Neue Sensortechnologien
Sensoren und Wandler verstehen
Mit Sensoren und Wandlern lässt sich fast jeder physikalische Parameter in ein elektrisches Signal umwandeln, das wiederum für die Steuerung und Rückmeldung in der Robotik und Automatisierung oder für die Prozessanalyse dienen kann. Doch es gilt, die Vielfalt der Sensortechnologien zu durchschauen.
Von Mark Patrick, Mouser Electronics
Obwohl die Begriffe »Sensor« und »Wandler« (Transducer) häufig synonym verwendet werden, unterscheiden sie sich doch stark voneinander (Bild 1).
Sensoren
Ein Sensor erkennt parametrische Veränderungen in der Umgebung und wandelt diese Informationen in ein elektrisches Signal um. Sensoren umfassen ein Sensorelement zur Erkennung eines physikalischen Parameters (z. B. Wärme, Druck, Licht, Feuchtigkeit, Ton und Bewegung) und erzeugen entweder ein analoges oder ein digitales Ausgangssignal.
Bei der Auswahl des Sensors müssen Entwickler die Genauigkeit, den Bereich, die Auflösung und die Wiederholbarkeit berücksichtigen, um sicherzustellen, dass der Sensor den gewünschten physikalischen Parameter unter allen Umständen abdeckt. Außerdem sollten der Standort des Sensors, z. B. in einer rauen Umgebung, sowie die Kosten berücksichtigt werden. Da viele Sensoren in IoT-Applikationen eingesetzt werden, bei denen die einzige Stromquelle eine Knopfzelle oder Energy-Harvesting ist, kann auch der Stromverbrauch wichtig sein.
Wandler
Wandler sind nahe Verwandte von Sensoren, weil auch sie ein Sensorelement enthalten. Wandler beinhalten jedoch auch signalverarbeitende Schaltkreise, die ein angelegtes Signal von einer Energieform in eine andere umwandeln – ein Mikrofon beispielsweise wandelt Schallenergie in elektrische Energie um. Wandler können aktiv oder passiv sein, je nachdem, ob sie externe Energie benötigen (z. B. Dehnungsmessstreifen) oder nicht (z. B. Thermoelement).
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Wandler sind bidirektional, sodass Energie in beide Richtungen umgewandelt werden kann. Ein Lautsprecher kann als einfaches Mikrofon fungieren, wenn ein Geräusch erkannt wird, und ein Motor kann zu einem Generator werden, wenn eine mechanische Rotationskraft auf die Spindel ausgeübt wird.
Die Entwicklung der Sensorik
Frühe Sensoren haben grundlegende physikalische Parameter wie Temperatur, Licht und Druck gemessen. Inzwischen gibt es viele neue Sensorarten, die deutlich mehr Werte erfassen können. Das machen sich nahezu alle Branchen zunutze. Die Industrie setzt die unterschiedlichsten Sensoren in Maschinen und Fertigungsanlagen ein, und die Automobilhersteller verbauen standardmäßig Dutzende von Sensoren in Fahrzeugen, die Eingaben an die Steuercomputer liefern, um sicherzustellen, dass alles richtig läuft, und die uns helfen, einzuparken, Hindernissen auszuweichen und in der Spur zu bleiben.
Auch das IoT hat Milliarden von vernetzten Geräten hervorgebracht, von denen fast alle über mindestens einen Sensor verfügen, der Informationen an Systeme liefert, die sich kilometerweit entfernt befinden können.
Die Sensorik ist also ein fester Bestandteil unseres Lebens. Betrachten wir drei Bereiche, in denen ganz erhebliches Wachstumspotenzial für die Sensorik steckt: die Industrie- und Gebäudeautomatisierung, die intelligente Landwirtschaft und die Gesundheits- und Fitness-Branche.
Sensorik in der Industrie- und Gebäudeautomatisierung
Sensorik ist ein essenzieller Baustein in Industrieprozessen. Die Einsatzbereiche beispielsweise von Näherungs-, Ultraschall-, Temperatur- und Drucksensoren sind vielfältig – denn ihre Daten liefern reale Eingaben an Prozesse und Gebäudesteuerungen, sodass geeignete Maßnahmen ergriffen werden können.
Näherungssensoren erkennen Objekte ohne physischen Kontakt und eignen sich daher für viele Industrieapplikationen, z. B. zum Zählen von Produkten in einer Produktionslinie.
Ultraschallsensoren wie die der CUS-Baureihe von CUI Devices verwenden einen Schallimpuls, der von einem Objekt im Schallbereich in einen Empfänger reflektiert wird. Diese Technologie wird weder durch das Material noch durch die Farbe beeinträchtigt und kommt zunehmend für Parksensoren in Autos zum Einsatz.
- Sensoren und Wandler verstehen
- Unterschiedliche Sensortypen
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