SAB: Miniaturisiertes modulares digitales 3D+-Sensorsystem mit optimierter AVT für die intelligente Zustandsüberwachung – MIMODI-3D+

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Dank neuer Ansätze in den Bereichen Sensorik, Gehäuse- und Verbindungstechnik sowie Datenerfassung und -verarbeitung kann das MIMODI-Projekt einen wesentlichen Beitrag zur Verbesserung der vorausschauenden Zustands- und Prozessüberwachung bei hochdynamischen Systemen leisten. In Zusammenarbeit entwickeln die Projektpartner AMAC, viimagic, ZfM und ENAS ein besonders kleines, dünnes und dennoch empfindliches MEMS-Element (< 400 µm) als Sensorelement für einen Breitband-Schwingungssensor (20 kHz) mit deutlich verbesserten Leistungsparametern im Vergleich zum aktuellen Stand der Technik.

Eine der Neuerungen dieses Projekts besteht darin, dass das Sensorelement durch die Kombination unterschiedlicher Steifigkeiten eine kombinierte Messung von Schwingungen und Stößen ermöglicht. Das primäre Sensorsystem besteht aus dem MEMS und einem bei AMAC entwickelten proprietären Sensor-ASIC. Dieser ASIC wird im Rahmen des Projekts komplett überarbeitet, das Design an die Eigenschaften des neuen MEMS angepasst (MEMS-ASIC-Co-Design) und die Fertigung in einer besonders dünnen Technologie (< 360 µm) durchgeführt. Zusammen mit dem MEMS wird der neue ASIC als Stapelkonfiguration in einem miniaturisierten Gehäuse montiert. Dies erfordert die Entwicklung eines innovativen Gehäuses durch den Partner viimagic. Der Schwingungssensor im SMD-Gehäuse bildet die Grundlage für das einachsige 1D+-Sensormodul. Dank des modularen Aufbaus der optimierten 1D+-Sensoren lassen sich sowohl einachsige als auch dreiachsige (Kombination aus 3x 1D+-Sensoren) intelligente Sensormodule realisieren. Darüber hinaus entwickelt die AMAC die Hardware und Firmware des intelligenten Sensormoduls mit digitaler Datenvorverarbeitung in einem Mikroprozessor oder, auf einer höheren Ebene, in einem FPGA.

Diese Maßnahme wird aus Mitteln der Europäischen Union unterstützt und mitfinanziert durch Steuermitteln auf der Grundlage des vom Sächsischen Landtag beschlossenen Haushaltes.

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With new approaches in sensor technology, packaging and connection technology, as well as data acquisition and processing, the MIMODI project can make a significant contribution to improving predictive condition and process monitoring on highly dynamic systems. In cooperation, the project partners AMAC, viimagic, ZfM and ENAS are developing a particularly small, thin and yet sensitive MEMS (< 400 µm) as a sensor element for a broadband (20 kHz) vibration sensor with significantly improved performance parameters compared to the state of the art.

One of the innovations of this project is that the sensor element can enable a combined measurement of vibration (V) and shock (S) by combining different stiffnesses. The primary sensor system consists of the MEMS and a proprietary sensor ASIC developed at AMAC. This MSSC-ASIC will be completely revised in the project, the design will be adapted to the properties of the new MEMS (MEMS-ASIC-Co-Design), and the production will be carried out in a particularly thin technology (< 360 µm). Together with the MEMS, the new ASIC is mounted as a stack setup in a miniaturized housing. This requires the development of an innovative package by the partner viimagic. The vibration sensor in the SMD housing forms the basis for the single-axis 1D+ sensor module.  Due to the modular design of optimized 1D+ sensors, both single-axis and three-axis (combination of 3x 1D+ sensors) intelligent sensor modules can be built. Furthermore, AMAC develops the hardware and firmware of the intelligent sensor module with digital data preprocessing in a microprocessor or, at a higher level, in an FPGA.