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AUSGABE 2014

InFocus Magazin für Optische Messsysteme von Polytec

Im Dienste der Gesundheit Seite 5 Extrem vielseitig Seite 10 Kompetenzzentrum für Laser-Doppler-Vibrometrie Seite 33 Sichtbare Musik Seite 36 Dem Hören auf der Spur Seite 40

Groß im Kleinen Polytec stößt in Bereiche vor, die für das Auge kaum sichtbar sind

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Editorial

Polytec News Seite 3 Im Dienste der Gesundheit Seite 5 Wie schwingen Mikrostrukturen? MSA-100-3D Seite 8 Extrem vielseitig Seite 10 Good Vibrations Seite 16

Liebe Leserin, lieber Leser, Wie ein Uhrwerk – nur kleiner Der Begriff „MEMS“ ist in aller Munde, doch nicht alle können sich darunter etwas vorstellen. Bei MEMS handelt es sich um Strukturen, die so filigran wie ein Uhrwerk, aber um ein Vielfaches kleiner sind. Komponenten der MEMS sind zuweilen viermal dünner als ein menschliches Haar. Technische Strukturen stoßen, bezogen auf ihre Größe, in Bereiche vor, für deren Verständnis unsere eigenen Sinne nicht mehr ausreichen. Ohne technische Hilfsmittel sind sie für uns unsichtbar. Die Mikrofone unserer Smartphones etwa sind gerade einmal 3 mal 4 Millimeter groß und einen Millimeter dick. Und das ist sicherlich noch nicht das Ende der Entwicklung. Lesen Sie in dieser Ausgabe, wie Instrumente von Polytec in ganz unterschiedlichen Bereichen helfen, diese Mikrostrukturen zu entwickeln und zu optimieren.

Besser schalten Seite 20 Maßgeschneiderte Modelle für MEMS Seite 23 Bio-MEMS auf dem Prüfstand Seite 27 Große Bühne für kleine Sänger Seite 30 Das Hören verbessern Seite 33 Interview Seite 34 Sichtbare Musik Seite 36 Dem Hören auf der Spur Seite 40 Unbegrenzte Möglichkeiten - HSV-100 Seite 43

Eric Winkler Leiter des Geschäftsbereichs Optische Messsysteme

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Oberflächenmessung in neuer Dimension - TMS-500 Seite 44 Scanning Vibrometer für hohe Frequenzen - PSV-500-V Seite 46


News

Benefiz-Yoga Mitarbeiter schwitzen für guten Zweck Um die Flutopfer auf den Philippinen zu unterstützen, bot Thomas Schott, Einkaufsleiter bei Polytec, am 4. Dezember eine Schnupperstunde im anspruchsvollen, traditionellen Ashtanga Vinyasa Yoga an. Die 15 Teilnehmer kamen ordentlich ins Schwitzen – und das für einen guten Zweck. Denn die Teilnahmegebühr wurde vollständig der Aktion Deutschland hilft gespendet. Polytec honorierte das humanitäre Engagement, indem es den Endbetrag noch einmal verdoppelte.

Nils Schmid bei Polytec Minister besucht Weltmarktführer Der Finanz- und Wirtschaftsminister Baden-Württembergs, Dr. Nils Schmid, besuchte am 18. November Polytec. Mitarbeiter präsentierten dem Minister verschiedene Messinstrumente. Ein anschließender Firmenrundgang fand seinen krönenden Abschluss im RoboVib Test-Center, das seine Wirkung nicht verfehlte: „Wow, das ist wirklich sehr beeindruckend.“

Polytec fördert Forschung Nachwuchswissenschaftlerin gewinnt Preis Polytec lobte 2013 erstmals den „Polytec Young Researcher Award“ aus, der für eine herausragende Präsentation eines Nachwuchswissenschaftlers verliehen wird. Gewonnen hat ihn Taina Conrad von der Universität Ulm mit ihrem Vortrag „He’s giving me good vibrations – The role of vibrations in mason bees“. Den Preis erhielt die Nachwuchswissenschaftlerin im Rahmen der Entomologentagung 2013 in Göttingen. Einen interessanten Artikel zu diesem Thema finden Sie auch auf Seite 30.

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News

Werden Sie Referent! MEMS Testing and Metrology Workshop Die internationale Veranstaltung findet am 7. und 8. Oktober 2014 im Rahmen der SEMICON Europa in Grenoble, Frankreich statt. Diese Expertenveranstaltung behandelt aktuelle Anforderungen und Trends bei der MEMS-Entwicklung sowie bei Messtechnik und Testverfahren. Lernen Sie die neuesten Verfahren für die Charakterisierung von MEMS kennen und diskutieren Sie über Wafer-Level-Teststrategien und Standardisierungsfragen. Oder Sie werden selbst Referent und stellen Ihre Ergebnisse vor! Weitere Infos unter: www.memunity.org

Jetzt vormerken!

Anwendertreffen bei Polytec 13. Anwenderkonferenz in Waldbronn Das größte Treffen für Anwender der Laservibrometrie findet vom 18. bis 19. November 2014 in Waldbronn statt. Ziel der Veranstaltung ist ein intensiver Erfahrungsaustausch über Applikationen und neue Entwicklungen. Diskutieren Sie mit erfahrenen Anwendern und Polytec-Experten. Präsentieren Sie Ihre erfolgreich gelöste Messaufgabe bzw. Erkenntnisse beim Einsatz der Laservibrometrie. Reichen Sie Ihren Vortragstitel bis zum 31. Mai 2014 online ein: www.polytec.de/anwenderkonferenz

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Gesundheit

Im Dienste der Gesundheit Nutzung von Ultraschallschwingungen für die Manipulation von Flüssigkeiten in diagnostischen Handgeräten

Fortschrittliche Diagnosesysteme werden sowohl in industrialisierten Ländern als auch in Entwicklungsländern benötigt, um Patienten unabhängig von den zentralisierten Einrichtungen eines Krankenhauslabors zu untersuchen. Speziell in Entwicklungsländern fallen immer noch zahlreiche Menschen Seuchen wie der Malaria, der Schlafkrankheit oder der Tuberkulose zum Opfer. Die Arbeitsgruppe von Prof. Jon Cooper von der Universität Glasgow entwickelte hierfür nun tragbare Diagnosesysteme mit Einweg-Testchips. ►

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Gesundheit

Das Verfahren basiert auf einem Mikrochip, der über eine aktive Oberfläche zur Manipulation der zu untersuchenden Flüssigkeits­tropfen verfügt. Die aktive Oberfläche erzeugt Ultraschall-Oberflächenwellen, mit deren Hilfe die Tropfen zu verschieden Orten auf dem Mikrochip bewegt und wo dann die eigentlichen Diagnosetests durchführt werden. Bei der Entwicklung der Mikrochips ermöglicht die Laser-Doppler-­ Vibrometrie die Charakterisierung der Oberflächenschwingungen mit hoher räumlicher Auflösung auf großen Flächen. Sie ist damit das entscheidende Werkzeug zur Validierung des Chipdesigns. Nur wenige Testverfahren, wie z.B. das persönliche Glukosemonitoring bei Diabetes, haben bislang den Weg von zentralen Einrichtungen zum Patienten gefunden. Um dies zu ändern, kamen preiswerte Einwegchips zum Einsatz, um mit Ultraschall sämtliche Funktionen, die man für einen vollständigen diagnostischen Test benötigt, durchzuführen. Unterschiedlichste Ultraschallwandler wurden bereits entwickelt, hauptsächlich für Konsumenten-Elektronik. Dies schließt auch sogenannte SAW-Wandler (SAW = Surface Acoustic Wave) für Sensorik und mikrofluidische Tropfenmanipulation ein (Bild 1a).

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Entwickelt wurde eine neue Plattform, bei der die Ultraschallwellen in ein sogenanntes phononisches Gitter eingekoppelt werden. Dabei handelt es sich um ein mikro­strukturiertes mechanisches Gitter (Bild 1b-c). In ähnlicher Weise wie die Brechungsindexvariationen in den Elementen eines Hologramms das Lichtfeld „formen“ können, wird das Ultraschallfeld durch den elastischen Kontrast zwischen den Elementen des phononischen Gitters und der umgebenden Matrix beeinflusst. In einem konkreten Fall setzte man diese Technologie für einen integrierten, Nukleinsäure-basierten Test für die Diagnose von Malaria ein. Dieser Test analysiert das genetische Material des Parasiten, das aus den roten Blutkörperchen eines infizierten Patienten stammt. Bild 2 zeigt Simulationen und Vibro­meter-Messungen, die verdeutlichen wie phononische Elemente die Ultraschallwellen beeinflussen, um diese spezifischen Funktionen zu erzielen.

DIE VIBROMETER-MESSUNGEN Die Messungen wurden mit einem UHF-Ultrahochfrequenz-­ Vibrometer durchgeführt, bei einer Anregungsfrequenz von 9,35 MHz. Die Besonderheit dieser Flächenmessungen bestand in den sehr unterschied­ lichen Maßstäben, die bei den Messungen auftraten. Dies

erforderte lange Scans, um eine ausreichende Fläche zu erfassen (eine Flüssigkeitsprobe von einigen mm) und ein aussagekräftiges Ergebnis bei vertikalen Amplituden von unterhalb 1 nm und mit einer räumlichen Auflösung unterhalb der akustischen Wellenlänge (100 µm) zu erzielen. In einigen Fällen wurde mit Messzeiten von 10 Tagen gearbeitet um cm-große Flächen zu erfassen (siehe Bild 3).

SCHLUSSFOLGERUNGEN Phononische SAW-Bausteine sind bei der Realisierung integrierter Point-of-care Diagnostik vielversprechend. Sie nutzen die von Ultraschallfeldern transportierte mechanische Energie um Flüssigkeitsproben von Patienten auf Low-Cost Mikrochips zu manipulieren. Es wurde deutlich, dass ein Bluttropfen mit Hilfe eines akustischen Filters effektiv manipuliert werden kann, um auf einem integrierten Mikrochip einen vollständige Malaria-Diagnose durchzuführen. Die Laser-Doppler-Vibrometrie ist ein entscheidendes Werkzeug für den Entwicklungsprozess. Sie erlaubt es, das Schallwellenfeld auf der gesamten Oberfläche des Mikrochips zu visualisieren und damit den Chip-Entwurf zu validieren. Zukünftig werden komplexere Tests auf dieser Plattform integriert um Krankheiten wie etwa Tuberkulose nachzuweisen. ■


Gesundheit

Bild 1 (a): Oberflächenwelle (SAW), die sich auf einem piezoelektrischen Substrat ausbreitet und mechanische Energie auf einen Flüssigkeitstropfen überträgt; (b): ein alternatives Format, bei welchem ein Einweg-Chip mit phononischer Bandlückenstruktur auf dem piezoelektrischen Substrat aufgebracht ist; (c): Beispielschema für ein phononisches Gitter (Löcher mit 80 µm Durchmesser).

Bild 2: Ein phononischer Filter, (a) simuliert (Comsol Multiphysics) und (b) gemessen mittels Laser­ vibrometrie (UHF, Polytec) bei 9,35 MHz Anregung. Die Ergebnisse (Schwingungsamplitude) zeigen die Abschwächung der Wellen innerhalb der Struktur (repräsentiert durch das Gitter leerer Löcher in der Messanordnung (b)) während sie sich nach außen fortpflanzen. Das Element ist ca. 1,5 cm breit.

Bild 3: Ein Vibrometer-Scan zeigt die Amplitundenverteilung der Schwingungen in einem phononischen Leitkegel, mit dem Energie an spezifischen Stellen fokussiert wird. Scan mit ca. 190.000 Punkten bei 9,35 MHz.

Kontakt Julien Reboud, Rab Wilson, Yannyk Bourquin, Jonathan M Cooper Julien.Reboud@glasgow.ac.uk Universität Glasgow

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Produkt

Der neue MSA-100-3D Micro System Analyzer von Polytec

Wie schwingen Mikrostrukturen? Optische 3D-Erfassung der Bewegungszustände mit hoher Amplitudenauflösung

Aussagekräftige Messungen zur Charakterisierung des dynamischen Verhaltens von Mikrosystemen wie etwa MEMS werden nicht nur innerhalb des Entwicklungsprozesses benötigt, sondern sind auch wichtig für Routine-Messungen auf Wafer-Ebene. Als berührungsloses, optisches Messverfahren hat sich die Laser-Doppler-Vibrometrie hier als unverzichtbares Werkzeug fest etabliert.

