2011 Sensoren die Sinnesorgane der Technik
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Tagesseminar Sensoren, die Sinnesorgane der Technik Sommeruniversität Rinteln 2011 Prof. Dr.-Ing. Stefan Beißner Bild: Drehratensensor SMG070. Quelle: Bosch AG Sommeruniversität Rinteln 2011 Inhaltsverzeichnis 1 2 3 4 5 6 Einordnung – Wozu gehört die Sensorik? Warum Ingenieur / Ingenieurin werden? Definitionen – Was ist ein Sensor? Übersicht – Welche Sensoren gibt es? Beispiele – Wie misst man die folgenden Größen? 5.1 Kraft 5.2 Druck 5.3 Temperatur 5.4 Beschleunigung 5.5 Drehrate 5.6 Magnetische Flussdichte Projekte – Was kann man mit diesem Wissen anfangen? 6.1 Bewegungs- und Lagealarmsensor LAS400 6.2 Messtechnik im Leistungssport 6.3 Messtechnik in der holzverarbeitenden Industrie Folie 2 Sommeruniversität Rinteln 2011 1 Einordnung – Wozu gehört die Sensorik? Einordnung der Sensorik an der Fachhochschule Hannover: Fakultät 1 - Elektro- und Informationstechnik ↓ Fachgebiet Elektrische Messtechnik ↓ Vorlesung und Labor zur Sensorik Wer beschäftigt sich mit Sensorik? Folie 3 Sommeruniversität Rinteln 2011 2 Warum Ingenieur / Ingenieurin werden? Ingenieure sind auf technischem Gebiet arbeitende, wissenschaftlich ausgebildete Fachleute. • Faszinierende, abwechselungsreicheTätigkeit. • Beste Berufsaussichten. • Gute Bezahlung. Folie 4 Sommeruniversität Rinteln 2011 Wie wird man Ingenieur / Ingenieurin? Struktur des Studiengangs „Elektrotechnik und Informationstechnik“ an der FH Hannover Folie 5 Sommeruniversität Rinteln 2011 Wie wird man Ingenieur / Ingenieurin? Struktur des Grundstudiums des Studiengangs „Elektrotechnik und Informationstechnik“ an der FH Hannover Folie 6 Sommeruniversität Rinteln 2011 3 Definitionen – Was ist ein Sensor? Biologische „Sensoren“: Definition eines technischen Sensors (nach Elbel: Mikrosensorik): Andere Bezeichnungen für Sensoren: Folie 7 Sommeruniversität Rinteln 2011 3 Definitionen – Was ist ein Sensor? Messsignal Sensorelement Signalverarbeitung SignalAnzeige auswertung z.B. Berechnung, Verstärkung Fehlerkorrektur Integrierter Sensor Intelligenter Sensor Sensordefinitionen Folie 8 Sommeruniversität Rinteln 2011 4 Übersicht – Welche Sensoren gibt es? Ohne Anspruch auf Vollständigkeit! Messgröße Messprinzip Druck p Durchbiegung einer Membran Kraft F Änderung des elektrischen Widerstandes Dehnungsmessstreifen Quelle: www.phsik.ph-ludwigsburg.de Piezoresistiver Drucksensor Quelle: Keller AG, Winterthur Folie 9 Sommeruniversität Rinteln 2011 Messgröße Messprinzip Weg l Verschieben eines Schleifkontaktes an einem Widerstand Weg l Laufzeit eines Ultraschallsignals Potentiometrischer Wegsensor Quelle: Burster Präzisionsmesstechnik GmbH und Co. KG Folie 10 Ultraschallsender und –empfänger auf einer Leiterkarte Quelle: www.asurowiki.de Sommeruniversität Rinteln 2011 Messgröße Messprinzip Drehzahl n Spannungserzeugung in einem Tachogenerator Durchfluss ∆V/∆t Abkühlung eines Widerstandes Tachogenerator Quelle: docweb.khk.be Folie 11 Luftmassenmesser Quelle: Bosch AG Sommeruniversität Rinteln 2011 Messgröße Messprinzip Temperatur T Änderung des elektrischen Widerstandes Temperatur T Änderung der Durchlassspannung einer Diode NTC-Widerstand Quelle: Epcos GmbH Folie 12 Integrierter Temperatursensor LM35 Ausgangsspannung = 10 mV / °C Quelle: www.facstaff.bucknell.edu Sommeruniversität Rinteln 2011 Messgröße Messprinzip