14: Sensoren

Question 1

Was sind Sensoren?

Answer 1

• Sensoren sind elektronische Bauteile zur Erfassung physikalischer Messgrößen (z.B. Temperatur, Kraft, Druck, …)
• Sensoren erkennen bestimmte Vorgänge bzw. Veränderungen (z.B. Wäremänderung) und senden Steuersignale

Question 2

Welche Sensoren befinden sich in Ihrem Smartphone?

Answer 2

• GPS
• Kamerasensor
• Helligkeitssensor
• Lautstärkesensor (Mikrofon)
• Temperatursensor
• Gyroskop
• Accelerometer

Question 3

Was ist ein Inertialsensor?

Answer 3

Messung von Beschleunigung und Dreharten

Question 4

Wie funktioniert ein Gyroskop?

Answer 4

• Ein Gyroskop ist ein Kreiselgerät mit 3 Achsen
• Funktion basiert auf der Corioliskraft → Messung der Winkel-geschwindigkeit in Bezug auf eine der drei Achsen (roll, pitch, yaw)
• Absolute Orientierung möglich mit
  
  • 3-Achsen Erdmagnetfeldsensor
  • 3-Achsen Beschleunigungssensor

Question 5

Was wird mithilfe eines Gyroskop gemessen?

Answer 5

• Wenn sich Dinge um eine Achse drehen, haben sie eine sogenannte Winkelgeschwindigkeit
• Gemessen wird: Umdrehungen pro Sekunde (RPS) oder Grad pro Sekunde in (° / s).

Question 6

Wie funktioniert ein Accelerometer? Nennen Sie Anwendungen.

Answer 6

• Ein Accelerometer misst die Beschleunigung über die Trägheit (Verformung oder Auslenkung) der Masse
• Bestimmung ob Geschwindigkeitszu- oder abnahme stattfindet
• Messung entlang einzelner Achsen ⇒ 3 Sensoren für x-, y-, z-Achse
• Angabe in Sl-Einheit m/s² → häufig als Teil der Erdbeschleunigung (= 9,81 m/s²)
• Anwendungen
  
  • Messung von Beschleunigung
  • Messung von Geschwindigkeit
  • Messung von Position
  • Messung von Vibration und Erschütterung

Question 7

Erläutern Sie fünf verschiedene Bauformen eines Beschleunigungssensors.

Answer 7

• Piezoelektrisch
  
  • Masse wird auf einen piezoelektrischen Kristall montiert
  • Durch Beschleunigung (Verformung) entsteht Ladung
  • Vorteile → robust, überlastsicher, langzeitstabil, kompakt
  • Nachteile → Beeinflussung durch Umgebungstemperatur
• Piezoresistiv
  
  • Druckelektrisches Material ändert je nach Dehnung seinen Widerstand
• Kapazitiv
  
  • Durch Beschleunigung verändert sich die Entfernung zwischen den Elektroden
  • Vorteile → hohe Stabilität + Empfindlichkeit
  • Nachteile → empfindlich gegenüber elektro-magnetische Felder
• Magnetoresistiv
  
  • Ferromagnetischer Werkstoff ändert beim Eindringen in das Magnetfeld seinen Widerstand
• Thermisch
  
  • Entfernung der Wärmequelle zur Masse abhängig von der Beschleunigung
  • Messung der Wärmeabgabe

Question 8

Wie kann mithilfe der Messung der Beschleunigung die Position ermittelt werden?

Answer 8

• Mit der Beschleunigung kann die Geschwindigkeit berechnet werden
• Wenn die Startposition bekannt ist kann die Position ermittelt werden