• Technologie








    Schlagwortsuche
    Anwendungsbereich







    Keine Auswahl

CTR

Funksensor von CTR durchbricht 1.000-Grad-Celsius-Marke

Artikel | von CTR Carinthian Tech Research | 08. September 2013
Die Stahlpfannen werden mit SAW-Sensoren lückenlos verfolgt. Durch die automatisierte Pfannenverfolgung wird unter anderem die Pfannenlogistik optimiert, die Prozesssicherheit erhöht und eine bessere Rückverfolgbarkeit erreicht. Die Stahlpfannen werden mit SAW-Sensoren lückenlos verfolgt. Durch die automatisierte Pfannenverfolgung wird unter anderem die Pfannenlogistik optimiert, die Prozesssicherheit erhöht und eine bessere Rückverfolgbarkeit erreicht. BILD: CTR

Das Forschungsteam der CTR hat sich auf die Entwicklung besonderer RFID-Sensoren spezialisiert: Auf passive Sensor-Systeme, die selbst bei 1 000 Grad Celsius Informationen liefern.

Kompakt, kühl und eher sperrig wirkt der Hochtemperaturofen im Labor des Sensorik Forschungszentrums CTR. Alfred Binder, leitender Forscher bei der CTR, blickt dennoch stolz auf die Anzeige des Röhrenofens: 1.140 Grad Celsius. „Das ist ein besonderer Augenblick“, erklärt Binder, „trotz der hohen Temperaturen im Ofen können wir mit unserem Messaufbau die elektrischen Signale unseres SAW-Chips, der sich zum Test im Inneren des Ofens befindet, auslesen, und das stabil über Stunden hinweg.

Von Birgit Rader-Brunner, R&D communication, CTR Carinthian Tech Research AG

Piezoeffekt nutzt Hitze und Verspannung

Die CTR-Forscher im Bereich der Funksensorik haben sich auf die Entwicklung von passiven Transpondern, basierend auf sogenannten Oberflächenwellen (engl. Surface Acoustic Wave – SAW) spezialisiert. Da bei der SAW-Technologie mit einem piezoelektrischen Kristall gearbeitet wird, liegt die Einsatztemperatur höher als bei Sensoren, die auf dem Halbleitereffekt und Silizium aufbauen. Die SAW-Sensoren machen sich einen Piezoeffekt zunutze, indem mittels einer Wandlerstruktur auf der Oberfläche des Sensors sogenannte Oberflächenwellen erzeugt werden.

Je nach Temperatur oder mechanischer Verspannung des Sensors werden die Oberflächenwellen beeinflusst. Diese Änderung der Oberflächenwellengeschwindigkeit wird für den Sensoreffekt genutzt. Durch Anbringung weiterer Reflektoren sind die Sensoren eindeutig unterscheidbar. Dies führt zur Anwendung als Hochtemperatur- Identifikationssystem. Über eine Antenne steht der SAW-Sensor mit dem Sende- und Lesegerät in Funkverbindung und kann sowohl physikalische Größen (Druck, Kraft, Temperatur, Drehmoment) messen als auch Objekte identifizieren.

Forschung begann bei 400 Grad

„Mit unseren Forschungsarbeiten haben wir schon vor zehn Jahren begonnen. Da ging es darum, die SAW-Sensoren für Anwendungen von 150 bis 400 Grad Celsius fit zu machen. Mit unserem Systemwissen waren wir so ziemlich die einzigen, die diese Technologie vom Labor in die Praxis vorangetrieben haben“, so Binder. Die erfolgreichen Forschungsarbeiten begannen in der Automobilindustrie, wo es um die ID von sogenannten Drucksensoren im Motorentwicklungsbereich ging. Einsatztemperaturen von 300 Grad Celsius überstanden die SAW-Sensoren ohne Probleme.

Zahl der Anwendungsgebiete steigt

Mit diesen erfolgreichen Ergebnissen beschritt man weitere Anwendungsfelder: So entwickelte man SAW-Sensoren für den Einsatz in Autolackierstraßen, SAW-Sensoren zur Temperaturüberwachung an Hochspannungsleitungen oder Transponder zur Identifizierung von Bohrgestängen. Durch eine Machbarkeitsstudie belegte man die Einsatzfähigkeit von SAW-Sensoren in der Weltraumforschung. Die Stahlindustrie nutzt die Vorteile der SAW-Sensoren, um die Logistik von Stahl- und Schlacketiegeln zu regeln.

Neben den hohen Dauereinsatztemperaturen waren hier auch Reichweiten von vier Metern gefragt. Für die Produktion von Kekswaffelanlagen wurde ein SAW-Sensor entwickelt, der in-line die Backtemperatur, den Backdruck sowie die ID der Backplatte erfasst. Durch die hohe Gammastrahlenresistenz eignen sich die SAW-Sensoren auch für Anwendungen in der Medizin (beispielsweise ID im Sterilisationsprozess) oder in Anlagen mit hoher Strahlenbelastung.

Neue Tests im Hochtemperaturbereich

Gemeinsam mit einem Konsortium aus Wissenschaft und Wirtschaft führt die CTR Forschungen durch, um die Temperaturresistenz der SAW-Sensoren nach oben zu treiben. Dazu mussten die Forscher alle Komponenten wie Substratmaterialien, Elektroden-Metallisierungen und Designs sowie das Packaging neu konzipieren. Im Rahmen von Dissertationen arbeiten die CTR-Forscher mit der TU Wien und der Universität Nancy zusammen. Das CTR-Forscherteam verfolgt dabei gleich zwei Entwicklungen im Hochtemperaturbereich von 600 bis 1000 Grad Celsius. „Erstens testeten wir basierend auf Langasit verschiedene neue hochtemperatur-Elektrodenschichten. Eine zweite Entwicklung läuft mit Aluminiumnitrid als piezokeramischer Schicht auf dem Trägermaterial Saphir“, berichtet Binder.

Künftig auch hocherhitzbare RFID-Systeme

Die besondere Herausforderung bei diesen Temperaturen liegt neben der Elektrodenstabilisierung im Packaging, also der Fixierung des Chips, der elektronischen Kontaktierung und des hermetisch dichten Verschlusses. Binder: „Unsere Forschungsarbeiten belegten eine Generierung von Oberflächenwellen bei über 1000 Grad Celsius über mehrere Stunden hinweg. Während Langasit für Funkfrequenzen von weniger als ein Gigahertz geeignet ist, erreichen wir mit der Alu-Nitrit-Schicht eine Anregungsfrequenz von zwei bis drei Gigahertz.

Diese hohe Frequenz macht die Nutzung eines breitbandigen ISM-Bandes möglich und erwirkt, dass man künftig auch RFID-Systeme für diesen Temperaturbereich entwickeln kann.“ Auf Anwender- und Herstellerseite kooperiert man mit dem Unternehmen Vectron International in Deutschland. Im Rahmen des COMET Programmes wird ein anwendungsorientiertes Demosystem für Hochtemperaturmessungen (>600 Grad Celsius) entwickelt.

Letzte Änderung am Dienstag, 25 April 2017 18:16
RFID & Wireless IoT tomorrow 2019
RFID and Wireless IoT tomorrow 2019Der europaweit größte Kongress für RFID & Wireless IoT
Di, 29.- Mi, 30. Oktober
Darmstadtium, Darmstadt bei Frankfurt, Deutschland
Kongress | Ausstellung | Live-Demos
Folgen Sie uns auf www.rfid-wiot-tomorrow.com/de
Wir freuen uns auf Sie!