Vielseitige Sensorik 26. Feb 2021 Von Martin Ciupek

Miniaturisierung macht Sensoren zu Multitalenten

Barometrische Sensoren sorgen in Industrieprozessen für Präzision und in Fitnessuhren helfen sie, den Kalorienverbrauch zu ermitteln. Lidarsysteme, die autonome Fahrzeuge sicher durch Fabrikhallen führen, können gleichzeitig für interaktive Präsentationen und Spiele genutzt werden. Voraussetzung: Sie müssen klein genug sein und preiswerter als bisherige Industrieprodukte.

Miniaturisierte Drucksensoren übernehmen Aufgaben in der Industrie, in Fitnessuhren sowie in Haushaltsgeräten. In der Waschmaschine wird darüber z. B. der Wasserstand ermittelt.
Foto: Bosch

Bei sensiblen Messgeräten und Maschinen sorgen barometrische Sensoren beispielsweise dafür, dass Auswirkungen von Luftdruckschwankungen kompensiert werden. Aber auch bei Fitnesstrackern und anderen tragbaren Produkten, sogenannten Wearables, ist der barometrische Druck eine relevante Größe. Über ihn werden beispielsweise Höhenunterschiede errechnet. Damit lässt sich erfassen, wenn beispielsweise Treppen herauf oder hinab gestiegen werden. Darüber wird zusammen mit anderen Daten wie der aktuellen Herzfrequenz der jeweilige Kalorienverbrauch ermittelt.

Größe und Robustheit

Bisher waren entsprechende Sensoren jedoch zu groß dafür und nicht robust genug. Denn gerade Fitnessuhren werden Feuchtigkeit und diversen Verschmutzungen von Staub bis Schweiß und Sonnencreme ausgesetzt. Bosch Sensortec hat dafür nun einen kompakten barometrischen Drucksensor entwickelt. „In das Design des BMP384 hat Bosch seine langjährige Erfahrung mit der Entwicklung von Sensoren einfließen lassen, die selbst unter rauen Bedingungen verlässlich funktionieren“, sagt Stefan Finkbeiner, CEO von Bosch Sensortec.

Gerade einmal 2 mm x 2 mm x 1 mm misst das kleine Gerät. Damit passt der Sensor in Smartwatches und Fitnesstracker, die auch beim Schwimmen oder Joggen genutzt werden. Dort arbeitet er von einem speziellen Gel umhüllt im Gehäuse. Das schützt den Sensor vor Flüssigkeiten wie Salzwasser, Regen, Schweiß und Sonnencreme. Damit lösen die Sensorspezialisten auch ein typisches Problem bei Anwendungen, die mit Wasser oder anderen kontaminierenden Stoffen in Kontakt kommen. „Häufig kam es über die Lebensdauer des Endprodukts zu einem deutlichen Leistungsabfall“, beschreibt Finkbeiner die Auswirkungen. Das sei nun anders. Bei einer typischen Datenrate von 1 Hz verbraucht der Sensor laut Bosch Sensortec zudem gerade einmal 3,2 mA, was sich positiv auf die Akkulaufzeit tragbarer Geräte auswirkt.

Die Robustheit gegenüber Flüssigkeiten und Verschmutzung macht die Sensoren aber auch für andere Anwendungen wie Haushaltsgeräte interessant. Bei Waschmaschinen kann mit dem Sensor laut Hersteller beispielsweise der Wasserstand und somit die Wassermenge ermittelt werden. In Staubsaugern kann der Sensor aufgrund seiner Unempfindlichkeit gegenüber Staub dagegen erkennen, wenn eine Verstopfung droht.

Lidarsensorik ist auf dem Weg von der Logistik in die Multimediatechnik.
Foto: SICK AG

Von der Logistik ins Multimediasystem

Miniaturisierung soll auch einem Sensor den Weg in neue Anwendungen ebnen, der ursprünglich für autonome Fahrzeuge in der Logistik entwickelt wurde. Ende 2020 hat die Firma Sick aus Waldkirch dafür die kompakten 2-D-Lidarsensoren der Produktfamilie TiM2xx auf den Markt gebracht. Entwickelt wurden die Sensoren für Autonome mobile Roboter (AMR), die in der Logistik fahrerlos durch die Hallen navigieren und dabei beispielsweise Waren zu den Menschen transportieren. Über die Sensoren erfassen die Fahrzeuge ihre Position und vermeiden Kollisionen. Die Sensoren folgen dabei dem Trend bei den Logistikfahrzeugen, wo zunehmend kleinere und kompaktere AMR entwickelt werden. Gerade einmal 150 g bringt dabei der Sensor mit seinen Abmessungen von 75,8 mm x 79,7 mm x 60 mm auf die Waage.

Der 2-D-Lidarsensor, der seine Umgebung per Laserimpulsen scannt, ist aber auch für Büro- und Spieleanwendungen interessant. Hersteller Sick sieht aufgrund der Kompaktheit und des im Gegensatz zu sonst üblichen Lidarsystemen geringen Preises eine steigende Nachfrage bei interaktiven Spielen sowie virtuellen Naturwänden für Präsentationen. Werden beispielsweise Präsentationen auf Wände projiziert, erkennt der Sensor Gesten, über die Funktionen wie bei einem Touchscreen gesteuert werden können. Der kleine Lidarsensor scannt sein Umfeld dazu 15-mal pro Sekunde und deckt laut Hersteller eine Fläche von bis zu 200 m² ab. Selbst kleine Veränderungen im Raum werden damit erfasst und können per Ethernetkabel schnell an die Steuerung der Multimediakonsole oder des AMR übermittelt werden.

Hinweis: Wie die Sensorik bei autonomen Lösungen in der Logistik eingesetzt wird, ist auch Thema im aktuellen Fokus der VDI nachrichten, mit dem Titel „Bewegung im Lager“.

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