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Sie liefert das komplette Frequenzspektrum in Echtzeit und ermöglicht auf einfache Weise die Erfassung periodischer als auch die Messung transienter Vorgänge wie z.B. Relaxationen. Jedoch war für Mikrosysteme das Verfahren bislang auf die Messungen von Schwingungen aus der Bauteil­ ebene heraus (Out-of-Plane) beschränkt. Dagegen ist die Laser-Doppler-Vibrometrie für makroskopische Objekte schon seit längerem ein anerkanntes Standardverfahren zur 3D-Messung mechanischer Schwingungen. Das Verfahren erfasst sowohl den Out-of-Plane- als auch den In-Plane-Anteil der Schwingung. In vielen Fällen erfordern Mikrosysteme und andere kleine Strukturen mit komplexem

Bewegungsverhalten jedoch die gleichzeitige Erfassung und Analyse aller drei Bewegungskomponenten. In der Vergangenheit nutzte man Verfahren auf Basis der Hochgeschwindigkeits-Bildverarbeitung zur Erfassung der In-Plane-Bewegung, war hierbei allerdings eingeschränkt auf eine Auflösung im nm-Bereich. Für die Qualifizierung neuartiger MEMS-Bausteine ist jedoch oftmals eine deutlich höhere In-Plane-Auflösung erforderlich. Der neue Polytec MSA-100-3D Micro System Analyzer erfüllt diese Anforderungen. Der Messkopf analysiert den vom Messobjekt in drei Raumrichtungen gestreuten einzelnen Laserstrahl und bestimmt daraus die drei-


Produkt

dimensionale Objektbewegung. Das Messsystem erfasst die Schwingungen mikroskopischer Objekte in Echtzeit und erreicht mittels des neuartigen Messprinzips für In-Plane-Bewegungen erstmals eine Amplitudenauflösung im Picometer-Bereich. Für Forschung und Entwicklung von MEMS ist dies eine sehr wichtige Eigenschaft, da die Bewegungsrichtung bzw. die Bewegungsebene vieler MEMS-Bausteine innerhalb der Bauteilebene (In-Plane-Bewegungen; IP) liegt. Typische Beispiele sind Inertialsensoren wie Beschleunigungsaufnehmer oder Gyroskope. In einem kleineren Teil der Fälle ist die relevante Bewegungsrichtung orthogonal zur Bauteilebene (Out-of-Plane-Bewegungen, OOP). Typische Beispiele sind Mikrospiegelarrays, Inkjet-Druckköpfe oder auch Mikrofone oder Drucksensormembranen. Allerdings lässt sich in den meisten Fällen das reale Verhalten nicht als reine OOP- oder IP-Schwingung charakterisieren, sondern ist vielmehr eine Überlagerung von IPund OOP-Bewegungen. Deshalb

benötigt man zur vollständigen Beschreibung hochauflösende Messdaten der Bewegung für jede Bewegungskomponente. Die Bewegungsamplituden erstrecken sich vom µm- bis in den pm-Bereich, um auch parasitäre Störkomponenten sicher zu erfassen. Dank des kleinen Laserspots, der nicht größer als 4 μm ist, führt das MSA-100-3D Messungen mit hoher räumlicher Auflösung durch. Der große Arbeitsabstand des neuen Messgerätes von 38 mm ist ideal für Messungen auch an nicht planaren Messobjekten oder in Vakuumkammern. Zwei integrierte Videokameras liefern Detail- und Übersichtsbilder für ein schnelles und einfaches Einrichten der Messung. Umfangreiche Zubehör- und Software-Optionen ermöglichen eine optimale Anpassung des Messsystems an die jeweilige Fragestellung. So lassen sich mittels der Scanning-Option flächenhafte Messungen zur Bestimmung der 3D-Schwingformen von Mikrosystemen einfach durchführen.

Das MSA-100-3D ist in verschiedenen Konfigurationen mit einer maximalen Messbandbreite von 25 MHz erhältlich. Bild 1 zeigt typische Out-of-Plane- und In-Plane-Schwingungsmoden eines MEMS-Kantilever-Bausteins. Bei der Entwicklung des MSA-100-3D wurde von vorneherein eine optionale Integration in Wafer-Prober berücksichtigt. So sind halbautomatische oder vollautomatische Tests von MEMS auf Wafer-Ebene einfach möglich. Aufgrund des großen Arbeitsabstandes, der speziellen Form des Messkopfes sowie eines austauschbaren Kompen­ sationsfensters eignet sich das Gerät auch für Messungen an einem Vakuum-Prober. Der MSA-100-3D eröffnet völlig neue Möglichkeiten für Messungen und Tests während der Entwicklung neuartiger MEMS-Bausteine und anderer Mikrokomponenten, z.B. aus der Festplattentechnik.

Bild 1: Out-ofPlane- und In-Plane-­ Schwingformen eines MEMS-Kantilever-Bausteins Mehr Info www.polytec.com/mems

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Mikrostrukturen

Extrem vielseitig Der Micro System Analyzer im MEMS Laboratory der japanischen Tohoku University In diesem Labor und in vielen anderen Laboratorien der Welt sind die Polytec Micro System Analyzer unverzichtbare Werkzeuge für die mechanische Charakterisierung von MEMS-Bausteinen. Dieser Artikel behandelt drei typische Beispiele für die Messung und Bewertung von MEMS durch Polytec Messtechnik.

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HOCHFREQUENZ-“DISK”-TYPMEMS-RESONATOREN Mechanische Resonanz ist eine der fundamentalen dynamischen Eigenschaften von MEMS. Sie wird für Gyroskope, Massesensoren, optische Scanner, Clock-Oszillatoren, etc. genutzt. Ein Forschungsschwerpunkt bei MEMS-Resonatoren ist das Erreichen höherer Resonanzfrequezen, um dadurch neue Anwendungen zu ermöglichen bzw. zu entwickeln. Elektrostatische und piezoelektrische Wandlung sind zwei wichtige Antriebsprinzipien, wobei der Forschungsschwerpunkt anfänglich auf elektrostatischen MEMS-Resonatoren

lag. Allerdings stellt die relativ schwache elektromechanische Kopplung für viele Anwendungen des elektrostatischen Antriebsprinzips ein großes Problem dar. Deshalb entschied man sich für Resonatoren mit piezoelektrischem Antriebsprinzip vom „Disk“-Typ, die sich schon in vorangegangen Studien bewährten. Bild 1 zeigt eine Anordnung von zwei piezoelektrischen “Disk”-Typ-Resonatoren, die mechanisch über ein zentrales kreisförmiges Silizium-Element verbunden sind [1]. Aufgesputtertes Aluminumnitrid (AlN) bildet einen piezoelektrischen Dünnfilm. Bild 2 zeigt die Fre-


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quenzcharakteristik im Bereich bis 400 MHz. Jeder Peak entspricht einer spezifischen Resonanzmode, dabei ist die (2, 4) Mode bei 292,8 MHz die benötigte „Haupt“-Mode. Die Modenform kann mittels der Finite Elemente Methode (FEM) bestimmt werden, siehe Bild 3. Allerdings ist es aufgrund der kleinen Größe der Struktur und der hohen Frequenz nicht einfach die tatsächliche Modenform zu messen. In dieser Untersuchung wurde ein Polytec UHF-120 zur Beobachtung der tatsächlichen Schwingformen von „Disk-Typ“-­Resonatoren eingesetzt [2]. Das Polytec UHF-120 ist ein Hochfrequenz Laser-Doppler-Vibrometer, das Schwingwege bis zu Frequenzen von 1.200 MHz erfasst. Das Rauschen beträgt lediglich 10 pm. Bild 4 zeigt die gemessenen (2, 3) und (2, 4) Schwingungsmoden. Die tatsächlich gemessenen Schwingungsmoden weichen von den berechneten Moden, die in Bild 3 dargestellt sind, ab. Zusätzlich gibt es eine lokale starke Amplitudenüberhöhung im Bereich “links-oben”, die möglicherweise auf eine Fehlausrichtung bei der lithographischen Strukturierung zurückzuführen ist. Leider stellte man fest, dass sich dieser MEMS-Resonator-Typ für kommerzielle Frequenz-Steuerungsanwendungen praktisch nicht eignet, deshalb wandte man sich als Ergebnis dieser Studie anderen akustischen Resonator-Typen zu. Es wurde jedoch deutlich, ►

Bild 1: Mechanisch gekoppelte piezo­ Bild 2: Frequenz­charakteristik von elektrische „Disk“-Typ-MEMS-Resonatoren „Disk“-Typ-MEMS-Resonatoren aus Bild 1

(a) (2, 3) Mode bei 252.6 MHz

(b) (2, 4) Mode bei 286.8 MHz

Bild 3: Modenformen berechnet mittels FEM

(a) (2, 3) Mode bei 260.1 MHz

(b) (2, 4) Mode bei 292.9 MHz

Bild 4: Mittels Scanning-Laservibrometrie (Polytec UHF-120) bestimmte Modenformen

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dass das Polytec UHF-120 Vibrometer ideal für die Untersuchung derart hochfrequent schwingender MEMS-Resonatoren ist.

SEITWÄRTS BETRIEBENER PZT1-AKTUATOR Aktuatoren spielen oft eine limitierende Rolle bei der MEMS-Entwicklung. Natürlich wünscht sich jeder auch von einem kleinen Aktuator große Kräfte und Stellwege, was für MEMS-Aktuatoren häufig (noch) zu viel verlangt ist. Auf der anderen Seite erwartet man ständig neue MEMS-Aktuatoren mit höherer Leistung und/oder neuen Funktionen, die das Anwendungsspektrum von MEMS erweitern. Bild 5 zeigt einen kürzlich entwickelten neuartigen PZT-MEMS-Aktuator [3]. Normalerweise bewegen sich PZT-MEMS-Aktuatoren senkrecht zur Bauteilebene (Out-of-Plane), da die Vorzugsrichtung durch die Biegebewegung eines PZT Dünnfilms vorgegeben ist. Der neue Aktuator hingegen bewegt sich in der In-Plane-Richtung, d.h. seitlich. Bild 6 erläutert das Funktionsprinzip des seitwärts angetriebenen PZT-Aktuators. Der Kantilever besteht aus einer seitwärts gestapelten PZT/ Silizium/PZT-Struktur, die durch das Auffüllen von 2 μm-breiten 1 PZT: Blei-Zirkonat-Titanat (PZT) ist ein Stoffverbund aus Blei (Pb), Sauerstoff (O) und Titan(Ti) oder Zirconium (Zr) und gehört zu der Familie der Ferroelektrika. Es eines der weltweit am häufigsten genutzten piezoelektrischen Materialien.

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Bild 5: Seitwärts angetriebener MEMS-Aktuator auf Basis einer PZT/Si/ PZT-Struktur mit großem Aspektverhältnis.

Bild 6: Funktionsprinzip des seitwärts angetriebenen PZT-Aktuators


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HERMETISCHE KAPSELUNG ANODISCH GEBONDETER LTCC-SUBSTRATE AUF WAFER-EBENE

Bild 7: Abklingende Schwingung des seitwärts angetriebenen PZT-Aktuators gemessen mittels stroboskopischer Video-Mikroskopie (Polytec MSA-500)

Silizium-Kanälen mit Sol-Gel-basierten PZT-Nano-Komposit-Material entstehen. Auf beiden Seitenwänden jedes PZT-Balkens wurden dünne Platin-Schichten als Antriebselektroden mittels Atomic Layer Deposition (ALD) aufgebracht. Der neue Kantilever biegt sich so mittels eines Bimorph-Mechanismus und ist deshalb viel kleiner als konventionelle elektrostatische Kamm-Antriebe. Der in Bild 5 dargestellte Aktuator wurde mit dem Standard-MEMS-Evaluierungstool, dem Polytec MSA-500 charakterisiert. Das MSA-500 umfasst ein Scanning Laser-Doppler-Vibrometer, ein Weißlichtinterferometer für die Erfassung der Topografie und ein stroboskopisches Video-­ Mikroskop. Das letztere dient zur Messung der lateralen Bewegung von MEMS-Aktuatoren.

Bild 7 zeigt eine abklingende Schwingung eines Kantilevers, gemessen mit dem MSA-500 In-Plane-Messverfahren. Mittels Fourier-Transformation der Daten aus Bild 7, wurde die fundamentale Resonanzfrequenz (f0 ) mit 14,26 kHz bestimmt. Zusätzlich wurde die Dichte ρ PZT des PZT aus der Gewichtsdifferenz nach selektivem Nass-Ätzen des PZT-Materials bestimmt. Aus f0 und ρ PZT wurde dann das Elastizitätsmodul des PZT-Materials bestimmt. Die statische Auslenkung der Kantilever-Spitze betrug 5 μm und 10 μm bei einer jeweiligen Antriebsspannung von 25/0 V (unimorpher Antrieb) beziehungsweise 25/−5 V (bimorpher Antrieb). Schließlich bestimmte man noch die piezoelektrische Konstante d31 des Materials bei 36 pC/N.

