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Verifikationstest für einen mikromechanischen Shutter im Rahmen ...

Verifikationstest für einen mikromechanischen Shutter im Rahmen ...

100 Magnet

100 Magnet Empfangsspulen Weichmagnetischer Kern Förstersonde Signalleitungen zum Fluxgate-Magnetometer Abbildung 6-41: Schematische Darstellung des Messaufbaus zur Bestimmung der Feldstärke H mittels Förstersonde B‐Feld Abnahme [%] 6. Verifikation des Regelungssystems a a 12 Die Feldstärken H werden jeweils an Nord- und Südpol gemessen. 78 6-41 und Abbildung 6-40 schematisch dargestellt. Um die maximale Empfindlichkeit der Sensoren auszunützen, werden die Längsachsen der Magneten, die parallel zu den axialen H-Feldvektoren verlaufen, (vgl. Abbildung 6-36) senkrecht zur Stromrichtung in den Sensoren ausgerichtet. Durch Mittelwertbildung der Messergebnisse der verschiedenen Messmittel, Magneten und Polungen 12 erhält man dann das in Abbildung 6-42 dargestellte Ergebnis (orange: irrev. Test): Entmagnetisierung 15 10 5 0 ‐10‐5 ‐10 ‐15 ‐20 ‐25 ‐30 ‐35 ‐40 ‐45 ‐50 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 ‐55 T[°C] irrev. + rev. Analyse irrev. Test rev. Test rev. Analyse irrev. Analyse irrev. + rev. + H_ext Analyse Abbildung 6-42: relative Abnahme der Flussdichte infolge reversibler bzw. irreversibler Entmagnetisierung aufgrund von Einflüssen der Umgebungstemperatur bzw. externen Feldern Tendenziell kann die oben auf analytischem Weg bestimmte Temperaturabhängigkeit der Entmagnetisierung auch experimentell mit guter Übereinstimmung nachgewiesen werden. Aufgrund der vielen Randbedingungen, die auf die Messergebnisse einwirken, kann ohne eine detaillierte Untersuchung keine konkrete Aussage über die Ursache der geringen betragsmäßigen Abweichung gegenüber der analytischen Ermittlung aus der Entmagnetisierungskurve getroffen werden.

6. Verifikation des Regelungssystems Die Kenntnisse, die über die funktionellen Zusammenhänge von Magnettemperatur bzw. äußeren Feldeinfluss und eintretender Entmagnetisierung im Rahmen der Aktorverifikation gewonnen werden, fließen in die folgende Robustheitsuntersuchung ein. Da wie oben erwähnt die Lorentz-Kraft F bei homogenem Feldverlauf proportional zum Strom I und der magnetischen Flussdichte B ist, wirkt sich eine Degradation von B direkt auf die Reglerrobustheit aus. Um diese Proportionalität von B und I und damit die Feldhomogenität im realen Aktor zu verifizieren, wird die experimentell ermittelte statische Aktorkennlinie FLorentz (ISpule) 13 mit der FEM Software femm auf numerischem Weg überprüft: Hierzu werden die sich experimentell ermittelten Wertepaare von Spulenstrom und Shutterauslenkung herangezogen, um die bei diesen Wertepaaren theoretisch auftretende Lorentzkraft analytisch zu ermitteln. Der dadurch ermittelte Zusammenhang zwischen Spulenstrom, Magnetposition und daraus resultierender Kraft wird mit der experimentell ermittelten Kennlinie F(I) verglichen. Hierdurch wird die Gültigkeit der aufgrund von Feldhomogenität und der Orthogonalität der Feldvektoren von Magnet und Spule angenommene Vereinfachung [2] F=B·I·l bzw. Kps= ∙ nachgewiesen, um sie in der nachfolgenden Robustheitsuntersuchung anzuwenden. Lorentzkraft F [N] 0,07 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 0 statische Strom‐Kraft Kennlinie 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 Spulenstrom [I] Abbildung 6-43: Vergleich der gemessenen mit der berechneten Kraft-Strom-Kennlinie Abbildung 6-43 zeigt, dass in Realität Verluste des Wirkungsgrads auftreten, wofür vielerlei Ursachen in Frage kommen: hierbei spielen sowohl Messfehler bei den Messungen von Strom, Kraft und Auslenkung eine Rolle als auch Abweichungen des Magneten von seiner 13 Die statische Kraft-Strom Kennlinie F(I) lässt sich aus der statischen Weg-Strom Kennlinie x(I) und der statischen Kraft-Weg-Kennlinie F(x)=c·x ermitteln. 79 120 100 80 60 40 20 0 Fehler [%] Fehler gemessen berechnet

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