Study of purpose and limits of Energy-Harvesters to supply radio moduls for the wireless measurement technology

Diplomarbeit

Beendet: 2010-02-17

Von: Fabian Hofacker und Christian Peskov
Betreuer:

• Prof. Dr.-Ing. Klaus Vogt, TFH / Wissenschaftsbereich Elektro- und Informationstechnik
• Prof. Dr.-Ing. Bernd vom Berg, TFH /Wissenschaftsbereich Elektro- und Informationstechnik

Ziel dieser Diplomarbeit war das Aufzeigen von Möglichkeiten und Grenzen von Energie-Harvestern zur Speisung von Funk-Modulen in der drahtlosen Messtechnik. Die zugrundeliegenden, schon lange bekannten physikalischen Effekte zur Energieumwandlung in elektrische Energie erleben zurzeit eine technische Renaissance. Der Grund dafür ist die Weiterentwicklung dieser Wandlungsprozesse und der stetig sinkende Energieverbrauch von elektronischen Geräten. Zum Erhalt eines Überblicks über die zur Verfügung stehenden Techniken und Anwendungsmöglichkeiten wurde eine Marktanalyse vollzogen. Die Marktanalyse war die Grundlage für die Auswahl exemplarischer Geräte. So wurden Harvester verschiedener Wirkprinzipien und zwei verschiedene Ansätze von Funktechniken auf ihre Energie-kenndaten hin untersucht. Die Gegenüberstellung der Energieerträge der Harvester unter verschiedenen Voraussetzungen und der Energiebedürfnisse der Funkeinheiten bei verschiedenen Nutzungsprofilen führten zu Aussagen über die Möglichkeit Harvester als Energiequelle für Funkübertragungssysteme zu verwenden. Im Laufe dieser Arbeit sind auf den Webseiten der Hersteller laufend Veränderungen im Produktportfolio aufgetreten. Abschließend wird ein Ausblick auf mögliche, erwartete oder schon angekündigte Entwicklungen im Zusammenhang mit dem Mikro-Energie-Harvesting.

Abstract:

The purpose of this work has been to demonstrate the possibilities and limits of Energy-Harvesters to supply radio moduls for the wireless measurement technology. The underlying, well known physical effects to transform energy into electrical energy are experiencing a Renaissance. This is due to the development of the conversion process and the ever-decreasing energy consumption of electronic devices. To get a overview of the available technologies and possible applications a market analysis was preformed. The market analysis was background for the selection of exemplary devices. Thereupon Harvesters of different active principles and two different types of radio technology were reviewed for their energy characteristics. The comparison of the energy earnings of the Harvesters under different conditions and the energy needs of the radio technologies at various usage profiles led to statements about the possibility to supply the radio systems with power from the Harvester. In the course of this work many changes happened to the product portfolios of manufacturers as shown on their web pages. . Finally, an outlook on possible, expected or announced developments in conjunction with Micro-Energy-Harvesting was given. 

Feasibility study for the construction of a draft master specification for the development of transferring operating data world wide which are adapted to hydraulic attachments of excavators in consideration of existing system platforms

Diplomarbeit

Beendet: 2009-01-15

Von: Felix Salzinger
Betreuer:

• Prof. Dr.-Ing. Klaus Vogt, TFH / Wissenschaftsbereich Elektro- und Informationstechnik
• Dipl.-Ing. (FH) Jörn Jakob Weise, Atlas Copco Construction Tools GmbH

Die Firma Atlas Copco Construction Tools GmbH mit Sitz in Essen hat vor einigen Jahren das immer wichtiger werdende Thema der Überwachung und Aufzeichnung von Betriebsparametern erkannt und aufgegriffen. Das so genannte „Remote Monitoring“ stellt einen wichtigen Nutzen sowohl für den Kunden als auch für den Hersteller dar. Durch eine verbesserte Überwachung der Produkte, wie Hydraulikhämmer der mittleren Gewichtsklasse (MB-Reihe) und der hohen Gewichtsklasse (HB-Reihe), weiterhin Zangen und Pulverisierer wird eine genauer geplante und früher greifende Wartung ermöglicht. Die aufgenommenen Betriebsdaten wie Arbeitsstunden, Öldruck und Positionsdaten, sollten auf Grund des weit verzweigten, weltweiten Einsatzes der Atlas Copco-Werkzeuge drahtlos übertragen und über eine Internetplattform ausgewertet werden können. Das Projekt eine solche Betriebsdatenübertragung zu realisieren, weist sowohl einige technische, als auch einige die Kosten betreffende Schwierigkeiten auf, die mit Hilfe der vorliegenden Arbeit bewertet und in einigen Lösungsszenarien beschrieben werden sollen. Weiterhin werden konkrete Lösungsvorschläge entwickelt und formuliert, die auf ihre Umsetzbarkeit geprüft und bewertet werden. Die Arbeit ist in Form einer Projektstudie nach DIN 69905:1997-05: „Projektwirtschaft Projektabwicklung Begriffe“: 3.93 Projektstudie (Machbarkeitsstudie) angelegt. Sie ist ein Teil des Gesamtprojektes „Betriebsdatenerfassung“ und soll bereits bestehende Lösungsansätze mit einer Weiterentwicklung verknüpfen.

