Teilprojekt D3: Integrierte drahtlose Sensornetzwerke

Ziel dieses Teilprojektes ist die Integration von drahtgebundenen oder drahtlosen, autonom arbeitenden Sensornetzwerken in Faserverbundbauteile. In der ersten Projektphase konnten erfolgreich funktionsfähige Sensornetzwerke in dünne, starre plattenförmige Bauteile integriert werden. Die Sensornetzwerke umfassen verschiedene Sensoren (Stoß, Dehnung, Temperatur etc.), welche durch Sensor-ASICs mit dem System-Bus verbunden werden. Die am IPMS entwickelten Sensor-ASICs gestatten gleichzeitig eine sensornahe Signalverarbeitung und Datenreduktion. Die Datenübertragung erfolgt über einen Transponder-ASIC und eine Antenne. Um lange Bereitschaftszeiten des Netzwerks zu ermöglichen, wird dieses nur im Fall eines relevanten Ereignisses durch einen Aktivierungssensor aktiviert. Im Ruhezustand gelingt so eine extrem geringe Stromaufnahme.

Wesentliche Untersuchungen in der zweiten Phase konzentrieren sich auf Systeme, die eine drahtlose Energie- und Datenübertragung voraussetzen. Für den Betrieb eines solchen Sensornetzwerkes stehen im Fall des autonomen Betriebs nur sehr begrenzte Energieressourcen zur Verfügung. Insbesondere für den Fall, dass schnell ablaufende Vorgänge mit großer zeitlicher Auflösung erfasst werden sollen, ergeben sich außerordentlich hohe Anforderungen an das Systemkonzept bezüglich des Energieverbrauches.

Durch die Integration optischer Systeme in textilverstärkte Verbundbauteile ergeben sich neue Möglichkeiten für die Systemaktivierung sowie für die energieoptimale drahtlose Übertragung auch größerer Datenmengen. Ebenso führt die Integration weiterer verfügbarer Sensoren (magnetisch, piezoelektrisch, kapazitiv) zu einer Steigerung der Funktionalität integrierter Sensornetzwerke z. B. durch kapazitive Sensoren als manuelle Bedienelemente ("virtuelle Tasten").

Die Signalerfassung und -verarbeitung erfolgt sensornah in Sensornetzwerkchips. Die Integration von optimalen Signalverarbeitungsalgorithmen in die Sensor-ASICs erlaubt es dabei, eintretende Ereignisse schnell zu erkennen und darauf zu reagieren. Darüber hinaus ist damit eine erhebliche Reduzierung der anfallenden Daten möglich.

Für eine zweckmäßige und reproduzierbare Fertigung von Verbundbauteilen mit integrierten Sensornetzwerken werden geeignete Technologien, wie z. B. die konfektionstechnische Kontaktierung elektrischer Leitungen, untersucht. Insbesondere soll hier die Netzwerkintegration in 3D-Textilien erprobt werden. Auf Basis dieser Untersuchungen werden Konzepte und Lösungen für die Fertigung von Verbundbauteilen hinsichtlich der Besonderheiten bei der Integration von Sensornetzwerken bereitgestellt.

Leitung
Prof. Dr.-Ing. habil. Wolf-Joachim Fischer
Fraunhofer Institut für Photonische Mikrosysteme  
Maria-Reiche Str. 2
01109 Dresden
Tel.: +49 351 8823-202
Fax: +49 351 8823-266
     

Dr.-Ing. Eric Starke
TU Dresden
Institut für Halbleiter- und Mikrosystemtechnik  
01062 Dresden
Tel.: +49 351 463-32253
Fax: +49 351 463-37021