit parallelem diesel-elektrischem Hybridantrieb simuliert. Aus den Ergebnissen der realen Fahrzyklen mit konventionellem Dieselmotorantrieb ließen sich die Kraftstoffeinsparpotenziale mit dem Hybridmotor und den verschiedenen Maßnahmen wie Start-Stopp, Rekuperation und Boost ermitteln. Selbst bei diesem Kommunalfahrzeug lassen sich Kraftstoffeinsparungen bis über 20 % nachweisen, obwohl die Fahrzyklen für Hybridanwendungen nicht besonders attraktiv sind. Deutlich höhere Potenziale liegen beispielsweise bei Gabelstaplern und Baumaschinen vor.
Brand-related-user-generated-content allows companies to achieve several important objectives, such as increasing sales and creating higher user engagement. In this paper a research framework is developed that provides an overview of the necessary processes to successfully use brand-related-user-generated-content. The framework also helps managers to understand the main motives of users when posting brand-related-user-generated-content. Expert interviews were carried out to validate the research framework. The results from the interviews support the proposed framework. Brand-related-user-generated-content can increase purchase intention and the community engagement. From a user’s perspective the opportunity to interact with a brand and be featured on official brand channels could be seen as the main motivation for creating brand-related-user-generated-content.
In this paper a practical way for fatigue life prediction of rubber products under multiaxial loads is shown. This is done by means of fracture mechanical concepts and the energy release rate as the failure criterion. Due to a FEA post-processor the potential energy release rate might be calculated at every material point supposed there was a crack. And therefore the risk of failure and with the help of a strain number curve the time to fatigue is able to be calculated by FEA. This concept is applied for an estimation of the life time of a test specimen with tensile loading from fatigue data of a shear loaded specimen of different design. This rather more theoretical concept of the energy release rate is complemented by experimental crack growth data by a Tear Fatigue Analyzer with its great advantage of reduction of testing time and costs compared to those of fatigue tests. For some materials a thorough characterization of crack growth and fatigue behavior is presented and is applied to estimate the time to fatigue by FEA for a real component under multiaxial loads.
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.
Viele hochbeanspruchte Bauteile müssen zur Erfüllung ihres konstruktiven Zwecks mit Durchdringungskerben versehen werden. Infolge der gegenseitigen Wechselwirkung gelten für die Kerbwirkung dieser Art von Mehrfachkerben andere Gesetzmäßigkeiten als bei Einzelkerben. Die Weiterentwicklung der Lehre von der Tragfähigkeitsberechnung höchstbeanspruchter Maschinenelemente macht es notwendig, sich mit der Durchdringungskerbwirkung eingehend zu befassen. Thum und Svenson [1] entwickelten im Jahr 1949 ein Näherungsverfahren zur Abschätzung der Formzahl an einem zugbelasteten Stab mit Durchdringungskerben. In vielen Lehrbüchern findet dieses Verfahren Anwendung. Aus heutiger Sicht erscheint die Eignung der aus diesem Ansatz erzielten Ergebnisse als dringend überprüfungswürdig. Das thum’sche Verfahren wird unter die Lupe genommen. Der hier vorliegende Beitrag präsentiert mit Hilfe der Finiten-Elemente-Methode (FEM) neue Untersuchungsergebnisse an zugbeanspruchten Stäben mit Halbkreisnut und überlagerter Querbohrung. Diese ergaben, dass die Berechnung nach [1] Lücken aufweist. Ihr Ansatz stellt für den heutigen Entwicklungsstand eine mit zu großen Abweichungen behaftete Näherungshypothese dar.
