Drucksensoren auf Basis magnetomechanischer Kopplungseffekte vereinen mehrere Vorteile: Neben der verhältnismäßig starken Kopplung zwischen mechanischen und magnetischen bzw. nachfolgenden elektrischen Feldgrößen können sie einfach sowie robust aufgebaut und ohne größeren technischen Aufwand kontaktlos abgefragt werden.
In dieser Arbeit wird die Charakterisierung geeigneter Materialien sowie die Modellierung des Sensorverhaltens behandelt. Die Arbeit setzt sich hierbei mit dem invers-magnetostriktiven Kopplungs- und dem DeltaE-Effekt auseinander.
Es wird ein Vibrating Sample Magnetometer entwickelt, mit welchem es möglich ist, das invers-magnetostriktive Verhalten von ferromagnetischen Schichten mit Dicken im Mikrometer-Bereich zuverlässig zu charakterisieren. Mit einem konzipierten, aus einem Helmholtzspulenpaar bestehenden Aufbau ist es möglich, die aus dem DeltaE-Effekt resultierende Veränderung der mechanischen Resonanzfrequenz ferromagnetischer Balkenstrukturen zu ermitteln. Zur Ausnutzung des invers-magnetostriktiven Effekts wird ein Sensor in Mikrotechnologiebauweise vorgestellt und ein entsprechender Herstellungsprozess entwickelt. In die erarbeitete elektrische Modellierung des Sensors fließen die mit dem Vibrating Sample Magnetometer ermittelten Ergebnisse ein. Dazu wird unter anderem ein auf der Methode der Finiten Elemente basierendes, iterativ gekoppeltes Verfahren vorgestellt. Die Ausnutzung des DeltaE-Effekts wird anhand eines weiteren Sensorkonzepts vorgeschlagen. Dazu werden zunächst verschiedene Möglichkeiten zur kontaktlosen Bestimmung der mechanischen Resonanzfrequenz der Wandlerstrukturen vorgestellt. Anschließend werden die Strukturen mithilfe der erstellten Messtechnik charakterisiert. Die Evaluation von gefertigten Prototypen beider Sensorkonzepte rundet die Arbeit ab und zeigt die Anwendbarkeit der magnetomechanischen Kopplungseffekte in der Drucksensorik. Im Zuge der Evaluation werden zudem die Modellierungsansätze validiert.
Aktualisiert: 2020-12-26
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In dieser Arbeit werden Sensorsysteme auf Basis magnetoelektrischer und magnetoelastischer Sensoren für die hochempfindliche Messung schwacher und niederfrequenter magnetischer Flussdichten untersucht. Diese Sensoren basieren auf elektromechanischen Strukturen, die durch ein zu messendes magnetisches Messsignal jeweils eine magnetisch induzierte Veränderung erfahren. Als Schnittstelle zwischen der elektromechanischen Struktur und dem magnetischen Feld enthält jeder dieser Sensoren einen Dünnfilm aus magnetostriktivem Eisen-Kobalt-Silizium-Bor.
Der Fokus dieser Arbeit liegt auf Analysen der Empfindlichkeit und insbesondere des Rauschverhaltens dieser Sensoren. So wird einerseits die Empfindlichkeit eines jeden unterschiedlichen Sensorelements analytisch beschrieben, als andererseits auch alle relevanten Rauschquellen ermittelt und auf Basis der Bestimmung der zugrundeliegenden physikalischen Ursachen quantifiziert. Darüber hinaus beschränken sich diese Untersuchungen nicht nur auf die Sensorelemente selbst, sondern werden zudem auf das gesamte Sensorsystem inkl. der notwendigen Ausleseelektronik ausgeweitet. Auf dieser Basis können jeweils Auslesesysteme dimensioniert werden, mit deren experimentellen Erprobungen nicht nur die Modellbeschreibungen verifiziert, sondern zudem auch die intrinsischen Detektionslimits der Sensoren messtechnisch nachgewiesen werden.
Aktualisiert: 2020-07-01
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In der vorliegenden Arbeit wird der elektronische Transport durch Nanokontakte aus experimentell mittels der Methode der mechanisch kontrollierten Bruchkontakte hergestellten Dy-Drähten untersucht. Aufgrund seiner magnetostriktiven Eigenschaften lässt sich ein solcher Dy-Nanokontakt durch Variation eines äußeren Magnetfelds elektrisch schalten, wobei das Schaltverhalten vom Winkel zwischen Magnetfeld und Drahtachse abhängt.
Bei rein mechanischem Schalten des Kontakts wird die Kontaktform.
Aktualisiert: 2021-02-11
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