Sensoren

Mit Smart Materials werden am CeSMA eine Vielzahl von Sensoren realisiert, mit denen verschiedene mechanische Eigenschaften wie Verformungen bzw. Dehnungen, Drücke bzw. Kräfte und Abstände bzw. die Näherung eines Körpers gemessen werden können. Als Messprinzipien werden kapazitive, resistive und piezoelektrische Verfahren eingesetzt. Entsprechend den verschiedenen zur Verfügung stehenden Klassen von Smart Materials entstehen daraus Sensoren mit unterschiedlichen Messgrößen und Messprinzipien.

Optische Sensoren

Optische Sensoren wandeln Lichtsignale in elektrischen Strom um. CeSMA entwickelt  Materialien und Prozesstechnologien, um diese Umwandlung möglichst effizient zu machen und die Funktionalität von Sensoren zu erhöhen oder ihre Leistungsfähigkeit zu verbessern. Dies betrifft insbesondere die Verwendung von mikrooptischen Komponenten aus Hybridpolymeren, die zur Lichtlenkung, -fokussierung und -wandlung z. B. auf Kamera-Sensoren eingesetzt werden können.

Sensoren zur Erfassung von mechanischen Kenngrößen

Durch die Einstellung der Materialeigenschaften und der geometrischen Strukturen lassen sich wesentliche Sensorspezifikationen wie Messbereich, Messempfindlichkeit und Ortsauslösung in einem weiten Rahmen beeinflussen. Während kapazitive und resistive Elastomersensoren naturgemäß sehr hohe Dehnungen bis etwa 100 % erfassen können, decken piezoelektrische Sensoren den Bereich kleiner Dehnungen von 0,001 bis 2 Promille ab. Der Messbereich von Drucksensoren hängt vom gewählten Sensorprinzip und Design ab und kann zwischen einigen Pa und einigen 100 MPa eingestellt werden. Die übliche Ortsauflösung liegt im Bereich von Zentimetern, kann aber durch besondere Maßnahmen auch in den Millimeter-Bereich reduziert werden. Zur Auslegung der verschiedenen Sensortypen liegen am Center Smart Materials and Adaptive Systems bereits umfangreiche Erfahrungen vor.
 

Aufteilung der mechanischen Sensoren nach gemessenen Sensoreigenschaften

		Kapazitive Elastomersensoren	Resistive Elastomersensoren	Piezoelektrische Sensoren
Dehnungssensoren	Messbereich Genauigkeit Dynamik	0 – ca. 100 % ca. 1 % 0 – wenige Hz	0 –  ca. 100 % ca. 10 % 0 – wenige Hz	0 – 0,2 % ca. 0,001 % 0,01 – 106 Hz
Drucksensoren	Messbereich Genauigkeit Dynamik	0 – 1 MPa ca. 1 % 0 – ca. 10 Hz		0 – 20 GPa ca. 0,001 % 0,01 – 100 MHz
Näherungssensoren	Messbereich Genauigkeit Dynamik	0 – ca. 200 mm ca. 1 % 0 – 1 Hz