TY - JOUR A1 - Moufid, M. A1 - Bouchikhi, B. A1 - Tiebe, Carlo A1 - Bartholmai, Matthias A1 - El Bari, N. T1 - Assessment of outdoor odor emissions from polluted sites using simultaneous thermal desorption-gas chromatography-mass spectrometry (TD-GC-MS), electronic nose in conjunction with advanced multivariate statistical approaches JF - Atmospheric Environment N2 - Poor air quality, particularly in urban areas, causes various diseases and degrades living standards. Air Quality could be affected by emissions of odor, Volatile Organic Compounds (VOCs), and other gases. Therefore, assessment and monitoring of odorous air quality using sensitive, simple, rapid, accurate and portable tools is very important for public health. This study aimed to characterize odor emissions to detect malfunctions in facilities and to prevent air pollution and olfactory nuisance in the environment. A gas chromatographic method, in conjunction with sensorial analysis were performed for odorous air samples analysis collected from neighborhood of Meknes city (Morocco). Advanced multivariate statistical approaches, such as Principal Components Analysis (PCA), Discriminant Function Analysis (DFA), Support Vector Machines (SVMs), and Hierarchical Cluster Analysis (HCA), were used to describe samples similarities. The electronic nose (e-nose) data processing exhibits a satisfactory discrimination between the odorous air samples. Twenty-four VOCs with known molecular formulas were identified with Thermal Desorption-Gas Chromatography-Mass Spectrometry (TD-GC-MS). A validated Partial Least Square (PLS) model foresees good calibration between e-nose measurement and TD-GCMS analysis. The finding indicates that TD-GC–MS approach in conjunction with e-nose unit could be suitable tool for environmental measurement-based odor emissions. KW - Electronic nose KW - TD-GC-MS KW - PLS regression KW - Multivariate analysis KW - Outdoor odor emissions PY - 2021 DO - https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2021.118449 SN - 1352-2310 VL - 256 SP - 118449 PB - Elsevier Ltd. AN - OPUS4-52626 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Ullner, Christian A1 - Subaric-Leitis, Andreas A1 - Bartholmai, Matthias T1 - Uncertainty of Elastoplastic Material Parameters Calculated from the Spherical Indentation in the Macro Range JF - Journal of Testing and Evaluation N2 - The applicability of three methods developed by finite element analysis (FEM) and proposed in the literature are studied on steel S355. Instrumented indentation tests using spherical indenters of radius 200 and 500 μ m are performed in the macro range at depths of more than 6 μ m. The results of the selected methods are compared with the tensile test. To evaluate the partially strongly varying results, the uncertainties of the calculated strain hardening exponent, n, and yield stress, Y, are estimated. Recommendations for an appropriated procedure of the indentation test are given. The machine compliance and the determination of the zero point of Depth play an essential role. If the certain conditions are considered, the instrumented indentation Tests can be used, in particular for investigations of specimens with inhomogeneous elastoplasticity. KW - Indentation KW - Elastoplastic material parameters KW - Uncertainty PY - 2021 DO - https://doi.org/10.1520/JTE20200683 SN - 0090-3973 VL - 49 IS - 6 SP - 4576 EP - 4592 PB - ASTM International AN - OPUS4-52416 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 - Bartelmeß, Jürgen A1 - Zimmek, David A1 - Bartholmai, Matthias A1 - Strangfeld, Christoph A1 - Schäferling, M. T1 - Fibre optic ratiometric fluorescence pH sensor for monitoring corrosion in concrete JF - Analyst N2 - In this communication a novel concept for pH sensing is introduced which is specifically adapted to monitor carbonation induced corrosion in concrete structures. The method is based on a ratiometric measurement principle, exploiting the pH sensitive colour switching of thymol blue in the basic pH regime and the emissive properties of two different (Zn)CdSe/ZnS core shell quantum dots. The transition point of thymol blue in a Hydrogel D4 matrix was determined to be at around pH 11.6, which fits ideally to the intended application. Next to the fundamental spectroscopic characterization of the ratiometric response, a new design for a sensor head, suitable for the incorporation into concrete matrices is presented. Toward this, a manufacturing process was developed which includes the preparation of a double layer of polymers containing either thymol blue or a quantum dot mixture inside a porous ceramic tube. Results of a proof-of-priciple performance test of the sensor head in solutions of different pH and in cement specimens are presented, with encouraging results paving the way for future field tests in concrete. KW - Fiber optic sensing KW - PH monitoring in concrete KW - Embedded sensors KW - Ratiometric fluorescence PY - 2020 DO - https://doi.org/10.1039/c9an02348h VL - 145 IS - 6 SP - 2111 EP - 2117 PB - Royal Society of Chemistry AN - OPUS4-50381 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Strangfeld, Christoph A1 - Johann, Sergej A1 - Bartholmai, Matthias T1 - Smart RFID Sensors Embedded in Building Structures for Early Damage Detection and Long-Term Monitoring JF - Sensors N2 - In civil engineering, many structures are made of reinforced concrete. Most Degradation processes relevant to this material, e.g., corrosion, are related to an increased level of material moisture. Therefore, moisture monitoring in reinforced concrete is regarded as a crucial method for structural health monitoring. In this study, passive radio frequency identification (RFID)-based sensors are embedded into the concrete. They are well suited for long-term operation over decades and are well protected against harsh environmental conditions. The energy supply and the data transfer of the humidity sensors are provided by RFID. The sensor casing materials are optimised to withstand the high alkaline environment in concrete, having pH values of more than 12. Membrane materials are also investigated to identify materials capable of enabling water vapour transport from the porous cement matrix to the embedded humidity sensor. By measuring the corresponding relative humidity with embedded passive RFID-based sensors, the cement hydration is monitored for 170 days. Moreover, long-term moisture monitoring is performed for more than 1000 days. The Experiments show that embedded passive RFID-based sensors are highly suitable for long-term structural health monitoring in civil engineering. KW - RFID based sensors KW - Embedded sensors KW - Corresponding relative humidity KW - Porous building materials KW - Reinforced concrete KW - Corrosion KW - Civil engineering PY - 2019 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-500831 DO - https://doi.org/10.3390/s19245514 VL - 19 IS - 24 SP - 1 EP - 18 PB - MDPI CY - Basel, Swiss AN - OPUS4-50083 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Bartholmai, Matthias A1 - Johann, Sergej A1 - Wu, Cheng-Chieh A1 - Gründer, Klaus-Peter A1 - Kadoke, Daniel T1 - 3D-Gestalts- und -Verformungsmessung - Anwendungsbeispiele N2 - Der Fokus des Arbeitsfelds ist die messtechnisch fundierte Anwendung der 3D-Verfahrenskombination zur Lösung vielfältiger Messaufgaben mit optimaler Datenqualität für interne und externe Kunden. Das setzt insbesondere eine jeweils problembezogene Messmethodik voraus. Dazu setzen wir kameragestützte 3D-Koordinatenmessverfahren ein, die auf dem fotogrammetrischen Prinzip der Bildtriangulation beruhen. Darunter fallen folgende miteinander flexibel kombinierbare Verfahrensmodifikationen: Mehrbildfotogrammetrie, Messadapter für Geometriemerkmale, Streifenprojektionsverfahren, statische bis hochdynamische Stereofotogrammetrie auf Punktebasis oder aufgabenangepasster Oberflächenmuster und mechanisch-optische Taster. T2 - 5th International Conference on Smart Monitoring, Assessment and Rehabilitation of Civil Structures (SMAR 2019) CY - Potsdam, Germany DA - 27.08.2019 KW - 3D-Verformungsmessung KW - Koordinatenmessung KW - Verschiebungsfeld PY - 2019 AN - OPUS4-48791 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Johann, Sergej A1 - Kohlhoff, Harald A1 - Gawlitza, Kornelia A1 - Bell, Jérémy A1 - Mansurova, Maria A1 - Tiebe, Carlo A1 - Bartholmai, Matthias T1 - Semi-automatic Gas Measurement Device Based on Fluorescent Multi-gas Sensors T2 - Proceedings of the IEEE Sensors 2019 N2 - This paper describes the development of a semi-automatic gas measurement device presenting potentially a broad range of applications, noteworthy in the agricultural sector. Non-reversible fluorescent molecular sensors were designed and syn-thesized. Upon, integration into a hydrogel matrix with an optimal ratio of co-solvents, the sensors reacting selectively to ammonia were illuminated by excitation light to produce a concentration-correlated fluorescence emission. An automated mechanical-elec-trical device initiates a given gas mixture and thus simulates con-centrations similar to a threshold value. The aim of this project is to develop a sensor or a low-cost method which can monitor low concentrations of harmful gases and aid in their elimination or regulation in livestock housing, barns or stables. T2 - IEEE Sensors 2019 CY - Montreal, Canada DA - 27.10.2019 KW - gas analysis KW - fluorescence KW - embedded sensor KW - spectroscopy KW - environment KW - agricultural economy PY - 2019 SN - 978-1-7281-1634-1 SP - 88 EP - 92 PB - IEEE AN - OPUS4-49506 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 -