Neuartige hochohmige Dünnschicht-Folien-DMS für Wireless Condition Monitoring

Abstract:
Es wurde ein Konzept für einen smarten Dehnungsmessstreifen (DMS) erstellt und teilweise bereits erprobt. Der Smart-DMS vereint einen resistiven DMS (rDMS) direkt mit einem Mikrocontroller zur Datenverarbeitung, einem Energieund Datenspeicher sowie einem Funkmodul. Die dafür benötigten DMS wurden mit angepassten Prozessen der Mikrosystemtechnik auf einer 50 µm dünnen Folie aus Polyimid hergestellt. Zur Handhabung dieser flexiblen Folien wurde ein spezieller Laminierprozess entwickelt, der es erlaubt, die Folie temporär auf einem ebenen Trägersubstrat zu fixieren. Nach Durchlaufen der Reinraumprozesse lässt sich die prozessierte Folie wieder rückstandsfrei vom Trägersubstrat entfernen. Ein aufwändiger Sägeprozess zur Vereinzelung der Sensoren entfällt. Im einfachsten Fall können die Sensoren problemlos durch Schneiden vereinzelt werden. Mit dem oben genannten Verfahren wurden mäanderförmige, resistive Sensoren mit Strukturbreiten von wenigen Mikrometern und Schichtdicken von wenigen hundert Nanometern als Vollbrücke verschaltet hergestellt. Die DMS-Sensoren sind dadurch temperaturkompensiert sowie deutlich hochohmiger als herkömmliche, kommerziell verfügbare DMS und nehmen somit nur einen Bruchteil der Leistung auf. Dies ebnet den Einsatz der DMS in batteriebetriebenen beziehungsweise energieautarken Systemen zur drahtlosen Zustandsüberwachung (Wireless Condition Monitoring). Ebenfalls zu diesem Zweck wurde die Elektronik des Smart-DMS für einen sehr geringen Energieverbrauch konzipiert, sowie bereits teilweise aufgebaut und erprobt. Besonderes Interesse gilt bei der anschließenden Charakterisierung vor allem dem Energiebedarf des Sensors und seiner Elektronik.