FRANZIS PRAXISBUCH. Dieter Nührmann. Sensor- Praxis. Bauelemente und Schaltungen. Mit 405 Abbildungen und 32 Tabellen FRANZIS

Transkript

1 FRANZIS PRAXISBUCH Dieter Nührmann Sensor- Praxis Bauelemente und Schaltungen Mit 405 Abbildungen und 32 Tabellen FRANZIS

2 1 Akustische Sensoren Grundbegriffe Mikrofone Allgemeines, Richtdiagramm Dynamische Mikrofone Kondensatormikrofone Elektret-Kondensatormikrofone Elektret-Mikrofonkapseln Dynamische Wandler Klopfsensor 29 2 Optische Sensoren Grundbegriffe der Optik 31 A Sichtbares Licht und Infrarotstrahlung 31 В Augenempfindlichkeit und Farben sehen 33 С Definitionen der physikalisch-optischen Größen 38 D Einfluß der Entfernung 46 E Transmission 47 F Reflexion 47 G Linsengesetze Kameraröhren 53 A Optische Formeln für die Videokamera 53 В Brennweite 55 С Blendenbereich, Beleuchtungsstärke 57 D Einsatzbereiche für die verschiedenen Objekte 57 E Blendensteuerung 59 F Arbeitsweise von Kameraröhren (Prinzip) Plumbicon 61 A Eigenschaften der fotoleitenden Schicht 61 В Empfindlichkeit 61 С Spektrale Empfindlichkeit 62 D Auflösung 63 E Trägheit 63 8

3 F Betriebshinweise 63 G Kenn-und Betriebsdaten Saticon 64 A Eigenschaften der fotoleitenden Schicht 65 В Kenn-und Betriebsdaten Newvicon 66 A Eigenschaften der fotoleitenden Schicht 66 В Empfindlichkeit 67 С Spektrale Empfindlichkeit 67 D Dunkelstrom 67 E Auflösung 68 F Trägheit 68 G Kenn- und Betriebsdaten Vidicon 68 A Eigenschaften der fotoleitenden Schicht 69 В Empfindlichkeit....> 70 С Spektrale Empfindlichkeit 70 D Auflösung 70 E Trägheit 72 F Kenn- und Betriebsdaten Halbleiter-Bildsensoren Halbleiter-Bildsensoren nach dem Interline-Konzept Halbleiter-Bildsensoren nach dem XY-Konzept Halbleiter-Bildsensoren nach dem Frame-Transfer-Konzept Halbleiter-Bildsensor NXA 1011 oder NXA 1031 (Valvo) Praktische Anwendungen von Halbleiter-Bildsensoren 80 A Aufbau einer Video-Überwachungseinrichtung für die Messung von Materialschrumpfungen 81 В CCD-Kamera für Produktionsüberwachung und Analyse schneller Bewegungsabläufe 83 С Robotersystem mit Werkstücklage-Erkennungssystem 84 D CCD-Zeilenkamera für Meßaufgaben und Fertigungsautomatisierung 87 E Kamera für die Überwachung technischer Abläufe und deren Kontrolle Optische Sensoren LED als Fotosensor Fotoelemente 91 A Funktion 91 В Praktische Hinweise 91 С Zellenkapazität 94 9

4 D Sperrspannung 94 E Spektrale Empfindlichkeit 94 F Daten von Fotoelementen 95 3 Solarzellen 98 A Grundlegende elektrische Daten 98 В Spektrale Empfindlichkeit 100 С Wirkungsgrad 101 D Kenndaten einer Zelle 101 E Optimaler Lastwiderstand 103 F Kurzschlußstrom und Innenwiderstand 104 G Temperaturabhängigkeit 105 H Strahlungsabhängigkeit 105 I Schaltungstechnik und Anwendung 106 J Serienschaltung 107 К Parallelschaltung 108 L Lastabtrennung 109 M Akkuladebetrieb 110 N Lastbegrenzung Fotodioden 112 A Schaltzeiten - Trägheit (PN-und PIN-Fotodiode) 113 В Arbeitsweise 114 С Arbeitsbereich und Betriebsstrom 115 D Temperatureinfluß 116 E Kapazität 116 F Optische Linse 117 G Spektralbereich 118 H Technische Daten einer PN-und PIN-Fotodiode 118 I Foto-Lawinen-Dioden 119 J Betriebsdaten-Gegenüberstellung einer PNund PIN- Fotodiode Fototransistoren 126 A Funktion 126 В Basisanschluß 127 С Signal-Rauschverhältnis 128 D Spektrale Empfindlichkeit 128 E Kennlinienfeld 128 F Maximaler Kollektorstrom 128 G Kollektor-Hellstrom 129 H Kollektor-Dunkelstrom 130 I Impulsverhalten und Schaltzeiten 132 К Fotodarlington-Transistoren 135

