Wednesday, January 25, 2017

Déménagement Moyenne Filtre Fpga

Récepteur GPS fait maison La photo ci-dessus est le premier mixeur avant et le premier amplificateur IF d'un récepteur GPS expérimental. Le SMA le plus à gauche est connecté à une antenne commerciale avec filtre LNA et SAW intégré. Un premier oscillateur local synthétisé entraîne le SMA inférieur. Les en-têtes de broches vers la droite sont l'entrée d'alimentation et la sortie IF. Ce dernier est connecté à un FPGA Xilinx qui non seulement exécute DSP, mais héberge également un synthétiseur de fréquence N fractionnaire. Plus d'informations ultérieurement. J'ai été motivé pour la conception de ce récepteur après avoir lu le travail 1 de Matjax017E Vidmar, S53MV, qui a développé un récepteur GPS à partir de zéro, en utilisant principalement des composants discrets, il ya plus de 20 ans. Son utilisation de DSP suite à une limitation de FI et 1-bit ADC m'a intéressé. Le récepteur décrit ici fonctionne sur le même principe. Son ADC à 1 bit est l'IC à 6 broches près des en-têtes de broche, un comparateur de sortie LVDS. Caché sous le bruit mais non oblitéré dans le bi-niveau quantised mush qui émerge sont des signaux de chaque satellite en vue. Tous les satellites GPS transmettent sur la même fréquence, 1575.42 MHz, en utilisant le spectre à diffusion directe (DSSS). Le transporteur L1 est étalé sur une bande passante de 2 MHz et sa résistance à la surface terrestre est de -130 dBm. La puissance de bruit thermique dans la même largeur de bande est de -111 dBm, de sorte qu'un signal GPS à l'antenne de réception est de 20 dB au-dessous du plancher de bruit. Que tous les signaux présents, superposés les uns aux autres et enterrés dans le bruit, soient récupérables après la quantification de deux niveaux semble contre-intuitive J'ai écrit une simulation pour me convaincre. Le GPS repose sur les propriétés de corrélation des séquences pseudo-aléatoires appelées Codes Or pour séparer les signaux du bruit et les uns des autres. Chaque satellite transmet une séquence unique. Tous les signaux non corrélés sont le bruit, y compris ceux d'autres satellites et les erreurs de quantification du limiteur. Le mélange avec le même code dans la phase correcte détruit le signal utile et répand tout le reste. Le filtrage à bande étroite élimine alors le bruit à large bande sans affecter le signal recherché (encore une fois étroit). Hard-limiting (1-bit ADC) dégrade SNR de moins de 3 dB, un prix à payer pour éviter l'AGC matériel. Mise à jour de mai 2013 Il s'agit maintenant d'un récepteur GPS 12 canaux, portable, alimenté par batterie et doté d'un logiciel clé en main, qui acquiert et suit les satellites et recalcule continuellement sa position sans intervention de l'utilisateur. Le système complet (ci-dessous, à gauche) comprend: écran LCD 16x2, ordinateur modèle A de framboise Pi, deux cartes imprimées personnalisées, antenne patch commerciale et batterie Li-Ion. La consommation totale de courant du système est de 0,4 A pour une autonomie de 5 heures. Le Raspberry Pi est alimenté par le câble ruban reliant son en-tête GPIO à la carte FPGA Frac7 et ne nécessite aucune autre connexion. Actuellement, le Pi fonctionne avec Raspbian Linux. Une distro plus petite raccourcit le temps à la première correction. Après le démarrage à partir de la carte SD, le logiciel d'application GPS démarre automatiquement. À la sortie, il fournit un moyen d'arrêter correctement le Pi avant de mettre hors tension. Pi développement logiciel a été fait sans tête via SSH et FTP sur un dongle USB Wi-Fi. Le code source et la documentation peuvent être trouvés en bas de cette page. Les deux PCB personnalisés sont des cartes PTH à ​​2 couches simples avec des plans de masse continus sur le fond. Dans le sens des aiguilles d'une montre autour du Xilinx Spartan 3 sur la carte FPGA Frac7: de 12 heures à 3 heures sont le filtre de boucle, VCO, répartiteur de puissance et prescaler du synthétiseur de fréquence hyperfréquence en bas à droite sont le joystick et le connecteur JTAG et, à 6 heures, Broche pour le câble ruban Raspberry Pi. À l'extrême gauche se trouve le connecteur LCD. Près de la gauche se trouve un oscillateur à cristaux contrôlés en tension (TCVCXO) à compensation de température qui fournit une fréquence de référence stable, vitale pour la réception GPS. Le TCVCXO est bon mais pas tout à fait à la norme de GPS quand l'opération un-boxed dans les endroits venteux. Le soufflage déplace l'oscillateur à quartz 10,000000 MHz d'environ 1 partie sur 10 millions ou 1 Hz, ce qui est amplifié 150 fois par le synthétiseur PLL. Cela suffit à momentanément déverrouiller les boucles de suivi par satellite, si fait soudainement. Le dispositif est également légèrement sensible aux infrarouges, par ex. Des ampoules halogènes et des télécommandes TV Lorsqu'il a été publié pour la première fois en 2011, il s'agissait d'un récepteur à quatre canaux, ce qui signifie qu'il ne pouvait suivre quatre satellites simultanément. Au moins quatre sont nécessaires pour résoudre la position de l'utilisateur et le biais d'horloge du récepteur, mais une plus grande précision est possible avec plus. Dans cette version originale, quatre instances identiques du module de suivi ont rempli le FPGA. Mais la plupart des flops n'étaient cadencés qu'une fois par milliseconde. Maintenant, une CPU personnalisée à cœur interne à l'intérieur du FPGA sérialise le traitement et seulement 50 du tissu FPGA est nécessaire pour un récepteur à 8 canaux ou 67 pour 12 canaux. Le nombre de canaux est un paramètre dans la source et pourrait aller plus haut. La précision de positionnement est meilleure quand l'antenne peut voir 360deg de ciel et recevoir des signaux de toutes les directions. Généralement, plus les satellites sont visibles, mieux ce sera. Deux ou plusieurs satellites sur le même roulement peuvent conduire à ce que l'on appelle la mauvaise géométrie. La meilleure solution à ce jour était plusmn1 mètres à un emplacement très ouvert à l'aide de 12 satellites, mais la précision est généralement plusmn5 mètres dans les endroits les plus pauvres avec moins de satellites. Mise à jour de septembre 2014 Le code source de ce projet a été relancé sous la GNU General Public License (GPL). Architecture Processus est divisé entre FPGA et Pi par la complexité et l'urgence. Le Pi s'occupe de la manutention intensive des mathématiques à son propre rythme. Le FPGA synthétise le premier oscillateur local, traite les événements prioritaires en temps réel et suit les satellites de façon autonome. Le Pi contrôle le FPGA via une interface SPI. De façon pratique, le même SPI est utilisé pour charger le bitstream de configuration FPGA et le code exécutable binaire pour le processeur central embarqué. Le FPGA peut également être contrôlé via un câble Xilinx Platform USB JTAG à partir d'un PC Windows et détecte automatiquement quelle interface est utilisée. Les fréquences L1 sont converties vers le bas à un 1er IF de 22,6 MHz en se mélangeant à un oscillateur local à 1552,82 MHz sur la carte frontale GPS3. Tout le traitement des signaux IF et bande de base est effectué numériquement dans le FPGA. Deux régulateurs proportionnels-intégrés (PI) par satellite, porteur de voie et phase de code. Les données NAV transmises par les satellites sont collectées en mémoire FPGA. Ceci est téléchargé sur le Pi, qui vérifie la parité et extrait les éphémérides du flux binaire. Lorsque tous les paramètres orbitaux requis sont collectés, un instantané est pris de certains compteurs internes FPGA, à partir de laquelle le temps de transmission est calculé à plus de 15ns de précision. Une grande partie du synthétiseur 1552.82 MHz est implémenté dans le FPGA. On peut s'attendre à des problèmes de gigue, co-héberger un détecteur de phase avec d'autres logiques, mais ça marche. La pureté spectrale de la sortie du synthétiseur est excellente, même si le noyau FPGA se déplace loin furieusement et pas tous sur des fréquences harmoniquement liées. Cette approche a été prise parce qu'un conseil similaire à Frac7 existait déjà à partir d'un projet de synthétiseur antérieur. L'ajout d'un front-end était le chemin le plus court vers un récepteur prototype. Mais cette première version n'était pas portable: elle avait des exigences d'alimentation incommodes et pas de norme de fréquence embarquée. Traitement du signal jusqu'à et y compris le limiteur rigide: Le comparateur LMH7220 a une tension de décalage d'entrée maximale de 9,5 mV. Le bruit thermique amplifié doit dépasser confortablement ce pour le maintenir basculer. Pour estimer le niveau de bruit à l'entrée du comparateur, nous tabulons les gains, les pertes d'insertion et les chiffres de bruit: Le bruit intra-bande à la sortie du mélangeur est -1740.828-1.5-3.920- 610log10 (2,5e6) -73 dBm ou 52microV RMS. Le mélangeur est résistivement terminé en 50 ohms et les étages par la suite fonctionnent à une impédance plus élevée. La bande FI discrète a un gain de tension global de 1000, de sorte que le niveau d'entrée du comparateur est de 52mV RMS. Le LMH7220 ajoute 59 dB de gain pour un total de 119 dB pour l'ensemble du FI. Déployer autant de gain à une fréquence était un risque. Pour le minimiser, un circuit équilibré sur un plan de masse solide a été utilisé et une paire torsadée blindée transporte la sortie vers le FPGA. La motivation était la simplicité, évitant une seconde conversion. Dans la pratique, le circuit est stable, donc le pari payé-off. Le découpleur actif Q1 fournit 5V pour le LNA distant. L'amplificateur MMIC U2 fournit un gain de 20 dB (pas en IF) et garantit un faible bruit global du système, même si de longs câbles d'antenne sont utilisés. L1 et L2 sont des inductances micro-ondes à remontage manuel avec une fréquence d'auto-résonance très élevée, montées perpendiculairement l'une à l'autre et à l'écart du plan de masse. Vent de 14 tours, diamètre d'air intérieur de 1mm à partir de 7cm de longueur de 32swg fil de cuivre émaillé. Vérifié avec le générateur de suivi sur un Marconi 2383 SA, ceux-ci étaient bons à 4 GHz. Le Mini-Circuits MBA-15L DBM a été choisi pour sa faible perte de conversion de 6 dB à 1,5 GHz et son faible besoin de 4 dBm LO. R9 termine le port IF. Trois étages amplificateurs IF entièrement différentiels suivent le mélangeur. Les circuits accordés en parallèle faible-Q entre les collecteurs fixent la bande passante de -3 dB autour de 2,5 MHz et empêchent l'accumulation de décalages DC. L4, L5 et L6 sont des bobines Toko 7mm blindées. Le BFS17 a été choisi pour son haut (mais pas trop) 1 GHz f T. I e est 2mA pour le plus bas bruit et le betar e raisonnable. Le premier IF de 22,6 MHz est converti en numérique à 2,6 MHz par sous-échantillonnage à 10 MHz dans le FPGA. 2,6 MHz se trouve à proximité du centre de la bande passante de 5 MHz Nyquist. Il est préférable d'éviter le centre exact, pour des raisons qui seront expliquées plus loin. Plusieurs autres premières fréquences IF sont possibles: 27,5 MHz, qui produit l'inversion du spectre au 2ème IF, a également été essayé avec succès. Il existe un compromis entre les problèmes d'image à un gain BFS17 inférieur et disponible à des fréquences plus élevées. La détection des signaux implique la résolution de trois inconnues: quels satellites sont en vue, leurs décalages Doppler et les phases de code. Une recherche séquentielle de cet espace tridimensionnel à partir d'un démarrage dit à froid pourrait prendre plusieurs minutes. Un démarrage à chaud utilisant des données d'almanach pour prédire les positions et les vitesses nécessite toujours une recherche de code. Toutes les 1023 phases de code doivent être testées pour trouver le pic de corrélation maximum. Le calcul de 1023 intégrales de corrélation dans le domaine temporel est très coûteux et redondant. Ce récepteur GPS utilise un algorithme basé sur FFT qui teste toutes les phases de code en parallèle. Du froid, il faut 2,5 secondes sur un Pentium 1,7 GHz pour mesurer la force du signal, le décalage Doppler et la phase de code de chaque satellite visible. Le Raspberry Pi est un peu plus lent. La fonction de corrélation croisée y (Tau) du signal complexe s (t) et du code c (t) décalé par le décalage Tau est: Le théorème de corrélation indique que la transformée de Fourier d'une intégrale de corrélation est égale à Le produit du complexe conjugué de la transformée de Fourier de la première fonction et de la transformée de Fourier de la deuxième fonction: FFT (y) CONJUGUE (FFT) FFT (c) La corrélation est effectuée à la bande de base. Le code 1.023 Mbps CA est 1023 puces ou 1ms de long. La longueur FFT avant doit être un multiple de cette valeur. L'échantillonnage à 10 MHz pendant 4 ms donne une taille de bac FFT de 250 Hz. 41 Les changements Doppler doivent être testés en tournant les données du domaine fréquentiel, un bac à la fois, jusqu'à plusmn20 cases plusmn5 KHz. La rotation peut être appliquée à l'une ou l'autre fonction. Le premier IF de 22,6 MHz du convertisseur analogique-numérique à 1 bit est sous-échantillonné par une horloge de 10 MHz dans le FPGA, la convergeant numériquement vers un 2e IF de 2,6 MHz. Dans le logiciel, la 2ème IF est convertie vers le bas en bande de base complexe (IQ) en utilisant des oscillateurs locaux en quadrature. Pour les signaux bi-niveau, les mélangeurs sont des portes XOR simples. Bien que non représentés ci-dessus, les échantillons sont temporairement mis en mémoire tampon dans la mémoire FPGA. Le Pi n'est pas capable de les accepter à 10 Mbps. 1,023 Mbps et 2,6 MHz sont générés par des accumulateurs de phase à oscillateur à commande numérique (NCO). Ces fréquences sont assez importantes par rapport à la fréquence d'échantillonnage, et ne sont pas des sous-harmoniques exactes de celle-ci. Par conséquent, les NCO ont des spurs fractionnaires. Le nombre d'échantillons par puce de code se chiffre entre 9 et 10. Heureusement, les récepteurs DSSS tolèrent les brouilleurs à bande étroite, externes ou autogénérés. La bande de base complexe est transformée en domaine de fréquence par une FFT directe qui ne doit être calculée qu'une seule fois. Une FFT de chaque code de satellites CA est pré-calculée. Le temps de traitement est dominé par la boucle la plus interne qui effectue le décalage, la conjugaison, la multiplication complexe et un test FFT inversé par satellite-Doppler. Le GPU Raspberry Pis Videocore pourrait être utilisé pour accélérer les choses. À un taux d'échantillonnage de 10 MHz, la phase de code est résolue à 100ns près. La sortie CCF typique est illustrée ci-dessous: Le calcul de la puissance de crête à moyenne sur ces données donne une bonne estimation de SNR et est utilisé pour trouver les signaux les plus forts. Les éléments suivants ont été reçus à 20h14 GMT le 4 mars 2011 à Cambridge, au Royaume-Uni, avec l'antenne sur une corniche extérieure orientée vers le nord: des latitudes nord, plus de satellites GPS seront généralement trouvés dans le ciel du sud, c'est-à-dire vers l'équateur. Prendre des échantillons plus longs augmente SNR, révélant des signaux plus faibles, mais l'annulation se produit lorsque la capture s'étend sur les transitions de données NAV. La longueur FFT avant est un nombre entier de millisecondes cependant, la FFT inverse peut être raccourcie, simplement en jetant des données dans des casiers à fréquence plus élevée. Le SNR est préservé mais la phase de code n'est