Der diesjährige Physik-Nobelpreis – geht an Peter Grünberg und Albert Fert – dreht sich um den GMR-Effekt. Neun Jahre nach seiner Entdeckung wird die Technologie bereits in Festplatten verwendet. Heute nutzen clevere Umdrehungszähler ebenfalls die Eigenschaften. Der GMR-Effekt (Giant Magneto Resistance) selbst ist ein quantenmechanisches Phänomen, das in dünnen Filmstrukturen aus ferromagnetischen (FM) und nichtferromagnetischen (NM) Schichten beobachtet wird. Hat man einen solchen heterogenen Aufbau aus zwei magnetischen Schichten (Sensorschicht und Referenzschicht), die durch eine nur wenige Atomlagen dicke, nicht magnetische Schicht getrennt sind, so beziehen die magnetischen Momente der beiden Schichten zueinander Stellung, sobald sie einem externen Magnetfeld ausgesetzt sind. Wenn die magnetischen Momente umklappen, ändert sich der elektrische Widerstand. Stehen sie parallel zueinander, sinkt der Widerstand.
Die Sensorikexperten der Firma Novotechnik Messwertaufnehmer OHG aus Ostfildern nutzen diesen Effekt für einen Multiturn-Sensor. Dieser kann zusätzlich zum Drehwinkelsignal im stromlosen Zustand ohne Pufferbatterie und ohne Getriebe derzeit bis zu 16 Umdrehungen zählen und dauerhaft speichern. Er arbeitet durch das magnetische Prinzip berührungslos und damit praktisch verschleißfrei. Im Prinzip funktioniert der Multiturnsensor dabei wie ein Schieberegister. Damit werden die Nachteile herkömmlich Multiturn-Sensorenwie eine dauerhafte Stromversorgung, verschleißbehaftete Konstruktionen oder komplizierter Aufbau eliminiert.
Generell besteht der Sensor aus einem so genannten Domänengenerator und einer bestimmten Anzahl von Spiralarmen. Dabei bestimmt die Zahl der Arme die maximal zu detektierende Anzahl der Umdrehungen. Ein sich drehendes, externes Magnetfeld mit geeigneter Stärke kann im Domänenwandgenerator 180° Domänen erzeugen und in die Spiralstruktur „injizieren“, dadurch richtet sich die Magnetisierung der Sensorschicht in den Spiralarmen entweder parallel oder antiparallel zur Referenzschicht aus. Durch Messen des Widerstands der Struktur kann anhand des Magnetisierungszustands auf die Umdrehungsanzahl rückgeschlossen werden. Durch Kombination eines Sensors dieses Prinzips mit einem weiteren 360°-Sensor, der den Drehwinkel im Singleturnbereich erfasst, kann man nun auch bei mehreren Umdrehungen Winkel und Umdrehungszahl ermitteln. wm
Teilen: