Sensorsysteme für Prozess- und Zustandsmonitoring

Umsetzung von Zero-Power Sensoren mit Metamaterialien für Anwendungen im Strukturleichtbau

Realisierung eines sensorischen Metamaterials durch die Anwendung von regelmäßig angeordneten elektromagnetischen Resonatoren mit Subwellenlängendimension.

Metamterialien zeigen aufgrund ihres Aufbaus ein starkes Frequenzfilterverhalten, das sich bei stofflichen Veränderungen ändert. Dieser Umstand wird genutzt, um eine passive Sensorfunktion umzusetzen, die eine Struktur- und Zustandsüberwachung von Leichtbaustrukturen erlaubt.
Hierzu wurde im Rahmen des Bundesexzellenzclusters MERGE »Technologiefusion für multifunktionale Leichtbaustrukturen« der Technischen Universität Chemnitz und in enger Kooperation mit dem Fraunhofer Institut für Elektronische Nanosysteme ENAS Metamaterialien und ihr Einsatz als Zero-Power Sensoren im Strukturleichtbau untersucht.
Der hier verfolgte Ansatz zur Realisierung der passiven und materialimanennten Sensorfunktion besteht in der Anwendung von periodisch angeordneten elektromagnetischen Resonatoren und deren Integration in Leichtbaustrukturen. Dadurch lässt sich eine spezifische Frequenzantwort aufgrund des starken Frequenzfilterverhaltens der Resonator-Arrays generieren. Stoffliche und strukturelle Veränderungen ändern das Frequenzfilterverhalten, was sich in der Verschiebung signifikanter Resonanzen zeigt.
Mittels elektromagnetischer Wellen in Verbindung mit einer Transmissions- oder Reflexionsmessung lassen sich Veränderungen im Frequenzverhalten berührungslos feststellen und erlauben somit Rückschlüsse auf das Vorliegen stofflicher Veränderung.

Die Arbeiten wurden im Rahmen des Bundesexzellenzclusters EXC 1075 »MERGE – Technologiefusion für multifunktionale Leichtbaustrukturen« durchgeführt und von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert. Die finanzielle Unterstützung wurde dankbar anerkannt.