A Versatile Sensor Data Processing Framework for Resource Technology

Die Erweiterung experimenteller Infrastrukturen um neuartige Sensor eröffnen die Möglichkeit, qualitativ neuartige Erkenntnisse zu gewinnen. Um diese Informationen vollständig zu erschließen ist ein Abdecken der gesamten Verarbeitungskette von der Datenauslese bis zu anwendungsbezogenen Auswertung erforderlich. Eine Erweiterung bestehender wissenschaftlicher Instrumente beinhaltet die strukturelle und zeitbezogene Integration der neuen Sensordaten in das Bestandssystem. Das hier vorgestellte Framework bietet durch seinen flexiblen Ansatz das Potenzial, unterschiedliche Sensortypen in unterschiedliche, leistungsfähige Plattformen zu integrieren. Zwei unterschiedliche Integrationsansätze zeigen die Flexibilität dieses Ansatzes, wobei einer auf die Steigerung der Sensitivität einer Anlage zur Sekundärionenmassenspektroskopie und der andere auf die Bereitstellung eines Prototypen zur Untersuchung von Rezyklaten ausgerichtet ist. Die sehr unterschiedlichen Hardwarevoraussetzungen und Anforderungen der Anwendung bildeten die Basis zur Entwicklung eines flexiblen Softwareframeworks. Um komplexe und leistungsfähige Applikationsbausteine bereitzustellen wurde eine Softwaretechnologie entwickelt, die modulare Pipelinestrukturen mit Sensor- und Ausgabeschnittstellen sowie einer Wissensbasis mit entsprechenden Konfigurations- und Verarbeitungsmodulen kombiniert.:1. Introduction 2. Hardware Architecture and Application Background 3. Software Concept 4. Experimental Results 5. Conclusion and OutlookNovel sensors with the ability to collect qualitatively new information offer the potential to improve experimental infrastructure and methods in the field of research technology. In order to get full access to this information, the entire range from detector readout data transfer over proper data and knowledge models up to complex application functions has to be covered. The extension of existing scientific instruments comprises the integration of diverse sensor information into existing hardware, based on the expansion of pivotal event schemes and data models. Due to its flexible approach, the proposed framework has the potential to integrate additional sensor types and offers migration capabilities to high-performance computing platforms. Two different implementation setups prove the flexibility of this approach, one extending the material analyzing capabilities of a secondary ion mass spectrometry device, the other implementing a functional prototype setup for the online analysis of recyclate. Both setups can be regarded as two complementary parts of a highly topical and ground-breaking unique scientific application field. The requirements and possibilities resulting from different hardware concepts on one hand and diverse application fields on the other hand are the basis for the development of a versatile software framework. In order to support complex and efficient application functions under heterogeneous and flexible technical conditions, a software technology is proposed that offers modular processing pipeline structures with internal and external data interfaces backed by a knowledge base with respective configuration and conclusion mechanisms.:1. Introduction 2. Hardware Architecture and Application Background 3. Software Concept 4. Experimental Results 5. Conclusion and Outloo