Temperatur T, berührungslos Messung der Wärmestrahlung Wärmebildkamera Quelle: Fluke Corporation Rasterelektronenmikroskopaufnahme einer Strahlungsthermosäule Quelle: Elbel: Mikrosensorik Folie 13 Sommeruniversität Rinteln 2011 Messgröße Messprinzip Beschleunigung a Umwandlung in eine Kraft über die Massenträgheit Drehrate ω Corioliskraft Mikromechanischer Beschleunigungsensor Quelle: Analog Devices Inc. Folie 14 Innenleben eines mikromechanischen Drehratensensors. Quelle: Bosch AG Sommeruniversität Rinteln 2011 Messgröße Messprinzip Stoffkonzentration pgas in Gasen Änderung des elektrischen Widerstands bestimmter Metalloxidhalbleiter Beleuchtungsstärke E Lichtabhängigkeit des Stromes durch einen Fototransistor Kohlenmonoxidsensor Quelle: Fraunhofer Gesellschaft Folie 15 Fototransistor Quelle: www.prolab.tu-berlin.de Sommeruniversität Rinteln 2011 Messgröße Messprinzip Magnetische Flussdichte B Halleffekt Magnetfeldmessung mit Hallsonde Hallsonde Quelle: Reichelt Elektronik GmbH Folie 16 Sommeruniversität Rinteln 2011 5 Beispiele – Wie misst man die folgenden Größen? 5.1 Kraft Messkette: Kraft F Dehnung ∆l/l eines Verformungskörpers Änderung des elektrischen Widerstandes R eines Dehnungsmessstreifens (DMS) Umsetzung der Widerstandsänderung in eine Änderung der elektrischen Spannung U z. B. durch eine Brückenschaltung. Dehnungsmessstreifen Skizze: Dehnungsmessstreifen Quelle: www.phsik.ph-ludwigsburg.de Folie 17 Sommeruniversität Rinteln 2011 5.1 Kraft Relative Widerstandsänderung ∆R/R eines Dehnungsmessstreifens: ∆R = R mit : Beispielanordnung: 2 DMS an einem Biegebalken F DMS h Folie 18 l Berechnung der Dehnung der DMS ∆l = l mit : Sommeruniversität Rinteln 2011 5.1 Kraft Umwandlung der relativen Widerstandsänderung ∆R/R in eine elektrische Spannung Um0 durch eine Brückenschaltung: Berechnung der Brückenschaltung: Experiment Folie 19 Sommeruniversität Rinteln 2011 5 Beispiele – Wie misst man die folgenden Größen? 5.2 Druck Messkette: Druck p = F/A Durchbiegung einer Membran Änderung des elektrischen Widerstandes R eines in die Membran eindiffundierten Widerstandes Umsetzung der Widerstandsänderung in eine Änderung der elektrischen Spannung U z. B. durch eine Brückenschaltung. Membran p1 R r d Membran Piezoresistiver Drucksensor Quelle: Keller AG, Winterthur Folie 20 p2 Sommeruniversität Rinteln 2011 5.2 Druck Beispielanordnung der Widerstände in der Membran: Widerstandsänderungen: Brückenschaltung: Experiment Folie 21 Sommeruniversität Rinteln 2011 5 Beispiele – Wie misst man die folgenden Größen? 5.3 Temperatur – Temperaturabhängige Widerstände Einige elektrische Widerstände zeigen eine besonders starke Temperaturabhängigkeit. Man unterscheidet PTC- und NTC-Widerstände: PTC (Positive Temperature Coefficient): Bei steigender Temperatur steigt der Widerstand. NTC (Negative Temperature Coefficient): Bei steigender Temperatur sinkt der Widerstand. NTC-Widerstand: R (T ) = RB ⋅ e Kennlinie eines NTCs 1 1 B⋅ − T T B mit: RB = Widerstand bei der Bezugstemperatur 25°C, B = Materialkonstante in Kelvin (2000…6000 K), TB = Bezugstemperatur 298,15 K (entspricht 25°C). Folie 22 Sommeruniversität Rinteln 2011 5.3 Temperatur – Temperaturabhängige Widerstände Aufgabe: a) Ein NTC besitzt die folgenden Parameter: RB = 1000 Ω und B = 3528 K. Berechnen Sie den Widerstandswert bei 100°C. b) Welche Temperatur liegt vor, wenn der Widerstand des NTCs