TY - CONF A1 - Neumann, Patrick P. A1 - Hüllmann, Dino A1 - Bartholmai, Matthias A1 - Tiebe, Carlo T1 - Concept of a gas-sensitive nano aerial robot swarm for indoor air quality monitoring N2 - In industrial environments, airborne by-products such as dust and (toxic) gases, constitute a major risk for the worker’s health. Major changes in automated processes in the industry lead to an increasing demand for solutions in air quality management. Thus, occupational health experts are highly interested in precise dust and gas distribution models for working environments. For practical and economic reasons, high-quality, costly measurements are often available for short time-intervals only. Therefore, current monitoring procedures are carried out sparsely, both in time and space, i.e., measurement data are collected in single day campaigns at selected locations only. Real-time knowledge of contaminant distributions inside the working environment would also provide means for better and more economic control of air impurities. For example, the possibility to regulate the workspace’s ventilation exhaust locations can reduce the concentration of airborne contaminants by 50%. To improve the occupational health and safety of (industrial) workplaces, this work aims for developing a swarm of gas-sensitive aerial nano robots for monitoring indoor air quality and for localizing potential emission sources. T2 - NetMon International training course - Low-cost Environmental Monitoring CY - BAM, Berlin, Germany DA - 09.04.2019 KW - Gas sensing KW - Mobile Robot Olfaction KW - Nano aerial robot KW - Swarm PY - 2019 AN - OPUS4-47799 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Neumann, Patrick P. A1 - Hüllmann, Dino A1 - Bartholmai, Matthias A1 - Tiebe, Carlo A1 - Krentel, Daniel A1 - Kluge, Martin A1 - Kohlhoff, Harald A1 - Lilienthal, A. J. T1 - Gas Tomography Up In The Air! N2 - In this paper, we present an autonomous aerial robot to reconstruct tomographic 2D slices of gas plumes in outdoor environments. Our platform, the so-called Unmanned Aerial Vehicle for Remote Gas Sensing (UAV-REGAS) combines a lightweight Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy (TDLAS) sensor with a 3-axis aerial stabilization gimbal for aiming on a versatile octocopter. The TDLAS sensor provides integral gas concentration measurements but no information regarding the distance traveled by the laser diode's beam or the distribution of the gas along the optical path. We complemented the set-up with a laser rangefinder and apply principles of Computed Tomography (CT) to create a model of the spatial gas distribution from these integral concentration measurements. To allow for a rudimentary ground truth evaluation of the applied gas tomography algorithm, we set up a unique outdoor test environment based on two 3D ultrasonic anemometers and a distributed array of 10 infrared gas transmitters. We present first results showing the 2D plume reconstruction capabilities of the system under realistic conditions. T2 - NetMon International training course - Low-cost Environmental Monitoring CY - BAM, Berlin, Germany DA - 09.04.2019 KW - Aerial robot KW - Gas tomography KW - Plume KW - TDLAS PY - 2019 AN - OPUS4-47800 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Bartholmai, Matthias A1 - Neumann, Patrick P. A1 - Hüllmann, Dino A1 - Tiebe, Carlo T1 - KonSens (Kommunizierende Sensorsysteme für die Bauteil- und Umweltüberwachung) - Projektergebnisse N2 - Im Projekt KonSens werden für die Anwendungsbeispiele bauteilintegrierte Sensorik für Betonkomponenten 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 Quantifizierung 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 - NetMon International training course - Low-cost Environmental Monitoring CY - BAM, Berlin, Germany DA - 09.04.2019 KW - Umweltmonitoring KW - Bauwerksüberwachung KW - RFID-Sensorsysteme KW - pH-Sensor KW - Fluoreszenzsensoren PY - 2019 AN - OPUS4-47763 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Hüllmann, Dino A1 - Neumann, Patrick P. A1 - Bartholmai, Matthias A1 - Tiebe, Carlo A1 - Paul, Niels A1 - Lilienthal, A. J. T1 - Wind Vector Estimation on Multirotor Aircraft N2 - An equation for wind vector estimation using a multirotor aircraft as a flying anemometer is shown. To compute the wind vector an estimate of the thrust of the aircraft is required, which is related to the rotational speed of the rotors. Hence, a sensing system for the rotational speed using phototransistors is presented. T2 - NetMon International training course - Low-cost Environmental Monitoring CY - BAM, Berlin, Germany DA - 09.04.2019 KW - Anemometer KW - Phototransistor KW - Thrust KW - Wind PY - 2019 AN - OPUS4-47801 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - GEN A1 - Jacobasch, Stefan A1 - Duffner, Eric A1 - Goedecke, Thomas A1 - Portella, Pedro Dolabella A1 - Mair, Georg A1 - Schendler, Thomas A1 - Gradt, Thomas A1 - Askar, Enis A1 - Bartholmai, Matthias A1 - Schröder, Volkmar A1 - Maiwald, Michael A1 - Holtappels, Kai A1 - Tschirschwitz, Rico A1 - Neumann, Patrick P. T1 - Unser Beitrag zum Thema Wasserstoff N2 - Die BAM ist nahezu über die gesamte Wertschöpfungskette hinweg wissenschaftlich tätig. Von der sicheren und effizienten Wasserstofferzeugung (POWER-to-GAS), über die (Zwischen-)Speicherung von Wasserstoff in Druckgasspeichern bis hin zum Transport bspw. mittels Trailerfahrzeug zum Endverbraucher. Komplettiert werden die Aktivitäten der BAM durch die sicherheitstechnische Beurteilung von wasserstoffhaltigen Gasgemischen, die Verträglichkeitsbewertung von Werkstoffen bis hin zur Detektion von Wasserstoffkonzentrationen über geeignete Sensorik, auch mittels ferngesteuerter Messdrohnen (sog. UAV-Drohnen). Zudem untersucht die BAM proaktiv Schadensrisiken und Unfallszenarien für die Sicherheitsbetrachtung, um mögliche Schwachstellen aufzeigen und potenzielle Gefährdungen erkennen zu können. KW - Wasserstoff KW - Wasserstofferzeugung KW - Energiespeicherung KW - Gasdetektion KW - Risikoanalyse KW - Power-to-Gas KW - Explosionsschutz KW - Tribologie KW - Druckgasspeicher KW - Glasspeicher KW - Gassensorik KW - Mini-UAV PY - 2019 SP - 1 CY - Berlin AN - OPUS4-47960 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Bartholmai, Matthias A1 - Hüllmann, Dino A1 - Neumann, Patrick P. A1 - Scheuschner, Nils A1 - Lilienthal, A.J. T1 - Experimental Validation of the Cone-Shaped Remote Gas Sensor Model N2 - Remote gas sensors mounted on mobile robots enable the mapping of gas distributions in large or hardly accessible areas. A challenging task, however, is the generation of threedimensional distribution maps from these gas measurements. Suitable reconstruction algorithms can be adapted, for instance, from the field of computed tomography (CT), but both their performance and strategies for selecting optimal measuring poses must be evaluated. For this purpose simulations are used, since, in contrast to field tests, they allow repeatable conditions. Although several simulation tools exist, they lack realistic models of remote gas sensors. Recently, we introduced a model for a Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy (TDLAS) gas sensor taking into account the conical shape of its laser beam. However, the novel model has not yet been validated with experiments. In this paper, we compare our model with a real sensor device and show that the assumptions made hold. T2 - IEEE Sensors 2019 CY - Montreal, Canada DA - 27.10.2019 KW - Remote gas sensor model KW - TDLAS KW - Gas dispersion simulation PY - 2019 AN - OPUS4-49549 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Hüllmann, Dino A1 - Neumann, Patrick P. A1 - Scheuschner, Nils A1 - Bartholmai, Matthias A1 - Lilienthal, A.J. T1 - Experimental Validation of the Cone-Shaped Remote Gas Sensor Model N2 - Remote gas sensors mounted on mobile robots enable the mapping of gas distributions in large or hardly accessible areas. A challenging task, however, is the generation of threedimensional distribution maps from these gas measurements. Suitable reconstruction algorithms can be adapted, for instance, from the field of computed tomography (CT), but both their performance and strategies for selecting optimal measuring poses must be evaluated. For this purpose simulations are used, since, in contrast to field tests, they allow repeatable conditions. Although several simulation tools exist, they lack realistic models of remote gas sensors. Recently, we introduced a model for a Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy (TDLAS) gas sensor taking into account the conical shape of its laser beam. However, the novel model has not yet been validated with experiments. In this paper, we compare our model with a real sensor device and show that the assumptions made hold. T2 - IEEE Sensors 2019 CY - Montreal, Canada DA - 27.10.2019 KW - Remote gas sensor model KW - TDLAS KW - Gas dispersion simulation PY - 2019 SN - 978-1-7281-1634-1 SP - 104 EP - 107 PB - IEEE AN - OPUS4-49548 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 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 - GEN A1 - Tiebe, Carlo A1 - Bayat, Mehmet E. A1 - Bartholmai, Matthias T1 - Unsicherheit bei der Probenahme von Sprengstoffspuren und Detektion durch Ionenmobilitätsspektrometrie 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 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 -