Sensorik

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Sensorik

Die Sensorik ist ein Teilgebiet der Messtechnik und befasst sich mit der Entwicklung und dem Einsatz von Sensoren. In der Adaptronik werden Sensoren vorzugsweise zum Erfassen mechanischen Größen verwendet. Dabei wandelt der Sensor nichtelektrische Größen wie Druck, Kraft, Drehmoment, Ausschlag, Beschleunigung und Geschwindigkeit in eine elektrische Größe (Widerstand, Kapazität, Ladung, Induktivität, Frequenz, Spannung oder Strom). Im allgemeinem setzt sich der Sensor dabei aus den Wandlungsblöcken Primärsensor, Primärelektronik und Sekundärelektronik zusammen. Je nach Integrationsgrad können jedoch einzelne Varianten davon abweichen. Der Primärsensor oder auch Sensorelement vollzieht die Umwandlung der nichtelektrischen Größe in eine elektrische Zwischengröße (∆R, ∆C, ∆Q, ∆L oder ∆f). Die Primärelektronik erzeugt aus diesen Zwischengrößen ein verstärktes Spannungs- oder Stromsignal. Der Verstärker ist hierbei signifikant, um den Störabstand zu gewährleisten. Des Weiteren wird in dieser Stufe der minimale und maximale Ausgangspegel an die Eingangsstufe der Sekundärelektronik angepasst. Häufig erfolgt hierbei auch schon eine Analog-Digital-Umsetzung. Die Sekundärelektronik dient zur Signalaufbereitung einschließlich der Fehlerkorrektur, Speicherung und Umwandlung in ein standardisiertes analoges Ausgangssignal (z.B. 4mA bis 20mA). Oft wird an dieser Stelle auch eine digitale Ausgabe realisiert mit einer entsprechenden Bus-Ankopplung. Das so erzeugte Ausgangssignal kann unteranderem zur Überwachung von Prozessen oder als Eingangsparameter einer Regelung verwendet werden.


Sensoren für adaptronische Systeme zur aktiven Schwingungsreduktion sollen vor allem dynamische Größen erfassen. Diese sind: Weg, Dehnung, Geschwindigkeit, Beschleunigung, Kraft, Drehmoment und Druck (Schalldruck). Zentrale Anforderungen an Sensoren sind ihr Messbereich (Amplitude und Frequenz) und ihre Rauschleistung. Dies müssen möglichst gut an den Einsatzfall angepasst werden. Weitere Anforderungen können je nach Einsatzfall die Abweichung der Empfindlichkeit im Messbereich, das Gewicht, der Einsatztemperaturbereich und das Überlastverhalten sein. Die Anordnung der Sensoren im aktiven System ist an die Wahl des Regelungsprinzips gebunden. Die Signalrückführungsstrategien bedingen eine kurze Regelstrecke, also einen geringen Abstand zwischen Aktor und Sensor. Idealer Weise ist der Sensor direkt am Punkt der Krafteinleitung des Aktors positioniert. Dann spricht man von einem kolludierten System. Bei modellbasierten Regelungen ist häufig ein Sensor in der Nähe der Störung (Referenzsensor) und ein Sensor an der Stelle, an der Schwingungen reduziert werden sollen (Fehlersensor) vorteilhaft. Grundsätzlich können Sensoren in aktive und passive Sensoren gegliedert werden. Typische Sensoren sind:

Aktiv

Aktive Sensoren erzeugen aufgrund Ihres Messprinzips ein elektrisches Signal, welches in der Regel durch einen Messverstärker verstärkt wird. Aufgrund Ihrer physikalischen Prinzipien ist mit diesen Sensoren nur eine Änderung der Messgröße detektierbar, da im statischen und quasistatischen Zustand keine Energie gewandelt werden kann. Klassischerweise werden hierfür Piezoelektrische Sensoren eingesetzt.


     o	Piezoelektrische Sensoren (Beschleunigungssensoren, Kraftsensoren) 

Passiv

Passive Sensoren enthalten passive Bauteile, deren Parameter durch die zu messende Größe verändert werden. Durch eine Primärelektronik werden diese Parameter in elektrische Signale umgeformt. Dabei wird eine von außen zugeführte Hilfsenergie benötigt. Mit diesen ist es möglich, statische und quasistatische Messgrößen zu bestimmen.

     o	Resistive Sensoren (Dehnmessstreifen  , Potentiometer)
     o	Induktive Sensoren 
     o	Kapazitive Sensoren  
     o	Optische bzw. optoelektronische Sensoren (Triangulator  , Laservirbometer)

Von OpenAdaptronik genutzte Sensoren

Folgende Tabelle listet alle im Projekt OpenAdaptronik genutzten Sensoren auf. Weitere Daten hierüber können über Github abgerufen werden.

Bezeichnung Hersteller Achsen Länge in mm Breite in mm Platinenhöhe in mm Gesamthöhe in mm
LIS344ALH isys Adaptive Solutions 3 9,6 9,6 1 2,56
ADXL335 SparkFun 3 17,78 17,78 TBD TBD
ADXL345 SparkFun 3 ca. 21,00 ca 17,78 TBD TBD