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Entwicklung und Aufbau einer Elektronik zur drahtlosen Sensorauswertung

Ohde, Kai Peter (2012):
Entwicklung und Aufbau einer Elektronik zur drahtlosen Sensorauswertung.
Institut EMK / FG MuST, [Bachelor Thesis]

Abstract

RFID Sensor Module erschließen in der Medizintechnik neue Möglichkeiten Sensorfunktionen in Implantate zu integrieren. In der vorliegenden Bachelorarbeit werden drei Demonstratoren auf Basis des RFID Sensor Moduls MLX90129 der Firma Melexis entwickelt, die eine drahtlose Auswertung und Versorgung von piezoresistiven Drucksensoren ermöglichen. Die wesentlichen Anforderungen an die Demonstratoren sind neben einer induktiven Energieversorgung, eine Abtastrate von 30 Samples/s, eine Messunsicherheit von 1% über einen Messbereich von 250hPa und eine maximale Leistungsaufnahme von 1mW. In einer Recherche zum Stand der Technik werden die gängigen ISO-Standards, die kommerziell erhältlichen sowie die in der Forschungsliteratur präsentierten RFID Sensor Module bei einer Betriebsfrequenz um 13,56MHz vorgestellt. Bezüglich des MLX90129 werden die Anschluss und Auswertemöglichkeiten der externen Sensoren sowie der genaue Ablauf eines Messzyklus aufgezeigt und anschließend die minimale Schaltung der Demonstratoren entwickelt. Der Schwerpunkt der Arbeit liegt auf der Charakterisierung der aufgebauten Demonstratoren und der Bestimmung der möglichen Einstellungskombinationen des MLX90129, mit denen die gestellten Anforderungen erfüllt werden können. Als wesentliche Einstellungsoptionen können die „low volt Option“, die „Initialisierungszeit“ und der „ADC Mode“ herausgearbeitet werden. In der Charakterisierung werden daher die Spannungsversorgung, die Abtastrate, die Messunsicherheit und die Leistungsaufnahme der Demonstratoren in Abhängigkeit der eben genannten Einstellungsoptionen des MLX90129 untersucht. Zur Spannungsversorgung der externen Sensoren wird aufgezeigt, dass mit den aufgebauten Demonstratoren die Auswertung von Sensoren mitWiderstandswerten von 2 -9 kOhm und bis zu einer Entfernung von 11cm vom Lesegerät möglich ist. Die Untersuchung der möglichen Abtastraten zeigt, dass diese stark vom verwendeten Lesegerät abhängig sind. Bei einer optimalen Ablaufsteuerung des Messzyklus können mit dem MLX90129 theoretisch Abtastraten von bis zu 73 Samples/s erreicht werden, wohingegen mit dem Lesegerät Proxima RF lediglich eine Abtastrate von 3,8 Samples/s erreicht werden konnte. Die Messunsicherheit des MLX90129 liegt abhängig vom „ADC Mode“ zwischen 0,06 und 0,14%. Die Untersuchung der Leistungsaufnahme der Demonstratoren zeigt, dass diese hauptsächlich von der gewählten Auflösung des ADC abhängt. Bei der Auswertung des piezoresistiven Drucksensors kann eine minimale Leistungsaufnahme des Demonstrators von 0,18mW erreicht werden. Zur Bestimmung des Miniaturisierungspotentials des MLX90129 wird der Chip freigelegt und die einzelnen Funktionsblöcke bestimmt. Anschließend werden die benötigten externen Komponenten und internen Funktionsblöcke ermittelt, die zum Betrieb als passives RFID Sensor Modul benötigt werden. Der Vergleich der Funktionsblöcke mit dem aktuellen Stand der Technik zeigt, dass die Chipfläche des MLX90129 theoretisch von 5,9mm² auf 0,26mm² reduziert werden kann.