5 L Schaltungstechnik 135 M Technische Daten Der Fotowiderstand (LDR = Light dependent resistor) 140 A Prinzipschaltung 140 В Spektrale Empfindlichkeit 142 С Zeitverhalten 143 D Verschiebung der Arbeitskennlinie - Temperatureinfluß 143 E Betriebsspannung 144 F Arbeitsstrom 145 G Zulässige Verlustleistung und Arbeitskennlinie 145 H Dunkelwiderstand 145 I Hellwiderstand 146 К Daten von Fotowiderständen 146 L Typische Anwendungsbeispiele 147 M Datenbeispiel RPY Infrarot-Detektoren (IR-Detectors) 151 A Wellenlänge der Wärmestrahlung - Betriebstemperatur 152 В Empfindlichkeit 152 С Begriffserläuterung 153 D Technische Daten 155 E Linsensysteme für IR-Bewegungsmelder 162 F Schaltungs- und Anschlußtechnik der Einzelelemente 164 G Allgemeine Hinweise für den Verstärker 167 H Komplette Schaltung für IR-Bewegungsmelder 169 t 3 Magnetfeldabhängige Sensoren Grundbegriffe und Übersicht Einheiten Elektromagnetischer Kreis Permanentmagnetischer Kreis Dimensionierung eines Magnetsystems Beispiele für Magnetanordnungen Sensortypen für Magnetfelder Hall-Generatoren (nach Kap. 3.3) Magnetoresistive Sensoren (nach Kap. 3.3 und 3.4) Hall-Generatoren 180 A Funktion und Aufbau 180 В Anwendungsgebiete - Prinzip 182 С Erläuterungen zu den Datenangaben 183 D Anwendungsbeispiele von Hall-Generatoren 189 E Applikationen

6 F Technische Daten SV 200 (Fa. Siemens) Feldplatten (Beispiel Fa. Siemens) 201 A Feldplattenarten 202 В Technische Daten 205 С Arbeitspunkt 211 D Anwendung von Feldplatten und Feldplattenfühlern Magnetoresistive Sensoren (MRS) - (Beispiel: Philips-Components) 227 A Funktion 227 В Aufbau und Daten 228 С Vorspannfeld 232 D Temperaturverhalten der Magnetfeldsensoren 238 E Auswerteschaltung für den Magnetfeldsensor KMZ 10 В 240 F Anwendungsbeispiele Reed-Kontakte Induktive Näherungsschalter - Philips-Components) Sensoren für besondere physikalische Größen Silizium-Drucksensoren für Gase (piezoresistive Sensoren) Beschreibung und Anwendung Temperaturkompensation, Signalverarbeitung Technische Daten KPY 10 (Fa. Siemens) Gassensoren Feuchtesensoren 269 A Arbeitsweise 269 В Einfacher Schaltungsvorschlag 271 С Kenndaten des Feuchtesensors 273 D Digitaler Schaltungsvorschlag 274 E Meßschaltung mit einem 8-Bit-Ausgangssignal 280 F Grenzwertgeber-Schaltung Beschleunigungssensoren Kraftsensoren Radar-Bewegungssensoren Einführung Wirkungsweise Technische Beschreibung einer Radar-Einheit (Philips-Components)

7 5 Temperatursensoren 293 A Bauformen 293 В Anwendungsbeispiele NTC-Widerstände (Heißleiter) 295 A Kennwiderstand, Farbcode und Daten 295 В B-Wert 302 С Stabilität bei Erwärmung 305 D Verhalten des elektrisch belasteten Heißleiters 305 E Spannungs-Stromkennlinie 306 F Kennlinienbeeinflussung in der Schaltung 307 G Temperaturkompensation und Linearisierung 308 H Temperaturmessung und-regelung 311 I Spannungsstabilisierung für einfache Anwendungen 312 К Anwendungsbeispiele PTC-Widerstände (Kaltleiter) Dynamische Kennlinie Kennlinien und Werte Anwendungen Temperatursensor mit einem Quarzschwinger Temperatursensoren auf Siliziumbasis - KTY-Typen (Siemens-Philips-Components) 329 A Kennlinienverlauf 329 В Linearisierung mit Serienwiderstand und Konstantspannung С Linearisierung mit Parallelwiderstand und Konstantstrom 330 D Anwendung des KTY 10 mit einem OP 331 E Meßstellenauswertung mit Multiplexer, AD-Wandler und \ic 333 F Technische Daten 339 G Auswerteschaltungen Auswerteschaltungen für Sensoren 351 Sachverzeichnis 353 с 13