Projektarbeit Magnetische Sensoren Was ist ein Sensor Definition

Projektarbeit Magnetische Sensoren § Was ist ein Sensor Definition & Einige Begriffe §Andere Beispielen Applikationen Medizin Automobil § Magnetische Sensoren §Mikromagnetische Werkstoffprüfung Einleitung Kalibrierung Mikro-Mach Prüfgerät Sensorbauform Software Mai 2007 / Sensorik und Aktorik Blatt 1. 1 1

Was ist ein Sensor Ein Sensor (lateinisch sensus: „Gefühl“) oder Mess-Fühler ist in der Technik ein Bauteil. Neben bestimmten physikalische oder chemische Eigenschaften (z. B. : Wärmestrahlung, Schall, Helligkeit, Temperatur, Feuchtigkeit, Druck, Magnetismus) kann ein Sensor auch stoffliche Beschaffenheit seiner Umgebung qualitativ oder als Messgröße qualitativ erfassen. Mit der Sensorik bezeichnet man die Menge der Sensoren einer Steuerung, einer Messanlage oder eines Regelkreis. Mai 2007 / Sensorik und Aktorik Blatt 1. 2 2

Magnetische Sensoren Der Einsatzbereicht von der primären Messung magnetischer Felder, wie z. B. im Biomagnetismus (Magnetokardiografie, Magnetoenzephalografie etc. ) in der Geophysik (z. B Magnetotellurik), über die Messung geometrischer Größen, wie die Längen, Positionen, Winkel und Drehzahlen, bis zur Auslese magnetischer Speicher. Welcher Sensor für eine konkrete Anwendung einzusetzen ist, hängt von vielen Faktoren, wie Signalamplitude, Messbandbreite, Dynamikbereich, Größe und kosten, ab. Mai 2007 / Sensorik und Aktorik Blatt 1. 3 3

Mikromagnetische Werkstoffprüfung Mikromagnetismus Wechselspannung - periodische Ummagnetisierung - Aufnahme des auftretenden Magnetfeldes an der Probenoberfläche mit einem Sensorelement magnetische Hysterese Sensorelement mikromagnetische Effekte Leitfähigkeit, Permeabilität Komponente Mai 2007 / Sensorik und Aktorik Blatt 1. 4 4

Einleitung Interaktion mit Blochwänden Mikrostruktur B Remanenzflussdichte -HC Interaktion Neukurve Br Hysterese HC Magnetisierung -Br Mikromagnetische Eigenschaften Mai 2007 / Sensorik und Aktorik mit Versetzungen Abhängigkeit Blatt 1. 5 Ht Koerzitivfeldstärke mechanische Beanspruchung Mechanische Eigenschaften 5

Einleitung Magnetische Hysterese Barkhausenrauschen Überlagerungspermeabilität Oberwellenanalyse Wirbelstrom-Impedanzanalys Mai 2007 / Sensorik und Aktorik Blatt 1. 6 6

Kalibrierung Regressionsanalyse Mustererkennung Datenbank: Zuordnung Prüfgrößen Zielgrößen Prüfgrößen beschreiben die Messkurven Ergebnis Messen (Anwendung der Kalibrierung) Messkurven beschreiben magnetische Eigenschaften Messung erfasst Messkurven aller Verfahren Mai 2007 / Sensorik und Aktorik Kalibrieren (nur 1 x pro Anwendungsfall) Blatt 1. 7 7

Kalibrierung Zweck der Kalibrierung Auswahl relevanter Prüfgrößen Bestimmung des Zusammenhangs zwischen Prüf- und Zielgrößen Unterdrückung von Störeinflüssen durch Kombination mehrerer Prüfgrößen Mögliche Zielgrößen Härte Eht, Rht, Nht Eigenspannungen Streckgrenze Werkstoff Mai 2007 / Sensorik und Aktorik Blatt 1. 8 8

