Sensors in smart-item environments capture data about product conditions and usage to support business decisions as well as production automation processes. A challenging issue in this application area is the restricted quality of sensor data due to limited sensor precision and sensor failures. Moreover, data stream processing to meet resource constraints in streaming environments introduces additional noise and decreases the data quality. In order to avoid wrong business decisions due to dirty data, quality characteristics have to be captured, processed, and provided to the respective business task. However, the issue of how to efficiently provide applications with information about data quality is still an open research problem. In this article, we address this problem by presenting a flexible model for the propagation and processing of data quality. The comprehensive analysis of common data stream processing operators and their impact on data quality allows a fruitful data evaluation and diminishes incorrect business decisions. Further, we propose the data quality model control to adapt the data quality granularity to the data stream interestingness.

Multifunctional polymer fibers with strain and liquid sensing capabilities were fabricated and characterized. The Hansen Solubility Parameters (HSPs) were used as a tool for selecting a suitable polymer to employ as matrix for the sensing material before fiber fabrication. The addition of conductive carbon particles to a polymer matrix provides it with sensing capabilities, such as against tensile strain and the presence of liquids as it was evaluated in this work. Multiwall carbon nanotubes (MWCNTs, MW) as well as a mixture of carbon black (CB) and MWCNTs in weight concentration of 1:1 were used as conductive fillers. The route followed to achieve electrically conductive polymer fibers necessary for sensing evaluations was a combined process of melt-mixing and subsequent melt-spinning. Melt-mixing and melt-spinning are processing techniques widely used in the polymer industry that could enable the up-scaling of the fibers developed in this work. Additionally to single component fibers, bi-component (BICO) fibers consisting of a polycarbonate (PC)+CB+MW sheath and a neat PC core were also fabricated, characterized and their performance was compared to the single component fibers. The state of dispersion of the carbon nanoparticles (CNPs) as well as tensile behavior, electrical resistivity, strain and liquid sensing properties of the composite fibers were evaluated. Finally a specific fiber composition with potential to be used as sensing material for mechanical strain and liquid exposition was proposed to be tested under two real situations (strain monitoring of a rigid structure and leakage detection of a chemical substance). Sensing fibers as the developed in this work have many potential applications such as real-time deformation and structural health monitoring and early cracking detection of any kind of structure. On the other hand, fibers able to sense the presence of liquids can perceive the leakage of chemicals that are hazardous to life. Moreover, this technology can also be applied in smart clothing manufacture by combining sensing fibers with flexible woven electronics.

Defects such as cracks, overlaps and impressions occur during the production of press-hardened car body components. At present, these types of defects are counteracted in the industrial environment by costly visual inspections carried out by humans. Due to the poor efficiency of visual inspection compared to automated inspection and the risk of defects not being detected, the use of AI-based smart vision sensors is being evaluated in order to enable an automated component inspection process with their help. For the realisation of the test, the most relevant defect types deformation, crack and overlap are identified using a Pareto analysis.

Bei der Herstellung pressgehärteter Karosseriebauteile treten Fehler wie Risse, Überlappungen und Abdrücke auf. Gegenwärtig wird diesen Fehlerarten im industriellen Umfeld durch kostenaufwändige, von Menschen durchgeführte Sichtkontrollen entgegengewirkt. Aufgrund des schlechten Wirkungsgrades der visuellen Prüfung gegenüber einer automatisierten Prüfung und der Gefahr des Nichterkennens von Fehlern, wird der Einsatz von KI-basierten Smart-Vision-Sensoren evaluiert, um mit deren Hilfe einen automatisierten Bauteilprüfprozess zu ermöglichen.

