Gasmesssysteme basierend auf Halbleitergassensoren für sicherheitskritische Anwendungen mit dem Ansatz der Sensorselbstüberwachung:
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Aachen
Shaker
2011
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| Series: | Aktuelle Berichte aus der Mikrosystemtechnik
19 |
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INHALT
INHALT
1 EINLEITUNG 1
2 GASMESSSYSTEME FUER SICHERHEITSKRITISCHE ANWENDUNGEN 7
2.1 ANWENDUNGSSPEKTRUM FUER SICHERHEITSKRITISCHE ANWENDUNGEN 8
2.2 BRANDERKENNUNG UNTER TAGE 14
2.2.1 AUFGABENSTELLUNG UND MOTIVATION 15
2.2.2 STATE-OF-THE-ART DER BRANDERKENNUNG UNTER TAGE 17
2.2.3 BRANDFRUEHERKENNUNG AUF BASIS VON ETHEN 20
3 GRUNDLAGEN ....25
3.1 SENSOREN 25
3.1.1 HALBLEITERGASSENSOREN 25
3.1.2 FEUCHTESENSOREN 29
3.1.3 DURCHFLUSSSENSOREN 33
3.2 BETRIEBSWEISE VON HALBLEITERGASSENSOREN 35
3.2.1 TEMPERATURZYKLISCHER BETRIEB 35
3.2.2 IMPEDANZMESSUNG 37
3.3 SIGNALVERARBEITUNG UND AUSWERTEMETHODEN 38
3.3.1 DATENVORVERARBEITUNG 39
3.3.2 MERKMALSEXTRAKTION 40
3.3.3 DIMENSIONSREDUKTION 46
3.3.4 KLASSIFIZIERUNG 49
3.3.5 KUENSTLICHE NEURONALE NETZE 52
4 MESSTECHNISCHE KOMPONENTEN 55
BIBLIOGRAFISCHE INFORMATIONEN HTTP://D-NB.INFO/1013797701
DIGITALISIERT DURCH
IMAGE 2
II INHALT
4.1 GASMISCHANLAGE 55
4.2 MESSPLATTFORMEN FUER DEN TEMPERATURZYKLISCHEN BETRIEB 56
4.2.1 GASTON 56
4.2.2 PUMAH 57
4.3 IO-KARTE 59
4.4 IMPEDANZMESSUNG 60
4.4.1 IMPEDANZMESSPLATZ 60
4.4.2 IDENTIFIKATION DER SENSORANTWORT 61
5 KONFIGURATION EINES MESSSYSTEMS ZUR BRANDERKENNUNG UNTER TAGE 67
5.1 AUSWAHL VON HALBLEITERGASSENSOREN 68
5.1.1 VORAUSWAHL ANHAND VON DATENBLAETTERN 69
5.1.2 SZENARIEN ZUR CHARAKTERISIERUNG 69
5.1.3 STATISCHE SENSORCHARAKTERISIERUNG 70
5.2 AUSWAHL DES TEMPERATURZYKLUS 75
5.2.1 TEMPERATURDYNAMIK 76
5.2.2 TESTMESSUNG DES TEMPERATURZYKLUS 78
5.3 DATENVORVERARBEITUNG UND MERKMALSEXTRAKTION 79
5.3.1 ZYKLUSMITTELWERTNORMIERUNG UND STANDARDMERKMALE 80
5.3.2 APPROXIMATION MITTELS LEGENDREPOLYNOMEN 82
5.4 AUSWERTEALGORITHMUS 88
5.4.1 MESSZENARIO 88
5.4.2 INFORMATIONSGEHALT DER DATEN 91
5.4.3 HIERARCHISCHE ALARMENTSCHEIDUNG 92
5.4.4 EVALUATION DER ERGEBNISSE 98
5.5 STELLUNGNAHME DER DEKRA/EXAM ZUM MESSSYSTEM 100
IMAGE 3
INHALT
5.6 ANSATZ DER KALIBRIERUNG 101
5.6.1 MOTIVATION UND RAHMENBEDINGUNGEN 101
5.6.2 ALGORITHMUS ZUR KALIBRIERUNG 102
5.6.3 EVALUIERUNG DES ALGORITHMUS ZUR KALIBRIERUNG 106
5.7 EVALUATION IN LABORTESTS 109
5.7.1 MESSAUFBAU UND-ABLAUF 109
5.7.2 ERGEBNISSE DER KOHLEVERBRENNUNG 112
6 REALISIERUNG EINES FELDERPROBUNGSSYSTEM 117
6.1 AUFBAU DES GASMESSSYSTEMS 118
6.1.1 SENSOREN 118
6.1.2 SENSORKAMMERN 122
6.1.3 KOMPLETTER AUFBAU 124
6.2 MESSSCHRANK UND KOMMUNIKATION 124
7 FELDERPROBUNG UNTER TAGE 129
7.1 ERGEBNISSE DER FELDERPROBUNG UNTER TAGE 131
7.2 TEST DER KALIBRIERUNG 136
7.3 LANGZEITVERHALTEN DES FELDERPROBUNGSSYSTEMS 139
7.3.1 OPTISCHE BEGUTACHTUNG DES FELDERPROBUNGSSYSTEMS 140
7.3.2 MESSUNGEN ZUR BEGUTACHTUNG DES FELDERPROBUNGSSYSTEMS 142
7.4 FAZIT DER
FELDERPROBUNG..............................................................................
147
8 ANSATZ ZUR SENSORSELBSTUEBERWACHUNG 149
8.1 MOTIVATION 149
8.2 SZENARIEN DER SENSORVERGIFTUNG 150
IMAGE 4
IV INHALT
8.3 IMPEDANZSPEKTROSKOPIE 151
8.3.1 MESSUNGEN 152
8.3.2 SIGNALVERARBEITUNG 156
8.4 SELBSTUEBERWACHUNGSSTRATEGIE 157
8.5 UEBERTRAGUNG AUF BRANDERKENNUNG UNTER TAGE 160
9 REALISIERUNGSKONZEPT EINER LOW-COST IMPEDANZMESSUNG 163
9.1 MESSAUFBAU UND SENSORIDENTIFIKATION 164
9.1.1 MESSAUFBAU 164
9.1.2 AUSWAHL EINES SIGNALS 167
9.1.3 VERGLEICHSMESSUNGEN 174
9.1.4 KOMBINATION MIT TEMPERATURZYKLUS 176
9.2 MERKMALSEXTRAKTION 181
9.2.1 STATISCHE IMPEDANZMESSUNG 181
9.2.2 TEMPERATURZYKLISCHE IMPEDANZMESSUNG 184
9.3 INTEGRATION IN EINEM FPGA BASIERTEN SYSTEM 186
9.3.1 SIGNALERZEUGUNG UND AUFBEREITUNG 188
9.3.2 SIGNALERFASSUNG UND -VERARBEITUNG 191
9.3.3 REALISIERUNGSKONZEPT 193
10 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 195
LITERATUR UND QUELLENVERZEICHNIS 201
EIGENE VEROEFFENTLICHUNGEN 221
ANHANG 225
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