Sensorik und Aktorik Optische Sensoren Wie funktioniert das

Sensorik und Aktorik Optische Sensoren

Wie funktioniert das? Grundprinzip optische Sensoren

Es werde Licht… § LED § LASER (500 -630 nm) § IRED (bis 1µm)

Der Empfang muss stimmen § Fotodiode § Fototransistor § Fotowiderstand

Innerer Photoeffekt § Valenzband voll besetzt § Bestrahlung mit Licht § Elektron wechselt in Leitungsband § Lücken erlauben Stromfluss

Fotodiode § Arbeiten mit Sperrstrom § Strom ist fast linear zu Beleuchtungsstärke § Sehr kurze Reaktionszeit § Lichtschranken

Fototransistor § Arbeiten wie normaler Transistor § Basis wird belichtet § Langsamer als Fotodiode § Auch in Lichtschranken eingesetzt

Fotowiderstand § Widerstand sinkt mit steigender Beleuchtungsstärke § Im Vergleich am langsamsten § Einsatz in Kameras als Belichtungsmesser

Was Praktisches Die Lichtschranke

Lichtschranken Einweg-Lichtschranken § Sender und Empfänger § Reichweiten: LED bis zu 60 m LASER bis zu 80 m

Lichtschranken

Lichtschranken Reflexionslichtschranken § Sender und Empfänger in einem Gehäuse § Reflektoren müssen installiert werden

Reflexionslichtschranken

Positionsempfindliche Detektoren - UV Detektoren - IR Detektoren - Laseroptische Triangulation - CCD Farbsensoren - Firmen und Datenblätter Eindimensionale Silizium-PSDs (position sensitive detector) Ein eindimensionaler PSD erlaubt die kontinuierliche Positionsbestimmung eines Lichtfleckes entlang einer Achse. Er verfügt über 3 Kontakte. Zweidimensionale Silizium-PSDs Ein zweidimensionaler PSD erlaubt die kontinuierliche Positionsbestimmung eines Lichtfleckes entlang zweier Achse. Er verfügt über 4 Kontakte. Mai 2007 / Sensorik und Aktorik Bruch, Strumpler Blatt 1. 14

Positionsempfindliche Detektoren - UV Detektoren - IR - Detektoren - Laseroptische Triangulation - CCD Farbsensoren - Firmen und Datenblätter SPC-PSD PSDs mit Signalverarbeitungsschaltung Positionsempfindliche Phototransistoren haben eine um Faktoren höhere Lichtempfindlichkeit gegenüber konventionellen PSDs Mai 2007 / Sensorik und Aktorik Bruch, Strumpler Blatt 1. 15

Positionsempfindliche Detektoren - UV Detektoren - IR - Detektoren - Laseroptische Triangulation - CCD Farbsensoren - Firmen und Datenblätter Mai 2007 / Sensorik und Aktorik Eindimensionale Si-Arrays Bruch, Strumpler Blatt 1. 16

UV- Detektoren -Positionsempfindliche Detektoren - UV – Detektoren - IR - Detektoren - Laseroptische Triangulation - CCD Farbsensoren - Firmen und Datenblätter Si. C-Detektoren (200 - 400 nm) Die spektrale Empfindlichkeit ist nur im Bereich von 200 - 400 nm, daher ist keine Blockung langwelliger Strahlungsanteile erforderlich. Quadrantendioden (UV) Die Vier-Quadranten-Diode JQC 4 besteht aus Silizium-Carbid (Si. C) und deckt einen Spektralbereich von 210 bis 380 nm ab. Mai 2007 / Sensorik und Aktorik Bruch, Strumpler Blatt 1. 17

UV - Detektoren -Positionsempfindliche Detektoren - UV – Detektoren - IR - Detektoren - Laseroptische Triangulation - CCD Farbsensoren - Firmen und Datenblätter Mai 2007 / Sensorik und Aktorik Photodetektoren aus Silizium und Germanium Neben dem umfangreichen Spektrum an Energie- und Leistungsdetektoren von Gentec-eo gibt es nun neu auch kalibrierte Photodetektoren aus Silizium und Germanium zur Messung geringster Leistungen bis in den Piko -Watt Bereich hinunter. Bruch, Strumpler Blatt 1. 18

IR- Detektoren -Positionsempfindliche Detektoren - UV - Detektoren - IR Detektoren - Laseroptische Triangulation -CCD Farbsensoren - Firmen und Datenblätter In. As 1 - 4 µm (Indium Arsenid) J 12 -Detektoren sind hochwertige In. As-Fotodioden für den Wellenlängenbereich von 1 – 4 µm. Vorteile von In. As: Im Gegensatz zu den in diesem Wellenlängenbereich oft verwendeten photoleitenden Detektormaterialien Pb. S, Pb. Se und Hg. Cd. Te ist In. As photovoltaisch und benötigt keine Betriebsspannung. Dies ist bei DC- und niederfrequenten Anwendungen von Vorteil. Mai 2007 / Sensorik und Aktorik Bruch, Strumpler Blatt 1. 19

IR - Detektoren -Positionsempfindliche Detektoren - UV - Detektoren - IR Detektoren - Laseroptische Triangulation - CCD Farbsensoren - Firmen und Datenblätter Mai 2007 / Sensorik und Aktorik Hg. Cd. Te (photoleitend) 2 - 26 µm Hg. Cd. Te ist eine ternäre Halbleiterverbindung. Je nach Zusammensetzung kann die cut-off Wellenlänge verschoben werden. Der eigentliche Detektor besteht aus einer dünnen Schicht (ca. 10 bis 20 µm) Hg. Cd. Te mit metallisierten Kontaktflächen, welche die aktive Fläche begrenzen. Bruch, Strumpler Blatt 1. 20

IR - Detektoren - Positionsempfindliche Detektoren - UV - Detektoren - IR Detektoren - Laseroptische Triangulation - CCD Farbsensoren - Firmen und Datenblätter Mai 2007 / Sensorik und Aktorik Bruch, Strumpler Blatt 1. 21

Detektoren - Positionsempfindliche Detektoren - UV - Detektoren - IR Detektoren - Laseroptische Triangulation - CCD Farbsensoren - Firmen und Datenblätter Weitere Detektoren - NIR-Detektoren 800 nm-2, 5µm - Avalanche Photodioden - Photonenzählwerke -Pyrodetektoren 0, 2µm-100µm -Thermopiles 0, 2µm-25µm - Detektor-Arrays Mai 2007 / Sensorik und Aktorik Bruch, Strumpler Blatt 1. 22

Laseroptische Triangulation - Positionsempfindliche Detektoren - UV - Detektoren - IR Detektoren - Laseroptische Triangulation - CCD Farbsensoren - Firmen und Datenblätter Mai 2007 / Sensorik und Aktorik Bruch, Strumpler Blatt 1. 23

Laseroptische Triangulation - Positionsempfindliche Detektoren - UV - Detektoren - IR - Detektoren - Laseroptische Triangulation - CCD Farbsensoren - Firmen und Datenblätter Mai 2007 / Sensorik und Aktorik Berührungslose laseroptische Triangulationssensoren und Positionssensoren Ein Lasersensor nutzt das Prinzip der optischen Triangulation zur berührungslosen Positionsmessung. Bruch, Strumpler Blatt 1. 24

Laseroptische Triangulation - Positionsempfindliche Detektoren - UV - Detektoren - IR Detektoren - Laseroptische Triangulation - CCD Farbsensoren - Firmen und Datenblätter Anwendungsgebiete Messung der Sprühhautdicke Koplanarität von IC-Pins 3 D-Prüfung und Oberflächenbewertung von Dachsteinen Mai 2007 / Sensorik und Aktorik Bruch, Strumpler Blatt 1. 25

Laseroptische Triangulation - Positionsempfindliche Detektoren - UV - Detektoren - IR Detektoren - Laseroptische Triangulation - CCD Farbsensoren - Firmen und Datenblätter Mai 2007 / Sensorik und Aktorik Bruch, Strumpler Blatt 1. 26

Laseroptische Triangulation - Positionsempfindliche Detektoren - UV - Detektoren - IR Detektoren - Laseroptische Triangulation - CCD Farbsensoren - Firmen und Datenblätter Mai 2007 / Sensorik und Aktorik Die Vorteile der Laseroptischen Triangulation! - Berührungslos und verschleißfrei - Großer Abstand zum Messobjekt - Kleiner Lichtfleck für kleinste Teile - Präzise Messergebnisse bei hoher Dynamik - Nahezu Oberflächen-unabhängig Bruch, Strumpler Blatt 1. 27

Sensoren - Positionsempfindliche Detektoren - UV –Detektoren - IR - Detektoren - Laseroptische Triangulation -CCD Farbsensoren - Firmen und Datenblätter Aktive Sensoren sind dadurch gekennzeichnet, dass sie aus einem Licht emittierenden Transmitter und einem Receiver bestehen, der das vom Beobachtungsobjekt reflektierte Licht empfängt und in elektrisches Signal wandelt. Damit sind aktive Systeme unabhängig von äußeren Beleuchtungsquellen Passive Sensoren Im Gegensatz zu den aktiven Sensoren bestehen passive Sensoren nur aus einer Empfangseinheit, die einfallende elektromagnetische Strahlung in elektrische Ladungsträger konvertiert. Mai 2007 / Sensorik und Aktorik Bruch, Strumpler Blatt 1. 28

CCD Farbsensoren - Aufbau - Positionsempfindliche Detektoren - UV - Detektoren - IR Detektoren - Laseroptische Triangulation - CCD Farbsensoren - Firmen und Datenblätter Mai 2007 / Sensorik und Aktorik Bruch, Strumpler Blatt 1. 29

LIDAR Systeme - Positionsempfindliche Detektoren - UV - Detektoren - IR Detektoren - Laseroptische Triangulation - CCD Farbsensoren - Firmen und Datenblätter Anwendungsgebiete Zur Atmosphärenmessung Überwachung von Emissionsmengen Mit Lidarsystemen, die mehrere Wellen. Längen aussenden, kann daher die genaue Größenverteilung der atmosphärischen Partikel bestimmt werden. Digitalkamera Mai 2007 / Sensorik und Aktorik Bruch, Strumpler Blatt 1. 30

Firmen und Datenblätter - Positionsempfindliche Detektoren - UV - Detektoren - IR Detektoren - Laseroptische Triangulation - CCD Farbsensoren - Firmen und Datenblätter zu den Produkten Fa. Sick / www. sick. de Fa. Omron / www. omron. de Fa. Schönbuch / www. schoenbuch-sensor. net Fa. Ioss / www. ioss. de Fa. Dietz / www. dietz-sensortechnik. de Quellen Optische Sensoren für Fahrzeuge - Dr. -Ing. Anko Börner, Deutsches Zentrum für Luftund Raumfahrt e. V. , Berlin; pdf. - www. wikipedia. de - www. lasercomponets. com - www. silicann. com Mai 2007 / Sensorik und Aktorik Bruch, Strumpler Blatt 1. 31

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Mai 2007 / Sensorik und Aktorik Bruch, Strumpler Blatt 1. 32