Sensor Struktur

Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung DE 102022109302.6, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.

Es wird eine Sensorstruktur angegeben.

Sensorstrukturen werden beispielsweise zur Ultraschallprüfung und/oder Strukturüberwachung von Werkstoffen verwendet. Insbesondere können im Rahmen der Ultraschallprüfung oder Strukturüberwachung Materialfehler in Werkstoffen bzw. homogenen und inhomogenen Körpern auf gefunden werden. Bei der Ultraschallprüfung werden beispielsweise mechanische Wellen mit Frequenzen in einem Ultraschallbereich im zu prüfenden Körper angeregt. Materialfehler führen beispielsweise zu einer Streuung, Beugung und/oder zu Reflektionen der mechanischen Wellen. Durch Detektion der gestreuten, gebeugten und/oder reflektierten mechanischen Wellen kann beispielsweise ein struktureller Zustand und/oder eine strukturelle Integrität des Körpers bestimmt werden.

Die Druckschrift V. Giurgiutiu, „Structural health monitoring with piezoelectric wafer active sensors", Academic Press, 2014, beschreibt piezoelektrische Sensoren zur strukturellen Integritätsüberwachung .

Die Druckschrift X. P. Qing et al., „Effect of adhesive on the performance of piezoelectric elements used to monitor structural health", Int. Journal of adhesion & adhesives, 2006, beschreibt die Auswirkung von Klebstoffen auf piezoelektrische Elemente zur strukturellen Integritätsüberwachung .

Die Druckschrift V. Giurgiutiu und C. Soutis, „Enhanced composite integrity through structural health monitoring", Appl . Compos. Mater., Springer 2012, beschreibt wie die Integrität von sicherheitskritischen Verbundwerkstoffen durch den Einsatz von Techniken zur strukturellen Integritätsüberwachung verbessert werden kann.

Die Druckschrift US 8966997 B2 beschreibt eine druckempfindliche Matte.

Die Druckschrift US 2014/0090489 Al beschreibt eine druckempfindliche Matte mit mehreren Sensortypen.

Die Druckschrift EP 1944095 A2 beschreibt eine Vorrichtung, ein System und ein Verfahren zur strukturellen Integritätsüberwachung .

Die Druckschrift ES 2555683 T3 beschreibt eine Sensor- Infrastruktur mit integrierter Elektronik.

Die Druckschrift CN 101365928 A beschreibt einen Sensor und ein System zur strukturellen Integritätsüberwachung.

Die Druckschrift EP 2548473 Bl beschreibt ein System zur Feuchtigkeitsmessung zur Verwendung in einem Krankenhausbett.

Die Druckschrift US 2011/0190761 Al beschreibt eine Neutralelektrode mit Temperaturmessung. Um mechanische Wellen in einem Körper anzuregen, wird beispielsweise ein Piezoelement an einer Oberfläche des Körpers angeordnet . Um eine Anregungsenergie des Piezoelements möglichst ef fi zient an den Körper zu übertragen, wird das Piezoelement insbesondere fest am Körper befestigt . Das Piezoelement besteht beispielsweise aus einem keramischen Material und kann somit spröde sein . Insbesondere kann das Piezoelement beim Aufbringen auf einen mechanisch verspannten Körper, beispielsweise auf einen Faserverbundwerkstof f oder eine Lithium Ionen Zelle in einem Elektroauto , beschädigt werden und/oder brechen . Auch elektrische Kontakte des Piezoelements können durch mechanische Verspannungen des Körpers beschädigt werden und/oder brechen . Des Weiteren kann das Piezoelement durch Umwelteinflüsse in seiner Funktionsweise beeinträchtigt werden . Umwelteinflüsse umfassen beispielsweise externe mechanische Kräfte , Staub, Feuchtigkeit , Temperaturschwankungen und/oder ultraviolettes Licht .

Zumindest eine Aufgabe von bestimmten Aus führungs formen ist es , eine verbesserte Sensorstruktur anzugeben, die besonders robust und/oder besonders einfach auf einem mechanisch verspannten Körper auf zubringen ist . Diese Aufgabe wird durch einen Gegenstand mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst .

Vorteilhafte Aus führungs formen und Weiterbildungen der Sensorstruktur sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben .

Die Sensorstruktur zur Anordnung auf einem Körper umfasst einen Träger in den zumindest ein Sender und zumindest ein Empfänger derart integriert sind, dass der Träger den Sender und den Empfänger zumindest teilweise umschließt und nur eine Emissions fläche des Senders und nur eine Detektions fläche des Empfängers frei vom Träger sind . Insbesondere sind alle Flächen des Senders und des Empfängers mit Ausnahme der Emissions fläche des Senders und mit Ausnahme der Detektions fläche des Empfängers zumindest teilweise vom Träger bedeckt . Beispielsweise bedeckt der Träger eine Rückseitenfläche und Seitenflächen des Empfängers und/oder des Senders zumindest teilweise , wobei die Rückseitenfläche der Emissions fläche oder der Detektions fläche gegenüberliegt und die Seitenflächen die Rückseitenfläche mit der Emissions fläche oder der Detektions fläche verbinden .

Der Sender und der Empfänger sind bevorzugt räumlich voneinander getrennte Elemente . In anderen Worten weist die Sensorstruktur beispielsweise kein Element auf , das sowohl eine Funktion des Senders als auch eine Funktion des Empfängers übernimmt . Somit können der Sender und der Empfänger insbesondere für die j eweilige Funktion angepasst und/oder optimiert werden . Zum Beispiel sind der Sender und der Empfänger unterschiedlich ausgebildet .

Die Sensorstruktur weist beispielsweise genau einen Sender und genau einen Empfänger auf . Alternativ kann die Sensorstruktur auch mehrere Sender und/oder mehrere Empfänger umfassen . Eine Anzahl der Sender und/oder der Empfänger kann an den Körper angepasst werden .

Alternativ oder zusätzlich können der Sender und der Empfänger als ein einzelnes , gemeinsames Element ausgebildet sein . Das gemeinsame Element übernimmt somit insbesondere weiter unten beschriebene Funktionen des Senders und des Empfängers . Des Weiteren können der Sender und der Empfänger in Ihren Funktionen vertauschbar oder austauschbar sein .

Beispielsweise kann der Sender als Empfänger eingerichtet sein, und umgekehrt . Zum Beispiel können die Funktionen des Senders und des Empfängers während des Betriebs der Sensorstruktur getauscht werden .

Der Träger ist insbesondere zu einer mechanischen Stabilisierung der Sensorstruktur eingerichtet . Bevorzugt ist der Träger flexibel . In anderen Worten umfasst der Träger ein weiches Material , das sich unter geringem Kraftaufwand biegen lässt . Beispielsweise beträgt ein Elasti zitätsmodul des Trägers höchstens 5 GPa . Zum Beispiel weist der Träger ein Silikon, ein weiches Polymer wie beispielsweise Polyurethan, oder ein schaumbasiertes Material auf oder besteht aus einem dieser Materialien .

Der Träger ist insbesondere dazu eingerichtet , den Sender und den Empfänger vor Umwelteinflüssen zu schützen . Zum Beispiel schützt der Träger den Sender und den Empfänger vor Staub, Feuchtigkeit , UV-Licht , Temperaturschwankungen und/oder externen mechanischen Kräften .

Der Sender ist zur Erzeugung mechanischer Wellen im Körper eingerichtet und der Empfänger ist zur Detektion der mechanischen Wellen im Körper eingerichtet . Der Sender ist bevorzugt zur Anregung von Lamb-Wellen im Körper eingerichtet . Lamb-Wellen umfassen beispielsweise eine Kombination von transversalen und longitudinalen Wellen im Körper, wobei der Körper sowohl longitudinal als auch transversal zu einer Ausbreitungsrichtung der mechanischen Welle verformt wird . Lamb-Wellen weisen beispielsweise eine annähernd gleichmäßige Verteilung über eine Dicke des Körpers auf . Die Dicke bezeichnet hier eine räumliche Ausdehnung des Körpers in einer Richtung senkrecht zur Ausbreitungsrichtung, wobei sich die mechanischen Wellen insbesondere vom Sender zum Empfänger ausbreiten . Somit kann der strukturelle Zustand des Körpers vorteilhaft über die gesamte Dicke des Körpers bestimmt werden .

Der Sender und/oder der Empfänger sind bevorzugt Schallwandler . Beispielsweise wandelt der Sender ein elektrisches Eingangssignal in eine mechanische Welle um, während der Empfänger eine mechanische Welle in ein elektrisches Ausgangssignal umwandelt .

Die mechanischen Wellen weisen bevorzugt eine Frequenz in einem Ultraschallbereich auf . Der Ultraschallbereich umfasst insbesondere Frequenzen oberhalb eines menschlichen Hörfrequenzbereichs . Beispielsweise umfasst der Ultraschallbereich Frequenzen zwischen einschließlich 20 kHz und einschließlich 1 GHz . Die mechanischen Wellen können auch Frequenzen innerhalb des menschlichen Hörfrequenzbereichs aufweisen . Beispielsweise weisen die mechanischen Wellen eine Frequenz von weniger als 20kHz auf . Die Frequenz der mechanischen Wellen kann vorteilhaft an die Eigenschaften des Körpers angepasst werden .

Gemäß einer weiteren Aus führungs form der Sensorstruktur ist der Sender auf einer ersten Seite des Trägers angeordnet und der Empfänger ist auf einer zweiten Seite des Trägers angeordnet , die der ersten Seite gegenüberliegt . Der Sender und der Empfänger können insbesondere an der gleichen Seite des Trägers , oder an verschiedenen Seiten des Trägers angeordnet sein . Beispielsweise sind die Emissions fläche des Senders und die Detektions fläche des Empfängers gleich oder unterschiedlich ausgerichtet . In anderen Worten können eine Oberflächennormale der Emissions fläche und eine Oberflächennormale der Detektions fläche in gleiche oder in unterschiedliche Richtungen weisen . Zum Beispiel beträgt ein Winkel zwischen den Oberflächennormalen der Emissions fläche und der Detektions fläche ungefähr 0 ° , ungefähr 90 ° , oder ungefähr 180 ° , wobei der Winkel durch die flexible Ausgestaltung des Trägers innerhalb eines gewissen Bereichs veränderbar ist .

Beispielweise ist die Emissions fläche an einer Unterseite des Trägers angeordnet , während die Detektions fläche an einer Oberseite des Trägers angeordnet ist , oder umgekehrt . Dabei bezeichnen die Oberseite und die Unterseite gegenüberliegende Hauptflächen des Trägers . In einer Draufsicht auf die Hauptfläche des Trägers können der Sender und der Empfänger beispielsweise übereinander oder versetzt zueinander angeordnet sein .

Eine Mehrzahl von Sendern und/oder eine Mehrzahl von Empfänger können ebenso an beliebigen Seiten des Trägers angeordnet sein . Beispielsweise sind sowohl auf der Unterseite als auch auf der Oberseite des Trägers Sender und/oder Empfänger angeordnet .

Gemäß einer weiteren Aus führungs form der Sensorstruktur sind der Sender und der Empfänger lateral voneinander beabstandet . Hier und im Folgenden wird mit lateral eine Haupterstreckungsrichtung des Trägers bezeichnet .

Insbesondere erstreckt sich der Träger in laterale Richtungen und weist eine Dicke in einer vertikalen Richtung auf , wobei die vertikale Richtung senkrecht auf die lateralen Richtungen steht . Die Dicke des Trägers ist bevorzugt kleiner als die laterale Ausdehnung des Trägers . Beispielsweise ist ein lateraler Abstand zwischen dem Sender und dem Empfänger größer als eine laterale Ausdehnung des Senders und/oder eine laterale Ausdehnung des Empfängers .

Gemäß einer weiteren Aus führungs form der Sensorstruktur ist der Sender nur zur Erzeugung mechanischer Wellen und der Empfänger nur zur Detektion mechanischer Wellen eingerichtet . In anderen Worten ist der Sender ausschließlich zur Erzeugung der mechanischen Wellen und nicht zur Detektion der mechanischen Wellen eingerichtet , während der Empfänger ausschließlich zur Detektion der mechanischen Wellen und nicht zur Erzeugung der mechanischen Wellen eingerichtet ist .

Gemäß einer weiteren Aus führungs form der Sensorstruktur ist ein Elasti zitätsmodul des Trägers kleiner als ein Elasti zitätsmodul des Körpers . In anderen Worten ist der Träger weicher als der Körper . Insbesondere propagieren die mechanischen Wellen zwischen dem Sender und dem Empfänger bevorzugt durch den Körper . Eine Übertragung der mechanischen Wellen vom Sender zum Empfänger durch den Träger wird beispielsweise durch den kleinen Elasti zitätsmodul des Körpers behindert oder unterdrückt . Zum Beispiel ist der Elasti zitätsmodul des Körpers zumindest um einen Faktor 10 größer als der Elasti zitätsmodul des Trägers .

I st der Elasti zitätsmodul des Körpers um zumindest den Faktor 10 größer als der Elasti zitätsmodul des Trägers , so breitet sich beispielsweise nur ein zu vernachlässigender Anteil der vom Sender erzeugten mechanischen Wellen über den Träger zum Empfänger aus . Insbesondere werden die mechanischen Wellen im Wesentlichen über den Körper vom Sender zum Empfänger übertragen . Ultraschallwellen, die sich vom Sender über den Träger zum Empfänger ausbreiten, können nicht zur Prüfung der strukturellen Integrität des Körpers beitragen und stellen zum Beispiel ein Störsignal dar . Daher ist der Träger vorzugsweise dazu ausgestaltet , derartigen Wellen zu unterbinden und/oder zumindest stark zu dämpfen .

