Diffraktiv-reflektiv-optischer Beschleunigungssensor (DROPS)

Klassische MEMS-Beschleunigungssensoren weisen immer Signaldrift auf. Sensoren mit minimierter Drift sind hochpreisig und benötigen oft eine komplexe Auslesung. In DROPS wird eine Technologie für Beschleunigungssensoren entwickelt, die praktisch driftfreie Sensoren zu niedrigen Kosten ermöglicht.

Zur Erreichung einer praktisch driftfreien Sensortechnologie wurde die Expertise von Hahn-Schickard zu diffraktiv-reflektiven optischen Drehgebern und zu MEMS-Beschleunigungssensoren vorteilhaft kombiniert und auf die neue Sensorgattung übertragen. Dies ermöglicht die Minimierung der Anzahl der auf dem MEMS abzuscheidenden Materiallagen und vermeidet so intrinsische mechanische Spannungen, die üblicherweise für die Drift verantwortlich sind. Zusätzlich wird die Anzahl der benötigten Masken minimiert, was die Kosten für das MEMS reduziert. Es sind grundsätzlich zwei Masken erforderlich, eine für die Nanoimprint-Lithografie der diffraktiven Strukturen und eine für das Freistellen des Feder-Masse-Systems. Im Gegensatz zu anderen optischen Beschleunigungssensortechnologien ist zudem die Auslesung äußerst einfach und damit kostengünstig, und ermöglicht eine deutliche Erhöhung der Auflösung durch Interpolation. Es zeigte sich, dass der optische Ansatz sehr gut geeignet ist, die Bewegung des reflexiven Beugungsgitters präzise zu erfassen. So konnte bei Bewertung der analogen Signale mit einer 16bit DAQ-Karte eine rauschbegrenzte Wegauflösung von < 3 nm RMS erreicht werden. Mittels Optimierung in der Elektronik kann das sogar noch verbessert werden. Die einfache Aufbautechnik macht diese Sensortechnologie vor allem für KMU interessant. Hahn-Schickard kann dabei die Fertigung der MEMS oder die AVT für Kleinserien übernehmen.