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Mechatronischer Analog-Digital-Umsetzer für mikromechanische Systeme


Kurzfassung

Die Hauptaufgabe dieser MEMS-Sensoren besteht vor allem darin, eine Schnittstelle zwischen der mechanischen und der elektrischen Domäne herzustellen. Eine abstrakte mechanische Größe, wie Beschleunigung oder Drehrate wird hierzu i.d.R. in eine einfache mechanische Verschiebung gewandelt. Verschiebungen oder Dehnungen lassen sich wiederum sehr einfach über eine piezoresistive Widerstandsänderung oder über eine Kapazitätsänderung in eine elektrische Größe wie Spannung oder Strom umwandeln.

Das sich aus ergebende elektrische Signal ist in diesem initialen Zustand typischerweise relativ schwach und verrauscht, so dass es noch gefiltert, verstärkt und elektronisch aufbereitet werden muss, bevor es anschließend über einen elektronischen Analog-Digital-Umsetzer (ADC = analog-to-digital converter) in einen digitalen, binären Zahlenwert konvertiert werden kann.


Hintergrund

Zur Erfassung von mechanischen Größen wie z.B. Beschleunigung, Drehrate oder Druck kommen häufig mikrosystemisch umgesetzte Sensoren zum Einsatz. Die Hauptaufgabe dieser MEMS-Sensoren besteht vor allem darin, eine Schnittstelle zwischen der mechanischen und der elektrischen Domäne herzustellen.


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Lösung

Die Erfindung zielt darauf ab die elektronische Signalaufbereitung zu umgehen und eine Digitalisierung bereits innerhalb der mechanischen Domäne durchzuführen. Rausch- und Fehlerquellen werden hierdurch minimiert. Zudem ist eine Abtastung der Messwerte mit besonders hohen Geschwindigkeiten möglich, da keine bandbegrenzenden Limitierungen auf Seiten der Auswerteelektronik vorliegen.

Ferner wird der elektronische Schaltungsaufwand bei Sensoren um ein Vielfaches minimiert. Das hier beschriebene System stellt eine praxistaugliche Lösung dar, die aus einer analogen mechanischen Verschiebung einen diskreten binären Zahlenwert generiert, der direkt in ein elektrisches Signal konvertiert wird. Es handelt sich also um einen Energiewandler und einen A/D-Wandler in einem System, welches sich mikrosystemtechnisch umsetzen lässt.


Vorteile

•Verringerung von Rausch- und Fehlerquellen, da weitgehender Verzicht auf elektrische Bauelemente

•Verringerung des Aufbau- und Schaltungsaufwandes sowie der Verbindungstechnik

•CMOS-Technik ist nicht zwingend erforderlich

•Hohe Wandlungsgeschwindigkeit und hohe Abtastrate wie beim Parallelverfahren)

•Hohe Auflösung/Bit-Tiefe möglich (1 Bit = 1 Zweig)


PATON | Patentmanagement Thüringer Hochschulen

Sascha Erfurt
03677 69 4569
sascha.erfurt@tu-ilmenau.de
www.paton.de
Adresse
Langewiesener Str. 37
98693 Ilmenau



Entwicklungsstand

Prototyp


Patentsituation

  • DE 10 2018 124 000.7 anhängig

Kontakt | Geschäftsstelle

TransferAllianz e. V.
Christiane Bach-Kaienburg
(Geschäftsstellenleiterin)

c/o PROvendis GmbH
Schloßstr. 11-15
D-45468 Mülheim an der Ruhr