Aufgrund der Altersstruktur der Brücken in Deutschland und des überproportional steigenden Schwerlastverkehrs werden umfängliche Erhaltungsmaßnahmen zur Aufrechterhaltung des Infrastrukturnetzes erforderlich. Zur Dynamisierung der Erhaltungsstrategie werden vermehrt kontinuierliche Bauwerksmessungen zur Überwachung und Beurteilung des Bauwerkszustands eingesetzt. Weiterentwicklungen in der Leistungsfähigkeit hochauflösender faseroptischer Sensoren bieten neue messtechnische Möglichkeiten für die großflächige (permanente) Bauwerksüberwachung. Der Beitrag beleuchtet die Potentiale hochauflösender faseroptischer Sensoren zur Zustandsüberwachung von Bestandsbrücken. In einem Pilotprojekt an einer spannungsrisskorrosionsgefährdeten Spannbetonbrücke wurden bzw. werden derzeit faseroptische Sensoren für eine permanente Überwachung installiert und sukzessive in Betrieb genommen. Die Einsatzmöglichkeiten als Dauermonitoringsystem werden anhand der bisherigen Erfahrungen und Ergebnisse demonstriert.

Aufgrund der Möglichkeit, kontinuierlich Dehnungen messen zu können, bieten verteilte faseroptische Sensoren (DFOS) sowohl im Neubau als auch im Bestand enormes Potential im Bereich des Bauwerksmonitorings. Im Beitrag werden Belastungsversuche an einem alten Brückenträger des Typs BT 500 N bis an den Grenzzustand der Tragfähigkeit vorgestellt. Die mittels DFOS gemessenen Bauteildehnungen und ermittelten Rissbreiten werden mit einer photogrammetrischen Messung (DIC) verglichen. Die Potentiale beider Messtechniken werden bei kleinen und großen Dehnungsniveaus gegenübergestellt. Aufgrund der erreichbaren Messlänge von bis zu 100 m und der hohen Ortsauflösung erweisen sich DFOS als prädestiniert für das Monitoring von Bauwerken. Existierende Herausforderungen im Bereich großer Dehnungen und Rissbreiten werden diskutiert.

Trotz der beeindruckenden Fortschritte, die die Röntgen- und Gammastrahlenobservatorien in den letzten Jahrzehnten erzielt haben, ist der Energiebereich zwischen 200 keV und 50 MeV nach wie vor kaum erforscht. Diese Lücke, die in der Literatur oft als ``MeV-Lücke'' bezeichnet wird, ist nicht auf einen Mangel an überzeugender Wissenschaft zurückzuführen, sondern auf technische Herausforderungen und Nachweisschwierigkeiten, die mit MeV-Beobachtungen einhergehen. COMPTEL an Bord von CGRO (1991-2000) war das letzte Teleskop, das eine vollständige Durchmusterung des MeV-Himmels mit einer relativ bescheidenen Empfindlichkeit durchführte. Für die Zukunft sind zahlreiche Missionen vorgeschlagen worden, insbesondere AMEGO, die die Leistung von COMPTEL um mindestens eine Größenordnung verbessern sollen. Der Zeitrahmen für die Entwicklung, den Aufbau und den Start solch großer Missionen beträgt jedoch etwa 10 Jahre und ist mit erheblichen Kosten verbunden. In diesem Szenario könnte ein viel kleinerer Satellit, der sich der neuen Welle von schnellen, relativ kostengünstigen Weltraumforschungsmissionen anschließt, die durch CubeSats ermöglicht werden, in kürzerer Zeit rentabel sein. In dieser Arbeit werden die Verfügbarkeit und die Leistung eines Compton-Teleskops auf der Grundlage des CubeSat-Standards, genannt MeVCube, untersucht. Die Auswirkungen der Materialwahl und verschiedener CubeSat-Nutzlasten wurden durch Simulationen bewertet. Trotz der begrenzten Größe kann selbst ein kleines Teleskop, das auf einem CubeSat fliegt, den Energiebereich von Hunderten von keV bis zu einigen MeV mit einer Empfindlichkeit abdecken, die mit der der letzten Generation von Großmissionen wie COMPTEL und INTEGRAL vergleichbar ist. Es wurden auch experimentelle Messungen an Cadmium-Zink-Tellurid-Halbleiterdetektoren und einer für den Weltraumbetrieb geeigneten Ausleseelektronik mit geringem Stromverbrauch durchgeführt. / Despite the impressive progresses achieved both by X-ray and gamma-ray observatories in the last decades, the energy range between 200 keV and 50 MeV remains poorly explored. This gap in coverage, often referred in literature as the ``MeV gap'', is not due to lack of compelling science, but instead to technical challenges and detection difficulties that comes with MeV observations. COMPTEL, on-board CGRO (1991-2000), was the last telescope to accomplish a complete survey of the MeV-sky with a relatively modest sensitivity. Many missions have been proposed for the future, most notably AMEGO, aiming to improve COMPTEL's performance by at least one order of magnitude. However, the timescale for development, assembly and launch of such large missions is around 10 years, with substantial costs. Looking at this scenario, a much smaller satellite, joining the new wave of rapid, relatively inexpensive space science missions enabled by CubeSats, may be profitable on a shorter time-scale. This thesis evaluates the availability and performance of a Compton telescope based on the CubeSat standard, named MeVCube. The impact of material choice and different CubeSat payloads has been evaluated through simulations. Despite the limited size, even a small telescope flying on a CubeSat can cover the energy range from hundreds of keV up to few MeVs with a sensitivity comparable to that of the last generation of large-scale missions like COMPTEL and INTEGRAL. Experimental measurements on Cadmium-Zinc-Telluride semiconductor detectors and low-power read-out electronics suitable for space operation have been performed as well.

