Energetische Auslegung von drahtlosen, energieautarken Sensorknoten:
Gespeichert in:
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| Format: | Abschlussarbeit Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Garbsen
TEWISS Verlag
[2018]
|
| Schriftenreihe: | Berichte aus dem IPH
Band 1/2018 |
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|---|---|
| adam_text | INHALTSVERZEICHNIS
ABBILDUNGSVERZEICHNIS
.............................................................................................
VII
TABELLENVERZEICHNIS
...................................................................................................
X
FORMELZEICHEN
UND
ABKUERZUNGEN
...........................................................................
XII
1
EINLEITUNG
.....................................................................................................................
1
1.1
INSTANDHALTUNGSSTRATEGIEN
..................................................................................
1
1.2
DRAHTLOSE
SENSORNETZWERKE
..............................................................................
4
1.3
CONDITION
MONITORING
IM
MARITIMEN
UMFELD
......................................................
7
1.4
RESULTIERENDE
PROBLEMSTELLUNG
.........................................................................
8
2
STAND
DER
WISSENSCHAFT
.............................................................................................
9
2.1
ZUSTANDSUEBERWACHUNG
MIT
DRAHTLOSEN
SENSORNETZWERKEN
............................
9
2.2
MODELLE
ZUR
AUSLEGUNG
VON
DRAHTLOSEN,
ENERGIEAUTARKEN
SENSORKNOTEN
.... 10
2.3
ENERGY
HARVESTING
............................................................................................
12
2.3.1
PHOTONISCHE
ENERGIEWANDLUNG
.............................................................
14
2.3.2
KINETISCHE
ENERGIEWANDLUNG
................................................................
16
2.3.3
THERMISCHE
ENERGIEWANDLUNG
.............................................................
20
2.3.4
ENERGIEWANDLUNG
ELEKTROMAGNETISCHER
STRAHLUNG
.............................
24
2.4
RECHENEINHEIT
FUER
DRAHTLOSE,
ENERGIEAUTARKE
SENSORKNOTEN
........................
25
2.5
FUNKTECHNOLOGIEN
FUER
DRAHTLOSE,
ENERGIEAUTARKE
SENSORKNOTEN
...................
27
2.6
POWERMANAGEMENT
.........................................................................................28
2.7
VORHANDENE
SYSTEME
ZUR
ZUSTANDSUEBERWACHUNG
IM
MARITIMEN
UMFELD
..
.29
2.8
FAZIT
...................................................................................................................
30
3
MOTIVATION
UND
ZIELSETZUNG
......................................................................................32
4
ENERGETISCHE
MODELLBILDUNG
FUER
DRAHTLOSE,
ENERGIEAUTARKE
SENSORIK
...................34
4.1
ARCHITEKTUR
........................................................................................................34
4.2
ENERGY
HARVESTING
SYSTEME
...........................................................................
35
4.2.1
TEILMODELL
PHOTOVOLTAISCHE
ENERGY
HARVESTING
SYSTEME
...................
36
4.2.2
TEILMODELL
THERMISCHE
ENERGY
HARVESTING
SYSTEME
.......................... 38
4.2.3
TEILMODELL
KINETISCHE
ENERGY
HARVESTING
SYSTEME
...........................
40
4.2.4
ZUSAMMENFASSUNG
TEILMODELL
ENERGY
HARVESTING
SYSTEM
..............
42
4.3
TEILMODELL
POWERMANAGEMENT
.......................................................................43
4.4
TEILMODELL
LASTSCHALTUNG
................................................................................
45
4.4.1
SENSORIK
................................................................................................
47
4.4.2
DATENVERARBEITUNG
...............................................................................
49
4.4.3
DRAHTLOSE
KOMMUNIKATION
....................................................................
51
4.4.4
ZUSAMMENFASSUNG
TEILMODELL
LASTSCHALTUNG
....................................
52
4.5
SLEEP-MODUS
....................................................................................................53
4.6
ENERGIEZWISCHENSPEICHER
...............................................................................
