Sensor 11

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78 Werkstoffe und Sensorik ________________________________________________________________________________________________________________________ Abb. 11.27. - 11.29.: Integrierbare Elemente für akustische Oberflächenwellenbauelemente. Abb. 11.27. Wellenführung für einige integrierbare Oberflächenwellenleitungen. Abb. 11.31. Anordnung zweier AOW-Verzögerungsleitungen auf einem Biegebalken. Auf die obere wirkt die Dehnung + e, auf die untere - e. Dadurch erfolgt eine Erhöhung bzw. Erniedrigung der Oszillatorfrequenzen. In einer Mischstufe wird die Differenzfrequenz erzeugt, die nun bei gleicher Dehnung doppelt so groß ist wie im obigen Beispiel. Da der Temperatureinfluß auf beide Oszillatorschaltungen gleichsinnig ist, kann er in der Differenzfrequenz als kompensiert betrachtet werden. Abb. 11.28. Anregung von Oberflächenwellen durch Interditaltransducer Abb. 11.29. Interdigitaltransducer in verschiedenen Schichtsystemen. Abb. 11.30. - 11.32.: Kraft- und Drucksensoren, aufgebaut mit Hilfe akustischer Oberflächenwellenbauelemente. Abb. 11.32. AOW-Anordnung zur Druckmessung. Druck als Kraft je Fläche muß auf eine bestimmte Membranfläche wirken und durch Beeinflussung der Resonanzstruktur die Resonanzfrequenz verändern. Der Aufbau ist doppelt ausgeführt, um eine Temperaturkompensation zu ermöglichen. Taktiler optoelektrischer Sensor Messung eines flächenverteilten Druckes mit einem taktilen Sensor durch Berührung einer Membran mit dem zu untersuchenden Objekt. Die druckabhängige Verformung der Membran wird durch optoelektrische Empfängerbauelemente erfaßt. Das reflektierte Licht von LED´s wird durch optoelektronische Emfängerbandelementen (Fotoelemente, Fotodioden, Fototransistoren, Fotowiderstände) aufgenommen. Die Reflexion erfolgt an der druckabhängig verformten Membran. Abb. 11.33. - 11.35.: Sensoraufbauten mit optoelektronischen Bauelementen für taktile Sensoren. Abb. 11.30. Die Verzögerungsleitung ist auf eine bewegliche Membran oder auf einen Biegebalken aufgebracht. Sie ist in die Rückkopplungsleitung des Oszillators geschaltet. Seine Frequenz ist f ª f 0 (1 - e). e ist die relative Dehnung, verursacht durch die Krafteinwirkung; f 0 ª V welle / a.
Werkstoffe und Sensorik 79 ________________________________________________________________________________________________________________________ Abb. 11.33. Der Sensor besteht aus 4 Ebenen. Die erste Ebene enthält eine LED-Matrix zur Strahlerzeugung. Das Licht wird durch die nächsten Ebenen geschickt und an einer beweglichen Membran reflektiert. Von der Fotodetektormatrix wird das reflektierte Licht, das ein Abbild der Druckverteilung auf der vierten Ebene ist, aufgenommen. Abb. 11.34. Durch Druck wird die weiße Kautschukmembran verformt und reflektiert das Licht der LED auf den a-Si- Fotowiderstand. Abb. 11.37. Die Anordnung zu einer 8 x 8-Matrix ermöglicht, die örtliche Verteilung des Berührungsdruckes zu ermitteln. Ein Matrixpunkt hat die Größe von 2,2 x 2,2 mm 2 . Abb. 11.35. Aufbau eines taktilen Sensors mit optoelektronischen Reflexkopplern. Abb. 11.38. Die integrierte Auswerteschaltung enthält einen Verstärker mit geschalteten Kapazitäten. Taktiler kapazitiver Sensor Anordnung integrierter Kapazitäten zu einer Matrix Abb. 11.39. Die Kapazitätsänderung ist nichtlinear. Abb. 11.36. Auf Glas ist ein geätztes Siliziumchip elektrostatisch aufgebracht. Realisiert werden eine Meßkapazität und eine Referenzkapazität.
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