Induktive Sensorik für Position und Bewegung neu definiert

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Unter widrigen Umgebungsbedingungen, die die Funktion eines normalen mechanischen Kontakts durch Schmutz oder Korrosion beeinträchtigen könnten, würde dieser induktive Näherungsschalter nicht negativ beeinflusst. Auch das Öffnen von Gerätegestellen oder Chassis ließe sich mit einem solchen Schalter erkennen, indem der Sensor in die Nähe der Zugangsklappe anordnet wird. Dies kann rein zur Überwachung dienen oder beispielsweise die Abschaltung einer Starkstromanlage veranlassen, von der eine Gefahr ausgeht.

Abgesehen vom Einsatz als Näherungssensor gibt es zahlreiche weitere Anwendungen für die hier vorgestellte induktive Technik. Etwa in der Verwendung als Drehgeber beispielsweise in Antiblockiersystemen, Drehknöpfen oder zur Durchflussmessung in Turbinen. Hierfür eignet sich eine abgeschrägte runde Scheibe aus leitendem Metall, die sich an der Sensorspule vorbeidreht, sodass sich immer unterschiedlich viel Metall in der Nähe des Sensors befindet.

Hierdurch lässt sich die Winkelstellung messen. Die Verwendung eines sich verjüngenden Metallstücks ermöglicht außerdem die lineare Wegmessung beispielsweise in Fokussierungssystemen für Objektive oder für die elektrische Sitzverstellung in Kraftfahrzeugen.

Die gleiche Art von Schaltung kann ferner benutzt werden, um die Induktivität von Spulen zu messen. Hat eine Spule eine veränderliche Induktivität (z.B. im Fall einer Spiralfeder), so kann sie selbst zum Sensor werden, ohne dass ein zusätzliches Target aus leitendem Material benötigt wird.

So lässt sich eine im System ohnehin schon vorhandene Feder als einfacher Wegmesser verwenden. Unter anderem ist es denkbar, mit den Federn eines Autositzes das ungefähre Gewicht des Insassen zu bestimmen und als Entscheidungskriterium für das Auslösen des Airbags bei einem Unfall zu benutzen.

Für die Nutzung einer Feder als Sensor findet sich eine Vielzahl weiterer Anwendungen. Ist die zugehörige elektrische Schaltung empfindlich genug, können selbst geringste Änderungen der Verformung der Feder registriert werden.

Nützlich kann dies unter anderem in der Altenpflege sein, um die Atemfrequenz einer schlafenden Person zu bestimmen. Entsprechend bestückte Matratzenfedern können abgesehen von der Ermittlung der der Atemfrequenz auch feststellen, ob sich ein Mensch im Bett befindet.

Steigerung des Integrationsgrads durch die LDC1000-Serie

Damit sich diese und andere Anwendungen kostengünstig realisieren lassen, muss der Systemintegrationsgrad erhöht werden.

Texas Instruments hat dazu die vollständig integrierten Inductance-to-Digital-Wandlerserie LDC1000 entwickelt. Diese zeichnen sich durch eine außerordentlich hohe Genauigkeit aus und können neben den erwähnten Aufgaben für viele weitere Applikationen genutzt werden.

Durch die Integration des Schwingkreisoszillators, der Detektor-Regelschaltung sowie der Zähler, Register und Interface-Subsysteme in ein gemeinsames Gehäuse können Ingenieure induktive Sensoren jetzt auch in Anwendungen nutzen, für die sie bisher zu teuer waren.

Die Integration kann sogar völlig neue Anwendungen erschließen, die jetzt wegen der niedrigeren Kosten und der kleineren Abmessungen möglich werden (die TI-Lösung misst lediglich 4 mm x 5 mm). Beispiele für Anwendungsmöglichkeiten hochintegrierter Lösungen sind unter anderem Game-Controller (Tasten und Joysticks), Durchflussmesser, Drucker und Musikinstrumente.

Hinzu kommen zahlreiche Verwendungsmöglichkeiten im Automotive-Bereich wie etwa die Sicherheitsgurt-Erkennung, Positionsgeber für Gas- und Bremspedal, Türsensoren, Sitzverstellsysteme und vieles mehr.

* Rick Zarr ist Technischer Redakteur bei Texas Instruments in Dallas/Texas.

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