Ersatz von Mechanik erfordert konstruktives Umdenken
X-by-Wire: Sensorik auf dem Vormarsch
Fortsetzung des Artikels von Teil 2
GMR-Effekt für Multiturns, Hall-Sensoren und Potentiometer auf Leitplastikbasis
Der GMR-Effekt für Multiturns
Der GMR-Effekt (Giant Magneto Resistance) ist ein quantenmechanisches Phänomen, das in dünnen Filmstrukturen aus ferromagnetischen und nicht-ferromagnetischen Schichten beobachtet wird: Hat man einen solchen heterogenen Aufbau aus zwei magnetischen Schichten (Sensor- und Referenzschicht), die durch eine nur wenige Atomlagen dicke, nicht-magnetische Schicht getrennt sind, beziehen die magnetischen Momente der beiden Schichten zueinander Stellung, sobald sie einem externen Magnetfeld ausgesetzt sind. Die Referenzschichtorientierung wird - z.B. durch einen künstlichen Antiferromagneten (AAF) - festgehalten. Dadurch richtet sich die Sensorschicht entweder parallel oder antiparallel dazu aus. Der elektrische Widerstand ändert sich dramatisch, wenn die magnetischen Momente in diesem »Sandwich« umklappen. Stehen sie parallel zueinander, sinkt der Widerstand auf den Minimalwert, bei antiparalleler Ausrichtung erreicht er sein Maximum. Der Magnetisierungszustand einer solchen Struktur lässt sich also leicht durch eine ohmsche Messung bestimmen.
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Hall-Sensoren
Wird ein Hall-Element von einem Strom durchflossen, so liefert es eine Spannung quer zum Stromfluss, wenn ein Magnetfeld senkrecht zu beiden einwirkt. Weil diese Spannung proportional zur magnetischen Feldstärke verläuft, lässt sich durch Anbringen eines Positionsmagneten auf einer drehbaren Welle einfach eine berührungslose Winkelmessung realisieren. Durch Kombination mehrerer Sensorelemente und Integration der kompletten Signalverarbeitung in wenigen Bauelementen sind komplexe Systeme auf kleinstem Bauraum möglich. Die Systeme sind weitgehend alterungsunempfindlich und unabhängig von Feldstärkenschwankungen der Gebermagnete. Sowohl kontaktlose, wellengeführte als auch berührungslose Systeme ohne mechanische Wellenanbindung ermöglichen die Messung bis zu vollen 360° oder gar über mehrere Umdrehungen.
Potentiometer auf Leitplastikbasis
Kernstück eines potentiometrischen Sensors ist das Schicht-/Schleifersystem bestehend aus einem siebgedruckten Widerstand und einem beweglichen Schleifkontakt. Ein Vorteil dieses Systems ist der einfache Aufbau ohne komplizierte Elektronik, was das Sensorsystem preiswert und leicht anwendbar macht. Die Auflösung ist nur begrenzt durch die nachgeschaltete Elektronik, 16 Bit sind erreichbar.
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