53
4.7
MODELL
ZUR
ENERGETISCHEN
AUSLEGUNG
DRAHTLOSER,
ENERGIEAUTARKER
SENSORKNOTEN
...................................................................................................56
4.8
SOFTWARETECHNISCHE
UMSETZUNG
.....................................................................57
4.8.1
SOFTWARETECHNISCHE
ANFORDERUNGEN
.....................................................
57
4.8.2
UMSETZUNG
EINES
SOFTWARE-DEMONSTRATORS
........................................
59
5
AUFBAU
EINER
ZUSTANDSUEBERWACHUNG
VON
SCHIFFSGETRIEBEN
....................................
63
5.1
ANFORDERUNGEN
AN
EIN
SYSTEM
ZUR ZUSTANDSUEBERWACHUNG
VON
SCHIFFSGETRIEBEN
...............................................................................................
63
5.2
ANALYSE
DER
TECHNOLOGISCHEN
UMGEBUNGSBEDINGUNGEN
..............................
68
5.3
ENERGIEVERSORGUNG
...........................................................................................
70
5.3.1
KINETISCHE
ENERGY
HARVESTER
...............................................................
71
5.3.2
THERMOELEKTRISCHE
ENERGY
HARVESTER
................................................. 72
5.4
ELEKTRISCHE
LASTELEMENTE
................................................................................
77
5.4.1
SENSORIK
DER
SENSORKNOTEN
................................................................. 77
5.4.2
RECHENEINHEIT
DER
SENSORKNOTEN
........................................................
78
5.4.3
ZUSAETZLICHE
LASTELEMENTE
DER
SENSORKNOTEN
......................................78
5.4.4
FUNKTECHNOLOGIE
DER
SENSORKNOTEN
.....................................................79
5.4.5
ABLAUF
DER
LASTSCHALTUNG
......................................................................
80
5.5
POWERMANAGEMENT
DER
SENSORKNOTEN
...........................................................82
5.6
RESULTIERENDE
ENERGIEBEDARF
DER
SENSORKNOTEN
.........................................84
5.7
ENERGIEBILANZ
DER
SENSORKNOTEN
.....................................................................
85
5.7.1
ENERGIEZWISCHENSPEICHER
DER
SENSORKNOTEN
......................................
85
5.7.2
BERECHNUNG
DER
ZYKLUSZEITEN
DER
SENSORKNOTEN
...............................
87
5.8
HARDWARETECHNISCHE
UMSETZUNG
....................................................................88
5.9
ZUSAMMENFASSUNG
DER
UMSETZUNG
...............................................................
90
6
VALIDIERUNG
DES
MODELLS
...........................................................................................92
6.1
LABORUNTERSUCHUNGEN
......................................................................................92
6.1.1
VERSUCHSAUFBAU
.....................................................................................92
6.1.2
FUNKTIONALE
RESULTATE
DER
LABORVERSUCHE
..........................................
94
6.1.3
ENERGETISCHE
RESULTATE
DER
LABORUNTERSUCHUNGEN
............................ 96
6.1.4
MESSTECHNISCHE
ERGEBNISSE
DER
LABORUNTERSUCHUNGEN
................... 98
6.1.5
FAZIT.....
................................................................................................
102
6.2
VALIDIERUNG
AM
SCHIFFSGETRIEBEPRUEFSTAND
......................................................
103
6.2.1
VERSUCHSAUFBAU
UND
UMGEBUNGSBEDINGUNGEN
AM
SCHIFFSGETRIEBEPRUEFSTAND
.....................................................................
104
6.2.2
MESSDATEN
AM
SCHIFFSGETRIEBEPRUEFSTAND
..........................................
106
6.2.3
ENERGETISCHE
MESSERGEBNISSE
AM
SCHIFFSGETRIEBEPRUEFSTAND
.........
107
6.2.4
ANALYSE
DER
SCHWINGUNGSDATEN
AM
SCHIFFSGETRIEBEPRUEFSTAND
___
110
6.3
VALIDIERUNG
WAEHREND
DES
SCHIFFSBETRIEBS
.....................................................
