Die Erfindung betrifft einen Sensor, der Informationen über Strömungszustände in analoge elektrische Signale umformen und per Radiowellen an eine Basisstation senden kann. Dabei bewirkt eine fluidische Beaufschlagung die Auslenkung einer haarförmigen Faser, die an ihrer Basis mit einer flexiblen Membran verbunden ist. Die Verformung der Membran ist mit handelsüblichen Dehnungsmessstreifen informationstechnisch auswertbar. Das analoge Messsignal ist mit RFID-Technik informationstechnisch portierbar. Mehrere Sensoren sind zu einer Schar formierbar
Inhaltsverzeichnis
Technische Beschreibung
Stand der Wissenschaft und Technik
Problembeschreibung
Problemlösung
Erreichbare Vorteile
Aufbau und Wirkungsweise
Schutzansprüche
Zielsetzung & Themen
Die vorliegende Arbeit stellt die Entwicklung eines bionisch inspirierten, haarförmigen Sensorsystems vor, das zur präzisen Erfassung von Strömungszuständen in Fluiden dient. Das Hauptziel besteht darin, ein autonomes und miniaturisiertes Sensorsystem zu schaffen, welches mittels RFID-Technik eine kontaktlose Datenübertragung ermöglicht und somit die bei konventionellen Systemen notwendige Verkabelung sowie externe Energieversorgung minimiert.
- Bionische Analyse von Vibrissen bei Meeressäugern
- Integration von Dehnungsmessstreifen (DMS) in ein miniaturisiertes Gehäuse
- Einsatz von RFID-Technik zur drahtlosen Signalübertragung und Energieversorgung
- Anwendung des Sensorsystems zur Strömungsanalyse an Rennyachten
- Konstruktiver Aufbau des Sensors und Funktionsweise der Signalumwandlung
Auszug aus dem Buch
Aufbau und Wirkungsweise
Der haarförmiger Sensor für bewegte Fluide bildet mit einem RFID- Chip nach Stand der Technik eine organisatorische Einheit. Der bauliche Zusammenhang von Sensor und Chip ist von der Art der verwendeten RFID- Technik nach Stand der Technik abhängig.
In Figur 2 ist schematisch der haarförmige Sensor dargestellt; Figur 1 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt (der Basis) des haarförmige Sensors in einer schematischen Darstellung. Der ringförmige Träger R und die membranförmige Biegeplatte F bilden eine stoffschlüssige Einheit. Das Sensorhaar H und der rotationssymmetrische Biegehebel W sind durch Klebung stoffschlüssig gefügt. Biegehebel W und Biegeplatte F sind formschlüssig gefügt (und können in der Serienherstellung auch als Einheit gefertigt werden). Die membranförmige Biegeplatte F trägt die Dehnungsmessstreifen DMS; diese werden üblicherweise durch Klebung aufgebracht. Träger R ist über die Klebung K mit dem RFID- Chip (schraffiert in Figur 1 ) verbunden. Eine hochelastische Haube S aus handelsüblichem Silikon schützt das Sensorsystem gegenüber dem Fluid. Figur 3 zeigt in einer Draufsicht schematisch eine Anordnung von Sensor und RFID- System in einer organisatorischen Einheit.
Zusammenfassung der Kapitel
Technische Beschreibung: Einführung in die Erfindung und die grundlegende Funktionsweise der Signalerfassung und Übermittlung per Radiowellen.
Stand der Wissenschaft und Technik: Analyse biologischer Vorbilder sowie bestehender technischer Lösungen in der Sensorik, DMS-Technik und RFID-Kommunikation.
Problembeschreibung: Erläuterung der Defizite bisheriger Strömungsmesssysteme, insbesondere hinsichtlich des Bauvolumens und der Verkabelung bei der Nutzung an Rennyachten.
Problemlösung: Darstellung des Lösungsansatzes, bei dem ein miniaturisierter Sensor auf RFID-Technik basiert, um dezentrale Energieversorgung zu ermöglichen.
Erreichbare Vorteile: Zusammenfassung der Vorteile bezüglich Kosten, Autonomie des Systems und der Flexibilität in der Anordnung auf Strömungskörpern.
Aufbau und Wirkungsweise: Detaillierte technische Beschreibung der Komponentenanordnung und der physikalischen Funktionsweise des Sensoraufbaus.
Schutzansprüche: Auflistung der patentrechtlich geschützten Merkmale des vorgestellten Sensorsystems.
Schlüsselwörter
Bionik, Strömungssensor, RFID-Technik, Vibrissen, Dehnungsmessstreifen, DMS, Sensorik, Fluidmechanik, Rennyachten, autonome Systeme, Miniaturisierung, Messtechnik, Signalübertragung, Schwingkreis, Konstrutkionslösung
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit behandelt die Entwicklung eines innovativen, haarförmigen Sensors zur Messung von Strömungszuständen, der bionischen Prinzipien folgt und RFID-Technik nutzt.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die Schwerpunkte liegen in der Bionik, der Strömungsmesstechnik, der Integration von Dehnungsmessstreifen sowie der Implementierung von RFID-Systemen für autonome Sensoren.
Was ist das primäre Ziel der Entwicklung?
Das Ziel ist die Schaffung eines kompakten, kabellosen und kostengünstigen Sensorsystems, das die Beeinflussung der Strömung durch das Messgerät selbst minimiert.
Welche wissenschaftliche Methode wurde verwendet?
Es wurde eine konstruktive Entwicklungsmethode gewählt, die biologische Strömungswahrnehmung (Vibrissen) auf technische Systeme überträgt und durch Patentrecherchen validiert.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in eine Analyse der Problemstellung bei Strömungsmessungen, die technische Konzeption des Sensors und die detaillierte Beschreibung seines Aufbaus und seiner Wirkweise.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die wichtigsten Begriffe sind Bionik, RFID-Technik, Strömungssensor, Dehnungsmessstreifen (DMS) und Autonomie.
Wie schützt die elastische Silikonhaube das System?
Die Haube S dient als Schutzbarriere, um die empfindlichen elektronischen und mechanischen Komponenten des Sensors vor dem umgebenden Fluid zu isolieren.
Warum wird RFID anstelle von kabelgebundenen Systemen verwendet?
RFID ermöglicht die Energieversorgung und Datenübertragung ohne Kabel, was das Bauvolumen reduziert und somit die natürliche Strömung weniger stört als herkömmliche Sensoren.
- Arbeit zitieren
- Dipl.-Ing. Michael Dienst (Autor:in), 2012, Transactions in Bionic Patents - Haarförmiger Sensor für bewegte Fluide zum Betrieb mit RFID-Technik, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/204927
