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Entwurf und Simulation eines 3d-Sensorsystems zur Lageerkennung

07.08.2008, Diplomarbeiten, Bachelor- und Masterarbeiten

Ziel dieser Arbeit ist es, ein Sensorsystem zu entwerfen, das es ermöglicht, analog zu den Bogengängen, die aktuelle Lage/Position eines Körpers zu ermitteln.

Das Gleichgewichtsorgan des Menschen befindet sich im Innenohr und besteht aus drei Bogengängen die in drei Raumrichtungen nahezu senkrecht zueinander angeordnet sind. In diesen Bogengängen befindet sich ein Flüssigkeit, die sich bei Bewegung des Kopfes oder Körpers zum Strömen veranlasst wird. Die Strömung der Flüssigkeit wird mit Hilfe von Haarzellen wahrgenommen. Haarzellen sind sehr vielseitige und äußerst gut angepasste Wandler, die eine Vielzahl von sensorischen Aufgaben erfüllen. In ihrem Aufbau bestehen Haarzellen aus dem bewegungs-empfindlichen Haar und der Haarwurzel, die mit einem Neuron verknüpft ist. Wird das Haar ausgelenkt, bewirkt diese Auslenkung ein neuronales elektrisches Signal. Die Verarbeitung einer Vielzahl derartiger Signale führt schließlich zur Erkennung der genauen Lage bzw. Position.
Ziel dieser Arbeit ist es, ein Sensorsystem zu entwerfen, das es ermöglicht, analog zu den Bogengängen, die aktuelle Lage/Position eines Körpers zu ermitteln. Da die Lageerkennung sowohl im dynamischen als auch im statischen Betrieb erfolgen soll bietet sich das kapazitive Sensorprinzip an. Wegen Zunahme der Kapazität mit sinkendem Elektrodenabstand ist hierbei der Einsatz mikrostrukturierter Elemente sehr sinnvoll. Es sind ist daher zunächst Sensorsysteme zu entwerfen, die in der Lage sind einfache Bewegungen (Beschleunigungen) in drei Raumrichtungen abzubilden. Anschließend ist zu prüfen, inwieweit sich diese Systeme für die statische Detektion eignen In dieser Hinsicht sollen auch „neue Materialien“ der Mikrosystemtechnik für deren Verwendbarkeit geprüft werden.
Der Sensor soll anschließend makroskopisch aufgebaut und seine Funktionalität untersucht werden.

Dazu sind folgende Teilschritte zu bearbeiten:
1. Entwurf von Sensoranordnung zur Detektion von 3d-Beschleunigungen
2. Bewertung der Anordnungen bezüglich der statischen Messmöglichkeiten
3. Untersuchung der Vorzugsvariante im Hinblick auf deren Empfindlichkeit mit Hilfe von FEM-Simulationen
3.1. Aufstellen eines Funktionsmodells des Sensorsystems
3.2. Optimierung des geometrischen Sensordesigns
4. Bewertung der Ergebnisse
5. Dokumentation

Information und Betreuung:
Dipl.-Ing. Sandy Schwebs,
Fachgebiet Mikrostrukturierte Mechatronische Systeme / Fakultät EI
Tel. 089/289-23111, Raum N0411, Gebäude N4, email: sandy@tep.ei.tum.de

Kontakt: sandy@tum.de