AMA Innovationspreis 2020
Fünf Arbeiten in der Endrunde
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Senis: Magnetischer Winkelsensor FAMAS
Der Name steht für »Fast Magnetic Angle Sensor«. Hinter der Entwicklung steht Prof. Dr. Radivoje S. Popovic von der Schweizer Firma Senis. Der Sensor misst den Drehwinkel eines Magnetfeldes in der Ebene – etwa von einem Permanentmagneten, der an einer rotierenden Achse befestigt ist (Bild 1). Die Besonderheit: Er arbeitet sehr viel schneller und genauer als herkömmliche Ausführungen und ist dabei noch kostengünstiger. Das bahnbrechende neue Prinzip beruht auf einer Regelschleife, die mit einer Latenzzeit von weniger als 0,6 µs auf Änderungen des äußeren Magnetfeldes reagiert. So sind Drehzahlen bis fast 400.000 Upm erfassbar – bei einer Winkelauflösung von unter 0,1 °. Kern des Sensors sind zwei vertikal stehende Hallelemente, empfindlich für Magnetfelder parallel zur Chipebene. Sie sind im Winkel von 90 ° zueinander angeordnet. Jedes erhält seinen Betriebsstrom aus einer spannungsgesteuerten Stromquelle. Durch Verändern der beiden Ströme lässt sich die Richtung der Gesamtempfindlichkeit in der Ebene beliebig drehen.
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Die erzeugten Hallspannungen sind proportional zum Skalarprodukt von Betriebsstrom und magnetischer Flussdichte, also dem Produkt der beiden Absolutbeträge mal dem Cosinus des Winkels zwischen Flussrichtung und Empfindlichkeitsrichtung des Hallelements. Die beiden Hallsignale werden addiert. Der Regelkreis stellt jetzt die beiden Betriebsströme so ein, dass die Summe beider Hallspannungen zu Null wird. In diesem Fall steht die Richtung des äußeren Magnetfeldes rechtwinklig zur Richtung des Empfindlichkeitsvektors des Sensors. Aus den beiden Strömen wird die Winkelinformation berechnet und einem Aufwärts-/Abwärtszähler zugeleitet, der jeder Winkeländerung des äußeren Magnetfeldes folgt. Dabei sind keine komplexen mathematischen Operationen erforderlich, sondern es genügt immer nur ein einzelner Schritt (entweder vorwärts oder rückwärts), um dem gemessenen Winkel zu folgen. Dadurch ist die Latenzzeit extrem kurz.
Die gesamte Signalverarbeitung einschließlich Temperatur- und Offsetkompensation und Kalibration befindet sich auf dem Chip (Standard-CMOS). Die Ausgangssignale (absoluter Drehwinkel, Drehrichtung, inkrementale Drehgeschwindigkeit) werden digital bereitgestellt zur leichten Weiterverarbeitung. Die Baugröße beträgt lediglich 5,00 x 5,00 x 1,25 mm3. Mögliche Anwendungen liegen bei Kraftfahrzeugen und Maschinen aller Art.
- Fünf Arbeiten in der Endrunde
- Senis: Magnetischer Winkelsensor FAMAS
- Micro Resonant: Sensor für Ölüberwachung
- Sensirion: Photoakustischer CO2-Sensor
- Fraunhofer IPA: Thoraxmonitor zur Atmungsüberwachung
- Endress + Hauser Flow: Ultraschall-Durchflusssensor mit Gasanalysefunktion
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