TY - CONF A1 - Bartholmai, Matthias A1 - Neumann, Patrick P. A1 - Tiebe, Carlo A1 - Johann, Sergej T1 - Adaptable multi-sensor device for gas detection N2 - Innovation is the catalyst for the technology of the future. It is important to develop new and better technologies that can continuously monitor the environmental impact, e.g., for air Quality control or emission detection. In the recently at BAM developed Universal Pump Sensor Control (UPSC3) module, different components and sensors are fused. The combination of the individual components makes the UPSC3 module an excellent monitoring and reference system for the development and characterization of gas specific sensors. Measurements over long periods are possible, for mixed gas loads or for certain gas measurements. The System is part of a mobile sensor network of several sensor units, which can also be used as standalone systems. T2 - Networked Environmental Monitoring – from sensor principles to novel services CY - BAM, Berlin, Germany DA - 06.02.2018 KW - Environmental monitoring PY - 2018 AN - OPUS4-44077 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Musolff, Andre A1 - Quercetti, Thomas A1 - Müller, Karsten A1 - Bartholmai, Matthias T1 - Kinematic aspects of RAM packages drop tests T2 - WM2018 Symposia (Proceedings) N2 - BAM is the German Federal Institute for Materials Research and Testing and the competent authority for mechanical and thermal safety assessment of transport packages for spent fuel and high level waste. In context with safety assessment of RAM packages BAM performed numerous drop tests in the last decades. The tests were mostly accompanied by extensive and various measurement techniques especially by instrumented measurements with strain gages and accelerometers. The procedure of drop testing and the resulting measurement analysis are the main methods to evaluate the safety against mechanical test conditions. Measurement techniques are dedicated to answer questions in regard to the structural integrity of a RAM package, the mechanical behavior of the prototype as well as of its content under impact conditions. Test results like deceleration-time functions constitute a main basis for the validation of assumptions in the safety analysis and for the evaluation of numerical calculations. In this context the adequate selection of accelerometers and measurement systems for the performance of drop tests is important. Therefore it is not only necessary to find suitable positions for the accelerometers at the test specimens, but also to consider technical boundary conditions as e.g. temperature. T2 - 2018 WM Symposia CY - Phoenix, AZ, USA DA - 18.03.2018 KW - Drop KW - Test KW - Measurement KW - Analysis KW - Prototyp PY - 2018 SP - Paper 18149, 1 EP - 12 AN - OPUS4-44872 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Melzer, Michael A1 - Fischer, Michael A1 - Thomas, Marcus A1 - Subaric-Leitis, Andreas A1 - Bartholmai, Matthias T1 - Calibration Service as a Gateway to Sustainable Research and Development T2 - SMSI 2020 Proceedings N2 - Over decades, the German Federal Institute for Materials Research and Testing (BAM) has established a sophisticated calibration laboratory for force, temperature and electrical quantities. Since more than 15 years it is accredited, currently by the national accreditation body (DAkkS), and offers its service also to external entities on a global scale. As a public provider, we are furthermore committed to research and development activities that demand measurements with highest quality and low level of uncertainties. Two R&D examples are highlighted within this contribution. T2 - SMSI 2020 CY - Meeting was canceled DA - 22.06.2020 KW - Calibration of force KW - Calibration of temperature KW - Calibration of electrical quantities KW - Measurement uncertainty KW - New sensor principles PY - 2020 SN - 978-3-9819376-2-6 DO - https://doi.org/10.5162/SMSI2020/E3.3 SP - 374 EP - 375 AN - OPUS4-51222 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Neumann, Patrick P. A1 - Hüllmann, Dino A1 - Bartholmai, Matthias ED - Pastramă, Ş. D. ED - Constantinescu, D. M. T1 - Concept of a gas-sensitive nano aerial robot swarm for indoor air quality monitoring JF - Materials Today: Proceedings N2 - In this paper, we introduce a nano aerial robot swarm for indoor air quality monitoring applications such as occupational health and safety of (industrial) workplaces. The concept combines a robotic swarm composing of nano Unmanned Aerial Vehicles (nano UAVs), based on the Crazyflie 2.0 quadrocopter, and small lightweight metal oxide gas sensors for measuring the Total Volatile Organic Compound (TVOC) in ppb and estimating the eCO2 (equivalent calculated carbon-dioxide) concentration in ppm. TVOC is a measure for the indoor air quality. An indoor localization and positioning system will be used to estimate the absolute 3D position of the swarm like GPS. Based on this novel indoor air quality monitoring concept, the development and validation of new algorithms in the field of Mobile Robot Olfaction (MRO) are planned, namely gas source localization and gas distribution mapping. A test scenario will be built up to validate and optimize the gas-sensitive nano aerial robot swarm for the intended applications. T2 - 35th Danubia Adria Symposium on Advances in Experimental Mechanics CY - Sinaia, Romania DA - 25.09.2018 KW - Nano aerial robot KW - UAV KW - Swarm KW - Indoor air quality KW - Monitoring KW - Concept PY - 2019 DO - https://doi.org/10.1016/j.matpr.2019.03.151 SN - 2214-7853 VL - 12 IS - 2 SP - 470 EP - 473 PB - Elsevier Ltd. CY - Amsterdam AN - OPUS4-48055 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Neumann, Patrick P. A1 - Hirschberger, Paul A1 - Baurzhan, Zhandos A1 - Tiebe, Carlo A1 - Hofmann, Michael A1 - Hüllmann, Dino A1 - Bartholmai, Matthias T1 - Indoor air quality monitoring using flying nanobots: Design and experimental study T2 - 2019 IEEE International Symposium on Olfaction and Electronic Nose (ISOEN) Proceedings N2 - In this paper, we introduce a nano aerial robot swarm for Indoor Air Quality (IAQ) monitoring applications such as occupational health and safety of (industrial) workplaces. The robotic swarm is composed of nano Unmanned Aerial Vehicles (UAVs), based on the Crazyflie 2.0 quadrocopter, and small lightweight Metal Oxide (MOX) gas sensors for measuring the Total Volatile Organic Compound (TVOC), which is a measure for IAQ. An indoor localization and positioning system is used to estimate the absolute 3D position of the swarm similar to GPS. A test scenario was built up to validate and optimize the swarm for the intended applications. Besides calibration of the IAQ sensors, we performed experiments to investigate the influence of the rotor downwash on the gas measurements at different altitudes and compared them with stationary measurements. Moreover, we did a first evaluation of the gas distribution mapping performance. Based on this novel IAQ monitoring concept, new algorithms in the field of Mobile Robot Olfaction (MRO) are planned to be developed exploiting the abilities of an aerial robotic swarm. T2 - 18th International Symposium on Olfaction and Electronic Nose CY - Fukuoka, Japan DA - 26.05.2019 KW - Nano aerial robot KW - Swarm KW - Indoor air quality KW - Monitoring PY - 2019 SN - 978-1-5386-3641-1 SP - 1 EP - 3 PB - IEEE CY - USA AN - OPUS4-48148 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Moufid, M. A1 - Hofmann, Michael A1 - El Bari, N. A1 - Tiebe, Carlo A1 - Bartholmai, Matthias A1 - Bouchikhi, B. T1 - Wastewater monitoring by means of e-nose, VE-tongue, TD-GC-MS, and SPME-GC-MS JF - Talanta N2 - The presence of wastewater and air pollution has become an important risk factor for citizens, not only in terms of problems related to health risks, but also because of its negative impact on the country's image. For this reason, malodorous emission monitoring and control techniques are in high demand in urban areas and industries. The aim of this work is first to build an electronic nose (e-nose) and a Voltammetric Electronic tongue (VE-tongue) in order to study their ability to discriminate between polluted and clean environmental samples. Secondly, Thermal Desorption-Gas Chromatography-Mass Spectrometry (TD-GC-MS), and Solid Phase Micro Extraction-Gas Chromatography–Mass Spectrometry (SPME-GC-MS) are utilized to explain this discrimination by identifying specific compounds from these samples. Indeed, the e-nose, consisted of metal oxide semiconductor gas sensors, is used for the assessment of the studied odorous air and headspace samples from water and wastewater sites. Moreover, the VE-tongue, based on metal electrodes, is utilized to determine the patterns of the sensor array responses, which serve as fingerprints profiles of the analyzed liquid samples. Chemometric tools, such as Principal Component Analysis (PCA), Hierarchical Cluster Analysis (HCA), and Support Vector Machines (SVMs) are operated for the processing of data from the e-nose and the VE-tongue. By using the both systems, the analyses of headspace and liquid samples from the seven sites allow better discrimination. To explain the cause of the obtained discrimination, TD-GC-MS and SPME-GC-MS analyses are well performed to identify compounds related sites. According to these outcomes, the proposed e-nose and VE-tongue are proved to be rapid and valuable tools for analysis of environmental polluted matrices. KW - Wastewater KW - Electronic nose KW - Voltammetric electronic tongue KW - Thermal desorption-gas chromatography-mass spectrometry KW - Solid phase micro extraction-gas chromatography–mass spectrometry PY - 2021 DO - https://doi.org/10.1016/j.talanta.2020.121450 VL - 221 SP - 121450 PB - Elsevier B.V. AN - OPUS4-51099 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - GEN A1 - Tiebe, Carlo A1 - Bayat, Mehmet E. A1 - Bartholmai, Matthias T1 - Unsicherheit bei der Probenahme von Sprengstoffspuren und Detektion durch Ionenmobilitätsspektrometrie T2 - 8. IMS-Anwendertreffen N2 - IMS trägt zur Luftfrachtsicherheit bei Geltende Luftsicherheitsgesetze verpflichten Luftsicherheitsbehörden, Flughafenbetreiber und Fluggesellschaften umfassende Sicherheitsmaßnahmen auf den Flughäfen zu ergreifen, um die Gefahr möglicher terroristischer Bedrohungen zu erkennen und zu verhindern. Wenn ein verdächtiges Objekt durch Röntgenstrahlen identifiziert wurde, kann die IMS als schnelles Analyseverfahren vor Ort orthogonal zur Radiologie eingesetzt werden, um chemische Informationen über Gefahrstoffe wie Sprengstoffe oder Drogen vor dem Abflug zu erhalten. Vor der Detektion von Sprengstoffen beginnt die Untersuchung eines verdächtigen Objekts mit der Probenahme mittels Wischprobensammlern. Eine Luftsicherheitskontrollkraft wischt dabei Oberflächen des Objekts mit einem Probensammler ab, um Partikel von Gefahrstoffen zu sammeln. Der beladene Probensammler wird anschließend in einen Probeneinlass eingeführt. Nach thermischer Desorption der gesammelten Stoffe erhält der Bediener (z. B. Luftsicherheitskontrollkraft) ein boolesches Ergebnis - "Alarm" oder "Kein Alarm". Verfahren und Ergebnisse In dieser Studie wurden drei Verfahren mit vier ECAC-zertifizierten ETD-Geräten zur Entwicklung eines Unsicherheitskonzeptes bezüglich