zu 500 Ω gemessen wird? Rechnung: Experiment Folie 23 Sommeruniversität Rinteln 2011 5.3 Temperatur – Temperaturabhängige Spannungen Halbleiter zeigen eine starke Temperaturabhängigkeit. Man nutzt die Temperaturabhängigkeit der Basis-Emitter-Spannung UBE eines Transistors zur Temperaturmessung: Berechnung der Basis-Emitter-Spannung UBE: U BE = mit : Temperaturabhängigkeit von UBE : Transistor als Temperatursensor ∆U BE ≈ ∆T Schaltungen nach diesem Prinzip sind als integrierte Schaltkreise (ICs) mit z. B. UA = 10 mV / °C erhältlich. Experiment Folie 24 Sommeruniversität Rinteln 2011 5.3 Temperatur – Berührungslose Temperaturmessung Strahlungsthermometer arbeiten berührungslos. Sie messen die auf eine Sensorfläche eingestrahlte Wärmeleistung P. Die Wärmeleistung P ergibt sich zu: P= mit : Die Wärmeleistung P kann beispielsweise nach dem thermoelektrischen Effekt (Seebeck-Effekt) mit einer sogenannten Thermosäule gemessen werden. Folie 25 Sommeruniversität Rinteln 2011 5.3 Temperatur – Berührungslose Temperaturmessung Seebeck-Effekt Seebeck-Spannung U Sb = mit : Thermoelement Thermospannung U Th = mit : Folie 26 Sommeruniversität Rinteln 2011 5.3 Temperatur – Berührungslose Temperaturmessung Um die Thermospannung zu vergrößern, schaltet man viele Thermoelement zu einer sogenannten Thermosäule in Reihenschaltung zusammen. Rasterelektronenmikroskopaufnahmen einer Strahlungsthermosäule. Quelle: Elbel: Mikrosensorik Folie 27 Experiment Sommeruniversität Rinteln 2011 5 Beispiele – Wie misst man die folgenden Größen? 5.4 Beschleunigung Die zu messende Beschleunigung wird nach dem 2. Newtonschen Axiom mit einer sogenannten seismischen Masse in eine Kraft umgesetzt: F = m ⋅ a, mit a = acceleration ( Beschleunigung ). Heute sind mikrotechnisch hergestellte Beschleunigungssensoren erhältlich, die mechanische und elektronische Komponenten in einem IC-Gehäuse integrieren. Mikromechanischer Beschleunigungsensor Quelle: Analog Devices Inc. Folie 28 Prinzipskizze Sommeruniversität Rinteln 2011 5.4 Beschleunigung Mikromechanischer Beschleunigungssensor am Beispiel des MMA7260 Seismische Massen eines 3D-Beschleunigungssensors. Quelle: Institut für Mikrotechnik der TU Braunschweig Folie 29 Quelle: Freescale Semiconductor. Datenblatt MMA7260 Sommeruniversität Rinteln 2011 5.4 Beschleunigung Mikromechanischer Beschleunigungssensor am Beispiel des MMA7260 Prinzip der kapazitiven Beschleunigungsmessung Quelle: Freescale Semiconductor. Datenblatt MMA7260 Folie 30 Sommeruniversität Rinteln 2011 5.4 Beschleunigung Mikromechanischer Beschleunigungssensor am Beispiel des MMA7260 Anschluss des Beschleunigungssensors an einen Mikrocontroller. Quelle: Freescale Semiconductor. Datenblatt MMA7260 Experiment Folie 31 Sommeruniversität Rinteln 2011 5.4 Beschleunigung Schaltplan des MM7260-Evaluationboards. Quelle: Freescale Semiconductor. Folie 32 Sommeruniversität Rinteln 2011 5 Beispiele – Wie misst man die folgenden Größen? 