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Digitale Co-Kalibrierung von Sensoren in einem bestehenden Sensoren-Netzwerk

Ein Demonstrator der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) zur nahtlosen Integration neuer Sensoren in bestehende Sensornetzwerke

PTB
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Beschreibung des Demonstrators

Der PTB Co-Kal Demonstrator zeigt, wie neue Sensoren drahtlos in ein bestehendes Sensornetzwerk integriert und dort automatisch co-kalibriert werden können. Zwei bereits kalibrierte Mikrofone bilden die Referenzbasis, in deren Nähe ein neuer Sensor positioniert wird. Über eine Web-Oberfläche kann die nutzende Person den Kalibrierungsprozess starten. Mithilfe von Umgebungsgeräuschen und einer steuerbaren Schallquelle wird das neue Mikrofon vor Ort (in-situ) charakterisiert.
Die Kalibrierung erfolgt durch die Modellierung eines virtuellen Referenzsignals am Standort des neuen Sensors. Basierend auf diesem Signal wird die Übertragungsfunktion des neuen Mikrofons im Frequenzbereich als parametrisiertes Filter ermittelt. Eine Monte-Carlo-Simulation berechnet zusätzlich die Unsicherheiten der Parameter. Herzstück des Systems ist ein scheckkartengroßer Raspberry Pi, der als zentrales Element die Verarbeitung übernimmt, die Visualisierung steuert und das Ergebnis als digitalen Bericht zum Download bereitstellt.

Business Case aus Anwendersicht

Die Co-Kalibrierung neuer Sensoren in einem Sensornetzwerk ist für viele Anwendungsfelder relevant – etwa in der Umweltüberwachung, Qualitätssicherung oder der Zustandsüberwachung von Infrastrukturen. Durch die digitale und automatisierte In-situ-Kalibrierung können neue Sensoren einfach integriert werden, ohne manuelle Nachbearbeitung oder Laborbedingungen. Nutzer erhalten über eine intuitive Web-Oberfläche Zugriff auf den Kalibrierungsprozess und das Ergebnis – mobil, transparent und effizient. So wird die Erweiterung bestehender Sensornetzwerke vereinfacht und die Vertrauenswürdigkeit der Messergebnisse gesichert.

Zum Projekt

Der Demonstrator wurde im Rahmen eines Projekts der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) entwickelt, um zentrale Fragestellungen zur digitalen Kalibrierung in vernetzten Messsystemen zu adressieren. Ziel ist es, die Integration neuer Sensoren durch digitale Bausteine zu vereinfachen und gleichzeitig wissenschaftlich fundierte Methoden zur Unsicherheitsbewertung bereitzustellen. Technologisch basiert das System auf einer Kombination aus Python-Programmierung, REST-APIs, Docker-Containern und dem Einsatz des Pakets PyDynamic zur Evaluation dynamischer Messunsicherheiten. Die gesamte Infrastruktur läuft auf einem Raspberry Pi, wodurch eine kompakte, mobile und energieeffiziente Lösung entsteht.

Laufzeit

01.01.20 - 31.12.25