Resistances in two-dimensional matrices can be measured by addressing individual sensors one by one using two multiplexers. Thereby, it is assumed that the injected measurement current flows only through the target sensor. Nevertheless, if no special precautions are taken, a part of the injected current may flow through other sensors and this can significantly affect the measurement accuracy. This so-called cross-talk effect is therefore crucial for the measurement of two-dimensional sensor matrices. One possible solution to overcome this problem is to use the short-circuiting method, which sets the same potentials on both sides of the non-target sensors and avoids thereby the cross-talk currents leading to an improvement of measurement accuracy. The short-circuiting method is widely used because it requires no addition of further components, like diodes or MOSFETS, into the matrix. Nowadays, most of the short-circuiting methods are designed for the measurement of purely resistive (e.g., the zero potential circuit driving by DC signals) or capacitive sensor matrices. Thereby, capacitive matrix measurement methods are mainly designed to realize a high scanning speed and do not focus on reducing measurement deviations as they are more conceived for touch screens. In this thesis, the development of accurate measurement methods is focused, to reduce the cross-talk effects in two-dimensional impedimetric sensor matrices, where both the real part and imaginary part of the impedance need to be accurately measured. A multi-row excitation strategy using AC signals having different frequencies is proposed to avoid DC deviations due to the non-ideal behavior of electronic components and to enable simultaneous impedance measurement of all sensors. First, a novel method is proposed, to enable a multiplexer-free simultaneous measurement of resistive sensors in the two-dimensional matrix. This method is named the AC - Zero Potential Circuit (AC-ZPC Type 0), and it is extended for the measurement of impedimetric sensors. Then, based on analytical investigations, two advanced methods are proposed to realize higher measurement accuracy. The first advanced method (AC-ZPC Type 1) corrects the deviations caused by the row interface impedance by introducing a column with reference elements and dispenses with the measurement of the row side excitation signals. The second advanced method (AC-ZPC Type 2) extends the basic AC-ZPC method further. It uses a voltage follower on the row input side to reduce the row interface impedance and introduces a row and a column with reference elements. This method reduces the deviations related to the non-ideal features of the column side amplifier circuits, including their input/output impedance, open-loop gain factor, leakage current, and load impedance. The evaluation of the three proposed methods is carried out first by simulations and then on a specially developed experimental platform. In the simulations, the measurement deviations achieved by the proposed methods are less than 0.005% for the impedimetric targets composed of parallel RC pairs in the range from 2 kΩ||362 pF to 100 kΩ ||$ 7 pF. The feasibility of these proposed methods has been validated by the experimental investigations. Thereby, the AC-ZPC Type 2 method has shown better accuracy than the AC-ZPC Type 1 method. For purely resistive targets in the range from 2 kΩ to 100 kΩ, the averaged absolute deviation of 0.087% is achieved by the AC-ZPC Type 2 method, which is 20% less than the DC-ZPC methods.:1 Introduction 2 Theoretical background 3 Measurement methods for 2D sensor matrices 4 Novel methods for impedimetric sensor matrices 5 Performance in reducing cross-talk effects 6 Practical validation of the proposed methods 7 Conclusion and outlook References Appendix A Operational amplifier model Appendix B Calculation of the resistive and capacitive parts of a time constant unit Appendix C Supplements to performance investigation / Widerstände in zweidimensionalen Matrizen können gemessen werden, indem einzelne Sensoren mit zwei Multiplexern angesprochen werden. Dabei wird davon ausgegangen, dass der eingespeiste Messstrom nur durch den Zielsensor