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Entwicklung einer Zustandserkennung für taktile Displays

Winterstein, Thomas :
Entwicklung einer Zustandserkennung für taktile Displays.
Technische Universität Darmstadt
[Haus-, Projekt- oder Studienarbeit], (2008)

Kurzbeschreibung (Abstract)

Zusammenfassung:

Thema dieser Arbeit ist der Aufbau einer Zustandserkennung für taktile Displays.

Dielektrische Elastomeraktoren werden in Matrixanordnung unter einer elastischen Oberfläche angeordnet. Durch Anregung der Aktoren mit einer Spannung bis zu 1 kV kann eine variable Oberflächenverformung erzeugt werden. Ein Nutzer tastet die Oberfläche taktil ab. Durch Nutzereinwirkung und Aktoranregung wird ein mechanischer Druck auf die Oberfläche des Displays aufgebracht, der als Kapazitätsänderung an den Elektroden der Aktoren gemessen werden kann. Tabelle I stellt die im Rahmen dieser Arbeit entwickelten Grenzwerte der einwirkenden Drücke und die daraus folgenden Anforderungen an das Messsystem dar. Die zugehörige Grundkapazität beträgt 760 pF.

Tabelle I: Druckeinwirkungen auf das Display und zu messende Kapazitäten

...........................PAktor[kPa]......PFinger[kPa]......PGe[kPa]......C[pF]

Minimaler Betrag:......00,00.............2,300..................2,300...........767,140

Maximaler Betrag: ....26,00...........17,400.................43,400..........908,960

Minimale Auflösung:........-..............0,078..................0,078...........0,300

Maximale Auflösung:.........-.............0,388.................0,388...........1,140

Ein Messsystem nach dem Verfahren der „Impedanzmessung mit Trägerfrequenz“ wird entwickelt und sowohl mittels Testkapazitäten, als auch eines Elastomeraktors charakterisiert. Die statische Kennlinie U(C) eines Testaktors wird im Folgenden beschrieben. Der Kapazitätsbereich liegt zwischen 760 pF und 1090 pF. Man mißt eine ansteignde Spannungsänderung von 26 mV bei einem Spannungsoffset von 28 mV.

Die Übertragungsfaktoren des Messsystems, die Linearitätsfehler und Messunsicherheiten für beide Messungen sind in Tabelle II dargestellt.

Tabelle II: Kenndaten des Messsystems mit Testkapazitäten und Aktor

.......................B[mV/pF]......FLin[%]......U(ΔC)[pF]

Testkapazität:...0,924..............2,730.............-

Aktor:...............0,079..............9,580........±66,460

Ein Grund für die hohe Messunsicherheit wird im Zuleitungswiderstand des Aktors gefunden. In Folge nicht reproduzierbarer Widerstandsänderungen ergibt sich eine Messunsicherheit U(ΔR) = ± 12,7 pF.

Typ des Eintrags: Haus-, Projekt- oder Studienarbeit
Erschienen: 2008
Autor(en): Winterstein, Thomas
Titel: Entwicklung einer Zustandserkennung für taktile Displays
Sprache: Deutsch
Kurzbeschreibung (Abstract):

Zusammenfassung:

Thema dieser Arbeit ist der Aufbau einer Zustandserkennung für taktile Displays.

Dielektrische Elastomeraktoren werden in Matrixanordnung unter einer elastischen Oberfläche angeordnet. Durch Anregung der Aktoren mit einer Spannung bis zu 1 kV kann eine variable Oberflächenverformung erzeugt werden. Ein Nutzer tastet die Oberfläche taktil ab. Durch Nutzereinwirkung und Aktoranregung wird ein mechanischer Druck auf die Oberfläche des Displays aufgebracht, der als Kapazitätsänderung an den Elektroden der Aktoren gemessen werden kann. Tabelle I stellt die im Rahmen dieser Arbeit entwickelten Grenzwerte der einwirkenden Drücke und die daraus folgenden Anforderungen an das Messsystem dar. Die zugehörige Grundkapazität beträgt 760 pF.

Tabelle I: Druckeinwirkungen auf das Display und zu messende Kapazitäten

...........................PAktor[kPa]......PFinger[kPa]......PGe[kPa]......C[pF]

Minimaler Betrag:......00,00.............2,300..................2,300...........767,140

Maximaler Betrag: ....26,00...........17,400.................43,400..........908,960

Minimale Auflösung:........-..............0,078..................0,078...........0,300

Maximale Auflösung:.........-.............0,388.................0,388...........1,140

Ein Messsystem nach dem Verfahren der „Impedanzmessung mit Trägerfrequenz“ wird entwickelt und sowohl mittels Testkapazitäten, als auch eines Elastomeraktors charakterisiert. Die statische Kennlinie U(C) eines Testaktors wird im Folgenden beschrieben. Der Kapazitätsbereich liegt zwischen 760 pF und 1090 pF. Man mißt eine ansteignde Spannungsänderung von 26 mV bei einem Spannungsoffset von 28 mV.

Die Übertragungsfaktoren des Messsystems, die Linearitätsfehler und Messunsicherheiten für beide Messungen sind in Tabelle II dargestellt.

Tabelle II: Kenndaten des Messsystems mit Testkapazitäten und Aktor

.......................B[mV/pF]......FLin[%]......U(ΔC)[pF]

Testkapazität:...0,924..............2,730.............-

Aktor:...............0,079..............9,580........±66,460

Ein Grund für die hohe Messunsicherheit wird im Zuleitungswiderstand des Aktors gefunden. In Folge nicht reproduzierbarer Widerstandsänderungen ergibt sich eine Messunsicherheit U(ΔR) = ± 12,7 pF.

Freie Schlagworte: Elektromechanische Konstruktionen, Mikro- und Feinwerktechnik, Druckmessung kapazitiv, Elastomersensor dielektrisch kapazitiv, Haptisches Display, Hochspannungsfestigkeit, Impedanzmessung
Fachbereich(e)/-gebiet(e): Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik
Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Elektromechanische Konstruktionen
Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Elektromechanische Konstruktionen > Mikrotechnik und Elektromechanische Systeme
Hinterlegungsdatum: 05 Sep 2011 13:59
Zusätzliche Informationen:

EMK-spezifische Daten:

Lagerort Dokument: Archiv EMK, Kontakt über Sekretariate,

Bibliotheks-Sigel: 17/24 EMKS 1685

Art der Arbeit: Studienarbeit

Beginn Datum: 07-04-2008

Ende Datum: 30-07-2008

Querverweis: 17/24 EMKD 1647, 7/24 EMKDIS52, 7/24 EMKDIS49

Studiengang: Elektrotechnik und Informationstechnik (ETiT)

Vertiefungsrichtung: Mikro- und Feinwerktechnik (MFT)

Abschluss: Diplom (MFT)

ID-Nummer: 17/24 EMKS 1685
Gutachter / Prüfer: Matysek, Dipl.-Ing. Marc ; Schlaak, Prof. Dr.- Helmut Friedrich
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