Sensoren (Der Regensensor) Paul Krickeberg,

Transkript

1 Sensoren (Der Regensensor) 1

2 Gliederung: Was ist ein Sensor? Welche Arten von Sensoren gibt es? Der Regensensor 2

3 Was ist ein Sensor? sentire (lat) fühlen(de) Technisches Bauteil, dass physikalische oder chemische Vorgänge qualitativ oder quantitativ erkennt und in ein elektrisches Signal umwandelt.[1] Welche Größen werden umgewandelt? z. B.: Elektromagnetische Strahlung(Wärmestrahlung, Helligkeit), Temperatur, Feuchtigkeit, Druck, Schall, Helligkeit oder Beschleunigung[1] 3

4 2 Grundarten: Passive Sensoren Arten von Sensoren Kommen ohne elektrische Hilfsenergie aus Aktive Sensoren Benötigen elektrische Hilfsenergie 4

5 Arten von Sensoren? Sensoren nach Messprinzipien[2] Resistive Sensoren(z.B. Dehnungsmessstreifen) Induktive Sensoren Magnetfeldsensoren Magnetoelastische Sensoren Kapazitive Sensoren Piezoelektrische Sensoren Optoelektronische Sensoren(z.B. Photodiode) Elektrochemische Sensoren 5

6 Wheatstone-Messbrücke Durch Variation von 3 Widerständen kann U_5 auf 0 gebracht werden(abgleichung) Und es gilt folgende Formel für den noch Unbekannten Widerstand: [4] 6

7 Der Regensensor Soll erkennen, dass es regnet und ein Signal weitergeben, damit das Fenster geschlossen wird 3 Möglichkeiten gefunden: Kapazitive Lösung: Luftfeuchtigkeitssensor Kapazitiver Feuchtigkeitsmesser Optischer Sensor wie im Auto für die Scheibenwischanlage 7

8 Luftfeuchtigkeitssensor[3] Eine beidseitig mit einem Goldfilm bedampfte Spezialfolie, die einen Kondensator darstellt, dessen Dielektrizitätskonstante sich mit verschiedenen Luftfeuchtigkeiten ändert.[3] Mit einer Messschaltung kann man die Änderung aufnehmen und in eine Gleichspannung umwandeln.[3] C A -Trimmkondensator wird auf C 0 gestellt, welches der konstante Kapazitätsanteil des Sensors ist. [3] 8

9 Luftfeuchtigkeitssensor M 1 synchronisiert M 2 t 1 C A C S =C 0 +Δ C Differenzenimpulse mit der Dauer: t t 3 =t 2 t 1 Δ C 2 C S T =2 t 1 -Amplitude der Impulse U B Arithmetischer Mittelwert der [3] Ausgangsspannung: U 0 = t 3 T U B= Δ C 2 C 0 U B 9

10 Kapazitiver Feuchtigkeitsmesser Misst die Feuchtigkeit an Kacheln oder Ähnlichem Erhöht sich die Feuchtigkeit am Material des Streufelds des Kondensators, so erhöht sich die Dielektrizitätskonstante ebenso und so auch die Kapazität des Kondensators.[5] [5] 10

11 δ g n 1 >n 2 Regensensor(Modell: Scheibenwischanlage) Licht wird ab einem bestimmten Neigungswinkel von einem dichteren Medium zur einem dünneres Medium total reflektiert wird.[6] Wir nutzen das Snelliussches Brechungsgesetz für Totalreflektion: sin(δ g )= n Luft = =43,25 n Glas 1.46 Dieser Grenzwinkel wird vom Lot gesehen und wir wählen einen geeigneten Winkel δ g 43,25. 11

12 Regensensor(Modell: Scheibenwischanlage) Eine LED sendet Infrarotlicht aus, welches von einer pin-photodiode empfangen wird. Ist Wasser auf der Außenscheibe, so ändert sich die Brechungszahl. Technischer Trick: Benutzung eines Prismas [6] 1-LED 2-Fotodiode 12

13 Regensensor(Modell: Scheibenwischanlage) Blockschaltbild 13

14 [1] - Quellen: [2] - [3] - Dieter Nührmann, Sensorpraxis, 1991 Franzis Verlag, s. 269Ff [4] - [5] - [6]

15 Haben Sie Fragen?! 15

16 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 16