Kontaktloser Magnetfeldsensor

Drahtlose Sensoren werden in zahlreichen technischen Anwendungen benötigt, wo Kabelverbindungen nicht möglich oder unerwünscht sind. Akustische Oberflächenwellen- (SAW) Elemente erlauben in Kombination mit einem Magnetfeldsensor passiven Betrieb sowie drahtlose Signalübertragung und sind wartungsfrei. Sie sind klein, robust und halten extremen Umweltbedingungen stand. SAW Elemente werden in nur einem lithographischen Prozeß (Al sputtern und ätzen) gefertigt. Das Meßsystem besteht aus einem SAW-Element kombiniert mit einem Giant-magnetoimpedance (GMI) Sensor (Draht- oder Dünnschichtelement), einer Abfrage-Einheit (Sender/Empfänger) und einer Auswerte-Einheit. Ein Hochfrequenz-Wellenpaket wird von der Abfrage-Einheit ausgesendet und von der Antenne des SAW-Elements empfangen. Der Interdigital-Transducer des SAW Elements konvertiert das Wellenpaket in eine akustische Oberflächenwelle. Diese erreicht die Reflektoren (wobei einer mit dem GMI-Sensor abgeschlossen ist), die in bestimmten Abständen angeordnet sind und die Welle zurück zur Antenne reflektieren. Die Abfrage-Einheit empfängt die über die Antenne abgestrahlte Puls-Kette und in der Auswerte-Einheit wird die magnetfeldabhängige Information von den Reflektoren verarbeitet. Dabei hat sich das 434 MHz Frequenzband wegen der verfügbaren elektronischen Komponenten bewährt. Zufolge GMI-Effekt ändert sich die Impedanz von dünnen Drähten oder Schichten in Abhängigkeit von einem außen angelegten Magnetfeld. Die technologischen Probleme der Verbindung eines dünnen, amorphen Drahtes mit elektronischen Schaltungen wurden durch Laser-Mikroschweißen gelöst. Ferner wurden erfolgreich Dreilagen- Strukturen in Dünnschichttechnik hergestellt und für die Anwendbarkeit in GMI-Sensoren untersucht. Ein wesentliches Ergebnis des Projekts könnte eine innovative, zerstörungsfreie Methode zur Überwachung ferromagnetischer Konstruktionen sein. Der passive Sensor-Chip wird in unmittelbarer Nähe von Eisenteilen angeordnet, beispielsweise Armierungsstahl in Beton, und wird durch ein Hochfrequenzsignal abgefragt. Dadurch können Veränderungen des magnetischen Streufeldes durch Oxidation oder Materialermüdung verfolgt werden. Eine Gefährdung durch den Einsturz von Gebäuden, Brücken, etc., könnte so durch rechtzeitige Vorwarnung vermieden werden.