der Probenahme (PN) angewandt: I) direkte Probenaufnahme durch lösemittelbasierten Auftrag einer bekannten Sprengstoffmenge auf einem Probensammler, II) Auftragung einer bekannten Menge eines gelösten Sprengstoffs auf einem 10 cm × 10 cm Substrat (Aluminium, Papier, Eisen und Polyvinylchlorid) und manuelle PN nach Lösemittelverdampfung, III) lösemittelbasierter Sprengstoffauftrag auf eine PTFE- oder PTFE-beschichtete Glasfaseroberfläche, nach Lösemittelverdunstung trockene Übertragung auf das zu beprobende Substrat zur PN. Nach dem binären Regressionsverfahren wurde die funktionale Abhängigkeit der Detektionswahrscheinlichkeit von einer bekannten Sprengstoffmasse mit einer Logit-Funktion beschrieben: POD=1/(1+e^(-A·(m-B))). Dabei ist POD die Wahrscheinlichkeit der Detektion für eine bekannte Sprengstoff-Masse, die Parameter A (logistische Wachstumsrate der Kurve) und B (m-Wert des Mittelpunktes des Sigmoids) sind geschätzte Parameter nach der Methode der kleinsten Quadrate, und m ist die Sprengstoffmasse. Das entwickelte Messunsicherheitsmodell kombiniert quantitative Ergebnisse aus Wägen, Lösen und Pipettieren sowie qualitative Ergebnisse - "Alarm" oder "Kein Alarm" und die Unsicherheit der PN. Identifizierte Unsicherheitsursachen sind die Durchführung der Wischprobenahme, Staub, Lösemitteleffekte und die Unsicherheit bei der Herstellung von Testlösungen. T2 - 8. IMS-Anwendertreffen CY - Potsdam, Germany DA - Veranstaltung wurde abgesagt - Meeting was cancelled KW - IMS KW - Ionenmobilitätsspektrometrie KW - Wischprobenahme KW - binäres Regressionsverfahren KW - ETD KW - Sprengstoffspurendetektion PY - 2020 VL - 2020 SP - 9 EP - 9 PB - Universität Potsdam CY - Potsdam AN - OPUS4-51136 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gawlitza, Kornelia A1 - Johann, Sergej A1 - Mansurova, M. A1 - Kohlhoff, Harald A1 - Tiebe, Carlo A1 - Bell, Jérémy A1 - Bartholmai, Matthias A1 - Rurack, Knut T1 - Semi-automatic Measurement Device for Long-Term Monitoring of Ammonia in Gas Phase T2 - SMSI 2020 Proceedings N2 - The present paper describes the development of a sensor material that changes its fluorescence in the presence of gaseous ammonia in a relevant concentration range. The implementation into a semi-automatic gas measurement device enables low-cost, precise, simple and fast monitoring of low con-centrations of harmful gases, like ammonia, and hence can help to improve the climate monitoring in livestock housing, barns or stables. T2 - SMSI 2020 CY - Meeting was canceled KW - Spectroscopy KW - Emmbedded sensor KW - Environment KW - Air quality PY - 2020 DO - https://doi.org/10.5162/SMSI2020/B5.4 SP - 133 EP - 134 AN - OPUS4-50867 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Johann, Sergej A1 - Lapalus, Antoin A1 - Tiebe, Carlo A1 - Bartholmai, Matthias T1 - Design and Implementation of Smart Multisensor Monitoring System for Safe Workplaces with LoRaWAN T2 - SMSI 2020 Proceedings N2 - This project addresses the application of safe workplaces in offices and chemical laboratories where indoor air quality plays an important role. The LoRaWAN (Long Range Wide Area Network) is used as a communication interface to make important sensor data globally accessible. The goal of the development is to create a sensor node and an online and offline solution that collects the data from the sensor nodes and stores it on a local server or in a cloud. In cooperation with the companies WISTA GmbH and IONOS, a test sensor network is going to be established in the Berlin-Adlershof area. T2 - SMSI 2020 CY - Meeting was canceled DA - 22.06.2020 KW - Smart sensors KW - Air quality monitoring KW - LoRaWAN KW - VOC KW - Multisensor system PY - 2020 DO - https://doi.org/10.5162/SMSI2020/E5.4 SP - 388 EP - 389 AN - OPUS4-50878 