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Sensoren

 

Ein Sensor, man nennt ihn auch Messfühler, ist eine Apparatur, die an einem bestimmten Ort eine physikalische oder chemische Eigenschaft (Druck, Temperatur, Entfernung, pH-Wert) oder deren Veränderung aufnimmt und als messbare Größe ausgibt. Ein einfaches Beispiel ist ein Quecksilber- oder Alkoholthermometer das die Temperatur durch die Ausdehnung der Flüssigkeit in einer extrem dünnen Röhre anzeigt. An dieser Kapillarröhre ist eine Skala angebracht, an der man die Temperatur ablesen, also messen kann.
Gebräuchlicher ist das Wort Sensor allerdings für Messfühler, die ein elektrisches Signal ausgeben. Beispielsweise erzeugen Thermoelemente aus einer Temperaturdifferenz eine elektrische Spannung. Smartphones haben häufig Messfühler für Neigung oder Beschleunigung um die Anzeige ins Hoch- oder Querformat zu drehen, je nachdem, wie das Gerät gehalten wird.

Wer schon einmal in den Bergen nach dem Bürgermeister von Wesel gerufen hat oder zu Silvester auf dem Alexanderplatz in Berlin war, weiß, dass auch der Schall eine deutlich merkbare Zeit braucht, um eine Strecke von über hundert Metern zurückzulegen. Fledermäuse, Delfine und andere Tiere nutzen diese Laufzeit des Echos um die Entfernung von Hindernissen zu bestimmen. Die Entfernung eines Gewitters in Kilometern kann man abschätzen, indem man die Sekunden zwischen Blitz und Donner zählt, diese Zahl durch 3 teilt.
Nach demselben Prinzip arbeiten Ultraschallsensoren, nur dass sie sehr viel kürzere Zeitunterschiede und damit kürzere Abstände erfassen. Ein Ultraschallsensor besteht aus einem Lautsprecher und einem Mikrofon. Der Lautsprecher gibt Ultraschall aus, das heißt Töne, die so hoch sind, dass ein Mensch sie nicht mehr hören kann. Mit dem Mikrofon wird das Echo dieser Töne aufgefangen, das von Gegenständen in der Umgebung zurückgeworfen wird.
Auf ähnliche Weise arbeitet ein Infrarotsensor, nur dass dieser Licht aus dem Bereich des Infrarot (Wärmestrahlung) benutzt. Mit solchen Entfernungssensoren kann ein Roboter Hindernisse erkennen und umgehen. Neben den Entfernungssensoren, mit denen Abstände gemessen werden können, gibt es auch Näherungsschalter, die nur ein Ja/Nein-Signal geben, ob sich etwas innerhalb einer eingestellten Zone befindet. Solche Näherungsschalter werden zum Beispiel beim Auto als Einparkhilfe eingesetzt und können auch beim Roboterbau entsprechend verwendet werden.

Beschleunigungssensoren messen Kräfte die auf eine Testmasse wirken, indem sie den Druck auf eine Sensorfläche bestimmen. Das funktioniert im Prinzip genauso wie ein elektrisch gezündetes Feuerzeug. In bestimmten Materialien bewirkt eine Druckerhöhung eine elektrische Spannung. Diese kann gemessen werden oder, wie im Feuerzeug, einen Funken erzeugen.
Für Beschleunigungssensoren gibt es viele Einsatzmöglichkeiten. Man kann zum Beispiel Lageänderungen feststellen, wie beim Handy-Display, aber auch die Erschütterung, wie beim Anstoßen an ein Hindernis.

Mit sehr empfindlichen Magnetfeldsensoren ist es möglich einen elektronischen Kompass zu bauen und es gibt Kompasssensoren als fertige Bauteile, mit denen man die Ausrichtung eines Roboters bestimmen kann.

 

 

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