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Design and modeling of a novel piezoresistive microphone for aero acoustic measurements in laminar boundary layers using FEM and LEM

Erbacher, Kolja und Prof. Dr.-Ing. Ngo, Ha-Duong und Mackowiak, Piotr und Wu, Lixiang und Julliard, Emmanuel und Spehr, Carsten (2022) Design and modeling of a novel piezoresistive microphone for aero acoustic measurements in laminar boundary layers using FEM and LEM. In: AIAA SciTech 2022 Forum, 1 - 12. ARC. AIAA SCITECH 2022 Forum, 2022-01-03 - 2022-01-07, San Diego, CA, USA. doi: 10.2514/6.2022-1023. ISBN 978-162410631-6.

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Offizielle URL: https://doi.org/10.2514/6.2022-1023

Kurzfassung

In this paper the modeling and simulation results of a piezo-resistive microphone are presented and a possible fabrication process flow and characterization concept of the sensor are described. The main objective in this funded AEROMIC project is to develop a thin and small in size microphone, which can be integrated into a flexible array, that can be mounted onto an airplane hull for flight tests. The microphone array should be no thicker than 2 mm and should contain more than 80 flush mounted single microphones, allowing acoustic measurement without disturbance of the laminar boundary layer. The pitch of the microphone sensors in the array enable high spatial resolution of the pressure fluctuation. The optimization of geometry of single sensor microphone has been done using FEA (Finite Element Analysis). For the optimization of the geometry of the single microphone chip, FEA of the air damped dynamic behavior of the diaphragm is modeled in Ansys Harmonic Response Analyses with Acoustics ACT package. To model the array on system level, a lumped-element model (LEM) is set up to predict spatial resolution and signal to noise ratio. Derived from the FEA results, a sensor chip layout with three membrane sizes is presented

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/148308/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Zusätzliche Informationen:AIAA 2022-1023 Session: Advanced Testing and Measurement Techniques
Titel:Design and modeling of a novel piezoresistive microphone for aero acoustic measurements in laminar boundary layers using FEM and LEM
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Erbacher, Koljakolja.erbacher (at) izm.fraunhofer.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Prof. Dr.-Ing. Ngo, Ha-DuongHa-Duong.Ngo (at) izm.fraunhofer.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Mackowiak, Piotrpiotr.mackowiak (at) izm.fraunhofer.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wu, LixiangLixiang.Wu (at) silicon-austria.comNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Julliard, Emmanuelemmanuel.julliard (at) airbus.comNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Spehr, CarstenCarsten.Spehr (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-2744-3675NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:Januar 2022
Erschienen in:AIAA SciTech 2022 Forum
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Nein
DOI:10.2514/6.2022-1023
Seitenbereich:1 - 12
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
NICHT SPEZIFIZIERTAIAANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Verlag:ARC
ISBN:978-162410631-6
Status:veröffentlicht
Stichwörter:aero acoustic measurements, novel piezoresistive microphone, lumped-element model (LEM), FEA (Finite Element Analysis),
Veranstaltungstitel:AIAA SCITECH 2022 Forum
Veranstaltungsort:San Diego, CA, USA
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:3 Januar 2022
Veranstaltungsende:7 Januar 2022
Veranstalter :AIAA
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HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:Effizientes Luftfahrzeug
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L EV - Effizientes Luftfahrzeug
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Standort: Göttingen
Institute & Einrichtungen:Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik > Experimentelle Verfahren, GO
Hinterlegt von: Micknaus, Ilka
Hinterlegt am:04 Feb 2022 10:01
Letzte Änderung:24 Apr 2024 20:46

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