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.

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.

Mikroprozessorgesteuerte Implantate haben sich in zahlreichen Bereichen der Medizin etabliert. Physiologische, korpereigene Parameter werden erfasst, abgespeichert und konnen durch Telemetriesysteme weitergeleitet werden. Zusatzlich stehen Therapieoptionen zur Verfugung. Dazu zahlen Neurostimulatoren, welche im Bereich der Schmerztherapie und des fortgeschrittenen Morbus Parkinson erfolgreich angewendet werden ebenso wie Systeme zur Medikamentenapplikation. Beispielhaft hat sich die Entwicklung aktiver Implantate jedoch im Bereich der Herzschrittmacher- und Defibrillatortherapie vollzogen. Die vorliegende Arbeit beschaftigt sich mit der Erforschung physiologischer kardialer Parameter und ihrer Erfassung mit Hilfe von implantierbaren Sensoren. Dabei werden grundlegende technische Aspekte, die spezielle Sensorik zur Erfassung verschiedener Parameter und die Signalverarbeitung dargestellt. Es werden die bereits heute vielfaltigen Moglichkeiten implantierbarer kardialer Monitoringsysteme diskutiert. Neue Moglichkeiten wie das Monitoring ischamischer Ereignisse werden eroffnet. / Mikroprocessor controlled implantable systems are standard in many medical specialities. Physiological parameters can be recorded, stored and transfered via telemetry systems. In addition different therapeutic options are available: neurostimulation to treat patients with refractory pain and morbus parkinson, drug pumps for infusion of insulin etc.. Cardiac pacemakers and implantable cardioverter defibrillators were the driving force in the development of implantable sensors. We investigated different physiological cardiac parameters via implantable sensors. In this paper we discuss basic technical aspects, sensors, signal conditioning and signal analysis. The spectrum of available implantable sensors is shown. New options like the monitoring of transient myocardial ischemia are presented.

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.

Aufgrund der steigenden Verkehrsnachfrage und der begrenzten Resourcen zum Ausbau der Straßenverkehrsnetze werden zukünftig größere Anforderungen an die Effektivität von Telematikanwendungen gestellt. Die Erhebung und Bereitstellung aktueller Verkehrsdaten durch geeignete Sensoren ist dazu eine entscheidende Voraussetzung. Gegenstand dieser Arbeit ist die großflächige Analyse des Straßenverkehrs auf der Basis bodengebundener und verteilter opto-elektronischer Sensoren. Es wird ein Konzept vorgestellt, dass eine von der Bilddatenerhebung bis zur Bereitstellung der Daten für Verkehrsanwendungen durchgehende Verarbeitungskette enthält. Der interdisziplinäre Ansatz bildet die Basis zur Verknüpfung eines solchen Sensorsystems mit Verkehrstelematik. Die Abbildung des Verkehrsgeschehens erfolgt im Gegensatz zu herkömmlichen bodengebundenen Messsystemen innerhalb größerer zusammenhängender Ausschnitte des Verkehrsraums. Dadurch können streckenbezogene Verkehrskenngrößen direkt bestimmt werden. Die Georeferenzierung der Verkehrsobjekte ist die Grundlage für eine optimale Verkehrsanalyse und Verkehrssteuerung. Die generierten Daten sind Basis zur Findung und Verifizierung von Theorien und Modellen sowie zur Entwicklung verkehrsadaptiver Steuerungsverfahren auf mikroskopischer Ebene. Es wird gezeigt, wie aus der Fusion gleichzeitig erhaltener Daten mehrerer Sensoren, die im Bereich des Sichtbaren und im thermalen Infrarot sensitiv sind, ein zusammengesetztes Abbildungsmosaik eines vergrößerten Verkehrsraums erzeugt werden kann. In diesem Abbildungsmosaik werden Verkehrsdatenmodelle unterschiedlicher räumlicher Kategorien abgeleitet. Die Darstellung des Abbildungsmosaiks mit seinen Daten erfolgt auf unterschiedlichen Informationsebenen in geokodierten Karten. Die Bewertung mikroskopischer Verkehrsprozesse wird durch die besondere Berücksichtigung der Zeitkomponente bei der Visualisierung möglich. Die vorgestellte Verarbeitungskette beinhaltet neue Anwendungsbereiche für geografische Informationssysteme (GIS). Der beschriebene Ansatz wurde konzeptionell bearbeitet, in der Programmiersprache IDL realisiert und erfolgreich getestet. / The growing demand of urban and interregional road traffic requires an improvement regarding the effectiveness of telematics systems. The use of appropriate sensor systems for traffic data acquisition is a decisive prerequisite for the efficiency of traffic control. This thesis focuses on analyzing road traffic based on stationary and distributed ground opto-electronic matrix sensors. A concept which covers all parts from image data acquisition up to traffic data provision is presented. This interdisciplinary approach establishes a basis for the integration of such a sensor system into telematics systems. Unlike conventional ground stationary sensors, the acquisition of traffic data is spread over larger areas in this case. As a result, road specific traffic data can be measured directly. Georeferencing of traffic objects is the basis for optimal road traffic analysis and road traffic control. This approach will demonstrate how to generate a spatial mosaic consisting of traffic data generated by several sensors with different spectral resolution. For traffic flow analysis the realisation of special 4D data visualisation methods on different information levels was an essential need. The data processing chain introduces new areas of application for geographical information systems (GIS). The approach utilised in this study has been worked out conceptually and also successfully tested and applied in the programming language IDL.

