Rückgeführte Energiemessung arbiträrer, nichtstationärer Signale

Die Verbreitung von sogenannten „energy harvestern“, zur Energieversorgung von Elektronik ohne Batterien oder Kabel, nimmt beständig zu. „Energy harvester“ sind Mikrogeneratoren, wie z. B. piezoelektrische Bauteile, die Energie, beispielsweise von Vibrationen, aus ihrer Umgebung aufnehmen und in elektrische Energie umwandeln. Um den Anwendern dieser Mikrogeneratoren die zur Auswahl der Bauteile benötigten Vergleichsmöglichkeiten zu geben, wurde im Rahmen des European Metrology Research Programme (EMRP) das Forschungsprojekt „Metrology for Energy Harvesting“ durchgeführt. Ziel dieses Projektes war es, eine rückgeführte Messung des Wirkungsgrades für solche Mikrogeneratoren zu entwickeln. Die vorliegende Arbeit wurde im Rahmen dieses Projektes durchgeführt und widmet sich dem Teilbereich den Energiegehalt der erzeugten elektrischen Ausgangssignale rückgeführt zu messen. Diese Signale können beliebige Kurvenform aufweisen und sind in der Regel nicht-stationär. Ausgehend von den etablierten Verfahren zur Bestimmug von Leistung und Effektivwert quasistationärer Signale wurden drei Messverfahren realisiert und untersucht. Eines dieser Verfahren stützt sich auf hochgenaue Abtastung des Messsignals mit einer Abtastfrequenz von mehreren 100 kHz und wurde mittels einer kommerziellen Abtastkarte realisiert. Die beiden weiteren Verfahren basieren auf Thermokonvertern, wie sie zur Bestimmung von Effektivwerten im Rahmen des ac-dc Transfers in vielen nationalen Metrologieinstituten verwendet werden. Eines der realisierten thermischen Verfahren basiert auf dem mathematischen Modell eines Thermokonverters, aus dessen Ausgangssignal die Eingangsenergie berechnet wird. Für das zweite wurde ein speziell modifizierter Thermokonverter entworfen, welcher mittels einer Regelschleife in einem vorgegebenen Arbeitspunkt stabilisiert wird. Die thermischen Verfahren wurden zu funktionierenden Prototypen weiterentwickelt und zusammen mit dem slowenischen nationalen Metrologieinstitut SIQ und dem italienischen nationalen Metrologieinstitut INRIM untersucht.