Schwerpunkte

Technologie

Der Lehrstuhl verfügt über eine Feinmechanik- und Elektronikwerkstatt. Die wichtigsten Sensor- und Aktoraufbauten sowie analoge und digitale Elektronikaufbauten können so selbst hergestellt werden.

Des Weiteren ist ein Mikro-Technologielabor vorhanden. Als Substratmaterialien werden hauptsächlich Silizium und Funktionskeramiken eingesetzt. Die Maskenherstellung und Mikrostrukturierung erfolgt ebenfalls vor Ort.

Mithilfe der Photolithographie können Strukturierungen im Mikrometermaßstab realisiert werden. Für die Oxidation und Diffusion des Siliziums stehen entsprechende Hochtemperaturprozesse zur Verfügung.

Mit anisotropen Ätztechniken können mikromechanische Strukturen im Silizium realisiert werden. Mit einer HF-Sputteranlage können dünne Schichten leitender und isolierender Materialien aufgebracht werden. Es werden Metalle wie Aluminium, Chrom und Kupfer sowie Isolatoren wie Siliziumoxid verarbeitet, sowie magnetische und magnetostriktive Funktionsmaterialien.

 

Computersimulation auf der Basis von Finite-Elemente- und Randelemente-Methoden

Dafür steht dem Lehrstuhl eine umfangreiche eigenentwickelte Simulationssoftware zur Verfügung, welche die präzise und effiziente numerische Berechnung von elektro-mechanischen Wandlern gestattet. Diese Software deckt alle gängigen Wandlungsprinzipien ab, wie piezoelektrische, piezoresistive, elektrostatische, elektromagnetische, elektrodynamische und magnetostriktive Wandlung. Bei allen elektroakustischen Wandlern spielt zudem die Kopplung zum Schallfeld, das den Wandler umgibt, eine nicht zu vernachlässigende Rolle. Daher ist in den Berechnungsverfahren auch eine Fluid-Struktur-Kopplungrealisiert.

Solche Computer-Simulationen setzen allerdings die genaue Kenntnis von mechanischen, piezoelektrischen bzw. magnetischen Materialdaten der verwendeten Werkstoffe voraus. Diesem Themengebiet widmet sich eine von der DFG finanzierte Forschergruppe unter der Leitung von PD Dr. Barbara Kaltenbacher.

 

Schallabstrahlung eines umströmten Zylinders Finite Elemente Modell eines Magnetventils Membranauslenkung eines piezoelektrischen Lautsprechers

 

 

 

Physikalische Messtechnik

Der Lehrstuhl für Sensorik ist mit umfangreicher Messtechnik ausgestattet. Neben den klassischen Messgeräten und -plätzen zur Erfassung elektrischer Größen (z.B. elektrische Impedanz) und nicht elektrischer
Größen (z.B. mechanische Kraft) verfügt der LSE über modernste optische Oberflächenmesstechnik.

Hierbei bildet die Vibrometer-Messtechnik den Schwerpunkt, bei der die durch bewegte Oberflächen verursachte Doppler-Frequenzverschiebung von reflektiertem Licht ausgewertet und in eine entsprechende Bewegung der Oberfläche umgerechnet wird. Aufgrund des Einsatzes von optischem Licht erfolgt die Messung der Oberflächenschwingung rückwirkungsfrei, d.h. ohne Beeinflussung des Messobjekts. Im Einzelnen umfasst die Ausstattung
ein

  • Einpunkt-Vibrometer,
  • Differenz-Vibrometer,
  • Scanning-Vibrometer und
  • In-Plane-Vibrometer.

Während sich beim Einpunkt-, Differenz- und In- Plane-Vibrometer die Auswertung der Oberflächenschwingung auf
einen „Punkt“ beschränkt, ermöglicht das Scanning- Vibrometer eine flächenhafte Aufnahme der Oberflächenschwingung.