Der hier vorliegende Beitrag beschreibt die mit der Finite-Elemente-Methode (FEM) gewonnenen Untersuchungsergebnisse zur Bestimmung von Stützziffern und Kerbwirkungszahlen bei Getriebewellen. Es handelt sich dabei zum einen um die Kerbüberlagerung einer umlaufenden Halbkreisnut in Kombination mit überlagerter Querbohrung. Da zur Bestimmung der Stützwirkungszahlen die Berechnung der bezogenen Spannungsgradienten in Tiefenrichtung benötigt wird, wurden die Parameter der Kerbgeometrie (der Umlaufnutradius sowie der Querbohrungsdurchmesser) variiert. Als Ergebnis dieser Arbeit wurde festgehalten, dass sich die Formzahl infolge der Durchdringungskerbe im Vergleich zur Formzahl einer Einzelkerbe (z. B. Umlaufnut oder Querbohrung) erhöht und dementsprechend erhöht sich die Kerbwirkungszahl deutlich im Vergleich zu einer Einzelkerbe. Die numerisch erfassten Kerbwirkungszahlen
an den erforschten Durchdringungskerben wurden mit analytischen Ansätzen aus der Fachliteratur verglichen. Entsprechende Diagramme und Zahlenwerte werden zur Abschätzung der Kerbwirkungs- und Stützzahlen je nach Belastungsart Torsion, Biegung und Zug/Druck angegeben.
Die bisherigen Forschungen [1] im Bereich der Entlastungen von den örtlichen Spannungskonzentrationen in den Sicherungsringnuten beschränken sich auf glatte Vollwellen. Über die Abschwächung der Kerbwirkung von Sicherungsringnuten bei Zahn- und Keilwellen lagen bisher keine systematischen Untersuchungen und keine ausreichend gesicherten Ergebnisse vor. Deshalb wurden Untersuchungen zur Ermittlung der entlastenden Wirkung der Spannungsformzahlen von SR-Nuten bei Zahnwellen durchgeführt. Diese erfolgen mittels der Finite-Elemente-Methode (FEM) für die Belastungsarten Zug/Druck, Biegung und Torsion. Eine Formzahlreduktion von ca. 35% in der SR-Nut konnte bei Biegung und Zug/Druck realisiert werden. Bei Torsion beträgt diese ca. 30 % nach der NSH bzw. 12% nach der GEH gegenüber der originalen Kerbgeometrie ohne Entlastungsnuten. Die gewonnenen Ergebnisse erweitern die qualitativen und quantitativen Erkenntnisse über die Entlastung von der mehrfachen Kerbwirkung.
Der vorliegende Beitrag beschreibt erste Untersuchungsergebnisse an Wellenabsätzen mit im Kerbgrund überlagerter Schrägbohrung, mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode (FEM). Als Beispiel hierfür können Walzen mit Heizkanälen in Walzwerken, Turbinen- und Kurbelwellen genannt werden. Es ist nicht bekannt, welche Spannungserhöhung die Schrägbohrung im Wellenabsatz hervorruft. In den Normen oder Richtlinien sind keine Angaben über Formzahlen für diese Kerbkombination vorhanden. Deshalb werden die Formzahlen für unterschiedliche schräggebohrte Wellenabsätze je Belastungsart ermittelt, ausgewertet und entsprechende Formzahldiagramme und Gestaltungshinweise angegeben.
Der hier vorliegende Beitrag beschreibt erste Untersuchungsergebnisse mit der Finite-Elemente-Methode (FEM) zur Kerbspannungsanalyse an Durchdringungskerben bei Getriebewellen. Es handelt sich dabei um eine Umlaufnut sowie einen Wellenabsatz mit jeweils überlagerter Querbohrung. In beiden Fällen wird die Bohrung im Bereich der maximalen Spannungskonzentration der Umlaufnut bzw. des Wellenabsatzes angebracht. Entsprechende Formzahldiagramme werden angegeben und neue Näherungsgleichungen für eine genauere Formzahlberechnung je nach Belastungsart Torsion, Biegung und Zug/Druck aufgestellt. Die neu gewonnenen FEM-Ergebnisse erweitern die qualitativen und quantitativen Erkenntnisse über die in der Literatur vorhandenen Berechnungsverfahren und werden als Grundlage für weitere Untersuchungen zu dem bislang wenig erforschten Thema „räumliche Durchdringungskerbwirkung“ und deren Entlastung verwendet.