Viele MEMS umfassen sehr kleine bewegliche und/oder frei aufgehängte Strukturen, die hermetisch gekapselt werden müssen. Dies geschieht einerseits aus Schutz vor Umwelteinflüssen wie Feuchtig­keit, Staub und anderen Kontaminationen, andererseits aus Gründen der Luftdämpfung und der thermischen Isolation, etc. Die Kapselung hat einen großen Einfluss auf Größe und Preis der MEMS, daher ist die Kapselung auf Wafer-Ebene entscheidend für eine erfolgreiche Kommerzialisierung von MEMS. Bis heute werden für die hermetische Kapselung auf Wafer-Ebene häufig Borsilikat-Glasdeckel anodisch an den Wafer gebondet. Das anodische Bonden selbst ist ein einfacher und zuverlässiger Prozess mit hoher Ausbeute, allerdings ist der elektrische Zugang zu den MEMS im hermetisch abgeschlossenen Hohlraum schwierig. Zusammen mit der Firma Nikko (Ishikawa, Japan) entwickelte man Niedertemperatur-Einbrand-Keramik-Wafer (low temperature cofired ceramic, LTCC), die anodisch mit Silizium-Wafern zusammengebondet werden können [4]. Das LTCC-Material hat den gleichen thermischen Ausdehnungs-Koeffizienten wie Silizium und enthält ► Natrium-­Ionen, die oberhalb von

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300°C eine Ionen-Leitfähigkeit ermöglichen, darüber hinaus verhält sich der anodische Bondprozess wie bei Borsilikat-Glas. Wie bei konventionellen LTCC-Wafern, werden auch die anodisch bondfähigen Wafer durch Aufeinanderlegen und Sintern sogenannter „green sheets“ produziert, die eine „Innenverdrahtung“ über gestanzte und metallisierte Lochkanäle ermöglichen (Bild 8). Wie in [5, 6] dargestellt, können gleichzeitig mit dem Bondprozess die Metall-VIAs im LTCC-Wafer und die MEMS auf dem Silizium-Wafer mittels poröser Gold-Bumps elek­ trisch verbunden werden. Die Zuverlässigkeit des hermetischen Abschlusses wurde mit Hilfe von Silizum-Membranen getestet. Den LTCC-Wafer bondete man hierzu im Vakuum mit dem Membran-Test-Wafer anodisch zusammen. Anschließend wurde die Verformung der Membranen unter atmosphärischem Luftdruck mit Hilfe des MSA-500 Weißlichtinterferometers bestimmt. Wie in Bild 9 dargestellt, ist die Deformation der Membranen während eines thermischen Lasttests (40°C × 30 min/125°C × 30 min) vernachlässigbar. Die hohe Zuverlässigkeit der elektrischen Verbindungen über die porösen Gold-Bumps konnte über Widerstandsmessungen von in Reihe geschalteten Komponenten nachgewiesen werden. 14

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Neben der generellen Zuverlässigkeit ist der Restdruck innerhalb des abgekapselten Hohlraums ein wichtiges Thema. Es ist bekannt, dass Sauerstoff während des anodischen Bondens elektro-chemisch generiert wird. Dies führt dazu, dass der Druck innerhalb der Kavität oftmals höher ist als der Umgebungsdruck beim Bonden. Der Druck in der dicht abgeschlossenen Kavität wurde ebenfalls über die Membran mittels eines Null-Gleichgewichtsverfahrens in einer Vakuumkammer bestimmt. Der Verkapselungsdruck entspricht dem Kammerdruck, bei dem die Membran flach war. Das Messobjektiv des MSA-500 wurde hierzu mit einer Spezialoptik kombiniert, die den Einfluss des Kammerfensters kompensiert. Bild 10 zeigt beispielhafte Messdaten. Bei Einsatz eines nichtflüchtigen Dünnschicht-Getters (non-evaporable getter, NEG) liegt der Kapseldruck unterhalb der Nachweisgrenze (bei diesem Experiment 80 Pa). ■

Bild 8: Querschnitt eines anodisch gebondeten LTCC-Wafer

Bild 9: Zuverlässigkeit eines hermetisch gekapselten Wafers (Kapselung mittels anodisch gebondetem LTCC-Wafer)

Bild 10: Dichtungsdruck-Messung mittels der Null-Gleichgewichtsmethode (Entgasen bei 400°C für 30 min → Anodisches Bonden bei 400°C und 600 V für 1 min, Hohlraumvolumen = 0,26 mm3)


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REFERENZEN [1] Takeshi Matsumura et al., Multi-band radio-frequency filters fabricated by using polyimide-based membrane transfer bonding technology, Journal of Micromechanics and Microengineering, 20 (2010) 095027 [2] Takeshi Matsumura et al., Vibration Mode Observation of Piezoelectric Disk-Type Resonator by High-Frequency Laser Doppler Vibrometer, Electronics and Communications in Japan, 95 (2012) pp. 33–41 [3] Shinya Yoshida et al., Fabrication and characterization of laterally-driven piezoelectric bimorph MEMS actuator with sol–gel-based high-aspectratio PZT structure, Journal of Micromechanics and Microengineering, 23 (2013) 065014 [4] Shuji Tanaka et al., Wafer-Level Hermetic Packaging Technology for MEMS using Anodically-Bondable LTCC Wafer, 24th IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems, Cancun, Mexico, January 23–27, 2011 pp. 376–379 [5] Shuji Tanaka et al., Versatile Wafer-Level Hermetic Packaging Technology using Anodically-Bondable LTCC Wafer with Compliant Porous Gold Bumps Spontaneously Formed in Wet-Etched Cavities, 25th IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems, Paris, France, January 29–February 2, 2012, pp. 369–372 [6] Shuji Tanaka et al., Electrical Interconnection in Anodic Bonding of Silicon Wafer to LTCC Wafer Using Highly Compliant Porous Bumps Made from Submicron Gold Particles, Sensors and Actuators A, 188 (2012) pp. 198–202

Danksagung Abschließend möchte ich Dr. Takeshi Matsumura, Herrn Nan Wang und Herrn Mamoru Mohri für die Beispiele 1, 2, 3 danken. Die Beispiele 1 und 2 wurden gefördert durch das “Funding Program for World-Leading Innovative R&D on Science and Technology”, und Beispiel 3 wurde teilgefördert durch das “Creation of Innovation Centers for Advanced Interdisciplinary Research Areas Program”. Zum Schluss gilt mein Dank Polytec für die Möglichkeit diesen Artikel zu publizieren. Kontakt Professor Shuji Tanaka Department of Bioengineering and Robotics, Graduate School of Engineering Tohoku University

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Good Vibrations Optimierung von Energy Harvestern und RF-MEMS

Mikroelektromechanische Systeme (MEMS) werden in der Halbleiterprozesstechnik mittles spezieller Mikrobearbeitungs-Verfahren hergestellt. MEMS nutzen elektro­ statische, piezoelektrische, thermische oder magnetische Effekte, um mikrometergroße, bewegliche Bauteile zu steuern. Mittlerweile werden jährlich Milliarden von MEMS-Sensoren und -Aktoren hergestellt. Verwendung finden Sie in nahezu allen Bereichen des täglichen Lebens: in der Automobilindustrie, in Konsumgütern und in digitalen Projektions-Systemen.

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Mikrostrukturen

Das Tyndall National Institute wurde gegründet, um Industrie und Forschung bei der Entwicklung marktreifer Produkte zu unterstützen. Es ist eins der führenden Forschungszentren für Informations- und Kommunikationstechnik (IKT) und die größte Einrichtung dieser Art in Irland. Tyndall beschäftigt sich auch intensiv mit der Entwicklung von MEMS-Bauteilen, hauptsächlich für die Elektronik-, Medizingeräte-, Energie- und Telekommunikations-Industrie. Bei diesen Forschungen setzt das Institut routinemäßig zerstörungsfreie optische Messverfahren ein, um diese Strukturen zu charakterisieren.

Durchmesser, eine Glasabdeckung und Anschluss einer Turbomolekular-Pumpe. Die Kammer enthält Ultraschall-Transducer zur Anregung von Bauelementen sowie einige Durchführungen für elektrische Verbindungen. Ein 300 Volt-Verstärker sorgt für die hohen Spannungen, die für die Charakterisierung von MEMS gebraucht werden. Das System ermöglicht die vollständige Charakterisierung von MEMS, d.h. sowohl Messung der Oberflächentopographie als auch des In-Plane- und Out-of-Plane-Schwingverhaltens bei einem regelbaren Druck von 0,01 mbar bis atmosphärisch.

RF-MEMS RF-MEMS-Komponenten, wie etwa Schalter, Resonatoren und Varaktoren, nutzen elektrostatische Anregung, um die Position eines mikro-mechanischen Stellelements oberhalb eines Hochfrequenzleiters zu ändern und dadurch der Eigenschaften dieser Leitung und des Schaltkreises, in den es eingebaut ist. RF-MEMS-Bauelemente zeigen eine überlegene RF-Leistung, sind klein, leicht und einfach integrierbar. Für Anwendungen wie etwa phasenschiebende Schaltkreise, RF-Radio-Frontends und rekonfigurierbare Antennen sind ► sie vielversprechende Kandidaten.

Der folgende Artikel stellt die Polytec Laservibrometrie-Einrichtung in Tyndall vor und präsentiert zwei Anwendungen: Radio Frequency (RF) MEMS für die Telekommunikation und piezoelektrische MEMS-Kantilever für das Energy Harvesting (Wandlung von Umgebungsenergie in nutzbare elektrische Energie).

HARDWARE Das Labor besitzt ein 30 MHz Polytec MSA-400 mit 1x- bis 50x-Objektiven. Es befindet sich auf einem schwingungsgedämpften Tisch für hochpräzise Messungen (Bild 1). Das System hat außerdem eine maßgefertigte Vakuum-Kammer mit 150 mm

Bild 1: Links: Polytec MSA-400, das mit einer maßgefertigten Vakuum-­Kammer und einem aktiv schwingungsisolierten Tisch ausgestattet ist. Rechts: Nahaufnahme der Vakuum-­Kammer und des anregenden Transducers.

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Eine Hauptcharakteristik eines Mikroschalters ist die effektive mechanische Steifigkeit (k) der beweglichen Elektrode. Sie legt die für die Betätigung des Schalters nötige Spannung fest. Normalerweise ist diese effektive Steifigkeit eine Funktion der Materialeigenschaften und der Geometrie der beweglichen Elektrode. Die Steifigkeit kann experimentell festgelegt werden, indem die mechanische Schwing-Frequenz (f) einer Elektrode mit der Masse (m) gemessen und der Ausdruck k = (2πf)2m angewandt wird. Bild 2 zeigt die Frequenzspektren von 100 µm-großen, rechteckigen Aluminium-Elektroden, die an drei unterschiedlichen FederTypen aufgehängt sind: gerade, mäander- und spiralförmig. Es ist klar, dass die Resonanzfrequenz (und Steifigkeit) stark von jener der Geometrie der Aufhängung abhängt.

Umgebungsparameter wie Gasdruck und -konzentration haben einen starken Einfluss auf die optimale Leistung und Zuverlässigkeit eines MEMS-Bausteins. Bild 3 zeigt den Einfluss der Luftdämpfung auf die Resonanzlinie eines einfachen MEMS-Kantilever-Resonators. Die Ergebnisse zeigen deutlich, dass der Umgebungsdruck im Element unter einem bestimmten kritischen Level liegen muss, um einen hohen Q-Faktor des Resonators zu gewährleisten. In diesem Fall ist das etwa 1 mbar.

PIEZOELEKTRISCHES ENERGY HARVESTING Energy Harvester wandeln frei verfügbare kinetische Umgebungsenergie in elektrische Energie, mit der autonome Niederspannungs-Systeme, wie etwa drahtlose Sensorknoten in

Bild 2: 100 µm-große, rechteckige kapazitive RF-MEMSSchalter mit drei unterschiedlichen Feder-Designs und die jeweils gemessenen mechanischen Resonanz-Frequenzen.

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der Medizintechnik, betrieben werden können. Der Harvester selbst ist ein mechanisches System, dessen Resonanzfrequenz auf die spektrale Verteilung der Umgebungsenergie abgestimmt ist. Regt die Umgebung den Wandler zu Schwingungen an, wird er zum Signal-Verstärker für die externen Schwingungen bei genau dieser Frequenz. Der Wandler muss dann in der Lage sein, die Schwingungs-Energie in nutzbare elektrische Energie zu transformieren. Piezoelektrische Harvester tun dies, indem sie die Fähigkeit des piezoelektrischen Materials, bei mechanischer Belastung Ladungen auf ihrer kristallinen Fläche zu sammeln, nutzen. Tyndall hat MEMS-Wandler mit einer Schwing-Frequenz von unter 150 Hz ent­wickelt. Die Bauelemente werden durch eine Kombination von Verfahren der Volumen- und

Bild 3: Gemessene Resonanzfrequenz eines MEMS-Kantilever-­ Resonators in Abhängigkeit vom Umgebungsdruck (links) und die entsprechende Druckabhängigkeit der Resonanzfrequenz und des Gütefaktors Q.