 

Akustik

Forschungsverbund „ForLärm“

Der Bayerische Forschungsverbund FORLärm „Forschungsverbund zur Lärmminderung von technischen
Anlagen“) sucht nach effizienten Wegen, Lärm schon an der Quelle zu bekämpfen. Sprecher des auf drei Jahre ausgelegten Forschungsverbunds ist Prof. Reinhard Lerch. Im Verbund arbeiten vier Lehrstühle der Universität Erlangen-Nürnberg und der TU München sowie neun bayerische Industrieunternehmen zusammen. In diesem Rahmen wird auch die seit Jahren erfolgreiche Kooperation mit der Forschergruppe um PD Dr. Stefan Becker vom Lehrstuhl für Prozessmaschinen und Anlagentechnik weitergeführt. Ziel dieses Forschungsverbunds ist es, die analytischen, numerischen und experimentellen Grundlagen für eine Lärmreduktion in technischen Prozessen weiterzuentwickeln und anzuwenden. Es gilt, Werkzeuge und Methoden bereitzustellen, mit denen sich die Lärmentstehung so beeinflussen lässt, dass für das menschliche Gehör eine deutlich spürbare Lärmminderung erreicht wird. Neben der messtechnischen Erfassung von Lärm wird dabei auch das subjektive Geräuschempfinden des Menschen berücksichtigt, um besonders störende Geräuschkomponenten gezielt zu reduzieren.

Weitere Informationen finden Sie unter http://www.bayfor.org/forlaerm.

Forschergruppe „Strömungsphyikalische Grundlagen der menschlichen Stimmgebung“ (FOR 894)

Im Rahmen der interdisziplinären Forschergruppe „Strömungsphysikalische Grundlagen der menschlichen Stimmgebung“ (FOR894) wird das Teilprojekt Messmethoden für die Analyse von künstlichen und realen Stimmlippen“ am Lehrstuhl bearbeitet. Dabei geht es um die Herstellung und Qualifizierung von künstlichen Stimmlippenmaterialien sowie um laserbasierte und simulationsgestützte Messtechnik zur Charakterisierung von mechanischen Stimmlippeneigenschaften.

Weitere Informationen finden Sie unter http://for894forschung.uni-erlangen.de/.

 

Materialdatenbestimmung

1) Piezoelektrische Materialien

Im Sonderforschungsbereich/Transregio 39 („Großserienfähige Produktionstechnologien für leichtmetall und faserverbundbasierte Komponenten mit integrierten Piezosensoren- und aktoren“) der Deutschen Forschungsgemeinschaft DFG) bearbeitet der LSE das Teilprojekt „Materialcharakterisierung und numerische Simulation von adaptiven Werkstoffverbunden“.

Im Speziellen kommen neuartige Methoden zur Materialcharakterisierung (sogenannten Inverse Verfahren) zum Einsatz. Darüber hinaus wird eine effiziente Simulationsumgebung zur Beschreibung des Verhaltens komplexer Werkstoffverbunde geschaffen.

2) Magnetische Materialien

Für die Bestimmung magnetischer Kenngrößen verfügt der Lehrstuhl über einen Epsteinrahmen, einen Doppel-C-Joch-Messplatz sowie ein Vibrating-Sample-Magnetometer. Sowohl Klein- und Großsignal-Permeabilitätsgrößen als auch komplette Hysteresekurven können damit in unterschiedlichenFrequenzbereichen bestimmt werden.

Die Messplätze dienen einerseits der Materialdatenbestimmung für die numerische Simulation, können andererseits aber
auch in inversen, simulationsgestützten Verfahren eingesetzt werden.

Medizintechnik

1) Ultraschalltomographie

Im Rahmen der DFG-Forschergruppe FOR661 zum Thema „Multimodale Bildgebung in der präklinischen Forschung“ beteiligt sich der Lehrstuhl mit einem Teilprojekt zur Entwicklung und Erprobung verschiedener Ultraschall-Bildgebungsmodalitäten.

Die methodischen Schwerpunkte liegen bei den Compoundtechniken und bei tomographischen Ansätzen, die zur morphologischen Abbildung und, bei Kontrastmitteleinsatz, zusätzlich zur Perfusionsbildgebung genutzt werden sollen.

2) Mikrohörer

Mikroelektromechanische Systeme (MEMS) erobern den Alltag (z.B. Lagesensor im Smartphone, Airbag-Sensor). Hier wird auf kleinstem Raum mechanische in elektrische Energie gewandelt. Sehr vielversprechend, jedoch bisher kaum genutzt, ist die magnetostriktive Wandlung: unter Einfluss eines Magnetfeldes ändert sich die Länge eines Materials.

Wir entwickeln Mikroaktoren, die durch elektrisch erzeugte Magnetfelder zu Biegung und Schwingung angeregt werden können. Die erste Anwendung ist ein MEMS-Lautsprecher.