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - RPRT A1 - Schukar, Vivien A1 - Bartholmai, Matthias A1 - Beck, Uwe T1 - Abschlussbericht zum DFG-Projekt „FAMOS²“ FAser-basierter Magneto-Optischer SchichtSensor N2 - Der Mangel an Anwendungsrichtlinien und Validierungsverfahren für struktur-eingebettete faseroptische Dehnungssensoren, insbesondere auf Faser-Bragg-Gitter (FBG)-Basis, führte bislang dazu, dass diese Sensoren trotz ihrer hervorragenden Eigenschaften im Bereich der kommerziellen Material- und Strukturüberwachung nur in geringem Umfange eingesetzt wurden. Fragen zur Degradation der Sensoren unter Beanspruchung, Alterung durch klimatische Einflüsse und Enthaftung infolge Belastung der Struktur konnten bisher nur theoretisch simuliert oder anhand exemplarischer Proben für einzelne einflussnehmende Parameter im Labor untersucht werden. Die Erfassung des Sensorverhaltens im Bauteil unter komplexen Umwelteinflüssen während des Bauteilbetriebes, um damit eine Aussage zur Zuverlässigkeit der Sensormessdaten zu gewinnen, war bisher nicht möglich. Im Forschungsprojekt FAMOS² wurde deshalb von 2014 bis 2018 die Realisierung eines Autodiagnoseverfahrens für faseroptische Dehnungssensoren erarbeitet, um die Funktionszuverlässigkeit und Langzeitstabilität der Sensoren während des Bauteilbetriebes innerhalb einer Bauteilstruktur bewerten zu können. Im Rahmen des Forschungsprojektes wurde gezeigt, dass ein FBG-Sensor mit einer speziell angepassten magnetostriktiven Schicht magnetisch so angeregt werden kann, dass mit einer zugeschnittenen Messmethodik zu jedem Zeitpunkt eine Bewertung der Sensorzuverlässigkeit unter Betriebsbedingungen möglich ist. Die auf den Sensor aufgebrachte magnetostriktive Schicht erzeugt bei Anregung mit einem passenden Magnetfeld eine gepulste, synthetische Dehnung. Diese Dehnung steht in einem definierten Verhältnis zum anregenden Magnetfeld und wird optisch über die Verschiebung der Bragg-Wellenlänge ausgelesen. Die Konstanz dieses Verhältnisses stellt dann ein Maß für die korrekte Funktionsfähigkeit des Sensors dar. Das Beschichtungs-verfahren, das magnetische Anregungs- und optische Ausleseverfahren, wie auch die Validierung des Sensors unter Berücksichtigung faseroptischer Effekte wurden während des Projekts konzeptionell entwickelt, aufgebaut und charakterisiert. Qualitativ kann mit diesem Verfahren zunächst eine Gut-/Schlecht-Beurteilung des Sensors vorgenommen werden. Perspektivisch bietet das Verfahren jedoch auch die Möglichkeit, verschiedene Versagensmechanismen bestimmen und klassifizieren zu können. Es zeichnete sich schon während des Projektverlaufs ab, dass sich aus den erzielten Ergebnissen über das Autodiagnoseverfahren hinaus weitere Anwendungsmöglichkeiten für den Einsatz des kombinierten magnetostriktiv-faseroptischen Sensorprinzips, beispielsweise als reiner Magnetfeldsensor, ergeben. Nach Abschluss dieses Forschungsprojekts besteht nun die Möglichkeit, den Funktionszustand faseroptischer Dehnungssensoren jederzeit unabhängig von Alter, Belastung oder Kenntnis eines Referenzzustands zu einem bestimmten Zeitpunkt bestimmen zu können. Aufbauend auf diesen Ergebnissen können weiterführende Forschungen die Messmethodik vertiefend charakterisieren und weitere Anwendungsfälle erschließen. KW - Faser-Bragg-Gitter (FBG) KW - Sensorvalidierung KW - Magnetostriktive Beschichtung KW - Structural Health Monitoring (SHM) PY - 2018 N1 - Das Dokument unterliegt der Vertraulichkeit und kann nicht zugänglich gemacht werden - Projektlaufzeit: 01.04.2014 - 31.07.2018 The document is subject to confidentiality restrictions and cannot be made accessible - project runtime: 01.04.2014 - 31.07.2018 SP - 1 EP - 28 AN - OPUS4-50418 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -