{"id":1628,"date":"2011-01-04T17:12:05","date_gmt":"2011-01-04T15:12:05","guid":{"rendered":"http:\/\/www.foerderverein-technische-fakultaet.at\/?p=1628"},"modified":"2013-04-24T22:33:16","modified_gmt":"2013-04-24T20:33:16","slug":"kalibrierung-eines-referenzsensors-zur-ortsabhangigen-erfassung-inhomogener-magnetfelder","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.ftf.or.at\/?p=1628","title":{"rendered":"Kalibrierung eines Referenzsensors zur ortsabh\u00e4ngigen Erfassung inhomogener Magnetfelder"},"content":{"rendered":"

\"\"<\/a>\u2026 ist der Titel der besten Diplom- bzw. Magisterarbeiten aller Studien der Technischen Fakult\u00e4t an der Universit\u00e4t Klagenfurt<\/strong> und wurde vom F\u00f6rderverein Technische Fakult\u00e4t mit EUR 1500,\u2013 ausgezeichnet<\/strong>. Der Autor und Preistr\u00e4ger, Herr Dipl.-Ing. Hendrik Husstedt<\/strong>, ist nun Mitarbeiter am Institut f\u00fcr Intelligente System-technologien in der Forschungsgruppe \u201cAngewandte Mechatronik\u201c, und arbeitet dort als wissenschaftlicher Mitarbeiter unter anderem an seiner Dissertation. Der Preis wurde im Rahmen der Er\u00f6ffnung des akademischen Jahres 2011\/2012 \u00fcbergeben und wir m\u00f6chten seine Diplomarbeit kurz vorstellen.<\/p>\n

Kurzfassung<\/strong>:
\nIn der Diplomarbeit werden Verfahren entwickelt, um die Pr\u00fcfgenauigkeit von magnetischen Drehzahlsensoren zu verbessern. Die zu pr\u00fcfenden Sensoren werden im Automobil eingesetzt und entstammen der neusten Generation von Drehzahlsensoren auf Basis des GMR -Effekts (GMR=Giant magnetoresistance). Die Ergebnisse der Arbeit tragen dazu bei, die Genauigkeit dieser Sensoren zu erh\u00f6hen und deren Herstellungskosten zu senken. In der Folge liefert die Arbeit einen Beitrag f\u00fcr die Verbesserung von Sicherheitssystemen, wie Antiblockiersystem (ABS) und Elektronisches Stabilit\u00e4tsprogramm (ESP), und f\u00fcr die Senkung des Spritverbrauchs im Automobil.<\/p>\n

Moderne Automobile besitzen eine Vielzahl von Sensoren, deren Anzahl zuk\u00fcnftig noch weiter steigen wird. In der Automobilindustrie werden im Wesentlichen zwischen Sensoren f\u00fcr die drei Bereiche Antriebsstrang, Sicherheit und Komfort unterschieden. Sowohl im Antriebsstrang als auch im Sicherheitsbereich kommen Drehzahlsensoren zum Einsatz. Diese Sensoren messen die Drehgeschwindigkeit zum Beispiel von Nocken- oder Kurbelwelle und liefern damit wichtige Informationen f\u00fcr die Motorsteuerung und f\u00fcr Sicherheitssysteme, wie ABS und ESP. Beispielsweise sind Drezahlsensoren bei der Motorsteuerung unerl\u00e4sslich, um den optimalen Z\u00fcndzeitpunkt zu bestimmen und die Realisierung Energie effizienter Motoren zu erm\u00f6glichen.<\/p>\n

Die Anforderungen an Sensoren im Automobilbereich sind \u00e4hnlich hoch, wie in der Luft- und Raumfahrt. Die wesentlichen Forderungen sind hohe Zuverl\u00e4ssigkeit, geringe Kosten, hohe Genauigkeit, kleine Bauweise und ein gro\u00dfer Betriebsbereich. Unter diesen Forderungen haben sich im Bereich der Drehzahlsensoren ber\u00fchrungslose, integrierte, magnetische Sensoren etabliert. Die integrierte Bauweise erlaubt eine preisg\u00fcnstige Herstellung und kleine Abmessungen von wenigen Millimetern. Das ber\u00fchrungslose Messverfahren verhindert nahezu jeglichen mechanischen Verschlei\u00df durch Reibung. Au\u00dferdem sind die magnetischen Messungen robust gegen\u00fcber Verschmutzungen, Vibrationen, Feuchtigkeit und Temperatur\u00e4nderungen. Dadurch werden eine hohe Zuverl\u00e4ssigkeit und eine lange Lebensdauer erm\u00f6glicht.<\/p>\n

Die ersten magnetischen Drehzahlsensoren beruhten auf einem nicht integrierten, induktiven Messprinzip. Heute kommen zum gr\u00f6\u00dften Teil Sensoren mit integrierten Hallsonden zum Einsatz und die neuste Generation von Drehzahlsensoren ist auf Basis des GMR-Effekts realisiert. Durch den Einsatz des GMR-Effekts kann die Genauigkeit gegen\u00fcber Sensoren mit Hallsonden bis zu einem Faktor von zehn erh\u00f6ht werden. Um die hohe Genauigkeit zu erzielen und eine hohe Zuverl\u00e4ssigkeit zu garantieren, muss jeder Sensor am Ende der Produktion einen Abschlusstest durchlaufen. In diesem Test wird die komplette Funktionalit\u00e4t des Sensors in einem Temperaturbereich von ?40\u00b0C bis +180\u00b0C getestet. Dieser Test entscheidet, ob ein Sensor ausgeliefert oder aussortiert wird. Zudem werden Kalibrierungsparameter gemessen und im Sensor gespeichert. Nur mit diesen Parametern kann eine hohe Genauigkeit erreicht werden.<\/p>\n

