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IoT-Sensoren von Farnell element 14

Die Qual der Wahl

24. Juli 2018, 11:33 Uhr | Von Cliff Ortmeyer

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Welche Schnittstellen gibt es?

Weitere Schlüsselfaktoren für die Sensorauswahl sind die Kosten und der einfache Anschluss des Sensorausgangs an die Mess- und Steuerelektronik, die in der Regel von einem Mikrocontroller bereitgestellt wird. Schnittstellensensoren für IoT-Anwendungen sind relativ einfach, da nur drei Arten von Ausgaben möglich sind: analog; moduliert, unter Verwendung einer Technik wie beispielsweise der Pulsweitenmodulation (PWM); digital, unter Verwendung von digitalen Standardschnittstellen wie SPI oder I2C.

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Anwendungsbeispiele

In den folgenden Abschnitten werden zwei typische Anwendungsszenarien vorgestellt, die veranschaulichen, wie Sensoren und dazu passende Wandlertypen in industriellen Anwendungen der „realen Welt“ verwendet werden können.

Ultraschall-Durchflussmesser
Ultraschall-Durchflussmesser sind volumetrische Durchflussmesser, mit denen der Durchfluss von Flüssigkeiten, Gasen oder Dampf gemessen wird. Sie werden häufig in der Öl- und Gasindustrie, der pharmazeutischen Industrie sowie der Nahrungsmittel- und Getränkeindustrie eingesetzt. Durchflussmesser nutzen Lichtlaufzeit- oder Dopplertechniken, um die Durchflussrate zu messen.

Durchflussmesser, die das Lichtlaufzeitprinzip verwenden, haben ein Paar oder mehrere Paare von Wandlern. Die Übertragungszeit der Ultraschallwellen wird in beiden Richtungen gemessen, und daraus kann die Durchflussrate berechnet werden. Diese Technik erfordert üblicherweise ein relativ reines Medium mit weniger als 5 % Partikelgehalt. Dadurch werden Messwerte mit Abweichungen unter 1 % erreicht.

Mit dem Doppler-Ansatz werden Ultraschall-Druckwellen von sich bewegenden Partikeln im Fluss reflektiert. Die Geschwindigkeit dieser Partikel erzeugt eine Dopplerverschiebung im Echosignal, mit dem der Durchfluss bestimmt wird. Dieser Messansatz ist in realen Implementierungen typischerweise auf 3 % Genauigkeit beschränkt.

Bewegungserfassung mit MEMS-Technologie
MEMS-Technologie (Micro Electro Mechanical Systems) wird seit rund 20 Jahren in der Automobilindustrie für Anwendungen wie Airbag-Auslösung und bei Drucksensoren eingesetzt. Sie wurden zwischenzeitlich für die Schnittstellen der Bewegungssensorik in der Wii-Konsole von Nintendo und dem Apple iPhone übernommen. Dadurch wurde ein breites öffentliches Bewusstsein geschaffen, wozu Trägheitssensoren fähig sind.

Mit Blick auf das, was in jedem der fünf Modi der Bewegungssensoren möglich ist – Beschleunigung (einschließlich translatorischer Bewegung wie Position und Ausrichtung), Vibration, Schock, Neigung und Rotation –, werden die Möglichkeiten der modernen MEMS-Anwendungen erheblich erweitert. Zum Beispiel werden komplizierte Steuerelemente und physische Tasten durch Schnittstellen mit Gestenerkennung ersetzt, wie etwa Steuerungen durch das Tippen mit einem Finger. In einigen Fällen wird der Betrieb von Endprodukten durch den Einsatz von Bewegungssensoren noch präziser, beispielsweise indem ein Kompass eine Kompensation für den Neigungswinkel aufweist, der durch die Handhaltung des Benutzers verursacht wird.

Durch die sinkenden Kosten und den Mehrwert, den Trägheitssensoren liefern, werden sich schon bald ganz neue Nutzungsmöglichkeiten für sie eröffnen. Ein Beispiel dafür ist die Kinect2 von Microsoft. Konzipiert für den Spielebereich findet diese nun auch Einsatz in der Robotersteuerung und in interaktiven Trainingssimulationen wie zum Beispiel Polizeieinsatzübungen.