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Energieeffiziente Sensorsysteme sorgen für zehnfache Betriebsdauer

Auf der ILA Berlin Air Show zeigen das Fraunhofer ENAS und das Zentrum für Mikrotechnologien der TU, wie hochpräzise Sensorsysteme mit Wake-up-Generatoren energieeffizient und zuverlässig arbeiten

  • Der Sensorkonten mit Neigungssensoren und Wake-up-Generator demonstriert, in einem Würfel eingebaut, die Funktionsweise eines energieeffizienten Sensorsystems. Werden keine Neigungen gemessen, schaltet das gesamte System in einen Ruhezustand. Sobald eine externe Bewegung wie Neigung, Beschleunigung oder Vibration auftritt, aktiviert der Wake-up-Generator das gesamte System in wenigen Mikrosekunden. So verbraucht das Sensorsystem weniger Energie und ist mithilfe des Wake-up-Generators jederzeit einsatzbereit. Foto: Fraunhofer ENAS

Hochpräzise Inertialsensoren werden dort eingesetzt, wo Neigung, Beschleunigung oder Vibration mit hoher Genauigkeit zu messen sind. Diese Sensoren verbrauchen vergleichsweise viel Energie, die in drahtlosen Systemen durch Batterien zur Verfügung gestellt wird. Läuft das Sensorsystem permanent mit voller Leistung, ist die Kapazität der Batterien schnell aufgebraucht, so dass eine häufige Wartung notwendig wird. Forscher am Fraunhofer ENAS und am Zentrum für Mikrotechnologien der Technischen Universität Chemnitz haben ein Energiemanagement-Konzept für solche Sensorsysteme entwickelt, das die Betriebsdauer des autarken Systems verzehnfacht. Durch den Einsatz eines sogenannten Wake-up-Generators können die Sensorsysteme in Phasen ohne externe Ereignisse in einem Niedrigst-Energiemodus laufen. Tritt ein mechanisches Ereignis von außen auf, wandelt der Generator diesen in ein elektrisches Signal um, welches das Sensorsystem weckt und die Energie für die hochpräzisen Inertialsensoren in vollem Umfang bereitstellt. Im Ruhezustand verbraucht das gesamte System weniger als 1,35 µA. Sehr gute verfügbare Niedrigenergiesysteme benötigen bisher dagegen mehr als 10 µA im Ruhezustand. Mit dem neuartigen Energiemanagement schließen sich lange Betriebsdauer und hochpräzise Messung nicht mehr aus.

Dieser neuartige Wake-up-Generator wird vom 20. bis 25. Mai 2015 auf der ILA Berlin Air Show vorgestellt. Mit einem Würfel, der hochpräzise Neigungssensoren sowie einen Wake-up-Generator beinhaltet, werden die Forscher die Wirkungsweise des Generators demonstrieren. Die Besucher können dabei in Echtzeit die Neigung des Würfels ablesen. Während der Würfel im Ruhezustand ist, zeigt eine Software den momentanen Energieverbrauch an. Wird der Würfel bewegt, nimmt der Generator die Beschleunigung auf und aktiviert das Sensorsystem. Die Aktivierung des Systems in den Normalmodus dauert nur wenige Mikrosekunden. Mithilfe der Neigungssensoren wird dann an einem Monitor die Bewegung des Würfels in einem 3D-Modell dargestellt. Einsatzgebiete dieser neuen energiesparenden Systeme sind die Überwachung von Transportgütern sowie die Nutzung in drahtlosen Sensornetzwerken zur Strukturüberwachung u. a. von Luft- und Raumfahrtkomponenten.

Das energieeffizienter Sensorsystem wird in der Halle 6 am Gemeinschaftsstand Luftfahrt der Fraunhofer-Gesellschaft, Standnummer 6212, vorgestellt.

(Autorin: Andrea Messig-Wetzel)

Mario Steinebach
19.05.2014

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