Volume 85, Issue 7-8 - AMA-Konferenz SENSOR/IRS2 2017 in Nürnberg / Gerald Gerlach, Reinhard Lerch

Zusammenfassung Bei der Messung technischer Oberflächen treten insbesondere im Umfeld flexibler Fertigung unterschiedlichste Anforderungen auf. Häufig ist eine schnelle hochgenaue Topographie-Messung erwünscht. Durch die Kombination des chromatisch-konfokalen Verfahrens mit der spektralen Interferometrie (Chromatisch-Konfokale Spektral-Interferometrie) ist es möglich, single-shot Messungen mit einem weiten Messbereich und gleichzeitig geringer Unsicherheit zu erzielen. Dabei können ebenso die den beiden einzelnen Verfahren inhärenten Probleme umgangen und so der Einsatzbereich erweitert werden. Mit demselben optischen Aufbau ist es auch möglich, gleichzeitig Brechungsindex und Dicke von Mehrschichtproben mit hoher Auflösung zu vermessen (Chromatisch-Konfokale Kohärenz-Tomographie). Dies ist etwa von Vorteil, wenn das Messobjekt mit funktionalen Schichten versehen ist oder beispielsweise durch eine Ölschicht gemessen werden muss.

In this paper, a method for the characterisation of orthotropic, plate-shaped material samples is presented. Ultrasonic plate waves are excited at different angles and then detected. Then, a two-dimensional simulation model can be used to inversely estimate a set of material parameters for each angle of propagation. After merging these individual results into a global set of parameters, the material’s elastic behaviour can be described for arbitrary load directions. The procedure is exemplarily applied to characterise continuous-fibre reinforced polymers.

Zusammenfassung Die Bestimmung der Bewegungsintention stellt eine Herausforderung in der Mensch-Roboter-Kooperation dar, um einen sicher und intuitvive Bedienung zu ermöglichen. Hierzu werden zwei Messprinzipen zur Nutzerintentionserkennung mit einem Oberarm-Exoskelett untersucht. Für die Antriebsachsen wird ein strukturintegrierter Drehmomentsensor entworfen und über ein dynamisches Modell unter Berücksichtigung der Schwerkraft, Trägheit und Reibung des Exoskelettes das Nutzermoment bestimmt. Das gemessene Drehmoment wird mit EMG-Signalen der beteiligten Muskeln der Schulter verglichen. Aus Probandenmessungen ist eine Verzögerung des mechanischen Drehmomentes hinter der elektrischen Muskelaktivierung von maximal 80 ms und ein linearer Zusammenhang zwischen Drehmoment und EMG Signal zu erkennen.

A device for detection of short gas pulses at very low concentrations is presented. The approach is based on a special temperature modulation technique enabling a differential surface reduction (DSR) measurement of a metal oxide semiconductor (MOS) gas sensor. With this method, the sensor surface is highly covered with oxidized surface states at high temperature (e. g. 400 °C) initially. The temperature is then reduced abruptly to, e. g., 100 °C resulting in a state with strong excess of negative surface charge. Reactions of these surface charges with reducing gases are prevailing and lead to very high sensitivity. For the measurement a dedicated detector (electronics and fluidic system) is presented. The electronics allows a high-resolution conductance measurement of the sensitive layer and accurate temperature control. The fluidic system is examined in terms of peak shape and optimal sensor response via FEM simulations.

Inkjet-printers from the company Epson and others can be used to fabricate low-cost sensors on coated PET films. By using nanoparticle-based dispersions resistive temperature dependent sensors, strain gauges, thermocouples and pressure sensors can be fabricated. For these purposes the gauge factors, Seebeck coefficients and temperature coefficients of resistance for Ag, Carbon Black and PEDOT:PSS dispersions on Mitsubishi® and Pelikan® PET substrates are characterized. Furthermore, piezoresistive effects in transverse and longitudinal strain directions are discussed. Additionally, a printed sensor system for measuring strains within a surface is presented. Finally, an injection-moulding process and a lamination process are used to improve the mechanical scratching of those sensors.

A design for a high quality factor photonic crystal ring resonator (PCRR) is presented. The PCRR is based on pillar type photonic crystals, which consist of a hexagonal array of silicon rods. The cavity is created by removing elements from the regular photonic crystal (PhC) grid. Achieving strong confinement of light intensity in the low index region is the advantage of this PCRR. In that manner, the interaction of light and analyte, which can be a liquid or a gas, will be enhanced. The high quality factor of the cavity (Q=1.0229×105Q=1.0229\times {10}^{5}), along with strong overlap between the field of the resonant mode and the analyte as well as the low group velocity of PCRR modes yield enhanced light-matter interaction. An enhancement factor of γ=2.127×104\gamma =2.127\times {10}^{4} compared to the bulk light absorption in a homogenous material provides the potential for highly sensitive gas detection with a photonic crystal ring resonator.