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60,80 €ISBN 978-3-8440-7140-5Softcover428 pages165 figures541 g21 x 14,8 cmGermanThesis
January 2020
Phillip Durdaut
Ausleseverfahren und Rauschmodellierung für magnetoelektrische und magnetoelastische Sensorsysteme
In dieser Arbeit werden Sensorsysteme auf Basis magnetoelektrischer und magnetoelastischer Sensoren für die hochempfindliche Messung schwacher und niederfrequenter magnetischer Flussdichten untersucht. Diese Sensoren basieren auf elektromechanischen Strukturen, die durch ein zu messendes magnetisches Messsignal jeweils eine magnetisch induzierte Veränderung erfahren. Als Schnittstelle zwischen der elektromechanischen Struktur und dem magnetischen Feld enthält jeder dieser Sensoren einen Dünnfilm aus magnetostriktivem Eisen-Kobalt-Silizium-Bor.
Der Fokus dieser Arbeit liegt auf Analysen der Empfindlichkeit und insbesondere des Rauschverhaltens dieser Sensoren. So wird einerseits die Empfindlichkeit eines jeden unterschiedlichen Sensorelements analytisch beschrieben, als andererseits auch alle relevanten Rauschquellen ermittelt und auf Basis der Bestimmung der zugrundeliegenden physikalischen Ursachen quantifiziert. Darüber hinaus beschränken sich diese Untersuchungen nicht nur auf die Sensorelemente selbst, sondern werden zudem auf das gesamte Sensorsystem inkl. der notwendigen Ausleseelektronik ausgeweitet. Auf dieser Basis können jeweils Auslesesysteme dimensioniert werden, mit deren experimentellen Erprobungen nicht nur die Modellbeschreibungen verifiziert, sondern zudem auch die intrinsischen Detektionslimits der Sensoren messtechnisch nachgewiesen werden.
Der Fokus dieser Arbeit liegt auf Analysen der Empfindlichkeit und insbesondere des Rauschverhaltens dieser Sensoren. So wird einerseits die Empfindlichkeit eines jeden unterschiedlichen Sensorelements analytisch beschrieben, als andererseits auch alle relevanten Rauschquellen ermittelt und auf Basis der Bestimmung der zugrundeliegenden physikalischen Ursachen quantifiziert. Darüber hinaus beschränken sich diese Untersuchungen nicht nur auf die Sensorelemente selbst, sondern werden zudem auf das gesamte Sensorsystem inkl. der notwendigen Ausleseelektronik ausgeweitet. Auf dieser Basis können jeweils Auslesesysteme dimensioniert werden, mit deren experimentellen Erprobungen nicht nur die Modellbeschreibungen verifiziert, sondern zudem auch die intrinsischen Detektionslimits der Sensoren messtechnisch nachgewiesen werden.
Keywords: Magnetfeldsensorik; Rauschen; Phasenrauschen; Funkelrauschen; Sensorelektronik; SAW-Sensoren; Biegebalken-Sensoren; Magnetostriktion; Piezoelektrizität; Magnetoelektrischer Effekt; Magnetoelastischer Effekt; Delta-E-Effekt; Ladungsverstärker
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