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Elektrische Impedanztomographie

SFB1615 Projekt A02 am iMEK

Seit Oktober 2023 besteht an der TUHH der DFG-Sonderforschungsbereich SFB 1615 SMART-Reaktoren, in dem auch das IMEK tätig ist und an den Teilprojekten A02 und A07 mitwirkt. Mit Erfahrungen in der Impedanzmesstechnik, sowie der allgemeinen Schaltungsentwicklung sollen existierende Reaktorsteuerungen erweitert und automatisiert werden.

"Wir stehen vor den gesellschaftlichen Herausforderungen, wirtschaftliche und Produktionsketten von fossilen Rohstoffen auf nachhaltige und erneuerbare Rohstoffe umzustellen. Diese können jedoch saisonal und geologisch in ihrer Verfügbarkeit und Qualität schwanken. Die Gesellschaft benötigt daher dringend Prozesse und Reaktoren, die flexibel auf schwankende Rohstoffeigenschaften reagieren können. Um eine solche Anpassung zu ermöglichen, ist ein sehr hohes Maß an Prozesskontrolle erforderlich: Drücke, Temperaturen, Konzentrationen und verteilte Phasen müssen kontinuierlich und in situ in den Reaktoren mit geeigneten Sensoren überwacht werden. Als Teil des Verbundforschungszentrums zielen wir darauf ab, dieses Problem anzugehen und SMART-Reaktoren durch Grundlagenforschung zu ermöglichen. In Zukunft werden die SMART-Reaktoren nachhaltige erneuerbare Ressourcen auf nachhaltigere Weise in verschiedene Produkte (Mehrzweck) umwandeln und autonom (selbstanpassend) operieren, was zu widerstandsfähigeren Prozessen führen wird, die besser zwischen Maßstäben und Standorten übertragbar sind. Um unsere Vision zu erreichen, ermöglicht die interdisziplinäre Zusammenarbeit zwischen Verfahrenstechnik, Materialwissenschaft und Elektrotechnik mit Physikern, Chemikern, Mathematikern und Datenwissenschaftlern der Technischen Universität Hamburg und fünf Forschungseinrichtungen die Bündelung von Expertise und einzigartigen experimentellen Einrichtungen. Im Rahmen dieser Website möchten wir Ihnen einen Einblick in die einzelnen Teilprojekte, Veröffentlichungen im Zusammenhang mit dem CRC, bevorstehende Veranstaltungen und Karrieremöglichkeiten im Verbundforschungszentrum geben."

TUHH SFB1615

 

Elektronikentwicklung

Am Institut für Mechatronik im Maschinenbau entwickeln wir die Messelektronik aufgrund der besonderen Anforderungen in Messgeschwindigkeit und Kanalanzahl selbst. Dabei legen wir den Fokus auf Modularität und Skalierbarkeit des Systems auf die gewünschte Kanalanzahl.

Datenverarbeitung im Kontext Elektrischer Impedanztomographie

Ein zentrales Forschungsfeld unseres Instituts ist die Lösung des inversen Problems in der Elektrischen Impedanztomographie (EIT). Dabei geht es darum, aus elektrischen Messungen an der Oberfläche innere Leitfähigkeitsverteilungen zu rekonstruieren – eine mathematisch wie technisch anspruchsvolle Aufgabe.

Unsere Arbeiten verbinden klassische numerische Methoden mit modernen, Machine-Learning-basierten Ansätzen. So können wir robuste Rekonstruktionen erreichen, die sowohl Stabilität als auch Detailtreue ermöglichen. Neben etablierten Verfahren erforschen wir auch lernbasierte Methoden, die physikalisches Vorwissen mit datengetriebener Modellierung kombinieren.

Darüber hinaus beschäftigen wir uns mit der datengetriebenen Entwicklung von EIT-Sensoren. Auf Grundlage von Sensitivitätsanalysen und  Optimierungsalgorithmik untersuchen wir, wie sich Geometrien anpassen und die Stromführung steuern lässt, um die Bildqualität weiter zu steigern. Dadurch können Elektrodenanordnung, Messstrategien und Ansteuerkonzepte gezielt optimiert werden, sodass EIT-Systeme mit maximaler räumlicher Auflösung für spezifische Anwendungen realisiert werden können.

Besonderes Augenmerk legen wir auf eine anwendungsgetriebene Entwicklung, mit einem Schwerpunkt auf Prozesstechnik. Hier erschließen wir neue Möglichkeiten, EIT als zuverlässige und vielseitige Bildgebungstechnologie in industriellen Prozessen nutzbar zu machen.

Darstellung der Rekonstruktion eines Wärmeflusses mittels EIT. Das neuronale Netzwerk empfängt Messungen von vier Frames mit jeweils 928 Messungen und gibt vier Wärmeverteilungen in 2D zurück.
Rekonstruktion einer Leiotfähigkeitsanomalie (Links) mittels standardmäßiger Elektrodenanordnung (Mitte) und optimierter Anordnung (rechts).