pas si nettement résolue. Néanmoins, une bonne estimation de la position de crête est obtenue en pondérant la moyenne des deux plus fortes cases adjacentes et des tests hors-air suggèrent que cela pourrait fonctionner même à des longueurs FFT inverses assez courtes. Après avoir détecté un signal, l'étape suivante consiste à le verrouiller, à le suivre et à démoduler les données NAV de 50 points de base. Cela nécessite deux boucles à verrouillage de phase (PLL) inter-dépendantes pour suivre le code et la phase de porteuse. Ces PLL doivent fonctionner en temps réel et sont implémentées en tant que fonctions DSP dans le FPGA. Le logiciel Pi a un rôle de supervision: décider quels satellites suivre, surveiller l'état du verrouillage et traiter les données NAV reçues. Les boucles de suivi sont bonnes à maintenir le verrou, parce qu'ils ont des largeurs de bande très étroites cependant, cette même caractéristique les rend pauvres à l'acquisition de verrou sans aide. Ils ne peuvent pas voir au-delà de la bande passante de boucle pour capturer quelque chose plus loin. Les phases et les fréquences initiales doivent être préréglées à la phase de code mesurée et au décalage Doppler du satellite cible. Ceci est orchestré sous le contrôle de Pi. Les boucles devraient être verrouillées dès le début et rester ainsi. La phase de code est mesurée par rapport à l'échantillon FFT. Le code NCO dans le FPGA est réinitialisé au début de l'échantillonnage et accumule la phase à une 1.023 MHz fixe. Il est ensuite aligné avec le code reçu en arrêtant brièvement l'accumulateur de phase. Le décalage Doppler sur le support 1575,42 MHz est plusmn5 KHz ou plusmn3 ppm. Elle affecte également le taux de code de 1,023 Mbps par plusmn3 chips par seconde. La longueur de la pause est ajustée pour le code de fluage dans le temps depuis l'échantillon a été pris. Heureusement, le code Doppler est proportionnel au vecteur Doppler pour lequel nous avons une bonne estimation. Logiciel matériel divisé Dans le diagramme ci-dessous, le codage couleur montre comment la mise en œuvre du DSP de suivi est maintenant divisée entre le matériel et le logiciel. Auparavant, tout cela était fait en matériel, avec des instances parallèles identiques répétées pour chaque canal, rendant l'utilisation inefficace des ressources FPGA. Maintenant, le traitement plus lent 1 KHz est fait par logiciel, et deux fois plus de canaux peuvent être hébergés dans la moitié du FPGA immobilier. Les six accumulateurs d'intégration et de vidage (Sigma) sont verrouillés dans un registre à décalage à l'époque du code. Un indicateur de demande de service signale la CPU, qui lit le bit de données en série. Avec 8 canaux actifs, 8 de temps CPU est passé à exécuter l'instruction oprdBit Mais il ya beaucoup de temps, et IO série utilise le tissu FPGA économiquement. Des luxes comme la journalisation RSSI et IQ (par exemple pour des diagrammes de dispersion) peuvent maintenant être fournies. Les fonctions de transfert du filtre en boucle F (z) avalent 2 de la bande passante CPU par canal actif. Il s'agit de régulateurs standard proportionnels (PI): la précision de 64 bits est utilisée et les coefficients de gain KI et KP, bien que restreints aux puissances de 2, sont dynamiquement ajustables. Chaque canal devant attendre son tour, les mises à jour de débit NCO peuvent être retardées de dizaines ou de centaines de microsecondes après une époque de code, mais ceci introduit un déphasage négligeable aux fréquences où le marge de phase est déterminé. Les traces minces sont de 1 bit, représentant théoriquement plusmn1. Le transporteur de 2,6 MHz est d'abord déployé en mélangeant les codes précoces, tardifs et ponctuels. Les produits de bande de base complexes I et Q du deuxième rang des mélangeurs de portes XOR sont additionnés sur 10 000 échantillons ou 1 ms. Ce filtrage passe-bas réduit considérablement la bande passante de bruit et augmente ainsi le SNR. Le rééchantillonnage à 1 KHz nécessite des chemins de données plus larges dans le domaine du logiciel. La phase de code est suivie à l'aide d'une boucle à verrouillage retardé classique ou d'une porte retardée tardive. La puissance dans les canaux précoce et tardif est calculée en utilisant P I 2 Q 2 qui est insensible à la phase. Les codes précoce et tardif sont une puce séparée, c'est-à-dire la puce frac12 devant et derrière ponctuellement. Ce diagramme aide à obtenir le sens de l'erreur correct: Une boucle Costas est utilisée pour le suivi des opérateurs et la récupération des données NAV dans le canal ponctuel. Les données NAV, m, sont prises à partir du bit de signe de bras I avec une incertitude de phase de 180 degrés. K est l'amplitude du signal reçu et theta est la différence de phase entre le support reçu (sans modulation) et le NCO local. K varie d'environ 400 pour les signaux récupérables les plus faibles jusqu'à plus de 2000 pour les plus forts. Notez comment le terme d'erreur renvoyé au contrôleur de l'installation F (z) dans la boucle Costas est proportionnel à la puissance du signal reçu ksup2. La pente de suivi, et donc le gain de boucle, varient également avec la puissance du signal dans la boucle de code. Ci-dessous un graphique Bode de gain en boucle ouverte pour la boucle Costas à k500: la bande passante Costas Loop est d'environ 20 Hz, ce qui est idéal pour le suivi des porteurs. La bande passante de code est de 1 Hz. La puissance de bruit dans de telles bandes de fréquences est faible et les boucles peuvent suivre des signaux très faibles. Les kI et kP ci-dessus fonctionnent pour la plupart des signaux, mais ont besoin de tomber d'un cran pour le plus fort. Scilab prédit, et les diagrammes de dispersion confirment, le début de l'instabilité à kge1500. Les erreurs de parité ne se produisent pas à moins que les échantillons ne se déplacent dans la moitié opposée du plan IQ. (I) Instabilité à kge1500 Ce qui précède sont 2 trames consécutives de 5 sous-trames chacune. Les sous-trames ont une longueur de 300 bits et prennent 6 secondes pour être transmises. La colonne 1 est le préambule 10001011. Elle apparaît au début de chaque sous-trame mais peut se trouver n'importe où dans les données. Le compteur de 17 bits dans la colonne 5 est le temps de la semaine (TOW) et réinitialise à zéro à minuit dimanche. Le compteur à 3 bits de la colonne 7 est le sous-cadre ID 1 à 5. Les sous-trames 4 et 5 sont sous-commandées en 25 pages chacune et un message de données complet comprenant 25 trames pleines prend 12,5 minutes à transmettre. Je n'utilise que les données des sous-trames 1, 2 et 3 à l'heure actuelle. Résolution pour la position de l'utilisateur Chaque satellite GPS transmet sa position et l'heure. Soustraire le temps envoyé du temps reçu et multiplier par la vitesse de la lumière est la façon dont un récepteur mesure la distance entre lui-même et les satellites. Le faire avec trois satellites donnerait trois équations simultanées en trois inconnues (position utilisateur: x, y, z) si le temps précis était disponible. En pratique, les horloges réceptrices ne sont pas suffisamment précises, l'heure exacte est une quatrième inconnue, quatre satellites sont donc nécessaires et quatre équations simultanées doivent être résolues: Une méthode itérative est utilisée parce que les équations sont non linéaires. En utilisant le centre terrestre (0, 0, 0) et le temps approximatif comme point de départ, l'algorithme converge en cinq ou six itérations. La solution est trouvée même si l'erreur d'horloge utilisateur est importante. Les satellites portent des horloges atomiques, mais elles ont aussi des erreurs et les coefficients de correction dans le sous-cadre 1 doivent être appliqués au moment de la transmission. Les ajustements typiques peuvent être des centaines de microsecondes. Le temps de transmission non corrigé est formé par l'échelle et l'addition de plusieurs compteurs. Heure de la semaine (TOW) en secondes depuis minuit Le dimanche est envoyé chaque sous-trame. Les bords de données marquent des intervalles de 20 ms dans des sous-trames de 300 bits. Le code se répète 20 fois par bit de données. La longueur du code est de 1023 puces et le taux de puce est de 1,023 Mbps. Enfin, les 6 bits les plus significatifs de la phase de code NCO sont ajoutés, fixant le temps de transmission à plusnn 15ns. Les positions des satellites au temps de transmission corrigé sont calculées à l'aide d'éphémérides dans les sous-trames 2 et 3. La position orbitale à un temps de référence (temps d'éphéméride) est fournie avec des paramètres permettant de calculer la position (x, y, z) jusqu'à quelques Heures avant ou après. Les éphémérides sont régulièrement mis à jour et les satellites ne transmettent que les leurs. Les orbites à long terme de la constellation entière peuvent être prédites de façon moins précise en utilisant les données Almanac dans les sous-trames 4 et 5, mais cela n'est pas essentiel si une recherche rapide basée sur FFT est utilisée. Les solutions sont calculées en coordonnées terre-fixes (ECEF). La localisation de l'utilisateur est convertie en latitude, longitude et altitude avec une correction pour l'excentricité de la terre, qui se renfonce à l'équateur. Les diagrammes de dispersion ci-dessous illustrent la répétabilité, le bénéfice de la moyenne et l'effet de mauvais choix de satellites. Les carrés de grille sont 0,001 deg de chaque côté. Les points bleus marquent 1000 corrections. Les triangles jaunes marquent les centres de gravité: (i) rebord de fenêtre orienté vers le nord (ii) antenne de toit (iii) rebord de fenêtre orienté vers l'est Le groupe serré (ii) a été obtenu en utilisant des satellites dans quatre quartiers différents du ciel. Seule l'antenne sur le toit avait une vue dégagée dans toutes les directions. Mais les bonnes corrections ont été obtenues en faisant la moyenne, même lorsque la moitié du ciel était obscurcie. Les fixations sur le toit présentent également un étalement comme (i) et (iii) si les mauvais satellites sont choisis. Les solutions ci-dessus ont été générées sans compenser les retards de propagation ionosphérique en utilisant les paramètres de la page 18 de la sous-trame 4 qui doivent être appliqués car il s'agit d'un récepteur à fréquence unique. La réfraction ionosphérique augmente la longueur des trajets entre les utilisateurs et les satellites. En avril 2012, j'ai corrigé un bug qui causait des erreurs significatives dans les solutions de position des utilisateurs. À l'origine, en ne transformant pas les positions des satellites des coordonnées ECEF (Earth-Cented-Earth-Fixed-Earth-Fixed-Earth-Fixed-Earth-Centrale-Intégrale), j'ignorais effectivement la rotation de la Terre pendant les 60 à 80 ms que les signaux étaient en vol. Je vois maintenant des précisions de position positionnelle de plusmn 5 mètres après la moyenne, même avec une visibilité limitée des satellites. Ive a créé une annexe montrant comment la solution itérative est développée, à partir d'une équation de gamme géométrique, qui est linéarisé à l'aide d'une expansion de la série de Taylor, et résolu par des méthodes matricielles, pour le cas particulier de quatre satellites ou le cas général de plus, Option de l'utilisation de moindres carrés pondérés pour contrôler l'influence de satellites particuliers. Youll trouver ce code source et solution C dans les liens au bas de la page. Je suis reconnaissant à Dan Doberstein pour m'avoir envoyé un avant-projet de son livre GPS 2 qui m'a aidé à comprendre l'algorithme de solution. La spécification d'interface GPS 3 officielle du gouvernement américain est une référence essentielle. Moniteur de signal L'agencement de circuit ci-dessus, mis en œuvre en majeure partie en FPGA, se désexpide en prenant le produit du code IF 1 bit et du code ponctuel, laissant une modulation de données de 50 bps. Un petit cran dû à la suppression de porteuse BPSK peut simplement être vu: Ces spectres montrent la même transmission de propagation à différentes portées et largeurs de bande de résolution (RBW). Le décalage Doppler était de -1,2 KHz. Le bruit de fond est le bruit thermique de l'antenne amplifié et filtré par la bande IF. -3 dB de largeur de bande autour de 3 MHz, légèrement plus large que prévu. Le support de déploiement est de 5 dB au-dessus du bruit à 30 KHz RBW et de 25 dB au-dessus à 300 Hz RBW. La puissance du signal reçu à l'antenne peut être estimée à -174110log10 (30e3) 5 -123 dBm. Il m'étonne toujours comment bien l'information de domaine de fréquence est préservée par le hard-limiting L'émetteur de LVDS a un courant de sortie constant de 1mW dans 100 ohms. La puissance maximale observée à la SA ne peut pas dépasser 0 dBm. Ici, nous voyons cette puissance disponible répartis sur une gamme de fréquences. La densité spectrale de puissance intégrée à large bande doit être le premier oscillateur local Ive a été la construction de synthétiseurs expérimentaux fractionnaire-N en utilisant la logique programmable générale pour plusieurs années: Xilinx Spartan 3 FPGA Frac7 a été construit à cette fin, mais je n'avais aucune idée Frac5 serait utilisé dans un GPS Récepteur lorsque je l'ai conçu à l'origine. La photo ci-dessous montre comment la sortie ROS-1455 VCO sur Frac5 a été répartie de manière résistive entre la sortie SMA et un séparateur Hittite HMC363 diviser-par-8. La sortie du diviseur de 200 MHz est acheminée (de façon différentielle) dans le FPGA dont la phase le verrouille à une référence maître en utilisant des méthodes documentées dans mes projets antérieurs. Circuity micro-ondes sur Frac7 est similaire, mais utilise un diviseur Mini-Circuits 3dB. On obtient une grande stabilité et un faible bruit de phase, comme on peut le voir dans les spectres de sortie VCO présentés ci-dessous. Lorsque Frac5 a été développé à l'origine, en tant que synthétiseur de fréquence dédié, le basculement simultané sur des fréquences non harmoniquement liées a été évité pour minimiser les spurs d'intermodulation. Le FPGA était statique lorsque les impulsions d'horloge que la sortie du détecteur de phase à bascule traversaient le tissu. Ce n'est pas le cas lorsque le FPGA accueille un récepteur GPS, mais heureusement, la sortie de l'oscillateur local est suffisante: les analyseurs de spectre Marconi 2383 50 MHz STD OUTPUT ont été utilisés comme source de référence principale pour Frac5 et toutes les horloges internes du récepteur GPS. Les récepteurs GPS ont besoin d'une précision supérieure à 1 ppm (parties par million) pour mesurer des décalages Doppler de plus de 5 KHz sur le support L1 de 1575,42 MHz. Toute incertitude de fréquence nécessiterait une plage de recherche plus large. Embedded CPU Mon récepteur GPS d'origine ne pouvait suivre 4 satellites. Le tissu disponible n'a pas été utilisé efficacement et le FPGA était plein. Une logique identique a été répliquée pour chaque canal et seulement horloge activée à l'époque de code 1 KHz. Les taux de mise à jour GPS sont assez peu exigeants et la plupart des traitements parallèles peuvent facilement être effectués séquentiellement. L'incorporation d'une CPU pour cette tâche a à la fois augmenté le nombre de canaux et libéré de l'espace dans le FPGA. Cette CPU exécute directement des primitives FORTH en tant qu'instructions natives. Les visiteurs de ma page d'ordinateur FORTH de Mark 1 seront déjà conscients de mon intérêt pour la langue. FORTH n'est pas grand public et son utilisation