Winzige Beschleunigungssensoren für Flugzeugtragflächen
Als bislang ehrgeizigstes europäisches Luftfahrtforschungsprogramm soll die Initiative Clean Sky technologische Durchbrüche und die Markteinführung neuer und umweltfreundlicher Lösungen beschleunigen und sie an Demonstrationsanlagen in voller Größe testen. Für die schnellere Entwicklung von Konzepten für den Flugverkehr und deutlich umweltfreundlichere Flugzeuge und Transport sind jedoch Innovationen an allen Flugzeugkomponenten notwendig. Das EU-finanzierte Projekt MICRO-IMU entwickelte einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (application-specific integrated circuit, ASIC) in Form eines Mikrochips mit mikroelektromechanischen Beschleunigungssensoren. Die Forscher kombinierten mehrere Funktionsblöcke auf einem einzigen Chip. Die Hauptkomponenten des Digital-Analog-Wandlers und Multiplexerblocks waren die Schalter, die die äußeren Sensorelektroden aktivieren. In die Schalter wurden maßgeschneiderte Transistoren implementiert, um eine Stabilisierung im gesamten Spannungsbereich zu gewährleisten. Mit dem integrierten Ladungsverstärker wird eine Spannung proportional zum integrierten Wert des Eingangsstroms erzeugt. Ein weiteres Bauelement war die thermische Sonde, die die genaue Chiptemperatur ermittelt. Der Wert wird digitalisiert und in einem Register abgelegt. Der Temperaturbereich liegt laut Spezifikation zwischen -55 und + 110 ° C. Der Referenzblock war eine weitere Hauptkomponente des ASIC. Unerlässlich für den Betrieb von Analog-Digital-Wandlern (ADC), Ladungsverstärkern und Temperaturfühlern sind sehr hohe und präzise Spannungsreferenzen. Mit einer externen Referenzquelle werden die abgeleiteten Spannungen durch die serielle Schnittstelle getrimmt und Offsetfehler der Verstärker kompensiert. Der ASIC hat zwei Kommunikationsschnittstellen. Wegen der hohen Datengeschwindigkeit und Echtzeitberechnung dient die erste serielle Schnittstelle nur zur Übertragung der Beschleunigungsdaten. Mit der zweiten Schnittstelle wird die gemessene Temperatur ausgelesen und das Konfigurations- und Justierregister geschrieben. Um Interferenzen zu vermeiden, hat jeder ADC eigene Referenzen, die getrennt getrimmt werden können. Die sehr kompakten und leichten Sensoren können in Flugzeugflügel integriert werden. Mit der Beteiligung am Clean Sky-Programm fördert MICRO-IMU Konzepte für neue und umweltfreundlichere Flugzeuge, um die Umweltbelastung zu senken.
Schlüsselbegriffe
Beschleunigungsmesser, Tragflächen, Trägheitsmesseinheit, MICRO-IMU, anwendungsspezifische integrierte Schaltung
