Fakultät Elektrotechnik und Informationstechnik (E+I) (bis 03/2019)
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The Metering Bus, also known as M-Bus, is a European standard EN13757-3 for reading out metering devices, like electricity, water, gas, or heat meters. Although real-life M-Bus networks can reach a significant size and complexity, only very simple protocol analyzers are available to observe and maintain such networks. In order to provide developers and installers with the ability to analyze the real bus signals easily, a web-based monitoring tool for the M-Bus has been designed and implemented. Combined with a physical bus interface it allows for measuring and recording the bus signals. For this at first a circuit has been developed, which transforms the voltage and current-modulated M-Bus signals to a voltage signal that can be read by a standard ADC and processed by an MCU. The bus signals and packets are displayed using a web server, which analyzes and classifies the frame fragments. As an additional feature an oscilloscope functionality is included in order to visualize the physical signal on the bus. This paper describes the development of the read-out circuit for the Wired M-Bus and the data recovery.
Bei der Produktion von Solarzellen aus multikristallinem Silizium haben Defekte aus der Kristallisationsphase starken Einfluss auf die Materialqualität der Wafer und damit auf den Wirkungsgrad der späteren Solarzelle. Ein Verständnis des Kornwachstums in multikristallinem Silizium während des Kristallisationsprozesses kann zur Optimierung desselben beitragen. In dieser Arbeit werden Methoden untersucht, optische Flüsse zwischen Korngrenzenbildern multikristalliner Si-Wafer mittels neuronaler Netze zu berechnen. Hierfür wird die Architektur eines ausgereiften faltungsbasierten neuronalen Netzes zur optischen Fluss-Berechnung genutzt und durch angepasstes Training auf Waferstrukturen zugeschnitten. Dies umfasst die Synthese eigener, auf Waferbilder basierender Trainingsdaten und das Training mit einer angepassten Fehlerfunktion zur Bewertung der Zuordnungsgenauigkeit von Körnern zwischen Wafern durch den optischen Fluss. Beide Maßnahmen zusammen führen zu einer Reduktion des Zuordnungsfehlers von Körnern zwischen Waferbildern um 45 % gegenüber einem hochoptimierten, auf allgemeine optische Flüsse trainierten Modell basierend auf demselben Netzwerk. Die geschätzte Zuordnungsgenauigkeit des besten Modells beträgt 92,4 % der Pixel der Korngrenzenbilder eines Wafers. Weiteres Verbesserungspotenzial ist vorhanden.
In letzter Zeit sind einige neue, hochintegrierte Einchip-Radarsensoren auf den Markt gekommen. Die enormen Fortschritte im Bereich des autonomen Fahrens hat diese Sensoren hervorgebracht. Mit ihnen lassen sich diverse Anwendungen, wie zum Beispiel eine Abstandsmessung, Kollisionserkennung oder Geschwindigkeitserfassung realisieren.
Für die Nutzung eines solchen modernen Radarsensors spricht viel, jedoch besitzen alle eine differenzielle Ausgangsschnittstelle, die nicht mit den üblichen Mikrocontrollersystemen eingelesen werden kann. Darum war das Ziel der Arbeit, die Entwicklung eines Schnittstellenwandlers auf einem Low-Power-FPGA, zur Anbindung eines Radarchips an einen klassischen Mikrocontroller.
Der Lösungsweg war demnach schon vorgegeben, es folgte die konkrete Umsetzung mit der Modellierung der Hardware in VHDL. Der FPGA liest die differenzielle Schnittstelle ein, parallelisiert die Daten und speichert sie zwischen. Sobald die Messdaten vollständig sind, können sie über die serielle SPI-Schnittstelle angefordert werden. Als Gegenstelle kommt ein Mikrocontroller zum Einsatz, der die Messdaten wiederum gemäß eines definierten Protokolls zur Auswertung an einen Computer weiterleitet.