In dieser Dissertationen werden Untersuchungen zur Verwendung von Klebstoffen auf der Oberfläche von Silizium-Streifen-Sensoren für die Konstruktion von Detektormodulen für das ATLAS Phase-II Upgrade vorgestellt. Drei UV-härtende Klebstoffe wurden im Vergleich zu dem derzeitigen Standard-Klebstoff an 60 ATLAS07 Miniatur-Sensoren getestet. Der Einfluss von Bestrahlung auf die chemische Zusammensetzung aller verwendeten Klebstoffe wurde unter Verwendung von Standardmethoden zur chemischen Analyse untersucht. Mithilfe der Gaschromatographie-Massenspektrometrie-Analysen von Klebstoffproben-Extrakten wurden verschiedene Ausmaße von Molekülvernetzung und gelösten Molekülbindungen festgestellt und der Grad von Strahlenhärte aller untersuchten Klebstoffe quantifiziert. Mithilfe einer Sensor-Probestation wurden die elektrischen Eigenschaften von teilweise mit Kleber bedeckten Sensoren untersucht. Im Vergleich zu Sensoren vor dem Bekleben zeigten mit Klebstoff bedeckte Sensoren einen erhöhten Leckstrom, erhöhte Zwischen-Streifen-Kapazitäten sowie Durchbrüche des Leckstroms bei niedrigeren angelegten Spannungen. Messungen der Ladungssammlungseffizienz in einem Beta-Strahlungs-Teststand wurden verwendet um den Einfluss von aufgetragenen Klebstoffen auf das Silizium-Kristallgitter zu untersuchen. Alle getesteten Sensoren - mit und ohne aufgebrachtem Klebstoff - zeigten vergleichbare Ladungssammlungseffizienzen sowie Signal-Rausch-Verhältnisse oberhalb des geforderten Minimums von zehn bei der vorhergesehenen Verarmungsspannung. Untersuchungen von Sensoren in Teststrahlmessungen zeigten außerdem, dass Sensoren um die zum Drahtbonden verwendeten Aluminiumflächen ungleichmäßig Ladung sammelten. Weiterführende Messungen konnten bestätigen, dass durch die Aluminiumflächen und darunterliegende Dotierungen das elektrische Feld innerhalb des Sensors verändert und zusätzliche Ladung um die Drahtbond-Flächen gesammelt wurde. / This thesis presents studies investigating the use of adhesives on the active area of silicon strip sensors for the construction of silicon strip detector modules for the ATLAS Phase-II Upgrade. 60 ATLAS07 miniature sensors were tested using three UV cure glues in comparison with the current baseline glue. The impact of irradiation on the chemical composition of all adhesives under investigation was studied using three standard methods for chemical analysis. Gas chromatography combined with mass spectrometry analyses of glue sample extracts showed molecule cross-linking and broken chemical bonds to different extents and allowed to quantify the radiation hardness of the adhesives under investigation. Probe station measurements were used to investigate electrical characteristics of sensors partially covered with adhesives. The presence of glue on the active sensor area was found to increase the sensor leakage current and inter-strip capacitance and frequently led to early sensor breakdowns. Charge collection efficiency measurements in a $\beta$-source setup were used to study the influence of adhesives on the silicon bulk. All sensors under investigation showed equivalent charge collection efficiencies for sensors with and without glue, as well as signal-to-noise ratios above the required minimum of ten for the foreseen bias voltage. During testbeam studies, sensor strips were found to respond inhomogeneously in bond pad regions. Follow-up measurements confirmed that the presence of bond pads affects the electric field within a sensor and leads to additional charge being collected around bond pads.