Advanced System Engineering

Drahtlose Sensornetzwerke

© Foto Fraunhofer ENAS

RFID-Design für kundenspezifische Anwendungen in rauer Umgebung

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Fernfeldcharakteristik eines smarten drahtlosen Sensormoduls

Moderne industrielle Systeme wie Fließbänder oder Produktionssysteme, Windturbinen oder Flugzeuge sind hohen Belastungen und entsprechendem Verschleiß ausgesetzt. Um Fehler aufgrund unvorhergesehener Defekte zu vermeiden ist daher ein kontinuierliches sensorisches Monitoring solcher Komponenten erforderlich. In diesem Zusammenhang müssen die beteiligten Sensorsysteme ein digitales und fehlerfreies Ausgangssignal erzeugen, das sich automatisch an die Eingangsvariablen des Ereignisraums anpasst und eine unabhängige Signaloptimierung  durch die Verbindung verschiedener Eingangssignale erlaubt (z.B. Temperatur, Energie, Geschwindigkeit, Beschleunigung, usw.). Die parallele Ermittlung verschiedener Systemparameter und die Kombination mannigfaltiger Sensorsignale erlauben die Erkennung defekter Sensoren und die Korrektur fehlerhafter Informationen bereits während der Messwertaufnahme. Gleichzeitig sollten die Sensordaten direkt auf zu fertigenden Werkstücken oder kritischen beweglichen Teilen (Antrieben, Flügeln von Wind-Turbinen) gemessen werden. Dies schränkt den Einsatz klassischer verkabelter Sensoren drastisch ein. Messsysteme, die solche Beschränkungen überwinden,  bestehen im Kern aus kleinen Sensoren, die permanent ihre  Umgebung überwachen und die beobachteten Erkenntnisse drahtlos kommunizieren. Hierzu benötigen diese Sensoren einen Prozessor, Speicher und eine drahtlose Sende- und Empfangseinheit für die Auswertung und Übertragung.

An solche drahtlosen Sensorsysteme werden höchste An­forderungen hinsichtlich Energieeffizienz, Flexibilität und  Baugröße gestellt. Sie müssen zudem multifunktional und kostengünstig sein. Damit ein solcher Sensor z.B. autark arbeiten kann, benötigt er eine integrierte Stromversorgung. Im ein­fachsten Fall kommt hier eine Batterie zum Einsatz. Für einen zeitlich unbefristeten und wartungsfreien Einsatz ist aber der Einsatz von Energy Harvesting, das heißt die Energiegewinnung aus Sonnenlicht, Wärme, Vibration, Bewegung oder sogar einer draht­losen Energieversorgung erforderlich.

Die Abteilung ASE verfügt besonders in den Bereichen der Energieversorgung derartiger Systeme, der Entwicklung intelligenter RFID-Systeme und der induktiven Energieübertragung unter rauen Bedingungen über langjährige Entwicklungserfahrungen, die in einer großen Anzahl von öffentlich geförderten und Industrie-Projekten gesammelt wurden. Dieses Know-How basiert auf hocheffizienten Modellierungs- und Analyse-Methoden für die Charakterisierung solcher Systeme auch unter schwierigen EMV Bedingungen.

Um neue Sensoren in diesem Umfeld ef­fizient dimensionieren, optimieren und auslesen zu können, ist es erforderlich, die Auswerteelektronik, die Energieversor­gung sowie die Übermittlung der Daten für den jeweiligen Anwendungsfall zu adaptieren oder gegebenenfalls neu zu entwickeln. Ziel der Forschung und Entwicklung der Abtei­lung ASE ist daher der Aufbau innovativer kundenspezifi­scher Lösungen sowie die Optimierung aktuell existierender Verfahren und Ansätze.