Entfernungs-Sensoren
(136)Abstandssensoren sind elektronische Komponenten, die in vielen Branchen häufig verwendet werden. Vor allem in der industriellen Automatisierung und Robotik - aber wir finden sie häufig auch im Alltag. Viele Geräte und Maschinen wie Autos und Aufzüge enthalten Abstandssensoren zur Implementierung von Sicherheitsmerkmalen und -funktionen wie Parkassistent oder adaptives Tempomat. Unter industriellen Bedingungen ermöglichen Abstandssensoren die Erfassung der Position eines Objekts auf der Produktions-/Transferlinie, die Positionierung des Werkstücks, die Bestimmung seiner Größe usw. Konstrukteure und Designer wählen den geeigneten Komponententyp streng in Abhängigkeit von den Eigenschaften der Anwendung, der erforderlichen Genauigkeit, der Betriebsgeschwindigkeit und dem System, in dem der Sensor seine Arbeit erledigen wird. Werfen wir einen Blick auf die grundlegenden Parameter von Sensoren, die bei der Suche nach der richtigen Lösung berücksichtigt werden sollten.
Funktionsweise von Abstandssensoren - Technologie und Klassifizierung nach Arten
Abstandssensoren bestehen meist aus drei Elementen: einem Treiber, einem Sender und einem Empfänger. Der Treiber verwendet den Sender, um ein Signal (akustisch, elektromagnetisch) zu senden, und "wartet", bis die Welle von der nächsten Oberfläche abprallt und vom Empfänger registriert wird. Die Messung kann auf zwei Arten erfolgen. (1) Unter Berücksichtigung der Zeit und der Geschwindigkeit der Welle berechnet die Steuerung die vom Signal zurückgelegte Strecke und sendet diese Informationen dann an das Master-Gerät. (2) Eine andere Methode besteht darin, die Intensität des reflektierten Lichts zu registrieren (je schwächer die Rückwelle ist, desto größer ist der Abstand, den der Sensor registriert). Die grundlegende Aufteilung der Sensoren basiert auf der Art des ausgesendeten Signals.
Laser-Abstandssensor
Der zweifelsfreie Vorteil von Lasersensoren liegt in der Genauigkeit und Reichweite: Der emittierte Strahl wird an einen genau definierten Punkt gesendet, und seine gute Ausbreitung ermöglicht die Erkennung von Objekten, die sich in einer Entfernung von sogar mehreren Dutzend Metern befinden. Gleichzeitig kann die Abtastung mit einer Frequenz von mehreren hundert Hertz durchgeführt werden. In Projekten, bei denen der Preis des verwendeten Elements keine Schlüsselrolle spielt, ist der Laser-Abstandssensor normalerweise die bestmögliche Lösung.
Infrarot- und reflektierende Abstandssensoren
Reflektierende Sensoren ist vielleicht keine glückliche Bezeichnung, da die Entfernungserkennung, wie oben beschrieben, normalerweise durch Reflektieren einer Art von Signal erfolgt. Die Elemente dieser Typen verwenden IR- (d.h. Infrarot-) Strahlungsemissionsdioden und einen Detektor, z.B. einen Fototransistor. Im Vergleich zu einem Laserstrahl ist das Signal schwächer und mehr verstreut. Einerseits begrenzt es die Genauigkeit der Messung und den maximalen Abstand - andererseits ermöglicht es den Aufbau von Sensoren, die Objekte erfassen, die in einem viel größeren Feld vorhanden sind (sie können herkömmlicherweise als "Sichtfeld des Sensors" bezeichnet werden). ). Diese Arten von Sensoren werden unter anderem verwendet als "Sprungdetektoren" (eng.cliff sensors), damit die Maschine nicht herunterfällt – in dieser Rolle verwendet man sie beispielsweise bei automatischen Staubsaugern. Reichweite und Präzision werden durch die Verwendung einer Reihe von Optokopplern (eng. sensor array). in einem einzigen Modul verbessert. Ausgestattet mit vielen Ausgängen, ermöglicht die Schaltung beispielsweise die Erfassung von Bewegungen parallel zur Sensorebene (Geschwindigkeitsmessung). Hierbei ist zu beachten, dass die Reflexionssensoren, die die Intensität des zurückkommenden Signals aufzeichnen, perfekt zur Erfassung dunkler, lichtabsorbierender Oberflächen geeignet sind. Sie werden daher zum Erfassen gedruckter Linien oder zum Zählen von Impulsen in Codierern verwendet, die die Drehzahl und die Achsposition steuern (Schlitzsensoren).
Ultraschall-Abstandssensor
Ultraschallsensoren nutzen im Gegensatz zu den oben beschriebenen Fotodetektoren die Ausbreitung von Schallwellen. Diese Lösung hat mehrere Vorteile. Zunächst kann der Sensor Objekte aus transparenten Materialien und Flüssigkeiten erfassen. Als prosaisches Anwendungsbeispiel kann ein Kreislauf dienen, der den Wasserstand im Tank überwacht. Wenn der piezoelektrische Emitter vibriert, besteht ein (erwünschter) Nebeneffekt seines Betriebs darin, den Sensor zu reinigen, insbesondere vom Staub und Belägen. Bei einem Lasersensor kann eine ähnliche Verunreinigung zu Fehlmessungen führen. Ultraschallsensoren sind einfach zu implementieren, sie sind auch erschwingliche Produkte, was sie bei Hobbybauern beliebt macht, insbesondere beim Bau von selbstfahrenden Robotern (Hinderniserkennung).
Entfernungssensor-Schnittstelle
Die zweite wichtige Überlegung bei der Auswahl eines Abstandssensors ist die Art der Schnittstelle. Die Grundaufteilung ist natürlich der analoge oder digitale Ausgang.
Analogausgang
Dank des Analogausgangs (Strom oder Spannung) hat das Steuersystem (z.B. ein Mikrocontroller) direkten Zugriff auf die Sensorwerte und kann die Messung analysieren, korrigieren, kalibrieren und mit Umgebungsfaktoren kompensieren. Es erleichtert auch die Software-Kalibrierung des Sensors. Dazu kann der Designer das analoge Signal verwenden, um Interrupts zu erzeugen, so dass das Überschreiten des eingestellten Werts zu einer sofortigen Reaktion des Steuersystems führt. Die analoge Schnittstelle können wir am häufigsten bei den reflektierenden Sensoren finden - der Ausgang kann beispielsweise ein Kollektor des Fototransistors sein.
Digitale Schnittstelle
Der zweifelsfreie Vorteil digitaler Schnittstellen ist ihre Beständigkeit gegen elektromagnetische Strahlung und die Begrenzung der Anzahl der erforderlichen Leitungen. Bei der analogen Schnittstelle belegt jeder Sensor eine Leitung des Controllers (oder Multiplexers, A/C-Wandlers). Die Verwendung eines solchen Übertragungsverfahrens wie beispielsweise. I2C ermöglicht es (theoretisch), buchstäblich Hunderte von Sensoren an eine Leitung anzuschließen. Digitale Schnittstellen sind eine wünschenswerte Lösung in industriellen Umgebungen, da sie eine einfache Integration in vorhandene Steuerungssysteme ermöglichen.
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