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Verifikationstest für einen mikromechanischen Shutter im Rahmen ...

Verifikationstest für einen mikromechanischen Shutter im Rahmen ...

Dynamisches Verhalten 6.

Dynamisches Verhalten 6. Verifikation des Regelungssystems Durch die Wechselwirkung von magnetischem und elektrischem Feld, die durch den Rückführzweig über die Gegeninduktion in Abbildung 6-8 dargestellt ist, sind komplexe Vorgänge die Folge, die sowohl messtechnisch als auch analytisch im Rahmen dieser Arbeit nicht behandelt werden können und deshalb vernachlässigt werden. 6.1.3. Sensorik Um den Positionsregelkreis zu schließen und die zur Unterdrückung der mechanischen Schwingneigung nötige Gegenkopplung zu implementieren, muss das Ausgangssignal zur Differenzbildung mit dem Eingangssignal an den Eingang zurückgeführt werden. Da am Eingang jedoch ein elektrisches Signal die Sollposition vorgibt und am Ausgang mit der Shutterposition ein mechanisches Signal vorliegt, müssen die Signale zunächst auf vergleichbare physikalische Größen zurückgeführt werden. Hierzu ist in der Rückkopplung eine Sensorik implementiert, die das mechanische Positionssigal in ein elektrisches wandelt, wodurch die Differenzbildung am Eingang elektronisch realisiert werden kann. Die Wandlung wird dabei auf elektromagnetischem Weg realisiert: Der eigentliche Sensor basiert auf einem magnetoresistiven Messverfahren. Dieser wandelt magnetische Signale in elektrische. Dies bedeutet, dass das mechanische Positionssignal nicht direkt gemessen werden kann, sondern zunächst in ein magnetisches Signal transformiert werden muss. Hierzu ist an der Shutterwippe ein Permanentmagnet angebracht, der am Sensoreingang ein magnetisches Signal erzeugt, dessen Größe abhängig von der Auslenkung der Shutterwippe ist. Da es sich beim Ausgangssignal des Sensors um ein differentielles Signal handelt, muss es zunächst mit einem Differenzverstärker verstärkt werden, um Störungen zu unterdrücken und einen Massebezug herzustellen. Bei der vorausgehenden Betrachtung in [3] wurde das Verhalten der Sensorik als Gesamtsystem betrachtet, als dessen Eingang die Shutterauslenkung in mm sowie als Ausgang die Sensorspannung verwendet wurden. Aufgrund der Empfindlichkeit der elektromagnetischen Komponenten gegenüber Umgebungseinflüssen stellt die Sensorik wie die Aktorik einer der Haupteinflussfaktoren auf die Robustheit des Regelungssystems dar. Um einen genaueren Aufschluss über die Wirkungsweise dieser inneren Störgrößen zu erhalten und diese, wie in Kap. 6.2.3 beschrieben gesondert analysieren zu können, muss die Sensorik in ihren wesentlichen Bestandteilen getrennt und deren Verhalten separiert untersucht werden. 50

6. Verifikation des Regelungssystems Deshalb wird zunächst eine Trennung der Übertragungsglieder des Sensormagneten, des Positionssensors sowie der Verstärkerschaltungen vorgenommen, wie Abbildung 6-12 zu entnehmen ist. Positionssensorik Abbildung 6-12:Signalflussplan der Sensorik und Signalaufbereitung Statisches Verhalten Aufgrund messtechnischer Gegebenheiten ist es nur möglich, das statische Gesamtübertragungsverhalten zwischen dem Abstand von Magnet und Sensor als Eingangsgröße und der Brückenspannung des Sensors als Ausgangsgröße im Testaufbau zu ermitteln und diese dann durch analytisches Vorgehen zu trennen. Hierzu wird der Sensor zusammen mit dem Sensormagneten auf einem Mikrometerverstelltisch, wie der Aufbau in Abbildung 6-13 gezeigt, montiert. Der Magnet lässt sich dadurch schrittweise gegenüber dem Sensor verfahren. Infolgedessen kann die Gesamtübertragungskennlinie der Sensorik ermittelt werden: Dabei wird die Sensorbrücke mit einer 2,5V Referenzspannung versorgt und die Position des Sensormagneten in einem Abstand von s=0mm bis s=4mm senkrecht zur längsseitigen Sensorfront mittels Mikrometerverstellschraube verfahren. Wird dabei in 0.1mm Abständen die Abbildung 6-13: Aufbau zur Vermessung der Sensorik Brückenausgangsspannung ermittelt, so lässt sich die statische Kennlinie aufnehmen. Um eine Vergleichbarkeit mit den Herstellerspezifikationen zu erhalten, wird die Empfindlichkeit des Sensors bzgl. des Magnetabstands durch Division mit der Versorgungsspannung hergestellt und wie in Abbildung 6-14 dargestellt. 51

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