Erforschung passiver Funk-Sensorsysteme zur energieautarken Erschütterungs- und Vibrationsüberwachung - Akronym: ForMikro - UpFUSE; Teilvorhaben: Entwicklung funktionaler Designs und neuartiger Schnittstellen für energieautarke Inertialsensoren - Förderprogramm "Forschung für neue Mikroelektronik" (ForMikro)

Abstract

Am Fraunhofer ENAS wurden im Rahmen des Förderprojektes ForMikro – UpFUSE die piezoelektrischen MEMS (Micro-Electro-Mechanical-System) entworfen, charakterisiert und in ein System eingebettet. Ziel war es ein piezoelektrisches Mikrosystem herzustellen, dass bei Inaktivität keinen Energieverbrauch hat. Sobald eine Vibration auf das MEMS einwirkt, generieren piezoelektrische Elemente Ladungsträger. Der piezo-MEMS wird einem nanoionischen Speicher gekoppelt. Die vom MEMS generierten Ladungen ändern den inneren Widerstand des Speichers und sichern somit die Vibrationsinformation. Der MEMS soll frequenzselektiv arbeiten und so nur auf bestimmte Erregerfrequenzen ansprechen. Somit kann eine für die zu messende Struktur kritische Vibration ermittelt werden (bspw. Werkzeugverschleiß, kritische Strukturerregung bei Maschinenbaukomponenten oder in der Logistik). Ein weiterer Schwerpunkt des Projekts ist die Entwicklung der Schnittstelle zwischen Sensorik und RFID-System. Hierfür müssen vor allem die energetischen Randbedingungen erfüllt werden. Speziell für die Auslesung der gespeicherten Sensor-Informationen und die Rücksetzung der Sensorelemente muss die komplette benötigte Energie durch das externe Lesegerät kontaktlos zur Verfügung gestellt werden. Hierfür sind die Aufgaben des Fraunhofer ENAS die Entwicklung und Aufbau der Schaltungen für die benötigte drahtlose Energieversorgung und Rücksetzung der Sensoren, in enger Zusammenarbeit mit dem Projektpartner UPB. Idealerweise sollen verfügbare Standardtechnologien (z.B. RFID, NFC) eingesetzt werden, die funktional um eine zusätzliche drahtlose Energieübertragung ergänzt werden, um auch den gegenüber einem einfachen RFIDSystem erhöhten Energiebedarf für die Rücksetzung der Sensoren und gegebenenfalls benötigte zusätzliche Auswerteschaltungen zu decken. Das finale Ziel war die Integration der entwickelten Komponenten in ein miniaturisiertes Gesamtsystem.

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