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Bild 4: Schematische Darstellung des Profils eines Silizium-basierten, piezoelektrischen Energy Harvesters.

Oberflächenmikromechanik hergestellt. Bild 4 zeigt das Profil eines Silizium-Kantilever-Harvesters. Für die gewünschten Resonanzen von unter 150 Hz müssen die Biegebalken (Kantilever), die die Systemfeder darstellen, lang (~8 mm – 10 mm) und dünn (<50 µm) sein. Die gesamte Waferdicke wird herangezogen, um die Masse zu bilden. Zwei der

größten Herausforderungen bei Energieharvestern ist ihre geringe Ausgangsleistung und ihre von Natur aus schmale Bandbreite. Ein Lösungsansatz ist, mehrere Elemente elektrisch zusammenzuschalten, um so die Ausgangsleistung zu erhöhen. Bild 5 zeigt die Ergebnisse für die Kombination von drei Kantilever-Harvestern, die identische Massen aber

unterschiedlich gestaltete Biegebalken haben. Diese Elemente wurden so konstruiert, dass sie etwa bei derselben Frequenz schwingen. Die Resonanzfrequenz der Biegebalken wurde mittels der Laservibrometrie erfasst. Die Elemente schwingen resonant zwischen 115 Hz und 118 Hz mit einem Schwingweg von mehreren Mikrometern. Den Aufbau der Messung zeigt Bild 1. ■

Kontakt Dr. Conor O’Mahony, Dr. Oskar Olszewski und Dr. Ruth Houlihan vom Microsystems Centre des Tyndall National Institute, University College Cork, Irland conor.omahony@tyndall.ie +353 21 2346200

Bild 5: Mit dem Vibrometer gemessenes Schwingungsspektrum von drei leicht unterschiedlichen Kantilever-Strukturen.

Die Forschung wurde unterstützt von Enterprise Ireland, der Science-Foundation Ireland, der European Space Agency und der Europäischen Union.

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Mikrostrukturen

Besser schalten Charakterisierung und Optimierung BiCMOS-integrierter RF-MEMS-Schalter

Die monolithische Integration von RF-MEMS in einer SiGe-BiCMOS-Technologie ermöglicht die Entwicklung kostengünstiger und hochintegrierter Schaltkreise für zukünftige Radar- und Imaging-Systeme. Durch den Einsatz von Laser-Doppler-­ Vibrometrie (LDV) und Weißlichtinterferometrie (WLI) wurden RF-MEMS-Schalter mit ausgezeichneter Performance und Zuverlässigkeit entwickelt.

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Mikrostrukturen

BICMOS-INTEGRATION VON RF-MEMS-SCHALTERN SiGe-BiCMOS-Technologien werden zunehmend interessanter für mm-Wellen-Anwendungen wie z.B. WLAN, Radar und Imaging. Diese benötigen oftmals elektronische Schaltungen für verschiedene Frequenzbänder, Schalter zur Steuerung des Signalpfads zwischen Sender, Empfänger und Antenne sowie phasengesteuerte Systeme, welche mit RF-MEMSSchaltern realisierbar sind und von den verbesserten Hochfrequenz-Eigenschaften profitieren (Bild 1).

Der am IHP entwickelte kapazitive RF-MEMS-Schalter wird monolithisch innerhalb des Backend-of-Line (BEOL) der SiGe-BiCMOS-Technologie integriert (Bild 2), wodurch minimale Leitungslängen zwischen den Transistoren und MEMS realisiert und damit bei hohen Frequenzen auftretende parasitäre Effekte minimiert werden. Die ersten drei Metallisierungs­ ebenen beinhalten den Schalter. In Metall 1 befinden sich die Elektroden zur elektrostatischen Anregung des Schalters, Metall 2 dient als Signalleitung und die bewegliche Membran befindet sich in Metall 3. Durch elektrost-

atische Ansteuerung wird die Membranposition und damit die kapazitive Kopplung zwischen Signalleitung und beweglicher Membran verändert und damit Hochfrequenz-­Signale effizient geschaltet.

EXPERIMENTELLES SETUP Die Entwicklung eines RFMEMS-­Schalters erfordert viel­seitige Messmethoden zur Charakterisierung der mecha­ nischen, elek­trischen und Hoch­ frequenz-­Eigenschaften. Die Analyse der elektromechanischen Eigenschaften ist wichtig, da diese die Hochfrequenz-Eigenschaften signifikant beeinflussen. Dabei ►

Bild 1: Einsatz eines RF-MEMS-Schalters als Tx/Rx-Schalter (links) oder Phasenschieber (rechts)

Bild 2: Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme des RF-MEMS-Schalters.

Bild 3: LDV-Messung zeigt Auslenkung der Membran bei verschiedenen Anregungsspannungen (links) und die Homogenität über den Wafer (rechts).

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Mikrostrukturen

werden optische Verfahren bevorzugt, da Messungen mit höchster Genauigkeit ohne Beeinflussung des Messobjektes möglich sind. Zur elektromechanischen Charakterisierung der Schalter wird das MSA-500 von Polytec verwendet. Es analysiert Bewegungen mittels LDV sowie statische Verformungen mittels WLI automatisiert auf 200-mm-Wafern. Speziell LDV ist hier eine hervorragende Messmethode zur prozessbegleitenden Charakterisierung, da diese Technik Out-of-Plane-Schwing­ungen mit Wegauflösungen im nm- bei örtlicher Auflösung im µm-Bereich detektiert.

ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK

Bild 4: WLI-Analyse eines RF-MEMS-­ Schalters zeigt den Ein­fluss von Verspannungen in den dünnen Schichten.

ERGEBNISSE Durch Anregung des Schalters mit verschiedenen Spannungen werden Parameter wie die PullIn Spannung und Schaltzeiten extrahiert, wobei eine sehr gute Homogenität über den Wafer erreicht wird (Bild 3). Über die Auslenkung der Membran werden Rückschlüsse auf die mechanische Federkonstante der Membran und den Einfluss von Materialverspannungen gezogen. Letztere führen zur Beeinflussung der mechanischen, elektrischen und Hochfrequenz-Eigenschaften und werden deshalb analysiert und durch Prozessanpassungen optimiert.

In Bezug auf monolithisch-integrierte RF-MEMS-Schalter wurden in den letzten Jahren große Fortschritte hinsichtlich der Performance, Prozessstabilität, Ausbeute und Zuverlässigkeit erzielt. Diese schnelle Entwicklung ermöglichte nicht zuletzt LDV und WLI. Durch den Einsatz dieser Messmethoden ist es möglich, schnelle und kostengünstige Analysen der elektromechanischen Eigenschaften auf Wafer-Level durchzuführen und damit zuverlässige mm-Wellen Systeme wie das in Bild 6 dargestellte intelligente Antennen-­Array mit integrierten RF-MEMS-Schaltern zu entwickeln. ■

Bild 5: LDV-Zuverlässigkeitstest eines RF-MEMS-Schalters.

Zuverlässigkeit ist eines der größten Hindernisse für den Einsatz von MEMS, da etwa das sogenannte Charging oder Materialermüdung schnell zum Ausfall führen. Auch dabei ist LDV behilflich, da eine Vielzahl an Schaltern parallel und damit schnell und kostengünstig über viele Milliarden Schaltzyklen getestet werden (Bild 5).

Bild 6: Transceiver QuadChip für intelligente Antennen-Arrays. Kontakt Dipl-Ing. (FH) Matthias Wietstruck IHP – Innovations for High Performance wietstruck@ihp-microelectronics.com Microelectronics Im Technologiepark 25 15236 Frankfurt (Oder)

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Mikrostrukturen

Maßgeschneiderte Modelle für MEMS Systematische Parameter-Extraktion und Modellvalidierung mit dem MSA-500 Mikromechanische Wandler­elemente sind aus vielen Anwendungen nicht mehr weg zu denken. Einsatzgebiete sind zum einen klassische Bereiche wie die Automobiltechnik (z.B. Airbag- oder Reifendrucksensoren), zunehmend aber auch der Consumerbereich (z.B. Mobiltelefone). Simulationen sollen bei den immer weiter steigenden Anforderungen an diese Bauelemente und Systeme helfen, Zeit und Kosten zu sparen. Die Modellierung muss dabei eng mit experimenteller Charakterisierung verzahnt sein, um möglichst effizient das gewünschte Ergebnis zu erzielen. ►

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Mikrostrukturen

Mikrosystem

Zerlegung in Subsysteme

Ableitung von physikalisch basierten Subsystemmodellen Synthese des Gesamtsystemmodells Gesamtsystem (Wandler, Beschaltung, Umgebungseinflüsse, Gehäuse)

Parameter­ extraktion, Modell­ kalibrierung und -validierung: MSA-500 mit Messkammer

Bild 1: Hierarchischer Modellierungsansatz für mikromechanische Bauelemente und Systeme (links); für Parameterextraktion, Kalibrierung und Modellvalidierung wird ein MSA-500 Laser-Doppler-Vibrometer eingesetzt, das mit einer Vakuummesskammer zur druck- und temperaturabhängigen Charakterisierung kombiniert werden kann.

Hierbei bewegt man sich in einem äußerst komplexen Umfeld, da stets Kopplungen zwischen verschiedenen Energieformen zu berücksichtigen sind. Für die Beurteilung der Leistungsfähigkeit der jeweiligen Konzepte muss darüber hinaus immer das Gesamtsystem mit elektronischer Beschaltung zur Ansteuerung, Regelung und Signalauswertung betrachtet werden. Daher sind im Entwicklungsprozess von Mikrobauelementen und –systemen Modellbildung, Simulation, experimentelle Charakterisierung, Parameterextraktion und Modellverifikation eng verzahnt, um möglichst schnell und effizient das gewünschte Ergebnis zu liefern. 24

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Bild 2: Mikromechanischer Hochfrequenzschalter. Der Schalter und damit der HF-Signalpfad kann geschlossen werden, indem die geschlitzte, an vier Balken aufgehängte Membran mittels einer elektrischen Spannung bis zum Kontakt mit der Gegenelektrode ausgelenkt wird.

Um Mikrosysteme mit sinnvollem Aufwand zu beschreiben, benötigt man oftmals abstrahierende Modelle, die das Verhalten des Gesamtsystems effizient und schnell simulieren. Hierzu verwendet man einen hierarchischen und modularen Modellierungsansatz (Bild 1, links), bei dem das System zunächst in Subsysteme unterteilt wird, für die, je nach Anforderung, maßgeschneiderte, physikalisch basierte Systemmodelle abgeleitet werden (siehe Überblick in Bild 1). Mittels standardisierter Hardware-Beschreibungssprachen lassen sich diese Modelle direkt in einen Schaltkreissimulator implementieren. Sie eignen sich dann für die Co-Simulation von mikro-

mechanischen Wandlerelementen mit der zu entwickelnden Auswerte- und Regelelektronik innerhalb einer homogenen Simulationsumgebung. Voraussetzung für einen derartigen Prozess ist allerdings die enge Verzahnung mit dezidierter Parameterextraktion und Kalibrierung sowie Validierung der einzelnen Modelle. Hierfür verwendete man den dargestellten Messaufbau (Bild 1, rechts). Dieser besteht aus einem MSA-500 Laser-Doppler-­Vibrometer und einer Messkammer, in der man die Proben druck- und temperaturabhängig charakterisieren kann. Die Bauelemente sind sowohl elektrisch als auch mechanisch über einen Piezoschwinger angeregbar.


Mikrostrukturen

a)

c)

b)

Bild 3: Exemplarische Messdaten für die Parameter-Extraktion und Kalibrierung eines gekoppelten Simulationsmodells für den in Bild 2 dargestellten mikromechanischen Hochfrequenzschalter. a) Biegelinie des Ruhezustandes, vermessen mit einem Weißlichtinterferometer b) Eigenfrequenzbestimmung c) Quasistatische Pull-in-Charakteristik der elektrostatisch angeregten Brücke, jeweils gemessen mit dem Laser-Doppler-Vibrometer

Ergänzt wird diese Ausrüstung durch ein Weißlichtinterferometer zur Topologie-Bestimmung sowie elektrischer Messtechnik (vorwiegend kapazitive Charakterisierung). Bild 3 zeigt ein typisches Vorgehen bei der Modellkalibrierung und –validierung bei einem Hochfrequenzschalter. Dabei handelt es sich um eine an vier Balken aufgehängte, geschlitzte bewegliche Brücke, die mittels elektrostatischer Anregung nach unten auslenkbar ist, bis der Kontakt mit der darunter liegenden Gegenelektrode hergestellt und ein Hochfrequenz-Signalpfad geschlossen ist. Hierzu muss

zunächst das mechanische Teilmodell kalibriert und die genauen geometrischen Abmessungen, die mechanische Steifigkeit und die eventuelle fabrikationsbedingte Verwölbung bestimmt werden. Weißlichtinterferometer-Messungen des Bauelementeprofils im unbelasteten Zustand sowie Eigenfrequenzmessungen bei niedrigem Umgebungsdruck liefern diese Parameter (Bild 3a). Quasistatische Messungen der Struktur bei elektrostatischer Anregung der Brücke bis zum Kontakt, sogenannte Pull-in-Messungen (Bild 3c), geben Aufschluss über die Spalthöhe unter der Brücke und die Schaltspannung. Das Gesamtmodell inklusive der

Dämpfungseffekte durch die umgebende Luft wird schließlich anhand des dynamischen Verhaltens überprüft. Stimmen simulierte und gemessene Werte überein, sind alle Effekte im Modell physikalisch korrekt und mit ausreichender Genauigkeit enthalten. Es ist damit für Untersuchungen des Bauelementeverhaltens sowie Design- und Optimierungsstudien geeignet. Mit einem so kalibrierten Modell untersucht und optimiert man dann beispielsweise Schaltzeiten, Schaltverhalten und mechanischen Kontakt verschiedener Designs (Bild 4). Bild 5 zeigt die Auslenkung einer alternativen Schaltervariante, bei der zur ►

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Mikrostrukturen

Bild 6: Güte-Bestimmung für eine Balken­ struktur mit einem Abstand zum Substrat im sub-Mikrometerbereich. Die Güte wurde aus der 3-db-Bandbreite der ersten Eigenresonanz berechnet. Bild 4: Schließvorgang eines Mikroschalters. Vergleich zwischen Simulation und Messung.

Bild 5: Transiente vertikale Auslenkung einer mikromechanischen Schalterstruktur induziert durch Aufheizen der Brücke mittels unter den Ankern implantierter Heizmäander: Vergleich zwischen Messungen und Simulation. Überlagert sind Schwingungen der Brücke in der fundamentalen Eigenmode.

Steigerung der Zuverlässigkeit Heizmäander unterhalb der Anker integriert wurden. Im Falle einer Fehlfunktion durch Haften an der Gegenelektrode sollen über eine thermische Ausdehnung der beweglichen Brücke Biegemomente auf diese ausgeübt werden, die sie lösen und den Schalter wieder funktionstüchtig machen. Aus Simulation und Messung können Rückschlüsse auf Effizienz und Zeitverhalten dieses Mechanismus gezogen und Vorschläge zur Verbesserung erarbeitet werden.

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Als letztes Beispiel zeigt Bild 6 Untersuchungen zur Entwicklung neuartiger nano-elektromechanischer Bauelemente, bei denen die Spalthöhen unterhalb der mechanisch beweglichen Balken und Membranen im sub-Mikrometer-Bereich liegen. Wenn solche Strukturen als Resonatoren betrieben werden, sind mechanische Schwingungsgüten von großem Interesse. Beispielhaft werden hier druckabhängige Gütewerte gezeigt, extrahiert aus der 3-dB-Bandbreite der ersten Eigenresonanz der dort dargestellten Balkenstruktur im Vergleich mit den simulierten Werten. Eine besondere Herausforderung bei solchen Strukturen stellen die kleinen Strukturgrößen dar, da man hier schon bei Raumdruck an die theoretischen Grenzen der klassischen Kontinuumstheorie stößt und bei der Ableitung der Simulationsmodelle mit besonderer Sorgfalt vorgehen muss. ■

Kontakt Gabriele Schrag, Thomas Künzig, Johannes Manz, Regine Behlert, Martin Nießner* schrag@tum.de Arbeitsgruppe „Mikroelektromechanische Systeme“ am Lehrstuhl für Technische Elektrophysik der Technischen Universität München *jetzt: Infineon Technologies AG, München


Mikrostrukturen

Bio-MEMS auf dem Prüfstand Schwingungsbasierter Nachweis von Biomolekülen

Die Möglichkeit, Bewegungen von Mikrosystemen bei hohen Frequenzen mit sub-Nanometer-­Auflösung zu erfassen, ist der Schlüssel zur Entwicklung resonanzbasierter Sensortechnologie der nächsten Generation.

Mikrosystemtechnische Herstellungsverfahren läuten eine neue Generation der Medizintechnik ein. Sie versprechen Sensoren für den Einsatz am Point-of-Care (Ort der Behandlung) mit gesteigerter Empfindlichkeit und schnelle Ergebnisse innerhalb von Minuten bei gleichzeitig geringen Kosten. ►

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Mikrostrukturen

Die höchste Empfindlichkeit erreicht man mit resonant schwingenden Systemen, bei denen angelagerte Biomoleküle zu einer Massebeladung des Sensors und damit zu einer Verschiebung der Resonanzfrequenz führen. Ein neues an der Universität Newcastle entwickeltes Nachweisverfahren beruht auf entarteten Schwingungsmoden (die Frequenzen der Schwingungsmoden fallen zusammen). Für eine gegebene Sensor-Geometrie wählt man zwei entartete Schwingungsmoden. Bei einem perfekt hergestellten Baustein bedingt die geometrische Symmetrie, dass die Frequenz beider Schwingungsmoden zusammenfällt (Bild 1). Durch Funktionalisierung des Sensors fängt man bestimmte Biomoleküle an bestimmten Zonen der Oberfläche ein. Dies ist an den Schwingungsbäuchen bei einer der Moden der Fall. Hierdurch wird die Symmetrie gebrochen und es kommt zu einer Frequenzverschiebung zwischen beiden Moden. Das Verfahren ist zuverlässig, da die Aufspaltung proportional zu

Bild 1: Die Schwingungsmoden der (1,0) Schwingung einer kreisförmigen Membran. Für ein symmetrisches Bauelement bilden die Moden ein entartetes Paar (Zusammenfall der Resonanzen).

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der dem Sensor hinzugefügten Masse, aber unempfindlich gegenüber unspezifischen Bindungsereignissen und Temperaturfluktuationen ist (Bild 2).

Bild 2: Nach Funktionalisierung des Sensors wird die Entartung aufgehoben und die modalen Frequenzen weisen eine Aufspaltung Δf1 auf. Hinzufügen von Masse an den Positionen der Schwingungsbäuche der funktionalisierten Mode vergrößert die Aufspaltung zu Δf2. Bei unspezifischer Massevariation (rot) bleibt die Aufspaltung unverändert.

DESIGN UND HERSTELLUNG DER SENSORELEMENTE Bisherige Varianten des Sensor-­ Designs nutzen eine 4,5 µm dicke kristalline Silizium-Membran mit kapazitiver Anregung und kapazitivem Nachweis mittels Elektroden. Diese sind unterhalb der Membran in einer Kavität eingeschlossen. Ein Nachteil war bei diesem Ansatz die aufwändige Signalnachbearbeitung, die zu einem unverhältnismäßig hohen Preis der Einwegsensoren führen

würde. Der neueste Entwicklungsschritt, finanziert über ESPRC (EP/ G061394/1), beinhaltet einen 750 nm dicken, auf der Silizium-Membran abgeschiedenen piezoelektrischen (PZT) Film. Mittels einer 200 nm dicken Silizium-Oxidschicht werden flächige Elektroden definiert. Setzt man die Elektroden unter Spannung setzt das über die Piezoschicht induzierte Biegemoment das Bauteil in Bewegung. Die Herstellung der Elemente erfolgt im Reinraum über einen Halbleiterprozess. Dabei berücksichtigt der Entwurf typische Herstellungstoleranzen von ±2 µm. Zwei Siliziumwafer, von denen einer strukturiert ist, werden so zusammengebonded, dass kreisförmige Membran-Resonatoren entstehen. Eine Platin-Basiselektrode dient als Unterlage für die nachfolgend per Spin-Coating Bild 3: ProzessSchritte bei der Herstellung des Sensors.


Mikrostrukturen

aufgetragene PZT Dünnfilmschicht sowie für die strukturierten Oxid- und Goldschichten, die die Top-Elektroden und die Fixierungszonen bilden (Bild 3). Die Wafer werden anschließend zersägt und individuelle Bausteine (Bild 4) gepackaged.

Bild 4: Mikroskop-Aufnahme eines fertiggestellten Sensors.

CHARAKTERISIERUNG DER SENSOREN Obwohl die On-Board-Elektronik letztendlich die Bewegung des Sensorelementes erfasst, benötigt man während der Entwicklung dieser Elektronik zur Charakterisierung des mechanischen Sensorverhaltens ein unabhängiges Messverfahren wie die Laser-Doppler-Vibrometrie. Die Sensorelemente werden unter Vakuum, Atmosphärendruck und in flüssiger Umgebung getestet. Die Messung der Resonanzfrequenzen und der Qualitätsfaktoren der Moden sind hierbei entscheidende Aufgaben. Die Ergebnisse zeigen, dass aufgrund

des starken elektromechanischen Kopplungsfaktors des Piezomaterials, das Verhalten unter Vakuum und Atmosphärendruck vergleichbar ist. Aufgrund der deutlich stärkeren Massenträgheit der Flüssigkeitsumgebung tritt eine Leistungsminderung auf, für die eine elektronische Lösung als schwierig erscheint. Der Abgleich der Schwingungsmoden ist der Schlüssel für die Empfindlichkeit des Sensors. Da der Geometrie-Entwurf festlegt, wo Moleküle an der Oberfläche eingefangen werden, ist es wichtig, dass diese Position mit der Position der Schwingungsbäuche der notwendigen Schwingungsmode zusammenfällt. Durch Fertigungstoleranzen bedingte Abweichungen können einen Fehlabgleich der Moden bewirken, sodass eine genaue Erfassung jeder Schwingform in dieser Entwicklungsphase notwendig ist. Für einen gegebenen modalen Abgleich wird die Massenempfindlichkeit durch elektrochemische Abscheidung zusätzlichen Goldes bestimmt.

ERGEBNISSE UND ZUKÜNFTIGE ARBEITEN Erste Ergebnisse liefern eine Massensensitivität von 12,0 Hz pg-1 (Für vollständige Details siehe J. Micromech. Microeng. 23 (2013) 125019). Aktuell wird an einer Frequenz-Tracking-Elektronik für die Messung des

Einfangs von Biomolekülen an der Sensoroberfläche gearbeitet. Die vorliegenden, vorläufigen Untersuchungen des Sensors wurden mit einem Faseroptischen Vibrometer von Polytec mit einer Frequenzbandbreite von 20 MHz durchgeführt. Zusätzliche ESPRC-Gelder ermöglichten die Anschaffung eines UHF-120 Ultrahochfrequenz-Vibrometers und erweiterten die messtechnischen Möglichkeiten bis 1,2 GHz. Da die Empfindlichkeit des Sensors von der Frequenz abhängt, ist das Studium von Schwingungsmoden höherer Ordnung des aktuellen Sensordesigns sowie die Untersuchung anderer Sensorkonzepte auf der Basis ultrahochfrequenter Oberflächenwellen (SAWs) von besonderem Interesse. Dies ist mit dem neuen Vibrometer in einem sehr weiten Frequenzbereich möglich. Das UHF-Vibrometer steht auch externen Anwendern zur Verfügung. Auf diesem Weg bietet man anderen Forschergruppen und Instituten Unterstützung bei der Charakterisierung ihrer hochfrequenten Komponenten und Sensorelemente an. ■ Kontakt Dr. John Hedley, Dr. Zhongxu Hu, Dr. Barry Gallacher, Dr. Neil Keegan, Julia Spoors, Prof. Calum McNeil John.Hedley@ncl.ac.uk, Zhongxu.Hu@ncl.ac.uk Newcastle University School of Mechanical and Systems Engineering / Institute of Cellular Medicine www.ncl.ac.uk/mech

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Biologie

Große Bühne für kleine Sänger Laservibrometer in der Insektenforschung

Glasflügelzikade (Hyalesthes obsoletus). Diese Art überträgt eine Pflanzenkrankheit auf Weinreben und ist darum von großem wissenschaftlichen und wirtschaftlichen Interesse.

Zikaden bilden innerhalb der Insekten eine sehr diverse Tiergruppe, über deren Verhalten und Evolution noch relativ wenig bekannt ist. Vibrationssignale spielen eine wichtige Rolle beim Paarungsverhalten und der Arterkennung. Bei deren Erforschung ist der Einsatz von Laservibrometern äußerst hilfreich.

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Biologie

Die Gesänge der großen Sing­ zikaden sind den meisten Leuten aus dem Urlaub am Mittelmeer oder den Tropen bekannt. Die Hemiptera (Schnabelkerfe), zu denen neben den Zikaden noch die Wanzen, Blattläuse und Weiße Fliegen gehören, sind eine sehr diverse und erfolgreiche Ordnung von Insekten. Bis heute wurden weltweit etwa 42.000 Zikaden­arten beschrieben. Die Mehrheit der Arten gehört zu den sogenannten Kleinzikaden (siehe Titelbild) mit einer Körpergröße von weniger als 5 mm. Sie spielen eine wichtige Rolle als primäre Konsumenten und somit auch als Nahrung für andere Tiergruppen. Auch als Schädlinge treten Zikaden in Erscheinung, zum Beispiel an Reben oder an Reis, und sind somit auch von wirtschaftlicher Bedeutung.

PROBLEMSTELLUNG Im Gegensatz zu den Singzikaden, deren Gesänge auch für Menschen ohne weitere Hilfsmittel hörbar sind, benutzen Kleinzikaden substratgebundene Signale. Sie erzeugen Vibrationen (100 - 3.000 Hz), die nur auf der Pflanze zu registrieren sind, auf der das Tier gerade sitzt. Substratgebundene Signale wurden lange nicht beachtet, obwohl sie bei Insekten weit verbreitet sind. Die Gesänge klingen oft wie Trommelwirbel und werden durch sogenannte Trommelorgane erzeugt – Platten am Hinterleib, die mittels Muskeln in Schwingungen versetzt werden. Die Kommunikation dient in erster Linie der Partnerfindung und oft gibt es zwischen den Geschlechtern artspezifische Wechselgesänge,

die eine Barriere zu anderen Arten bilden (biologisches Artkonzept). Die Artunterscheidung ist jedoch bei vielen Kleinzikaden schwierig. Bei den bislang benutzten anatomischen Merkmalen sind die Unterschiede oft gering, weshalb andere Identifizierungsmerkmale nötig sind. Abgesehen von molekularen Methoden bietet sich dabei die Bioakustik an.

VERSUCHSAUFBAU Früher wurden die Vibrationssignale mittels sehr einfacher Methoden registriert. Mit einer an die Wirtspflanze gelegten Grammophonnadel konnten die Vibrationen hörbar gemacht werden. Später kamen piezoelektrische Aufnahmesysteme hinzu. Die Signale konnten so auf Magnetbänder oder später digital ►

Bild 1: Versuchsaufbau für Aufnahmen von Kleinzikadengesängen. Die Vibrationen werden mittels Laservibrometer PDV-100 entweder direkt auf dem Tier oder auf deren Wirtspflanze gemessen.

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Biologie

aufgezeichnet werden. Ein großer Nachteil bei diesen Methoden ist, dass das Aufnehmersystem entweder direkt mit der Wirtspflanze in Kontakt stehen muss oder zumindest so nahe am Tier ist, dass dieses eventuell in seinem natürlichen Verhalten gestört werden könnte. Laservibrometer bieten hier unvergleichliche Vorteile, indem direkt auf dem Tier oder der Pflanze gemessen werden kann ohne dass ein direkter Kontakt mit dem Tier

Bild 2: Vergleich von Laservibrometerund Mikrofonmessungen. Oben das klare Vibrationssignal einer männlichen Glasflügelzikade (Hyalesthes obsoletus). Unten die zeitgleiche Aufnahme des Luftschalls in unmittelbarer Umgebung des Tieres.

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bzw. dem Substrat nötig ist (Bild 1). Außerdem können die Messpunkte exakter definiert werden und sind so besser reproduzierbar.

AUSBLICK Durch Laservibrometer-Messungen können aber noch weitere Fragestellungen angegangen werden. So ist zum Beispiel noch unklar, ob es sich wirklich nur um reine Vibrationssignale handelt oder ob, zumindest im Nahbereich, auch der Luftschall eine Rolle bei der Kommunikation spielt. Die ersten Versuche haben gezeigt, dass zwar ein Luftschall messbar ist, das Signal aber deutlich schwächer und verrauschter ist (Bild 2). Auch die Ausbreitung des Körperschalls auf der Wirtspflanze und das Schwingverhalten der Wirtspflanze können dank dem Scanning-Laservibrometer untersucht werden (Bild 3). Wichtige Aspekte hierbei sind die Position des Insektes während des Gesanges, die Beschaffenheit des Pflanzenmaterials sowie das Verhältnis zwischen erzeugter Frequenz und Eigenresonanz der Pflanze. Weitere Untersuchungen werden hier mögliche evolutive Anpassungen der Insekten an ihre Wirtspflanzen aufzeigen, was zu einem besseren Verständnis der Artbildungsprozesse bei Kleinzikaden führen wird. ■

Bild 3: Schwingform des Pflanzenblattes (Brennnessel) durch künstlich induziertes Signal (170 Hz) und das entsprechende Frequenzspektrum.

Autoren Dr. Roland Mühlethaler, Dr. Andreas Wessel, Prof. Dr. Hannelore Hoch roland.muehlethaler@mfn-berlin.de Museum für Naturkunde Leibniz-Institut für Evolutions- und Biodiversitätsforschung an der Humboldt-Universität zu Berlin www.naturkundemuseum-berlin.de Bildnachweise Titelfoto: E. Wachmann, Berlin. Bild 1: S. Grube/V. Hartung, Berlin. Danksagung Wir danken Herrn Dr. Reinhard Behrendt und Samy Monsched von Polytec herzlich für die intellektuelle und technische Unterstützung.


Kooperation

Das Hören verbessern Polytec und Uni Stuttgart eröffnen Kompetenzzentrum für Laser-Doppler-Vibrometrie in der Biomechanik Die Universität Stuttgart eröffnete im November 2013 das neue Kompetenzzentrum für Laser-Doppler-Vibrometrie. Messtechniken aus dem Maschinenbau werden hier auf die Biomechanik übertragen. Bei diesem Projekt kooperiert Polytec mit dem Institut für Technische und Numerische Mechanik (ITM) der Universität Stuttgart.

Von den Forschungen profitieren insbesondere hörgeschädigte Menschen. „Mit unserer Ausstattung in der Lasermesstechnik schaffen wir Voraussetzungen für exzellente Forschung und fundierte Ausbildung“, so der Leiter des ITM, Prof. Peter Eberhard. Dr. Stefan König, Vertriebs­ ingenieur bei Polytec ergänzt: „Die Laser-Doppler-Vibrometrie am ITM erlaubt uns interessante Anwendungen und tiefgehende Analysen.“

grundlegende Methodik zur Erfassung und zum Verständnis von Schwingungen. Sie lässt sich daher auch bei biomechanischen Vorgängen wie der Schallübertragung durch das Mittelohr zum Innenohr anwenden“, erklärt Dr. Albrecht Eiber. Der stellvertretende Leiter des ITM erforscht seit Jahren mit Verfahren wie der Computersimulation Implantate, die eine Rekonstruktion eines durch Alter, Krankheit oder Unfall geschädigten Gehörs erlauben.

Die Laser-Doppler-Vibrometrie erfasst selbst kleinste Bewegungen im Nanometerbereich und macht dadurch insbesondere hochdynamische Vorgänge ohne Beeinflussung des Messobjekts zugänglich. „Die Laservibrometrie ist eine

Wie sich Hör-Prothesen bei unterschiedlichen Tönen tatsächlich verhalten und wie gut der Patient nach einer Operation wieder hört, war jedoch aufgrund der beengten Verhältnisse im Mittel- oder Innenohr und der

Schmerzbelastung für den Patienten bisher schwer zu ermitteln. Mit Hilfe der berührungsfreien Laser-Doppler-Vibrometrie sind solche Messungen nun möglich. Sie leistet daher einen wertvollen Beitrag zur Entwicklung von passiven Hörhilfen, die leistungsfähig und preisgünstig sind, ohne große Operation verpflanzt werden können und dem Patienten maximalen Komfort und Sicherheit bieten.

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Kooperation

„Seit 1991 im Dauereinsatz“ Wir sprachen mit Herrn Prof. Dr.-Ing. Peter Eberhard, dem Leiter des Kompetenzzentrums für Laser-DopplerVibrometrie in der Biomechanik der Universität Stuttgart, über seine Forschungen und seine Erfahrungen mit den Instrumenten von Polytec.

Herr Prof. Eberhard, Sie sind Leiter des neu eröffneten Kompetenzzentrums. Welchen Fragen wird an diesem Zentrum nachgegangen? In diesem Zentrum wollen wir uns zusammen mit Polytec um verschiedene Forschungsgebiete kümmern. Zum Einen erforschen wir den menschlichen Hörvorgang. Dabei entwickeln und testen wir passive und aktive Prothesen. Neben hoch-präzisen Messungen mit Laser-Doppler-Vibrometern sind dafür auch verlässliche Simulationen erforderlich. Zum Anderen schulen wir Studierende frühzeitig in den jeweiligen Messtechniken, damit sie diese

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in studentischen Arbeiten selbständig einsetzen. Darüber hinaus untersuchen wir das Schwingverhalten unterschiedlichster Bauteile und Systeme.

„Wir arbeiten seit mehr als 20 Jahren mit Laser-DopplerVibrometern von Polytec.“ Wie und wann haben Sie Polytec kennengelernt? Wir arbeiten seit mehr als 20 Jahren mit Laser-Doppler-Vibrometern von Polytec. Für unsere Entscheidung waren damals die einfache Bedienung der Geräte,

die kurze Vorlaufzeit für hochwertige Messungen und natürlich die Tatsache, dass die Messobjekte ohne lange Vorbereitung berührungslos überprüft werden können, ausschlaggebend.

Welche Polytec-Geräte verwenden Sie? Wir haben derzeit vier 1D-Vibrometer der Typen OFV-300, OFV-3001, OFV-5000 und PDV-100, zwei 3D-Vibrometer der Typen CLV-3000 und MSA-050 sowie ein Scanning-Vibrometer des Typs PSV-500 für vielfältigste Messungen im Einsatz. Bemerkenswert ist, dass unser ältestes Vibrometer seit 1991, d.h. seit 23 Jahren im Dauereinsatz ist.


Kooperation

Können Sie eine Anwendung kurz beschreiben? Im Kompetenzzentrum beschäftigen wir uns vor allem mit Messungen des Verhaltens biologischer Strukturen im menschlichen Gehörapparat. Dabei wird das Bewegungsverhalten kleinster Strukturen erfasst, bei denen sehr geringe Verschiebungen und sehr kleine Kräfte auftreten.

Welchen Nutzen hat die berührungslose Schwingungsmesstechnik für Sie? Offensichtlich ist natürlich, dass die berührungslose Messung das zu messende Objekt kaum beeinflusst und damit die Messergebnisse nicht verfälscht. Weitere wichtige Eigenschaften sind die präzise Messung auch kleiner Signale sowie die Möglichkeit, auch hochfrequente Bewegungen genau zu erfassen. Dies ist bei mechanischen Messverfahren nicht möglich.

„Wenn man jedoch in die physikalischen Extrembereiche kommt, spielen optische Verfahren ihre Stärken aus.“

Wo sehen Sie die Vorteile der Messinstrumente von Polytec gegenüber anderen Messmethoden? Mechanische Messverfahren, z.B. Beschleunigungsaufnehmer, liefern zuverlässige Ergebnisse. Wenn man jedoch in die physikalischen Extrembereiche kommt, spielen optische Verfahren ihre Stärken aus. Entscheidend ist auch die einfache Bedienbarkeit. Oft kombinieren wir auch verschiedene Messverfahren, z.B. bei der reproduzierbaren Anregung biologischer Strukturen über Mikro-Verstell-Tische und der simultanen Messung von Kräften mit Kraftsensoren im Milli-Newton-Bereich sowie Verschiebungsmessungen im Mikrometer-Bereich.

Wie ist Ihr genereller Eindruck von Polytec? Seit vielen Jahren begleiten wir die Entwicklung von Polytec und freuen uns immer wieder über innovative Weiter- und Neuentwicklungen. Für uns ist wichtig, dass die Entwicklungen sowohl im Bereich relativ einfacher Geräte für Standardmessungen als auch im High-End-Bereich für schwierigste Situationen vorangetrieben werden. Besonders wertvoll sind für uns auch die kompetenten Vertriebsansprechpartner bei Polytec, die unsere

Anforderungen verstehen und uns geeignete Lösungen vorschlagen.