ici pourrait être une barrière ésotérique cependant, je ne pouvais pas résister à faire une autre CPU FORTH, cette fois en FPGA, après avoir vu l'excellent projet J1, qui a été une source d'inspiration. FORTH est un langage basé sur la pile, ce qui signifie essentiellement que le CPU a des piles au lieu des registres à usage général. Wikipedia a un bon aperçu. FPGA: 360 tranches 2 BRAMs Exécution d'instructions à cycle unique Architecture de type FORTH et double pile Cheminée de 32 bits et trajectoires de données ALU Exploitation double-précision 64 bits Multiplicateur de matériel 2k octets (extensible à 4k octets) code et données RAM Macro Assembler développement de code Mémoire et IO Deux BRAM sont utilisés: un pour la mémoire principale, l'autre pour les piles. Xilinx bloc de RAM est à double portage, permettant à une instance d'accueillir les données et les piles de retour. Chaque pointeur de pile est supérieur à la moitié du tableau. Le double portage de la mémoire principale permet l'accès aux données en même temps que l'extraction d'instructions. Un port mémoire est adressé par le compteur de programme, l'autre par T, le haut de la pile. Les écritures vers le port adressé par PC sont également utilisées pour le téléchargement de code, le compteur de programme fournissant des adresses incrémentales. Le code et les données partagent la mémoire principale, qui est organisée en 1024 (extensible à 2048) mots de 16 bits. Les accès mémoire peuvent être de 16, 32 ou 64 bits, alignés sur les mots. Toutes les instructions sont de 16 bits. Le code total plus la taille des données de l'application GPS est inférieur à 750 mots, malgré le déroulement de toutes les boucles. IO n'est pas mappé en mémoire, occupant son propre espace de sélection de 36 bits (12 dans 12 sorties 12 événements). Un codage à chaud est utilisé pour simplifier le décodage de sélection. Les opérations d'E / S sont différentes en 1-bit, 16 ou 32 bits en parallèle. Les données série décalent 1 bit par cycle d'horloge. Les événements sont principalement utilisés en tant que stroboscopes matériels et diffèrent des écritures en ne faisant pas apparaître la pile. Format d'instruction 24 instructions sur 32 possibles sont actuellement attribuées dans l'espace opcode h80XX-h9FXX. Il s'agit principalement d'opérations ALU de pile à zéro-opérande. L'option ret, qui effectue le retour du sous-programme, s'exécute en parallèle, dans le même cycle. Add-immediate est la seule instruction d'un opérande. Une option de report étend la précision d'ajout (empilée, implicite). HF0000 - hFFFF est de rechange. Les chemins de données Stack et ALU sont 32 bits, cependant, les opérations 16, 32 et 64 bits sont prises en charge. Les valeurs 64 bits occupent deux endroits sur la pile, avec les bits les moins significatifs sur le dessus. Le sommet de la pile, T, et le suivant sur la pile, N, sont enregistrés en dehors du BRAM pour l'efficacité. Outre le décalage à gauche de 64 bits (opshl64) qui est câblé pour l'exécution d'un seul cycle, toutes les autres fonctions de double précision sont des sous-programmes logiciels. Langage d'assemblage Le binaire GPS intégré a été créé en utilisant Microsofts Macro Assembler MASM. Cela ne prend en charge que les mnémoniques x86 mais les opcodes sont déclarés en utilisant equ et le code est assemblé en utilisant les directives dw. MASM fournit non seulement une résolution d'étiquette, une expansion de macro et une évaluation d'expression mais même des structures de données L'opérateur dup () de MASM est utilisé de manière extensive pour dérouler des boucles, par ex. Dw N dup (opcall dest) appelle une sous-routine N fois. Ce fragment donne une certaine saveur de style source. Stack-effect est commenté sur chaque ligne: opfetch16 et opstore16 sont des primitives. Opstore32 et opstore64 sont des sous-routines ou des instructions composées utilisables comme si elles étaient des primitives. T est en fait 15: 0,31: 16 après opswap16. Mais nous ne nous soucions pas du 16 bits supérieur ici. Opstore16 laisse la profondeur de la pile d'adresses ne peut changer que plusmn1 par cycle. Les puristes pourraient préférer: dw N addi Host interfaces série Le FPGA peut être contrôlé via SPI par le Raspberry Pi, ou par un PC Windows à l'aide d'un câble Xilinx Platform USB JTAG. Il y a deux niveaux de priorité de la requête: Envoyer une nouvelle commande et un sondage pour la réponse aux précédentes Les nouvelles images de code sont copiées dans la mémoire principale par l'intermédiaire d'un troisième BRAM qui relie les domaines d'horloge CPU et série. Ainsi téléchargées, les images binaires s'exécutent automatiquement. Les commandes d'hôte sont capturées dans le BRAM de pont et la CPU est signalée pour les actionner. Ses réponses sont recueillies par l'hôte à partir du pont sur la prochaine analyse. Les sondages en boucle principale de niveau supérieur pour les demandes de service hôte. Le premier mot de tout message hôte est un code de commande. Les requêtes sont envoyées via la table de saut Commands: optor déplace le vecteur vers la pile de retour. Certaines demandes d'hôte (par exemple, CmdGetSamples) provoquent des réponses longues. Les ports de données du côté CPU du pont sont 16 bits. Le processeur peut lire et écrire ces données via la pile de données, mais il existe des chemins plus directs pour le chargement de la mémoire principale et des échantillons GPS IF. L'instruction opwrEvt GETMEMORY transfère un mot de mémoire directement au pont, en utilisant T comme un pointeur d'incrémentation automatique. GETMEMORY est le seul événement qui a un effet de pile. L'instruction opwrEvt GETSAMPLES transfère 16 bits de l'échantillonneur IF: Le déroulement des boucles au moment de l'assemblage avec dup () trades la taille du code pour la performance, en évitant un décrément-test de la branche et le binaire entier de l'application est encore minuscule, les boucles longues doivent être imbriquées , as illustrated above. CHANNEL data structure An array of structures holds state variables and buffered NAV data for the channels. MASM has excellent support for data structures. Field offsets are automatically defined as constants and the sizeof operator is useful. The epoch service routine (labelled Method: ) is called with a pointer to a CHANNEL structure on the stack. Affecting OO-airs, stack-effect comments refer to it as this throughout the routine. A copy is conveniently kept on the return stack for accessing structure members like so: The Chans array is regularly uploaded to the host. Raspberry Pi application software The Raspberry Pi software is multi-tasked using what are variously known as coroutines, continuations, user-mode or light-weight threads. These co-operatively yield control, in round-robin fashion, using the C library setjmplongjmp non-local goto, avoiding the cost of a kernel context-switch: Up to 16 threads can be active:Outstanding Micro Cluster Production Technologies MLL-1 anti piracy micro laser treatment, line perforation real alternative for galvanometer or scanner, super-high speed rotate cone mirror, cluster micro technology for holes pattern, perforation design, waves, zigzag or packages lines, cryptograms, company logos, holograms, anti piracy, counterfeiting, security paper, safety, bank note, metal sticker, printing, laminating, coating, fruit, food, bread, vegetable, agriculture covering, credit cards, transparent film, holographic paper, cigarette, tipping, filter, aluminum foil, shrinkable film, tear tape, cardboard, matrix code, identification, marking, scribing, jewelry, automotive, pharmacy, golf, marina, tobacco, smoking, chemical, medical, product, electronics part, indicator, porosity contours or profile, embossing, bioengineering, membrane, filtration, focus, holographic, hinge-lid, pack. Patent pending DE102004012081. LPM-1 micro laser cluster perforator, material treatment at wide web, large area, surface or entire material cluster treatment, cutting, welding, drilling, ablation, cleaning, melding, high power, ultra high speed rotate quad or twin laser beam splitter, twin level vacuum multiplexer, up to 4 Kilowatt laser input, flexible hollow fibers, HGW, HCW, up to 200 output channels, Co2. Material treatment and robotic handling for stainless steel, ceramic, aluminum, wafer, gold, glass, silver, brass, copper, wafer, silicon, titanium, silicon, solar, panel, photovoltaic, micromachining, slitting, rewinding, refining machines or stand along systems. Micro cluster perforation for all kind of paper or specific plastic web material. Patent granted DE102004001327. Nano Micro perforation or other material surface treatment . electrostatic cluster perforation, micro perforator, for cigarette, tipping, filter, packaging, plug wrap, Kraft, cement, pet, powder, sack, bag, fine and other paper, silicon or other coating, certain plastic film, laminate, porosity from 80 up to 2,500 C. U. from 50 down to 4 Gurley, hole sizes from 50 nm up to 100 micron, hole densities from 80-260 hcm2, zone widths from 2.0-6.0mm, up to 16,000,000 holes per Second, web speeds up to 600 mmin, web widths up to 2,000mm. Patent grantededed DE10328937. Twin ACAC, ACDC frequency shift converter high power, high frequency, high voltage, ultra short mega peak current, electrostatic nano or micro cluster perforation, ignition, sparking, arc, cigarette, tipping, filter, fine, packaging, paper, plug-wrap, sack, bag, Kraft, food, plastic film, foil, textile, fabrics or other product, switching converter, compressor, emergency, train, ship or vessel power supply, generator, fuel cell, upward, downward, frequency shift switching unit, stabilizer, soft starter, vector, phase, inverter, servo system, motion, stepping, machine, asynchronous, standard, motor, torque, automation, remote, gas, slab, laser, diode, stack, fiber, fibre optics, beam, material, hybrid, plug-in, battery, renewable, energy, medical equipment, membrane, filtration, robotic, photovoltaic, industrial automation, drives, IGBT, MOSFET, FRETFET, HVFET, tube, rf, hv. Patent grantededed DE10328937. Online OPSS-1 porosity vision scanning control system permeability cluster control for electrostatic or laser micro perforation machines, multiple color sensor head, spectral intensity, DSP, FPGA, CCD, line, precise, laser, position, material finger print detection, VIS wave length, opacity, defects, inspection, image control, scanner systems, process software, line, camera, vision control, filter, tipping, cigarette, book, packaging, magazine, bible, wall, Kraft, paper, coffee, tea, food, co-extrusion foil, film, agriculture, cement, domestic or other moving fabrics or web material. Patent pending DE10251610, China patent granted 200310104764. in-situ dyne or surface tension control ODSTM-1 at fast moving substrate, plastic, film, foil, tear tape, laminate, co-extrusion, BOPP, LLDPE, LDPE, PE, PP, PVC, MOV, MOH, FEP, PET, OPP, PTFE, MPET, spectral, extinction, monolithic, sensor, analyzing, Subangstrom, roughness, measurement, wavelength, wobbling, stray, light, beaming, water drop, angle, inspection, corona, plasma jet, laser, IR, NIR, scanning, monolithic spectrometer, photonics, spectral, properties, reflectometer, scatterometry, ellipsometry, opto, acoustic, basic, weight, techniques, corona, flam, gas treatment. Previous patent application DE19543289. Micro perforation - archipelagos of technical possibilities Mikro Perforation ndash Archipel technischer Moumlglichkeiten online porosity, in-situ dyne surface tension control and material inspection systems Nano Mikro Cluster Technologien fuumlr Materialbahn Veredelungen Zur Atmungsaktivierung, Wasserdampfdurchlaumlssigkeit, Gasaustausch oder Ventilation und unter anderem zur Beibehaltung der Wasserdichtigkeit werden Produkte wie Verbundstoffe, Zigaretten-, Filter-, beschichtete Spezial-, Kraft-, Sack - oder Verpackungspapierbahnen, Vliesstoffe oder technische Textilien mit Flaumlchengewichten von 20 gm2 bis zu 140 gm2 elektrostatisch Nano oder Mikro sowie mit feinen Laserstrahlen Mikro oder Makro perforiert. Unter elektrostatischer Nano oder Mikroperforation sind statistisch unregelmaumlszligig verteilte, in der Groumlszlige, wenn gewuumlnscht, mit bis zu 40 variierende und analog hierzu unter Laser Mikro oder Makro Perforation, gleichmaumlszligig angeordnete und im Durchmesser etwa gleichgroszlige, nach Moumlglichkeit runde, gradfreie Loumlcher und Lochreihen verschiedenster Anordnung zu verstehen. Bei der elektrostatischen Perforation finden im bis 1.5 mm weiten atmosphaumlrischen Elektrodenspalt der meist duumlnnen oder spitzen, gegenstaumlndigen Elektrodenstifte Bluumlmlein - und dielektrisch gefoumlrderte Mikroendladungen mit Filamentierung zur Erzeugung eines Plasmentunnels und sich damit aufbauenden, ionisierten Funkenstreckenkanal im Nanosekundenzeitfenster statt. Mit jeder hochspannungstechnischer Entladung und Deionisation im Spannungsbereich bis zu 50.000 Vss, deren Leistungselektronik patentiert ist, entsteht fuumlr die im Elektrodenspalt relativ schnell durch bewegte Materialbahn eine elektrostatische Nano oder Mikroperforation mit praumlzise gesteuerten Energieanteilen von 0.1 bis 3 mJ pro erzeugter Pore, die mit bloszligen menschlichen Auge unsichtbar sind und vollflaumlchig wie auch zonenfoumlrmig in bestimmten Abstaumlnden uumlber die Bahnbreite verteilt sein kann. Lochgroumlszligen bewegen sich dabei im Durchmesserbereich von 50 nm - 80 microm bei Lochsequenzen von 1.5 ndash 16 Million Poren pro Sekunde. Zonenanordnungen sind in Breiten von 2 bis 6 mm bei Porendichten von 120 - 250 Porencm2 erreichbar, wobei Flaumlchenperforationen oder so genannte Nano - oder Mikrocluster Lochdichten bis zu 3 Million Porenm2 oder 300 Porencm2 generieren. Die so erzeugten elektrostatischen Mikroperforationen ermoumlglichen Porositaumltsbereiche von 80 bis 2500 C. U. ( Coresta Unit ml2cm2min ) oder respektive 30 ndash 6 Gurley bei Materialbreiten von 100 bis 2000 mm und Bewegungen bis zu 500 mmin, abhaumlngig vom Luft - oder Gasdurchsatz und Materialkonsistenz, welche die Perforierbarkeit bestimmt. Mit zwei oder drei Multisektionen von elektrostatischen Mikroperforationseinheiten und simultanen Doppelmaterialbahndurchlauf innerhalb jeder Sektion lassen sich Produktionsausbringungen je nach Materialart, Flaumlchengewichten und Perforierfreudigkeit von 1000 bis 4000 Tonnen pro Jahr erreichen. Joint Kraft Paper mit elektrostatischer Makro Perforation, erzeugten company Logo, Scripts oder anderen Zeichen Grundsatzforderungen fuumlr Produktapplikationen mit Verbundstoffen, Vliesstoffen oder Verpackungsbahnen welche Notwendigkeiten von Gas - oder Wasserdampfdurch - aber Wasserundurchlaumlssigkeiten verbunden sind, fordern den Einsatz der elektrostatischen Nano Mikroperforation regelrecht heraus, da Wasser oder andere Fluumlssigkeiten die relativ kleinen Nano - oder Mikroporen von z. B. kleiner als 0.5 - 5 microm Durchmesser aufgrund der hydrophoben Oberflaumlche das Produktmaterial nicht penetrieren kann. Diese und weitere physikalische Vorteile der kleinen Poren und hoher Dichte lassen ermoumlglichen einen vorteilhaften Industrieeinsatz, da Erfuumlllungen zur Atmungsforderung und Wasserdampfdurchlaumlssigkeit z. B. nach den ASTM E96-80 oder E96-84 Messmethoden mit 100 ndash 800 gm2Tag mit Laserperforations - oder anderen Prozessverfahren nur aumluszligert schwierig und