fließt. Ohne besondere Vorkehrungen kann jedoch ein Teil des eingespeisten Stroms durch andere Sensoren fließen, was die Messgenauigkeit erheblich beeinträchtigen kann. Dieser so genannte Übersprechungseffekt ist daher für die Messung von zweidimensionalen Sensormatrizen von entscheidender Bedeutung. Eine mögliche Lösung zur Überwindung dieses Problems ist die Kurzschlussmethode, bei der auf beiden Seiten der nicht zu messenden Sensoren die gleichen Potenziale angelegt werden und dadurch die Übersprechungsströme vermieden werden, was zu einer Verbesserung der Messgenauigkeit führt. Die Kurzschlussmethode ist weit verbreitet, da sie keine weiteren Komponenten, z.B. Dioden oder MOSFETS, in der Matrix erfordert. Heutzutage sind die meisten Kurzschlussverfahren für die Messung von rein resistiven (z.B. die Nullpotenzialschaltung, die durch Gleichstromsignale angetrieben wird) oder kapazitiven Sensormatrizen ausgelegt. Dabei sind kapazitive Matrixmessverfahren hauptsächlich auf eine hohe Messgeschwindigkeit ausgelegt und konzentrieren sich nicht auf die Reduzierung von Messabweichungen, da sie eher für Touchscreens konzipiert sind. In dieser Dissertation ist die Entwicklung präziser Messmethoden das Ziel, um die Übersprechungseffekte in zweidimensionalen impedimetrischen Sensormatrizen zu reduzieren, bei denen sowohl der Realteil als auch der Imaginärteil der Impedanz genau gemessen werden müssen. Es wird eine mehrreihige Erregungsstrategie unter Verwendung von Wechselstromsignalen mit unterschiedlichen Frequenzen vorgeschlagen, um Gleichstromabweichungen aufgrund des nicht idealen Verhaltens elektronischer Komponenten zu vermeiden und die gleichzeitige Impedanzmessung aller Sensoren zu ermöglichen. Zunächst wird eine neue Methode vorgeschlagen, die eine multiplexerfreie gleichzeitige Messung von Widerstandssensoren in einer zweidimensionalen Matrix ermöglicht. Diese Methode wird als AC-Nullpotenzialschaltung (AC-ZPC Typ 0) bezeichnet und für die Messung von impedimetrischen Sensoren erweitert. Anschließend werden auf der Grundlage analytischer Untersuchungen zwei fortschrittliche Methoden vorgeschlagen, um eine höhere Messgenauigkeit zu erzielen. Die erste fortschrittliche Methode (AC-ZPC Typ 1) korrigiert die durch die Impedanz der Reihenschnittstelle verursachten Abweichungen durch die Einführung einer Spalte mit Referenzelementen und verzichtet auf die Messung der reihenseitigen Anregungssignale. Die zweite fortgeschrittene Methode (AC-ZPC Typ 2) erweitert die grundlegende AC-ZPC Methode weiter. Sie verwendet einen Spannungsfolger auf der Reiheneingangsseite, um die Reihenschnittstellenimpedanz zu verringern, und führt eine Reihe und eine Spalte mit Referenzelementen ein. Diese Methode reduziert die Abweichungen, die mit den nicht idealen Eigenschaften der spaltenseitigen Verstärkerschaltungen zusammenhängen, einschließlich ihrer Eingangs-/Ausgangsimpedanz, des Open-Loop-Verstärkungsfaktors, des Leckstroms und der Lastimpedanz. Die Bewertung der drei vorgeschlagenen Methoden erfolgt zunächst durch Simulationen und dann auf einer speziell entwickelten Versuchsplattform. In den Simulationen liegen die mit den vorgeschlagenen Methoden erzielten Messabweichungen bei weniger als 0,005% für die aus parallelen RC-Paaren bestehenden impedimetrischen Ziele im Bereich von 2 kΩ||362 pF bis 100 kΩ ||$ 7 pF. Die Durchführbarkeit der vorgeschlagenen Methoden wurde durch die experimentellen Untersuchungen bestätigt. Dabei hat die AC-ZPC Typ 2 Methode eine bessere Genauigkeit als die AC-ZPC Typ 1 Methode gezeigt. Für rein resistive Ziele im Bereich von 2 kΩ bis 100 kΩ wird mit der AC-ZPC Typ 2-Methode eine gemittelte absolute Abweichung von 0.087% erreicht, was 20% weniger ist als bei den DC-ZPC-Methoden.:1 Introduction 2 Theoretical background 3 Measurement methods for 2D sensor matrices 4 Novel methods for impedimetric sensor matrices 5 Performance in reducing cross-talk effects 6 Practical validation of the proposed methods 7 Conclusion and outlook References Appendix A Operational amplifier model Appendix B Calculation of the resistive and capacitive parts of a time constant unit Appendix C Supplements to performance investigation