Abstract:

The company Atlas Copco Construction Tools GmbH based in Essen, Germany has recognized and taken up the issue of monitoring and recording operating parameters, a matter that is becoming more and more important. The so-called “remote monitoring” constitutes an important advantage for the customer as well as for the manufac-turer. By means of an improved monitoring of the products like hydraulic breakers of a medium weight category (MB series) and a high weight category (HB series) and furthermore scrap cutters and bulk pulverizers a more accurately planned maintenance at an early stage will be made possible. Gathered operating data like working hours, oil pressure and position data could be transmitted wirelessly and analyzed through an internet platform based on the widely branched use of Atlas Copco tools world wide. The project to implement such a transfer of operating data holds some technical difficulties as well as difficulties concerning expenses, which will be evaluated and described in a number of solution scenarios within this thesis. Furthermore, concrete solution suggestions will be developed and formulated, which will be tested and evaluated for their feasibility. This thesis is arranged in form of a feasibility study according to DIN 69905:1997-05: “Projektwirtschaft Projek-tabwicklung Begriffe”: 3.93 Projektstudie (Machbarkeitsstudie). It is part of the overall project “operating data compilation” and aims at linking existing solution approaches to a further development.

Analysis of HF propagation and optimisation of aerial systems for under-ground WLAN infrastructures

Diplomarbeit

Beendet: 2007-05-29

Von: Uljfet Ademi
Betreuer:

• Prof. Dr.-Ing. Klaus Vogt, TFH / Wissenschaftsbereich Elektro- und Informationstechnik
• Dipl.-Ing. Heinz Schütte, DSK / Embigence

Die vorliegende Diplomarbeit behandelt Untersuchungen der elektromagnetischen Wellenausbreitung im untertägigen Grubengebäude mit Hilfe der WLAN- Technik im Frequenzbereich 2,4GHz mit diversen Antennen unterschiedlicher Polarisation. Das Ziel ist es, mit den verfügbaren WLAN- Antennen, bezogen auf die jeweilige Umgebung, eine maximale Reichweite bei sicherer Informationsübertragung und ohne Funklöcher zu erreichen. Anhand der zahlreichen Messreihen wurde die Signalstärke mit unterschiedlichen Antennenpositionierungen an verschiedenen Streckenbereichen unter Berücksichtigung der vorhandenen Einbauten und des anwesenden Personals analysiert. Der optimale Anbringungspunkt des Accesspoints hinsichtlich optimaler Auswahl der WLAN- Antenne und Antennenpositionierung wurde anhand der analysierten Messergebnisse bestimmt. Das Ausbreitungsverhalten der elektromagnetischen Wellen ist effektiver mit Hilfe der Rundstrahlantenne in Kurvenbereichen und rechtwinkligen Einmündungen. Mit Hilfe der Richtantenne in gerade verlaufenden Strecken auf einer optimal eingesetzten Höhe und mit einem entsprechenden Neigungswinkel erreicht man eine sehr gute Signalausbreitung innerhalb der Streckenlänge. Es wurden Empfehlungen für eine flächendeckende Funkabdeckung innerhalb der Streckenbereiche gegeben, damit die Zahl der eingesetzten Accesspoints und Antennen innerhalb der untertägigen Streckenbereiche minimiert werden mit den Ziel, Kosten zu senken.

Abstract:

The present thesis deals with analyses of electromagnetic wave propagation in underground mine workings with the aid of WLAN systems in the 2.4GHz frequency range, using diverse aerials of dif-ferent polarization. The aim, using the WLAN aerials available, is to achieve maximum range and reliable transmission of information, without any dead zones, in relation to the environment at the time. The signal strength was analysed on the basis of numerous series of measurements in various parts of galleries and tunnels with differently positioned aerials, taking into account the installations and personnel present. The best arrangement for the access point in terms of optimum selection of the WLAN aerial and aerial positioning was determined on the basis of the analysed measurement data. The propagation behaviour of the electromagnetic waves is more effective with the aid of an omni-directional aerial at bend locations and right-angled junctions. Very good signal propagation is achieved within straight galleries and tunnels with the aid of a directional aerial installed at an opti-mally adjusted height and suitable angle of inclination. Recommendations for blanket radio coverage within the gallery and tunnel areas were given so that the number of access points and aerials in-stalled within underground gallery and tunnel areas are minimised, with the aim of reducing costs.

