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Autarke Funksensoren: Eine neue Generation von Sensoren, die keine externe Energieversorgung mehr benötigt

Beschreibung der Institute und Unternehmen zu ihren nominierten Projekten

Die Siemens-Forscher in München-Perlach haben sich etwas ganz Neues ausgedacht: einen Sensor, der sich per Funk selbst meldet, und zwar nur dann, wenn sich etwas geändert hat. Die für das Funksignal erforderliche Energie bezieht der Sensor dabei aus dem gemeldeten Ereignis selbst.

Die Anwendungsvielfalt solcher Sensoren, die weder Batterien noch Stromleitungen brauchen, ist beinahe unerschöpflich: Klingel, Notruf, Fernbedienung, Alarm, Lichtschalter, Türöffner, Überwachung von Türen, Fenstern, Jalousien, Schließfächern, Gas- und Wasserzählern, Außen- und Innenthermometer, Temperaturüberwachung von Heizkörpern, Kühlgut, Kochgut, Autoreifen usw.. Ähnlich vielfältige Anwendungen sind in den Feldern Energie und Industrie, Gebäudetechnik, Reise und Verkehr sowie Umwelt möglich.

Sensoren sind die Sinnesorgane der Elektronik. Wir alle werden täglich von festangeschlossenen Messfühlern geschützt, z. B. von Feuermeldern oder dem Sensor für den Airbagauslöser. Normalerweise werden sie über die Anschlussleitung mit Energie versorgt.

Seit einiger Zeit gibt es auch fernabfragbare Sensoren, etwa Oberflächenwellensensoren zur Fahrzeugidentifikation oder zur Messung von Temperatur und Druck. Die notwendige Energie wird diesen Sensoren von einem Hochfrequenzsender zugeführt.

Kernstück des bei Siemens entwickelten neuen Sensors sind piezo- oder pyroelektrische Materialien, die auf Druck oder Temperaturänderung reagieren. Ein bekanntes Beispiel hierfür sind piezoelektrisch gezündete Feuerzeuge oder Bewegungsmelder zum Lichtschalten. Bei jeder Änderung wird beim piezo-/pyro-elektrischen Material eine Spannung erzeugt. Beim Überschreiten eines bestimmten Spannungswertes kommt es zu einem elektrischen Durchschlag. Die beim Durchschlag erzeugte Energie wird einem Oberflächenwellensensor zugeführt. Dieser Oberflächenwellensensor prägt der hochfrequenten Welle sowohl seinen Identifikationscode als auch die Messinformation auf. Das so modulierte Funksignal wird über eine Antenne abgestrahlt und von einem Empfänger aufgefangen und ausgewertet. Der ganze Vorgang dauert nur ein paar Millionstel Sekunden.

Jeder Sensor meldet sich also spontan mit seinem Code und übermittelt damit das Ereignis sowie eventuell gewünschte Messdaten. Bisher wurden mit einfachen Antennen Reichweiten von 20 Metern erzielt. Verbesserte Sensoren und Antennen lassen mehr als 100 Meter Reichweite erwarten.

Hervorzuheben ist die besondere Umweltfreundlichkeit dieser „autarken Funksensoren“: Sie benötigen keinerlei Hilfsenergie, sparen Leitungen und Batterien, senden nur ereignisgesteuert und haben eine lange Lebensdauer.

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Das Projekt „Autarke Funksensoren“ wurde von der Stiftung Werner-von-Siemens-Ring vorgeschlagen.