Die Machbarkeit dieser Anwendung wurde kontrolliert, indem die Messdaten vom Radarchip, übermittelt durch den FPGA und Mikrocontroller, auf dem Computer mithilfe eines Analyseprogramms bewertet wurden. Die Auswertung der Messergebnisse entspricht in vollem Umfang den Erwartungen. Der Ressourcenverbrauch im FPGA wurde hierbei ebenfalls als kritisch betrachtet, was sich im Nachhinein jedoch nicht bestätigte. Es ist sogar das Gegenteil der Fall, mit den übrigen freien Ressourcen steht einer möglichen Signalverarbeitung nichts im Wege.
Die vorliegende Bachelor-Thesis ist bei der Firma AUMA in Müllheim in der Abteilung Testingentstanden.
Diese Arbeit ist in zwei Teile unterteilt. Im ersten Teil wird näher auf den Entwurf eines Motorenprüfstands und dessen Realisierung eingegangenen, während sich der zweite Teil damit befasst, wie dieser für die Ausbildung – und die Einarbeitung in Mess- und Steuerungstechnik – von Auszubildenden genutzt werden soll. In diesem Versuchsaufbau wird vorrangig ein Gleichstrommotor getestet.
Die Begründung für die Erstellung eines Motoren-Bremsprüfstands liegt darin, dass es eine der Hauptaufgaben der Abteilung Testing ist, in Labor-Prüfeinrichtungen Antriebe der AUMA Gruppe zu testen. Diese Prüfeinrichtungen arbeiten in der Regel mit gefährlichen Spannungen und dürfen nur von Fachkräften in Betrieb genommen werden. In Zukunft sollen Auszubildende im Zuge einer praxisnahen und handlungsorientierten Ausbildung die Möglichkeit haben, sich selbstständig in die Bereiche der Mess- und Steuerungstechnik einzuarbeiten.
Mit dem realisierten Motoren-Bremsprüfstand ist es in der Abteilung Testing möglich, in Zukunft Auszubildende ressourcenschonend und in einem gefahrenfreien Umfeld in die Aufgaben der Abteilung Testing einzuarbeiten. Somit reduziert sich die benötigte Einarbeitungszeit, in der ein Mitarbeiter die Auszubildenden betreuen muss. Mit dem gebauten Prüfstand können Auszubildende die Charakteristik eines Gleichstrommotors verstehen und die Messmethoden, zur Erfassung von Drehmoment, Drehwinkel, Temperatur, sowie elektrische Größen, anwenden. Diese Erkenntnisse lassen sich optimal auf größere Prüfstände übertragen und bereiten die Auszubildenden auf spätere Aufgaben im Unternehmen AUMA und der Abteilung Testing vor.
Since direct current high energy shock fulguration was initially performed in the mid 1980s, ablation of cardiac arrhythmias has come to widespread use. Today the most frequently used energy source for catheter ablation is radio frequency (RF). It was the German engineer Peter Osypka who made available the HAT 100 as the first simple commercial RF ablator.
Nevertheless, in the first years of ablation, physicians were effectively working in the dark. Until today with an increasing understanding of arrhythmia mechanisms, both at the atrial and ventricular levels, this curative technology has made tremendous progress. Now, due to crucial improvement of RF ablation generators, temperature and contact force sensor catheters in combination with non-flouroscopic electroanatomical mapping technologies, computerized temperature and impedance controlled radiofrequency catheter ablation can be used to cure all types of arrhythmias including atrial and ventricular fibrillation. For the latter, cooled ablation by saline solution irrigated catheters has been developed to a widely used standard method. This procedure resulting in pulmonary vein isolation requires transseptal puncture and is technically demanding. Nevertheless, it has shown to be more effective than antiarrhythmic drug therapy.
While earliest RF ablations were performed with non-steerable catheters, today are used steerable sensor catheters without or with external and internal cooling and tips of 4mm or 8mm length. Further innovations like integration of mapping and cardiac imaging give exact information of the number of pulmonary veins and branching patterns and help to correlate electrical signals with anatomical structures.
The magnetic navigation significantly improved the success rates and safety of catheter ablation. Thus, in most cases RF catheter ablation has developed in the treatment of supraventricular arrhythmias from an alternative approach to drug therapy into the first therapeutic choice providing low complication rates.
In future, robotic navigation will further simplify procedures and reduce radiation exposure of this curative approach.
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.