115
6.3.1
VERSUCHSAUFBAU
IM
SCHIFFSRUMPF
.......................................................
116
6.3.2
MESSDATEN
DES
PRAKTISCHEN
TESTS
AUF
DEM
SCHIFF
...........................
117
6.4
FAZIT
DER
PRAKTISCHEN
VERSUCHE
.....................................................................
119
7
ZUSAMMENFASSUNG
UND
AUSBLICK
...........................................................................
121
6
LITERATURVERZEICHNIS
................................................................................................
124
|
| adam_txt |
INHALTSVERZEICHNIS
ABBILDUNGSVERZEICHNIS
.
VII
TABELLENVERZEICHNIS
.
X
FORMELZEICHEN
UND
ABKUERZUNGEN
.
XII
1
EINLEITUNG
.
1
1.1
INSTANDHALTUNGSSTRATEGIEN
.
1
1.2
DRAHTLOSE
SENSORNETZWERKE
.
4
1.3
CONDITION
MONITORING
IM
MARITIMEN
UMFELD
.
7
1.4
RESULTIERENDE
PROBLEMSTELLUNG
.
8
2
STAND
DER
WISSENSCHAFT
.
9
2.1
ZUSTANDSUEBERWACHUNG
MIT
DRAHTLOSEN
SENSORNETZWERKEN
.
9
2.2
MODELLE
ZUR
AUSLEGUNG
VON
DRAHTLOSEN,
ENERGIEAUTARKEN
SENSORKNOTEN
. 10
2.3
ENERGY
HARVESTING
.
12
2.3.1
PHOTONISCHE
ENERGIEWANDLUNG
.
14
2.3.2
KINETISCHE
ENERGIEWANDLUNG
.
16
2.3.3
THERMISCHE
ENERGIEWANDLUNG
.
20
2.3.4
ENERGIEWANDLUNG
ELEKTROMAGNETISCHER
STRAHLUNG
.
24
2.4
RECHENEINHEIT
FUER
DRAHTLOSE,
ENERGIEAUTARKE
SENSORKNOTEN
.
25
2.5
FUNKTECHNOLOGIEN
FUER
DRAHTLOSE,
ENERGIEAUTARKE
SENSORKNOTEN
.
27
2.6
POWERMANAGEMENT
.28
2.7
VORHANDENE
SYSTEME
ZUR
ZUSTANDSUEBERWACHUNG
IM
MARITIMEN
UMFELD
.
.29
2.8
FAZIT
.
30
3
MOTIVATION
UND
ZIELSETZUNG
.32
4
ENERGETISCHE
MODELLBILDUNG
FUER
DRAHTLOSE,
ENERGIEAUTARKE
SENSORIK
.34
4.1
ARCHITEKTUR
.34
4.2
ENERGY
HARVESTING
SYSTEME
.
35
4.2.1
TEILMODELL
PHOTOVOLTAISCHE
ENERGY
HARVESTING
SYSTEME
.
36
4.2.2
TEILMODELL
THERMISCHE
ENERGY
HARVESTING
SYSTEME
. 38
4.2.3
TEILMODELL
KINETISCHE
ENERGY
HARVESTING
SYSTEME
.
40
4.2.4
ZUSAMMENFASSUNG
TEILMODELL
ENERGY
HARVESTING
SYSTEM
.
42
4.3
TEILMODELL
POWERMANAGEMENT
.43
4.4
TEILMODELL
LASTSCHALTUNG
.
45
4.4.1
SENSORIK
.
47
4.4.2
DATENVERARBEITUNG
.
49
4.4.3
DRAHTLOSE
KOMMUNIKATION
.
51
4.4.4
ZUSAMMENFASSUNG
TEILMODELL
LASTSCHALTUNG
.
52
4.5
SLEEP-MODUS
.53
4.6
ENERGIEZWISCHENSPEICHER
.
