Ziel der Entwicklung
Ziel war die Entwicklung eines siliziumbasierten Sensors, mit dem eine elektrisch, räumlich und thermisch entkoppelte optisch auslesbare Temperatur- und Druckmessung unter erschwerten Bedingungen der elektromagnetischen Verträglichkeit erfolgen kann. Zu diesem Zweck erfolgt die Kopplung ausschließlich über Glasfaser. Das Sensorelement besteht nur aus Glas und Silizium. Es wird außer Licht, weder Energie in das Messmedium eingekoppelt noch kann der Sensor von elektromagnetischen Wellen gestört werden.
Vorteile und Lösungen
Die Entwicklungsschwerpunkte lagen in der Integration von optischer Druck- und Temperaturmessung auf der einen, und von statischer und dynamischer Messung auf der anderen Seite.
Zunächst wurden komplexe 3D-Strukturen durch mehrstufige Strukturierung realisiert und eine Chipstapel-Technologie entwickelt.
Nach Auswertung verschiedener Entwürfe wurde ein Sensordesign ausgewählt. Dieses besitzt eine statisch messende lateral angeordnete, höhenversetzte Doppelmembran. Die äußere Membran wurde auf Druckempfindlichkeit, die innere auf Temperaturempfindlichkeit optimiert.
Mit dem Aufbau als fasergekoppeltes Fabry-Perot-Interferometer wurde ein geeignetes Messkonzept gewählt. Das Konzept einer schwingenden Membran wurde vom Sensor in die Auswerteeinheit verlegt. Das Interferometer besitzt einen schwingenden teildurchlässigen Planspiegel, welcher einen Wegbereich von 20µm periodisch überstreicht. Das Funktionsprinzip und die Stabilität der Anordnung konnte erfolgreich nachgewiesen werden. Die Auflösung beträgt 100 ppm.
Das neue und nun etablierte Messkonzept bietet die zeitgleiche statische optische Messung von zwei Messgrößen. Das Konzept der Auswerteeinheit ist geeignet, eine MEMS-Struktur mit integrierten Sensorelementen weiter zu miniaturisieren.
Zielgruppe und Zielmarkt
Als Markt stehen nur die industrielle oder FuE-Anwendungen im Focus, da es sich um einen Sensor zur Messung in besonderen Umgebungen, zum Beispiel in Mikrowellenfeldern oder feldfreien Räumen handelt. Die Anwendungen sind Präzisionsdruckmessungen: Im Hochtemperaturbereich, bei gefordertem Explosionsschutz; bei geforderter Sterilisierbarkeit; bei sonstiger erforderlicher räumlicher Trennung von Messmedium und elektronischen Komponenten; bei außergewöhnlichen Anforderungen an lektromagnetische Verträglichkeit (EMV).
Der Chip wird überwiegend als Einzelchip angeboten werden. Zur Darstellung der vorteilhaften Eigenschaften kann eine Evaluierungsanordnung erstellt werden, welche es dem Interessenten ermöglicht, die Eigenschaften zu untersuchen.
Das Produkt ist die Entwicklungsleistung zur Erstellung einer anwendungsspezifischen Originalausrüstungshersteller(OEM)-Komponente und anschließender Fertigung in Kleinserie.
Die Endkundenmärkte liegen im Bereich der industriellen Messtechnik, der Öl- und Gasindustrie,der Medizintechnik und als Spezialsensor in Forschungseinrichtungen.
