投稿者: Shinagawamotkyni

Was ist ein Videomikroskop?

Ein Videomikroskop ist ein Mikroskop im weitesten Sinne, ein Instrument, das zur Vergrößerung eines Objekts für die Beobachtung verwendet wird. Der Begriff Videomikroskop bezieht sich jedoch im Allgemeinen auf ein mit einer Digitalkamera ausgestattetes Mikroskop und unterscheidet sich von einem Lichtmikroskop. Im Vergleich zu Lichtmikroskopen haben Videomikroskope eine größere Schärfentiefe und die Möglichkeit, Winkel und Längen zu messen, sind ihre Hauptmerkmale.

Lichtmikroskope haben zwei Linsen, eine Objektivlinse und ein Okular, während Videomikroskope nur eine Objektivlinse haben und der Teil, der der Okularlinse entspricht, eine Digitalkamera ist. Dies ist vielleicht der wichtigste Unterschied zwischen Lichtmikroskopen und Videomikroskopen. Videomikroskope projizieren das beobachtete Objekt normalerweise auf einen Monitor.

Es gibt eine breite Palette von Modellen verschiedener Hersteller mit Vergrößerungen von mehreren Tausendfachen bis zu mehreren Tausendfachen.

Anwendungen von Videomikroskopen

Videomikroskope können nicht nur zur Vergrößerung und Beobachtung von Objekten eingesetzt werden, sondern auch zur Durchführung verschiedener Auswertungen und Analysen der gewonnenen Bilddaten.

Videomikroskope wurden in verschiedenen Bereichen eingeführt, z. B. in der Automobil- und Luftfahrtindustrie, in der Industrie für elektronische Geräte, in der Medizin- und Kosmetikindustrie sowie in der Chemie- und Werkstoffindustrie, und werden in einem breiten Spektrum von Anwendungen eingesetzt, von der Forschung und Entwicklung bis zur Qualitätssicherung.

Bei der Fehleranalyse von elektronischen Bauteilen können Videomikroskope beispielsweise eingesetzt werden, um das Aussehen von IC-Chips zu prüfen, den Ausfall fehlerhafter Produkte zu analysieren, Fremdkörper zu untersuchen und die Größe und Form der gefundenen Fremdkörper zu analysieren.

Funktionsweise von Videomikroskopen

In einem Videomikroskop wird das Objekt durch eine optische Linse (Objektiv) vergrößert, und der Teil des Videomikroskops, der dem menschlichen Auge in einem Lichtmikroskop entspricht, ist eine Digitalkamera. Das von der optischen Linse vergrößerte Bild wird von einem Bildsensor erfasst und auf einen Monitor projiziert.

Die Vergrößerungsleistung eines Lichtmikroskops wird als Produkt der Vergrößerungsleistung des Objektivs und des Okulars ausgedrückt, während bei einem Videomikroskop die Größe des Monitors und des Bildsensors der Kamera die Vergrößerungsleistung beeinflussen, was sich von dem Konzept der Vergrößerungsleistung bei einem Lichtmikroskop unterscheidet.
Die Vergrößerung eines Videomikroskops wird auch als das Produkt aus der Vergrößerung des Objektivs und der Vergrößerung des Monitors ausgedrückt. Die Vergrößerung des Monitors wird berechnet, indem man die Größe des Monitors durch die Größe des Bildsensors dividiert.

Neben der Vergrößerung ist auch die Auflösung, d. h. die Fähigkeit zur Unterscheidung von Details, erforderlich, um ein Objekt genauer zu betrachten. Wenn die Auflösung nicht ausreicht, wird das beobachtete Bild unscharf und Details können nicht klar erkannt werden. Bei Videomikroskopen beeinflussen die Auflösung des Objektivs, die Auflösung der optischen Linse der Digitalkamera, die Auflösung des Bildsensors und die Auflösung des Monitors die Auflösung.

Es ist notwendig, ein Modell zu wählen, das die optimale Vergrößerung und Auflösung für das zu beobachtende Objekt und den Zweck der Beobachtung bietet. Um die Anforderungen der Benutzer an diese fortschrittlichen Auflösungsfähigkeiten zu erfüllen, wurden kürzlich 4K-Monitor-Bilder eingeführt.

