Neue Sensorkonzepte zur Zungendruckmessung

Zusammenfassung: Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung eines neuartigen Sensorkonzepts zur Zungendruckmessung. Die Messung des Drucks der Zunge gegen den Gaumen kann in der Kieferorthopädie angewendet werden. Viele Zahnfehlstellungen entstehen aufgrund von Fehlmotoriken der Zunge, und können durch eine Früherkennung mittels der Zungendruckmessung vermieden werden. Die Logopädie könnte durch ein Therapiegerät auf Basis der Zungendruckmessung Sprachübungen besser vermitteln und kontrollieren. Die wichtigsten Anforderungen an ein Druckmesssystem für diese Anwendung sind eine maximale Dicke von 1,5mm und eine flexible Ausführung des Arrays zur Anpassung an gekrümmte Oberflächen wie den Gaumen. Da ein örtliches Druckprofil bestimmt werden soll, müssen sich die Sensoren in einem Array anordnen lassen. In dieser Arbeit wird gezeigt, welche Prinzipien sich zur Druckmessung unter den gestellten Anforderungen eignen. Für alle Prinzipien werden die Kennwerte und Eigenschaften gegenübergestellt, so dass ihre Eignung für den Einsatz in der Zungendruckmessung abgeschätzt werden kann. In der Bewertung haben sich drei Prinzipien als am besten geeignet herausgestellt: Das resistive Prinzip nach dem Engeeffekt, ein weiteres resistives Prinzip, das die Widerstandsänderung aufgrund einer Dichteerhöhung von leitfähigen Zusatzpartikeln erfährt und ein kapazitives Prinzip, das eine Abstandsänderung als Messeffekt ausnutzt. Das kapazitive Prinzip wird in einem Prototypen aufgebaut. Durch die matrixartige Anordnung der elektrischen Leiter bildet das System aus der Konstruktion heraus ein Array; die Schnittpunkte stellen die einzelnen Druckmesspunkte dar. Die Verwendung mehrerer Schichten führt zu einer deutlichen Erhöhung der Grundkapazität. Die Leiterbahnen des Prototyps sind aus 50µm dicken Metallfolien gefertigt. Das Dielektrikum wird durch das 40µm dicke Silikon EL P7670 der Firma Wacker gebildet. Das Array ist einfach und preiswert herstellbar. Die äußeren Abmessungen der einzelnen Druckmesspunkte sind 2x2mm^2. In Tests des Prototypen kann gezeigt werden, dass ein Messeffekt bei Belastung des Elements sichtbar ist. Jedoch ist für ein reproduzierbares Verhalten eine konstruktive Verbesserung z.B. der Kontaktierung notwendig. Das Array ist einfach und preiswert herstellbar