Der hier vorliegende Beitrag beschreibt erste Untersuchungsergebnisse mit der Finite-Elemente-Methode (FEM) zur Entlastung der Kerbspannungen an Getriebewellen mit Durchdringungskerben. Es handelt sich bei den Kerben um eine Umlaufnut mit überlagerter Querbohrung und um einen Wellenabsatz mit überlagerter Querbohrung. Die neu entwickelte Entlastungskerbe erweitert die üblichen Möglichkeiten zur Entlastung von Durchdringungskerben und ermöglicht bedeutende Spannungsreduktionen bis etwa 48% bei Biegung oder Zug/Druck. Die Entlastung bei Torsionsbelastung beträgt maximal etwa 18%. Es wurden Spannungsdiagramme der variierten Entlastungsnutparameter erstellt und Formeln zur näherungsweisen Berechnung der zu erwartenden Spannungen in der Durchdringungskerbe und in der Entlastungsnut ermittelt, zudem werden Empfehlungen zur Gestaltung der Entlastungskerbe gegeben. Dieser Beitrag bietet eine Grundlage zur weiteren Untersuchung zum Thema „räumliche Durchdringungskerben“ und deren Entlastung.
Die scharfkantig eingestochenen Sicherungsringnuten (SR-Nut) in Profilwellen (Zahn- und Keilwellen) bewirken höhere Kerbwirkung. Diese ergibt sich infolge der Überlagerung zwischen SR-Nutradius und Zahnfussradius speziell bei Torsionsbeanspruchung unter Beachtung der Einflüsse der Zähnezahl z, des Bezugsdurchmessers dB und des Moduls m. Eine Möglichkeit zur Minderung dieser Kerbwirkung besteht in der absichtlichen Anbringung von umlaufenden Zusatzkerben, symmetrisch vor und hinter der nach DIN 471 genormte Hauptkerbe. Die vorliegende Arbeit soll einen weiteren Beitrag zu dem noch wenig erforschten Thema "Entlastungsnuten an Profilwellen" bringen. Der Beitrag beschreibt die numerischen Ergebnisse einer ersten Untersuchung, die bei der Entlastung von SR-Nuten auf Zahnwellen bei Zug/Druck, Biegung und Torsion entstehen. Die Ermittlung der entlastenden Wirkung erfolgt mittels der Finite-Elemente-Methode (FEM). Die Untersuchung der Kerbformzahlen und ihrer Verringerung in Abhängigkeit von den geometrischen Parametern der Zahnwelle der SR-Nut und der Entlastungkerbe sowie die daraus optimierten Ergebnisse stellen dabei das zentrale Thema dar. Die Ergebnisse werden als Diagramme und Gestaltungshinweise angegeben. Die Untersuchungen zeigen, dass sich mithilfe von Entlastungskerben mit den optimalen Geometrieverhältnissen Spannungsformzahlreduktionen bis zu ca 35% bei Zug/Druck oder Biegung bzw. ca 30% bei Torsion ermöglichen lassen. Die erzielte Entlastungswirkung ist vom Kerbtiefenverhältnis, von der Form und Lage der Entlastungsnut, vom Bundlängenverhaltnis, vom Kerbabstand zwischen Nutradius und Zahnfussradius sowie von der Belastungsart abhängig.
