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SINNESORGANE DER SMART FACTORY – WIE FUNKTIONIEREN SENSOREN?

 

Sensoren sind der Ausgangspunkt des Internets der Dinge: Sie nehmen Umweltinformationen auf und wandeln sie in elektrische Signale um. Die elektrischen Signale werden von Prozessoren verarbeitet. Die Prozessoren wiederum sind miteinander über das Internet verbunden.

 

In der digitalen Fabrik arbeiten Sensoren wie Sinnesorgane. Die technischen Bauteile bilden die Schnittstelle zwischen der Datenverarbeitung und der Außenwelt eines Systems. Auch hier wandeln sie gemessene physikalische Größen oder chemische Effekte in analoge elektrische Signale um.

 

In unserem Alltag sind wir mittlerweile überall von Sensoren umgeben: Sie finden sich in Lichtschranken, Rauchmeldern, automatischen Türen, in Smartphones und Autos und an vielen weiteren Stellen. Sensoren können Druck, Schall, Position, Gewicht, Beschleunigung, Lichtstärke, Temperatur, Feuchtigkeit und noch vieles mehr messen. Auch hoch empfindliche chemische Detektoren sind in der Sensorik verfügbar.

 

 Wie funktionieren Sensoren?

Viele Messgrößen lassen sich mit einem immer gleichen Aufbau eines Sensors ermitteln. Die einfachsten Sensoren arbeiten nach dem elektromagnetischem Prinzip. Eine Spule wird unter einer Spannung mit einem exakten Magnetfeld aufgeladen. Die Störung dieses Magnetfeldes ist der äußere Einfluss, welcher als Signal an das Steuergerät weitergegeben wird. Auf diese Weise arbeiten beispielsweise Näherungssensoren, Beschleunigungssensoren, Kraftsensoren sowie Füllstandsensoren und viele mehr. 

 

Wenn sehr feine Messwerte benötigt werden, wird statt Spule und Eisenkern ein Piezo-Kristall eingesetzt. Bei einer Verformung erzeugt das Kristall starke Spannungen, die ausgelesen werden können.

 

Bei Lichtsensoren werden Einkristalle aus Silizium verwendet, die ihre elektrische Leitfähigkeit unter Lichteinstrahlung verändern. Temperatursensoren sind meistens mit einem Bimetall ausgerüstet. Je nach Änderung der Temperatur verbiegt sich der Metallstreifen, das Ausmaß der Biegung liefert dann den Messwert.

 

Funk- und Radarsensoren sind technisch wesentlich komplexer als ihre elektromagnetischen Kollegen. Ihre starke Verbreitung hat dafür gesorgt, dass diese technisch anspruchsvolleren Bauteile mittlerweile sehr preiswert zu kaufen sind.

 

So ist es möglich, dass Fahrzeuge mit Abstandssensoren ausgestattet werden können. Der Radarsensor sendet dazu tausende Male pro Sekunde ein elektromagnetisches Signal aus und misst die Zeit, welche das Echo zurück braucht. Im Gegensatz zum einfachen elektromagnetischen Aufbau ist der Radarsensor ein aktives Bauteil. Es arbeitet nach dem Aktor-Reaktor Prinzip, der Radarsensor wartet nicht auf eine Messgröße, sondern produziert sein eigenes Signal.

 

Sensoren in der Logistik

In der Logistik ist es wichtig zu wissen, wo sich eine Ware genau befindet. Hier werden verstärkt Funksensoren eingesetzt. So kommen in Lagern und zum Schutz vor Diebstahl insbesondere RFID-Chips zum Einsatz. Sie werden an einer Ware oder an ihrem Gebinde befestigt und arbeiten stromlos. 

 

RFID-Chips beantworten Signale, die von Funksensoren ausgestoßen werden. Der Chip nutzt dazu die eingestrahlte Energie vom Rufsignal, um das Antwortsignal zu generieren. Der Funksensor selbst muss dann mit einer entsprechend empfindlichen Empfangstechnik ausgestattet sein, um das Produkt oder das Gebinde orten zu können. 

 

Auf Containern, die sich gerade auf einem Schiff befinden, funktioniert das RFID-System nicht, hier wird mit leistungsstärkeren Systemen wie GPS-Sendern gearbeitet.

 

 

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