TY - JOUR A1 - Moufid, M. A1 - Tiebe, Carlo A1 - El Bari, N. A1 - Hamada, D. A. A1 - Bartholmai, Matthias A1 - Bouchikhi, B. T1 - Pollution parameters evaluation of wastewater collected at different treatment stages from wastewater treatment plant based on E-nose and E-tongue systems combined with chemometric techniques N2 - Wastewater contains harmful chemicals and heavy metals that are known to cause various environmental and health problems. Therefore, the water quality control using sensitive, simple, fast, accurate, and portable tools is of great importance. This study aimed to evaluate the pollution parameters of wastewaters collected at different treatment stages from a wastewater treatment plant (WWTP) that treats domestic and industrial wastewaters by using an electronic nose (E-nose) and a voltammetric electronic tongue (E-tongue) combined with chemometric techniques. Water and wastewater pollution parameters determination were performed using inductively coupled plasma optical emission spectrometry for the determination of cations, and anions by using ion chromatography. Chemometric techniques, such as Principal Component Analysis (PCA), Discriminant Function Analysis (DFA), Support Vector Machines (SVMs), and Hierarchical Cluster Analysis (HCA), were used to process the E-nose and E-tongue datasets to describe the similarities between the samples. In addition, Partial Least Squares Regression (PLSR) model was constructed using electronic sensing data to simultaneously predict the concentration values of physicochemical parameters. The obtained correlation coefficient, for training and testing sets, is higher than 0.91 for the prediction of the concentration of all physicochemical parameters, except for iron (Fe) which remains 0.84. These results suggest that simple, portable, and inexpensive tools such as electronic nose and tongue are suitable for wastewater analysis. KW - Wastewater KW - Electronic nose KW - Voltammetric electronic tongue KW - Water quality control KW - Chemometric techniques KW - Gas sensing PY - 2022 U6 - https://doi.org/10.1016/j.chemolab.2022.104593 VL - 227 SP - 1 EP - 12 PB - Elsevier B.V. AN - OPUS4-55652 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Nattuveettil, Keerthana A1 - Brunner, Nanine A1 - Tiebe, Carlo A1 - Melzer, Michael A1 - Johann, Sergej A1 - Neumann, Patrick P. A1 - Bartholmai, Matthias T1 - Einsatz von Sensortechnologien an einer Wasserstofftankstelle als Beitrag zur digitalen Qualitätsinfrastruktur T1 - Use of sensor technologies at hydrogen test platform as a part of QI Digital N2 - Die Optimierung und Validierung des digitalen Wasserstofftankstellenmanagements mit Sensortechnologien ist das übergeordnete Ziel des Teilprojekts Digitale Qualitätsinfrastruktur mit Sensortechnologien (QIST) am Use Case H2, im Rahmen der digitalen Qualitätsinfrastruktur (QI digital[1]). Hierfür sollen u.a. Sensornetzwerke mit digital-gestützten Auswertungsstrategien intelligent gestaltet werden (Stichwort KI bzw. digitaler Zwilling). Verschiedene, sich ergänzende Sensoren, Systemkomponenten und KI-Methoden stehen als Bausteine intelligenter Sensorsysteme zur Verfügung, mit dem Zweck, die physikalischen und chemischen Parameter an und in Anlagen umfassend und effizient zu überwachen sowie Fehlfunktionen zuverlässig zu detektieren und zu interpretieren, Abbildung 1. Konkrete Arbeitsschritte sind, nach dem Aufbau der Versuchsplattform „Wasserstofftankstelle“, die Instrumentierung von Sensorik und deren digitale Integration in das Tankstellenmanagementsystem sowie die Validierung im Realbetrieb. Die somit erzielten Messergebisse sowie die Messunsicherheiten, Historien und Verfahren werden in digitaler Form aufbereitet, gespeichert und fortlaufend in die KI-basierte Datenauswertung einbezogen, inkl. der Anbindung an die metrologische Rückführungskette. Ziele sind: • Einführung eines neuen messtechnischen Ansatzes und eines digitalen Zwillings für den Anwendungsfall "Wasserstofftankstelle" auf Basis der H2-Sensorik sowie der Zustandsgrößen Druck und Temperatur • Qualitätssicherung durch Applikationen zuverlässiger Gassensorik, Manometer und Thermometer sowie KI-Methoden zur Prozesskontrolle und Detektion von Fehlfunktionen • Nutzung von digitalen Kalibrierscheinen (DCCs) insbesondere für die Messgröße Temperatur zur Realisierung der metrologischen Rückführung in einer digitalen Qualitätsinfrastruktur T2 - Sensorik für die Digitalisierung chemischer Produktionsanlagen CY - Frankfurt a. M., Germany DA - 13.06.2022 KW - QI Digital KW - H2Safety@BAM KW - Wasserstoff KW - Hydrogen KW - Sensorik KW - Digitalisierung KW - Digitalisation PY - 2022 AN - OPUS4-55399 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Beck, Uwe A1 - Mitzkus, Anja A1 - Sahre, Mario A1 - Weise, Matthias A1 - Köppe, Enrico A1 - Bartholmai, Matthias A1 - Basedau, Frank A1 - Hofmann, Detlef A1 - Schukar, Vivien T1 - Faser-basierter magneto-optischer Schicht-Sensor zum Monitoring von Bauteilen N2 - In Glasfasern eingeschriebene Bragg-Gitter (FBG: fibre-based Bragg gratings) sind über die Verschiebung der Bragg-Wellenlänge in der Lage, Stauchungen und Dehnungen von Glasfasern hochgenau zu erfassen. In Kompositwerkstoffe eingebettete faseroptische Sensoren können Bauteile bezüglich ihrer mechanischen Integrität überwachen und früh-zeitig Informationen über Materialveränderungen gewinnen. Um die Zuverlässigkeit eines solchen Sensors zu gewährleisten, ist es wichtig, die korrekte Funktion des Sensors im Verbund mit der Werkstoff-Matrix on-line und in-situ sicherzu-stellen. Im Rahmen des DFG-Projekts FAMOS² (FAser-basierter Magneto-Optischer SchichtSensor) wurde ein selbstdiagnosefähiger Schichtsensor entwickelt, der mit Hilfe von magnetostriktiven Aktorschichten aus Nickel bzw. Eisen-Nickel validiert werden kann. Der FAMOS²-Schichtsensor wird durch ein PVD (physical vapour deposition)/ECD (electro-chemical deposition) Hybridschichtsystem realisiert, das auf dem Fasermantel im Bereich des FBG haftfest, homogen und langzeitfunktional abzuscheiden ist. Dabei wird in einem ersten Schritt ein etwa 100 Nanometer dünnes PVD-Schichtsystem aus Chrom und Kupfer als Haftvermittler auf der Glasfaser bzw. als leitfähige Startschicht für den nachfolgenden ECD-Prozess abgeschieden. Um eine rotationssymmetrische Schich-tabscheidung zu gewährleisten, erfolgt während der PVD-Beschichtung eine Rotation der Glasfasern. In einem zweiten Schritt wird dann unter Verwendung eines klassischen Watts-Elektrolyten in einer speziell entwickelten ebenfalls rotationssymmetrisch aufgebau-ten ECD-Durchströmungszelle dann die etwa 30 Mikrometer dicke, magnetostriktive Ak-torschicht auf dem PVD-Schichtsystem abgeschieden, im Vergleich sowohl reine Nickel-Schichten als auch Nickel-Eisen-Schichten. Ein äußeres Magnetfeld dehnt die magnetostriktive Aktorschicht und damit auch die Faser reversibel. Diese Dehnung führt zu einer Verschiebung der Bragg-Wellenlänge, welche direkt mit der Stärke eines zu messenden oder zu Validierungszwecken vorgegebenen Magnetfeldes korreliert. Die Anpassung der Beschichtungsverfahren an die Fasergeome-trie und die mechanischen Eigenschaften der Hybridschichten werden hinsichtlich der me-chanischen Integrität des faseroptischen Sensors diskutiert und der Nachweis der Selbst-diagnosefähigkeit erbracht. T2 - 13. ThGOT Thementage Grenz- und Oberflächentechnik und 11. Thüringer Biomaterial-Kolloquium CY - Zeulenroda, Germany DA - 13.03.2018 KW - Magneto-optischer Sensor KW - Faser-Bragg Gitter KW - Magnetostriktive Beschichtung KW - Selbstkalibrierung KW - Bauteilmonitoring PY - 2018 SN - 978-3-00-058187-8 SP - 1 EP - 5 CY - Jena AN - OPUS4-44599 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Manolov, Manol A1 - Subaric-Leitis, Andreas A1 - Bartholmai, Matthias T1 - Bestimmung der Maschinennachgiebigkeit beim Einsatz sphärischer Indenter in der Instrumentierten Eindringprüfung N2 - Es wird ein vereinfachtes Verfahren für die Bestimmung und Implementierung der Maschinennachgiebigkeit bei der Verwendung eines sphärischen Indenters dargestellt. Die Maschinennachgiebigkeit wird bei deutlicher Kraftabhängigkeit als Funktion der Kraft in die Auswertung implementiert. Als sensitiver Kennwert dient der aus der instrumentierten Eindringprüfung an Härtevergleichsplatten ermittelte Eindringmodul. T2 - Sensoren und Messsysteme CY - Nürnberg, Germany