Entwicklung eines autarken Präzisionsmessgerätesin FPGA Technologie zur Messung desFestkörperanteils in Mehrphasensystemen

Abstract

Meereis stellt mit seinen veränderlichen Anteilen von festem Frischwassereis und eingeschlossener flüssiger Salzlake ein Zwei-Komponenten, Zwei-Phasen System dar. In dieser Masterarbeit wird die Entwicklung eines in-situ Messgerätes zur Messung des Anteils der jeweiligen Komponente beschrieben. Als Grundlage dient ein FPGA, über welchen ein digitales Messsignal erzeugt wird. Über Digital-Analog-Umsetzer und Analog-Digital-Umsetzer mit SPI-Schnittstelle sind eine entwickelte Hardware an den FPGA angebunden. Die entwickelte Hardware realisiert die analoge Messung zur Bestimmung des Festkörperanteils von Meereis. Hierzu werden bei Anlegen des Messsignals der resultierende Strom und die resultierende Spannung zwischen zwei im Meereis eingeschlossenen Platindrähten ermittelt. Ein μController auf der Hardware dient zur Steuerung von mehreren Messsensoren. Die entwickelte Hardware ist für den autarken Einsatz in arktischen Regionen konzipiert und auf die Messung der Phase und des Effektivwertes des resultierenden Stroms bzw. der resultierenden Spannung optimiert.

Sea ice with its changing fractions of solid freshwater-ice crystals and interstitial liquid saline brine is a two component, two-phase medium. This master thesis describes the development of an in-situ measuring instrument capable for measuring both fractions in sea ice. The measuring instrument is based on a FPGA to generate and analyse a digital measuring signal. To determine the solid fraction one digital-analog-converter and two analog-digital-converter measures the phase and the rms-value between two platinum wires. Additionally, there is a microcontroller on the newly developed hardware that controls multiple measurement sensors. The developed hardware is designed for the independent use in Arctic regions.