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Sensor
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Ein Sensor (v. lat. sentire, fühlen, empfinden), (Messgrößen-)Aufnehmer oder (Mess-)Fühler ist ein technisches Bauteil, das bestimmte physikalische oder chemische Eigenschaften (z. B.: Wärmestrahlung, Temperatur, Feuchtigkeit, Druck, Schall, Helligkeit oder Beschleunigung) und/oder die stoffliche Beschaffenheit seiner Umgebung qualitativ oder als Messgröße quantitativ erfassen kann. Diese Größen werden mittels physikalischer oder chemischer Effekte erfasst und in weiterverarbeitbare Größen (meist elektrische Signale) umgewandelt. Geräte, die eine Energieform (z. B. Strahlung) in eine andere (z. B. elektrische Spannung) umwandeln, heißen Wandler (engl. transducer).
Die Abgrenzung zum Messgerät besteht darin, dass der Sensor misst und das Messgerät die Eingangswerte verarbeitet und ausgibt.
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Einteilung
Sensoren können nach Baugröße und Fertigungstechnik sowie nach Einsatz- und Verwendungszweck eingeteilt werden.
So unterscheidet man Sensoren entsprechend ihrer Wirkungsweise beim Umformen der Größen in passive und aktive Sensoren.
Passive und aktive Sensoren
Passive Sensoren bestehen nur aus passiven Elementen (Spule, Widerstand, Kondensator). Hier wird eine Änderung der elektrischen Eigenschaften, wie z. B. Widerstand, Kapazität usw. bewirkt. Passive Sensoren benötigen zur Signalerzeugung eine Hilfsstromquelle, also eine externe Spannungsversorgung.
Aktive Sensoren wandeln mechanische Energie, thermische Energie, Lichtenergie oder chemische Energie in elektrische Energie um. Man kann sie daher als Spannungserzeuger sehen. Der Vorgang beruht auf einem Umwandlungseffekt, wie z.. B. dem Thermoeffekt, dem Fotoeffekt oder dem Piezoeffekt.
Nach Verwendungszweck
Sensoren, die Strahlung (z. B. Licht, Röntgenstrahlung oder Teilchen) nachweisen, bezeichnet man als Strahlungs- bzw. Teilchendetektoren. Auch ein normales Mikrofon ist ein Sensor für den Schallwechseldruck.
Des Weiteren unterscheiden sich Sensoren in verschiedenen Auflösungsarten:
- Temporale Auflösung: Zeit zwischen zwei Aufnahmen.
- Spektrale Auflösung: Bandbreite der Spektralkanäle, Anzahl der verschiedenen Bänder.
- Radiometrische Auflösung: Kleinste Differenz der Strahlungsmenge, die der Sensor unterscheiden kann.
- Geometrische Auflösung: Räumliche Auflösung, d. h. Größe eines Pixels.
Anwendungsgebiete
Der Begriff Sensor wird in der Technik und in den Lebenswissenschaften (Biologie und Medizin) verwendet, seit einigen Jahren verstärkt auch in den Naturwissenschaften. Beispiel für letztere sind Anwendungen von CCD-Bildsensoren und Teilchenzähler in der Astronomie, Geodäsie und Raumfahrt.
In der Technik spielen Sensoren in automatisierten Prozessen als Signalgeber eine wichtige Rolle. Die von ihnen erfassten Werte oder Zustände werden, meistens elektrisch-elektronisch verstärkt, in der zugehörigen Steuerung verarbeitet, die entsprechende weitere Schritte auslöst. In den letzten Jahren wird diese anschließende Signalverarbeitung auch zunehmend im Sensor vorgenommen. Solche Sensoren beinhalten einen Mikroprozessor oder ein Mikrosystem und besitzen sozusagen „Intelligenz“, daher werden sie auch als Smart-Sensoren (engl. smart sensors) bezeichnet.
Weiterführende Themen
Signalaufbereitung
Typische Verstärker zur Signalaufbereitung:
- Instrumentierungsverstärker
- Isolierverstärker
- Chopper-Verstärker
- Lock-In-Verstärker
Sensorübersichten
Siehe auch
Messtechnik, Messgeräte, Sensorik, Distanzsensor
Literatur
- Schiessle, Edmund: Sensortechnik und Messwertaufnahme, Würzburg, 1992
- Jörg Hoffmann: Taschenbuch der Messtechnik, Leipzig, 2002
- Schmidt, Wolf-Dieter:Sensorschaltungstechnik Würzburg, 2002
Weblinks
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