Sensoren: Wie sie funktionieren und wo sie eingesetzt werden

Sensoren sind viel mehr als nur ein technisches Bauteil. Sensoren sorgen für eine erweiterte Wahrnehmung. Schließlich steht der Begriff Sensorik ja auch für die Wahrnehmung.

Sensoren können das messen, was beim Homo Sapiens die Augen, die Nase, die Ohren oder die Haut erkennen. Der Mensch nimmt Gerüche oder Geräusche auf und er besitzt darüber hinaus auch die Sensorik für Stimmungen. Und manchmal auch den siebten Sinn, wie man so schön sagt.

Auch Maschinen und Geräte können dazu befähigt werden, zu hören, zu riechen oder gar vorauszuahnen. Unternehmen verwenden seit langer Zeit verschiedenste Sensoren dazu, aber erst seit dem Vormarsch des Internet der Dinge bewegt sich die Entwicklung der Sensoren auf einem viel höheren Level als vor ein paar Jahren noch.

IoT-Plattformen bieten dank der Daten, die sie durch die Sensoren erhalten, die Möglichkeit, Geräte intelligent und autonom arbeiten zu lassen. Das macht die Sensorik zum wichtigen Bestandteil der digitalen Transformation, die in all unseren Lebensbereichen zu spüren ist.

Sensoren machen unser Zuhause smart

Wie bereits erwähnt, erfolgt die Wahrnehmung von Maschinen über den Einsatz von der technologischen Sensorik. Moderne Geräte, die über IoT-Technik verfügen, sind daher mit Sensoren ausgestattet, die einen bestimmten Zweck haben. Nämlich zu messen, zu hören, zu riechen oder zu fühlen. Sie erweitern damit im Grunde unsere eigenen Sinne.

Im Smart Home etwa werden Informationen zu Temperatur oder Sonneneinstrahlung gesammelt, über elektronische Geräte oder Stromnetze ausgetauscht und schließlich dazu genutzt, um Entscheidungen zu treffen. Diese führen dann zur Drosselung der Heiztemperatur oder zum Ausfahren der Markise.

Damit wären wir beim Thema Energieeffizienz. Ein Thema, bei dem auch für Anlagen im großen Stil gerne die Sensorik genutzt wird. So nutzt etwa die Nordex-Gruppe als Hersteller von Windenergie-Anlagen Sensoren, um die 6800 bestehenden Windenergieanlagen zu überwachen.

Dank der modernen IoT-Lösungen können Sensordaten in Echtzeit weitergeleitet werden, um die Betriebseffizienz zu erhöhen.

Sensoren sorgen für optimierte Prozesse in der Smart Factory

In der Smart Factory nehmen Sensoren kleinste Veränderungen wahr, um so für die Anpassung der Produktionsparameter zu sorgen und für ein optimales Ergebnis zu sorgen. Während des Herstellungsprozesses benötigen Maschinen oder Produkte des Fertigungsprozesses oft eine bestimmte Umgebungs- oder Gerätetemperatur. Damit diese bestmöglich bleibt, werden oft verschiedene Arten von Sensoren eingesetzt.

Ein paar Beispiele:  

• Bei Thermoelementen ist das Prinzip wie folgt: Wie bei einem Spannungsgerät steigt die Spannung des Thermoelements mit steigender Temperatur immer weiter an.
• Bei  Widerstandstemperaturdetektoren verhält sich wiederum der Widerstand des Gerätes entsprechend und steigt proportional zur Temperatur an.
• Infrarotsensoren wiederum erfassen die Temperatur, indem sie die Infrarotenergie des Objekts oder der zu messenden Substanz erfassen.

Sensoren für autonomes Fahren in der Smart City

Und auch im Connected Car läuft nichts mehr ohne ein ausgeklügeltes Sensorik System. Volvo etwa setzt für die Entwicklung autonomer Fahrzeuge auf Systeme mit speziellen Sensoren, die von der Firma Luminar aus dem Silicon Valley entwickelt wurden. Diese arbeiten mit Laserimpulsen. Direkt über der Windschutzscheibe ins Dach eingearbeitet sorgen sie für eine dreidimensionale Vermessung der Umgebung, um permanent Karten in Echtzeit zu erstellen.

