Sensorik/Aktorik
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6.3 Beschleunigungssensoren<br />
• Kraftsensor mit seismischer Masse → Airbag<br />
• Resonanz an der Eigenfrequenz ω = √ m/k → Dämpfung<br />
• alle Typen von Kraftsensoren verwendbar: piezoelektrisch, piezoresistiv, kapazitiv, magnetisch,<br />
induktiv, optisch, über Resonator oder als Quecksilberschalter (S. 173)<br />
• monolithisch integrierbar, auch dreidimensional<br />
• aktiver Betrieb mit Rückkopplung → linear, bessere Dynamik<br />
– Rückkopplung elektrostatisch oder elektromagnetisch (mit Spule, linear)<br />
– keine Abhängigkeit mehr von Federkonstante oder Frequenz, aber kompliziertere Schaltung<br />
• Fingerstrukturen zur Kapazitätserhöhung<br />
• Nachteile: Temperaturkoeffizient und Hysterese, Nichtlinearität, Kreuzsensitivitäten<br />
• bei der Produktion: Sticking, Buckling, Elektrostatik, eventuell Hermetik<br />
6.3.1 Gyroskope<br />
• Drehrate Ω und Winkelbeschleunigung<br />
• Corioliskraft f = 2m⃗v × Ω (Kreisel, Sensor dreht sich um x-Achse, Drehung des Systems um die<br />
z-Achse → Kraft in y-Richtung)<br />
• Quarzschwinggabel oder Mikroschwinggabel mit zwei Beschleunigungssensorn, dessen Meßachse<br />
orthogonal zur Vibrationsachse ausgerichtet ist<br />
• Beschleunigung hebt sich durch Differenzbildung heraus<br />
• Drift 0,5 ◦ /s<br />
• hermetisch versiegelt (Glasdeckel)<br />
6.4 <strong>Aktorik</strong><br />
6.4.1 Piezoaktoren<br />
• Keramiken wegen hohem k-Wert (0,7) bevorzugt<br />
• PZT bis 580 · 10 −12 C/N gegenüber Quarz mit 2, 3 · 10 −12 C/N<br />
• eingeschränkter Temperaturbereich (Curie-Temperatur)<br />
• Hysterese für P (E) (Polarisation) und Auslenkung<br />
• Stapelaktor: Scheiben mit alternierender Polarisationsrichtung<br />
• Streifen- oder Membranaktor: Ähnlich wie Bimetalleffekt, unterschiedliche Ausdehnung der Schichten<br />
• Parallel-Bimorph-Wandler aus zwei mit unterschiedlichen Spannungen betriebenen Schichten<br />
• Stellwege: 5 bis 200 µm<br />
• Spannung 150 bis 1500 V<br />
• thermische Stabilität: 0,1 bis 4,8 µm/K<br />
6.4.2 Elektrostatische Aktoren<br />
• Mikrospiegelarrays mit Aluminium-, Silber- oder Chrom/Gold-Fläche<br />
– Steuerspannung 300 bis 600 V<br />
– Auslenkung 10 bis 40 ◦ in Resonanz<br />
• Mikromotoren (Achslagerung problematisch)<br />
7 Strömungssensoren<br />
7.1 Grundlagen<br />
• Fluid: Stoff mit Strömungseigenschaften (auch Festkörper als Staub)<br />
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