Der Abschlusstest wird mit einem speziell entwickelten Magnetkern, der das Magnetfeld aus der Applikation nachbildet, realisiert. In der Produktion wird jeder einzelne Sensor \u00fcber dem Magnetkern genau positioniert und der Kern generiert an der Stelle des Sensors das gew\u00fcnschte Magnetfeld. Die Pr\u00e4zision des Testfeldes ist f\u00fcr die Genauigkeit und Kosten der Drehzahlsensoren von entschiedener Bedeutung. Je genauer das Testfeld ist, umso genauer k\u00f6nnen die Sensoren kalibriert werden. Die finanzielle Bedeutung der Pr\u00fcfgenauigkeit liegt in der Ausbeute. Darf ein Parameter beispielsweise um \u00b15% schwanken und der Parameter kann nur auf \u00b13% genau getestet werden, m\u00fcssen alle Sensoren, die eine Abweichung \u00fcber \u00b12% aufweisen, aussortiert werden. Bei der hohen St\u00fcckzahl von Sensoren bringen Erh\u00f6hungen der Ausbeute im Prozentbereich gro\u00dfe finanzielle Einsparungen.<\/p>\n

Um eine Aussage \u00fcber die Genauigkeit des Magnetkerns treffen zu k\u00f6nnen, muss der Bereich, an dem die zu testenden Sensoren positioniert werden, magnetisch untersucht werden. Daf\u00fcr stehen ein magnetischer Referenzsensor und eine Lasersensor in Kombination mit einer dreidimensionalen Verfahreinheit (xyz-Tisch) zur Verf\u00fcgung. Mit dem Lasersensor soll die Position, an der sich die zu testenden Sensoren befinden, ermittelt werden und mit dem Referenzsensor soll in diesem Bereich das Magnetfeld analysiert werden. Da der Magnetkern stark inhomogene Felder erzeugt, f\u00fchren kleine Positionsabweichungen und Ausrichtungsfehler zu gro\u00dfen Messfehlern. Deshalb liegt die Hauptaufgabe und der Schwerpunkt der Diplomarbeit in der Bestimmung der Ausrichtung und Position des magnetischen Referenzsensors im Messaufbau. Nur mit einem genau kalibrierten Referenzsensor kann das Feld des Magnetkerns untersucht werden.<\/p>\n

F\u00fcr die magnetischen Messungen werden Hallsonden und GMR-Sensoren eingesetzt und die zugrunde liegenden Messverfahren theoretisch erl\u00e4utert. Der verwendete Referenzsensor besitzt 15 Hallsonden und 5 GMR-Sensoren auf einem Siliziumchip. Diese Anzahl von Sensorelementen wird in Kombination mit speziellen Referenzk\u00f6rpern ausgenutzt, um die genaue Ausrichtung des Referenzsensors zu bestimmen. Des Weiteren werden die Referenzk\u00f6rper zur genauen Positionsbestimmung des magnetischen Sensors herangezogen. Sowohl die Messalgorithmen als auch die ben\u00f6tigten Referenzk\u00f6rper werden im Rahmen der Diplomarbeit entwickelt. Dies beinhaltet Simulationen mit Hilfe der Finiten-Elemente-Methode, die externe Fertigung und Messungen am realen Aufbau. Mit den praktischen Ergebnissen wird die Genauigkeit der magnetischen Messalgorithmen abgesch\u00e4tzt. Im letzten Teil der Arbeit wird auf die geometrische Messung mit Hilfe eines Triangulationslasers eingegangen. Dabei wird das Messverfahren erl\u00e4utert und Messprobleme in der Praxis erkl\u00e4rt. Eine Schwierigkeit besteht in der exakten Ausrichtung des optischen Sensors im Messaufbau. In diesem Zusammenhang werden die entstehenden Verzerrungen analytisch hergeleitet und eine M\u00f6glichkeit zur Messung der Neigung pr\u00e4sentiert.<\/p>\n

zp8497586rq<\/div>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

\u2026 ist der Titel der besten Diplom- bzw. Magisterarbeiten aller Studien der Technischen Fakult\u00e4t an der Universit\u00e4t Klagenfurt und wurde vom F\u00f6rderverein Technische Fakult\u00e4t mit EUR 1500,\u2013 ausgezeichnet. Der Autor und Preistr\u00e4ger, Herr Dipl.-Ing. Hendrik Husstedt, ist nun Mitarbeiter am … Continue reading →<\/span><\/a><\/p>\n","protected":false},"author":3,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"sfsi_plus_gutenberg_text_before_share":"","sfsi_plus_gutenberg_show_text_before_share":"","sfsi_plus_gutenberg_icon_type":"","sfsi_plus_gutenberg_icon_alignemt":"","sfsi_plus_gutenburg_max_per_row":"","footnotes":""},"categories":[12],"tags":[20],"class_list":["post-1628","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-news","tag-forderpreis-tewi"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.ftf.or.at\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/1628","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.ftf.or.at\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.ftf.or.at\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.ftf.or.at\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/users\/3"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.ftf.or.at\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fcomments&post=1628"}],"version-history":[{"count":18,"href":"https:\/\/www.ftf.or.at\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/1628\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":4089,"href":"https:\/\/www.ftf.or.at\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/1628\/revisions\/4089"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.ftf.or.at\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fmedia&parent=1628"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.ftf.or.at\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fcategories&post=1628"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.ftf.or.at\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Ftags&post=1628"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}