technologisch aufwendig machbar, zu teuer, zu unwirtschaftlich oder bei derart hohen Lochdichten technologisch keinesfalls erreichbar sind. Elektrostatisch Nano oder Mikro perforierte Verbundstoffe, Packmittel oder Folienverbunde verschiedenster Art lassen sich beispielhaft fuumlr folgende Produkte und Applikationen verwenden. atmungsaktive Wanddekorationen mit Beschichtungen oder PVC Verbunden Wandtapeten, Vinyl, Dekore oder andere PE beschichtete Auflagen Fugen - oder Kantenbaumlnder zum Verkleben von Gipsplatten fuumlr den Innenausbau Kanten - oder Eckenschutzkraftpapiere mit Luftblasendiffusion des aufgetragenen Klebers Vliesverbunde mit duumlnnen PE Schichten zum Auszligengebaumludeschutz und Gasaustausch von Holzhaumlusern Unterdachspannbahnen aus Verbundmaterialien mit Gewebeeinlagen zum Gasaustausch zur Vermeidung von Kondenswasserbildung atmungsaktive Overalls oder Einmalberufskleidung aus duumlnnen PE Vliesen PE beschichtete Papiere fuumlr Fuumlllgutsaumlcke, Granulate, Gipstuumlten, Zementsaumlcke, Tierfutter oder andere Verpackungseinheiten, die einen Luft Auslass zur vorteilhaften Befuumlllung oder Warengutbeluumlftung zur Lagerung benoumltigen Biotope, Gewaumlsser mit Sauerstoffanreicherung Bekleidungseinlagen oder inlet mit atmungsaktiven, komfortablen Trageeigenschaften Seifen, Deo, Hygiene, Hautpflegemittel, Babypflege oder body care Produkte oder Verpackungsstoffe mit Duftstoffsuggerierung und Indikatoren als Marketinginstrumente Trage-, Gemuumlse - oder Blumenverpackungen aus Papier oder Papierersatzverbundstoffen mit Gasaustausch Brot-, Broumltchen-, Fruumlchte-, Lebensmittel oder Nahrungsmittel aus Papierverbundstoffen zur Erhaltung der Frische und Aromas technische Industrieverbundfolien oder Papierersatzmaterialien fuumlr industrielle, medizinische, biologische Filtrationszwecke Nano Filtration, Mikrofiltration, Nano Membrane, Mikromembrane, Batterie Separatoren Bioanalyse, Alkoholfiltration, Fluumlssigkeitsfiltration, Medizintechnik, Analysetechnik, Labortechnik, Agrarwirtschaft signifikante Reduktion von Sack - oder Beutelbefuumlllungszeiten um bis um 100 attraktive Luftdurchsatzbereiche bei 200 - 500 C. U. oder 14 bis 3.5 Gurley unveraumlnderter Auszligenschutz des Verpackungsproduktes Luft Auslass ohne Beeintraumlchtigung verpackter Produkte und deren Eigenschaften uneingeschraumlnkte Erhaltung der Barriereeigenschaften Duftindikation und Suggestion fuumlr den Kaumlufer ohne die Packung zuvor zu oumlffnen Atmungsaktivitaumlt von Wandtapeten oder Wandverkleidungen zur Vermeidung von Schimmelbildung und Faumlulnis Brotpapierverpackungen zur laumlngeren Haltbarkeit Aroma - und Frischeerhaltung, Haltbarkeitsverlaumlngerung, Pflanzenabdeckungen Foumlrderung und Verlangsamung von Wachstumsprozessen Gemuumlse, Fruumlchte und andere Produktgeschmacksentwicklungen innerhalb der atmungsaktiven Auszligenhuumllle Atmungsaktivitaumlt und Tragkomfort von Bekleidungseinlagen oder inlet keine innere Schweiszligbildung bei Einwegbekleidung, Lackier - oder Kesselanzuumlgen Unterdachspannbahnen zum Luftaustausch von Innen nach Auszligen zur Verhinderung von Tropfsteinhoumlhleneffekten Reinigungs - und Abscheidungsprozesse mit Membrantechniken Blutkoumlrper, Partikel - und organische Filtration fuumlr medizinische, biotechnische und industrielle Analysen Berechnungen fuumlr Flaumlchenperforationen Grundformeln zur praktischen Auslegung einer Anlage (1) Anzahl der Elektrodenpaare. INT ( Bahnbreite (m) ( K-Ab n-Stifte-E )) (2) Porendichte. ( Summe - Estifte f ) ( BB (m) Vb (ms) ) (3) Porenabstand in Laufrichtung. Vb (ms) f (1s) K-Ab kleinster Lochreihenabstand in Bahnquerrichtung, z. B. 0.8 mm n-Stifte-E Anzahl der Elektrodenstifte pro Elektrodenpaar, z. B. 12, 24, 32, 48 Vb Bahngeschwindigkeit in ms F Repetitionsfrequenz der Funkenstrecken in Hz, z. B. 4000 Hz, 6000 Hz, 10.000 Hz BB Bahnbreite in Meter Bahnbreite 1m, Bahngeschwindigkeit 300 mmin 5 mSek. f 6000 Hz, K-Ab 0.8 mm ( min. Abstand in Querrichtung ), n-Stifte-E 48 (1) INT ( 1000 mm ( 0.8 mm 48 )) 26 Elektrodenpaare (2) ( 48 26 6000 1s ) ( 1 m 5 ms ) 1.497.600 Porenm2 (3) 5 ms 6000 1s 0.83 mm Porenabstand in Laufrichtung Nur die elektrostatische Mikroperforation ermoumlglicht durch fein dosierte Energieeinkopplung und Funkenkanalerzeugung eine nano oder mikrofeine Ventilation fuumlr Packmittel mit erhaltenen Barriereeigenschaften, Schaffung von Atmungseigenschaften fuumlr Domestik - und Massenprodukte, industrielle oder medizinische Nano oder Mikromembranen mit Mikrocluster, Vliesstoffe und insbesondere Papierbahnen verschiedenster Art bei relativ groszligen Bahnbreiten und Transportgeschwindigkeiten, welche aus physikalischen oder prozesstechnischen Gruumlnden nicht mit anderen Verfahrenstechniken erreichbar sind. Dieser Trend wird sich fuumlr spezielle Produkteigenschaften und Anwendungen fortsetzen. Die state-of-the-art, industrietaugliche und im Dreischichtbetrieb zuverlaumlssig arbeitende Nano Mikrocluster Perforationstechnik, deren Integrationsmoumlglichkeit in vorhandene Umroller - oder sonstige Bahnlauf - und Materialbewegungsanlagen sowie auch als voumlllig eigenstaumlndig arbeitende Produktionsmaschinen moumlglich sind, wird zukuumlnftig neue Anwendungsbereiche erschlieszligen und Produkte mit besonderen Eigenschaften entstehen lassen. Durch Weiterentwicklungen von hybriden, modularen Schaltungstopologien mit IGBT, MOSFET, FRETFET oder HVFET zur Erzeugung stromgesteuerter Hochspannungsentladungsimpulse im Zeitfenster von 10 ns bis 15 micros und Pulsendladungen von 0.1 bis 3 mJ hat die Nanotechnologie und Submikroperforation auch im Bereich der Feinpapierveredelung und Verpackungsstoffverarbeitung Einzug gehalten. Auf die anderen zuvor genannte Applikationsbereiche ist dies fuumlr die beschriebene Mikroclustertechnologie uumlbertragbar. Kunststofffolien wie PE, PP, PVC, LLDPE, BOPP, EVA, MVA, MOV, MOH, FEP, HDPE lassen sich auch zukuumlnftig besser mit hot oder micro needle oder anderen mechanischen sowie mit Gasendladungs - oder Festkoumlrperlaser gesteuert perforieren. In diesem weiten Applikationsspektrum ist es denkbar auch dahingehend entwickelte, angepasste Laserperforationssysteme fuumlr Breitbahnen bis zu 2000 mm und Lochsequenzen uumlber 3 Mil. Sek. einzusetzen. Durch Polygon um gelenkte oder gepulste, fokussierte Laserstrahlen bei vorzugsweise 10.6 microm Wellenlaumlnge sind mit im internationalen Markt angebotenen Anlagen Lochgroumlszligen von 60 microm - 200 mum bei Lochdichten von typischer Weise 10 ndash 30 Loumlchercm, Lochsequenzen von 100.000 bis 300.000 Loumlcher pro Sekunde, bei maximal 16 oder 32 Laserlochreihen uumlber die Materialbreite verteilt, realisierbar. Damit genierte Luftdurchlaumlssigkeitsbereiche betragen 100 ndash 3000 C. U. bei Materialbreiten in der Regel von 100 ndash 500 mm bei relativ hohen Bewegungen bis 10 mSekunde, abhaumlngig von verschiedenen Parametern. Laserperforationstechniken von IPM Mit Entwicklung des patentierten IPM Dual Hochleistung Lasermultiplexers und optischen Eingangsleistungen bis zu 8 KW, bei fast oder slow flow sowie SLAB Laserquellen mit 10.6 mum oder auch anderen Wellenlaumlngen, ist es erstmalig moumlglich, bis zu 200 separierte optische Laserstrahlausgaumlnge zu realisieren, mit denen unter anderem auch Mikroperforationen und anderen Bearbeitungen wie Schneiden, Schweiszligen, Bohren, Abtragen, Trennen, Fuumlgen, Verguumlten, Polieren usw. in Breitformaten und Substraten bis zu 5000 mm machbar sind. Dies sowohl in Kunststoffmaterialien, Folien, Papier wie auch in Stahl, Edelstahl, Aluminium, Keramik, Solarzellen, Glas, Kupfer, Messing, Gold, Silber, Silizium, Blei, Bronze, Druckguss, Werkzeugstaumlhlen, Holz usw. Hierbei werden im auf zwei Ebenen aufgebauten optischen Dualmultiplexer mit hoch rotierenden Doppelstrahlteilern bis zu 200 Lasereinzelstrahlen erzeugt und uumlber flexible Hohlfasern dem Bearbeitungsort zugefuumlhrt, deren exakte Positionierung ein automatisiertes Robotersystem und motorgesteuerte Mikro Fokussierung beinhaltet. Bei diesem Lasermikroperforationssystem sind jetzt Lochsequenzen bis zu 2 Millionen pro Sekunde, Lochgroumlszligen von 60 microm - 100 microm, Lochdichten von typisch 10 ndash 30 Loumlchercm, Porositaumlten von 100 - 1000 C. U. Geschwindigkeiten bis zu 400 mmin bei Materialbreiten bis 2000 mm machbar. Damit ist eine vorteilhafte Basis geschafft, um 25.000 Meter Jumbo Rollen an der Ab - und Aufwicklung non stopp zu veredeln, was 2000 ndash 3000 TonnenJahr von Lasermikroperforierten Feinpapieren oder anderen Verpackungsverbundstoffen an der high tech Automation gefuumlhrten Produktionsmaschine LPM-1 bei geringen Papierausschuss von kleiner 1 mit Qualitaumltszertifizierung einer jeder Produktionsrolle ermoumlglicht. Hierbei ist das patent angemeldete, optische online Permeabilitaumlt Prozessmesssystem OPSS-1 in traversierender Ausfuumlhrung zur praumlzisen Positionskontrolle aller Laserperforationslinien sowie der moderaten Erfassung aller Porositaumltsprofile ein integraler Bestandteil der ISO Qualitaumltskontrolle und Datenauswertung zum Ende einer jeden Produktionsrolle. Eine weitere, zum patentangemeldete Entwicklung stellt die Mikro-Laser-Line Perforations - und Strahlauslenkungstechnologie MLL-1 dar, welche einen nicht geradlinigen Laserstrahlverlauf und damit verbundene Lochreihenanordnung auf Materialien ohne Galvanometer oder Piezo Aktuatoren bis zu 2000 Hz ausfuumlhrt. Breite Anwendungen finden sich z. B. fuumlr Mundstuumlckbelagpapierblaumlttchen der Zigarettenfilter, RYO, MYO, usw. gegenuumlber den von seit mehr als zwei Jahrzehnten traditionell stets koaxial verlaufenden Laserperforationen. In Sicherheitspapieren, Banknoten, Reisepaumlssen, hochwertigen Geschaumlftsbriefboumlgen, graphische Papiere, Hologramme, Broschuumlren, Buchdeckeln, Geschenkkarten, Geschenkartikeln, Kundenkarten, ATM Kreditkarten, Zugangscodes, Kontrollkarten, Herstelleridentifikation, Produktverfolgung, OEM Garantie, Typenschilder, Deklarationen, Firmenpraumlsentationen und hundert anderen Plastikfolien, Kunststoffe oder metallischen Materialien lassen sich wellenfoumlrmige, Zickzack, Rechteck, Dreieck, gewundene Lochreihenlinien, Firmenlogos, Kryptogramme, Scripts, anti counterfeiting Indikatoren, Merkmale, Identifikationen oder andere beliebige Ausfuumlhrungsformen als Oberflaumlchengravuren, Materialritzungen, Materialabtragungen, Imbedding oder Mikroperforationen dauerhaft mit zeitlich sehr schnell, praumlzise aus gelenkten Laserstrahlen einbringen. Fuumlr Lasermikroperforationen mit Co2 Laserquellen ist dies bei Lochgroumlszligen von 60 microm - 120 microm, Lochdichten von typisch 10 ndash 30 Mikroloumlcherncm bei Lochsequenzen von 100.000 - 300.000 LoumlcherSek. und Permeabilitaumltsbereichen von 100 ndash 800 C. U. realisiert. Ventilation von Massenprodukten Die elektrostatische Mikroperforation ist seit 30 Jahren zur Ventilation von wenigen Nichtfilter - und jetzt fuumlr fast alle im Markt befindlichen Filterzigaretten eingesetzt, um gesteuerte Luft Bypass Eigenschaften, dem so genannten Lindstroumlmprinzip, zu erzeugen. Hierzu wird das Zigarettenpapier fuumlr wenige Nichtfilterzigaretten z. B. auch Roll-your-own RYO und bei fast allen Filterzigaretten das Mundstuumlckbelagpapier, dem so genannten Tipping aber auch das Plug-Wrap Papierblaumlttchen, elektrostatisch im Offline Verfahren Zonen Mikro perforiert, um gewuumlnschte Poren im Durchmesserbereich von 10 - 70 microm generieren. Oder mit fokussierten Laserstrahlen in Offline Verfahren Lochreichenperforationen aber auch im Online Verfahren an der Filteransetzmaschine direkt durch das Mundstuumlckbelagpapierblaumlttchen bis in den Zigarettenfilter gewuumlnschte Poren im Durchmesserbereich von 60 - 120 microm einzubringen, um so Nikotin-, Kondensat - und Schadstoffanteile fuumlr den Raucher uumlber die gesteuerte Ventilationskombination auf strikt vorgegebene Werte zu reduzieren. Vor vielen Jahren hat IPM auch zur Online Mikroperforation an Zigarettenherstellungsmaschinen ein Verfahren entwickelt und seinerzeit unter EP0460369 sowie DE4018209 zum Patent angemeldet, welche das Einbringen von Mikroperforationsprofilen uumlber die jeweilige Zigarettenlaumlnge sowie in deren Umfang an beliebigen Stellen des Zigarettenpapiers erlaubt. ONLINE LASER PERFORATION with patent grantededed high speed multiplexer DE102004001327 A ndash laser source and IPM patent granted multiplexer with 8 optical channels by 8 laser lines, 10.6 micron, CO2, sealed off laser, M2lt0.9, e. g. Coherent ULR-300, 300W Synrad, PRC by 4 laser lines, 10.6 micron, CO2, sealed off laser, M2lt0.9, e. g. Coherent ULR-150, 200W Synrad, PRC laser source dimensions all over approx: 1100200200mm, water cooled output 45 grad divert mirror IPM multiple laser beam multiplexer centre rotate twin beam splitter and high speed motor (not shown) up to 900 rpmsec. diameter approx. 400mm, high approx. 200mm 8 optical output channels, coupled special hollow fibres, HCW, HWG, each in lengths 1,000-3,000 mm B ndash bobbin unwinder and perforation heads tipping paper from 48 up 64mm web width 8 perforation heads, 4 on each side each laser beam supply with special hollow fibres and auto focus devices diameter of each focus device around 25mm, distances in web direction around 50 mm length of necessary perforation section approx. 