53
4.7
MODELL
ZUR
ENERGETISCHEN
AUSLEGUNG
DRAHTLOSER,
ENERGIEAUTARKER
SENSORKNOTEN
.56
4.8
SOFTWARETECHNISCHE
UMSETZUNG
.57
4.8.1
SOFTWARETECHNISCHE
ANFORDERUNGEN
.
57
4.8.2
UMSETZUNG
EINES
SOFTWARE-DEMONSTRATORS
.
59
5
AUFBAU
EINER
ZUSTANDSUEBERWACHUNG
VON
SCHIFFSGETRIEBEN
.
63
5.1
ANFORDERUNGEN
AN
EIN
SYSTEM
ZUR ZUSTANDSUEBERWACHUNG
VON
SCHIFFSGETRIEBEN
.
63
5.2
ANALYSE
DER
TECHNOLOGISCHEN
UMGEBUNGSBEDINGUNGEN
.
68
5.3
ENERGIEVERSORGUNG
.
70
5.3.1
KINETISCHE
ENERGY
HARVESTER
.
71
5.3.2
THERMOELEKTRISCHE
ENERGY
HARVESTER
. 72
5.4
ELEKTRISCHE
LASTELEMENTE
.
77
5.4.1
SENSORIK
DER
SENSORKNOTEN
. 77
5.4.2
RECHENEINHEIT
DER
SENSORKNOTEN
.
78
5.4.3
ZUSAETZLICHE
LASTELEMENTE
DER
SENSORKNOTEN
.78
5.4.4
FUNKTECHNOLOGIE
DER
SENSORKNOTEN
.79
5.4.5
ABLAUF
DER
LASTSCHALTUNG
.
80
5.5
POWERMANAGEMENT
DER
SENSORKNOTEN
.82
5.6
RESULTIERENDE
ENERGIEBEDARF
DER
SENSORKNOTEN
.84
5.7
ENERGIEBILANZ
DER
SENSORKNOTEN
.
85
5.7.1
ENERGIEZWISCHENSPEICHER
DER
SENSORKNOTEN
.
85
5.7.2
BERECHNUNG
DER
ZYKLUSZEITEN
DER
SENSORKNOTEN
.
87
5.8
HARDWARETECHNISCHE
UMSETZUNG
.88
5.9
ZUSAMMENFASSUNG
DER
UMSETZUNG
.
90
6
VALIDIERUNG
DES
MODELLS
.92
6.1
LABORUNTERSUCHUNGEN
.92
6.1.1
VERSUCHSAUFBAU
.92
6.1.2
FUNKTIONALE
RESULTATE
DER
LABORVERSUCHE
.
94
6.1.3
ENERGETISCHE
RESULTATE
DER
LABORUNTERSUCHUNGEN
. 96
6.1.4
MESSTECHNISCHE
ERGEBNISSE
DER
LABORUNTERSUCHUNGEN
. 98
6.1.5
FAZIT.
.
102
6.2
VALIDIERUNG
AM
SCHIFFSGETRIEBEPRUEFSTAND
.
103
6.2.1
VERSUCHSAUFBAU
UND
UMGEBUNGSBEDINGUNGEN
AM
SCHIFFSGETRIEBEPRUEFSTAND
.
104
6.2.2
MESSDATEN
AM
SCHIFFSGETRIEBEPRUEFSTAND
.
106
6.2.3
ENERGETISCHE
MESSERGEBNISSE
AM
SCHIFFSGETRIEBEPRUEFSTAND
.
107
6.2.4
ANALYSE
DER
SCHWINGUNGSDATEN
AM
SCHIFFSGETRIEBEPRUEFSTAND
_
110
6.3
VALIDIERUNG
WAEHREND
DES
SCHIFFSBETRIEBS
.
115
6.3.1
VERSUCHSAUFBAU
IM
SCHIFFSRUMPF
.
116
6.3.2
MESSDATEN
DES
PRAKTISCHEN
TESTS
AUF
DEM
SCHIFF
.
117
6.4
FAZIT
DER
PRAKTISCHEN
VERSUCHE
.
119
7
ZUSAMMENFASSUNG
UND
AUSBLICK
.
121
6
LITERATURVERZEICHNIS
.
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