Sensoren für die intelligente Industrie

Mit Beschleunigungssensoren lässt sich feststellen, welchen Beschleunigungen Industriemaschinen in X-, Y- und Z-Richtung ausgesetzt sind. Auch die Neigungswinkel von Maschinen oder Roboterarmen lassen sich damit feststellen. Befindet sich eine Maschine stationär in horizontaler Position, wird für die X- und Y-Achse eine Beschleunigung von 0g ausgegeben, für die Z-Achse dagegen 1g. Dabei handelt es sich auf alle Objekte auf der Erdoberfläche wirkende Erdbeschleunigung. Dreht sich die Maschine nun um 90° um die X-Achse, lauten die Werte für die X- und die Z-Achse 0g, während die Werte für die Y-Achse 1g entsprechen. Während des Drehvorgangs geben die Sensoren für die X-, die Y- und die Z-Achse Werte aus, die zwischen 0 und 1g liegen. Verarbeitet man diese Werte mithilfe trigonometrischer Formeln, lässt sich jeweils der Neigungswinkel der Maschine errechnen.

Feuchtigkeitssensoren kommen in Wetterstationen zum Einsatz, können aber auch der Messwertkorrektur von Gassensoren dienen.

Feuchtigkeitssensoren kommen in Wetterstationen zum Einsatz, können aber auch der Messwertkorrektur von Gassensoren dienen. ST Microelectronics

Mit Beschleunigungssensoren lässt sich auch lineare Beschleunigung in horizontaler und vertikaler Richtung bestimmen, um daraus die Geschwindigkeit, die Richtung und sogar die Änderungsrate der Höhe der Maschine zu berechnen.

Auch die Vibrationen, denen eine Maschine ausgesetzt ist, lassen sich mit Beschleunigungssensoren feststellen. An einem Motor befestigt, kann ein Beschleunigungssensor wichtige Erkenntnisse liefern, um die Art eines vorliegenden Fehlers zu bestimmen. Unwuchten, Lagerschäden und Zahneingriff äußern sich alle durch unterschiedliche Frequenzen, sodass sich diese Informationen nutzen lassen, um den Instandhaltungsbedarf des Motors vorherzusagen.

Dahingegen detektieren Gyroskopsensoren die Winkelgeschwindigkeit um drei Achsen, also um die Hochachse (Gieren), die Querachse (Stampfen) und die Längsachse (Rollen). Die Änderungen bei den Winkelinformationen können dem Stabilisieren der Maschine dienen. Dazu überträgt das System die gesammelten Informationen aus dem Gyroskop an die Motortreiber, die daraufhin die Motordrehzahl dynamisch variieren können, um den jeweiligen Motor oder Roboterarm zu stabilisieren. Nicht zuletzt stellen Gyroskopsensoren sicher, dass sich Maschinen oder Roboterarme genau um den vom Anwender gewünschten Winkel drehen.

Das Funktionsprinzip eines Barometers ist es, den atmosphärischen Druck zu messen. Eine Druckänderung kann man dann in eine Höhenangabe umwandeln. Der atmosphärische Druck lässt sich hingegen mit einem Drucksensor ermitteln. Diese Daten unterstützen so wiederum die Steuerung einer Maschine oder eines Roboterarms, um die gewünschte Höhe zu erreichen. Eine gute Abschätzung der Steig- und Fallrate ist wichtig für viele Maschinen, darunter auch Roboter. ST Microelectronics bietet für diese Höhenabschätzungs-Anwendungen den Drucksensor LPS22HB mit einer Datenrate von 75 Hz und Single-Shot-Mode an.

MEMS-Mikrofone ersetzen zunehmend konventionelle Mikrofone, da sie bessere Rohdaten liefern und zudem kompakter sind.

MEMS-Mikrofone ersetzen zunehmend konventionelle Mikrofone, da sie bessere Rohdaten liefern und zudem kompakter sind. ST Microelectronics

Feuchtigkeitssensoren kommen wiederum in Wetterstationen, zur Überwachung der Kondensationsgrenze oder der Luftdichte sowie zur Messwertkorrektur von Gassensoren zum Einsatz. Der Feuchtigkeitssensor HTS221 enthält neben dem eigentlichen Sensorelement auch ein analoges Frontend, das die Messgröße über ein serielles digitales Interface ausgibt. Das Sensorelement selbst besteht aus einer planaren Kondensatorstruktur mit Polymer-Dielektrikum, die Änderungen der relativen Feuchte registrieren kann.

Bei MEMS-Mikrofonen handelt es sich um Audiosensoren, die Schall in elektrische Signale umwandeln. MEMS-Mikrofone ersetzen zunehmend konventionelle Mikrofone, da sie sich durch einen größeren Signal-Rauschabstand, kleine Abmessungen, eine digitale Schnittstelle, eine höhere HF-Immunität und eine hohe Vibrationsfestigkeit auszeichnen. Einsatzgebiete sind beispielsweise Videografie oder Überwachungssysteme.

Wie das Sensortile von ST Microelectronics bei der Entwicklung helfen kann, erfahren Sie auf der nächsten Seite.

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