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Kraftmessung an Kathetern - Analyse eines optischen Kraftsensors

Rausch, Jacqueline :
Kraftmessung an Kathetern - Analyse eines optischen Kraftsensors.
Technische Universität Darmstadt
[Haus-, Projekt- oder Studienarbeit], (2004)

Kurzbeschreibung (Abstract)

Zusammenfassung:

Die Studienarbeit gliedert sich in den Forschungsschwerpunkt „Assistenzsysteme für die minimalinvasive Chirurgie“ ein und dient zur Optimierung eines miniaturisierten optischen Kraftsensors zur Messung der an einer Führungsdrahtspitze auftretenden Kräfte. Das Prinzip des Sensors entspricht dem einer Reflexlichtschranke. Der Sensorkörper ist rotations-symmetrisch und besteht aus einem Elastomer, in welchem Licht eingespeist wird. Wirkt eine Kraft auf die Frontseite des Sensors (entspricht dem Reflexionselement), so deformiert sich der Sensorkörper und die Reflexionseigenschaften werden verändert.

Um die Qualität und Quantität der Deformation zu analysieren, wird zuerst die Geometrie des Sensorkörpers durch Ändern des rotationssymmetrischen Querschnitts systematisch variiert. Das Deformationsverhalten der so gefundenen Körpervarianten wird unter der Software ProMechanica® simuliert. Unter Zuhilfenahme einer netzwerktheoretischen Beschreibung des Sensormaterials werden die Analyseergebnisse ausgewertet. Abhängig von der in der mechanischen Simulation beaufschlagten Kraft ergeben sich für die jeweilige Körpervariante diverse Deformationsstadien. Zum einen wird der Körper gestaucht und zum anderen ändert sich die Geometrie der Reflexionsfläche des Sensors.

Die Reflexionseigenschaften der im Belastungsfall auftretenden Deformationsstadien werden unter der Software GLAD® hinsichtlich des Signalhubs analysiert. Aufgrund der so gewonnenen Ergebnisse wird auf die optimale Geometrie des Sensors, wie auch der Reflexionsfläche geschlossen. Mit Hilfe der Messkurven aus der Simulation der optischen Eigenschaften des Sensors kann ein Zusammenhang zwischen Kraft und daraus resultierendem Signalhub gefunden werden.

Die Simulationen zeigen, dass neben der Geometrie des Sensorkörpers und der Reflexionsfläche, auch die mechanischen Eigenschaften des Reflexionselements im Sensor Auswirkungen auf den Signalhub haben. In einer abschließenden Diskussion werden die Simulationsergebnisse ausgewertet. Die systematisch variierten und im Rahmen der Simulationen analysierten Sensorkörper werden hinsichtlich des Übertragungsverhaltens verglichen. Abschließend wird eine Auswahl der günstigsten Varianten getroffen.

Typ des Eintrags: Haus-, Projekt- oder Studienarbeit
Erschienen: 2004
Autor(en): Rausch, Jacqueline
Titel: Kraftmessung an Kathetern - Analyse eines optischen Kraftsensors
Sprache: Deutsch
Kurzbeschreibung (Abstract):

Zusammenfassung:

Die Studienarbeit gliedert sich in den Forschungsschwerpunkt „Assistenzsysteme für die minimalinvasive Chirurgie“ ein und dient zur Optimierung eines miniaturisierten optischen Kraftsensors zur Messung der an einer Führungsdrahtspitze auftretenden Kräfte. Das Prinzip des Sensors entspricht dem einer Reflexlichtschranke. Der Sensorkörper ist rotations-symmetrisch und besteht aus einem Elastomer, in welchem Licht eingespeist wird. Wirkt eine Kraft auf die Frontseite des Sensors (entspricht dem Reflexionselement), so deformiert sich der Sensorkörper und die Reflexionseigenschaften werden verändert.

Um die Qualität und Quantität der Deformation zu analysieren, wird zuerst die Geometrie des Sensorkörpers durch Ändern des rotationssymmetrischen Querschnitts systematisch variiert. Das Deformationsverhalten der so gefundenen Körpervarianten wird unter der Software ProMechanica® simuliert. Unter Zuhilfenahme einer netzwerktheoretischen Beschreibung des Sensormaterials werden die Analyseergebnisse ausgewertet. Abhängig von der in der mechanischen Simulation beaufschlagten Kraft ergeben sich für die jeweilige Körpervariante diverse Deformationsstadien. Zum einen wird der Körper gestaucht und zum anderen ändert sich die Geometrie der Reflexionsfläche des Sensors.

Die Reflexionseigenschaften der im Belastungsfall auftretenden Deformationsstadien werden unter der Software GLAD® hinsichtlich des Signalhubs analysiert. Aufgrund der so gewonnenen Ergebnisse wird auf die optimale Geometrie des Sensors, wie auch der Reflexionsfläche geschlossen. Mit Hilfe der Messkurven aus der Simulation der optischen Eigenschaften des Sensors kann ein Zusammenhang zwischen Kraft und daraus resultierendem Signalhub gefunden werden.

Die Simulationen zeigen, dass neben der Geometrie des Sensorkörpers und der Reflexionsfläche, auch die mechanischen Eigenschaften des Reflexionselements im Sensor Auswirkungen auf den Signalhub haben. In einer abschließenden Diskussion werden die Simulationsergebnisse ausgewertet. Die systematisch variierten und im Rahmen der Simulationen analysierten Sensorkörper werden hinsichtlich des Übertragungsverhaltens verglichen. Abschließend wird eine Auswahl der günstigsten Varianten getroffen.

Freie Schlagworte: Elektromechanische Konstruktionen, Mikro- und Feinwerktechnik, Deformationsanalyse, Elastomer Netzwerkbeschreibung, Kraftsensor optisch, Reflexion, Simulationsprogramm ProMechanica
Fachbereich(e)/-gebiet(e): Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik
Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Elektromechanische Konstruktionen
Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Elektromechanische Konstruktionen > Mess- und Sensortechnik
Hinterlegungsdatum: 07 Sep 2011 10:31
Zusätzliche Informationen:

EMK-spezifische Daten:

Lagerort Dokument: Archiv EMK, Kontakt über Sekretariate,

Bibliotheks-Sigel: 17/24 EMKS 1560

Art der Arbeit: Studienarbeit

Beginn Datum: 03-05-2004

Ende Datum: 09-08-2004

Querverweis: keiner

Studiengang: Elektrotechnik und Informationstechnik (ETiT)

Vertiefungsrichtung: Mikro- und Feinwerktechnik (MFT)

Abschluss: Diplom (MFT)

ID-Nummer: 17/24 EMKS 1560
Gutachter / Prüfer: Kern, Dipl.-Ing. Thorsten ; Werthschützky, Prof. Dr.- Roland
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