200mm by 8 laser lines necessary width of perforation section - tipping paper width 40mm on both sides C ndash tipping paper strips with 8 laser perforation lines up to 10,000 cpm or 135 mmin tipping paper web speed 4 laser perforation lines on each side total round or oval hole sizes between 60 up to 180 micron diameter up to 8 holescm, one hole with e. g. 14 C. U. 8 hcm14 C. U.h42cm (Coresta) in total around 900 C. U. ventilation grad 10-80 with twin or quad rows by 8hcm8 holesrows135 mmin 14,440 holess in total further information on request Kontrolle von Nano oder Mikro Permeabilitaumlt Cluster Permeable, naturporoumlse, Gas - oder Wasserdampfdurchlaumlssige, Nano oder Mikroperforierte Warenbahnen, Verpackungsstoffe oder andere bewegte Materialien bewegen mit Transportgeschwindigkeiten bis zu 10000 mmSekunde bei Breiten bis zu 5000 mm, so dass sich pneumatische, Uumlber, Unterdruck oder Jetstream Systeme oder andere Materialberuumlhrende Prozessmessungen als online Kontrolle exorbitant schwierig gestalten. Des Weiteren haften den Materialberuumlhrenden Messmethoden moumlgliche Nachteile hinsichtlich Bahnzugserhoumlhung, Materialabriebs, Faltenbildung, Undichtigkeit im Sensorkopfbereich, starken Verschmutzungen, Nichtlinearitaumlten und anderen Schwierigkeiten an. Optische online Sensormessverfahren bieten vorteilhafte Moumlglichkeiten zur spektralen Transmissions - oder Extinktionsmessung fuumlr die Bestimmung der pneumatisch statischen Gas - oder Wasserdampfdurchlaumlssigkeit dieser bewegten Materialien, wenn wesentliche Grundkriterien wie z. B. optische Transparenz, Opazitaumlt, Spektralverhalten im Bereich von 350 ndash 900 nm, Porengroumlszligen von 50 nm bis 100 microm, Porencluster bis 500cm2, Materialdichte, Konsistenz, Glaumltte, Glanz, usw. erfuumlllbar sind. Dabei ist das Anforderungsspektrum aufgrund der eingangs genannten Produktkonditionen und online Produktionskontrolle, kleinen geometrischen Porenabmessungen, Gasdurchgaumlngen, relativ hohen Transportgeschwindigkeiten und wichtiger Messwert Reproduktion mit der optischen Porositaumltsmessung gut zu loumlsen. IPM hat verschiedene optische Messverfahren und Sensorsysteme in stationaumlrer oder Traversausfuumlhrung als OPSS-1 und OPRL-1 entwickelt, im Markt eingefuumlhrt und mit der DE10251610 sowie auch in China 200310104764, DE19542289 zur Patentanmeldung gebracht, mit denen online Produktionskontrollen und Produktzertifizierungen nach ISO 9001, 9002 und dem Statistical Quality Control (SQC) im Reproduzierbarkeitsgrad und Genauigkeiten unter 2 praktiziert sind. Damit sind Gas - oder Luftdurchlaumlssigkeitsmessbereiche von 80 C. U. bis 5000 C. U. ( Coresta ml2cm2min ) oder 100 ndash 2 Guley in Kombination von hybrid Multifarb - und Intensitaumltssensoren, Permeabilitaumltsprofilerfassungen mit Aufloumlsungen kleiner 0.1 mm mittels integriertem Praumlzision Linienlaser, CCD Zeile, intelligente DSP und FPGA Multicontroller Sensorelektronik, Firmware, RS 232, RS 485 high speed Links oder CAN, Profibus, Ethernet Busanbindungen bei scanning speeds von 20 bis zum 1000 mmSek. ober - und unterhalb des relativ dazu bewegten Materiales im Transmissionsmodus realisiert. Der angekoppelte Industrie PC und deren Prozesssoftware kommuniziert mit dem OPSS-1 Sensorkopf, steuert gleichzeitig die Travers Achse und deren controller und uumlbernimmt ebenfalls die Trendnachfuumlhrung als feed-back close-loop Steuerung zur gravierenden Einengung der Produktmessgroumlszlige. Unterhalb der bewegten Materialbahn befindet sich auf gleicher XY-Achsenlinie die Beleuchtungszufuumlhrung, welche uumlber eine spezielle Lichtfaser der chromatischen Lichtquelle zugefuumlhrt. Messspalte in Z-Richtung sind bisher im Bereich von 2 ndash 10 mm praktiziert, groumlszligere Abstaumlnde sind auf Anfrage und optische Vortestung der Materialkonditionen denkbar. Des Weiteren bietet das OPSS-1 Sensorsystem auch die Moumlglichkeit, nicht nur lokale Permeabilitaumlten, Nanodurchlaumlsse, Massenporen, Mikrokanaumlle oder Mikroperforationszonen, stationaumlr kontinuierlich zu messen, sondern auch auf einer travers bewegten Einheit eine Vielzahl sequentiell nebeneinander angeordneten Messzonen, Bereiche, Permeabilitaumltscluster und Vollflaumlchenbereiche bis Materialbreiten von 5000 mm automatisiert zu detektieren und Messwert gerecht auszugeben. Andere Messgroumlszligen wie z. B. die WDD nach ASTM oder ISO in gcm2h, Liquid, Jet Stream Penetration, Feuchtigkeitsverhalten, Partikelretension, Photonenstrom oder andere physikalische Eigenschaften sind nach entsprechenden optischen Voruntersuchungen moumlglich, sofern die Materialien eine bestimmte optische Transmission im gemessenen Wellenspektrum aufweisen und das Verhaumlltnis zwischen Nutzsignal und Untergrundrauschen 18 ndash 28 dB oder besser betraumlgt. Optische Permeabilitaumlt Porositaumltsmessung Da die naturporoumlsen oder zu perforierenden Bahnmaterialien sich mit Bahngeschwindigkeiten bis zu 600 mmin und in Bahnbreiten bis zu 2000 mm bewegen, gestaltet sich eine pneumatische, also bahn beruumlhrende Porositaumltsmessung, exorbitant schwierig. Hinzukommend sind diese Messmethoden mit Nachteilen der Bahnzugserhoumlhung, des Materialabriebs, Faltenbildung, Undichtigkeit im Messkopfbereich, starken Verschmutzungen, Nichtlinearitaumlten und Schwierigkeiten stets verbunden. Daher bieten sich optische Messverfahren zur Transmissionsmessung als Funktion der pneumatisch, statischen Gasdurchlaumlssigkeit fuumlr naturporoumlse oder Nano, Mikro bzw. Makro perforierte Bahnen an. Dabei sind die gestellten Anforderungen aufgrund der eingangs genannten Produktverarbeitung und online Kontrolle, extrem kleinen geometrischen Porenabmessungen, relativ hohen Bahngeschwindigkeiten und guter Messwertreproduktion mit der optischen Porositaumltsmesstechnik in idealer Weise zu loumlsen. OPSS-1 porosity sensor scanner control - download OPSS-1 Hierzu hat IPM eine Reihe neuer, patenangemeldeter optischer Messverfahren und Systeme in stationaumlrer oder travers Ausfuumlhrung als OPSS-1 und OPRL-1, entwickelt, weltweit im Markt eingefuumlhrt und mit der DE10251610 sowie auch in China unter 200310104764 zur Patentanmeldung gefuumlhrt. PS-250-4 Quad Bobienen Perforationsmaschine - download PS-250-4 Porositaumltsmessbereiche von 80 C. U. bis 5000 C. U. mit Multispektral Sensoren, Perforationslochreihenerfassungen mit Aufloumlsungen lt 0.1 mm mit Praumlzisionslinienlaser, Scanning Speeds von 20 bis zum 300 mmSek. intelligente Multicontroller DSP Elektronik im Sensorkopf, high-speed RS-232 Link sowie Auswerteeinheiten sichern die qualitative, quantitative online Kontrolle nach ISO 90019002 an verschiedenen Produktionsmaschinen. IPM ndash International Perforation Management ndash hat verschiedene Laser und elektrostatische Perforationsverfahren, insbesondere auch fuumlr neue Produkteigenschaften, entwickelt, deren Systeme und Produktionsmaschinen weltweit im Einsatz sind. Zukunftsperspektiven Die elektrostatische ESP Nano - oder Mikroperforation findet vorzugsweise ihre Anwendung in Bereichen der Veredelung von Feinpapieren, Verpackungsbahnen, Vliesstoffen, Non-Woven, Filter-, Sack - oder Kraft - sowie Spezialpapiere verschiedenster Art, insbesondere bei der zusaumltzlichen Behandlung von Bahnmaterialien zur Erzielung besonderer Eigenschaften, welche aus physikalischen oder prozesstechnischen Gruumlnden NICHT mit anderen Verfahrenstechniken erreichbar sind. Die state-of-the-art, industrietaugliche und im Dreischichtbetrieb zuverlaumlssig arbeitende ESP Perforationstechnik, deren Integrationsmoumlglichkeit in vorhandene Umroller - oder sonstige Bahnlaufanlagen sowie auch als voumlllig eigenstaumlndig arbeitende Perforationsmaschinen moumlglich sind, wird zukuumlnftig neue Anwendungsbereiche erschlieszligen und Produkte mit besonderen Eigenschaften entstehen lassen. OPSS-1-B Druckkontrolle mit hi-speed Kamerasystem an QUAD Bobienen Laserperforationsanlagen - download OPSS-1-B Nano Micro technologies - incredible archipelagos of applications Web material as regenerated cellulose films, filter, cigarette, tipping, roll-your-own RYO paper, transparent, coated special, bag or packing papers, bonded fabrics, spun bonded non-woven, technical textiles, fabrics, laminate with base weights from 20 gm2 to up to 150 gm2, up to 20 gm2 LPDE coating films, are perforated electro statically nano, micro, or by laser (mechanical hot or micro needle) with micro or macro holes for wide range of application purposes. Electrostatic NANO MICRO PERFORATION, based at micro discharging and sparking, Bluemlein and Plasma Tunnel effects with gas atomic ionization in Nanosecond time windows. The pores are statistically irregularly distributed with size ranges from 100 nm up to 80 micron diameter and analogically, under LASER or micro macro PERFORATION, arranged in diameter sizes from 60 up 200 micron, at best non-inclined holes und rows of holes of diverse arrangement comprehension. For the human eye invisible electrostatic nano or micro perforations may be arranged in areas as well as in zones with specific distances within its web. Controlled pore sizes in wide ranges from 100 nm to 80 micron diameters by holes sequences up to 16 million pores per second and 0.1 bis 3 mJ discharge energy for each Pore. Arrangements of zones are usually carried out in width from 2 to 6mm and pore density of 15 up to 250 pores per cm2 where as the perforation of area results in pore densities of up to 5 million pores per m2. ESP perforations allow porosity levels from 80 to 2500 C. U. web widths from 100 to 2,000 mm at web speeds of up to 500 mmin, depending on porosity and material consistency in relation to its ability to perforate. PS-250-4 quad bobbin perforation machine - download PS-250-4 PS-1200 wide web perforation machine - download PS-1200 Conventional laser perforation Possible to perforate by pulsed and focused laser beams are holes sizes from 60 to 200 micron at density of holes of typical 10 to 30 holes per cm length, holes sequences up to 400,000 holes per second at a maximum of 32 hole rows by laser distributed over the width of the web with traditional systems or machines on the market. Porosity levels from 100 up to 3,000 C. U. by web widths up to 500mm at web speeds of up to 600 mmin are archive able, depending on porosity and material consistency in relation to its ability to perforate. IPM laser perforation processes IPM owns development of LASER PERFORATION technology LPM-1, patent granted DE102004001327, operates with quad laser beam input of 8 Kilowatt optical power input ( fast flow or SLAB laser with 10.6 micron wave length ) to an upperlower dual beam multiplexer to generate up to 200 individual laser perforation beams, rows, lines across the web, combines automatic laser perforation head positioning, focus setting, by web speeds up to 400 mmin, web widths up to 2,000 mm, up to 4,000,000 holes per second. Each laser perforation lines are archive able from 100 up to 2,000 C. U. Jumbo-roll-by-roll production, optical online porosity vision and simultaneous perforation line positioning control, full feed-back system for constant porosity levels are further features. Each laser perforated jumbo roll is ISO production data controlled, benefit and certificated. Other industry areas The conception of high power twin laser beam multiplexers enable many possibilities in other industry application fields as cutting, cut-offs, welding, surface finishing, drilling, polishing, forming, surface treatment, roughness improvement. Each of the 200 single perforation head can be positioned in X directions across the running web or other laser treated material sheet, substrates, blocks etc. The automatic processes, equipments and devises opening completely new possibilities in industry, science, military or space laser application. Patent grantededed of process and device with DE102004001327. Other laser features A patent pending Micro Laser Line perforation technology MLL-1 generates sinus, waves, zigzags or other kinds of perforations cryptograms, designs as multiple or quadruple pairs of micro laser lines in web direction. Hole, slot or star sizes in ranges from 60 up to 200 micron are possible. Provide for tipping, cigarette, packaging or other kind of paper, plastic film or other web material. Special features of micro laser line perforation enables fundamental new product characteristic in scripts, e. g. for mouthpieces with tipping paper, CTP on cigarette filters, product indication with visible perforation holes, brand name, company logo, indications, anti counterfeiting designs, cryptogram, etc. In addition for other industry, medical, science, defense or military purposes, material and applications fields. Patent pending for process, device and product property DE102004012081. Ventilation of mass products Electrostatic perforation has been used since 30 years for ventilation of non filter, RYO or filter cigarettes to create a directed and guided air bypass or Lindstroem principle. For this purpose, cigarette paper for some non filter or RYO cigarettes and almost every kind of filter cigarettes tipping papers are perforated electro statically OFFLINE in zones from 2.0 up to 6.0mm width or in rows with ON-LINE or OFF-LINE by use of slow, fast flow, sealed-off or SLAB CO2 gas or diode laser in order to reduce the harmful substances such as nicotine and condensate down to allowed values. Another effect is the possibility to control the degree of ventilation of Cigarettes. O nline micro perforation ndash porosity profile Y ears ago IPM had developed a multiple online electrostatic micro perforation OESP-1 units at cigarette making machines which was patent applied with EP0460369 and DE4018209. The method and the device for electro-erosive perforation of cigarette paper basically operates with at least two pairs of electrodes which are ignited at the same time in such a manner that each perforation section is treated twice in order to provide a corresponding intensity of perforation, taking into consideration the duration of ignition and the web speed. In particular, the invention operates with at least four pairs of electrodes, between which the web of cigarette paper to be perforated is moved through. The cigarette paper is moved in the longitudinal direction of the cigarette to be produced later, the width corresponding to the circumference of the cigarette plus an overlap section for bonding. Perforating is carried out transversely to the direction of movement, that is to say an accurately defined zone section is produced around the circumference of the cigarette. The pairs of electrodes are arranged at a distance which corresponds to half the cigarette length (a, b, c) when four pairs of electrodes are used. The first and the third pair of electrodes are ignited simultaneously. A distance dependent control causes the second and fourth pair of electrodes also to be ignited simultaneously when the previously perforated sections have traveled the distance of half a cigarette length. Each section is perforated four times, the speed at which the web (10) can be moved being determined not by the spacing (half a cigarette length) of the pairs of electrodes but by the spacing of the pairs of electrodes in each case simultaneously ignited (one cigarette length). This provides for uniform, intensive and very powerful perforation and the cigarette paper treated can be continuously supplied to the cigarette machine for further processing in the longitudinal direction of the cigarette. That electrostatic micro perforation process enables cigarette or tipping paper while cigarette making processes to reduce nicotine and condensate levels for non-filter and filter cigarettes as well. The OESP-1 devices opens fully new possibilities for cigarette or tipping paper ventilation during cigarette manufacturing by entire perforation cassettes integration into cigarette making machines as Max-S, Protos 80, Protos 90, Mark-9 etc. Advantages during manufacturing Compact all-over-dimensions, direct mechanical integration of perforation units, easy functional interfacing and full EMI acceptance in order of EN or NEC standards archiving high production efficiencies with controllable ventilation grades on highly automated cigarette making machines. Patented, powerful, dual high frequency switching electronics and multiple perforation performances of the circumference of each cigarette enables problem less perforation on high-speed cigarette making machines up to 12,000 cpm Porosity ranges from 50 up up to 400 C. U. pore densities from 25 up to 300 porescm2 hole size from 30 up to 80 micron cigarette ventilation grades up to 45 are archive able. All necessary perforation, production parameters are stored and controlled by microcomputer operation, i. e. geometrical and synchronized positions of perforation lines, zones etc. pore density, perforation zones width and distributions, perforation profile and porosity ranges for each cigarette brand Porosity profiles over the length of each non-filter cigarettes are possible. Furthermore single, multiple, different or equal groups of single perforation zones around the circumference of each cigarette for non-filter, RYO even tipping paper for filter cigarettes are possible. All stored parameter sets are linked to the PLC system. Different micro perforation designs and porosities of each cigarette brand are flexible to define and controllable during all production processes. Air ventilation levels are exactly defined and, due to online feedback, can be kept constant by means of perforation system design and porosity distribution. For non filter cigarettes for example, perforation can be effected over the entire length and circumference of the cigarette. Liability and system investment The ESP process OESP-1 has a high liability and is realizable with low investments and low running costs when compared with online macro or micro laser perforation processes. An online porosity control system OPSS-1 monitor continuously the air permeability, called optical online porovision or porosimeter, with a state-of-the-art technology to obtain a close-loopfeed-back to the perforation unit to keep ventilation grades constant. Conclusion: Inline micro perforation process is possible to use for other mass products and application fields with full system integration in entire production lines as bag, sack, packaging manufacturing etc. ON-LINE LASER PERFORATION with patent granted high speed multiplexer DE102004001327 A ndash laser source and IPM patent granted multiplexer with 8 optical channels by 8 laser lines, 10,6 micron, CO2, sealed off laser, M2lt0.9, e. g. Coherent ULR-300, 300W Synrad, PRC by 4 laser lines, 10,6 micron, CO2, sealed off laser, M2lt0.9, e. g. Coherent ULR-150, 200W Synrad, PRC laser source dimensions all over approx: 1,100200200mm, water cooled output 45 grad divert mirror IPM multiple laser beam multiplexer centre rotate twin beam splitter and high speed motor (not shown) up to 900 rpmsec. diameter approx. 