Volume 70, Issue 4 - 4

Dieser Beitrag gibt einen Überblick über Probleme ultraschallbasierter Entfernungsmesssysteme für industrielle Anwendungen. Das 1-Bit-Korrelationsverfahren vereinfacht die Behandlung der stark unterschiedlichen Empfangspegel und die Echtzeitsignalverarbeitung. Der Vergleich der A-B-Messung mit auf passiver Reflexion basierenden Verfahren führt zu der neuen Methode der aktiven Reflexion. Weiterhin wird ein Ultraschall-Wandler analysiert und sein Einfluss auf breitbandige Signale bei Verwendung korrelativer Empfänger diskutiert.

Die Erkennung von Verbrennungsaussetzern ist eine große Herausforderung im Bereich der Kraftfahrzeugdiagnose. Der vorliegende Artikel beschreibt ein alternatives Verfahren zur Erkennung von Verbrennungsaussetzern mit Klopfsensoren. Es wird eine neuartige Methode vorgestellt, mit der sich verbrennungsrelevante Informationen aus dem Klopfsensorsignal extrahieren lassen und anschließend diagnostiziert werden kann, ob ein Verbrennungsaussetzer aufgetreten ist oder nicht.

Die Verfügbarkeit dämpfungsarmer, dotierter optischer Fasern leitete im vergangenen Jahrzehnt nicht nur eine neue Epoche auf dem Gebiet der Kommunikationstechnik ein, sie eröffnete auch völlig neue Sensorkonzepte und Messsysteme. Großes Potenzial wird dabei einem Fasersensor zugesprochen, der auf in dotierte Quarzglas-Lichtwellenleiter eingeschriebenen, intrinsischen Brechzahlgittern (faseroptisches Bragg-Gitter) beruht. Diese Gitter erfassen als wellenlängenselektive Sensorelemente ortsaufgelöst u. a. Temperatur und mechanische Dehnung. Es wird ein Messsystem vorgestellt, mit welchem wellenlängenmultiplexiert eine Vielzahl von Bragg-Gittern eines Faserstrangs ausgewertet werden. Die optischen Sensorsignale werden mithilfe eines Spektrometers mit Zeilen-Detektor aufgenommen. Da am Markt schnelle Zeilen-Detektoren (Photodiodenarrays, CCD-Detektoren) verfügbar sind, begrenzt u. a. die Geschwindigkeit der digitalen Signalverarbeitung die Bandbreite eines Sensorsystems. Orientiert an den Echtzeitanforderungen entstand eine parallelisierte Signalverarbeitungsplattform mit digitalen Signalprozessoren (DSPs) und einer Gesamtverarbeitungsleistung von 2,7 GFLOPs (Giga-Floating-Point Operations Per Second) bei einer Taktrate von 150 MHz pro DSP. Diese Verarbeitungsleistung ermöglicht die Ausführung von Subpixel-Approximationsalgorithmen und die Analyse komplexer, dynamischer Dehnungsschwingungen bis zu 1 kHz an 36 Messstellen.

Defekte auf glänzend lackierten Oberflächen wie z.B. Karosserieteilensind für den menschlichen Betrachter leichter wahrzunehmen — und damit störender — als auf diffus reflektierenden Oberflächen. Aus diesem Grund werden für Werkstücke, deren visuelle Erscheinung relevant für ihre Verwendung ist, besonders empfindliche Messverfahren benötigt. Deflektometrische Messverfahren ahmen die menschliche Wahrnehmung nach, indem sie das zu vermessende Objekt als Spiegel einsetzen, dessen Abbildungseigenschaften die Bestimmung der gewünschten Oberflächenfunktion erlauben. Sie erreichen eine wesentlich höhere Empfindlichkeit als Triangulationsverfahren.

Bei den gegenwärtig bekannten piezoresistiven Silizium-Drucksensoren wird der zu messende Druck durch eine festeingespannte Siliziumdruckmessplatte in eine elastische Deformation umgewandelt. Aufgrund der entstehenden mechanischen Spannungen im Material ändern sich die Widerstandswerte der in der Druckmessplatte dotierten Halbleiterwiderstände. Die durch nasschemisches Ätzen hergestellte Druckmessplatte weist einen begrenzten Überlastwert auf, sodass die bekannten Silizium-Drucksensoren mit Verformungskörper zur Messung von Drücken bis maximal 1000 bar eingesetzt werden können. Bei der neuartigen Lösung besteht das Messelement aus einem unabgedünnten Siliziumchip mit piezoresistiven Widerständen auf der Oberfläche und ganzflächiger anodisch gebondeter Verbindung der Chip-Unterseite mit einem Borosilikatglas-Substrat (z.B. Pyrex). Aufgrund der Unterschiede der Elastizitätsmodule von Silizium und Pyrex treten bei allseitiger Druckeinleitung mechanische Spannungen in der Verbindungsfläche zwischen den beiden Werkstoffen auf. Die mechanischen Spannungen im Siliziumchip führen aufgrund des piezoresistiven Effekts zu einer Änderung der in seine Oberfläche implantierten Widerstände.

Durch Verbesserung der Heizungs- und Lüftungsstrategien im privaten Lebensbereich kann sowohl Heizenergie eingespart und damit die CO 2 -Emission verringert, als auch die Raumbehaglichkeit verbessert werden. Der Beitrag behandelt ein modellgestütztes Mess- und Automatisierungssystem, mit dem die Realisierung der verbesserten Strategien unter gegebenen technischen Randbedingungen praktisch erst möglich wird.