Sergej MamaschewAnalyse, Design und Optimierung von induktiv gekoppelten, passiven, drahtlosen Stimmgabelquarz-Sensoren am Beispiel eines Gasdrucksensors für Vakuumisolationspaneele | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ISBN: | 978-3-8440-3019-8 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Series: | Messtechnik und Sensorik | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Keywords: | Induktiv; Vakuumisolationspaneel; Gasdruck; Luftdruck; Stimmgabelquarz; Drahtlos; Passiv; Schirm; RFID; Folie; Metall | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Type of publication: | Thesis | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Language: | German | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Pages: | 134 pages | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Figures: | 77 figures | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Weight: | 198 g | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Format: | 21 x 14,8 cm | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Binding: | Paperback | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Price: | 45,80 € / 57,25 SFr | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Published: | September 2014 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Abstract: | Das Erfassen einer physikalischen Größe innerhalb von hermetisch versiegelten metallischen Behältnissen bildet eine Herausforderung für die drahtlose Messtechnik. Dies ist auch bei der Dichtigkeitsprüfung von Vakuumisolationspaneelen der Fall, da die Paneele aus einem porösen Kern bestehen, der mit einer metallisierten Polymerfolie ummantelt ist. Zur Qualitätskontrolle und Produktionsprozessoptimierung ist die Kenntnis über den inneren Gasdruck von entscheidender Bedeutung.
In diesem Kontext sind die Betrachtungen der Arbeit auf eine induktive Kopplung zwischen dem Lesegerät und einem geschirmten Transponder fokussiert. Es wird simulativ und messtechnisch gezeigt, wie sich die Dämpfung und die Verstimmung einer metallisierten Barriere auf die Gegeninduktivität auswirken und welche Maßnahmen zur Verbesserung der Übertragungseigenschaften möglich sind. Weiterhin wird ein messtechnischer Ansatz vorgestellt, der es ermöglicht eine induktive Kopplung unter Berücksichtigung von parasitären Effekten zu charakterisieren und die Verstimmung durch die Folie von der Eigenverstimmung der Kopplungselemente zu trennen. Es wird gezeigt, dass die abstandsabhängige Gegeninduktivität durch den Einsatz von Ferritkernen zur Bündelung der Feldlinien und durch die Verwendung eines adaptiven Anpassnetzwerkes zur Kompensation der Fehlanpassung signifikant erhöht werden kann. Durch den Einsatz eines druckempfindlichen Stimmgabelquarzes als Sensorelement werden Aspekte zur stabilen Erzeugung, der drahtlosen Übertragung und der genauen Bestimmung einer Frequenzinformation untersucht. Aus diesen Betrachtungen resultiert die Maßnahme einen Referenztakt als Trägersignal an den Transponder zu übertragen und zur Rückübertragung der Frequenzinformation des Quarzschwingers eine Leitungscodierung in Form einer Lastmodulation zu nutzen. Auf Basis dieser Erkenntnisse wird ein Funktionsmuster zur drahtlosen Druckmessung aufgebaut und im Produktionseinsatz geprüft. Damit lässt sich zeigen, dass der Absolutdruck mit einer Genauigkeit von 20 mbar erfasst werden kann. Im Kurzzeitbereich ist die Detektion deutlich geringerer Druckänderungen möglich, was die Stabilität des entwickelten Messsystems demonstriert. Eine Genauigkeitssteigerung sowie eine verbesserte Langzeitstabilität ließen sich durch entsprechende herstellungstechnische Modifikationen des Stimmgabelquarzes herbeiführen. Insbesondere wäre bei einer Erhöhung der Druckempfindlichkeit ein vereinfachter Aufbau des Messsystems möglich. Alternativ zur Druckmessung, wäre durch den Austausch des Messquarzes im Transponder auch eine genaue Erfassung von Feuchtigkeit, Temperatur, Dehnung und chemischen Größen denkbar. Somit können die in dieser Arbeit durchgeführten Betrachtungen als Anhaltspunkt für weiterführende Untersuchungen auf alle drahtlosen Messsysteme mit resonanten Sensorprinzipien übertragen werden. |