400mm, high approx. 200mm 8 optical output channels, coupled special hollow fibres, HCW, HWG, each in lengths 1,000 up to 3,000mm B ndash bobbin unwinder and perforation heads tipping paper from 48 up 64mm web width 8 perforation heads, 4 on each side each laser beam supply with special hollow fibres and auto focus devices diameter of each focus device around 25 mm, distances in web direction around 50mm length of necessary perforation section approx. 200mm by 8 laser lines necessary width of perforation section - tipping paper width 40mm on both sides C ndash tipping paper strips with 8 laser perforation lines up to 10,000 cpm or 135 mmin tipping paper web speed 4 laser perforation lines on each side total round or oval hole sizes between 60 up to 180 micron diameter up to 8 holescm, one hole with e. g. 14 C. U. 8 hcm14 C. U.h42cm (Coresta) in total around 900 C. U. ventilation grad 10-80 with twin or quad rows by 8hcm8 holesrows135 mmin 14,440 holess in total further information on request Material treatment and microperforation in cluster systems Web material as regenerated cellulose film, filter, cigarette, tipping, roll-your-own RYO, make-your own MYO, wall, decoration, transparent, coated, laminate, sack, bag or packaging paper, bonded fabrics, spun bonded non-woven, food, fruit, medical, under roof house or agriculture vegetable covering, packs, technical textiles, fabrics, laminate with base weights 20 gm2-180 gm2, thicknesses 10-80 microns, up to 20 gm2 LPDE coatings are perforate electro statically micro, or by laser with micro or macro holes for wide range of application purposes. ELECTROSTATIC NANO MICRO CLUSTER PERFORATION or material treatment, based at micro discharging and sparking, plasma tunnel effects with gas atomic ionization in nano second time windows. The pores are normally statistical irregularly distributed in controlled size ranges from 0.05-80 microns diameter and analogically, under LASER or MICRO or MACRO PERFORATION, arranged in diameter sizes from 60-200 microns, at best non-inclined holes und holes rows of diverse arrangement comprehension. For the naked human eye invisible electrostatic nano or micro perforations may be arranged in areas or zone bands with specific distances within its web. Controlled pore sizes in wide ranges from 0.050-80 micron diameters by holes sequences up to 16 million pores per second and 0.1-3 mill Joule discharge energy for each pore. Process and power electronics patent granted with DE10328937. Arrangements of zones are usually carried out in width from 2 to 6mm and pores density of 15 up to 250 pores per square cm whereas the perforation of areas results in pore densities of up to 5 million pores per m2 in surface-all-over design. Electro static perforations allow porosity levels from 80-2,500 Coresta Units (mlmin2cm2, 1,000Pa), equality from 40 down to 3 Gurley material web widths from 100-2,000mm at web speeds of up to 500 mmin, depending on porosity and material consistency in relation to its ability to perforate. One of the foremost postulation which can be applied to many application purposes and products containing bonded fabrics, bag or packaging papers, non-woven, etc. with gas or steam permeability but water in-permeability will be found at the application stage of the electrostatic nano micro cluster perforation. Which means pore sizes from 0.050-80 microns diameter by up to 5 million per square meter. This is due to the waterrsquos greater surface tension which hampers the permeation through the relatively small nano or micro pores. These and other physical advantages of the relatively small pores necessarily demand the application of the cluster perforation method because alternative perforation or processes are NOT feasible, too expensive or simply uneconomical and would not lead to a successful application. Products, applications, advantages breathable and ventilated mass products as cigarette, tipping, filter, packaging, plug wrap, refinish or fine paper booklet, bible, printing, flexo, magazine, promotion, flyers or newspaper with improved or modified surface property decoration or gift paper with thin coating films PVC laminate, Vinyl, decoration or wall paper to eliminate one side condensation effects enable control gas exchanges, avoid rises of mildew or rottenness join or corner Kraft paper tapes to avoid glue bubbles and enables material diffusion fleece bonding material with thin plastic film layers for outdoor and under roof protection or covering, wooden houses, etc. enables gas exchanges technical textiles for gas exchanges to avoid condensation processes breathable overalls, heavy duty or disposable work dresses, trousers, aprons, jackets or shoes made of thin PE fleeces or other material thin PP or PE contacted Kraft paper bag, cement sacks, plaster, maize, grain, pet food, granulate or powder for gained air outlet or blowing during filling processes with multiple time reduce efficiency keep packed products in the same barrier condition as without micro perforation extending storage, live time or durability of certain goods and products biotopes and prevention of water pollution leather or cloth inlets for comfortable non sweat wearing under wet, high humidity and tropical condition soap, deodorant, hygiene, beauty creams, baby care or other packaging products which needs smell suggestion for marketing indication and buying advantages vegetable, flowers or food with paper packaging replacements for gas exchanges bread, rolls, fruits or food to improve the freshness and aroma technical multi layer foils for industry, medical, bioengineering or filtration purposes, surface modification or improve roughness micro filter, membranes, battery separation layers, bio or lab analytic, alcohol, liquid or blood filtration, clean room, agriculture plant applications reduction or force growth rates of bio processes Differences and system integration It is also used especially for additionally treating materials when aiming special characteristics by physical or regular process reasons what cannot be achieved by other process technologies. Moving material web base weights from 20-180 grams per square meters by thicknesses 10-80 microns are possible to use. Including defect inspection, process automation, moisture vapor transmission rate, abrasion resistance of lamination, water proof, ventilated or breathable fabrics. Our state-of-the-art industrially approved, sophisticated, compact, multi functional, optical online sensor scanning systems together or without electrostatic laser perforation technology operates precise and reliable 247, are integrate able into existing rewinding, slitting, spooling, spreading, printing, labeling, complex production lines or other machines and production processes as well. Also, they can be used as completely independent micro surface-all-over or zone perforation units. Fully new ranges of applications will be made available total new products with special features and properties. High power laser multiplexer for industry applications as well for wide web micro perforation machines LPM-1 with tipping, packaging paper, non-woven, spun-bonded, textile, plastic films or other material substrates P atent granted DE102004001327 A German-Thai-Chinese high-tech engineering company offers completely new possibilities with high power CO2 laser multiplexers for wide web applications as well for micro perforation with JUMBO-ROLLS with up to 200 individual laser perforations rows, automatic laser perforation head positioning, focus setting, web speeds up to 400 mmin, web widths up to 2,000mm and more. Several types of material web, e. g. paper, packaging, coated sheets, films, foils, metal sheets and other types of substrates can be micro perforate or treated. We are seeking for RampD, science or industrial partners in licence agreement, technical cooperation, new product or applications in USA and EU. Working principle of high-power laser multiplexer Through 2or 4 Kilowatt dual laser beam sources, two or four level high-power laser multiplexers designed for certain wave lengths from 500 nm up to 10.6 micron, new two level rotary cubic elements, or two quadruple beam splitters or polygons bent facets, using of new developed CO2 hollow waveguide fibres HWG HCW realizable up to 200 optical single channels with assembled focus heads direct on the production web material. Without very extravagant, expensive of optical elements, alignments, lenses, divert mirrors, extended mechanical designs, etc. Pulse sequences up to 4,000,000 per second, single shoots between 0.5 up 3.0 mJ, time windows from 1 micros up to 100 micros and e. g. holes sizes from 1 microm up to 100 microm or microns are possible. Description for wide web micro laser perforation W ide web laser perforation processes, equipment and machines permits e. g. tipping or packaging paper web width up to 2,000mm and more, up to 200 single laser rows across the web by holes sequences up to 4,000,000 per second. Depends of material consistence, perforability, holes sizes and densities web speeds up to 400 mmin, web widths up to 2,000mm, 25,000 meter roll-by-roll, automatic perforation head positioning and focus control, up to 20 bobbins in one cut which means up to 160 bobbins are now archive able without machine downtime. In addition the key element and integrated OPSS-1 porosityposition scanning system complete the feed-back and robot control system. The optical online multi sensor porosityposition control system OPSS-1 is located just behind the laser perforation section and rewind stand to control the perforated material web continuously and supply the data stream to the master PC and close loop. Highly automated and motor adjustable focusing optics one each perforation heads are free position able across the material webs. That automatic procedure and their robot devices open now fully new ways in wide web laser perforations or other material treatments in high speeds ranges, large number of optical single channels and high pulses or holes sequences. In addition with the optical online control systems OPSS-1 porosity, hole qualities and all hole row positions are continuously controlled and differences immediately compensate over master PC controlled feedbacks to the perforation system. Production rolls and products are finished without intermediate stops in high qualities and large quantities. The new high-power laser beam multiplexer open many other application fields, e. g. cutting, cut-offs, welding, surface finishing, drilling, polishing, forming, surface treatment, roughness improvement, etc. Each of the 200 single perforation head can be positioned across the running web or static positioned material substrate. This automatic processes, equipments and devises open up completely new possibilities in industry, science or military or space laser applications. Anti pira cy product design with laser cluster - ultra - high speed for Co2 laser beam control Patent pending DE102004012081 download Micro laser perforation Laser perforation in general, possible to perforate by pulsed or enlarged and focused laser beams are holes sizes from 60 to 200 micron at holes densities of typical 10 to 30 holes per cm, holes sequences from 100,000 to 400,000 holes per second at maximal 16 punctured laser rows, register distribute cross material web width with traditional systems or machines. Means for cigarette, tipping, plug wrap, filter, packaging, pack, tear tape, plastic and other material. With porosity levels from 100 up to 3,000 C. U. normally in web widths from 100 to 500mm at web speeds of up to 600 mmin, depending on porosity and material consistency in relation to its ability to perforate. IPMrsquos laser cluster material treatment, perforation technology IPMrsquos laser cluster material treatment perforation technology LPM-1 is patent grantededed by DE102004001327 operates with quadruple Co2 or other laser types, beam inputs up to 4 Kilowatt to supply a high power twin level, vacuum operates multiplexer. High spins of quad laser beams generates up to 200 individual optical output channels to supply special made flexible hollow fibers HCW, HWG, fibre optics, to archive micro perforation rows cross moving web or static material, combines automatic positioned laser perforation heads, each with motor driven focus, web speeds up to 400 mmin, web widths up to 2,000mm, up to 2,500,000 holes per second, jumbo roll-by-roll production, optical in-line permeability scanner control for perforation line position and quality, porosity feedback, hi-tech automation level and other features. Each laser micro perforation lines can archive 100 up to 1,000 C. U. Super high speed for Co2 laser beam control Technologically performed of Piezo oscillators or ultra-high scan speeds up to 4,000 Hz or 240,000 rpm with commercial air-bearing motors. REAL galvanometer scanner alternatives, precise laser beam deflection up to 4 Kilowatt Co2 by high dynamic performances. From 8 up to 15mm laser beam aperture diameter, advantage beam quality factor M2 less then 0.9 for focus spots down to 60 micron. Absolute diffraction limits, because small focused spot sizes which are proportional inversely of laser beam input diameter. In other words, larger laser beam apertures will produce smaller focused spot sizes, as especially needed for micro cluster perforation, drilling and other micro machining applications. Spin actuator with special optical coating, optimized outer shape, very precise rotation balance by inner body laser ablation, hollow body with inner cavities by low mass material condition, excellent relation of stiffness-to-weight, high hardness, adapted total vibration free vacuum cylinder case, asymmetrically rotary reflection cones from 40 up to 80mm base diameter, average