Projektdaten

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Nichtlinear form- und einstellbare parametrische Resonanzen in resonanten Mikrosensoren zur Eigenschaftsverbesserung

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Mikroelektromechanische Resonatoren (MEMS-Resonatoren) haben in vielen Präzisionsanwendungen als Sensoren inzwischen eine erhebliche Bedeutung erlangt ob als Gyroskope im Automobilbereich zur Gierratenmessung, als Gassensoren zur Detektion kleinster Gasmengen, in der Kommunikationstechnik als Konstantfrequenzquellen und Zeitgeber, oder in der Rasterkraftmikroskopie. Für all diese Anwendungen sind aus Sicht der Schwingungstechnik zwei Kenngrößen von zentraler Wichtigkeit: Die Sensitivität und die Abklingzeit. Mit der Abklingzeit eng verbunden ist die Messzeit. Bei linearen Systemen und erzwungener Anregung nimmt hingegen mit zunehmender Sensitivität die Abklingzeit und damit die Messzeit zu. An dieser Stelle setzt das Projektvorhaben zur Klärung offener wissenschaftlicher Fragen an, um zu ergründen, ob und wie der Zielkonflikt zwischen beiden Kenngrößen abgeschwächt oder sogar aufgelöst werden kann. Das Forschungsvorhaben hat zum Ziel, Mechanismen und Konzepte der nichtlinearen Schwingungen auf resonante MEMS-Sensoren anzuwenden und diese zu untersuchen. Damit sollen neue Betriebsmodi entwickelt werden, welche sowohl die Sensitivität steigern als auch die Abklingzeiten verkürzen. Der hier vorgeschlagene Weg soll parametrische Resonanzen in Verbindung mit verschiedenen form- und einstellbaren Nichtlinearitäten nutzen, da die Parameteranregung bereits die Sensitivität im Vergleich zur erzwungenen Anregung verbessert. Als Anwendungsbeispiel werden im Antrag resonante MEMS-Sensoren für die dynamische Rasterkraftmikroskopie herangezogen. Die MEMS-Sensoren sind zuerst experimentell zu charakterisieren und danach als Balkenmodell mit integriertem elektro-thermomechanischem Verhalten abzubilden. Nach der modalen Diskretisierung erfolgt der Abgleich von Modellsimulationen mit experimentellen Ergebnissen.