Messtechnik Mikro. Mach-Prüfgerät Netzteilbuchse USB-Buchse Elektronik Elektromagnet Sensorelement, gefedert Mai 2007 / Sensorik und Aktorik Blatt 1. 9 9

Sensorbauformen Sensorfertigung nach Maß Mai 2007 / Sensorik und Aktorik Blatt 1. 10 10

Software Modulare Bedienersoftware MMS Expertenebene ü ü Leicht zu erlernen Deutsch / Englisch Passwortschutz Viele Zusatzmodule verügbar Anwenderebene Mai 2007 / Sensorik und Aktorik Blatt 1. 11 11

Magnetische Streuflussprüfung Funktionsprinzip magnetisiertes Bauteil Störung des Magnetfeldverlaufes durch Fehler Streufeld Basis bisheriger und neuer Verfahren Magnetpulverprüfung Streufeld Kräfte auf Partikel im Prüfmittel Partikelansammlung am Fehler Nachweis optisch (Fluoreszenz bei UV-Beleuchtung) abschließende Reinigung erforderlich Automatisierung bei vielen Geometrien schwierig Mai 2007 / Sensorik und Aktorik Streuflussprüfung Streufeld messbar mittels GMR -Sensoren Abscannen der Bauteiloberfläche Sensorarrays autom. Fehlererkennung Dokumentation Beschleunigung Personalkosten-Einsparung Sauberkeit Blatt 1. 12 12

Magnetische Streuflussprüfung Simulation von Streufluss-Signalen simuliert Situation: Hersetellung realistischer Testfehler schwierig gemessen (Darstellung absichtlich verschoben) Beispiel: Riss von 1 µm Breite und 1 mm Tiefe FEM-Simulation Feld v in di erlauf e simu sem Aus schn liert itt Fehle rm und M odell a Verte gnetfeldilung Mai 2007 / Sensorik und Aktorik Blatt 1. 13 13

Erkennbarkeit von Fehlern Magnetfeld über Riss in ebener Oberfläche… Überdeckung sowie Risstiefe 1 cm …und bei 1 cm Sensor Riss Bauteil Riss Mai 2007 / Sensorik und Aktorik Blatt 1. 14 14

Fehleranzeigen Radialfehler in einem Bauteil nach induktivem Härten optisch Streufluss-Scan Mai 2007 / Sensorik und Aktorik Blatt 1. 15 15

overlapping tracks calibration “on the fly” Rotating Sensor Array simple image reconstruction by vector mapping into Cartesian system Mai 2007 / Sensorik und Aktorik § Vorteile § § § sehr schnell bildgebend hohe Messgenauigkeit Magnetische Abbildung eines Ausschnittes des IZFP§ preisgünstiger als Experimentierhallenbodens mit zwei Prüfobjekten große Sensorzeilen (Stahl-Stäben) Blatt 1. 16 16

Beispiel: Flux Leakage Inspection -- Sensors Flußdurchsickernkontrolle GMR sensor Mai 2007 / Sensorik und Aktorik sensor array Blatt 1. 17 17

Fehleranzeigen Streuflussmessung an Stahlblech mittels GMR-Sensorarray GMR-Differenzsensor Rissanzeige Mai 2007 / Sensorik und Aktorik Blatt 1. 18 18

Andere Beispiele Applikationen Medizin Tomographie Layout eines GMR- Feldsensors Mai 2007 / Sensorik und Aktorik Blatt 1. 19 19

AMR- Sensor zur Pedalmessung einer Kfz- Bremse Mai 2007 / Sensorik und Aktorik Blatt 1. 20 20

Literatur Fraunhofer Institut in Saarbrücken http: //www. google. de http: //www. springer. com http: //www. ultrasonic. de/ http: //www. emg. tu-bs. de/forsch/mag_sens/ms_squids http: //www. sensorik-messtechnik-technologie. de Mai 2007 / Sensorik und Aktorik Blatt 1. 21 21

Danke für Ihre Aufmerksamkeit Mai 2007 / Sensorik und Aktorik Blatt 1. 22 22