mirror surface roughness lower as 0.1 micron, form accuracy lower 0.01 micron, operation sequences are precise synchronize with material speed. Envelope curves of the selected perforation pattern are storage and calculated by PLC control before single holes and holes groups supervised during production processes. Product process advantages enable total different product indicators and milestones against other laser perforation or material treatment processes which allows significant product property, trademark indications, patent claims, unique company features in micro perforation of tipping, cigarette packaging or other paper or material. Par exemple. wide range of laser perforation groups as common active ventilation zone to obtain several advances in air stream distributions into cigarette filter, perfect perforation line guiding around cigarette filters or other food, domestic, industry products to assure constant porosity results. Several pattern or wave line design for different brands, number of holes or pattern with 10 or 20 per cm length are constant, porosity range from 100 up to 1,000 C. U. holes sizes from 60 up to 120 micron, holes densities from 100,000 up to 500,000 holes per second in total. From 1 up 6 perforation pattern, lines, marks or scripts can combines a group, perforation hole, pattern quality or porosity remains in standard levels. Other web material, substrate or products are treatable in similar processes, existent laser perforation, treatment machines are able to modify with new optical, micro mechanical and control elements. Low investment and finance budget of technical modifications because exchanges of certain elements, complete devices are adaptable on existent off-line perforation machines or other laser treatment handling systems. Capability to adapt beam divert devices or units at on-line perforation system at cigarette making machines up 12,000cpm. Outstanding product applications For web or sheet material, metal, isolation, foil, film, plastic, substrate, leather, textile and paper enables now large number of possibilities for micro hole position, different pattern, design, wave, zigzag, cryptograms, scripts, marking, scribing, scratching, tear off lines or others which generates. Par exemple. optimize air distribution characteristics into cigarette filters, unique anti counterfeit piracy indication and not countable product advantages. Special remark creates fundamentally new product properties, e. g. as final products for mouthpieces with tipping paper at cigarettes or other tobacco, packaging, security products, flip off or hinge-lid packs. Specific indication of brand names to recognizable for everyone and even for product buyers, if micro design, holes, patterns, holograms are to see with magnified views only. Or sensitive touch able as Braille scripts generated by micro cluster cryptograms or holograms. MLL-1 targets many existent and new applications with high speed scans of laser beam divert in horizontal or vertical position. Sophisticated ultra high speed spins optical divert elements allows low budget modifications at existent systems and production machines. Micro-Laser-Line technology means real alternative for high speed galvanometer scanner to archive micro cluster perforation, pattern design, waves, zigzag, packages line, cryptogram, company logo, hologram, anti counterfeit piracy contours for security paper, safety, bank notes, cards, metal sticker, printing, laminating, coating, fruit, food, bread, vegetable, agriculture covering, transparent films, plastic sheets, holographic paper, cigarette, tipping, filter, aluminum foil, shrinkable film, tear tapes, label, cardboard, matrix, marking, scribing, automotive, pharmacy, smoking, chemical or medical products, electronics part, chips, indicators, writing contours or profiles, embossing or holographic. The patent of devise, process and product properties are pending as DE102004012081. Other industry fields The conception of high power twin level laser beam multiplexer enables plenty options in other industry application fields as cutting, cut-off, welding, surface finishing, drilling, ablation, cleaning, micromachining, polishing, forming, melting, surface treatment, roughness improvement. Each of 200 single laser beam and coupled flexible hollow fiber HWG HCW up to 3,000mm length allows treatment processes or perforation heads for precise, compact, robotic positioning in XY direction of running web or static placed sheet material. Automatic PLC controlled processes, equipments and devices enables now outstanding possibilities in industry, metal, plastic, domestic, tobacco product, medical, hygienic, wall covering, security cards, bank notes or food application. LPM-1 means cluster material treatment at wide web, large area, surface or whole material treatment, high power twin or quad rotation laser beam splitter, mirror into a vacuum twin level multiplexer, Co2, YAG, Fiber, Excimer, UV laser with multiple optical inputs, flexible hollow fibers, HCW, HWG up to 200 output channels. Material treatment and robotic handling for stainless steel, ceramic, aluminum, wafer, glass, ceramic, brass, copper, wafer, silicon, plastic sheets, titanium, jewelry, silicon, solar, panel, photovoltaic, micromachining, slitting, rewinding, refining, hybrid laser cutting machines or stand along systems. High-speed rotate octagonal beam splitter Renewable energy switching converter A new twin mega power medium frequency switching converter for renewable energy works with hybrid drives, compact EMI safe semiconductor power electronic stages to convert solar or wind renewable energy for direct supply into the 50 or 60 Hz main net. High-tech engineering company IPM develops and patent granted DE10328937 such and other application. Advantages are based on uses of standard switching units with extended IGBT, MOSFET, HVFET semiconductor modules as twin cluster frequency shifting for applications as medium frequency corona substrate treatment, micro cluster electro static perforation, acac, acdc converter, drive units, fuel cells operation, upward or downward converter, laser diode stack power supply equipments, plasma jet, heavy ion research, train, vessel, boot, mining power electronics. Frequency up to 200 KHz and power level up to 200 KW is possible. More information on our websites. IPM is looking for science, industrial, power electronics, marina, mining or others partners who are interest in licence agreement, technical cooperation for other wide application fields. On a high level operate engineering company develops a dual, high power, high frequency switching unit which works with hybrid drives, compact EMI safe semiconductor stages, supporting capacitors, high voltage ferrite transformers to generate HV short pulses and sparking groups. Advantages are based on uses of standard circuits with extended semiconductors for e. g. nano, sub or micro perforation applications, corona treatments etc. The company is looking for science or industrial partners who are interested in a licence agreement and or technical co-operation. Industry application of electrostatic perforation for fast running paper webs using IGBT, MOSFET or HVFET semiconductor power stages. These circuits working as upward converters with power pulses in ranges from 5 microS up to 25 microS and high current peaks up to 300 Amps on a serial connected inductivity and loading capacity that the secondary ferrite transformer coils supply sparking electrodes up to 50 Kilovolt. The circuit works itself with alternating clock frequencies and changes of pulse widths a common load condenser and coupled primary inductance of a ferrite high voltage transformer as upward powerpulse converter and non resonance frequency operation. A safety circuit logic and two hybrid drivers allows a alternately switching of semiconductor A and B which generating higher operation frequencies and power levels meanwhile the electrical and thermal conditions remains on each in the same range as a single switching unit. A controlled pulse timing into a certain time window with a constant or variable frequency generating hole sizes and hole sequences with high voltage sparking through the material webs by nano or micro perforation. The repeating frequencies of the entire circuit can up to the double switching frequency as of each semiconductor stage. A changeable current in the spark channel are feasible with total switching frequencies up to 150 kHz. And in the same time the dual semiconductor switching unit allows a double power level as just only with one switching element is possible. Dual IGBT, HVFET or MOSFET semiconductors in high power, high current, high voltage circuits obtain in electrostatic nano, sub micro perforation, corona treatment or other switching application frequencies up to 250 KHz, power level up to 30 KW and more. Higher power efficiencies and harder switching periods are further advantages. In conclusion the approximately double frequency and power level operation obtains higher switching efficiencies, much more perforation power or higher corona treatment levels which are depend of the industry application. Nano, Sub Micro Perforation Perforation results are now achieve for nano, sub and micro perforation of flexible webs with ultra small pores and products made of these materials. Materials finishing are of interest for numerous demands in the field of packaging, in filling, non-woven industry, technical and science applications, etc. For many years fine and other paper webs with base weights between 20 up to 150 gsqm have been perforated electro statically in large surface all over areas or zone designs of 2.0 up to 6.0mm width. Pore sizes from 0.05 up to 60 microns or 1 to 100 microns, pore distributions of up to 4 Million per sqm in area perforation or respectively 3OO holes per sqcm by zone perforation and hole sequences up to 16 Million per Second can be reached. Air permeability or porosity ranges are among from 50 up to 2,500 C. U. (mlsqcmmin) respectively 3 to 50 lsqmsec. (Franksystem) by paper web speeds up to 450 mmin and web widths up to 1,200 mm are archive able. Application fields Electrostatic perforation processes and machines, corona treatment, surface treatment, high power switching devices, power supplies, ACampDC and other switching converter systems, drives, etc. Fine paper, cigarette, packaging or other fine paper industries, corona system manufacture, switching device manufacture, high-power converter equipment, ACDC, DCAC industry etc. The new dual semiconductor circuit design allows applications to build hybrid drives, semiconductor high-level stage, upward, downward or other converters or generators which operating with supporting capacitors, high-voltage ferrite transformers in an extremely compact and modular design. Several advantages are the high efficiency of pulsepower transmission and energy ratios. Traditional corona or other type of medium generators up to 30 KHz operation ranges are easy to modify to a double frequency and power levels operation. Optical OPSS-1 porosity permeability scanning systems for substrates Patent pending DE10251610 ndash China patent granted 200310104764 Sophisticated, multi functional, optical sensor scanning systems IPM has developed a number of new, patent pending, stationary, scanning optical control processes, devices and systems for fast moving webs or fabrics to detect very precise and reproduce their specified product properties in online operation during production. OPSS-1 OPRL-1 vision control systems are equipped with multiple IR, NIR, VIS monolithic spectral color sensors, precision line lasers, CCD imagine devices, DSP, ATMEL and INFINEON sensor internal controllers, own firmware, high speed data link, at scanning speeds from 20 up to 500mm per second, at web widths up to 5000 mm, measuring gaps from 2.0 up to 5.0 mm, optical inline detection of permeability, porosity, spectral transmission, opacity, extinction, particle absorption, porosities ranges from 80 up to 5,000 C. U. (Coresta), respective from 50 down to 3 Gurley, position control of micro perforation lines with 0.1 mm accuracy, nano micro pores from 50 nm up to 200 micron diameter by up to 300 pores per cm2. With real time data determining of certain parameters, optical transmission, spectral grades, porosity integrals, envelope curves, internal calculated measuring values. Thus direct with close loops and feedbacks to the power electronics of fabrics treatment units. Micro perforation or other system makes it possible to compensate any changes in web treatment parameters and their partial locations so that each jumbo roll as well single, quad bobbin sets can be produced quantity and quality controlled without intermediate stops in order of ISO 90019002 certifications. Thus sophisticate, precise, liable, repeat accuracy, easy visualized, optical online measurement techniques archives perfect ways to control and convert pneumatic, fluid, gas, jet streams, static permeability, naturally porous grades, filtration levels, breathable or ventilation effects, etc. at fast moving webs. Their conditions can be easily met by using optical transmission technology thanks to described processing in fully online stationary or scanning control units, extremely small pore dimensions, high fabric speeds up to 1,000 mmin by high repetition rates. That completely independent from base material properties as consistency, coloring, density, formation, pin holes, smoothness, stretching, shrinking, brightness, opacity, optical spectral property, gauging thickness weight, moisture content and other known influences. The electrostatic nano or micro perforation, including Co2 slab fiber yag excimer diode laser, other material going trough or surface treatment, as well for micromachining and nanotechnology, is usually used depending on quality at fine, rotogravure or offset printing, holographic or publishing paper, writing, magazine, newspaper, packaging, bonded fabrics, non-woven, filter, coffee, tea, bag, sack, craft, food, fresh fruit, force, reinforce, tipping, cigarette, plug wrap, fiber, facial tissues, toilet, decoration, wallpaper, gift, watermark, towels, bleached dyes shiny or clay, recycling, booklet, bible or other special paper, certain plastic films, foils, coating, laminating, extruding, Polyofine, Polysulfone, Elastomer, textile, Polymer or most of that varied types. It is also used especially for additionally treating materials when aiming special characteristics by physical or regular process reasons cannot be achieved by other process technologies. Material base weights from 10 up 150 grams per m2 by thickness from 5 up to 100 micron are possible to use. Including defect inspection, process automation, moisture vapor transmission rate, abrasion resistance for lamination of waterproof and breathable fabrics. Our state-of-the-art, industrially approved, sophisticated, compact, multi functional, optical online sensor scanning systems together or without electrostatic, laser perforation technology operates precise and reliable 247, are integrate able into existing rewinding, slitting, spooling, spreading, printing, labeling, complex production lines or other machines and other production processes as well. Also, they can be used as completely independent micro surface-all-over