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G. Pfusterschmied, M. Kucera, W. Steindl, A. Bittner, M. Schneider, U. Schmid:
"Überwachung der Dichteänderung während der Weinfermentation mit piezoelektrischen MEMS-Resonatoren";
Talk: MikroSystemTechnik Kongress 2017, München, Deutschland; 10-23-2017 - 10-25-2017; in: "MikroSystemTechnik Kongress 2017 - Proceedings", VDE Verlag GMBH, (2017), ISBN: 978-3-8007-4491-6; 183 - 186.

In this work the grape must fermentation is monitored using a self-actuating/self-sensing piezoelectric MEMS resona-tor. The plate-type sensor element is excited in an advanced roof tile-shaped vibration mode, which ensures precise res-onance frequency analysis, high Q-factors in liquids (i.e. Q ~ 100 in isopropanol) and a fast measurement procedure. Two sets of artificial model solutions are prepared, representing an ordinary and a stuck/sluggish wine-fermentation process. The reusability and precision of the sensor are shown using repetitive measurements (10-times), resulting in standard deviations of measured resonance frequencies of ~0.1%, of the Q-factor ~11% and of the electrical conduct-ance peak height of ~12 %, respectively. Based on these results, the presented sensor concept is capable to distinguish between ordinary and stuck wine-fermentation, where the evolution of the wine density associated with the decrease in sugar and the increase in ethanol concentrations during fermentation processes causes a steady increase in the resonance frequency for an ordinary fermentation.

In diesem Beitrag wird ein mikrotechnisch hergestelltes, resonant betriebenes Sensorelement vorgestellt, mit dessen Hilfe minimale Dichteänderungen während der Weinfermentation erfasst und dadurch mögliche Fehlen frühzeitig er-kannt werden können. Der Resonator besteht aus einer einseitig aufgehängten Silizium-Balkenstruktur, welche mittels eines piezoelektrischen Aluminiumnitrid-Dünnfilmes in Schwingung versetzt wird. Die damit angeregte Schwingungs-mode weist äußerst geringe Dämpfungseffekte in Flüssigkeiten (Q-Faktor ~ 100) auf und ermöglicht dadurch eine prä-zise Überwachung der Dichteänderung während der Weinfermentation. Um einen ordnungsgemäßen und einen fehlge-leiteten Fermentationsprozess nachzubilden, wurden zwei Gruppen von Modelllösungen vorbereitet. Bei mehrfacher Vermessung gleicher Modelllösungen konnte eine geringe Standardabweichung von ~0.1% für die Resonanzfrequenz, ~11% für den Q-Faktor und ~12% für die Konduktanzhöhe festgestellt werden. Im Gegensatz dazu wurde ein signifi-kanter Unterschied in der Resonanzfrequenz bei den unterschiedlichen Modelllösungen festgestellt. Diese Ergebnisse in Kombination mit der hohen Reproduzierbarkeit qualifizieren dieses Sensorkonzept für eine Überwachung des Fermen-tationsprozesses während der Weinherstellung, da eine frühzeitige Erkennung unerwünschte Abweichungen von einem idealen Fermentationsprozess ermöglicht wird.