Gemäß einer weiteren Aus führungs form der Sensorstruktur weist der Träger ein Dämpfelement auf , das zwischen dem Sender und dem Empfänger angeordnet ist , und einen niedrigeren Elasti zitätsmodul als der Träger aufweist . Das Dämpfelement ist insbesondere dazu eingerichtet , eine direkte Übertragung mechanischer Wellen zwischen dem Sender und dem Empfänger durch den Träger zu behindern oder zu verringern . Beispielsweise ist das Dämpfelement als ein Abschnitt des Trägers ausgebildet , der ein weicheres Material als der Träger aufweist . Der Elasti zitätsmodul des Trägers ist beispielsweise um zumindest einen Faktor 2 größer als der Elasti zitätsmodul des Dämpf elements .

Gemäß einer weiteren Aus führungs form der Sensorstruktur erstreckt sich das Dämpfelement vollständig über eine Querschnitts fläche des Trägers . Das Dämpfelement kann sich auch nur teilweise über die Querschnitts fläche des Trägers erstrecken . Dabei bezeichnet die Querschnitts fläche insbesondere eine Fläche , die sich durch den Träger erstreckt , wobei der Sender auf einer Seite der Querschnitts fläche angeordnet ist , während der Empfänger auf einer anderen Seite der Querschnitts fläche angeordnet ist . In anderen Worten trennt die Querschnitts fläche den Träger in zwei voneinander getrennte Bereiche , wobei der Sender in einem der zwei Bereiche und der Empfänger in einem anderen der zwei Bereiche angeordnet ist . Ein sich vollständig über die Querschnitts fläche des Trägers erstreckendes Dämpfelement trennt den Träger somit in zwei voneinander getrennte Teile , die über das Dämpfelement miteinander verbunden sind . Dadurch kann die direkte Übertragung mechanischer Wellen zwischen dem Sender und dem Empfänger über den Träger besonders stark verringert werden .

Gemäß einer weiteren Aus führungs form der Sensorstruktur weist der Sender und/oder der Empfänger ein Piezoelement auf . Das Piezoelement des Senders verformt sich insbesondere beim Anlegen einer elektrischen Spannung . Das Piezoelement des Empfängers erzeugt beispielsweise eine elektrische Spannung bei einer mechanischen Verformung des Piezoelements durch eine externe mechanische Krafteinwirkung .

Das Piezoelement umfasst zum Beispiel einen Piezokristall , eine polykristalline Piezokeramik oder ein piezoelektrisches Polymer, beispielsweise Polyvinylidenf luorid ( kurz : PVDF) . Insbesondere ist das Piezoelement als Schallwandler eingerichtet , der ein elektrisches Signal in eine mechanische Welle umwandelt , oder umgekehrt .

Das Piezoelement weist beispielsweise eine Plättchenform oder eine Keil form auf , wobei eine laterale Ausdehnung insbesondere größer ist als eine vertikale Ausdehnung des Piezoelements . In einer lateralen Ebene weist das Piezoelements zum Beispiel eine kreis förmige , ovale , quadratische , rechteckige , oder polygonale Querschnitts fläche auf .

Das Piezoelement ist beispielsweise aus einem einzelnen Stück des Piezokristalls oder der Piezokeramik hergestellt . Alternativ oder zusätzlich kann das Piezoelement eine Viel zahl von piezoelektrischen Teilelementen aufweisen, die in ein Matrixmaterial eingebettet sind . Das Matrixmaterial ist beispielsweise ein Kunststof f , insbesondere ein Epoxid .

Gemäß einer weiteren Aus führungs form der Sensorstruktur beträgt eine Dicke des Senders und/oder eine Dicke des Empfängers höchstens 1 mm und/oder eine Dicke der Sensorstruktur beträgt höchstens 3 mm . Die Dicke bezeichnet hier und im Folgenden eine räumliche Ausdehnung in vertikaler Richtung . Durch eine geringe Dicke weist die Sensorstruktur insbesondere eine vorteilhaft hohe Flexibilität auf .

Gemäß einer weiteren Aus führungs form der Sensorstruktur sind flexible elektrische Leitungen zur elektrischen Kontaktierung des Senders und/oder des Empfängers in den Träger integriert . Die flexiblen elektrischen Leitungen umfassen beispielsweise metallische Leiterbahnen oder ein Koaxialkabel . Insbesondere sind die flexiblen elektrischen Leitungen so eingerichtet , dass sie bei einem Biegen des Trägers nicht beschädigt werden oder brechen . Bevorzugt sind die flexiblen elektrischen Leitungen zumindest teilweise vom Träger umschlossen . Beispielsweise ist der Träger zu einer elektrischen I solierung der flexiblen elektrischen Leitungen eingerichtet .

Die flexiblen elektrischen Leitungen sind mit dem Sender und/oder dem Empfänger beispielsweise über eine Lötverbindung oder mit einem elektrisch leitfähigen Kleber elektrisch verbunden .

Gemäß einer weiteren Aus führungs form weist die Sensorstruktur zusätzlich zumindest einen in den Träger integrierten Sensor auf . Der Sensor ist zur Messung von zumindest einem Betriebsparameter eingerichtet . Beispielsweise ist der Sensor ein Feuchtigkeitssensor, ein Temperatursensor und/oder ein Drucksensor .

Hier und im Folgenden bedeutet „integriert" , dass der Sensor zumindest teilweise vom Träger umschlossen ist . Insbesondere sind zumindest zwei unterschiedliche Flächen oder Seiten des Sensors zumindest teilweise vom Träger bedeckt . In den Träger können auch mehrere Sensoren integriert sein . Der Träger ist insbesondere dazu eingerichtet , in den Träger integrierte Sensoren vor Umwelteinflüssen zu schützen .

Gemeinsam mit dem Sender und dem Empfänger sind der Feuchtigkeitssensor, der Temperatursensor und/oder der Drucksensor beispielsweise dazu eingerichtet , einen Zustand des Körpers zu überwachen . Beispielsweise sind der Sender, der Empfänger, der Feuchtigkeitssensor, der Temperatursensor und/oder der Drucksensor mit einer Auswerteelektronik verbunden . Die Auswerteelektronik ist beispielsweise dazu eingerichtet , bei Erreichen vorgegebener Schwellwerte eine Warnung zu generieren und/oder Betriebsparameter zu ändern .

Gemäß einer weiteren Aus führungs form der Sensorstruktur umschließt der Träger den Sender und den Empfänger derart , dass nur eine Emissions fläche des Senders und nur eine Detektions fläche des Empfängers frei vom Träger sind . Insbesondere sind alle Flächen des Senders und alle Flächen des Empfängers mit Ausnahme der Emissions fläche Senders und mit Ausnahme der Detektions fläche des Empfängers vom Material des Trägers bedeckt . Die mechanischen Wellen werden bevorzugt über die Emissions fläche vom Sender ausgekoppelt . Des Weiteren werden die mechanischen Wellen bevorzugt über die Detektions fläche in den Empfänger eingekoppelt . Während des Betriebs der Sensorstruktur sind die Emissions fläche des Senders und die Detektions fläche des Empfängers bevorzugt direkt oder über ein Verbindungsmittel reversibel oder irreversibel mit dem Körper verbunden . Somit sind der Sender und der Empfänger insbesondere auf allen Seiten entweder vom Träger oder vom Körper bedeckt . Während des Betriebs der Sensorstruktur sind daher der Sender und der Empfänger vorteilhaft vor Umwelteinflüssen geschützt .

Beispielsweise schließt die Emissions fläche des Senders und/oder die Detektions fläche des Empfängers bündig mit dem Träger ab . In anderen Worten sind Seitenflächen des Senders und/oder des Empfängers vollständig vom Träger bedeckt , so dass die Emissions fläche und/oder die Detektions fläche eine Ebene mit einer Fläche des Trägers bildet . Dadurch kann vorteilhaft ein direkter Kontakt zwischen dem Körper und dem Sender und/oder dem Empfänger hergestellt werden, wobei der Sender und/oder der Empfänger vor Umwelteinflüssen geschützt ist .

Alternativ oder zusätzlich kann der Sender und/oder der Empfänger auch aus dem Träger hervorstehen . Somit sind Seitenflächen des Empfängers und/oder des Senders insbesondere nur teilweise vom Träger bedeckt . Dadurch kann beispielsweise ein besserer Kontakt zwischen dem Körper und der Emissions fläche des Senders und/oder der Detektions fläche des Empfängers hergestellt werden .

Des Weiteren kann der Träger durch eine mechanische Verspannung der Sensorstruktur mit dem Körper zum Beispiel komprimiert werden . Dadurch wird der auf den Körper aufgebrachte Träger beispielsweise so verformt , dass die Seitenflächen des Senders und/oder des Empfängers vollständig vom Träger bedeckt sind . Somit werden der Sender und/oder der Empfänger durch die mechanische Verspannung vorteilhaft vollständig vom Träger und vom Körper umschlossen .

Gemäß einer weiteren Aus führungs form der Sensorstruktur ist auf der Emissions fläche des Senders und/oder auf der Detektions fläche des Empfängers eine Trägerfolie aufgebracht . Die Trägerfolie ist beispielsweise zu einem Schutz der Emissions fläche und/oder der Detektions fläche eingerichtet . Insbesondere schützt die Trägerfolie den Sender und/oder den Empfänger zum Beispiel vor Feuchtigkeit , Staub, mechanischen Krafteinwirkungen und/oder ultraviolettem Licht . Beispielsweise weist die Trägerfolie ein Glas , ein Metall oder ein Polymer auf , oder besteht aus einem dieser Materialien .

Gemäß einer weiteren Aus führungs form der Sensorstruktur ist Trägerfolie zu einer Änderung einer Resonanz frequenz des Senders und/oder des Empfängers eingerichtet . Beispielsweise erhöht die Trägerfolie eine träge Masse des Senders und/oder des Empfängers . Somit kann insbesondere eine Resonanz frequenz des Senders und/oder des Empfängers erniedrigt werden . Beispielsweise kann dadurch eine Resonanz frequenz des Senders und/oder des Empfängers an strukturelle Eigenschaften des Körpers angepasst werden .

Gemäß einer weiteren Aus führungs form der Sensorstruktur beträgt eine Dicke der Trägerfolie höchstens 500 pm . Die Dicke bezeichnet hierbei eine räumliche Ausdehnung der Trägerfolie in einer Richtung senkrecht zur Emissions fläche des Senders oder senkrecht zur Detektions fläche des Empfängers . Insbesondere ist eine dünne Trägerfolie mit einer Dicke von beispielsweise höchstens 500 pm vorteilhaft für eine gute mechanische Kopplung zwischen dem Körper und dem Sender und/oder dem Empfänger . Zum Beispiel ist die Dämpfung der mechanischen Wellen durch die dünne Trägerfolie vorteilhaft klein, wobei die Dämpfung auch vom Material der Trägerfolie abhängen kann .

Gemäß einer weiteren Aus führungs form der Sensorstruktur weist der Sender und/oder der Empfänger ein elektrisches Abschirmelement auf . Das elektrische Abschirmelement ist insbesondere dazu eingerichtet , den Sender und/oder den Empfänger vor elektromagnetischen Störungen abzuschirmen und/oder zu schützen . Beispielsweise bedeckt die Abschirmung alle Flächen des Senders und/oder des Empfängers mit Ausnahme der Emissions fläche und/oder der Detektions fläche .

Insbesondere ist das Abschirmelement zwischen dem Träger und dem Empfänger und/oder zwischen dem Träger und dem Sender angeordnet .

Alternativ oder zusätzlich kann das Abschirmelement auch die Emissions fläche des Senders und/oder die Detektions fläche des Empfängers bedecken . Somit übernimmt das Abschirmelement beispielsweise auch die Funktion der Trägerfolie . In diesem Fall sind alle Flächen des Senders und/oder des Empfängers vom Abschirmelement bedeckt und/oder umschlossen, wobei die flexiblen elektrischen Leitungen zur elektrischen Kontaktierung des Senders und/oder des Empfängers insbesondere durch das Abschirmelement geführt werden .

Das Abschirmelement weist ein elektrisch leitfähiges Material auf oder besteht aus einem elektrisch leitfähigen Material . Das elektrisch leitfähige Material ist beispielsweise ein Metall , insbesondere Kupfer . Das Abschirmelement ist beispielsweise eine Metall folie , ein metallisches Netz , oder weist metallische Drähte oder einen metallischen Schaum auf . Insbesondere ist eine elektrisch isolierende Struktur zwischen dem Abschirmelement und den flexiblen elektrischen Leitungen sowie den Elektroden des Senders und des Empfängers angeordnet . Das Abschirmelement kann auch zu einem mechanischen Schutz des Empfängers und/oder des Senders eingerichtet sein .

Gemäß einer weiteren Aus führungs form weist die Sensorstruktur eine Auswerteelektronik auf , die mit dem Sender und dem Empfänger elektrisch verbunden ist und dazu eingerichtet ist , aus den detektierten mechanischen Wellen einen strukturellen Zustand des Körpers zu bestimmen . Die Auswerteelektronik kann auch mit einem oder mehreren zusätzlichen Sensoren elektronisch verbunden sein, die in den Träger der Sensorstruktur integriert sind . Insbesondere ist der zusätzliche Sensor zur Bestimmung eines Zustands des Körpers eingerichtet . Beispielsweise ist der zusätzliche Sensor ein Feuchtigkeitssensor, ein Temperatursensor und/oder ein Drucksensor .

Die Auswerteelektronik kann auf dem Träger aufgebracht , in den Träger integriert , oder vom Träger räumlich getrennt sein . Eine räumliche Trennung der Auswerteelektronik vom Träger ist insbesondere vorteilhaft , wenn nur ein kleiner Bauraum zur Verfügung steht , in dem der Träger auf dem Körper angeordnet werden soll . Beispielsweise ist die Auswerteelektronik über die flexiblen elektrischen Leitungen mit dem Sender und dem Empfänger verbunden .

Des Weiteren wird eine Anordnung angegeben . Die Anordnung umfasst insbesondere eine hier beschriebene Sensorstruktur und einen Körper, auf dem die Sensorstruktur aufgebracht wird . Alle Merkmale der Sensorstruktur sind auch für die Anordnung of fenbart , und umgekehrt .

Gemäß einer Aus führungs form umfasst die Anordnung eine hier beschriebene Sensorstruktur und einen Körper, wobei die Sensorstruktur dauerhaft oder reversibel mit dem Körper verbunden ist . Beispielsweise ist die Sensorstruktur mit dem Körper dauerhaft , also irreversibel , verklebt . Insbesondere ist eine Kleberschicht zwischen einer Oberfläche des Körpers und der Emissions fläche des Senders sowie der Detektions fläche angeordnet .

Die Kleberschicht ist dabei so dünn und so hart als möglich . Insbesondere ist die Kleberschicht zu einer guten mechanischen Kopplung und somit zu einer ef fi zienten Übertragung der mechanischen Wellen zwischen der Sensorstruktur und dem Körper eingerichtet . Beispielsweise weist die Kleberschicht eine Dicke von höchstens 10 pm auf .

Alternativ kann die Sensorstruktur auch reversibel mit dem Körper verbunden sein . Beispielsweise ist zwischen der Sensorstruktur und dem Körper ein Kopplungsgel angeordnet . Das Kopplungsgel kann insbesondere einfach entfernt werden . Des Weiteren kann die Sensorstruktur mechanisch an den Körper geklemmt sein . Die Klemmung ist insbesondere reversibel und die Sensorstruktur kann beispielsweise nach einem Messvorgang vom Körper entfernt werden .

Der Körper weist beispielsweise eine mechanische Vorspannung auf . Die mechanische Vorspannung ist insbesondere eine mechanische Verspannung des Körpers , die mit oder ohne eine äußere Krafteinwirkung vorhanden ist . In anderen Worten wirken innerhalb des Körpers zum Beispiel Zugkräfte und/oder Druckkräfte mit oder ohne äußere Krafteinwirkung . Durch die mechanische Vorspannung kann beispielsweise ein Verhalten des Körpers unter äußerer Krafteinwirkung eingestellt werden .

Bei Lithium Ionen Zellen in Elektroautos dient die mechanische Vorspannung beispielsweise zu einer Erhöhung der Lebensdauer der Zellen . Die hier beschriebene Sensorstruktur kann insbesondere gemeinsam mit den Zellen mechanisch vorgespannt werden und während des Betriebs eine Funktion der Zellen überwachen . Vorteilhaft bleibt die Sensorstruktur dabei trotz der Belastung durch die mechanische Verspannung funktions fähig .

Gemäß einer weiteren Aus führungs form der Anordnung umfasst der Körper eine Viel zahl von Batteriezellen und/oder einen Faserverbundwerkstof f . Beispielsweise ist der Körper eine Batterie eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs , wobei die Batterie eine Viel zahl von Batteriezellen in einem Gehäuse umfasst . Die Sensorstruktur kann insbesondere zwischen den Batteriezellen und dem Gehäuse angeordnet sein . Zum Beispiel ist die Sensorstruktur zur Bestimmung eines strukturellen Zustands der Batteriezellen eingerichtet . Des Weiteren kann die Sensorstruktur als Abstandshalter zwischen den Batteriezellen und dem Gehäuse eingerichtet sein . Somit sind die Batteriezellen vor einem direkten Kontakt mit dem Gehäuse geschützt .

Der Faserverbundwerkstof f umfasst beispielsweise eine Viel zahl von Gewebematten, die Glas fasern und oder Karbonfasern aufweisen . Die Gewebematten sind insbesondere mit einem Kunstharz miteinander verbunden . Die Glas fasern oder Karbonfasern können auch zufällig in einem Matrixmaterial , beispielsweise einem Kunststof f , verteilt sein . Zum Beispiel ist der Faserverbundwerkstof f ein glas faserverstärkter Kunststof f ( kurz : GFK) . Die Sensorstruktur kann beispielsweise dauerhaft zwischen Gewebematten des Faserverbundwerkstof fs angeordnet sein . Alternativ oder zusätzlich kann die Sensorstruktur auch auf dem Faserverbundwerkstof f auflaminiert sein .

Des Weiteren kann die Sensorstruktur zu einem Schutz des Körpers vor Umwelteinflüssen, beispielsweise vor mechanischen Krafteinwirkungen, Staub, Feuchtigkeit , UV-Licht , und oder schnellen Temperaturschwankungen eingerichtet sein .

Des Weiteren wird ein Verfahren zum Betrieb einer Sensorstruktur angegeben . Das Verfahren ist insbesondere zum Betrieb einer hier beschriebenen Sensorstruktur eingerichtet . Alle Merkmale der Sensorstruktur sind auch für das Verfahren zum Betrieb einer Sensorstruktur of fenbart , und umgekehrt .

Gemäß einer Aus führungs form des Verfahrens zum Betrieb einer Sensorstruktur wird eine hier beschriebene Sensorstruktur derart auf dem Körper angeordnet , dass die Emissions fläche des Senders und die Detektions fläche des Empfängers in Kontakt mit dem Körper stehen , beispielsweise ist die Sensorstruktur so auf dem Körper aufgeklemmt , dass die Detektions fläche des Empfängers und die Emissions fläche des Senders in direktem Kontakt mit einer Oberfläche des Körpers stehen . Zwischen der Emissions fläche des Senders und dem Körper sowie zwischen der Detektions fläche des Empfängers und dem Körper kann beispielsweise auch ein Kopplungsgel , ein Wachs oder ein Kleber angeordnet sein . Das Kopplungsgel , das Wachs oder der Kleber sind insbesondere dazu eingerichtet , einen guten mechanischen Kontakt zwischen der Sensorstruktur und dem Körper zur Übertragung mechanischer Wellen herzustellen .

Alternativ oder zusätzlich kann die Sensorstruktur mit dem Körper verklebt oder auf andere Art dauerhaft verbunden sein . Insbesondere können die Emissions fläche des Senders sowie die Detektions fläche des Empfängers auf einer Oberfläche des Körpers dauerhaft aufgeklebt sein .

Gemäß einer weiteren Aus führungs form des Verfahrens regt der Sender im Betrieb mechanische Wellen im Körper an und der Empfänger detektiert die mechanischen Wellen im Körper . Beispielsweise wandelt der Sender das elektrische Eingangssignal in mechanische Wellen um, die im Körper propagieren . Der Empfänger detektiert die im Körper propagierenden mechanischen Wellen und wandelt diese beispielsweise in das elektrische Ausgangssignal um .

Der Sender und/oder der Empfänger können auch zum Anregen und zum Detektieren der mechanischen Wellen eingerichtet sein .

Gemäß einer weiteren Aus führungs form des Verfahrens wird aus den detektierten mechanischen Wellen ein struktureller Zustand des Körpers bestimmt . Beispielsweise kann eine Auswerteelektronik Lauf zeiten verschiedener gestreuter Anteile der mechanischen Welle zwischen einem Zeitpunkt der Emission am Sender und einem Zeitpunkt der Detektion am Empfänger bestimmen . Dadurch können insbesondere Material fehler im Körper detektiert und somit eine strukturelle Integrität des Körpers bestimmt werden .

Gemäß einer weiteren Aus führungs form des Verfahrens erzeugt der Sender im Betrieb laterale , vertikale und/oder radiale Schwingungsmoden . Beispielsweise wird ein elektrisches Eingangssignal vom Sender in eine laterale , vertikale und/oder radiale Verformung des Senders umgewandelt . Eine radiale Verformung ist beispielsweise eine gleichmäßige Verformung in alle lateralen Richtungen . Je nach Art der Verformung des Senders können zum Beispiel unterschiedliche mechanische Wellen im Körper angeregt werden . Bevorzugt werden Lamb-Wellen im Körper angeregt , die sich gleichmäßig über die Dicke des Körpers verteilen .

Weitere vorteilhafte Aus führungs formen und Weiterbildungen der Sensorstruktur sowie der Anordnung und des Verfahrens zum Betrieb einer Sensorstruktur ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Aus führungsbeispielen .

Figur 1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer Sensorstruktur gemäß einem Aus führungsbeispiel .

Die Figuren 2 und 3 zeigen schematische perspektivische Darstellungen einer Sensorstruktur gemäß verschiedener Aus führungsbeispiele .

Figur 4 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer Sensorstruktur gemäß einem weiteren Aus führungsbeispiel .

Die Figuren 5 , 6 und 7 zeigen schematische perspektivische Darstellungen einer Anordnung gemäß einem Aus führungsbeispiel .

Die Figuren 8 und 9 zeigen schematische Darstellungen einer flexiblen elektrischen Leitung gemäß verschiedener Beispiele . Die Figuren 10 und 11 zeigen schematische

Schnittdarstellungen einer Anordnung gemäß verschiedener Aus führungsbeispiele .

Die Figur 12 zeigt Messergebnisse einer Impedanz eines Senders oder eines Empfängers als Funktion einer Frequenz .

Die Figuren 13 und 14 zeigen schematische Schnittdarstellungen einer Sensorstruktur gemäß weiterer Aus führungsbeispiele .

Die Figur 15 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer Anordnung gemäß einem weiteren Aus führungsbeispiel .

Gleiche , gleichartige oder gleichwirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugs zeichen versehen . Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten . Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß oder klein dargestellt sein .

Das Aus führungsbeispiel der Sensorstruktur 1 in Figur 1 weist einen Träger 3 , einen Sender 4 und einen Empfänger 5 auf . Der Träger 3 weist ein weiches Polymer auf , beispielsweise Polyurethan, in dem der Sender 4 und der Empfänger 5 integriert sind . Insbesondere umschließt der Träger 3 Flächen des Senders 4 und des Empfängers 5 zumindest teilweise , wobei nur eine Emissions fläche 11 des Senders 4 und eine Detektions fläche 12 des Empfängers 5 frei vom Träger bleibt . Eine Dicke D des Senders 4 und des Empfängers 5 beträgt höchstens 1 mm, während die Dicke D der Sensorstruktur 1 höchstens 3 mm beträgt . Der Sender 4 sowie der Empfänger 5 umfassen ein Piezoelement . Das Piezoelement des Senders 4 ist dazu eingerichtet , ein elektrisches Eingangssignal in mechanische Wellen umzuwandeln . Das Piezoelement des Empfängers 5 ist dazu eingerichtet , mechanische Wellen in ein elektrisches Ausgangssignal umzuwandeln . Der Sender 4 und der Empfänger 5 sind in lateraler Richtung L voneinander beabstandet .

Flexible elektrische Leitungen 7 sind in den Träger 3 integriert . Die flexiblen elektrischen Leitungen 7 sind zu einer elektrischen Kontaktierung des Senders 4 und des Empfängers 5 eingerichtet . Bevorzugt weisen die flexiblen elektrischen Leitungen 7 einen gleichen oder einen kleineren Elasti zitätsmodul wie der Träger 3 auf . Somit werden die flexiblen elektrischen Leitungen 7 beispielsweise bei einer Biegebelastung der Sensorstruktur 1 vorteilhaft nicht beschädigt .

Die Sensorstruktur 1 wird insbesondere auf einen Körper 2 aufgebracht (hier nicht gezeigt , siehe z . B . Fig . 5 ) , dessen struktureller Zustand bestimmt werden soll . Im Betrieb der Sensorstruktur 1 werden vom Sender 4 mechanische Wellen erzeugt , die sich durch den Körper 2 ausbreiten und vom Empfänger 5 detektiert werden . Durch ein Auswerten der vom Empfänger detektierten mechanischen Wellen kann insbesondere die strukturelle Integrität des Körpers 2 geprüft werden .

Das Aus führungsbeispiel der Sensorstruktur 1 in Figur 2 weist zusätzlich zur in Verbindung mit Figur 1 beschriebenen Sensorstruktur 1 ein Dämpf element 6 auf . Das Dämpf element 6 ist zwischen dem Sender 4 und dem Empfänger 5 angeordnet und weist einen kleineren Elasti zitätsmodul als der Träger 3 auf . Somit behindert und/oder verringert des Dämpf element 6 eine direkte Übertragung der mechanischen Wellen vom Sender 4 zum Empfänger 5 durch den Träger 3 .

Des Weiteren weist die Sensorstruktur 1 Trägerfolien 13 auf , die auf der Emissions fläche 11 des Senders 4 und auf der Detektions fläche 12 des Empfängers 5 aufgebracht sind . Die Trägerfolien 13 weisen beispielsweise ein hartes Polymer auf und schützen den Empfänger 4 und den Sender 5 vor Umwelteinflüssen, wie beispielsweise Staub, Feuchtigkeit , oder mechanischen Krafteinwirkungen . Die Trägerfolien 13 sind auch dazu eingerichtet , um eine Resonanz frequenz des Senders 4 und des Empfängers 5 einzustellen . Eine Dicke D der Trägerfolie 13 beträgt insbesondere höchstens 500 Mikrometer .

Flexible elektrische Leitungen 7 umfassen Leiterbahnen 19 , die in den Träger 3 integriert sind und sich in lateraler Richtung L durch den Träger 3 erstrecken . Alternativ oder zusätzlich können sich die flexiblen elektrischen Leitungen 7 auch in eine vertikale Richtung V erstrecken .

Die Sensorstruktur 1 weist zwei integrierte Sensoren 8 auf , wie zum Beispiel einen Feuchtigkeitssensor, einen Temperatursensor und/oder einen Drucksensor . Die Sensorstruktur 1 kann auch einen oder mehr als zwei integrierte Sensoren 8 aufweisen . Elektrische Leitungen zur elektrischen Kontaktierung der weiteren Sensoren 8 sind zur besseren Übersichtlichkeit nicht gezeigt .

Im Gegensatz zur Sensorstruktur 1 in Figur 2 weist die Sensorstruktur 1 in Figur 3 flexible elektrische Leitungen 7 auf , die als Koaxialkabel ausgebildet sind und sich in vertikaler Richtung V durch den Träger 3 erstrecken . Alternativ oder zusätzlich können die Koaxialkabel auch in lateraler Richtung L geführt sein .

Das Aus führungsbeispiel der Sensorstruktur 1 in Figur 4 weist im Vergleich zur in Verbindung mit Figur 2 beschriebenen Sensorstruktur 1 zusätzlich ein elektrisches Abschirmelement 14 auf . Das elektrische Abschirmelement 14 ist zwischen dem Träger 3 und dem Sender 4 und/oder dem Empfänger 5 angeordnet . Das elektrische Abschirmelement 14 ist zum Schutz des Senders 4 und/oder des Empfängers 5 vor elektromagnetischen Störungen eingerichtet und weist eine metallische Folie , beispielsweise aus Kupfer, auf . Zusätzlich kann das elektrische Abschirmelement 14 den Sender 4 und/oder den Empfänger 5 vor mechanischen Krafteinwirkungen schützen .

Zwischen dem elektrischen Abschirmelement 14 und dem Sender 4 und/oder dem Empfänger 5 ist eine elektrische I solierung 16 angeordnet . Die elektrische I solierung schützt den Sender 4 und/oder den Empfänger 5 insbesondere vor elektrischen Kurzschlüssen durch das elektrisch leitfähige elektrische Abschirmelement 14 .

Das Aus führungsbeispiel in Figur 5 zeigt eine Anordnung, die einen Körper 2 mit einer darauf angeordneten Sensorstruktur 1 umfasst . Die Sensorstruktur 1 ist insbesondere zu einer Bestimmung eines strukturellen Zustands des Körpers 2 eingerichtet . Beispielsweise ist der Körper 2 eine Batterie eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs oder ein Faserverbundwerkstof f .

Eine laterale Ausdehnung der Sensorstruktur 1 ist insbesondere an eine laterale Ausdehnung des Körpers 2 angepasst . Die Sensorstruktur 1 umfasst einen Träger 3 mit einem integrierten Sender 4 und einem integrierten Empfänger 5 . Eine Emissions fläche 11 des Senders 4 sowie eine Detektions fläche 12 des Empfängers 5 sind auf einer Oberfläche des Körpers 2 angeordnet . Beispielsweise ist die Sensorstruktur 1 mit dem Körper 2 verklebt oder verklemmt .

Das Aus führungsbeispiel der Anordnung in Figur 6 weist im Vergleich zur in Verbindung mit Figur 5 beschriebenen Anordnung zusätzlich flexible elektrische Leitungen 7 auf , die zu einer elektrischen Kontaktierung des Senders 4 und des Empfängers 5 eingerichtet sind . Die flexiblen elektrischen Leitungen 7 sind in den Träger 3 der Sensorstruktur 1 integriert und erstrecken sich in lateraler Richtung L .

Das Aus führungsbeispiel der Anordnung in Figur 7 weist im Vergleich zur in Verbindung mit Figur 6 beschriebenen Anordnung zusätzlich Trägerfolien 13 auf , die auf der Emissions fläche 11 des Senders 4 , sowie auf der Detektions fläche 12 des Empfängers 5 angeordnet sind . Des Weiteren weist die Anordnung ein Dämpfelement auf , das im Träger 3 zwischen dem Sender 4 und dem Empfänger 5 angeordnet ist .

Figur 8 zeigt ein Beispiel einer flexiblen elektrischen Leitung 7 , die metallische Leiterbahnen 19 umfasst . Die flexible elektrische Leitung 7 weist einen ersten Anschlussbereich 17 zur elektrischen Kontaktierung des Senders 4 (nicht gezeigt ) oder des Empfängers 5 (nicht gezeigt ) auf . Des Weiteren weist die flexible elektrische Leitung 7 einen zweiten Anschlussbereich 18 auf , der beispielsweise zur elektrischen Kontaktierung einer Auswerteelektronik 15 eingerichtet ist (nicht gezeigt ) . Die flexible elektrische Leitung weist beispielsweise eine Dicke von höchstens 200 pm auf .

Figur 9 zeigt ein weiteres Beispiel einer flexiblen elektrischen Leitung 7 . Zusätzlich zum in Verbindung mit Figur 8 beschriebenen Beispiel weist die flexible elektrische Leitung 7 eine oder mehrere Abschirmschichten 20 auf , die zu einem Schutz der flexiblen elektrischen Leitung 7 vor elektromagnetischen Störungen eingerichtet sind .

Das Aus führungsbeispiel der Anordnung in Figur 10 weist einen Körper 2 auf , der zumindest zwei Schichten umfasst , zwischen denen eine Kleberschicht 21 angeordnet ist . Beispielsweise ist der Körper 2 ein Faserverbundwerkstof f . Auf gegenüberliegenden Oberflächen des Körpers 2 ist j eweils eine Sensorstruktur 1 aufgebracht , die j eweils mit dem Körper 2 über eine Kleberschicht 21 dauerhaft verklebt sind . Jede Sensorstruktur 1 weist einen Sender 4 und einen Empfänger 5 auf . Die Sensorstrukturen 1 sind insbesondere auch zu einem Schutz des Körpers 2 eingerichtet , beispielsweise vor Feuchtigkeit oder mechanischen Krafteinwirkungen . Alternativ können die Sensorstrukturen 1 auch reversibel auf den Körper 2 aufgebracht sein, wobei beispielsweise ein Kopplungsgel zwischen dem Körper 2 und den Sensorstrukturen 1 angeordnet ist .

