Gerichtete Abstrahlung und Erfassungssysteme geführter Ultraschallwellen in Faser-Metall-Laminaten

• Antragsteller: Professor Dr. Andreas Dietzel; Professor Dr.-Ing. Björn Lüssem; Professor Dr.-Ing. Michael Sinapius
• Fachliche Zuordnung: Mikrosysteme ; Leichtbau, Textiltechnik
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 418311604

Im Rahmen der Forschungsgruppe FOR 3022 befasst sich das Teilprojekt 2 mit der Beobachtbarkeit und Anregung von geführten Ultraschallwellen (GUW) und deren Wechselwirkung mit internen Schäden in Faser-Metall-Laminaten (FML) zur Schadenserkennung und -klassifizierung. Das allgemeine Ziel ist es, die Informationsdichte und die Energieeffizienz in kabellosen Systemen zur Strukturüberwachung von FML zu erhöhen. Der Forschungsansatz ist die Kombination der Potenziale dreier Forschungsfelder. Erstens werden in der AG Dietzel neuartige, drahtlos betriebene und ausgewertete MEMS-Sensoren mit mehrachsiger Sensitivität entwickelt, die unabhängig voneinander in-plane und out-of-plane Komponenten der auftretenden GUW in einem einzigen Sensor erfassen. Glas-Silizium-basierte MEMS Sensoren sind aufgrund ihrer angepassten akustischen Eigenschaften, ihrer sehr kleinen Abmessungen und ihrer flexibel wählbaren Geometrie ideal für eine störungsarme Integration geeignet. MEMS Sensoren haben eine hohe Empfindlichkeit und sind für mehrdimensionale Beschleunigungsfelder geeignet. Zweitens wird die Technik einbettbarer Phased-Array-Wandler von der AG Sinapius für anisotrope und inhomogene Materialien wie FML erweitert, um eine gerichtete GUW-Anregung und -Sensorik zu ermöglichen und damit die Energieeffizienz bzw. Informationsdichte zu erhöhen. Die strukturkonforme interlaminare Einbettung der Sensorknoten zur akustischen Schadensdetektion in FML ist Gegenstand der Forschung der AG Sinapius. Drittens werden von der AG Lüssem neuartige Ansätze der drahtlosen Energieübertragung über Schwingkreise für die Energie- und Signalübertragung zur drahtlosen Abstrahlung von GUW in FML adaptiert. In Kombination sind diese Komponenten der Schlüssel zur Anregung und Beobachtung der Wellenausbreitung in Faser-Metall-Laminaten als Grundlage für die automatische Identifizierung und Klassifizierung von Strukturschäden.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 3022: Ultraschallüberwachung von Faser-Metall-Laminaten mit integrierten Sensoren
• Großgeräte: Pico-scale Scanning Laser Doppler Vibrometer
• Gerätegruppe: 5750 Spezielle Laser-Mess-Systeme (z.B. Laser-Doppler-Vibrometer)