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Verifikationstest für einen mikromechanischen Shutter im Rahmen ...

Verifikationstest für einen mikromechanischen Shutter im Rahmen ...

ASD [g^2/Hz] 15 10 4.

ASD [g^2/Hz] 15 10 4. Verifikation der mechanischen Belastbarkeit Abbildung 4-2: Für den Random-Test spezifizierte spektrale Beschleunigungsdichte 4.2. Vorbereitung 5 0 20 300 470 600 960 Die Beträge der zu ertragenden Belastungen sind in Richtung der Achsen des Mertis- Instruments und der Trägerrakete spezifiziert. Um die Spezifikationen ohne vektorielle Umrechnung auf das Shutter- Koordinatensystem umsetzen zu können, wird der Shutter auch während des Tests in seiner späteren Einbaulage im Messinstrument ausgerichtet. Dazu wird ein Adapter verwendet. Der Adapter und die Drehung des Koordinatensystems werden in Abbildung 4-3 veranschaulicht. Dessen Montagefläche ist um 11° gegenüber der Horizontalen geneigt, um das Koordinatensystem des Shutters mit dem des Mertis- Instruments und der Trägerrakete in Übereinstimmung zu bringen. Dadurch werden die Beschleunigungs- und Kraftvektoren im Shutter- Koordinatensystem auf die gleiche Weise gedreht, wodurch vektorielle Umrechnungen der Messergebnisse vermieden werden. Der Adapter und dessen Befestigung müssen ausreichende Steifigkeit aufweisen, um sog. Abbildung 4-3: CAD-Bild des Shutter auf Monagesockel und Drehung des Koordinatensystems Spektrale Beschleunigungsdichte f[Hz] 14 1450 Z‐Axis Z‐Axis X‐Axis Y‐Axis Antiresonanzen – also gegenphasiges Anschwingen - zu vermeiden.

4. Verifikation der mechanischen Belastbarkeit Um in der Vibrationsmesstechnik die Frequenzantwort zu messen, werden Beschleunigungssensoren verwendet, mit denen die aus der Anregung resultierenden Beschleunigungsamplituden und Phasenverschiebungen gemessen werden können, die in Richtung der Anregungsachse auftreten. Das funktional relevante Element für die Belastungsverifikation der mechanischen Shutterstrukur stellen die flexiblen Festkörpergelenke der Shutterwippe dar. Diese bilden aufgrund ihrer Abmessungen den mechanischen Schwachpunkt des Systems, bei dem eine Schädigung aufgrund von äußeren Krafteinwirkungen auftreten könnte. Da es sich bei der Shutterwippe des auf den Adapter montierten Shutters aus Sicht des Messaufbaus um ein „inneres“ schwingungsfähiges Feder-Masse-System 2. Ordnung handelt, ist für die messtechnische Auswertung das Antwortverhalten der Shutterwippe gegenüber der Anregung des Shakers von Interesse, um die analytisch ermittelten Resonanzfrequenzen der Struktur zu verifizieren. In einem Prüflabor werden die Beschleunigungssignale mittels piezoelektrischer Messumformer aufgenommen, welche in der kleinsten verfügbaren Ausführung eine Masse von 2.5g aufweisen. Durch die geringe dynamische Masse der Shutterwippe von ca. 0.25g bedingt, ist eine Messung der Frequenzantwort an der Shutterwippe nicht möglich, da das Gewicht des Sensors das Schwingungs- und Belastungsverhalten der Shutterwippe verfälscht. Deshalb werden die verfügbaren Beschleunigungsaufnehmer an dem Montageblock angebracht. Damit konnte der Frequenzgang der Shutterwippe nicht erfasst werden, um so die analytisch ermittelten Resonanzfrequenzen zu verifizieren. Damit bei einer späteren Auswertung eventuell auftretende Schädigungen wie Risse in der Titanstruktur oder Degradationen in der elektromagnetischem Aktorik und Sensorik des Shutters detektiert werden können, ist das statische und dynamische Shutterverhalten anhand einiger charakteristischer Systemmerkmale nach seiner Fertigstellung in einem Eingangstest erfasst worden, wie Kap.6.1 beschreibt. Durch die erneute Ermittlung des Verhaltens nach Durchführung des Belastungstests kann aufgrund der Änderung einiger charakteristischer Parameter, die mit einer Schädigung einhergehen würden, auf diverse Schädigungsszenarien geschlossen werden, wie in Kap. 6.1 erläutert. 15

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