Chemnitz, Techn. Univ., Diplomarb., 2007.

Zugl.: Dresden, Techn. University, Diss., 2007.

Aktive Magnetlager ermöglichen berührungsfreies Lagern und begrenztes Bewegen von Rotoren. Die für einen stabilen Betrieb notwendige Lageregelung erfordert genaue und schnelle Messsysteme. Die bisher verwendeten Messsysteme erfordern zusätzlichen Bauraum. In dieser Arbeit wird ein integriertes, kapazitives Messsystem für Radiallager vorgestellt, durch das die axiale Baulänge des Rotors reduziert und Dislokationseffekte vermieden werden können. Es wurde dadurch eine höhere Regelungsdynamik erreicht. Außerdem wurde ein erweitertes Kalman-Filter mit nichtlinearer Kraftberechnung implementiert, um die Lageregelung mit verrauschten Messsignalen stabil betreiben zu können. Die Verbesserung der Lageregelung durch das integrierte Messsystem und das Kalman-Filter werden anhand von Versuchsergebnissen verdeutlicht.

Die vorliegende Arbeit beschreibt die Entwicklung eines redundanten, mikromechanischen Beschleunigungssensorarrays. Die Redundanz wird genutzt, um Messabweichungen zu korrigieren. Die Einflussfaktoren auf die Genauigkeit der Sensoren werden analysiert und die erzielten Verbesserungen beim Einsatz von Sensorarrays aufgezeigt. Neben den stochastischen Einflüssen können mithilfe des Arrays auch deterministische Fehler bzw. Querempfindlichkeiten korrigiert werden. Die Fertigung des Sensorarrays erfolgt mittels einer MEMS-Technologie mit einem hohen Aspektverhältnis im einkristallinen, anisotropen Silizium. Das Design ist so gestaltet, dass für jedes Sensorelement dieses Arrays bei gleichbleibenden mechanischen und elektrischen Sensoreigenschaften beliebige Messrichtungen realisierbar sind. Die messtechnische Charakterisierung der Sensorarrays und die Signalauswertung werden ausführlich beschrieben. Für die Signalauswertung der kapazitiv arbeitenden Sensorelemente wird ein angepasstes Trägerfrequenzmessverfahren entwickelt. Die Sensorarrays arbeiten mittels eines digitalen Reglers in einem geschlossenen Regelkreis. Die Verbesserungen des Messsignals durch die redundante Anordnung werden aufgezeigt.

Zugl.: Dresden, Techn. Univ., Diss., 2006

Aktive Magnetlager ermöglichen berührungsfreies Lagern und begrenztes Bewegen von Rotoren. Die für einen stabilen Betrieb notwendige Lageregelung erfordert genaue und schnelle Messsysteme. Die bisher verwendeten Messsysteme erfordern zusätzlichen Bauraum. In dieser Arbeit wird ein integriertes, kapazitives Messsystem für Radiallager vorgestellt, durch das die axiale Baulänge des Rotors reduziert und Dislokationseffekte vermieden werden können. Es wurde dadurch eine höhere Regelungsdynamik erreicht. Außerdem wurde ein erweitertes Kalman-Filter mit nichtlinearer Kraftberechnung implementiert, um die Lageregelung mit verrauschten Messsignalen stabil betreiben zu können. Die Verbesserung der Lageregelung durch das integrierte Messsystem und das Kalman-Filter werden anhand von Versuchsergebnissen verdeutlicht.

Die vorliegende Arbeit beschreibt die Entwicklung eines redundanten, mikromechanischen Beschleunigungssensorarrays. Die Redundanz wird genutzt, um Messabweichungen zu korrigieren. Die Einflussfaktoren auf die Genauigkeit der Sensoren werden analysiert und die erzielten Verbesserungen beim Einsatz von Sensorarrays aufgezeigt. Neben den stochastischen Einflüssen können mithilfe des Arrays auch deterministische Fehler bzw. Querempfindlichkeiten korrigiert werden. Die Fertigung des Sensorarrays erfolgt mittels einer MEMS-Technologie mit einem hohen Aspektverhältnis im einkristallinen, anisotropen Silizium. Das Design ist so gestaltet, dass für jedes Sensorelement dieses Arrays bei gleichbleibenden mechanischen und elektrischen Sensoreigenschaften beliebige Messrichtungen realisierbar sind. Die messtechnische Charakterisierung der Sensorarrays und die Signalauswertung werden ausführlich beschrieben. Für die Signalauswertung der kapazitiv arbeitenden Sensorelemente wird ein angepasstes Trägerfrequenzmessverfahren entwickelt. Die Sensorarrays arbeiten mittels eines digitalen Reglers in einem geschlossenen Regelkreis. Die Verbesserungen des Messsignals durch die redundante Anordnung werden aufgezeigt.