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Integriertes Sensornetzwerk zur Erfassung von Stoßvorgängen in Faserverbundwerkstoffen

 
: Roscher, K.-U.; Fischer, W.-J.; Grätz, H.; Heinig, A.; Pfeifer, G.; Starke, E.

VDE/VDI-Gesellschaft Mikroelektronik, Mikro- und Feinwerktechnik -GMM-; VDI/VDE Innovation+Technik, Berlin:
MikroSystemTechnik KONGRESS 2007 : 15.-17. Oktober, Dresden, Proceedings
Berlin: VDE-Verlag, 2007
ISBN: 3-8007-3061-8
ISBN: 978-3-8007-3061-2
pp.829-832
MikroSystemTechnik Kongress <2007, Dresden>
German
Conference Paper
Fraunhofer IPMS ()
Sensornetzwerk; ASIC

Abstract
Textilverstärkte Verbundwerkstoffe bieten eine hohe Festigkeit bei gleichzeitig geringem Gewicht und sind deshalb zur Herstellung von Bauteilen für vielfältige Anwendungsgebiete interessant. Im Rahmen des Sonderforschungsbereichs 639 der DFG erfolgt die Entwicklung von Sensornetzwerken, die in einen Verbundwerkstoff aus Glasfasern und Polypropylen integrierbar sind. Dabei werden Systemkonzepte für die Überwachung quasistatischer und dynamischer Belastungen betrachtet.
Dieser Beitrag zeigt das Konzept sowie erste Ergebnisse der Realisierung eines im Bauteil integrierten Sensornetzwerks zur Erfassung plötzlich eintretender, aber zeitlich begrenzter Ereignisse wie Schlag- und Stoßvorgänge. Durch Auswertung der aufgezeichneten Messwerte könnte z. Bsp. die Wahrscheinlichkeit eines Schadens im Verbundwerkstoff bestimmt werden.
Zum Aufbau eines modularen Systems wurden anwendungsspezifische Sensor-Schaltkreise (ASICs) entwickelt, die zur Anbindung verschiedener Sensortypen geeignet sind. Die ASICs können eine digitale Vorverarbeitung der Messwerte durchführen und werden drahtgebunden vernetzt. Außerdem enthält das Netzwerk einen Transponder, der ein drahtloses Auslesen von gespeicherten Werten ermöglicht. Um eine sehr geringe Stromaufnahme des Systems zu erreichen, sind die Sensor-Schaltkreise im Ruhezustand abgeschaltet. Bei Eintreten eines relevanten Stoßereignisses wird die Betriebsspannung der ASICs durch eine Aktivierungsschaltung eingeschaltet. Die Triggerspannung für diese Schaltung liefert ein aktiver piezoelektrischer Sensor, der die mechanische Energie der aufgrund des Stoßes entstehenden Biegewellen in elektrische Energie wandelt. Durch Simulation sowie anhand eines Demonstrators wird gezeigt, innerhalb welcher Zeit nach Beginn des Ereignisses mit der Aufzeichnung von Messwerten begonnen werden kann. Außerdem wird auf Möglichkeiten zur digitalen Vorverarbeitung der Messwerte eingegangen. Der Demonstrator besteht aus einer Platte mit integrierten piezoelektrischen Sensoren, ASICs und Transponder sowie einer Vorrichtung zur Erzeugung von Stößen.

: http://publica.fraunhofer.de/documents/N-65659.html