Item Type: Bachelor Thesis
Erschienen: 2012
Creators: Ohde, Kai Peter
Title: Entwicklung und Aufbau einer Elektronik zur drahtlosen Sensorauswertung
Language: German
Abstract:

RFID Sensor Module erschließen in der Medizintechnik neue Möglichkeiten Sensorfunktionen in Implantate zu integrieren. In der vorliegenden Bachelorarbeit werden drei Demonstratoren auf Basis des RFID Sensor Moduls MLX90129 der Firma Melexis entwickelt, die eine drahtlose Auswertung und Versorgung von piezoresistiven Drucksensoren ermöglichen. Die wesentlichen Anforderungen an die Demonstratoren sind neben einer induktiven Energieversorgung, eine Abtastrate von 30 Samples/s, eine Messunsicherheit von 1% über einen Messbereich von 250hPa und eine maximale Leistungsaufnahme von 1mW. In einer Recherche zum Stand der Technik werden die gängigen ISO-Standards, die kommerziell erhältlichen sowie die in der Forschungsliteratur präsentierten RFID Sensor Module bei einer Betriebsfrequenz um 13,56MHz vorgestellt. Bezüglich des MLX90129 werden die Anschluss und Auswertemöglichkeiten der externen Sensoren sowie der genaue Ablauf eines Messzyklus aufgezeigt und anschließend die minimale Schaltung der Demonstratoren entwickelt. Der Schwerpunkt der Arbeit liegt auf der Charakterisierung der aufgebauten Demonstratoren und der Bestimmung der möglichen Einstellungskombinationen des MLX90129, mit denen die gestellten Anforderungen erfüllt werden können. Als wesentliche Einstellungsoptionen können die „low volt Option“, die „Initialisierungszeit“ und der „ADC Mode“ herausgearbeitet werden. In der Charakterisierung werden daher die Spannungsversorgung, die Abtastrate, die Messunsicherheit und die Leistungsaufnahme der Demonstratoren in Abhängigkeit der eben genannten Einstellungsoptionen des MLX90129 untersucht. Zur Spannungsversorgung der externen Sensoren wird aufgezeigt, dass mit den aufgebauten Demonstratoren die Auswertung von Sensoren mitWiderstandswerten von 2 -9 kOhm und bis zu einer Entfernung von 11cm vom Lesegerät möglich ist. Die Untersuchung der möglichen Abtastraten zeigt, dass diese stark vom verwendeten Lesegerät abhängig sind. Bei einer optimalen Ablaufsteuerung des Messzyklus können mit dem MLX90129 theoretisch Abtastraten von bis zu 73 Samples/s erreicht werden, wohingegen mit dem Lesegerät Proxima RF lediglich eine Abtastrate von 3,8 Samples/s erreicht werden konnte. Die Messunsicherheit des MLX90129 liegt abhängig vom „ADC Mode“ zwischen 0,06 und 0,14%. Die Untersuchung der Leistungsaufnahme der Demonstratoren zeigt, dass diese hauptsächlich von der gewählten Auflösung des ADC abhängt. Bei der Auswertung des piezoresistiven Drucksensors kann eine minimale Leistungsaufnahme des Demonstrators von 0,18mW erreicht werden. Zur Bestimmung des Miniaturisierungspotentials des MLX90129 wird der Chip freigelegt und die einzelnen Funktionsblöcke bestimmt. Anschließend werden die benötigten externen Komponenten und internen Funktionsblöcke ermittelt, die zum Betrieb als passives RFID Sensor Modul benötigt werden. Der Vergleich der Funktionsblöcke mit dem aktuellen Stand der Technik zeigt, dass die Chipfläche des MLX90129 theoretisch von 5,9mm² auf 0,26mm² reduziert werden kann.

Uncontrolled Keywords: Mikro- und Feinwerktechnik Elektromechanische Konstruktionen
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 > Measurement and Sensor Technology
Date Deposited: 08 Feb 2013 08:13
Additional Information:

EMK-spezifische Daten:

Lagerort Dokument: Archiv EMK, Kontakt über Sekretariate

Bibliotheks-Siegel: 17/24 EMKB1808

Art der Arbeit: Bachelorarbeit

Beginn Datum: 06-08-2012

Ende Datum: 06-11-2012

Identification Number: 17/24 EMK B1808
Referees: Werthschützky, Prof. Dr.- Roland
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