Piezokeramiken als kapazitive Belastungssensoren: Zuverlässigkeit Anwendung und Einsatz Die vorliegende Arbeit hat zum Ziel einen neuartigen Sensor für ein Belastungsmonitoringsystem der unteren Gliedmaßen zu erforschen und zu entwickeln. Dieses soll im medizinischen Bereich verwendet werden beispielsweise nach Hüft oder Knieoperationen wenn dem Patienten vom Arzt eine maximale Teilbelastung angeraten wird. Da nicht alle Anforderungen die an das Sensorsystem gestellt wurden durch herkömmliche Sensoren abgedeckt werden konnten war es notwendig einen neuen Sensor zu untersuchen und zu analysieren. Aus diesem Grund wurde im Rahmen dieser Arbeit ein neuartiger Sensoransatz konzipiert implementiert und analysiert. Verschiedene Sensorsysteme wurden möglichst dem Einsatzzweck nachempfunden getestet. Hierbei stellte sich eine kapazitiv ausgewertete PZT Keramik als am vielversprechendsten heraus. Die Änderung der Kapazität bei Belastung resultiert größtenteils aus der Änderung der Dielektrizitätskonstanten der Keramik die erfolgt wenn eine Kraft auf das Sensorelement einwirkt. Die prozentuale Änderung der Kapazität ist durch diesen Effekt um ein Vielfaches größer als bei herkömmlichen kapazitiven Sensoren die nur auf einer Änderung der Geometrie beruhen. Durch vielfältige Messreihen wurde die am besten geeignete Sensorauslegung bezüglich Material Polarisation und Geometrie ermittelt. Relevant hierbei waren die Empfindlichkeit die Linearität und die Streuung der Messwerte. Zu diesem Zweck wurde ein geeigneter Messstand aufgebaut und in Betrieb genommen. Es konnte nachgewiesen werde dass die unpolarisierten PZT Keramiken vom Typ Sonox® P8 alle Anforderungen des Projekts hinsichtlich der oben genannten Kriterien erfüllen. Die Auswertung der Änderung der Kapazität erfolgt durch die Bestimmung der Frequenz eines geeignet dimensionierten Relaxationsoszillators. Auf Grund des Driftverhaltens des Sensors wird nicht die absolute Anzahl der Flanken pro Zeiteinheit betrachtet sondern die Differenz der Flanken zwischen dem letzten unbelasteten Zustand und dem aktuellen belasteten Zustand bestimmt was eine entsprechende Anpassung des Sensorgehäuses und der Auswerteelektronik erforderlich machte. Des Weiteren wurden der Einfluss der Temperatur auf das Sensorverhalten untersucht und Gegenmaßnahmen zur Kompensierung umgesetzt. Es wurde ein Sensorsystem entwickelt das die Anforderungen des Projekts erfüllt. Realitätsnahe Tests wurden am Sensor am Sensorsystem und an den Prototypen durchgeführt um die Eignung des Sensors für den gesuchten Einsatzzweck zu bestätigen. Die von den Ärzten geforderte Genauigkeit von + 25% konnte eingehalten werden. Prototypen des Sensorsystems befinden sich zur Zeit zur medizinisch kontrollierten Erprobung am Patienten an einem Krankenhaus.