Weitere Informationen über Videomikroskope

1. Einsatz von Videomikroskopen in der Zahnmedizin

Videomikroskope werden u. a. in der Zahnmedizin eingesetzt. Durch die Fokussierungsfunktion eines Videomikroskops ist es möglich, winzige betroffene Bereiche zu beobachten, die mit dem bloßen Auge nur schwer zu erkennen sind.

Insbesondere bei der Wurzelbehandlung, d. h. der vollständigen Entfernung von Karies, wird das Videomikroskop eingesetzt, um die Sicht des Behandlers zu verbessern und so viel wie möglich von dem betroffenen Bereich zu entfernen. Mit dem bloßen Auge ist die Sicht auf den betroffenen Bereich eingeschränkt, und es besteht die Gefahr, dass der Bereich aus Versehen unbehandelt bleibt.

Der Einsatz eines Videomikroskops verbessert die Qualität der Behandlung und verringert das Risiko eines erneuten Auftretens der Krankheit aufgrund von übersehenen Stellen. Es ist jedoch zu beachten, dass die zahnärztliche Behandlung mit einem Videomikroskop in der Regel nicht von der Versicherung übernommen wird und aus eigener Tasche bezahlt werden muss.

2. Kosmetische Anwendung von Videomikroskopen

Videomikroskope werden auch für kosmetische Behandlungen und Diagnosen eingesetzt, z. B. bei kosmetischen Eingriffen und bei der Kontrolle der Kopfhaut. Durch die Betrachtung der Haut unter dem Videomikroskop können die Trockenheit der Haut und die Entwicklung des Haaransatzes sichtbar gemacht und der Zustand der betroffenen Stelle bestimmt werden.

Kunden, die sich einer kosmetischen Operation unterziehen, können durch die Möglichkeit, den Zustand ihrer eigenen Haut und Kopfhaut am Bildschirm zu überprüfen, ein Gefühl des Vertrauens in die Beratung gewinnen. Es motiviert sie auch, ihren Zustand zu verbessern.

3. Beispiele für Funktionen moderner Videomikroskope

Moderne Videomikroskope werden heute häufig für die detaillierte Analyse des Inneren von elektronischen Bauteilen und Halbleiter-ICs bis zu einigen Mikrometern eingesetzt und ersetzen die Rasterelektronenmikroskope (REM), die eine Beobachtung im Vakuum erfordern. Aus diesem Grund ist es praktisch notwendig, die Vergrößerung und Auflösung im Laufe der Beobachtung um Größenordnungen zu erhöhen, von einigen Millimetern auf einige Mikrometer.

Dieser Vorgang erfordert den Wechsel der Objektivlinse auf die gleiche Weise wie bei Lichtmikroskopen, aber einige Videomikroskope der letzten Jahre haben eine automatische Rotation für den Linsenwechsel und eine automatische Fokussierung beim Linsenwechsel eingebaut, so dass dieser Vorgang fast vollautomatisch abläuft.

Was die Bildverarbeitung betrifft, so gibt es inzwischen hochfunktionale Typen, die Bilder mit hoher Vergrößerung zu einem einzigen großen Bild zusammenfügen können, indem sie sie vertikal und horizontal wie Tatami-Matten anordnen, oder das Objekt zu einem dreidimensionalen (3D) Bild verarbeiten, indem sie die Funktion der Bildfokuseinstellung nutzen.

In einigen Fällen werden diese Funktionen kombiniert, um die Verdrahtung von Halbleiter-ICs zu überprüfen und die internen Defekte elektronischer Komponenten zu analysieren.

4. Preise für Videomikroskope

Die Preise für Videomikroskope variieren je nach Anwendung und Leistung. Videomikroskope mit geringer Vergrößerung und kleinem Sichtfeld beginnen bei etwa 100 USD, während Mikroskope, die z. B. für Beauty Molding und einfache Inspektionen der Kopfhaut verwendet werden, ab 500 USD zu finden sind und solche, die für medizinische Zwecke verwendet werden, mehr als 1000 USD kosten.

Darüber hinaus erfordern Videomikroskope für die Produktinspektion in der verarbeitenden Industrie, z. B. in der Halbleiterfertigung, eine hohe Vergrößerung und eine hochauflösende Bilddarstellung im Mikrometerbereich, so dass die allgemeine Preisspanne bei über 10 000 USD liegt.

