Vom Konzept zum Messsystem

Simulation der Strömung in optischer Langwegzelle

Vom Konzept zum Messsystem

Thermische Simulation für die Entwicklung von Sensorstrukturen

Simulation und Auswertealgorithmen

Fraunhofer IPM verfügt über langjährige Erfahrung auf dem Gebiet der Simulation physikalischer Vorgänge, insbesondere im Bereich thermischer Simulationen. Dabei stehen Simulationen gekoppelter Phänomene im Vordergrund, etwa von Wärme-, Strom- und Stofftransporten bei Peltierkühlern oder 3-Omega-Sensoren. Basis der Simulationen sind rein analytische Betrachtungen. Dazu stehen uns Tools wie MathCAD oder Mathematika sowie für »Finite-Element-Modelle« Comsol Multiphysics zur Verfügung.

Im Zentrum aktueller Arbeiten stehen unter anderem die Themen Wärmeübertragung in Verbindung mit Stoffaustausch für geothermale Wärmetauscher sowie Wärmemanagement in Mikrostrukturen und in kompletten elektronischen Aufbauten. Basis solcher Simulationen bilden reale Geometrievorgaben, die den Simulationstools über CAD-Schnittstellen zugeführt werden. Simuliert werden verschiedenste Arten von Strömungen, seien es Stoffströmungen mittels CFD (»Computational Fluid Dynamics«), elektrische oder thermische Ströme, die Auswirkung thermischer Effekte auf mechanische Bauteil-Eigenschaften oder die Wechselwirkung dieser Effekte untereinander.

Unser Know-how wird ergänzt durch Expertise in der Simulation optischer Systeme mittels »Ray Tracing«- und »Wave Optic«-Analysetechniken. So sind wir beispielsweise in der Lage, Strömungs- und Wärmeübertragung für Flüssigkeiten oder Gase vollständig eingebettet zu simulieren. Damit können wir selbst komplexe Systeme verbessern oder für einen größeren Einsatzbereich erweitern.

Ferner werden mit Hilfe der Chemometrie Messdaten verarbeitet. Je aufwändiger die verwendete spektroskopische Technik und je größer die aufgenommenen Datenmengen sind, umso schwieriger ist die Rückführung dieser Messwerte auf die grundlegenden Zustandsdaten wie Konzentration, Zusammensetzung oder Prozessierungszustand. Fraunhofer IPM hat jahrelange Erfahrung in der multivariaten Analyse großer Datenmengen, wie sie bei allen Systemen anfallen, und entwickelt mathematische Modelle zur Bestimmung des Produktzustands und zur Regelung der Prozessparameter beispielsweise in der Qualitätskontrolle.

Im einfachsten Fall beschränkt sich die chemometrische Analyse auf die Bestimmung der Konzentrationsverhältnisse von Reinstoffen aus einem Mischspektrum mittels einer einfachen linearen Anpassung. In aufwändigeren Fällen nutzen wir komplexe multivariate Verfahren wie Principal Component Analysis (PCA), Principal Component Regression (PCR) oder auch Support-Vektor-Maschinen (SVM) zur Charakterisierung und Identifikation von Produkten. Fraunhofer IPM integriert die chemometrische Datenverarbeitung frühzeitig in die Entwicklung kundenspezifischer Messsysteme und liefert, z.B. auch zusammen mit optischen Simulationen, wichtige Erkenntnisse bereits während der Designphase.