DA - 26.06.2018 KW - Maschinennachgiebigkeit KW - Instrumentierte Eindringprüfung KW - Sphärische Indenter KW - Vereinfachtes Verfahren KW - Kraftabhängige Funktion KW - Härtevergleichsplatten KW - Eindringmodul PY - 2018 SN - 978-3-8007-4683-5 SN - 0932-6022 VL - 19. ITG/GMA-Fachtagung SP - 565 EP - 569 PB - VDE Verlag GmbH CY - Berlin AN - OPUS4-45394 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Bartholmai, Matthias A1 - Werner, Klaus-Dieter T1 - Temperature characteristics of a piezoresistive accelerometer for high impact shock application N2 - This study presents the characterization of a piezoresistive accelerometer damped with silicon oil for the application in drop tests carried out at BAM. Experiments were performed with the Hopkinson Bar method in close correlation to the real-world application conditions. The results point out certain limitations regarding the temperature influence and the frequency response. Additional experiments were performed with a gas damped type of piezoresistive accelerometer, which has superior specifications, particularly for low temperatures. The results allow for a comparison. T2 - Sensoren und Messsysteme CY - Nürnberg, Germany DA - 26.06.2018 KW - Piezoresistive accelerometer KW - Hopkinson bar KW - High impact shock application KW - Temperature characteristics KW - Drop test PY - 2018 AN - OPUS4-45322 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Bartholmai, Matthias ED - Werner, Klaus-Dieter T1 - Temperature characteristics of a piezoresistive accelerometer for high impact shock application N2 - This study presents the characterization of a piezoresistive accelerometer damped with silicon oil for the application in drop tests carried out at BAM. Experiments were performed with the Hopkinson Bar method in close correlation to the real-world application conditions. The results point out certain limitations regarding the temperature influence and the frequency response. Additional experiments were performed with a gas damped type of piezoresistive accelerometer, which has superior specifications, particularly for low temperatures. The results allow for a comparison. T2 - Sensoren und Messsysteme CY - Nürnberg, Germany DA - 26.06.2018 KW - Piezoresistive accelerometer KW - High impact shock application KW - Drop test KW - Temperature characteristics KW - Hopkinson bar PY - 2018 SN - 978-3-8007-4683-5 SN - 0932-6022 SP - 465 EP - 467 PB - VDE Verlag GmbH CY - Berlin AN - OPUS4-45323 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Neumann, Patrick P. A1 - Tiebe, Carlo A1 - Bartholmai, Matthias A1 - Hüllmann, Dino A1 - Krentel, Daniel A1 - Kluge, Martin A1 - Kohlhoff, Harald A1 - Lilienthal, A.J. T1 - Airborne Remote Gas Sensing and Mapping N2 - Leaking methane (CH4) from infrastructures, such as pipelines and landfills, is critical for the environment but can also pose a safety risk. To enable a fast detection and localization of these kind of leaks, we developed a novel robotic platform for aerial remote gas sensing. Spectroscopic measurement methods for remote sensing of selected gases lend themselves for use on mini-copters, which offer a number of advantages for inspection and surveillance over traditional methods. No direct contact with the target gas is needed and thus the influence of the aerial platform on the measured gas plume can be kept to a minimum. This allows to overcome one of the major issues with gas-sensitive mini-copters. On the other hand, remote gas sensors, most prominently Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy (TDLAS) sensors have been too bulky given the payload and energy restrictions of mini-copters. Here, we present the Unmanned Aerial Vehicle for Remote Gas Sensing (UAV-REGAS), which combines a novel lightweight TDLAS sensor with a 3-axis aerial stabilization gimbal for aiming on a versatile hexacopter. The proposed system can be deployed in scenarios that cannot be addressed by currently available robots and thus constitutes a significant step forward for the field of Mobile Robot Olfaction (MRO). It enables tomographic reconstruction of gas plumes and a localization of gas sources. We also present first