Welche Fragestellungen wollen Sie in der Zukunft noch mit der Schwingungsmesstechnik von Polytec lösen? Für mich als Institutsleiter ist es immer wieder interessant zu sehen, wie stark die Vibrometer in unserem Labor ‚herumwandern‘. Oft werden die Geräte für Versuche eingesetzt, bei denen man vorher nicht an optische Verfahren dachte. Auch bei Prinzip-Versuchen, bei denen man nur einmal schnell etwas ausprobieren möchte, sind die Geräte zu finden. Wenn Geräte im Dauereinsatz sind und die Mitarbeiter diese gerne und selbstverständlich für verschiedenste Zwecke verwenden, ist man sicher, die richtige Wahl getroffen zu haben. Daneben haben wir natürlich auch einige Herausforderungen für zukünftige Polytec-Geräte, denen wir als Fachleute für mechanische Schwingungstechnik und Dynamik, mit der Unterstützung von Polytec, gespannt entgegensehen. Herr Eberhard, wir danken Ihnen für dieses Gespräch. Prof. Dr.-Ing. Prof.E.h. Peter Eberhard peter.eberhard@itm.uni-stuttgart.de Leiter Institut für Technische und Numerische Mechanik Universität Stuttgart

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Akustik

Sichtbare Musik Scanning-Vibrometer erfasst Schwingverhalten von Instrumenten Die Geschichte der Musikinstrumente ist beinahe so alt, wie die Menschheit selbst. Sowohl die Güte als auch die Spielweise vieler Instrumente haben durch die jahrhundertelange empirische Weiterentwicklung eine kaum übertreffbare Qualität erreicht. Daher hat die wissenschaftliche Untersuchung zunächst nicht das Ziel, hier eine wesentliche Verbesserung herbei zu führen. Wichtiger erscheint dagegen der Anspruch, ein Verständnis für die komplexen Zusammenhänge zu entwickeln. 36

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Akustik

Bei diesem Forschungsvorhaben wurden zunächst zwei qualitativ unterschiedliche Triangeln untersucht. Diese unterscheiden sich zum einen in der Form (Bild 1), zum anderen im Klang. Ziel der Untersuchungen ist es, den Einfluss der geometrischen Besonderheiten der qualitativ hochwertigeren Triangel auf den Klang zu ermitteln. Darüber hinaus sollen mit dieser verhältnismäßig einfachen Struktur Erfahrungen bezüglich der experimentellen Analyse und der numerischen Modellierung von Musikinstrumenten gesammelt werden.

VERSUCHSAUFBAU UND DURCHFÜHRUNG Die Analyse und Messung der Triangeln erfolgt in zwei Schritten. Bei der ersten Messung erfasst ein Polytec PSV-400 Scanning-Laservibrometer in einer experimentellen Modal­ analyse die Eigenfrequenzen und Eigenschwingformen. In einem zweiten Schritt gibt eine Mikrofon­messung darüber

Bild 1: Geometrische Besonderheiten der qualitativ hochwertigeren Triangel.

Aufschluss, wie sich die Schwing­ ung der Struktur auf die Luft und damit auf den Hörer überträgt. Im Allgemeinen hängt die Triangel mit einer Schnur an einem Ständer und wird mit einem Metallstab angeregt. Um einer Verdrehung und einer zu großen Schwingung während der Messung vorzubeugen, wird, in Anlehnung an die originale Spielweise, diese im Versuch an zwei Punkten mit Federn gelagert (Bild 2). Die weichen Federn dienen hier der Entkopplung vom Versuchsstand, was im Nachhinein den Abgleich mit der numerischen Simulation erleichtert. Die Struktur kann sich frei im Raum bewegen. Die Anregung erfolgt, wie auch bei der originalen Spielweise, impulsartig mittels eines Impulshammers. Dabei unterscheidet sich der Klang nicht merklich von dem bei einer Anregung mit dem Metallstab. Um die Reproduzierbarkeit der Messung zu gewährleisten, wurde eine ►

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Akustik

Abstand bestimmt sich zum einen aus den baulichen Abmaßen des Prüfstandes und zum anderen muss ein Mindestabstand eingehalten werden, um außerhalb des akustischen Nahfeldes zu messen.

Bild 2: Freie Lagerung und verschiedene Anregungsrichtungen der Triangel.

Vorrichtung konstruiert, mit deren Hilfe der Hammerschlag immer an derselben Stelle und in derselben Richtung mit einer definierten Kraft erfolgt (Bild 3). Im Versuch erfolgt die Anregung der Triangel zum einen in der Triangel-Ebene (Bild 2 grün) und zum anderen senkrecht dazu (Bild 2 blau).

eine Reflexionsfolie punktuell auf die verchromte Oberfläche der Triangel aufgebracht. Für den zweiten Teil, der Messung mit dem Mikrofon, werden Lagerung und Anregung der Struktur beibehalten. Das Mikrofon ist in einem Abstand von 40 cm zur Triangel angebracht. Der

Für die Messung des Geschwindigkeitsfeldes wird das PSV-400 eingesetzt. Gegenüber alternativen Messmethoden mit Beschleunigungssensoren bietet dieses berührungslose Laser-Doppler-­ Messverfahren den Vorteil, dass die Schwingungseigenschaften der Struktur durch die Messung nicht beeinflusst werden. Des Weiteren lässt sich das Scan-Gitter mittels der optischen Unterstütz­ ung des Scan-Kopfes beliebig fein einrichten. Für eine erhöhte Signalqualität des rückgestrahlten Laserstrahls wird lediglich Bild 3: Vorrichtung für die Anregung mit dem Impulshammer.

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Auf Grund der örtlich hohen Auflösung des Scan-Gitters lassen sich im Abgleich von Messung und Simulation die Schwingformen und damit auch die zugehörigen Eigenfrequenzen eindeutig zuordnen (Bild 4). Eine Sensitivitätsanalyse ermittelt unter Zuhilfenahme der Finite-Elemente-­ Modellierung die unbekannten Materialparameter der Triangeln.

ERGEBNISSE UND SCHLUSSFOLGERUNG Akustische Instrumente erzeugen grundsätzlich einen Klang, der aus einer Überlagerung vieler harmonischer Schwingungen unterschiedlicher Frequenzen besteht. Letztere entsprechen den Eigenfrequenzen der Struktur. Ein Klang besteht in der Regel aus einem Grundton und den harmonisch dazu aufsteigenden Obertönen. Das Empfinden für einen schönen Klang ist stark abhängig von der musikalischen Erfahrung des Hörers. Dennoch lassen sich objektive Kriterien finden, mit denen die Konsonanz bzw. Dissonanz von jeweils zwei Frequenzen bzw. der harmonische Zusammenhang aller auftreten-


Akustik

den Frequenzen beschrieben werden kann. Da die Triangel zu den Perkussions-­Instrumenten gehört und Tonart-unabhängig gespielt wird, ist es nicht gewollt, dass sie einen Grundton aufweist. Damit lässt sich für sie kein Kriterium für die harmonische Folge der Obertöne anwenden. Der Klang der Triangel ist maßgeblich von der Richtung der Anregung abhängig. Aus den Ergebnissen der Mikrofonmessung ist nicht eindeutig erkennbar, welche Eigenfrequenzen zu welcher Anregungsrichtung gehören, da durch den Impuls immer auch die orthogonale Richtung angeregt wird. Erst mit Hilfe des PSV-400 lassen sich die Eigenfrequenzen eindeutig zuordnen, da die Mess­ richtung genau einstellbar ist. Aus diesen Ergebnissen und dem Kriterium für Konsonanz lässt sich zeigen, warum die qualitativ hochwertigere Triangel für den Hörer besser klingt. Es zeigt sich nämlich, dass die ersten fünf entscheidenden Eigenfrequenzen nicht dissonant zueinander sind. ■

Kontakt Bild 4: Vergleich der berechneten (links) und der gemessenen (rechts) Eigenformen.

Dipl.-Ing. Pascal Bestle, Prof. Dr.-Ing. Prof. E.h. Peter Eberhard, Prof. Dr.-Ing. Michael Hanss pascal.bestle@itm.uni-stuttgart.de Institut für Technische und Numerische Mechanik Universität Stuttgart

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Medizin

Dem Hören auf der Spur Schwingungsmuster vom kleinsten Knochen des Menschen

Der WHO zufolge leiden weltweit 360 Millionen Menschen unter Hörverlust. Dieser kann durch krankheits- oder unfallbedingte Veränderungen des Mittelohres entstehen. Am Universitätsspital Zürich werden deshalb die Schwingungsmuster und damit das Hörvermögen bei Veränderungen des Mittelohrs untersucht.

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Medizin

Das Gehör ist unser wichtigstes Sinnesorgan für Orientierung und Sicherheit. Es warnt uns rund um die Uhr vor herannahenden Gefahren – sogar im Schlaf. Wie nehmen wir Geräusche und Warnsignale aber genau wahr? Schallwellen sind nichts anderes als Luftdruckschwankungen, welche durch den Gehörgang zum Trommelfell gelangen. Das Trommelfell wird in Schwingung versetzt und leitet diese mechanischen Schwingungen über die Gehörknöchelchenkette weiter ans Innenohr. Dort entsteht durch die Bewegung von Haarzellen ein Nervenimpuls, welcher im Gehirn das Hören erzeugt. Unsere Forschung konzentriert sich auf die Gehörknöchelchenkette, bestehend aus dem Hammer, dem Amboss und dem kleinsten Knochen des Körpers: dem Steigbügel. Eine durch Krankheit oder Unfall eingeschränkte Schallübertragung der Gehörknöchelchenkette vermindert das Hörvermögen. Am Universitätsspital Zürich werden deshalb die Schwingungsmuster bei Veränderungen des Mittelohrs im Vergleich zur Situation mit Gesunden u.a. mit Messtechnik von Polytec untersucht. Mit den Messresultaten werden Simulationen des Bewegungs- und Übertragungsverhaltens der Gehörknöchelchenkette erstellt. Die Simulationen sollen eine optimierte Abstimmung von Hörhilfen, verbesserte Interpretation in der

Diagnostik und eine Weiterentwicklung von Diagnoseverfahren ermöglichen. Die Schallleitungsstörung im Mittelohr kann etwa durch künstliche Gehörknöchelchen (Prothesen) überbrückt werden. Solche Mittelohrprothesen ersetzen zum Beispiel die gesamte Gehörknöchelchenkette oder nur den Steigbügel (Steigbügel-Prothese). Anhand der erstellten Simulationen werden Mittelohrprothesen entwickelt und weiter optimiert. Beim aktuellen Projekt untersuchen wir deshalb die Funktion des Gelenkes zwischen Hammer und Amboss (Hammer-Amboss-Gelenk).

VERSUCHSAUFBAU In Schläfenbeinpräparaten werden die Gehörknöchelchen sichtbar gemacht. Mit einem Lautsprecher wird das Trommel­fell stimuliert, wodurch die Gehörknöchelchen zu schwingen beginnen. Gleichzeitig wird mit einem Mikrofon die Lautstärke des Tons kontrolliert. Die Schwing­ungen des Steigbügels misst ein Scanning Laservibrometer. Die gewünschte Position des Scanning Laservibrometers steuert ein Roboterarm (KUKA KR-16, Positionswiederholgenauigkeit von <± 0,05 mm) an. Zusätzlich hilft eine Videokamera (VCT 24) das zu scannende Areal ►

Bild 1: Das menschliche Gehör: Schallwellen werden vom Trommelfell via Hammer , Amboss und Steigbügel ins Innenohr geleitet.

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Medizin

Bild 2: Versuchsaufbau: Der Roboterarm ermöglicht das Anfahren der gewünschten Position des Scanning Laservibrometers, sodass die Schwingungen des sich im Schläfenbein befindenden Steigbügels erfasst werden können.

zu erfassen. Die Reflexion des Laserstrahls wird durch retroreflektive Glaskügelchen (Durchmesser 50 μm) optimiert. Die Messung der Schwingung des Steigbügels wird bei mehreren Frequenzen

durchgeführt und mit blockiertem Hammer-Amboss-Gelenk wiederholt. Durch den Vergleich der Steigbügel-Schwingung mit funktionierendem und blockiertem Gelenk kann der Einfluss des Hammer-Amboss-Gelenks auf die Schallübertragung im Mittelohr bestimmt werden.

ERGEBNISSE UND ANWENDUNGEN

Bild 2: Beispiel für eine Mittelohrprothese: Steigbügel-Prothese (NiTiBOND®): der defekte Steigbügel im Mittelohr wird durch eine Prothese ersetzt. Dank der Prothese wird die Schallübertragung wiederhergestellt und das Hörvermögen verbessert.

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Welchen Einfluss hat das Hammer-Amboss-Gelenk auf die Schallübertragung im Mittelohr? Vorläufige Daten deuten auf einen frequenzabhängigen Einfluss des Hammer-Amboss-Gelenks auf die Schwingung des Steigbügels hin. Die Messresultate dienen der Erstellung dynamischer virtueller

Mittelohrmodelle. Es soll der Einfluss des Hammer-Amboss-Gelenks auf die Altersschwerhörigkeit und eine eventuelle Dämpfungs­ funktion des Hammer-Amboss-­ Gelenks bei Knallgeräuschen beschrieben werden. Zudem werden Mittelohrprothesen, die die Schalleitungsstörung überbrücken und somit das Hören verbessern, entwickelt und weiter optimiert. Es wurde bereits erfolgreich eine neue Steigbügel-Prothese (NiTiBOND®) zusammen mit der Firma KURZ® und dem Institut für Technische und Numerische Mechanik der Universität Stuttgart auf den Markt gebracht. ■

Kontakt Rahel Gerig Doktorandin, M.Sc. Biomedizinische Wissenschaften rahel.gerig@usz.ch Forschungsgruppe „Biomechanik des Hörens“ Prof. Dr. med. Alexander Huber UniversitätsSpital Zürich Klinik für Ohren-, Nasen-, Hals- und Gesichtschirurgie Nord 2, B Frauenklinikstrasse 24 CH 8091 Zürich Danksagung Diese Studie wird unterstützt durch den ‚Schweizerischen Nationalfonds’ (SNF) Nr. 138726 und die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) innerhalb des EI-231-6/1 Grant. Die Autorin bedankt sich bei Prof. Dr. med. Alexander Huber, Dr. Jae Hoon Sim und Dr. med. Christof Röösli für ihre Mitarbeit und die wertvollen Ratschläge.


Produktneuheiten

Unbegrenzte Möglichkeiten HSV-100 High Speed Vibrometer Hochaufgelöste Schwingungsmessung bei hohen Bewegungsgeschwindigkeiten bis zu 40 m/s zeichnet das neue HSV-100 High Speed Vibrometer aus. Ob Messung der Ventiltriebsdynamik in Hochleistungsmotoren, Resonanztests an Turbinenschaufeln oder Pyroschockanwendungen, das HSV-100 erfasst Schwinggeschwindigkeiten und -wege zuverlässig und berührungslos.

Neben der 1-Kanal-Version ist das HSV-100 auch als 2-Kanal-Vibrometer erhältlich, zur differenziellen Schwingungsmessung mit Bezug zu einer Referenzfläche. So kann beispielsweise bei der Messung am Ventiltrieb die Bewegung des Motorblocks gleichzeitig erfasst und vom Bewegungssignal des Ventiltriebs abgezogen werden. Neu im HSV-100 ist auch die

Kopplungsmöglichkeit mehrerer Controller, die eine phasenrichtige Mehrkanal-Schwingungsmessung mit beliebig vielen Kanälen ermöglicht.

Mehr Info www.polytec.de/highspeed

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Produktneuheiten

Oberflächenmessung in neuer Dimension

Fehler in der Produktion frühzeitig zu erkennen ist essentiell, um die Produktions­ausbeute zu steigern und die Produktionskosten zu senken. Mit dem optischen Messsystem TMS-500 TopMap charakterisieren Anwender nicht nur Oberflächen dreidimensional. Sie überprüfen auch bspw. Ebenheits-, Parallelitäts- und Stufenhöhen­toleranzen produktions­nah, schnell und mit hoher Wiederholpräzision.

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Das großflächig messende TMS-500 TopMap erfasst in Sekundenschnelle knapp 2 Millionen Messpunkte auf einer Fläche von 43 mm x 32 mm. Die hohe laterale Auflösung von bis zu 13 μm stellt sicher, dass Sie keine wichtigen Details übersehen. Der große vertikale Messbereich von 70 mm in Kombination mit dem Messprinzip der Weißlichtinterferometrie ermöglicht es zudem, tiefliegende Flächen und große Stufenhöhen präzise und rückführbar zu charakterisieren. Zuverlässige Messergebnisse erzielen Sie dabei sowohl bei spiegelnden als auch an matten Probenoberflächen. Die einfach zu bedienende mitgelieferte Mess- und Auswertesoftware bietet umfangreiche Auswertemöglichkeiten. Dazu gehört unter anderem die Stufenhöhenauswertung sowohl entlang eines Profilschnitts nach DIN ISO 5436-1 als auch flächig.


Das TMS-500 TopMap-System besteht aus Sensorkopf, Controller und Datenmanagementsystem. Umfangreiches Zubehör, wie Vibrationsdämmung und motorisierte Achsen, ist ebenfalls erhältlich. Routine-Messungen führt das TMS-500 dank der kundenspezifisch anpassbaren Software-Oberfläche schnell und automatisiert durch. So lässt sich die Softwareoberfläche auf die Bedürfnisse beispielsweise der Uhrenindustrie anpassen. Hier wurde aufgrund der Vielzahl zu vermessender unterschiedlicher Bauteiltypen besonderen Wert auf das schnelle und einfache Einlernen neuer Bauteile gelegt. Hier werden üblicherweise mehrere Bauteile innerhalb des großen Messfeldes vermessen und im Anschluss hinsichtlich der geforderten Toleranzen automatisiert überprüft. Die Position und Orientierung der

zu untersuchenden Bauteile wird dabei von der Software erkannt und die Toleranzauswertung entsprechend angepasst.

Qualitätssicherung ankommt: im Messraum, produktionsnah oder direkt in der Produktionslinie.

Die einfache und automatisierte Messgerätebedienung stellt sicher, dass unterschiedliche Benutzer ein identisches Messergebnis erhalten. Dies sicherzustellen ist wichtig, um Bauteile mit hohen Toleranzanforderungen, wie sie bspw. in der Uhrenindustrie oder auch Automobilindustrie vorkommen, zuverlässig zu überprüfen. Die Übermittlung der Messwerte zu gängigen Statistik-Softwarepaketen wie bspw. qs-STAT ist ebenfalls durch die mitgelieferte Messsoftware möglich. Das einfach integrierbare Messsystem ist auf die Bedürfnisse des Anwenders zugeschnitten. Es ist überall dort einsetzbar, wo es auf

Mehr Info www.topmap.de

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Produktneuheiten

Scanning Vibrometer für hohe Frequenzen PSV-500-V Die räumliche Auflösung von Ultraschallsensoren ist eng mit hohen Frequenzen verbunden. Eine neue speziell für hohe Frequenzen entwickelte Version des Polytec Scanning Vibrometers mit exzellenter Auflösung ist jetzt für die einfache Charakterisierung von Hochleistungssensoren verfügbar.

Die V-Serie (V steht für Very High Frequency, VHF) des PSV-500 Scanning Vibrometers erlaubt erstmals eine Bandbreite von 25 MHz mit digitaler Dekodierung und damit sehr niedrigem Rauschen. Es löst auch kleinste Schwingungen von medizinischen Sensoren, Sonarsensoren und Sensor-Arrays auf. Timing, Übersprechen zwischen Sensorelementen und die räumliche Amplitudenverteilung lassen sich zuverlässig ermitteln. Sie dienen als Datengrundlage für die Validierung von Finite Elemente Modellen und zur Verifizierung von Leistungsmerkmalen. Die digitale Scanning Technologie des PSV-500 liefert eine hohe räumliche Auflösung mit 46

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angepassten Bildfeldern vom mm²- bis in den m²-Bereich. Das PSV-500-V ist ein vollständiger Messarbeitsplatz mit VHF-Signalgenerator, präzisem Trigger und drei Datenerfassungskanälen für zusätzliche Hochfrequenzsignale. Erstmals präsentiert Polytec damit ein Multi-MHz, 3D-fähiges und flächenhaftes Schwingungsmesssystem für Ultraschallschwingungen. Diese neueste Entwicklung erweitert die verfügbare 3D-Bandbreite um eine Größenordnung. Drei unabhängige, scannende Laser und ein Bildverarbeitungssystem sorgen für eine perfekte Strahlüberlappung. Das PSV-500-3D-V ist die flexible Lösung für die Charakterisierung von Materialien, die

zerstörungsfreie Prüfung von Werkstoffen und die Qualifizierung von Sensoren. Schon die Vorgänger der PSV-500-V Serie ließen Ideen von Forschern weltweit in Medizintechnik und Diagnostik Wirklichkeit werden. Auch das „V“ ist wieder Startpunkt für zukünftige Sensor-Innovationen.

Mehr Info www.polytec.de/psv3d


Alles hört auf mein Kommando Die Scanning Vibrometer Software 9.1 Sinnesorgane ohne Gehirn sind nutzlos. Bei den Schwingungsmesssystemen von Polytec sorgt die PSV-Software für die richtige Verbindung zum Laser-Schwingungssensor. Mit Bildverarbeitung und voller 64-Bit-Unterstützung verbessert sie die Handhabung und Messzeit weiter. Die PSV-Software ist eine offene Plattform, auf der Anwender auch mit externen Software-Werkzeugen wie MatLab®, LabView® oder Microsoft™ Excel zugreifen, steuern und Daten analysieren können. Besonders Anwender der 3D-Scanning Vibrometer profitieren von dem neuen halbautomatischen Verfahren zum sogenannten 3D-Abgleich. Er sorgt einfach und schnell für einen Abgleich importierter Messgitter z.B. aus Finite Elemente Modellen und dem realen Messobjekt. Modal-Analyse-Experten werden die TEDS-Unterstützung schätzen, bei der die Kalibrierdaten eines Beschleunigungsaufnehmers

automatisch in die Messeinstellungen eingelesen und so eine Fehlerquelle bei der Konfiguration ausgeschlossen wird. Erweiterte Dämpfungswerte stehen jetzt für eine erste Beurteilung von Berechnungsergebnissen zur Verfügung. Für Entwickler aus dem Bereich MEMS und Mikrossysteme, welche die Micro System Analyzer MSA oder Ultra High Frequency Scanning Systeme verwenden, wurde die Dämpfungs-Ermittlung um den Q-Faktor erweitert. Speziell für die Ermittlung der Betriebsschwingformen bei hohen Ultraschallfrequenzen wurden die Möglichkeiten zur exakten Abstimmung der räumlichen Auflösung der Messgitter auf die akustische Wellenlänge des

Bauteils angepasst. Universitäten und Hochschulen die am Polytec-Hochschulprogramm teilnehmen, profitierten automatisch von allen Fortschritten in der Software. Die Preisgestaltung für die Auswertesoftware ohne Messfähigkeit wurde deutlich an die Bedürfnisse von größeren Arbeitsgruppen und externen Berechnungsdienstleistern angepasst.

Mehr Info www.polytec.de/software

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Messen und Events

Advancing Measurements by Light

Messen und Events Datum

Veranstaltungen

Ort

06.05. - 09.05.2014

Control

Stuttgart

20.05. - 21.05.2014

Berechnung und Simulation - Anwendungen,

Bamberg

Entwicklungen, Trends 03.06. - 05.06.2014

Cadfem Ansys UserMeeting

Nürnberg

03.06. - 05.06.2014

Sensor&Test

Nürnberg

17.06. - 20.06.2014

EPHJ 2014

Genf, Schweiz

24.06. - 25.05.2014

ChassisTech

München

24.06. - 26.06.2014

Testing Expo Europe

Stuttgart

02.07. - 03.07.2014

8. Magdeburger Akustik-Symposium

Magdeburg

02.07. - 04.07.2014

ISNVH International Styran Noise, Vibration and

Graz, Österreich

Harshness Congress 25.05. - 26.09.2014

SSC

Montreux, Schweiz

07.10. - 09.10.2014

Aluminium 2014

Düsseldorf

06.11.2014

STAHL 2014

Düsseldorf

Änderungen der technischen Spezifikationen vorbehalten. OM_InFocus_2014_10_PDF_D

Alle aktuellen Veranstaltungen finden Sie auf unserer Website www.polytec.de/events.

Experten treffen sich Konferenz über Schwingungsmessung in Ancona Vom 24. bis 27. Juni 2014 findet zum elften Mal die „International Conference on Vibration Measurements“ statt. Sie wird von der AIVELA mit Unterstützung diverser wissenschaftlicher Fachverbände (AIP, OSA, SEM, EAA und EOS) organisiert. Verpassen Sie nicht die wichtigste wissenschaftliche Konferenz über die Technologien und Applikationen der berührungslosen Schwingungsmesstechnik.

Polytec GmbH Polytec-Platz 1-7 76337 Waldbronn Tel. +49 7243 604-0 info@polytec.de Polytec GmbH Vertriebs- und Beratungsbüro Berlin

Erfahren Sie mehr über Polytec:

Impressum Polytec InFocus · Magazin für Optische Messsysteme Ausgabe 2014 – ISSN 1864-9181 · Copyright © Polytec GmbH, 2014 Herausgeber: Polytec GmbH · Polytec-Platz 1 - 7 · D-76337 Waldbronn

V.i.S.d.P.: Dr. H. Selbach Redaktion/ Produktion: Dr. Philipp Hassinger, Melanie Ohmer

Bildrechte: Seite 10: Shutterstock.com; Seite 23: Maridav/Shutterstock.com; Seite 41: ©creaseo/fotolia.com; soweit nicht anders angegeben bei den Autoren.

Schwarzschildstraße 1 12489 Berlin Tel. +49 30 6392-5140

www.polytec.de

Polytec InFocus 2014 (deutsch)  

Magazin für Optische Messsysteme von Polytec

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