Autonomer binärer Zähler für die Erfassung von Grenzwertereignissen

Abstract:
Es wird ein miniaturisierter Zählmechanismus vorgestellt, mit welchem Grenzwertereignisse ohne den Bedarf von elektrischer Energie als mechanisch binärer Code gezählt und gespeichert werden. Dabei wird (nicht-elektrische) Energie allein für die Erfassung, nicht aber für die Speicherung eines Grenzwertereignisses benötigt. Das System wurde in SOI-Technik umgesetzt und das Verhalten grundlegend charakterisiert. Die mechanische Energie für den Wechsel des ersten Bits in den „1-Zustand“ beträgt 0,1 myJ, wobei der Systemeingang 37 µm weit bewegt wird und eine maximale Schaltkraft von 8,2 mN notwendig ist. Für den Wechsel des ersten Bits zurück in den „0-Zustand“ wird eine mechanische Energie von 0,36 myJ benötigt. Hierfür wird der Systemeingang 69 µm weit bewegt und eine maximale Schaltkraft von 10,2 mN in das System eingebracht. Eine Erweiterung des Systemdesigns auf zehn Bits würde die Erfassung und Speicherung von 1023 Grenzwertereignissen erlauben. Prinzipiell kann dabei jedes beliebige physikalische Ereignis, dessen Energie in eine für den Zählmechanismus adäquate Kraft-Weg-Charakteristik wandelbar ist, erfasst werden.