Analyse und Modellierung eines induktiven Ortungsprozesses unter Berücksichtigung der elektromagnetischen Wechselwirkungen planarer Spulensysteme / M.Sc. Sven Lange ; Erster Gutachter: Prof. Dr. rer. nat. Jens Förstner, Zweiter Gutachter: Prof. Dr. rer. nat. Marcus Stiemer. Paderborn, 2025
Content
- Kurzfassung / Abstract
- Verwendete Symbole und Abkürzungen
- 1 Einleitung
- 2 Grundlagen
- 2.1 Elektromagnetische Induktion
- 2.2 Materialeinflüsse auf elektromagnetische Felder
- 2.3 Nah- und Fernfeld
- 2.4 Eigen- und Gegeninduktivitäten
- 2.5 Skin- und Proximity-Effekt
- 2.6 Resonanz und Güte
- 3 Ermittlung und Modellierung der Parameter für eine induktive Kopplung
- 3.1 Elektrisches Ersatzschaltbilder von realen Spulenanordnungen
- 3.2 Kompensationsschaltungen für induktive Anwendungen
- 3.3 Berechnung der Spulenparameter
- 3.4 Berechnung der Gegeninduktivität
- 3.4.1 1D-Gegeninduktivität Mn,m(z)
- 3.4.2 3D-Gegeninduktivität Mn,m(x, y, z) von einer Leiterschleife
- 3.4.3 3D-Gegeninduktivität Mn,m(x, y, z) von einer beliebigen Spulengeometrie
- 3.4.4 3D-Gegeninduktivität Mn,m(x, y, z) beliebiger Spulengeometrien durch Neumann-Gleichung
- 3.5 Ermittlung der Gegeninduktivitäten
- 4 Algorithmen und Eigenschaften der induktiven Ortung
- 4.1 Ortungsalgorithmen
- 4.1.1 Verhältnismethode
- 4.1.1.1 Abhängigkeit von Verschiebungen
- 4.1.1.2 Verwendung von kleineren Ortungsspulen
- 4.1.1.3 Einfluss des Ausrichtungswinkels
- 4.1.1.4 Erweiterung des Messsystems durch mehr Ortungsspulen
- 4.1.2 Analytische Methode
- 4.1.2.1 Ermittlung von drei unbekanntem Parameter (x, y und z)
- 4.1.2.2 Berücksichtigung der Ausrichtung (x, y, z, und )
- 4.1.2.3 Verwendung von Optimierer
- 4.1.2.4 Verwendung von beliebigen planaren Spulengeometrien
- 4.1.3 Nutzung von KNN
- 4.2 Einflüsse von Systemparameter auf die Ortung
- 4.2.1 Anzahl der Ortungsspulen
- 4.2.2 Betriebsfrequenz
- 4.2.3 Design einer optimalen Spule
- 4.2.4 Geräteeinflüsse
- 4.2.5 Verfahren zur Lokalisierung von mehreren Spulen
- 4.3 Einflüsse von Störungen
- 5 Stochastische Verfahren zur Nachverarbeitung der Ortungsergebnisse
- 5.1 Kalman-Filter
- 5.1.1 Allgemeiner/Linearer Kalman-Filter
- 5.1.2 Extended Kalman Filter
- 5.1.3 Unscendet Kalman Filter
- 5.1.4 Weitere Arten
- 5.1.5 Anwendungen
- 5.2 Partikel-Filter
- 6 Simulationsumgebung zur Abbildung des gesamten induktiven Ortungsprozesses
- 7 Zusammenfassung und Ausblick
- Abbildungsverzeichnis
- Algorithmenverzeichnis
- Tabellenverzeichnis
- Literaturverzeichnis
- A Verwendete Theoreme und Rechenregeln
- B Herleitung des magnetischen Vektorpotentials
- C Implementierung der Neumann-Gleichung
- D Verwendete Spulen
- E Weitere Ergebnisse der Ortungsverfahren
- E.0.1 Analytischer Ansatz mit GA
- E.0.2 Künstliche neuronale Netzwerke (mit Einfluss der Ausrichtung)
- F Simulation des Lock-In Verstärkers
- Stichwortverzeichnis