Hallo, ich bin Schüler der 12. Klasse eines technischen Gymnasium und habe den Auftrag erhalten ein Referat über optische Sensoren ( dabei insbesondere optische Wegaufnehmer und Lichtschranken ) zu schreiben.
Ich habe jedoch bisher im Internet keine Quelle gefunden, die mir die Funktionsweise und den Aufbau solcher Sensoren verständlich erklären konnte.
Kennt hier eventuell jemand eine solche Seite o.ä. ?
Mfg, Stefan Reusch
Hallo Stefan!
Am 15.09.2003 schriebst du ( snipped-for-privacy@gmx.at):
Optische Sensoren sind die Spezialität von Pepperle und Fuchs.
Funktionsweise einer Lichtschranke? Hm. Bei uns war das Stoff der 7. Klasse. (Realschule, ist aber schon 25 Jahre her.) Heutige Lichtschranken werden oft mit Laserdioden oder Infrarotdioden oder normalen Leuchtdioden mit optischen Filtern (Polarfilter, Farbfilter) betrieben oder/ und mit getakteten LED betrieben. Die andere Seite besteht heute eher aus einer Fotodiode oder einem Fototransistor als einem LDR. Dahinter ist je nach Anwendung ein entsprechender Verstärker und eine Auswertelektronik. Zudem benutzt man neben Linsensystemen (zur Reichweitenvergrößerung duch Lichtbündelung) auch Lichtleitfasern (zur besseren Positionierung der optischen Messstrecke). Desweiteren unterscheidet man Gabel- und Reflexionslichtschranken, je nach ihrer Bauform. Drehzahlerfassung geschied durch hell/ dunkel Detektion oder mittels Reflektionsmarken an der Welle...
Eine besondere Abart ist dann noch die Zeilenkamera, die eher wie ein CCD Chip funktioniert und Positionierungen genauer wie 1/10 mm erlauben.
Ist doch gar nicht so schwierig... ;-)
Mit freundlichen Gruessen
Juergen Bors
Hallo Stefan,
geh' einfach in die nächste Bibliothek einer Uni oder FH. Da wimmelt es von guten Büchern. So bequem das Internet als Medium auch ist, ein gutes Lehrbuch kann es schwer ersetzen.
Thomas
Hi Stefan, da gibt es unendlich viel zu zu schreiben und vielleicht auch mit eigenen Ideen zum Abschluß des Referates um einen Ausblick auf zukünftige Sensorik zu bieten.
Sagmal, der klassische Leuchtturm in der Seefahrt dient der Navigation und wäre möglicherweise der Aufhänger für eine Einleitung, wenn man die Sache historisch angeht.
Ach und nochwas, was ist eigentlich "optisch". Etwa nur das was wir Menschen sehen, oder wie siehts mit Bienen aus, die sehen doch auch noch UV, Schlangen sehen mit ihren Zungen IR (Infrarot). Jedenfalls müßtest Du erstmal den Frequenzbereich spezifizieren, in dem die von Dir betrachtete Sensorik elektromagnetische Wellen wahrnimmt. Das entscheidet z.B. darüber, ob eine Wärmebildkamera einen optischen Sensor enthält oder nicht. Dem Begriff nach ist es auf jedenfall was optisches! Jedenfalls folgen auch benachbarte Frequenzen des für den Menschen sichtbaren Lichtes den optischen Gesetzen.
Um jetzt mal auf gängige Meßprinzipien zu kommen: Das Triangulationsprinzip sendet einen optischen Strahl um am Ziel abgebildet zu werden. Eine Optik im Wegaufnehmer bildet dieses Abbild auf einer CCD (Charge coupled Device) ab. Die Lichtquelle, das Abbild auf dem entfernten Ziel und das Abbild auf dem CCD bildet ein Dreieck (Triangle). Die Position des Abbildes auf dem CCD hängt von der Entfernung Lichtquelle- entferntes Ziel ab. Ein einfache Variante verwendet zwei Fotodioden anstatt des CCD. Wenn auf beiden die gleiche Helligkeit eintrifft, befindet sich das Ziel genau in der Mitte des Meßbereiches (0-Punkt). Dieser Punkt läßt sich sehr genau bestimmen und ist ideal um z.B. etwas zu schalten. Wenn man das Helligkeitsverhältnis auswertet, können auch verschiedene Entfernungen mit mäßiger Genauigkeit bestimmt werden, weils' an der Licht- Ausgangsspannungs- Proportionalität hapert.
Ein anderes Prinzip sendet Licht aus und fokussiert es, bis es auf dem Ziel randscharf abgebildet ist (größter Kontrast an den Abbildungsgrenzen). An der Fokussiermechanik (wie am Fotoapparat- Objektiv) kann die Entfernung abgelesen werden.
Das Laufzeitprinzip. Radare funktionieren nach dem selben Prinzip. Man sendet einen Lichtimpuls aus und mißt die verstrichene Zeit (Lichtgeschwindigkeit ca. 1x10^9 m/s), bis die Impulsreflektion wieder am Wegaufnehmer eintrifft. Man kann auch moduliertes Licht verwenden (z.B. Amplitudenmodulation). Vom reflektierten Lichtstrahl wertet man dann die Phasenlage gegenüber dem gesendeten Strahl aus. Hier tritt allerdings eine Doppeldeutigkeit auf, da man nicht weiß, wieviele Perioden der Welle schon verstrichen sind.
Sehr interessant sind Inkremantaldrehgeber, die mit Lichtschranke oder Magnetismus funktionieren. Zwei Lichtschranken sind so neben einer drehbaren Schlitz Scheibe angeordnet, daß sie immer um 90° versetzte Impulse abgeben, wenn die Scheibe gedreht wird. So kann man sogar auf die Drehrichtung geschlossen werden.
Füllstandssensoren für Flüssigkeiten nutzen aus, daß Wasseroberflächen zur Totalreflektion führen, wenn der Anstrahlwinkel klein ist.
Feuermelder und auch Nebelsensoren, oder Staubsensoren nutzen die Lufttrübung. Dazu werden meist zwei Sensoren verwendet. Einer in einem sauberen Gefäß eingebaut und der zweite unter Meßbedingungen. Die Ausgangsdifferenz zwischen beiden Sensoren wird fürs' Meßergebnis herangezogen (Wheatstonesche Brücke). Das hat den Vorteil, das Einflüsse der Betriebsparameter, wie Spannungs- und Temperaturschwankungen unterdrückt werden.
Brauchst Du noch mehr Input? ...Aber selber denken soll ja auch gut sein :))
Tschüß, Rainer
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