Elektromagnetische Sensorik

XMR-Sensor mit MHz-Sampling-Rate

Die vierte industrielle Revolution, mit dem Ziel den Automatisierungsgrad und die Autonomie von Prozessen, Maschinen usw. zu maximieren, ist eng verbunden mit hohen Anforderungen an die autonomen Sensorsysteme sowie die notwendige Kommunikation (Internet der Dinge). Magnetfeld- und Stromsensoren sind dabei wichtige Sensorkategorien und letztere gerade auch hinsichtlich globaler Trends bzgl. der Energiewende und Elektromobilität von großer Bedeutung.
Das Fraunhofer ENAS verfügt über ein breites Spektrum an mikro- und nanoelektronischen Technologien für die sogenannte Smart Systems Integration. Im Geschäftsfeld Sensor- und Aktorsysteme wurde am Beispiel einer Stromsensoranwendung nun ein Technologiedemonstrator mit SPI-Schnittstelle entwickelt, welcher eine besonders hohe Dynamik der Stromstärke- bzw. allgemein Magnetfeldmessung mit einer Abtastfrequenz im MHz-Bereich aufzeigt. Als Sensor dient eine Wheatstone-Brückenschaltung magnetoresistiver Elemente basierend auf dem Riesenmagnetwiderstand (GMR) Effekt, welcher eine sub-µT Auflösung mit entsprechend hoher Sensitivität sowie eine hochfrequente Messwerterfassung gewährleistet. Die stets Sättigungseffekten unterliegende XMR-Technologie kann anhand eines entsprechenden Designs der Stromführung bzw. elektromagnetischer Spulen dennoch auch für einen großen Strommessbereich zugänglich gemacht werden. Als eine weitere Anwendung besonders sensitiver und hochfrequenter XMR-Magnetfeldsensoren sei die präzise Winkelmessung sowie Positionsbestimmung von rotierenden Spindeln bspw. im Turbolader genannt.