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Untersuchung der sensorischen Eigenschaften gestapelter dielektrischer Elastomeraktoren

Rossner, Tim (2007):
Untersuchung der sensorischen Eigenschaften gestapelter dielektrischer Elastomeraktoren.
Technische Universität Darmstadt, [Seminar paper (Midterm)]

Abstract

Zusammenfassung

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung eines dielektrischen Polymersensors. Auf Grundlage der am Institut für Elektromechanische Konstruktion der TU Darmstadt entwickelten Polymeraktoren, stehen der resistive und der kapazitive Effekt zur Detektion von Drücken zur Verfügung. Auf Grund von Vorversuchen und der Berechnung der Messeffekte wird der kapazitive Effekt als Messeffekt ausgewertet.

Der Sensor besteht aus Graphitelektroden mit dazwischen liegendem Silikon als Dielektrikum. Wird der Sensor mit Druck belastet, ändert sich der Abstand und die Fläche der Elektroden, so wie die Permittivität des Dielektrikums, was alles zu einer Vergrößerung der Kapazität führt.

Der Sensor kann genau wie die Aktoren gestapelt werden. Besonders in Hinblick auf eine Stapelanordnung wird die Kontaktierung kritisch betrachtet und einer Variation unterzogen. Der Sensor soll sowohl als Einzelelement aufgebaut werden, als auch in einer Matrix. In einer passiven Matrix soll der Ort eines eingeleiteten Druckes detektiert werden. Somit liegt ein Schwerpunkt in der Berechnung von kapazitivem Übersprechen in einer n x n Matrix.

In dieser Arbeit wird der systematische Fehler bei der Messung an einer n x n Matrix aufgezeigt. Durch numerische Simulationen wird das kapazitive Übersprechen von Koppelkapazitäten abgeschätzt. Durch die Kenntnis dieser Einflüsse ist es möglich, ein reduziertes Messverfahren zur Detektion eines Druckes in einer passiven, kapazitiven Matrix zu entwickeln, welches 2n Messungen zur Bestimmung des Ortes und des Druckes benötigt.

Messungen an Probesensoren zeigen die hohe Anforderung an die Technologie zur Herstellung solcher Sensoren. Da bisher keine verlässliche Technologie zur Herstellung der Elektroden existiert, werden diese manuell gefertigt. Die prinzipielle Funktionsweise und Reproduzierbarkeit kann dennoch durch die durchgeführten Messungen gezeigt werden.

Die Kapazität soll in eine Spannung gewandelt werden. In Hinblick auf diese Anwendung werden verschiedene Messprinzipien diskutiert. Eine Recherche auf dem Markt vorhandener Bausteine bringt eine fertige Lösung zur Auswertung hervor, welche jedoch auch nach eigenen Bedürfnissen zur reduzierten Matrixauswertung programmiert werden kann.

Item Type: Seminar paper (Midterm)
Erschienen: 2007
Creators: Rossner, Tim
Title: Untersuchung der sensorischen Eigenschaften gestapelter dielektrischer Elastomeraktoren
Language: German
Abstract:

Zusammenfassung

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung eines dielektrischen Polymersensors. Auf Grundlage der am Institut für Elektromechanische Konstruktion der TU Darmstadt entwickelten Polymeraktoren, stehen der resistive und der kapazitive Effekt zur Detektion von Drücken zur Verfügung. Auf Grund von Vorversuchen und der Berechnung der Messeffekte wird der kapazitive Effekt als Messeffekt ausgewertet.

Der Sensor besteht aus Graphitelektroden mit dazwischen liegendem Silikon als Dielektrikum. Wird der Sensor mit Druck belastet, ändert sich der Abstand und die Fläche der Elektroden, so wie die Permittivität des Dielektrikums, was alles zu einer Vergrößerung der Kapazität führt.

Der Sensor kann genau wie die Aktoren gestapelt werden. Besonders in Hinblick auf eine Stapelanordnung wird die Kontaktierung kritisch betrachtet und einer Variation unterzogen. Der Sensor soll sowohl als Einzelelement aufgebaut werden, als auch in einer Matrix. In einer passiven Matrix soll der Ort eines eingeleiteten Druckes detektiert werden. Somit liegt ein Schwerpunkt in der Berechnung von kapazitivem Übersprechen in einer n x n Matrix.

In dieser Arbeit wird der systematische Fehler bei der Messung an einer n x n Matrix aufgezeigt. Durch numerische Simulationen wird das kapazitive Übersprechen von Koppelkapazitäten abgeschätzt. Durch die Kenntnis dieser Einflüsse ist es möglich, ein reduziertes Messverfahren zur Detektion eines Druckes in einer passiven, kapazitiven Matrix zu entwickeln, welches 2n Messungen zur Bestimmung des Ortes und des Druckes benötigt.

Messungen an Probesensoren zeigen die hohe Anforderung an die Technologie zur Herstellung solcher Sensoren. Da bisher keine verlässliche Technologie zur Herstellung der Elektroden existiert, werden diese manuell gefertigt. Die prinzipielle Funktionsweise und Reproduzierbarkeit kann dennoch durch die durchgeführten Messungen gezeigt werden.

Die Kapazität soll in eine Spannung gewandelt werden. In Hinblick auf diese Anwendung werden verschiedene Messprinzipien diskutiert. Eine Recherche auf dem Markt vorhandener Bausteine bringt eine fertige Lösung zur Auswertung hervor, welche jedoch auch nach eigenen Bedürfnissen zur reduzierten Matrixauswertung programmiert werden kann.

Uncontrolled Keywords: Elektromechanische Konstruktionen, Mikro- und Feinwerktechnik, Druckmessung kapazitiv, Elastomersensor dielektrisch kapazitiv, Elektrisches Ersatzschaltbild Polymeraktor, Sensormatrix, Sensormatrix 16X16 Taktil
Divisions: 18 Department of Electrical Engineering and Information Technology
18 Department of Electrical Engineering and Information Technology > Institute for Electromechanical Design
18 Department of Electrical Engineering and Information Technology > Institute for Electromechanical Design > Microtechnology and Electromechanical Systems
Date Deposited: 15 Oct 2011 07:44
Additional Information:

EMK-spezifische Daten:

Lagerort Dokument: Archiv EMK, Kontakt über Sekretariate,

Bibliotheks-Sigel: 17/24 EMKS 1656

Art der Arbeit: Studienarbeit

Beginn Datum: 14-05-2007

Ende Datum: 19-09-2007

Querverweis: 17/24 EMKD 1627, 17/24 EMKDIS52

Studiengang: Elektrotechnik und Informationstechnik (ETiT)

Vertiefungsrichtung: Mikro- und Feinwerktechnik (MFT)

Abschluss: Diplom (MFT)

Identification Number: 17/24 EMKS 1656
Referees: Lotz, Dipl.-Ing. Peter and Schlaak, Prof. Dr.- Helmut Friedrich
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