Magnetfeldsensoren in Großserie

Wer eine Outdoor-Armbanduhr der neuesten Generation sein eigen nennt, ahnt, dass der klassische Kompass mit Magnetnadel nicht mehr zeitgemäß ist. Dank moderner, Platz sparender Chiptechnik werden immer neue Funktionen integriert: Höhenmesser, Kamera oder eben ein elektronischer Kompass können bequem am Handgelenk getragen werden. Doch auch für weniger sichtbare technische Anwendungen werden heute Magnetfeldsensoren in großen Stückzahlen benötigt: Sie messen Position, Verwindung oder Drehzahl von Wellen und Rädern ebenso, wie sie Arbeitszustände von Robotern und Werkzeugmaschinen überwachen. In Joysticks integriert, »sehen« die Winzlinge, wohin Computerspieler zielen wollen. Immer wenn magnetische Materialien wie Stähle ihre Position im Raum ändern, deformieren sie in ihrer Nähe das Erdmagnetfeld. Dieser Umstand prädestiniert die Sensoren für berührungslose Mess- und Überwachungssysteme aller Art. Dafür liefert das Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS einen neuen Typ, der dank Standard-CMOS-Technologie in großen Stückzahlen kostengünstig produziert wird. Nun hoffen die Wissenschaftler, dass Industrieunternehmen die Chips in ihre Geräte integrieren.

»Zwar ist die Auflösung des Chips nicht sonderlich hoch«, räumt Gruppenleiter Dr. Hans-Peter Hohe ein. »Doch für die meisten Anwendungen genügt eine Genauigkeit von einem Mikrotesla allemal – und dies in allen Raumrichtungen. Zum Vergleich: Das Magnetfeld der Erde bringt es auf etwa 40 bis 60 Mikrotesla.« Neben niedrigen Kosten ist den Forschern wichtig, dass der Chip seine Signale digital verarbeitet. Denn gegenüber rein analogen Sensoren weisen sie einige Vorteile auf: Zum einen besitzen sie eine deutlich geringere Nullpunktabweichung. Diesen Offset konnten die Forscher so weit reduzieren, dass Felder von wenigen Mikrotesla bis einigen Tesla – wie sie beispielsweise in Kernspintomografen auftreten – gemessen werden können. Weiterhin sind die neuen Sensoren weniger temperaturanfällig als ihre älteren Pendants.

»Der Trend geht generell dahin, alle möglichen digitalen Funktionen auf einem Chip zu vereinen«, resümiert Dr. Hohe. »So auch bei unseren Schaltungen: Wir bringen Funktionen zur Fehlererkennung und Selbstüberwachung direkt auf den Chips unter.« Digital ausgeführt, wird die Signalkette bis zum Computer so bruchlos durchgängig – die störanfällige analoge Übertragung der Daten entfällt.

Ansprechpartner:
Dr. Hans-Peter Hohe
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Dipl.-Ing. Roland Ernst
Telefon 0 91 31 / 7 76-63 36