Determination of the measurement uncertainty in the telecom laboratory of TÜV Rheinland Japan for the test results according to the standards TBR 21, TS 103 021, ES 201 187, EG 201 121 und TBR 38

Diplomarbeit

Beendet: 2004-08-13

Von: Bernhard Eickhoff
Betreuer:

• Prof. Dr.-Ing. Günter Karrasch, TFH / Wissenschaftsbereich Elektro- und Informationstechnik
• Professor Dr. Klaus Vogt, TFH / Wissenschaftsbereich Elektro- und Informationstechnik
• Dipl.-Ing. Martin Zietz, Firma TÜV Rheinland Japan Ltd.

1993 wurde mit dem Standard ISO „Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement“ (GUM) erstmals ein international einheitliches Verfahren zur Angabe der Messunsicherheit veröffentlicht. In der Diplomarbeit wurde unter Anwendung dieser Prinzipien die Messunsicherheit für die Prüfergebnisse von Endgeräten des öffentlichen analogen Telefonnetzes ermittelt.

Die Prüfungen werden dabei mit dem modular aufgebauten, automatisierten Meßsystem AMS A der Firma ESP Telekom durchgeführt. Auf die Unsicherheit der Messergebnisse wird durch die zur Verfügung stehenden Informationen von Hersteller, Kalibrierreporten und Messreihen geschlossen. Letztere berücksichtigen ebenfalls die spezifischen Messabweichungen des Einsatzortes.

Bei der individuellen Betrachtung zu jeder Prüfung wurde die in den Messreihen beobachteten Messabweichungen berücksichtigt. Die ermittelten Abweichungen stellten keine signifikante Vergrößerung der kombinierten Unsicherheit dar.

Abstract:

Coinciding with the publication of the ISO GUM standard, the first international paper on the topic of uncertainty became available. Giving consideration to the new principles of measurement uncertainty in the testing of terminal equipment of the public switched telephone network (PSTN), a new statement had been determined.

The measurement is realized by use of a modular, automated measurement system AMS A from ESP Telekom. With this method, uncertainty information is deduced from manufacturer’s specifications, calibration reports and various measurements. An investigation of the measured deviations shall enable one to reconsider interference with reference to the specific measurement environment.

Each standard’s test case is reflected separately with respect to its influencing uncertainties before these are combined in an uncertainty budget. The observed deviations were also reconsidered. The resultant combined uncertainties didn’t demonstrate significant influence due to the observed deviations.

Analysis of the transmit time of a STM-1 Signal in matrix components of the Alcatel Optinex family

Diplomarbeit

Beendet: 2004-02-27

Von: Lars Kroll
Betreuer:

• Prof. Dr.-Ing. Günter Karrasch, TFH / Wissenschaftsbereich Elektro- und Informationstechnik
• Dipl.-Ing. (FH) Jürgen Mikolas, Deutsche Telekom

Im Rahmen der Diplomarbeit wurden Laufzeiten im SDH-Regionalnetz der Deutschen Telekom AG gemessen. Eine Testleitung wurde so definiert, dass sie stellvertretend für ein typisches Regionalnetz stehen konnte. Bei der Einarbeitung in die Technologie der SDH Netzelemente der Firma Alcatel wurde besonders der Aufbau der Koppelfelder betrachtet. Weiterhin wurden die Grundlagen für die Bestimmung der Laufzeiten auf optischen Übertragungsmedien erarbeitet.

In Zusammenarbeit mit einem großen Messgerätehersteller konnten die Grundlagen der in diesem Bereich eingesetzten Messverfahren zum Erfassen von Laufzeiten bestimmt werden. Durch unterschiedliche Messungen wurden aussagekräftige Ergebnisse erzielt. Die Interpretation der gemessenen Werte erlaubte das Aufzeigen von Zusammenhängen zwischen Laufzeiten und mehreren Ursachen.

Abstract:

The diploma thesis is about measuring the transmit time in the SDH network of the Deutsche Telekom AG. The SDH standard is a european version of the american Sonet technology. The measurement was realized in an area along with network elements by the Alcatel Optinex family. A test circuit was designed to support the possibility of connecting or disconnecting different sections without any risk of endangering the customers’ linkage. To be informed of the technologies of modern matrix architectures (three-stage clos matrix) and the influence in optical transmission media on the transmit time; it was necessary to interpret these results. With all these information and the measuring system results I had the opportunity to define a relation between transmit times to several reasons.