In diesem Beitrag wird die Anwendbarkeit von bereits in der Literatur beschriebenen und in der Praxis bewährten Entlastungsgeometrien für Wellenabsätze auf Zahnwellen mit freiem Auslauf mit der Methode der Finiten Elemente FEM untersucht. Dabei zeigte sich, dass eine direkte Verwendung der bestehenden Vorschläge nicht immer möglich war. Deshalb wurden diese Entlastungsnuten und -übergänge für eine beanspruchungsgerechte Anwendung im Bereich der Zahnwellen modifiziert und optimiert. Basierend auf den dabei erzielten Ergebnissen wurden neue konstruktive Möglichkeiten zur günstigsten Ausprägung der freien Auslaufgestaltung entwickelt und erforscht. Der beobachtete merkliche Abfall der Kerbspannung infolge von Entlastungsmöglichkeiten soll dem Konstrukteur einen Anlass geben, diese häufiger anzuwenden. Die Industrie, insbesondere kleinere Betriebe, können mithilfe der in diesem Aufsatz vorliegenden Erkenntnisse durch optimierte Dimensionierung der Profiwellen Kosten und Bauteilgewicht sparen.
Die hohen Anforderungen vor allem an Drehmoment übertragende und mehrfachgekerbte Profilwellen im konstruktiven Umfeld moderner Maschinen zwingen uns, der Frage der Kerbwirkungen sowie Maßnahmen zu deren Milderung erhöhte Aufmerksamkeit zu widmen. Während die Kerbwirkung der geometrischen Einzelkerben bereits recht eingehend erforscht ist, liegen wesentlich komplexere Verhältnisse bei Mehrfachkerben vor, die durch die gegenseitige Beeinflussung mehrerer benachbarter Kerben entstehen. Der hier vorliegende Beitrag beschreibt erste Untersuchungsergebnisse mit der Finite-Elemente-Methode (FEM) zur gegenseitigen Wechselwirkung zweier Kerbformen "Sicherungsringnut und Zahnfußrundung" bei Zahnwellen mit Evolventenflanken nach DIN 5480. Diese Kerbkombination tritt in der Praxis häufig auf. Entsprechende Formzahldiagramme und Gestaltungshinweise werden angegeben und Näherungsformeln für die genauere Formzahlbestimmung je nach Belastungsart aufgestellt.
In the field of network security, the detection of possible intrusions is an important task to prevent and analyse attacks. Machine learning has been adopted as a particular supporting technique over the last years. However, the majority of related published work uses post mortem log files and fails to address the required real-time capabilities of network data feature extraction and machine learning based analysis [1-5]. We introduce the network feature extractor library FEX, which is designed to allow real-time feature extraction of network data. This library incorporates 83 statistical features based on reassembled data flows. The introduced Cython implementation allows processing individual packets within 4.58 microseconds. Based on the features extracted by FEX, existing intrusion detection machine learning models were examined with respect to their real-time capabilities. An identified Decision-Tree Classifier model was thus further optimised by transpiling it into C Code. This reduced the prediction time of a single sample to 3.96 microseconds on average. Based on the feature extractor and the improved machine learning model an IDS system was implemented which supports a data throughput between 63.7 Mbit/s and 2.5 Gbit/s making it a suitable candidate for a real-time, machine-learning based IDS.
FHOP-Mikroprozessor-Kernel
(1995)
Previous studies of the hyphenation of gas chromatographic separation and spectrophotometric detection in the ultraviolet wavelength range between 168 and 330 nm showed a high potential for applications where the analysis of complex samples is required. Within this paper the development of a state-of-the-art detection system for compounds in the vapour phase is described, offering an improved behaviour compared to previous systems: Dependent on the requirements of established detection systems hyphenated with gas chromatography, the main components of the system have to be designed for optimum performance and reliability of the spectrophotometric detector: A deuterium lamp as a broadband light source has been selected for improved stability in the measurements. A new-type absorption cell based on fiber-optics has been developed considering the dynamic necessary to compete with existing techniques. In addition, the influence of the volume of the cell on the chromatogram needs to be analyzed. Tests for determining the performance of the absorption cell in terms of chemical and thermal influences have been carried out. A new spectrophotometer with adequate spectral resolution in the wavelength range, offering improved stability and dynamic for an efficient use in this application was developed. Furthermore, the influence of each component on the performance, reliability and stability of the sensor system will be discussed. An overview and outlook over the potential applications in the environmental, scientific and medical field will be given.
