Smart Sensors

Die Lehrveranstaltung "Smart Sensors" beschäftigt sich mit dem Aufbau und dem Entwurf von Sensoren und Sensorsystemen, in denen die Messgrößenerfassung, die Signalaufbereitung und Signalverarbeitung sowie die Kommunikation in einem Gehäuse vereinigt wird. Für die einfache Kommunikation von und mit Sensoren sowie deren problemlose Austauschbarkeit sind offene und netzwerkunabhängige, aber dennoch standardisierte Schnittstellen erforderlich. Kennzeichnend für solche Systeme ist die möglichst weitgehende Realisierung der geforderten Funktionen und Eigenschaften durch Digital- und Mikroprozessoren. Dies sorgt einerseits für einen hohen Grad an Reproduzierbarkeit bei geringen Fertigungskosten und andererseits für außerordentliche Flexibilität bei der Wahl der zur Signalverarbeitung verwendeten Algorithmen. Darüber hinaus können im "elektronischen Datenblatt" (herstellerspezifische) Informationen zur Sensoridentifikation, Kalibrierung, Korrektur, etc. abgelegt werden. Aus all diesen Möglichkeiten erwächst aber auch die Pflicht, das Verhalten aller Systemkomponenten sowie die typischen Verläufe von Störungen und Einflussgrößen weitgehend durch mathematische Modelle zu beschreiben und zur Simulation des Systemverhaltens sowie zur sensornahen Signalverarbeitung zu nutzen. Diese Aspekte werden in der Vorlesung "Smart Sensors" ausführlich behandelt. Des Weiteren wird detailliert betrachtet, wie aufgrund der vielfältigen Möglichkeiten die Statuskontrolle, die Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses, die Unterstützung der Kalibrierung, die Selbstüberwachung bis hin zur Sicherung der Zuverlässigkeit durch automatische Selbstkalibrierung sowie die Abschätzung und Verringerung der Messunsicherheiten durchgeführt werden können. Abgerundet wird die Vorlesung durch die ausführliche Darstellung ausgewählter Beispiele für "Smart Sensors".

• Die Studierenden sind mit den Entwicklungen und Problemen der Standardisierung von "Smart Sensors" sowie der erforderlichen Schnittstellen vertraut und kennen die wichtigsten Konzepte und Normen.
• Die Studierenden haben ein vertieftes Verständnis für das Verhalten linearer und nichtlinearer Übertragungsglieder sowie die typischen Eigenschaften ihrer Zusammenschaltung und sind in der Lage, Übertragungsstrukturen gezielt zur sensornahen Signalverarbeitung zu nutzen.
• Die Studierenden haben vertiefte Kenntnisse der Modellierung des realen Verhaltens von Sensoren einschließlich der experimentellen Bestimmung der Modellparameter.
• Die Studierenden verstehen die Details des systemischen Zusammenwirkens von äußeren Störungen sowie der durch Fertigungsstreuungen, Einflussgrößen und Alterung verursachten Unsicherheit der Modellparameter zur Messunsicherheit des Systems und sind in der Lage, die Zuverlässigkeit und Lebensdauer von "Smart Sensors" abzuschätzen.
• Die Studierenden können die durch das Messprinzip gegebenen Möglichkeiten und Grenzen zur Statuskontrolle bzw. zur Selbstüberwachung am konkreten Beispiel untersuchen und die dazu gehörigen Messschaltungen und Auswertealgorithmen entwerfen.

• Kenntnisse der Elektrotechnik, Messtechnik, Mathematik und Physik.

Schriftliche Prüfung