Figur 11 zeigt eine Anordnung gemäß einem Aus führungsbeispiel , die eine Sensorstruktur 1 , einen Körper 2 und eine Auswerteelektronik 15 umfasst . Die Sensorstruktur 1 ist gemeinsam mit der Auswerteelektronik 15 zur Bestimmung eines strukturellen Zustands des Körpers 2 eingerichtet und über eine flexible elektrische Leitung 7 mit der Auswerteelektronik 15 verbunden . Die Auswerteelektronik 15 ist dabei räumlich von der Sensorstruktur 1 getrennt .

Die Auswerteelektronik 15 stellt beispielsweise ein elektrisches Eingangssignal für die Sensorstruktur 1 bereit , welches von der Sensorstruktur 1 in mechanische Wellen umgewandelt wird . Von der Sensorstruktur 1 detektierte mechanische Wellen werden in ein elektrisches Ausgangssignal umgewandelt , welches von der Auswerteelektronik 15 analysiert wird .

Figur 12 zeigt Messergebnisse einer Impedanz Z eines Senders 4 , der ein Piezoelement umfasst . Insbesondere ist die Impedanz Z des Piezoelements als Funktion einer Frequenz f eines elektrischen Eingangssignals dargestellt , das an das Piezoelement angelegt wird . Die Impedanz Z weist eine Resonanz auf , bei der sich die Impedanz Z innerhalb eines kleinen Frequenzintervalls beispielsweise um eine Größenordnung ändert . Die Frequenz f , bei der die Resonanz auftritt , hängt insbesondere von einer geometrischen Struktur und einer Masse des Piezoelements ab .

Die erste Kurve 31 zeigt die Impedanz Z eines Piezoelements ohne Träger 3 , ohne einer darauf aufgebrachten flexiblen elektrischen Leitung 7 und ohne einer Trägerfolie 13 . In diesem Fall tritt die Resonanz bei einer Frequenz f von ungefähr 95 kHz auf .

Die zweite Kurve 32 zeigt die Impedanz Z des gleichen Piezoelements mit einer darauf aufgebrachten flexiblen elektrischen Leitung 7 , das in einen Träger 3 integriert ist . Insbesondere ändert sich dadurch die Resonanz frequenz nicht wesentlich . Die dritte Kurve 33 zeigt die Impedanz Z des gleichen Piezoelements mit einer darauf aufgebrachten flexiblen elektrischen Leitung 7 und mit einer darauf aufgebrachten Trägerfolie 13 , wobei das Piezoelement in einen Träger 3 integriert ist . Die Trägerfolie 13 erhöht insbesondere eine träge Masse des Piezoelements . Dadurch erniedrigt sich die Resonanz frequenz , die in diesem Fall bei ungefähr 75 kHz auf tritt . Somit verschiebt die Trägerfolie die Resonanz frequenz in diesem Beispiel um ungefähr 20 kHz .

Das Aus führungsbeispiel der Sensorstruktur 1 in Figur 13 weist im Vergleich zu der in Verbindung mit Figur 1 beschriebenen Sensorstruktur 1 einen Sender 4 und einen Empfänger 5 auf , die auf gegenüberliegenden Seiten des Trägers 3 angeordnet sind . Die Sensorstruktur 1 ist beispielsweise zur Anordnung innerhalb eines Körpers 2 ( siehe beispielsweise Figur 15 ) eingerichtet .

Das Aus führungsbeispiel der Sensorstruktur 1 in Figur 14 weist im Vergleich zu der in Verbindung mit Figur 13 beschriebenen Sensorstruktur 1 einen zweiten Sender 4 auf , der auf der gleichen Seite des Trägers 3 wie der Empfänger 5 angeordnet ist , während der erste Sender 4 auf einer gegenüberliegenden Seite des Trägers 3 angeordnet ist . Anstatt des zweiten Senders 4 kann beispielsweise auch ein zweiter Empfänger 5 im Träger 3 angeordnet sein .

Die Sensorstruktur 1 kann auch eine Mehrzahl von Sendern 4 und/oder eine Mehrzahl von Empfängern 5 aufweisen . Beispielsweise weist die Sensorstruktur 1 ein Empfängerarray, auf . Dabei können beispielsweise die Sender 4 auf einer Seite und die Empfänger 5 auf der gegenüberliegenden Seite des Trägers 3 angeordnet sein, oder es sind j eweils sowohl Sender 4 als auch Empfänger 5 auf beiden gegenüberliegenden Seiten des Trägers 3 angeordnet .

Das Aus führungsbeispiel der Anordnung in Figur 15 weist einen Körper 2 auf , der zumindest zwei Schichten umfasst , zwischen denen eine Sensorstruktur 1 angeordnet ist . Beispielsweise ist der Körper 2 ein Faserverbundwerkstof f . Die Sensorstruktur 1 ist insbesondere eine Sensorstruktur 1 gemäß einem der Aus führungsbeispiele in den Figuren 13 und 14 .

Somit kann die Sensorstruktur 1 vorteilhaft beide Schichten des Körpers 2 überwachen . Die Sensorstruktur 1 kann auf ihrer Oberseite und auf ihrer Unterseite j eweils zumindest einen Sender 4 und zumindest einen Empfänger 5 aufweisen .

Die in Figur 15 dargestellte Anordnung kann auch mit der in Figur 10 dargestellten Anordnung kombiniert werden, so dass Sensorstrukturen 1 sowohl innerhalb des Körpers 2 , als auch auf Oberflächen des Körpers 2 angeordnet sind . Beispielsweise weist die Sensorstruktur 1 innerhalb des Körpers eine Mehrzahl von Sendern 4 auf beiden gegenüberliegenden Seiten des Trägers 3 auf , während die Sensorstrukturen 1 auf den Oberflächen des Körpers 2 eine Mehrzahl von Empfängern 5 aufweisen, oder umgekehrt .

Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Aus führungsbeispiele auf diese beschränkt . Vielmehr umfasst die Erfindung j edes neue Merkmal sowie j ede Kombination von Merkmalen, was insbesondere j ede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet , auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht expli zit in den Patentansprüchen oder Aus führungsbeispielen angegeben ist . Be zugs Zeichen

1 Sensorstruktur

2 Körper

3 Träger

4 Sender

5 Empfänger

6 Dämpf element

7 flexible elektrische Leitungen

8 Sensor

11 Emissions fläche

12 Detektions fläche

13 Trägerfolie

14 elektrisches Abschirmelement

15 Auswerteelektronik

16 elektrische I solierung

17 erster Anschlussbereich

18 zweiter Anschlussbereich

19 Leiterbahn

20 Abschirmschicht

21 Kleberschicht

31 erste Kurve

32 zweite Kurve

33 dritte Kurve

D Dicke

Z Impedanz f Frequenz