The identification and quantification of compounds in the gas phase becomes of increasing interest in the context of environmental protection, as well as in the analytical field. In this respect, the high extinction coefficients of vapours and gases in the ultraviolet wavelength region allow a very sensitive measurement system. In addition, the increased performance of the components necessary for setting up a measurement system, such as fibres, light sources and detectors has been improved. In particular the light sources and detectors offer improved stability, and the deep UV performance and solarisation resistance of fused silica fibres allow have been significantly optimized in the past years. Therefore a compact and reliable detection system with high measuring accuracy is developed. Within this paper possible applications of the system under development and recent results will be discussed.
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.
The aim of this study is to identify indicators at country level that could prove useful in improving the effectiveness of fraud detection in European Structural and Investment Funds. The chapter analyses EU funds, belonging to the period 2014–2020, from and the study suggests the convenience of tracking funds, especially in countries with higher GDP and higher transparency levels, and the lesser relevance of the number of irregularities for countries with higher GDP and those receiving larger funds. Fraud and fraud detection rates in individual funds vary significantly across states. Federal states, such as the Federal Republic of Germany, are comparatively successful in detecting fraud in EU funds.
In this paper, we describe a first publicly available fine-grained product recognition dataset based on leaflet images. Using advertisement leaflets, collected over several years from different European retailers, we provide a total of 41.6k manually annotated product images in 832 classes. Further, we investigate three different approaches for this fine-grained product classification task, Classification by Image, by Text, as well as by Image and Text. The approach "Classification by Text" uses the text extracted directly from the leaflet product images. We show, that the combination of image and text as input improves the classification of visual difficult to distinguish products. The final model leads to an accuracy of 96.4% with a Top-3 score of 99.2%. We release our code at https://github.com/ladwigd/Leaflet-Product-Classification.
Increasing power density causes increased self-generation of harmonics and intermodulation. As this leads to violations of the strict linearity requirements, especially for carrier aggregation (CA), the nonlinearity must be considered in the design process of RF devices. This raises the demand of accurate simulation models. Linear and nonlinear P-Matrix/COM models are used during the design due to their fast simulation times and accurate results. However, the finite element method (FEM) is useful to get a deeper insight in the device's nonlinearities, as the total field distributions can be visualized. The FE method requires complete sets of material tensors, which are unknown for most relevant materials in nonlinear micro-acoustics. In this work, we perform nonlinear FEM simulations, which allow the calculation of nonlinear field distributions of a lithium tantalate based layered SAW system up to third order. We aim at achieving good correspondence to measured data and determine the contributions of each material layer to the nonlinear signals. Therefore, we use approximations circumventing the issue of limited higher order tensor data. Experimental data for the third order nonlinearity is shown to validate the presented approach.
Die Wichtigkeit des Faches FEM ist sicher unumstritten. Um in der gegebenen Zeit eine ausreichende Einarbeitung in die Methode und die Uebung am Rechner durchfuehren zu koennen, ist der Einsatz eines auf PC lauffaehigen FE-Lernprogramms eine gute Hilfe. Sind die Grundlagen da, weiss der Student, welche Eingaben bei einem FE-Programm zu machen sind. Fuer manche Fachgebiete genuegt schon die Arbeit mit einem solchen Programm. Sind entsprechende Uebungen mit dem Lernprogramm erfolgt, kann auf professionellen Programmen wie z.B. CAEDS das Zusammenspiel CAD/FEM ernsthaft betrieben werden. Es sollte ein Fachsemester ausgesucht werden, in dem CAD und FE angeboten wird. Dieses Fachsemester sollte, um den Nutzen der FEM in moeglichst vielen Fachgebieten zu haben, zum Ende des Grundstudiums, spaetestens aber zu Beginn des Hauptstudiums liegen.