results showing its performance under realistic conditions. T2 - Networked Environmental Monitoring – from sensor principles to novel services CY - BAM, Berlin, Germany DA - 06.02.2018 KW - Localization of gas sources KW - Mobile Robot Olfaction KW - Tomographic reconstruction of gas plumes KW - Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy (TDLAS) KW - UAV-REGAS PY - 2018 AN - OPUS4-44085 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Tiebe, Carlo A1 - Neumann, Patrick P. A1 - Bartholmai, Matthias A1 - Banach, Ulrich A1 - Gawlitza, Kornelia A1 - Hübert, Thomas T1 - Development of a gas standard generator N2 - Pollution through emission of toxic gases is an increasing problem for the environment. It affects similarly agricultural, industrial and urban areas. In future, environmental emissions in ambient air must be monitored at even lower concentrations as nowadays. One environmental relevant compound is ammonia and its conversion product ammonium that have strong negative impact on human health and ecosystems. Most ammonia measurements in ambient air are performed in the range below 1000 nmol·mol 1 and thus there is a need for reliable traceable ammonia gas standards and in addition in situ analytical procedures for monitoring (in ambient air to avoid that thresholds are exceeded). Therefore, the use of reference materials is necessary for development accompanying test or for calibration, e. g. of structure-integrated sensors and mobile multi-gas sensors. The developed gas standard generator produces gas mixtures that comply with the metrological traceability for ammonia gas standards in the desired environmentally relevant measurement range. The method is based on the permeation of ammonia through a membrane at constant temperature and pressure. The resulting ammonia penetrant gas flow is then mixed with a carrier gas flow to generate a gas standard flow of known concentration. The dynamic rage is enlarged by using a two dilution steps. Depending on the permeation rate, generable molar fractions are possible in the range nmol·mol-1 to a few µmol·mol-1. We present the design of an ammonia gas standard generator and first results of the characterisation of its individual components supporting the uncertainty assessment according to GUM for stable gas concentrations in this range. The relative uncertainty of the generated ammonia gas standard is smaller than 4 % (k = 2). T2 - Networked Environmental Monitoring – from sensor principles to novel services CY - BAM, Berlin, Germany DA - 06.02.2018 KW - Permeation KW - Gas standard generator PY - 2018 AN - OPUS4-44089 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Bartholmai, Matthias A1 - Schütze, A. T1 - Sensor network deployment N2 - Content • Fixed monitoring stations • Mobile monitoring stations (on trams, buses, cars) • Personal mobile monitoring systems • Environmental monitoring for agriculture and beyond • Sensors on flying platforms T2 - Networked Environmental Monitoring – from sensor principles to novel services CY - BAM, Berlin, Germany DA - 06.02.2018 KW - Environmental monitoring KW - Gas sensors PY - 2018 AN - OPUS4-44073 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Bartholmai, Matthias A1 - Neumann, Patrick P. A1 - Tiebe, Carlo T1 - KonSens - Kommunizierende Sensorsysteme für die Bauteil- und Umweltüberwachung N2 - Im Projekt KonSens werden für die Anwendungsbei- spiele bauteilintegrierte Sensorik für Betonkomponen- ten und mobile Multigassensorik Sensorsysteme in Form von Funktionsmustern entwickelt, validiert und angewendet. Schwerpunkte liegen einerseits in der Detektion und Bewertung von Korrosionsprozessen in Beton und andererseits in der Detektion und Quantifi- zierung sehr geringer Konzentrationen toxischer Gase in der Luft. Dabei ist die Adaption der sensorischen Methoden aus dem Labor in reale Messumgebungen inklusive geeigneter Kommunikationstechnik ein wichtiger Aspekt. T2 - Networked Environmental Monitoring – from sensor principles to novel services CY - BAM, Berlin, Germany DA - 06.02.2018 KW - Umweltmonitoring KW - Bauwerksüberwachung PY - 2018 AN - OPUS4-44074 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -