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Bipolare Anregung von elektrostatischen Wanderkeilaktoren mit integrierter Zustandserkennung

Latsch, Bastian :
Bipolare Anregung von elektrostatischen Wanderkeilaktoren mit integrierter Zustandserkennung.
TU Darmstadt, Institut EMK / FG M+EMS
[Bachelorarbeit], (2015)

Kurzbeschreibung (Abstract)

iel dieser Arbeit ist es, einen Laboraufbau bereitzustellen, der es ermöglicht, elektrostatische Wanderkeilaktoren anzuregen und gleichzeitig deren Zustand zu detektieren. Diese Aktoren sollen in einen Hohlleiter integriert werden, um elektromagnetische Terahertz-Wellen zu schalten. Daher muss die Zustandsüberwachung über die beiden Elektroden der Aktoren erfolgen. Die Anregung der Aktoren erfolgt mit einer bipolaren Rechteckspannung. Durch das abwechselnde Anlegen von +150 V und -150 V wird ein Einfangen von Ladungsträgern in das Dielektrikum der Wanderkeilaktoren verhindert. So wird ein Betrieb der Aktoren ohne stiction gewährleistet. Um eine mechanische Reaktion der Aktoren zu unterbinden, muss in unter 1 µs zwischen positiver und negativer Spannung umgeschaltet werden. Um das Schalten der Aktoren detektieren zu können, wird eine Zustandserkennung mittels kapazitiver Messung benötigt. Dazu werden unterschiedliche Verfahren zur Kapazitätsmessung analysiert. Des Weiteren werden Verfahren zur gleichzeitigen Anregung und Sensorik an dielektrischen Elastomer-Aktoren auf ihre Tauglichkeit geprüft. Aufgrund abweichender Anforderungen wird, basierend auf diesen Erkenntnissen, eine eigene Schaltung entworfen, aufgebaut und charakterisiert. Der Aktor wird als Kapazität in ein RC-Hochpass-Filter geschaltet, an das eine Rechteckspannung mit überlagerter hochfrequenter Trägerspannung gelegt wird. Über dem Widerstand wird die hochfrequente Spannung, auf der amplitudenmoduliert die Information zur Größe der Aktorkapazität vorliegt, abgegriffen und ausgewertet. Die Erzeugung des mit einem Sinussignal überlagerten Rechtecksignals erfolgt durch einen als Summierer verschalteten Operationsverstärker vom Typ Apex PA98. Aus der abschließenden Charakterisierung der aufgebauten Schaltung ergeben sich die in Tabelle 0.1 dargestellten Kennwerte. Es kann eine bipolare Rechteckspannung mit 25 V bis 150 V Amplitude und Frequenzen zwischen 30 Hz und 5 kHz sowie ein überlagertes Sensorsignal mit 10 V Amplitude und 1MHz Frequenz an den Wanderkeilaktor ausgegeben werden. Dabei findet eine Zustandserkennung des Aktors mit durchschnittlich �5 pF und maximal �15,2 pF Messunsicherheit statt. Die Flankensteigzeit beträgt im angegebenen Spannungs- und Frequenzbereich maximal 1,1 µs.

Typ des Eintrags: Bachelorarbeit
Erschienen: 2015
Autor(en): Latsch, Bastian
Titel: Bipolare Anregung von elektrostatischen Wanderkeilaktoren mit integrierter Zustandserkennung
Sprache: Deutsch
Kurzbeschreibung (Abstract):

iel dieser Arbeit ist es, einen Laboraufbau bereitzustellen, der es ermöglicht, elektrostatische Wanderkeilaktoren anzuregen und gleichzeitig deren Zustand zu detektieren. Diese Aktoren sollen in einen Hohlleiter integriert werden, um elektromagnetische Terahertz-Wellen zu schalten. Daher muss die Zustandsüberwachung über die beiden Elektroden der Aktoren erfolgen. Die Anregung der Aktoren erfolgt mit einer bipolaren Rechteckspannung. Durch das abwechselnde Anlegen von +150 V und -150 V wird ein Einfangen von Ladungsträgern in das Dielektrikum der Wanderkeilaktoren verhindert. So wird ein Betrieb der Aktoren ohne stiction gewährleistet. Um eine mechanische Reaktion der Aktoren zu unterbinden, muss in unter 1 µs zwischen positiver und negativer Spannung umgeschaltet werden. Um das Schalten der Aktoren detektieren zu können, wird eine Zustandserkennung mittels kapazitiver Messung benötigt. Dazu werden unterschiedliche Verfahren zur Kapazitätsmessung analysiert. Des Weiteren werden Verfahren zur gleichzeitigen Anregung und Sensorik an dielektrischen Elastomer-Aktoren auf ihre Tauglichkeit geprüft. Aufgrund abweichender Anforderungen wird, basierend auf diesen Erkenntnissen, eine eigene Schaltung entworfen, aufgebaut und charakterisiert. Der Aktor wird als Kapazität in ein RC-Hochpass-Filter geschaltet, an das eine Rechteckspannung mit überlagerter hochfrequenter Trägerspannung gelegt wird. Über dem Widerstand wird die hochfrequente Spannung, auf der amplitudenmoduliert die Information zur Größe der Aktorkapazität vorliegt, abgegriffen und ausgewertet. Die Erzeugung des mit einem Sinussignal überlagerten Rechtecksignals erfolgt durch einen als Summierer verschalteten Operationsverstärker vom Typ Apex PA98. Aus der abschließenden Charakterisierung der aufgebauten Schaltung ergeben sich die in Tabelle 0.1 dargestellten Kennwerte. Es kann eine bipolare Rechteckspannung mit 25 V bis 150 V Amplitude und Frequenzen zwischen 30 Hz und 5 kHz sowie ein überlagertes Sensorsignal mit 10 V Amplitude und 1MHz Frequenz an den Wanderkeilaktor ausgegeben werden. Dabei findet eine Zustandserkennung des Aktors mit durchschnittlich �5 pF und maximal �15,2 pF Messunsicherheit statt. Die Flankensteigzeit beträgt im angegebenen Spannungs- und Frequenzbereich maximal 1,1 µs.

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: 22 Jun 2015 08:33
Zusätzliche Informationen:

EMK-spezifische Daten:

Lagerort Dokument: Archiv Institut EMK. Anfrage über Sekretariate

Bibliotheks-Siegel: 17/24 EMKX xxxx X: S=Studienarbeit, D=Diplomarbeit, B=Bachelorarbeit, M=Masterarbeit, xxxx: Laufende Nummer

Art der Arbeit: Bachelorarbeit

Beginn Datum: 24-11-2014

Ende Datum: 23-04-2015

ID-Nummer: 17/24 EMKB1889
Gutachter / Prüfer: Schlaak, Prof. Helmut F.
Alternatives oder übersetztes Abstract:
AbstractSprache
Mikro- und Feinwerktechnik Elektromechanische Konstruktionen Kapazitätsmessung Sensorelektronik Operationsverstärker Aktor elektrostatischKeine Angabe
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