Bereits vorhanden sind in vielen neueren Autos natürlich die Sensoren, die den Abstand messen oder Hindernisse erfassen. Gerade beim Rückwärtsparken ein Segen für den Fahrer. Solche Näherungssensoren messen den Abstand zum Hindernis (kann auch ein Mensch sein), ohne direkten Kontakt haben zu müssen. Praktisch sind solche Sensoren übrigens auch für das Erfassen von freien Parkplätzen in Einkaufszentren oder am Flughafen.  Und auch hier gibt es unterschiedliche Arten, die je nach Anwendung ihre Dienste leisten:

• Induktive Sensoren können metallische Objekte mithilfe eines elektromagnetischen Feldes erfassen. Ähnliches Prinzip wie beim Induktionsherd.
• Kapazitive Näherungssensoren wiederum können neben den metallischen auch nichtmetallische Ziele erkennen.
• Der Photoelektrische Sensor basiert auf der Nutzung eines Lichtstrahls, um das Vorhandensein oder das Fehlen eines Objekts zu messen.

Die Augen und Ohren unserer Dinge

Sensoren sind also so was wie die Sinnesorgane der Maschine. Oft können sie viel schneller arbeiten als unsere eigenen Augen, Ohren oder Nasen. Und das tun sie nicht erst seit gestern. Auch wenn das Spektrum seit dem Internet of Things erweitert wurde, gab es Sensoren schon viele Jahre bevor an eine digitale Transformation zu denken war.

Lichtschranken etwa. Sie sind nicht erst seit der Industrie 4.0 im Einsatz. Ebenso integriert in unseren Alltag sind Rauchmelder oder Gassensoren wie der Kohlenmonoxid-Detektor, der Sauerstoffsensor oder der Gasmelder. Diese dienen schließlich schon seit einiger Zeit dazu, das Leben von Menschen in der smarten Fabrik, in öffentlichen Einrichtungen oder zu Hause zu schützen.

Die smarte Fernbedienung kann mehr 

Sprechen wir über das Tuning von Sensoren, das dank des Siegeszugs moderner IoT-Lösungen stattgefunden hat, können wir auch den guten alten Infrarotsensor erwähnen. Dieser erfasst seine Umgebung, indem er Infrarotstrahlung erfasst, also im Grunde Wärme. Häufig eingesetzt wird dieser Sensor etwa in Wärmebildkameras, dementsprechend auch bei Bewegungsmeldern oder bei unserer Fernbedienung.

Aber auch hier wurde in jüngster Zeit ein ganz neues Niveau erreicht. Sogenannte Smart-Sensoren, die ebenfalls mit Infrarot-Technik arbeiten, können die Strahlen inzwischen nicht nur wahrnehmen, sondern dank integrierter Hochgeschwindigkeits-Rechner auch auswerten. Das macht diese Sensoren zum Beispiel auch zum Helfer in smarten Autos. 

Weitere Sensoren für smarte Geräte …

…. sind zum Beispiel die sogenannten Beschleunigungssensoren. Diese tragen wir alle bei uns. Oder fast alle, wenn man der Statistik nach urteilt. Denn immerhin wurden auch in 2019 wieder 1,37 Millionen Smartphones in Deutschland verkauft, während sich die Zahl der Nutzer im Jahr 2019 auf rund 58 Millionen Menschen belief. Daher waren auch rund 58 Millionen Beschleunigungsmesser im Einsatz. Diese Art von Sensoren misst nämlich zum Beispiel die Beschleunigung des Objekts aufgrund von Trägheitskräften, um bei der Smartphone-Kamera für ein automatisches Umschalten von Hochformat auf Breitformat zu sorgen.

Auch Motion Control, Druck- oder Flüssigkeitssensoren haben in den letzten Jahren aufgerüstet und sorgen nun für die richtigen Ergebnisse bei IoT-Projekten. In vielen industriellen Anwendungen werden durch sie Frequenzen, Drehzahlen und andere Messwerte in Echtzeit übertragen, um aktuelle Prozesse anzupassen und zu verbessern. In der Automobilindustrie, in Stahlwerken, in der Fertigung, im Gesundheitswesen und in vielen weiteren Branchen.

Die Präsenz von Sensoren sorgt überall für optimierte Abläufe und größere Sicherheit.

Mehr zum Thema Sensoren könnt ihr auch in unserem Podcast Episode 12 hören:

IoT Podcast Episode 12: Sensoren

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