Telemetrische Erfassung von Materialverformungen (StrainSens)

Im Projektvorhaben StrainSens ist die Entwicklung eines kompakten, CMOS-integrierten Sensorsystems zur Messung von dynamischen und statischen Verformungen für Structural Health Monitoring und Condition Monitoring geplant.

Dabei werden die relevanten Teilfunktionen Sensorik, Ausleseelektronik, Datenverarbeitung, drahtlose Kommunikation und drahtlose Energieeinspeisung in einem ca. 2,5 x 2,5 x 0,3 mm³ großen Chip abgedeckt. Ein weiteres essentielles Ziel ist die Entwicklung eines Verfahrens zur festen Anbindung des StrainSens-Chips an die zu überwachenden Materialien, um einen möglichst hohen Anteil der im Werkstück vorherrschenden mechanischen Spannung in den Chip durchzuleiten.

Klassischerweise werden für die Messung von mechanischen Spannungen bzw. Verformungen Dehnmessstreifen eingesetzt. Der im beantragten Vorhaben zu entwickelnde Chip bietet entscheidende Vorteile in Bezug auf das Messsystem. Der StrainSens-Chip kann dank der drahtlosen Anbindung direkt an rotierenden Strukturen aufgebracht oder in (Kunststoff- oder Keramik-)Körpern eingebettet werden. Darüber hinaus bietet der Chip wegen der Integration der gesamten Signalkette eine Kostenersparnis, weshalb er ideal in vernetzten und verteilten Sensorsystemen einsetzbar ist. Er leistet daher einen wichtigen Beitrag zum Konzept des Internet der Dinge und der Industrie 4.0.

Durch die beschriebenen Eigenschaften kann der StrainSens-Chip als fundamentales Element eines höherwertigen Sensorsystems dienen. Im folgenden Video wird die Verwendung des StrainSens-Chips als Kraftsensor demonstriert. Mit dem gezeigten Joystick können Kräfte im dreidimensionalen Raum im Bereich von ca. 0..1 N erfasst werden.