5.5 Drehrate Drehratenmessung ist relativ einfach, wenn man einen festen Bezugsrahmen nutzen kann. Beispiel: Geschwindigkeitsmessung mit Fahrradtacho: Magnet an einer Speiche – Reedkontakt an der Fahrradgabel. Funktionsprinzip Reedkontakt: Berechnung der Geschwindigkeit: Reedkontakt, hier ohne schützende Kunststoffhülle. Folie 33 Sommeruniversität Rinteln 2011 5.5 Drehrate Schwieriger wird die Drehratenmessung, wenn man, wie zum Beispiel bei der Inertialnavigation von Flugzeugen und Raumschiffen, keinen Bezugsrahmen nutzen kann. Derartige Drehratensensoren bezeichnet man als Gyroskope (von gr. gyros – Drehung und skopein – sehen). Das erste Gyroskop war das nach dem französischen Physiker Jean-Bernard Léon Foucault benannte Foucaultsche Pendel, mit dem 1851 in einem aufsehenerregenden Versuch die Erdrotation gemessen wurde. Foucaultsches Pendel. Quelle de.academic.ru Folie 34 Sommeruniversität Rinteln 2011 5.5 Drehrate – Mechanische Gyroskope Mechanische Gyroskope basieren auf Corioliskräften. Corioliskräfte sind Scheinkräfte, die in rotierenden Bezugssystemen auftreten. • Die Masse m ist in x- wie in y-Richtung jeweils mit der Federsteifigkeit c aufgehängt. • Zunächst wird die Masse zu Schwingungen in xRichtung angeregt. In y-Richtung tritt keine Schwingung auf. • Wird die Anordnung nun um die z-Achse gedreht, so koppelt Schwingungsenergie in die y-Richtung ein. r Corioliskraft: FC = Vereinfachtes mechanisches Modell einer schwingungsfähig aufgehängten Masse. Quelle: Kemper: Entwicklung eines mikromechanischen Drehratensensors. Folie 35 Die Schwingung in y-Richtung wird gemessen. Sie stellt ein Maß für die Drehrate ω dar. Sommeruniversität Rinteln 2011 5.5 Drehrate – Mechanische Gyroskope In den letzten Jahren wurden mit dem Methoden der Mikromechanik sehr komplexe, schwingende Strukturen entwickelt. Oberflächenmikromechanisches Gyroskop SMG070. Quelle: Bosch AG. Folie 36 Sommeruniversität Rinteln 2011 5.5 Drehrate – Mechanische Gyroskope Um kleine Bauformen zu realisieren, wurden in einigen Fällen mechanische und elektrische Funktionen auf einem Siliziumchip integriert. Chipfoto Gyroskop ADXRS von Analog Devices: Integration von mechanischen und elektrischen Funktionen. Quelle: archives.sensormag.com Folie 37 Sommeruniversität Rinteln 2011 5 Beispiele – Wie misst man die folgenden Größen? 5.6 Magnetische Flussdichte Es existieren mehrere Methoden zur Messung der magnetischen Flussdichte. Am weitesten verbreitet ist wohl die Messung mit sogenannten Hallsonden. Eine Hallsonde besteht aus einem dünnen Plättchen aus Halbleitermaterial. Wirkungsmechanismus: • Konstanter Strom I. • Magnetische Flussdichte B senkrecht zu I. • Lorentzkraft wirkt auf die Ladungsträger. • Hallspannung UH bildet sich aus. Magnetfeldmessung mit Hallsonde Folie 38 UH = Sommeruniversität Rinteln 2011 5.6 Magnetische Flussdichte Da jeder elektrische Strom ein Magnetfeld erzeugt, kann die Magnetfeldmessung zur einfachen Messung eines Stromes mit einer sogenannten Stromzange genutzt werden. Stromzange Quelle: Fluke Corporation Folie 39 Sommeruniversität Rinteln 2011 6 Projekte – Was kann man mit diesem Wissen anfangen? In diesem Kapitel möchte ich einige Projekte vorstellen, die wir (die FH Hannover) mit Firmen bzw. Institutionen aus der Region durchgeführt haben. Gruppenbild des gemeinsamen Projektteams der Firma Electronic Wood Systems (Hameln) und der FH Hannover. Frühjahr 2010 Folie 40 Sommeruniversität Rinteln 2011 6.1 Bewegungs- und Lagealarmsensor LAS400 In Kooperation zwischen der ATS Elektronik GmbH (Wunstorf) und der FHH wurde im Rahmen dieses Projektes eine Zusatzplatine für ein Motorola-Funkgerät entwickelt. Auf dieser Platine ist ein in zwei Raumrichtungen messender Beschleunigungssensor integriert, der die Lage und den Bewegungszustand der das Funkgerät tragenden Person überwacht. Funkgerät