Sensorik & Aktorik --- erledigt Flashcards
Sensorik Aktorik Test
Sensorik Basisgrößen
Stoffmenge Druck Leistung/Energiestrom Lichtstrom Aktivität Radioaktiver Substanz Lichtstärke Energie/Arbeit Beleuchtungsstärke
mol pascal Watt Lumen Becquerel Candela Joule Lux
Positions und Geschwindigkeitsmessung
Potentiometrischer Wegaufnehmer Induktiver Wegaufnehmer Magnetostriktive Wegaufnehmer Optische Wegaufnehmer Optoelektronischer Positionsdedektor Lichschranken Halbleiter-Bildaufnehmer Faseroptische Messwertaufnehmer
Positions und Geschwindigkeitsmessung
Potentiometrischer Wegaufnehmer
Berührungssensitiv
Arbeitet wie linear veränderbarer Widerstand, Schleifer wird über Widerstandsbahn gezogen, schließt man Spannung an so ist die Ausgangsspannung am Schleifer proportional zur Position auf der Widerstandsbahn.
Absolutes Verfahren (Sofortiger Messwert)
Einfach
Nur 1 Spannungsquelle notwendig
Wege zw. 10-2000mm
Berührungssensitiv: Griffel greift Teilspannung ab,die linear der X/Y-Richtung des Griffels entspricht.
Koordinaten werden getrennt bestimmt.
Dioden am Rand verhindern Kurzschluss
Positions und Geschwindigkeitsmessung
Induktiver Wegaufnehmer
Wegmessung erfolgt berührungslos
Schubstange aus Metall wird zw. mehreren Spulensystemen hin/hergeschoben.
Wenn mittig -Ausgangsspannung = 0 da sich die gegenphasigen gleich großen induzierten Spannungen aufheben.
An Phasenlage zw. Differenz/Ausgangsspannung lässt sich Richtung bestimmen
Sehr robust (Immun gg. Vibration/Beschleunigung für Oszillierdende Bewegung <1mm geeignet
Positions und Geschwindigkeitsmessung
Magnetostriktive Wegaufnehmer
Eisen Nickel Rohr mit Kupferdraht
Stromimpuls erzeugt Magnetfeld, an der zu messenden Stelle ist ein Permanentmagnet als Positionsgeber angebracht. Dort überlagern sich die Magnetfelder, Mechanische Welle wird erzeugt und läuft zum Signalwandler und erzeugt dort el. Signal. Aus Laufzeit von Enstehung bis Wandler lässt sich Abstand (proportional) Signalwandler-Magnet Bestimmen.
Unempfindlich gg. T, Schock/Vibration, Schmutz
Einsatz: Walz/Stahlwerke
Positions und Geschwindigkeitsmessung
Optische Wegaufnehmer
Binär Code
Gray Code
Für Absolute/inkrementelle Messungen von Längen und Winkeln.
Analoge Größe Weg wird mittels einer binär codierten Rasterscheibe von Lichtschranken abgetastet. Codes verändern sich zur Fehlervermeidung immer nur um 1 Stelle.
Es gibt
Binär Code Gray Code (genauer)
Für inkrementelle Messung genügen 2 Spuren mit 2 Lichtschranken, Bewegungsrichtung durch 90° phasenverschobene Anordnung des Musters erkennbar.
Recheckförmiger Signaverlauf, keine hohe Ausläsung daher wird auch Sinus/Dreieckformsverlauf der Ausgangsspannung verwendet.
Positions und Geschwindigkeitsmessung
Optoelektronischer Positionsdedektor
Wie Fotodiode aufgebaut.
Auftreffender Lichtstrahl erzeugt Strom - fließt geteilt zu Kontakten A/B ab.
Da an beiden Seiten die gleiche Spannung, teilt sich Gesamtstrom der durch C fließt mit dem Kehrwert der Widerstände Ra/Rb.
Somit laut ohmschen gesetzt a(länge)=D(gesamtlänge)x(Ib/Ia+Ib)
Positions und Geschwindigkeitsmessung
Lichschranken
Lichtquelle strahlt Licht auf Kondensator - wandelt es in paralleles Strahlenbündel um , Messtrecke, Optik fokussiert Strahlen auf Fotodiode. Tritt Gegenstand in Lichststrahl so verringert sich die Ausgansspannung.
Meist Infrarot um Umgebungslicht zu eliminieren.
Laser als Lichtquelle für Präzisionsmessung (ohne Condens.)
Abstandsmessung durch 2 parallele Lichtwellenleiter möglich.
Anwendung: Personenschutz Lichtvorhang, Zählen von Stückgut, automatische Türen.
Positions und Geschwindigkeitsmessung
Halbleiter Bildaufnehmer
Prinzip des Fotoeffekts
In Abhängigkeit der Lichstrahlintensität werden in Siliziumkristall e- Löcher-Paare Erzeugt. Elektronen sammeln sich unter den Elektroden da sie frei beweglich sind würde das durch einfallende Licht erzeugte Ladungsprofil zerfließen daher Potentialbarrieren. (e eingesperrt)
Größe eines Bildpunktes bestimmt somit die Auflösung eines Bildaufnehmers.
