Technik-Redakteur Nikk führt anhand des mBot von Makeblock anschaulich in das Thema Sensoren ein.
Sensoren: Schlüssel für Sicherheit und Komfort
Autos von heute geben dem Fahrenden eine Vielzahl an Informationen: Ein Blick auf die Instrumente zeigt Außentemperatur, Geschwindigkeit, Drehzahl, Reifendruck und vieles mehr. In umfänglich ausgestatteten Autos erhöhen etwa Park- und Spurhalteassistenten zudem die Sicherheit für Insassen und weitere Verkehrsteilnehmer auf ein Maximum – vom Klassiker des Insassenschutzes, dem Airbag, ganz zu schweigen.
Eine Schlüsselkomponente für moderne Sicherheits- und Komforttechnik sind Sensoren. Diese messen eine physikalische Größe (Temperatur, Beschleunigung, Kraft etc.) und wandeln sie in ein elektrisches Signal um, sodass ein Computer damit rechnen kann.
Infrarotsensor des Makeblock mBot
Um zu erklären, wie Sensoren messen, eignet sich eine Beschäftigung mit dem mBot von Makeblock aus dem VR-DIGICATION-Portfolio. Der mBot verfügt über einen Infrarot-Sensor, der es dem handlichen Roboter erlaubt einer schwarzen Linie zu folgen. Infrarotstrahlung ist Licht, das mit einer Wellenlänge zwischen 780 nm und 1 mm beziehungsweise einer Frequenz im Bereich von 300 GHz und 400 THz unter der Wahrnehmungsschwelle des menschlichen Auges liegt.
Der Sensor sendet entweder Infrarotstrahlung aus, die dann von Oberflächen zurückgeworfen wird, oder ist lediglich ein passiver Empfänger für Infrarotstrahlung. Aus der Information, wie viel Infrarotstrahlung der Sensor (wieder) empfängt, kann nun in einem Mikrocontroller oder Computer berechnet werden, ob es sich beispielsweise um eine helle oder dunkle Oberfläche handelt.
Da auch Menschen Infrarotstrahlung aussenden, können solche Sensoren auch für Alarmanlagen oder automatische Lichtsteuerung benutzt werden.
Park- und Abstandssensor an einem Auto | Bild: charnsitr, www.canva.com
Ultraschallsensor des mBot
Ein weiteres Beispiel ist der Ultraschall-Sensor des mBot. Auch Ultraschall liegt mit Frequenzen zwischen 20 kHz und 10 GHz außerhalb des menschlichen Wahrnehmungsfeldes. Der Ultraschall-Sensor des mBot sendet einen Ultraschallton aus und empfängt den Schall wieder, der von Oberflächen und Hindernissen zurückgeworfen wird. Da die Geschwindigkeit des Schalls bekannt ist, kann anhand der Zeitdifferenz zwischen den gesendeten und empfangenen Schallwellen die Entfernung eines Objekts oder Hindernisses berechnet werden.
Diese Technik wird beispielsweise für Abstandssensoren in Autos oder in Sicherheitssystemen von Industriemaschinen genutzt – etwa um zu gewährleisten, dass kein Arbeiter versehentlich seine Hand in der Maschine hat, wenn diese startet.
Mit der Sensibilität steigt der Ressourcenbedarf
Angesichts der Bedeutung von Sensoren gerade in der Sicherheitstechnik müssen diese präzise und zuverlässig sein. Aus diesem Umstand ergeben sich auch die Qualitätsunterschiede zwischen Sensoren: Je genauer, zuverlässiger und widerstandsfähiger sie ihre Aufgaben erfüllen müssen, desto höherwertig sind sie.
Auf der anderen Seite kann man Ressourcen sparen, wenn man die Aufgabe eines Sensors klar bestimmt: Soll er beispielsweise den Abstand von einem Auto zum nächsten Hindernis messen, so muss der Sensor zwar zuverlässig sein. Es genügt aber, die Distanz in Zentimetern statt Mikrometern zu erfassen. Für die anwendungsorientierte Entwicklung von Sensoren ist dieser Aspekt wesentlich, denn mit zunehmender Sensibilität (Messempfindlichkeit und -genauigkeit) werden sie sehr schnell sehr teuer.