We present an autonomous, chemical logic gate based on a switchable metal–organic framework (MOF) composite, containing carbon nanoparticles and a Pt catalyst. The switchable MOF composite performs as AND logic gate. Hydrogen and oxygen gas streams serve as binary inputs. Catalytically formed water induces a structural transition (crystal volume expansion) of the MOF, and as a consequence, a detectable drop in conductance of the composite as a ‘true’ output only if both gases come in contact with the composite.

Seit 1996 wird von Prof. Dr.-Ing. habil. Gerald Gerlach die Buchreihe „Dresdner Beiträge zur Sensorik“ herausgegeben, in der herausragende wissenschaftliche Beiträge der Technischen Universität Dresden, insbesondere auch des Institutes für Festkörperelektronik, publiziert werden. Zu den bisher vorliegenden Bänden sind seitdem weitere Bände hinzugekommen. Das Profil des Institutes wird durch folgende Forschungsgebiete geprägt: Thermische Infrarotsensoren, Piezoresistive Sensoren auf der Basis quellfähiger Hydrogele, Ultraschalltechnik, Funktionelle Dünnschichten, Nanoptische Sensoren. Mit der Berufung von Prof. Dr.-Ing. habil. Gerald Gerlach auf den Lehrstuhl für Festkörperelektronik zum 01.01.1996 wurde das Spektrum der Forschungsarbeiten insbesondere um die Fachgebiete der Siliziumsensoren für unterschiedliche Meßgrößen und des Entwurfs komplexer Sensor- und Aktor-Systeme in der Mikrosystemtechnik erweitert. Das Zusammenwirken von Physik, Elektronik und Technologie der Mikroelektronik bei Forschung, Entwicklung und Fertigung sowie Applikation leistungsfähiger Sensoren ist Gegenstand von Lehre und Forschung des IFE. / Since 1996 the book series „Dresdner Beiträge zur Sensorik“ edited by Prof. Dr.-Ing. habil. Gerald Gerlach has been published. The aim of this series is the publication of outstanding scientific contributions of TU Dresden, especially of those compiled at the Institute for Solid-State Electronics. The Solid-State Electronics Laboratory (Institut für Festkörperelektronik - IFE) is one of 12 laboratories of the Electrical and Computer Engineering Department at Technische Universität Dresden. Together with the Semiconductor Technology and Microsystems Lab and several chairs of the Circuits and Systems and the Packaging Labs, the Solid-State Electronics Laboratory is responsible for the microelectronics specialization in the Electrical Engineering program. Research and teaching field of the Institute for Solid-State Electronics are dedicated to the interaction of physics, electronics and (microelectronics) technology in: materials research, technology, and solid state sensor operational principles, application of sensors for special measurement problems, design of sensors and sensor systems including the simulation of components as well as of complex systems, development of thin films and multilayer stacks for sensor applications, application of ultrasound for nondestructive evaluation, medical diagnostics and process measurement technology.