Fortschritte in der Leistungsfähigkeit elektronischer Sensoren haben zu stetigen Verbesserungen bei Funktionen, Steuerung und Komplexität unzähliger Produkte und Systeme geführt – von Automobilen und Luftfahrtplattformen bis hin zu HVAC-Systemen und industriellen Prozesssteuerungsanlagen. Die Entwicklung sogenannter „intelligenter“ Sensoren bedeutet eine noch stärkere Integration der Sensortechnologie in unseren Alltag.

Was sind intelligente Sensoren? 

Beginnen wir mit einfachen Sensoren. Ein einfacher elektronischer Sensor ist ein Gerät, das einen physikalischen Parameter erfasst und in ein elektrisches Signal umwandelt. Zu diesen Parametern können Temperatur, Druck, Feuchtigkeit, Nähe, Beschleunigung und weitere zählen. Das elektrische Signal kann anschließend von einer externen Schaltung in eine digitale oder analoge Anzeige zur Analyse oder Aktion umgewandelt werden, oder einen Alarm auslösen, wenn ein Parameter erreicht oder überschritten wird. Ein einfacher Sensor erzeugt jedoch lediglich ein Signal, aber keine Reaktion. 

Ein „intelligenter“ Sensor ist, wie der Name schon andeutet, ein Sensor in Kombination mit einem eingebetteten Prozessor. Er empfängt Parameterdaten aus der überwachten Umgebung und leitet diese an seinen Mikroprozessor weiter. Der Prozessor analysiert die Daten und steuert basierend auf vordefinierten Algorithmen externe Funktionen, um auf den überwachten Parameter zu reagieren.  

Ein intelligenter Sensor kann in Verbindung mit fortschrittlicher Konnektivität (Bluetooth, WLAN usw.) externe Systeme wie Motoren oder Aktoren erkennen, messen, analysieren und mit ihnen verbinden, um auf Basis der aus der Umgebung empfangenen Informationen zu handeln. Kurz gesagt: Ein intelligenter Sensor löst eine vordefinierte Aktion aus, sobald er einen passenden Input erkennt.

Wie funktionieren intelligente Sensoren?

Die Basis eines intelligenten Sensors ist das Sensorelement für die zu überwachende physikalische Größe. Bei einem Temperatursensor beispielsweise verändert sich die Spannung an den Diodenanschlüssen durch Temperaturschwankungen. Ein einfacher Drucksensor nutzt eine verformbare Membran, um einen variablen Kondensator zu simulieren und Veränderungen zu messen. Ein Näherungssensor wiederum misst die Veränderung des Rücksignals eines elektromagnetischen Felds oder Strahls aus dem überwachten Bereich. In jedem Fall erzeugt eine physikalische Veränderung ein elektrisches Signal, das als definierter Parameter ausgelesen werden kann.  

Wie bereits erwähnt, nutzt ein intelligenter Sensor zudem einen eingebetteten Prozessor, um dieses Signal in Echtzeit zu analysieren und vordefinierte Schritte zu dessen Veränderung oder Steuerung einzuleiten. Diese Informationen werden über eine drahtlose Kommunikationsschaltung an externe Steuerungssysteme übermittelt. Man könnte eine diskrete Lösung mit separaten Sensor-, Prozessor- und Kommunikationskomponenten aufbauen. Siliziumbasierte Sensoren hingegen integrieren Erfassung, Verarbeitung und Kommunikation auf demselben Chip und bieten zudem die Vorteile eines geringen Energieverbrauchs und einer kompakten Bauweise.

Viele intelligente Sensoren verfügen zudem über Selbstkalibrierungs- und Selbstdiagnosefunktionen, mit denen sie Ausfälle oder Abweichungen von den Spezifikationen erkennen und melden können, die zu Ausfallzeiten oder unerwarteten Wartungsarbeiten führen könnten. Fortschrittliche intelligente Sensoren können zudem Schaltkreise enthalten, die Grenzwertmessungen erkennen und kompensieren oder eine Datenumwandlung ermöglichen. 

Anwendungen für intelligente Sensoren

Intelligente Sensoren sind in einer Vielzahl von Gehäusen, Formaten und Funktionsumfängen erhältlich, um zahlreiche unterschiedliche physikalische Größen zu messen und darauf zu reagieren. Sie können Temperatur, Bewegung, Füllstand, Druck, Feuchtigkeit, Masse, Licht, Schall, Dehnung, Wind, Rauch, Belegung, Strahlung, Magnetismus, Chemikalien und das Vorhandensein bestimmter Gase erfassen. Dadurch eignen sie sich für ein breites Spektrum an Anwendungen, darunter unter anderem:

• • • Patientenüberwachung im Gesundheitswesen
    • Maschinenüberwachung in der Fertigung
    • HVAC-Optimierung in Büros
    • Erkennung unbefugten Zugriffs in Wohnhäusern oder Unternehmen
    • Assistiertes oder autonomes Fahren auf der Straße
    • Wasserqualitätsmanagement in Kommunen
    • Verkehrsüberwachung und -steuerung in Städten

In unseren Häusern können intelligente Sensoren beispielsweise einen Raum oder Eingang auf Temperaturänderungen, Feuchtigkeitseintritt oder unerwartete Bewegung überwachen und mit anderen intelligenten Geräten interagieren, um Aufgaben zu automatisieren, Benachrichtigungen zu senden oder sogar Video- und Audioüberwachung bzw. -eingriffe zu ermöglichen. 

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Designüberlegungen für intelligente Sensoren

Hier kommt ein technischerer Teil, den wir aber ganz kurz halten. Bevor Sie versuchen, einen intelligenten Sensor für Ihre Anforderungen zu beschaffen, sollten Sie oder Ihr Team Folgendes festlegen:

• • • Die physikalische Größe, die Sie messen müssen
    • Den benötigten Messbereich
    • Auflösung oder Empfindlichkeit
    • Analoge oder digitale Erfassung
    • Betriebstemperatur
    • Anforderungen an Abschirmung oder Robustheit
    • Energiebedarf/-quelle
    • Budget

Zusammenfassung

Intelligente Sensoren sind zuverlässige, hochpräzise, echtzeitfähige, robuste und kosteneffiziente Lösungen für viele Anwendungen, die die Überwachung und Steuerung einer Umgebung, Funktion oder eines Prozesses erfordern. Als autorisierter Bauteile-Distributor verfügt Onlinecomponents.com über vollständige Produktinformationen zu Sensoren von 141 verschiedenen Herstellern. 

Die Technologie intelligenter Sensoren wächst rasant und verbessert weltweit die Sicherheit, steigert die Effizienz und optimiert Fertigungsprozesse. Während Sie die spannenden Einsatzmöglichkeiten intelligenter Sensoren erkunden, freuen wir uns auf Ihre ebenso klugen Fragen.