or zone perforation units. Fully new ranges of applications will be made available total new products with special features. Specific information by website links and patent resources. A German-Thai high-tech, engineering company has developed an optical online porosity or permeability scanning system. It works with two different multiple sensors units, i. e. precise line laser, colour sensors and internal controller unit for real-time positioning and porosity control in light transmission mode whilst scanning across the fast running webs up to 600 mmin. The main advantage compared to existing technologies is the measurement of perforation zoneline positions and porosity levels in the same time while the scanner system across the running material web up to 2,000 mm width. Science, RampD, Universities, industrial partners for a licence agreement and or technical co-operation are sought. The porosity control of natural porous andor perforated web material in laser or electrostatic perforation systems which are produced in speed ranges up to 600 mmin and web widths up to 2,000 mm is difficult to measure with pneumatic systems because of following disadvantages: web tangency, web toughing, material flaking, formation of folds, dust and dirt entering the system. These difficulties can be overcome with stationary or scan, optical porosity measurement systems for porosity ranges from 80 up to 5,000 Coresta units (ml2cm2min) respectively 3 to 50 lm2Sec. (Franksystem) by nano, micro or macro holes sizes from 0.5 up to 500 microns and hole densities from 10 macro holes per cm up to 400 holes per cm2. The optical online porosity control technology is designed to scan perforation zones with a multiple sensor and their positions with a precision line laser to determine all data in real time with an internal controller unit. It controls roll material or bobbin formats, either as a stand-alone unit or mechanically coupled with existing scanning units which measure the material weight, thickness, opacity, density, brightness, smoothness, formation, etc. By laser and electrostatic perforation in bobbins and wide paper web formats optical online control processes and their devices are indicated with transverse movements across the web and simultaneously collections of perforation positions and porosities by two different sensor systems. Both measuring systems move transversely between 50 up 400 mmSecond over the fully web width. They consist of a line laser detect the quality and position of single holes, groups of holes or defined perforation zones into the measuring gap of 5.0mm. At the same time, the multiple light transmission sensors monitor all porosity profiles and determines envelope curve and calculate the integrals. Thus direct feedback into the perforation system makes it possible to compensate any changes in terms of porosity and perforation locations so that each jumbo production roll up to 25,000 meters as well single or quadruple bobbin sets can be produced and controlled without intermediate stops and certificated in quantity und quality on their end. Natural porous or perforated web material as cigarette, tipping, plug-wrap, filter, packaging, non-woven, flees, coated paper as well micro or macro perforated plastic films as BOPP, LDPE, PP, EVA, HDPE, etc. are controllable with the OPSS-1 scanning system. OPSS-1 optical porosity vision control - download OPSS-1 OPSS-1-B print inspection with hi-speed camera scanner for QUAD bobbins at laser perforators - download OPSS-1-B Print inspection ndash tipping paper ndash quad bobbins Patent applied in Germany and P. R. of China tipping paper web speed max. 480 mmin 8.000 mmsec. printed register field across web. X max. 64 mm printed register field down web. Y 25 mm OPSS-1-B scanner speed ndash e. g. A 200 mmsec camera scanner speed ndash e. g. B 600 mmsec. position accuracy of OPSS-1-B scanner. - 50 microm with ASM sensor OPSS-1-B scanning stroke approx. 300 mm local resolution at printed field 100 microm suggested pixel sensor (double pixel calculation) X 2(64 mm0.1mm) 1280 pixel Y 2(25 mm0.1mm) 640 pixel maximal capture rate. cap speedY-field 8.000mmsec25mm 325 capturesec. inspect with step 1 bobbin A. (Deltat0 --- t1)cap 0.32s325captsec. 104 captures while web running inspect with step 2 bobbin C. (Deltat3 --- t2)cap 0.32s325captsec. 104 captures while web running inspect with step 3 bobbin D. (Deltat3 --- t4)cap 0.32s325captsec. 104 captures while web running inspect with step 4 bobbin B. (Deltat1 --- t2)cap 0.32s325captsec. 104 captures while web running (Deltat0 --- t1) (Deltat1 --- t2) (Deltat2 --- t3) (Deltat3 --- t4) full scan OPSS-1-B. 2(sumt1, t2, t3, t4) 12802 2560ms 2.56 sec. by (2.56 sec.8 msec) 20.5 meters printed tipping paper by full scan sum captures. (step1step2step3step4) 4104 captures 404 captures Continuous inspect length by bobbin A, B, C, D: speedinspecting 8.000mmsec0.32sec 2.6 meter Continuous inspect printing length of each bobbin strip. 2.6 meters with 104 captures each of 25 mm single printed fields by 8 msec. speed In-situ dyne and surface tension control at running plastic films or other substrates patent download: microperforationenglishengineerreport. html previous patent application DE19543289 - down load ODSTM-1-PATENT Dynes control Described is a method and device for optical inline tough less surface tension control ODSTM-1 by which the fast moving substrate runs through the measuring gap. Itrsquos transmitted with a chromatic beam and spectral selected light source were two optical channels are displaced and polarized by 90 degree to each other. Both optical axles are precise and motor driven shift able in certain angles from 25 up to 65 degree. The spectral light photons, transmission, extinction, absorption grades are detectable by two optical CCD imagine vision devices which are integrate in the sensor case on the other side of the substrate. Moving substrates means plastic foils, flexible, high-tech films, laminate, coating, bonding, labeling, co-extrusion, BOPP, LDPE, LLDPE, HDPE, MDPE, MAS, MEV, PET, FEP, PP, PE, PS, PO, EVA, PTFE, PVC, PTFE, DPC, BOPS, Vinyl, Polyester, Wrapping, Olefin, self-adhesive tape, high strength, cross-laminated, adhesive-coated films, reflective or magnetic sheeting, automotive tape products, inkjet media, Polyethylenex, heat sealing, sewing of plastic film, pressure sensitive tapes for the entertainment industry, graphic and specialty arts for general industrial and electrical applications, building or engineering industry, photographs, masking or printable plastic films, flat or corrugated rigid foamed thermoplastic sheets, polycarbonate, acrylic, PETG. E xtruded or polished cellulose, optical grade polycarbonate, sheets for IR or laser protection, welding filter grade sheets, films for video, imaging, capacitor or thermo transfer applications, foamed polypropylene film with decorative ribbons, binary-oriented polystyrene sheets, multi layer co-extruded film, high impact PVC and PETG, polyimide film, tape and flat films for aerospace automotive medical agriculture marine automotive household commercial domestic construction industry, municipal and leisure applications, clear matt semi matt finishes or colored, micro porous membranes for use in alkaline lithium batteries, fuel cells and filtration equipment. By gauges from 10 to 100 micron, fabric widths up to 10,000mm and web speeds up to 18 meters per second. Material specific wavelength selection between 1,200 up to 1,800nm, material specific finger prints, molecular spectral properties, transmission grades, optical angle scanning, Lambert Beersche law determining, ultra low level stray scatter light detection, polarization, slot diaphragms, transverse displacements control the light beams alongfar from the optical X and Y axes. The results are extreme scattering, diffraction, NIR, IR, stray light photons generation into the layer areas at both sides of the moving substrate. Their reflected and transmitted light intensities enables the determination by defined formulas and data matrixes the surface tension values in ranges from 28 up to 62 mNm which are direct associate and bond to real static values for Statistical Quality Control (SQC). And this entirely independent of the material specific influences as like surface consistency, thickness, density, weight, opacity, coherence, filling, stretching, shrinkage, structure, co-extrusion, polar grouping, temperature, intrinsic motivation or viscosity, hydrophobia, hydrophilic molecules, hydrogen, photonics, mol mass, moisture, water steam proof, bi-layer, polymer, patterning, nanostructure, irradiation, isotopic, catalyst, multi atomic, coherence, absorption, photo mask effect, roentgen, X-ray, radiation, resonance bands, REM, TEM, FIC, IEC, ESCA electron spectroscopy for chemical analysis ASTM or ATR method, property, ellipsometry, opto-acoustic photonic liquid effects, pre material treatment as corona, plasma, flam treatment. Specific information by website links and patent resources. The former patent application DE19542289 A1 concerns a method and device for optical dynamic, i. e. a non-contact, in-line surface-tension surface-energy measurement for running substrates whereby the detection can be in the transverse-direction or in the running-direction of the web. In the context of this invention, running substrates or moved web material is to be especially understood as being plastic films like PE, PP, LLDPE, HDPE, BOPP, LLDPE, EVOH, PTFE, FEP, MOV, PET, PS, PMMA, PBMA, PVC, PA and also laminated or coated film or paper webs which still show a measurable optical transmission in the wavelength range of 1,200 up to 2,200 nm. A higher material wetting capacity, respectively, a higher material adhesion capacity, which can be achieved by increasing the surface tension, is demanded in many application cases for better printability, coatability or adherence capacity during the manufacture, finishing, printing and processing of running substrate webs. Described is a method and device for optical dynamic in-line surface-tension measurement in ranges from 30 dynes up to 60 dynes in which a substrate web running vertically through a measuring gap is subjected to a chromatic light transmission from two optical channels displaced by 90deg to each other. This light transmission is detectable by two optical detection systems located on the other side of the web. Material specific wavelength selection, light transmission angle changes, polarisation slot diaphragms and transverse displacements of the light beam feeder along the optical X-axis result in extreme scattering and diffraction of the IR light photons in the boundary layer area on both sides of the sub-nano layer within the substrate web. Their transmitted light intensity enables, after detection and evaluation, the determination of a direct relationship to the absolute surface tension. And this entirely independent of the material-specific influences like: material and surface consistency, crystallinity, thickness, density, structure, polar grouping, temperature and type of pre-treatment. Introduction Non-contact, realtime and in-line operation surface-tension or surface-energy dyne - measuring systems for running webs as like plastic films in general, coatings, laminates etc. does not exist world-wide. Due to the broad application field of surface-treated or surface-non-treated webs of plastic film, non-woven fabric, laminates or coated paper, there is unimaginable market potential here in respect of the in-line process measuring of the surface tension - dynes - and an inline control of the dyn treatment level and moderate quality control. Various companies from the abroad are serious interested in project cooperation, system development, prototyping and test, manufacturing and world wide sales, system purchasing and license in respect of the ODSTM-1 Process Measuring System. Actual projects situation of the ODSTM-1 development project Further information concerning publications, patents and engineering reports are specified in the above mentioned applications. Several spectral measurements as well the feasibility study with well known optical institutes are positive done. Furthermore some significant modifications and breakthrough of the base ODSTM-1 measuring process with the using of state-of-the-art monolithic spectrometers and PC support. Specific information about the actual development and project status of the ODSTM-1 system on request. Concerning the actual ODSTM-1 development and project status ndash after a certain developments with known optical institute are large numbers of specific measurements with a monolithic spectrometer in a wave range between 1,200 ndash 1,600 nm positive done all measurements where based on the detection principle which is described in the former patent application. used are non-treated LDPE films in 70 and 90 microns thicknesses and 28 mNm the comparison is used the same LDPE films with one side corona treated with 38, 48, 52 and 60 mNm their test results where positive with a good prospect to going further in that way Base data of Opto Dynamic Surface Tension Measuring system ODSTM-1 middot web widths. up to 6,000mm middot web speeds. up to 600 mmin middot substrates. PE, PP, HDPE, LDPE, PET, EVA, BOPP, etc. middot surface-tension measuring range. 30 - 55 mNm middot resolution, respectively, reproduction. - 0.5 mNm middot single-sided or double-sided measurement of the treated or untreated sides of the film middot IR wavelength range. 1,200 nm up to 1,800 nm middot mode of operation. dual scattered-lightmultiple-sensor system with variable wavelengths in transmission mode middot measuring method. similar to ellipsometry middot measuring gap. approx. 5 up to 20mm middot stationary andor web-traversing measuring head middot optical fibre waveguide feed to measuring head system middot spatially remote, highly-stable IR light source with beam processing middot wavelength variation via a monolithic optical converter middot industrial PC, multiple processor system, data recording, data analysis, product documentation, statistics, etc. middot actual-value output. analogue 0 - 10 Volt via optical fibre or serial RS 232, etc . CONCLUSION Described is a method and device for opto dynamic in-line surface-tension measurement in which a substrate web running vertically through a measuring gap is subjected to a chromatic light transmission from two opto channels displaced by 90deg to each other. This light transmission is detectable by two optical detection systems located on the other side of the web. Material-specific wavelength selection, light transmission angle changes, polarisation slot diaphragms and transverse displacements of the light beam feeder along the optical X-axis result in extreme scattering and diffraction of the IR light photons in the boundary layer area on both sides of the sub-nano layer within the substrate web. Their transmitted light intensity enables, after detection and evaluation, the determination of a direct relationship to the absolute surface tension. And this entirely independent of the material-specific influences like: material and surface consistency, crystallinity, thickness, density, structure, polar grouping, temperature and type of pre-treatment.


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