Rückgeführte Energiemessung arbiträrer, nichtstationärer Signale

Der Einsatz sogenannter „energy harvester“, 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 Generatoren 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 war es, eine rückgeführte Messung des Wirkungsgrades für Mikrogeneratoren zu entwickeln. Die vorliegende Arbeit wurde im Rahmen dieses Projektes durchgeführt und widmet sich der Aufgabe den Energiegehalt der elektrischen Ausgangssignale zu messen. Diese Signale können beliebige Kurvenform aufweisen und sind in der Regel nichtstationär. Ausgehend von den etablierten Verfahren zur Bestimmung von Leistung und Effektivwert quasistationärer Signale wurden drei Messverfahren realisiert und untersucht. Eines dieser Verfahren stützt sich auf genaue Abtastung des Messsignals mit einer Abtastfrequenz von mehreren 100 kHz und wurde mittels einer kommerziellen Abtastkarte realisiert. Die beiden anderen Verfahren basieren auf Thermokonvertern, wie sie zur Effektivwertbestimmung durch ac-dc Transfer in vielen nationalen Metrologieinstituten verwendet werden. Eines der 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 (SIQ) und dem italienischen nationalen Metrologieinstitut (INRIM) untersucht.