24.10.2019

Mit dem Biegebalken zur genaueren Frequenzmessung

Kiel – Wissenschaftler aus dem Sonderforschungsbereich „Magnetoelectric Sensors“ der Christian-Albrechts-Universität Kiel (CAU) haben ein neues Sensorkonzept entwickelt, um niedrige Frequenzen von Herz- und Hirnströmen zu messen. Das teilt die CAU mit. Es handelt sich dabei um ein gemeinsames Forschungsprojekt von Prof. Rainer Adelung, Arbeitsgruppe Funktionale Nanomaterialien, und Prof. Franz Faupel, Arbeitsgruppe für Materialverbunde.

Mit dem Biegebalken zur genaueren FrequenzmessungEntscheidend sind sogenannte Biegebalken-Sensoren. Sie bestehen aus einem dünnen Silizium-Streifen, auf dem zwei Schichten aufgebracht sind: Die erste reagiert auf Magnetfelder, die zweite kann eine elektrische Spannung abgeben. „Tritt ein Magnetfeld auf, verformt sich die erste Schicht und verbiegt damit den ganzen Balken: Er schwingt, ähnlich wie ein Sprungbrett im Schwimmbad“, erklärt Faupel. Die zweite Schicht gibt durch ihre Verformung ein messbares Spannungssignal ab. „Mit unserem neuen Sensorkonzept wollten wir diese Umwandlung von mechanische in elektrische Energie noch effektiver gestalten, indem wir dem Biegebalken mehr Schwung verleihen“, erklärt Doktorandin Marleen Schweichel. Je stärker der Balken schwingt, desto stärker das ausgesendete elektrische Signal. Wichtig ist dabei der sogenannte Elektret. Dieses permanent elektrisch aufgeladene Material werde unter dem Biegebalken angebracht und vergrößere seine Schwingung – und damit das elektrische Signal des Sensors, teilt die CAU mit. Um dieses möglichst exakt auslesen zu können, integriert das Forschungsteam in sein Konzept zusätzlich einen neuen Ansatz zur Rauschunterdrückung. Die Elektrete erzeugen außerdem ihr eigenes permanentes elektrisches Feld. „Der Sensor selbst benötigt somit keine externe Stromversorgung und kann für mobile Anwendungen eingesetzt werden“, erläutert Doktorand Stefan Schröder.
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