The fisheye camera has been widely studied in the field of ground based sky imagery and robot vision since it can capture a wide view of the scene at one time. However, serious image distortion is a major drawback hindering its wider use. To remedy this, this paperproposes a lens calibration and distortion correction method for detecting clouds and forecasting solar radiation. Finally, the radial distortion of the fisheye image can be corrected by incorporating the estimated calibration parameters. Experimental results validate the effectiveness of the proposed method.
This paper presents the competence-, business- and research-orientated education approach Fit4PracSis (= Fit for Practice and Sciences). Fit4PracSis is designed for freshman students in interdisciplinary engineering degree programs. It is an education concept, which is establishing a relationship to the future profession and scientific work during the introductory study phase. The freshman students will be early trained in important skills, which are necessary for the successful achievement of the final degree and the future business and research activities.
Flexible Three-dimensional Camera-based Reconstruction and Calibration of Tracked Instruments
(2016)
Navigated instruments commonly include applied parts, e.g. burrs or saw blades, that need to be calibrated with respect to the attached or integrated tracker. Since this calibration has to be very precise, it is often performed by the manufacturer. However, due to the great variety of instruments and the option to exchange the applied parts (e.g. burrs) there is a definite demand for flexible and generic calibration techniques. Furthermore, if we look into the medical field, there is also a need for calibrating sterile instruments. We propose a new and flexible camera-based calibration technique that addresses these demands by working contactlessly, precisely, and generically for a large variety of tracked instruments. This is realized using one or more tracked cameras which are calibrated with respect to an attached or integrated tracker. The tracked instrument is rotated in front of the camera(s) and its 3D geometry and surface are reconstructed from the 2D images in the coordinate system of the attached or integrated tracker. The 3D geometry of the navigated instrument was reconstructed with an accuracy of under 0.2 mm. The radius of a sphere-shaped instrument was reconstructed with an RMS deviation of 0.015mm.
Capture threshold (CT) for transesophageal left atrial (LA) pacing (TLAP) and transesophageal left ventricular (LV) pacing (TLVP) with conventional cylindrical electrodes (CE) are higher than TLAP feeling threshold (FT). Purpose of the study was to evaluate focused TLAP CT and FT for supraventricular tachycardia (SVT) initiation and focused TLVP CT for cardiac resynchronisation therapy (CRT) simulation.
Methods: SVT initiation in patients (P) with palpitations (n=49, age 47 ± 17 years) was analysed during spontaneous rhythm and during focused bipolar TLAP with atrial constant current stimulus output, distal CE and three or seven 6 mm hemispherical electrodes (HE) (TO, Osypka AG, Rheinfelden, Germany). CRT simulation in heart failure P (n=75, age 62 ± 11 years) was evaluated by focused bipolar TLAP and/or TLVP with ventricular constant voltage stimulus output and different pacing mode.
Results: Focused electrical pacing field between CE and HE (n=28) allowed low threshold TLAP with 8.0 ± 2.6 mA CT at 9.9 ms stimulus duration (SD) which was lower than 9.2 ± 4.5 mA FT at 9.9 ms SD. Focused electrical pacing field between HE and HE (n=21) allowed low threshold TLAP with 8.1 ± 2.2 mA CT at 9.9 ms SD which was lower than 9.8 ± 5.0 mA FT at 9.9 ms SD. SVT initiation by programmed AAI TLAP was possible in 23 P and not possible in 26 P. CRT simulation was evaluated with TLAP and TLVP with VAT, D00 and V00 pacing mode and 95.5 ± 10.9 V TLVP CT at 4.0 ms SD.
Conclusions: Programmed focused AAI TLAP allowed initiation of SVT with very low CT and high FT and focused electrical pacing field between CE-HE and HE-HE.CRT simulation with focused TLAP and/or TLVP with VAT, D00 and V00 pacing mode may be a useful technique to detect responders to CRT.