dλ I +q -q dq + - u 1/28
Transducenten zijn omzetters van energie en informatie van het ene fysisch domein naar het andere 2/28
Transducenten zijn omzetters van energie en informatie van het ene fysisch domein naar het andere Magnetisch? Hydraulisch? Translatie? Rotatie? Thermisch? Whatever Domein? Chemisch? 3/28
Voorbeelden van energievormen: kinetische energie gravitatie (potentiële) energie elastische energie (veer) thermische energie nucleaire energie elektrochemische energie chemische energie elektrische energie magnetische energie mechanische energie 4/28
In gesloten systemen wordt geen energie aan- of op-gemaakt; er wordt alleen energie omgezet 5/28
In gesloten systemen wordt geen energie aan- of op-gemaakt; er wordt alleen energie omgezet Energie omzetting Informatie omzetting 6/28
In gesloten systemen wordt geen energie aan- of op-gemaakt; er wordt alleen energie omgezet Energie omzetting Informatie omzetting Transducenten motoren, generatoren sensoren "vermogens" omzetters "informatie" omzetters Informatie energie: liefst zo weinig mogelijk Vermogen energie: liefst zo efficient mogelijk 7/28
Vormen van informatie Plaatsafhankelijk magnetische strukturen mechanische strukturen (CD, boek) optische strukturen (hologram) elektrische structuur (print-matrijs) chemisch (foto) 8/28
Vormen van informatie Plaatsafhankelijk magnetische strukturen mechanische strukturen (CD, boek) optische strukturen (hologram) elektrische structuur (print-matrijs) chemisch (foto) Tijdsafhankelijk magnetische velden (leeskopje) elektrische signalen (electronica) EM-golven (radio, radar, licht) mechanisch (oude sein-palen) alles wat plaatsafhankelijk is en beweegt! Informatie-opslag: tijdsafhankelijke structuren plaatsafhankelijke structuren 9/28
Rol Transductietechniek Belang Transductietechniek neemt toe Groei > groei µ-electronica Transducenten steeds belangrijker ( computer heeft zintuigen en ledematen nodig ) Beschrijving van belang 10/28
Rol Transductietechniek Belang Transductietechniek neemt toe Groei > groei µ-electronica Transducenten steeds belangrijker ( computer heeft zintuigen en ledematen nodig ) Beschrijving van belang µ-sensoren Leunt sterk op ontwikkelingen in de IC-technologie 11/28
Rol Transductietechniek Belang Transductietechniek neemt toe Groei > groei µ-electronica Transducenten steeds belangrijker ( computer heeft zintuigen en ledematen nodig ) Beschrijving van belang µ-sensoren Leunt sterk op ontwikkelingen in de IC-technologie Mechatronica Verweving mechanica, transdutietechniek, elektronica, informatica 12/28
Voorbeelden transducenten: Transducent Recorderkop Luidspreker Piëzo Energetische domeinen magnetisch elektrisch elektrisch mechanisch mechanisch elektrisch 13/28
Voorbeelden transducenten: Transducent Recorderkop Luidspreker Piëzo Energetische domeinen magnetisch elektrisch elektrisch mechanisch mechanisch elektrisch ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Kompas Photo-diode Laser-diode Surface Acoustic Wave device magnetisch mechanisch optisch elektrisch elektrisch optisch elektrisch mechanisch optisch 14/28
Hoofdsoorten transducenten Energie bufferend Generator Elektrostatisch Piëzo-elektrisch Ideaal gas Modulator Capacitieve opnemers Inductieve opnemers Mechanisch filter Energie dissiperend Thermokoppel Peltier element Verhittingsdraad Anemometer Rekstrookjes (piëzo-resistief) ISFET ion-detector Stralend (hybride) Gloeilamp Zonnecel Elektroluminiscentie Optische golfgeleider sensor 15/28
Hoofdsoorten transducenten Energie bufferend Generator Elektrostatisch Piëzo-elektrisch Ideaal gas Modulator Capacitieve opnemers Inductieve opnemers Mechanisch filter Energie dissiperend Thermokoppel Peltier element Verhittingsdraad Anemometer Rekstrookjes (piëzo-resistief) ISFET ion-detector Stralend (hybride) Gloeilamp Zonnecel Elektroluminiscentie Optische golfgeleider sensor 16/28
Toepassing transducenten 17/28
Toepassing transducenten Medisch Consumertoepassingen protheses en hulpmiddelen voor oog en oor sensoren en zenuw stimulatie doseersystemen voor medicijnen implanteerdbare doseersystemen minimum invasive surgery geïmplanteerde drainagesystemen endoscopie met actieve draden oppervlakte structurering voor implantaten automotive sensors informatieopslag microsystemen cd-spelers inkt jet printers controle instrumentatie (optische) communicatiesystemen Milieubewaking, chemie, farmacie, landbouw (bio)chemische sensoren, analyse systemen, robots on-line bewaking van gas uitstoot en afval bestrijding ongedierte m.b.v. microrobots geluidsintensiteit sensoren (µ-flown) Fabricage Wetenschap produktiefaciliteiten voor chips controle instrumentatie in de procesindustrie, metaalindustrie industriële robots microrobots voor produktcontrole microinstrumentatie: windtunnels (druk en flow in/om auto s en vliegtuigen) ruimtevaart cel micromanipulatie distributed sensing voor b.v. turbulentie mesoscopische materiaalkunde scanning microscopie 18/28
Informatie verwerkende systemen: Memory Memory Person Process Communication channel SENSOR INPUT DATA Information processing system OUTPUT DATA ACTUATOR Person Process Communication channel Complexe structuren door Cascade van omzettingen: (mech elektr) + (elektr opt) = (mech opt) Grote hoeveelheid sensoren + rekenkracht 19/28
Poorten Magnetisch? Hydraulisch? Translatie? Rotatie? Thermisch? Whatever Domein? Chemisch? Energiedomein van transducent poort naar het desbetreffende domein 20/28
Energieverandering door poort de tot = Effort Toestandsgrootheid 21/28
Energieverandering door poort de tot = Effort Toestandsgrootheid Voorbeelden van poorten: Effort Toestandsgrootheid de tot F (kracht) dx (verplaatsing) Fdx u (elektrische spanning) dq (ladingsverandering) udq i (stroom) dλ (gekoppelde flux) idλ T (moment) dα (rotatie) Tdα T (temperatuur) ds (entropieverandering) TdS µ (chemische potentiaal) dn (hoeveelheid stof) µdn 22/28
Beschrijving transducenten: Elektromagnetisme: Wetten van Maxwell Veldkrachten: Lorentzkracht Coulombkracht Gravitatiekracht Bewegingswetten: Axioma's van Newton Thermodynamica: Hoofdwetten Algemene gaswet (pv=nrt) Chemie Atoom-fysica 23/28
Condensator energie in het elektrische domein: 24/28
Condensator energie in het elektrische domein: Elektrisch vermogen: de dt = P = ui = u dq dt Capaciteit: C = q/u Energie toename: ( E E ) 2 1 = 2 q 2C q q 2 1 25/28
Condensator energie in het elektrische domein: Elektrisch vermogen: de dt = P = ui = u dq dt Capaciteit: C = q/u Energie toename: ( E E ) Transducent indien capaciteit van geometrie afhangt 2 1 = 2 q 2C q q 2 1 26/28
Voorbeeld tweepoort: condensator met beweegbare plaat 27/28
Voorbeeld tweepoort: condensator met beweegbare plaat Analyse generatortype transducent: bepaling van de poorten opstellen van de energiefuncties bepalen instelpunten klein-signaal gedrag stabiliteit 28/28