und Zusatzplatine. Folie 41 Sommeruniversität Rinteln 2011 6.1 Bewegungs- und Lagealarmsensor LAS400 Aufgabenstellung: Einzelarbeitsplatz-Überwachung für z. B.: • Wachunternehmen • Werkschutz • Forstarbeiter • pflegebedürftige Personen Was soll überwacht werden? • Lage der Person • Bewegungszustand der Person Lösungsansatz: • Verwendung eines 2D-Beschleunigungssensors: zunächst ADXL202, später ADXL320, beide von der Firma Analog Devices • Einbau in ein Funkgerät Folie 42 Sommeruniversität Rinteln 2011 6.1 Bewegungs- und Lagealarmsensor LAS400 Zunächst: Messung der in den verschiedenen Situationen auftretenden Messwerte: Folie 43 Sommeruniversität Rinteln 2011 6.1 Bewegungs- und Lagealarmsensor LAS400 Nächster Schritt: Aufstellung eines Konzeptes zur Bestimmung der erforderlichen Informationen aus den Messwerten: Folie 44 Sommeruniversität Rinteln 2011 6.1 Bewegungs- und Lagealarmsensor LAS400 Weiterer Schritt: Realisierung einer Elektronik, die das Konzept umsetzt: Folie 45 Sommeruniversität Rinteln 2011 6.1 Bewegungs- und Lagealarmsensor LAS400 Ergebnis: • Preiswerte Realisierung • Integration in ein bereits vorhandenes Funkgerät Drei Alarmzustände: • Bewegungsalarm • Lagealarm • kombinierter Bewegungs- und Lagealarm Experiment Folie 46 Sommeruniversität Rinteln 2011 6.2 Messtechnik im Leistungssport eZ430-Chronos mit Programmieradapter und Funkempfänger Quelle: Texas Instruments Folie 47 Im Rahmen eines Semesterprojekts an der FHH wurde im Wintersemester 2010/2011 in Kooperation mit dem Olympiastützpunkt Niedersachsen ein Messsystem entwickelt, dass die beim Kugelstoßen auftretenden Beschleunigungen misst, per Funk an einen PC sendet und dort aus den Beschleunigungsdaten durch Integration die Abstoßgeschwindigkeit der Kugel und den Beschleunigungsweg zur Bewegungsanalyse errechnet. Genutzt wurde hierfür die ez430-Sportuhr von Texas Instruments, die einen 3D-Beschleunigungssensor, einen Drucksensor, einen Temperatursensor und einen vom Anwender programmierbaren Mikrocontroller enthält. Sommeruniversität Rinteln 2011 6.2 Messtechnik im Leistungssport Der Kugelstoßer trägt hierbei die eZ430 am Handgelenk. Die Software der Uhr wartet bis die Kugel ca. 3 s lang ruhig gehalten wird und gibt dann ein akustisches Startsignal. Dies ist erforderlich um einen definierten Anfangspunkt für die Integration der Beschleunigungswerte zu haben. Kugelstoßer beim Test des Beschleunigungsmesssystems im Olympiastützpunkt. Folie 48 Sommeruniversität Rinteln 2011 6.2 Messtechnik im Leistungssport Die Beschleunigungsdaten beim Stoß werden per Funk an einen Computer übertragen und dort von einem hierfür erstellten Programm ausgewertet. Oben: Labviewprogramm zur Auswertung der Beschleunigungsdaten. Rechts: Studenten, Sportler und Industrievertreter beim Systemtest. Folie 49 Experiment Sommeruniversität Rinteln 2011 6.2 Messtechnik im Leistungssport Ergebnis: Dieser Artikel erscheint in der nächsten Ausgabe der FHH-Zeitschrift „Spektrum“ und fasst die Ergebnisse gut zusammen: Messtechnik im Leistungssport Im Rahmen eines Semesterprojekts in der Fakultät 1 wurde im Wintersemester 2010/2011 in Kooperation mit dem Olympiastützpunkt Niedersachsen ein Messsystem entwickelt, dass die beim Kugelstoßen auftretenden Beschleunigungen misst, per Funk an einen PC sendet und dort aus den Beschleunigungsdaten durch Integration die Abstoßgeschwindigkeit der Kugel und den Beschleunigungsweg zur Bewegungsanalyse errechnet. Unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. Stefan Beißner und dem Sportwissenschaftler Dr. Heinz Nowoisky, der schon mit einigen Medaillengewinnern bei olympischen und paralympischen Spielen zusammengearbeitet hat, haben fünf Elektrotechnikstudenten das Messsystem realisiert. Folie 50 Sommeruniversität Rinteln 2011 6.2 Messtechnik im Leistungssport Die Messdatenerfassung basiert auf der eZ340-Chronos-Sportuhr von Texas Instruments (Bild 1). Diese Uhr stellt ein nutzerprogrammierbares Mikrocontrollersystem mit integrierter Sensorik dar, das unter anderem über einen dreidimensionalen Beschleunigungssensor verfügt. Student Oliver Rieger und Stefan Beißner haben die Uhr so programmiert, dass die Beschleunigungsdaten in der benötigten Form aufgenommen und per Funk an einen PC gesendet werden. Die Studenten Rene Farak, Rene Schünemann und Alan Misterek haben mit der grafischen Programmierumgebung Labview ein PC-Programm erstellt, dass die Auswertung und Darstellung der Beschleunigungsdaten übernimmt (Bild 2). Student Charles Tabot-Tabe hat sich um die Erstellung einer Bedienungsanleitung für das Messsystem gekümmert. Das Messsystem wird am Olympiastützpunkt Niedersachsen für biomechanische Bewegungsanalysen bei Kugelstoßern verwendet (Bild 3 und Bild 4). „Diese Form der modernen drahtlosen mehrdimensionalen Datenerfassung ist ein erster und wichtiger Schritt auch für Beschleunigungs- und Kraftmessungen in anderen Sportarten“ sagt Dr. Nowoisky zu der Zusammenarbeit mit der FH Hannover. Weitere gemeinsame Projekte unter Einbeziehung des langjährigen mittelständischen Kooperationspartners ATS Elektronik GmbH, Wunstorf sind in der Planungsphase. Folie 51 Sommeruniversität Rinteln 2011 6.3 Messtechnik in der holzverarbeitenden Industrie In Kooperation mit der Electronic Wood Systems GmbH (Hameln) wurden 2010 zwei Messsysteme für die holzverarbeitende Industrie weiterentwickelt. Es handelt sich um eine Anlage zur Messung der Feuchtigkeit von Holzspänen in der laufenden Produktion sowie um eine Anlage, die größere Lufteinschlüsse (sogenannte Spalter) in Spanplatten während der Herstellung erkennt. Die Lösungen werden mittlerweile in Serie produziert. Technische Details sind vertraulich und können hier nicht besprochen werden. Links: OnlineFeuchtigkeitsmessgerät. Rechts: Spaltererkennungsanlage Quelle: Electronic Wood Systems GmbH Folie 52 Sommeruniversität Rinteln 2011 6.3 Messtechnik in der holzverarbeitenden Industrie Ergebnisse: Der folgende Text für das „Technologietransferforum 2010“ in Stadthagen fasst die Ergebnisse gut zusammen: Messsystem für die Spanplattenindustrie Robustes Messsystem zur Bestimmung der Feuchtigkeit von Holzspänen zur Spanplattenfertigung Projektleitung Hochschule Prof. Dr.-Ing. Stefan Beißner Fachhochschule Hannover In der Spanplattenfertigung müssen Parameter wie die Materialfeuchte, die Plattendicke, das Flächengewicht oder die Freiheit von Lufteinschlüssen von Platten in der laufenden Fertigung überwacht werden, um den Energie- und Rohstoffeinsatz zu minimieren und eine gleich bleibende Qualität des Endproduktes sicherzustellen. Folie 53 Sommeruniversität Rinteln 2011 6.3 Messtechnik in der holzverarbeitenden Industrie Die hierfür verwendeten Messsysteme müssen unter rauen Einsatzbedingungen und zum Teil im Außenbereich unter den verschiedensten klimatischen Bedingungen zuverlässig funktionieren. Im Rahmen einer Kooperation zwischen der Firma Electronic Wood Systems in Hameln und der Fachhochschule Hannover wird ein Messsystem zur Bestimmung der Feuchtigkeit von Holzspänen grundlegend überarbeitet und den gestiegenen Anforderungen der Kunden an Messgenauigkeit und Zuverlässigkeit angepasst. Kooperation Die Electronic Wood Systems GmbH (EWS) mit Sitz in Hameln ist ein weltweit im Bereich der Produktionsüberwachungstechnik für die Holzwerkstoffindustrie tätiges Unternehmen und sieht sich auf diesem Spezialgebiet als Technologieführer. Nach Vermittlung durch Manfred Schweer, beim Produktionstechnischen Zentrum Hannover zuständig für Technologietransfer zwischen Hochschulen und Unternehmen, hat EWS bereits einige Projekte im Bereich der Hard- und Softwareentwicklung erfolgreich mit der FH Hannover durchgeführt. Folie 54 Sommeruniversität Rinteln 2011 6.3 Messtechnik in der holzverarbeitenden Industrie Aufgrund der bisherigen guten Erfahrungen wandte sich EWS im Dezember 2009 über Herrn Schweer mit dem Wunsch nach einer weiteren Entwicklungszusammenarbeit an die FH Hannover. Im Februar 2010 nahm ein Team der FH Hannover bestehend aus den angehenden Ingenieuren Ilhan Tonbil und Andreas Burghardt sowie Prof. Dr.-Ing. Stefan Beißner in enger Zusammenarbeit mit den Entwicklungsingenieuren von EWS die Arbeit an dem Feuchtigkeitsmesssystem auf. Lösung Im ersten Teil der Entwicklungstätigkeiten wurden grundlegende Messungen an Holzproben verschiedener Holzsorten und Feuchtigkeit vorgenommen um festzustellen, in welchem Widerstandsbereich man sich bei den Messungen bewegt. Es zeigte sich, dass die zu messenden Widerstände vom MΩ-Bereich bei feuchtem Holz bis in den TΩ-Bereich bei sehr trockenem Holz reichen. Das zu entwickelnde Messsystem muss somit einen sehr hohen Dynamikbereich von ca. 6 Dekaden abdecken und auch noch in einem sehr hochohmigen Bereich arbeiten. Folie 55 Sommeruniversität Rinteln 2011 6.3 Messtechnik in der holzverarbeitenden Industrie Im zweiten Schritt wurde die Elektronik des bestehenden, zu verbessernden Messsystems analysiert. „Wir haben uns dann entschlossen, schaltungstechnisch einen völlig anderen Weg zu beschreiten, als in dem bestehenden Messsystem, da wir die bestehende Schaltung bezüglich ihrer Leistungsfähigkeit für ausgereizt halten,“ sagt Stefan Beißner von der FH Hannover. Funktionsmuster der neuen Schaltung funktionieren bereits zuverlässig und sollen in den nächsten Monaten zur Serienreife entwickelt werden. Der ständige Austausch von Wissen mit den Hochschulen hat dazu geführt, dass wir Technologieführer auf dem Spezialgebiet geworden sind,“ sagt Matthias Fuchs, Geschäftsführer der Electronic Wood Systems GmbH zu der Zusammenarbeit mit der FH Hannover. Es hat sich bereits eine weitere Kooperation ergeben: Masterstudent Viktor Reich von der FH Hannover arbeitet im Rahmen seiner Masterarbeit an der Weiterentwicklung einer Spalterkennungsanlage für Holzplatten. Folie 56 Sommeruniversität Rinteln 2011 Noch Fragen zur Sensorik oder zum Studium im Allgemeinen? Fragen Sie ruhig: Prof. Dr.-Ing. Stefan Beißner Fachhochschule Hannover / University of Applied Sciences and Arts Fakultät I Elektro- und Informationstechnik Ricklinger Stadtweg 120 D-30459 Hannover Tel. 0511-9296-1252 (Büro) E-mail: [email protected] Folie 57 Sommeruniversität Rinteln 2011
