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Elektronik zur Messung der Ansteuersignale von Dielektrischen Elastomerwandlern

Allevato, Gianni :
Elektronik zur Messung der Ansteuersignale von Dielektrischen Elastomerwandlern.
TU Darmstadt, Institut EMK / FG M+EMS
[Bachelorarbeit], (2015)

Kurzbeschreibung (Abstract)

Im Rahmen dieser Arbeit wird eine Messelektronik entwickelt, aufgebaut und charakterisiert, welche die Ansteuerspannungen und Ansteuerströme von dielektrischen Elastomerwandlern (DEW) für eine AD-Wandlung anpasst. Die Parameter der Ansteuersignale stellen hierbei besondere Anforderungen an die Bandbreite und Nenneingangsspannung der Messelektronik. Die Ansteuerspannung ist ein unipolares Rechtecksignal mit einer Maximalspannung bis zu 1300 V. Der Ansteuerstrom ist der Lade- und Entladestrom der Kapazität des DEW mit einer Amplitude von �100mA. Die Signalfrequenzen des Rechtecksignals betragen bis zu 40 kHz. Mittels Fourieranalyse des Rechtecksignals wird die benötigte Bandbreite der Messelektronik auf DC - 600 kHz bestimmt. Zur Anpassung der Ansteuersignale von mehreren DEW werden verschiedene Lösungsmöglichkeiten erarbeitet und ein geeignetes Konzept ausgewählt. Die aufgebaute Messelektronik eignet sich zur Anpassung der Ansteuersignale eines DEW und besteht aus einer analogen Spannungs- und Stromverarbeitungskette, welche in der Abbildung dargestellt sind. Die Spannungsverarbeitungskette umfasst einen ohmsch-kapazitiven Spannungsteiler und einen Impedanzwandler. Die Stromverarbeitungskette setzt sich aus einem Shuntwiderstand zur Strom-Spannungswandlung und einer Spannungsverstärkung mit Summierverstärker zusammen. Die Signalverarbeitungsketten werden durch je ein aktives Bessel Tiefpassfilter zweiter Ordnung zur Vermeidung von Aliasing bei der AD-Wandlung bandbegrenzt. Bei der Auswahl und Dimensionierung der Komponenten der Signalverarbeitungsketten werden das Rechteckübertragungsverhalten, die erreichbare Bandbreite, sowie das Potential zur Miniaturisierung berücksichtigt. Für die Digitalisierung der Ausgangssignale der Signalverarbeitungsketten wird ein geeigneter AD-Wandler ausgewählt. Mit dem Aufbau mehrerer Signalverarbeitungsketten und dem Einsatz eines Multiplexers können die Ansteuersignale verschiedener DEW gleichzeitig gemessen werden. Die aufgebaute Elektronik deckt die Bandbreite von DC - 600 kHz ab und passt Eingangsspannungen bis zu 1300 V bzw. Eingangsströme zwischen �100mA an einen Spannungsbereich von 0 - 2 V an. Die Messunsicherheit liegt für beide Signalverarbeitungsketten unter 1 %. Zwischen den Ausgangssignalen entsteht eine zusätzliche Phasenverschiebung von 0,125°. Die Signalformen werden um weniger als 5% beeinträchtigt. Die benötigt Platinenfläche pro DEW kann auf 3 cm2 reduziert werden.

Typ des Eintrags: Bachelorarbeit
Erschienen: 2015
Autor(en): Allevato, Gianni
Titel: Elektronik zur Messung der Ansteuersignale von Dielektrischen Elastomerwandlern
Sprache: Deutsch
Kurzbeschreibung (Abstract):

Im Rahmen dieser Arbeit wird eine Messelektronik entwickelt, aufgebaut und charakterisiert, welche die Ansteuerspannungen und Ansteuerströme von dielektrischen Elastomerwandlern (DEW) für eine AD-Wandlung anpasst. Die Parameter der Ansteuersignale stellen hierbei besondere Anforderungen an die Bandbreite und Nenneingangsspannung der Messelektronik. Die Ansteuerspannung ist ein unipolares Rechtecksignal mit einer Maximalspannung bis zu 1300 V. Der Ansteuerstrom ist der Lade- und Entladestrom der Kapazität des DEW mit einer Amplitude von �100mA. Die Signalfrequenzen des Rechtecksignals betragen bis zu 40 kHz. Mittels Fourieranalyse des Rechtecksignals wird die benötigte Bandbreite der Messelektronik auf DC - 600 kHz bestimmt. Zur Anpassung der Ansteuersignale von mehreren DEW werden verschiedene Lösungsmöglichkeiten erarbeitet und ein geeignetes Konzept ausgewählt. Die aufgebaute Messelektronik eignet sich zur Anpassung der Ansteuersignale eines DEW und besteht aus einer analogen Spannungs- und Stromverarbeitungskette, welche in der Abbildung dargestellt sind. Die Spannungsverarbeitungskette umfasst einen ohmsch-kapazitiven Spannungsteiler und einen Impedanzwandler. Die Stromverarbeitungskette setzt sich aus einem Shuntwiderstand zur Strom-Spannungswandlung und einer Spannungsverstärkung mit Summierverstärker zusammen. Die Signalverarbeitungsketten werden durch je ein aktives Bessel Tiefpassfilter zweiter Ordnung zur Vermeidung von Aliasing bei der AD-Wandlung bandbegrenzt. Bei der Auswahl und Dimensionierung der Komponenten der Signalverarbeitungsketten werden das Rechteckübertragungsverhalten, die erreichbare Bandbreite, sowie das Potential zur Miniaturisierung berücksichtigt. Für die Digitalisierung der Ausgangssignale der Signalverarbeitungsketten wird ein geeigneter AD-Wandler ausgewählt. Mit dem Aufbau mehrerer Signalverarbeitungsketten und dem Einsatz eines Multiplexers können die Ansteuersignale verschiedener DEW gleichzeitig gemessen werden. Die aufgebaute Elektronik deckt die Bandbreite von DC - 600 kHz ab und passt Eingangsspannungen bis zu 1300 V bzw. Eingangsströme zwischen �100mA an einen Spannungsbereich von 0 - 2 V an. Die Messunsicherheit liegt für beide Signalverarbeitungsketten unter 1 %. Zwischen den Ausgangssignalen entsteht eine zusätzliche Phasenverschiebung von 0,125°. Die Signalformen werden um weniger als 5% beeinträchtigt. Die benötigt Platinenfläche pro DEW kann auf 3 cm2 reduziert werden.

Freie Schlagworte: Mikro- und Feinwerktechnik Elektromechanische Konstruktionen Dielektrische Elastomer-Stapelaktoren (DEA) Signalverarbeitung Hochspannungsfestigkeit Signalverstärker Strommessprinzipien Pegelanpassung Anti Aliasing Filter Fehleranalyse
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: 30 Nov 2015 14:54
Zusätzliche Informationen:

EMK-spezifische Daten:

Lagerort Dokument: Archiv Institut EMK. Anfrage über Sekretariate

Bibliotheks-Siegel: 17/24 EMKB 1895

Art der Arbeit: Bachelorarbeit

Beginn Datum: 30-01-2014

Ende Datum: 29-06-2015

ID-Nummer: 17/24 EMKB1895
Gutachter / Prüfer: Schlaak, Prof. Helmut F.
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