Positions und Geschwindigkeitsmessung
Faseroptischer Messwertaufnehmer
Michelson Interferometer
Hochauflösliche Wegmessung im µm Bereich
Der vom Laser emittierte Lichstrahl wird in Richtkoppler in 2 Strahlen zerlegt.
1. verläuft Refenzlichwellenleiter zum Reflexionsstück und wieder zurück zur Fotodiode
2 verläuft Messlichtwellenleiter zur Ankoppelvorrichtung für Messgröße P zum Reflexionsstück und zurück zur Fotodiode
Durch die Überlagerung der Strahlen mit unterschiedlicher optischer Weglänge kommt es zu periodischem Signal mit Intensitäts/max/minima. Aus der Anzahl im Messintervall durchlaufenen Max/Min löst sich Weglänge bestimmen.
Positions und Geschwindigkeitsmessung
Faseroptischer Messwertaufnehmer
Faseroptischer Kreisel
Anwendung
2 Lichtstrahlen werden verschickt
1. im UZS 1 gegen UZS. Wenn System ruht Einspeisungspunkt = Ausspeisungspunkt
Wenn Rotation um w im UZS so bewegt sich Kreisel während Lichstrahlendurchlaufs von P1 zu P2. Damit erreich derim UZS laufende Strahl den P2 später als der gegen den USZ laufende. Wegdifferenz ist 2/.
Die 2 Lichstrahlen werden zur Interferenz gebracht, Laufzeitunterschied ist Maß für Winkelgeschwindigkeit w.
Durch Lichstrahlüberlagerung –> Interferenzmuster
Drehung des Kreisels bewirkt eine Musterverschiebung.
Durch Abtastung mittels 2 versetzten Fotodioden kann man Drehrichtung/Drehgeschwindigkeit ermitteln.
Anwendung: Navigationsinstrumente (Luft Raumfahrt)
3Kreisel übereinander XYZ Achsen –> Positionsbestimmung durch Ausgangspunkt.
Kraft und Drucksensoren
Dehnmessstreifen
Elektrodynamische Schwingungsaufnehmer
Piezoelektrische Messwertaufnehmer
Integrierte Beschleunigungssensoren
Kraft und Drucksensoren
Dehnmessstreifen
Dehnung = Verändern der geometrischen Abmessungen = Widerstandsänderung
Metall DMS:
Draht DMS: für Hochtemperatur Anwendung
Folien DMS: Messgitter wird aus Metallfolie herausgeätzt sehr genau
Dünnschicht DMS:
-Thermisches Aufdämpfen von Metarial auf Trägerfolie
- Spattern (Kathodenzerstäubung): Argoniodnen schlagen durch Aufprall Partikel aus Oberfläche, diese erzeugen eine dünne Schicht
- CVD: Prozessgase in Atomare Bestandteile - gewünschtes Teil spaltet sich auf Sensoroberfl. ab
Kraft und Drucksensoren
Elektrodynamische Schwingungsaufnehmer
Funktioniert wie Lautsprechersystem
Aufnahmespule ist mit seismischer Masse verbunden und wird mittels Feder in Mittellage gehalten.
Permanentmagnetsystem ist mit Messobjekt starr abgekoppelt.
Durch mechanische Schwingungen/Beschleunigung des Messobjektes taucht der Permanentmagnet mehr/weniger in Aufnahmespule ein.
Dadurch ändert sich der Magnetische Fluss in der Aufnahmespule was man messen kann.
Kraft und Drucksensoren
Piezoelektrische Messwertaufnehmer
Piezoelektrizität: Druckkraft auf Kristall bewirkt Verschiebung der Ladungsschwerpunkte an der Oberfläche des Kristalls, elektrische Ladung ist nachweisbar.
Alle ferroelektrischen Materialien sind piezoelektrisch aber nicht umgekehrt.
Materialien: Kristall (Quarz ) geringe T-Abhängigkeit
Keramik
Kraft wirkt auf Quarz (SiO2). Si4+/O2- Ionen werden verschoben und Platte eins positiv platte2 negativ geladen.
Piezoelektrische Messwertaufnehmer nur für quasistatische / dynamische Messungen geeignet da Ladung wieder mit der Zeit abfließt.
Ladungsverstärker: Setzen Ladung in Spannung um, fließt nicht mehr ab.
Spannung ist direkt proportional zur Ladung.
Anwendung: Druckverhältnise zb in Zylinderkopf(Motor) überprüfen (so kann man Klopfen messen)
Kraft und Drucksensoren
Integrierte Beschleunigungssensoren
Sensore komplett auf 1 Chip - billig 10 kHZ Bandbreite auch für statische Messung geeignet Unempflindlich gegenüber tempänderung Auswertungselektronik bereits integriert
2 gleich große Kapazitäten im Ruhezustand.
Wenn durch a eine Kraft auf den Balken ausgeübt wird verschiebt sich dieser und die beiden Kapazitäten verändern sich gegenläufig. Die Kapazitätsänderung wird am Chip mittels Elektronik ausgewertet.
Anwendung: Airbag auslöser, Gurt Straffer, Gasabschaltung bei Erdbeben,, Navigation, Maus, Neigungssensoren, Fahrwerksregelung
