Im Rahmen eines vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) mit insgesamt ca. 3,3Mio.E unterstützten Förderprojektes hat Novotechnik zusammen mit Industriepartnern und dem Institut für Photonische Technologien (IPHT) die Grundlagen für den magnetischen Multiturnsensor Uniturn geschaffen, der Umdrehungszahlen größer 4.096, also mindestens 12Bit, energieautark erfassen kann. Ausgangsbasis für die Entwicklung bildete ein bereits von Novotechnik im Markt eingeführter magnetischer Multiturnsensor, der sich für maximal 16 Umdrehungen eignet und nicht durchdrehbar ist. Diesen Sensor muss man deshalb nach 16 Umdrehungen wieder zurückdrehen, um zum Ausgangszustand zu gelangen. Ursache dafür ist die offene Struktur der Domänenbahnen. Im Gegensatz dazu ist beim Uniturn die Struktur geschlossen und kann somit durchgedreht werden. Der Sensor beginnt nach dem maximalen Zählwert wieder bei 0. Der Sensor arbeitet ebenfalls mit magnetischen Domänen, die durch die zu überwachende Drehbewegung auf Bahnen verschoben werden und zum Erhalt der Information keine Energie benötigen. Dabei ist die Funktion nicht grundlegend verschieden von der bisherigen sogenannten Quadstruktur.
Messung mittels GMR-Effekt
Bei jeder Vierteldrehung verändert sich die Position der Domänen und somit auch die magnetische Orientierung in den Teilabschnitten der Sensorschicht (Bild 1). Durch eine geeignete Kontaktierung der Struktur kann jetzt wieder über den GMR-Effekt der Magnetisierungszustand und somit die Umdrehungszahl ermittelt werden. Ordnet man fünf Schleifen mit einer jeweils teilerfremden Anzahl von Spitzen an, erreicht das gesamte System erst nach 3x4x5x7x11=4.620 Umdrehungen wieder den Ausgangszustand, das entspricht mehr als 12Bit. Fügt man eine weitere Schleife mit 13 Spitzen hinzu, erreicht man bei den Umdrehungen knapp 18Bit. 1Mio. Umdrehungen können mit einer weiteren Schleife mit 17 Spitzen gezählt werden. Mit den fünf teilerfremden Schleifen (5, 7, 9, 11, 13) können N=5x7x9x11x13=45.045 Umdrehungen erfasst werden.
Geometrie für Produktumsetzung
Als kritisch hat sich die Bewegung der Domänenwand über die Spitzen erwiesen. Mit umfangreichen mikromagnetischen Simulationen wurde deshalb eine optimale Geometrie ermittelt und die Domänenbewegung über die Spitze anschließend im Experiment bestätigt. Allerdings ist derzeit das realisierte magnetische Arbeitsfenster noch zu klein, um direkt in eine Produktumsetzung zu gehen. Weitere Arbeiten sind noch notwendig; sie werden von den Industriepartnern nach Auslauf des Förderprojektes weitergeführt.
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