BA - Development of a Prototype for Mechanical Impedance Tomography

BA - Entwicklung eines Prototypen für Mechanische Impedanztomographie

Aufgabenbeschreibung

Die Elektrische Impedanztomographie (EIT) ermöglicht die Rekonstruktion innerer Materialeigenschaften aus Randdaten. Diese Arbeit überträgt dieses Prinzip auf die Mechanik. Ziel ist die Entwicklung eines funktionsfähigen Prototyps zur Mechanischen Impedanztomographie (MIT), der auf einer fundierten physikalischen Analogie zwischen elektrischen und mechanischen Impedanzbegriffen basiert. Anstelle elektrischer Felder wird ein mechanisches System mittels gesteuerter Aktuatoren angeregt und die Antwort über Beschleunigungssensoren erfasst.

2. Methodik und Kernfragen

Die Arbeit gliedert sich in eine theoretische Herleitung sowie die praktische Realisierung eines 8-Kanal-Systems auf STM32-Basis. Dabei werden folgende Schwerpunkte systematisch adressiert:

• Physikalische Analogie: Identifikation der äquivalenten Feldgleichungen und Transfergrößen, um die EIT-Methodik für mechanische Anregungen (Kraft) und Antworten (Beschleunigung) mathematisch zu adaptieren.

• Systemarchitektur & Steuerung: Definition des optimalen Arbeitsfrequenzbereichs unter Berücksichtigung von Wellenausbreitung, Quasi-Statik und Aktuator-Bandbreite. Design der Firmware zur Steuerung der Anregungssequenzen, Optimierung des Einschwingverhaltens und effiziente Datenakquise über den I2C-Bus.

• Validierungskonzept: Entwicklung eines strukturierten Validierungsprotokolls zur Verifizierung der Systemleistung. Hierfür wird ein mechanisches Testphantom bereitgestellt, das sowohl homogene Referenzmessungen als auch die Detektion definierter Anomalien ermöglicht.

3. Erwartete Ergebnisse

Das zentrale Ergebnis dieser Arbeit ist ein validierter MIT-Prototyp. Die Ergebnisse umfassen:

1. Eine fundierte theoretische Herleitung der EIT/MIT-Analogie.

2. Eine technische Spezifikation, die Anforderungen an Hardware (Sensorik, I2C-Durchsatz) und Firmware (Timing, Signalverarbeitung) quantifiziert.

3. Ein funktionsfähiges Messsystem, validiert durch ein dediziertes Testphantom, inklusive einer abschließenden Diskussion zur Skalierbarkeit des Systems und einem Vergleich zum elektrischen Pendant.

Checklist

• Introduction / tour in M4

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Helpful links:

• Thesis Work / Studentische Arbeiten 

• Criteria for the evaluation of Bachelor's and Master's theses, handout version

• Laborordnung

• Spotlights / Kurzvorträge

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