Forschungsschwerpunkte

Autonome Sensorknoten für die Land- und Energiewirtschaft

Je besser der Silierprozess gelingt, umso effizienter ist die Produktion von Biogas. Bislang fehlte es an einer geeigneten Sensorik, um den gesamten Prozess vom Auffahren des Silos bis hin zur Entnahme des Silagegutes überwachen zu können. Mit der vom Fraunhofer IZM und Partnern aus Wissenschaft (Julius-Kühn-Institut (JKI), Brauschweig) und Industrie (Esys GmbH, Berlin) entwickelten Multisensorik ist es erstmals möglich, kritische Parameter wie etwa die Verdichtung zu überwachen. Störgrößen im Laufe des Silierprozesses und nach der Entnahme können frühzeitig erkannt und beseitigt werden, bevor es zu einer Verminderung der Silagequalität kommt. Die Verwendung eines im Erntedaten-Management gängigen Software-Standards sorgt zudem dafür, dass die Sensordaten später in bereits etablierte landwirtschaftliche Softwarelösungen integriert und damit unmittelbar in die Praxis übertragen werden können.

Gemeinsam mit den Partnern JKI und Esys wurden auf der Basis von Vorversuchen geeignete Sensoren für die Messung von pH-Wert, Temperatur und Dichte festgelegt, eine energieminimierte Signalaufbereitung konzipiert und der Entwurf für die Gehäusung entwickelt. Das Kommunikationskonzept sieht eine drahtlose Anbindung der Sensorknoten (169 MHz) an eine mobilfunkgestützte Internet-Bridge vor, welche die Daten an einen Webserver mit Datenbank weiterleitet. Die Ergebnisse sind über eine Web-API abrufbar. Eine Android-App für den mobilen Einsatz, z.B. für den Fahrer, dient der geografisch bezogenen Online-Darstellung der Messwerte. Für die Kalibrierung der Sensorik wurde vom JKI ein Modellsilo entwickelt und aufgefahren.

Eine besondere Herausforderung stellte die Entwicklung des Dichtesensors dar. Da die Sensorknoten die Dichte im laufenden Prozess messen sollen, sind klassische Prinzipien wie Wägung eines defi nierten Volumens nicht geeignet. Das Messprinzip muss zudem miniaturisierbar sein. Aus diesem Grund wurde der Mikrowellenstreufeldresonator als Messprinzip ausgewählt. Um die Kosten für den Sensor möglichst gering zu halten, wurde für den Sensor eine Frequenz von 2,4 GHz gewählt, da hierfür kostengünstige Transceiverchips auf dem Markt erhältlich sind. Der Resonator wurde zunächst simuliert, im Rapid-Prototyping-Verfahren hergestellt und anschließend unter realen Bedingungen mit Erfolg getestet. Beim pH-Sensor wurde auf handelsübliche Sensoren zurückgegriffen, welche an das Gehäusekonzept angepasst wurden. Nach den ersten erfolgreichen Sensortests steht in diesem Jahr der Praxistest im realen Betrieb eines Silierzyklusses an.
 

System Design am Fraunhofer IZM | Sensorsystem zur Überwachung des Silierprozesses in der Biogasproduktion
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Sensorsystem zur Überwachung des Silierprozesses in der Biogasproduktion

Arbeitsgruppe

RF Modules

Entwurf und Charakterisierung von HF/Millimeter-wellen Modulen unter Verwendung des M3-Ansatzes für Kommunikations-, Messtechnik- und Radaranwendungen.

Jahresbericht

Highlights 2016/17

Autonome Sensorknoten - Highlight im aktuellen Jahresbericht

RF & Smart Sensor Systems

Alles auf einen Blick

Hier finden Sie alle Themen der Abteilung RF & Smart Sensor Systems (R3S)