Universität Bielefeld - Technische Fakultät - Neuroinformatik



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Die dynamischen Sensoren

 

Um typische Greifreflexe zu simulieren, wie beispielsweise eine schnelle Ausgleichsbewegung, wenn ein gehaltener Gegenstand zu entgleiten droht, kann ein Foliensensor aus   Polyvinylidenfluorid (PVDF) eingesetzt werden. Dieses Material ist piezoelektrisch und pyroelektrisch, dabei aber im Gegensatz zu traditionellen Quarz- und Keramik-Piezoelektrika flexibel und sehr widerstandsfähig. Die wichtigsten Eigenschaften der Folie sind (siehe [AMP93]):

Großer Frequenzbereich:
Die Folie arbeitet im Bereich von Hz bis Hz.
Hohe Dynamik:
Für den mechanischen Druck beträgt der Arbeitsbereich bar bis bar.
Geringe akustische Impedanz:
Diese Eigenschaft erleichtert die Ankopplung an andere Systeme, wie Wasser oder   Membranen. Sie hängt mit der hohen Elastizität des PVDF-Polymers zusammen.
Hohe Spannungsantwort auf Verformungen:
Im Vergleich zu keramischen Materialien etwa zehnmal höhere Spannungen bei derselben Krafteinwirkung.
Einfache Verarbeitung:
Die Folie kann geschnitten und mit handelsüblichen Klebern montiert werden.

Meist wird die Folie auf etwa 30m dünn ausgewalzt und an Vorder- und Rückseite mit Elektroden bedampft oder bedruckt. An den Elektroden sammeln sich die durch den piezoelektrischen Effekt getrennten Ladungsträger, die dann mit einem geeigneten Verstärker detektiert werden. Umgekehrt kann ein Verstärker Ladungen auf die Folie bringen und damit eine Dehnung oder Stauchung produzieren.

Je nach Beschaltung kann die Folie also als Sensor oder als Aktor verwendet werden. Eine wichtige industrielle Anwendung sind beispielsweise Ultraschallsender. Bei der Verwendung als Sensor kann durch unterschiedliche Beschaltung Temperatur- oder Druckmessung betrieben werden. Im folgenden wird ein Foliensensor vorgestellt, der als   Gleit-Detektor in der Fingerkuppe verwendet werden soll. Dazu muß der Sensor im Bereich Hz bis Hz empfindlich sein, da in diesem Bereich die Eigenschwingung der Noppen auf der Gummihülle der Fingerkuppe liegen (siehe Kapitel 1).





Markus Jankowski Jan Jockusch Lars Jansen Michael Jandrey Marjan Tomas , 1996-Dec-06