Eckdaten

Je nach Einsatzbereich variieren die Anforderungen an einen Sensor. Dafür ist es wichtig, den richtigen Sensor nach unterschiedlichen Parametern auszuwählen. Diese umfassen den digitalen Analogausgang, Mindesterfassungsabstand, maximale Reichweite und nicht zuletzt Kosten und Größe. Mit über einem Dutzend verschiedener Modelle von 1,5 bis 550 cm sind Infrarot-Abstandssensoren von Sharp in vielen unterschiedlichen Branchen und Applikationen für ihre Genauigkeit bekannt.

Beim analogen Abstandssensor von Sharp variiert der Signalausgang des PSD im Verhältnis zum Einfallswinkel des ankommenden Lichtes.

Beim analogen Abstandssensor von Sharp variiert der Signalausgang des PSD im Verhältnis zum Einfallswinkel des ankommenden Lichtes. Sharp

Der Infrarot-Abstandssensor hat zwei optische Linsen, eine für den Sender und eine für den Empfänger.

Der Infrarot-Abstandssensor hat zwei optische Linsen, eine für den Sender und eine für den Empfänger. Sharp

Technische Mittel zur natürlichen Interaktion zwischen Mensch und Maschine lassen häufig interessante Parallelen zur menschlichen Biologie erkennen. Stereoskopisches Sehen (auch als höchste Form des Binokularsehens bezeichnet) ist eine wichtige menschliche Fähigkeit zur Tiefenwahrnehmung mit beiden Augen. Letztendlich funktioniert stereoskopisches Sehen nach dem gleichen Prinzip anspruchsvoller Abstandssensoren, um präzise Ergebnisse zu erzielen. Diese als Triangulation bekannte Funktion erlaubt die Berechnung der Position eines unbekannten Punktes in einem Dreieck auf der Grundlage der Entfernung zwischen zwei bekannten Punkten und der Kenntnis des jeweiligen Winkels.

Stereoskopisches Sehen

Viele der heute gebräuchlichen Lichtschranken verlassen sich auf eine viel einfachere Konstruktion ohne Triangulation. Diese Geräte verwenden stattdessen eine Lichtquelle (meist Infrarot) in Kombination mit einem photoelektrischen Empfänger, der das reflektierende Licht des Emitters messen kann. Die Lichtquelle und der Lichtsensor können entweder zusammen in einem einzigen Bauteil montiert werden oder als zwei getrennte Einheiten, die eine sogenannte Einweglichtschranke bilden. Reflex-Lichtschranken senden einen Lichtstrahl auf einen Reflektor, der das Licht zurück in die Einheit schickt. In beiden Fällen erkennt der Empfänger, wenn der Strahl durch ein Objekt unterbrochen wird. Reflex-Lichttaster sind auf die Reflexion von Objekten in ihrer Nähe angewiesen. Ist kein Objekt vorhanden, kann das Licht der Lichtquelle nicht zurückgeworfen werden. Tritt ein Objekt in den Sensorbereich ein, wird ein Teil des ausgesendeten Lichts zurück in den integrierten Photodetektor reflektiert und signalisiert somit das Vorhandenseins eines Objekts.

Für kleine oder tragbare Geräte

Von den drei hier beschriebenen Lichtschranken ist nur der Reflex-Lichttaster für kleine oder tragbare Geräte geeignet, da diese eine zweiteilige retroreflektierende Anordnung nicht aufnehmen können. Automaten wie zum Beispiel berührungsfreie Wasserhähne in Toiletten können keine getrennten Sender-Empfänger-Komponenten unterbringen.

Doch eine Abstandmessung basierend auf der Menge des reflektierten Lichts gestaltet sich teilweise problematisch. Reflex-Lichttaster besitzen eine Achillesferse: den Absorptionsfaktor der Farbe. Die Farbe und Struktur der Oberfläche eines Gegenstandes kann einen großen Einfluss darauf haben, wie viel Licht von der ausgehenden Lichtquelle reflektiert wird. Und solange einfache Sensoren dies nicht exakt erkennen können, ist die Genauigkeit der Reflex-Lichttaster beschränkt.

 Ein interessanter Blickwinkel

Sobald sich ein beleuchtetes Objekt nähert, ändert sich nicht nur die Intensität des Lichts, sondern auch der Einfallwinkel. Voraussetzung ist natürlich, dass man den Winkel von einer etwas anderen Stelle misst, als dort, wo sich die Lichtquelle befindet. Um den Abstand zwischen Lichtquelle und Empfänger mithilfe des Einfallswinkels des Lichts zu messen, könnte man die Trigonometrie heranziehen, die auf der Theorie der Triangulationsmessung basiert. Doch obwohl die Grundprinzipien die gleichen sind, ist Trigonometrie zur Abstandsmessung nicht so präzise wie die anspruchsvollen Infrarot-Abstandssensoren von Sharp.

Sharp verwendet zwei optische Linsen, eine für den Sender und eine für den Empfänger. Hinter der Empfangslinse befindet sich ein Position Sensitive Detector (PSD) – auch Optischer Positionssensor (OPS) genannt –, der die Intensität der reflektierenden ankommenden Infrarotstrahlung mit einem linear angeordneten Feld von Photodioden misst.

Für die analogen Abstandssensoren von Sharp variiert der Signalausgang des PSD im Verhältnis zum Einfallswinkel des ankommenden Lichtes und erzeugt eine Ausgangsspannung, aus der sich dann unter Verwendung einer mathematischen Formel der Abstand des Objekts berechnen lässt.

Je nach Einsatzbereich variieren die Anforderungen an einen Sensor. Dafür ist es wichtig, den richtigen Sensor nach unterschiedlichen Parametern auszuwählen. Diese umfassen den digitalen Analogausgang, Mindesterfassungsabstand, maximale Reichweite und nicht zuletzt Kosten und Größe. Mit über einem Dutzend verschiedener Modelle von 1,5 bis 550 cm sind Sharp-Infrarot-Abstandssensoren in vielen unterschiedlichen Branchen und Applikationen für ihre Genauigkeit bekannt.

Mögliche Anwendungen reichen von der Dokumentenverarbeitung über Sanitäranlagen und Robotik bis hin zu Unterhaltungselektronik, Spielekonsolen und vielem mehr. So ist der hart arbeitende und allgegenwärtige Infrarot-Abstandssensor dazu bestimmt, eine menschlichere Note in eine ständig steigende Zahl von Mensch-Maschine-Interaktionen zu bringen.