Bei chirurgischen Eingriffen und Behandlungen sind eine geringe Latenzzeit der Bildschirmanzeige und eine hohe Bildrate ebenfalls wichtig, doch sind Videomikroskope mit geringer Latenzzeit und hoher Bildrate in der Regel teurer. Darüber hinaus gibt es auch Produkte, bei denen die Vergrößerung des Bildschirms durch Austausch des Objektivs vergrößert werden kann. In diesem Fall sind auch die Bildverarbeitungsfunktionen fortschrittlicher, und der Preis steigt aufgrund der anspruchsvolleren speziellen Monitore und Steuerungssoftware weiter an.

Was ist ein Trennverstärker?

Ein Trennverstärker ist ein Verstärker, der in der Lage ist, Signale zu übertragen und gleichzeitig eine elektrische Isolierung zwischen Eingangs- und Ausgangssignalen zu gewährleisten.

Trennverstärker werden in die Eingangs- und Ausgangsschaltungen von Leiterplatten, wie z. B. Mikrocomputer-Steuerplatinen, eingebaut und können eingehende Signale von der Außenwelt gleichstrommäßig isolieren, was genaue Messungen ermöglicht. Als solche werden sie im Allgemeinen in Messinstrumenten und medizinischen Geräten eingesetzt.

Sie dienen auch der Sicherheit des Benutzers. Zu den Merkmalen gehören der Schutz gegen elektrischen Schlag, die Signalaufspaltung, Maßnahmen gegen hohe Erdpotentiale und Rauschen.

Anwendungen von Trennverstärkern

Trennverstärker beseitigen durch hohe Erdpotenziale verursachte Rückströme und schützen die Stromversorgung. Sie können auch in Umgebungen mit vielen Störquellen eingesetzt werden. Konkrete Einsatzmöglichkeiten sind.

• Schienenfahrzeuge
  Überwachung von Oberleitungsspannung und -strom, Überwachung von Antriebssystemen, Steuersignalschnittstellen zwischen Fahrzeugen, usw.
• Stromerzeugungsanlagen
  Schnittstellen zwischen Stromerzeugungs- und Steuereinheiten, Überwachung der Klemmenspannung jeder Batteriezelle und jeder in Reihe geschalteten Solarzelle, Übertragung von Steuersignalen für Stromaufbereiter usw.
• FA-bezogen
  Schnittstellen zwischen verschiedenen Sensoren und Steuergeräten, Übertragung von Steuersignalen für große Stromversorgungen, usw.
• Andere
  Medizinische Geräte, Geräte für die Halbleiterherstellung, Kommunikationsgeräte, Messgeräte usw.

Durch den Einbau an wichtigen Punkten des Stromkreises dienen sie als Sicherheitsmaßnahme, um den Benutzer im Falle eines Geräteausfalls vor einem Stromschlag zu schützen.

Funktionsweise der Trennverstärker

Ein Trennverstärker ist ein Verstärkertyp, der Schaltkreise unter vollständiger Trennung und Isolierung betreibt, sodass die Schaltkreise nicht in beide Richtungen durch Erdung oder gemeinsame Stromversorgung beeinflusst werden. Die wichtigsten Signalübertragungsmethoden sind optisch, magnetisch und kapazitiv, wobei die magnetische Methode wie folgt funktioniert.

Das Eingangssignal des Trennverstärkers gelangt zunächst in den Pufferverstärker 1 auf der Eingangsseite. Dieser Verstärker weist eine hohe Eingangsimpedanz und eine niedrige Ausgangsimpedanz auf. Ein ähnlicher Trennverstärker 2 ist auf der Ausgangsseite des Trennverstärkers vorgesehen.

Zwischen den beiden Pufferverstärkern befindet sich eine Trennschaltung, wobei die Eingangs- und die Ausgangsseite DC-mäßig vollständig voneinander isoliert sind. In der Trennschaltung befindet sich ein Signaltransformator mit Schaltelementen, die an die Primär- bzw. Sekundärspule angeschlossen sind. Eine synchrone Gleichrichtung ist möglich, indem die beiden Schaltelemente gleichzeitig ein- und ausgeschaltet werden.

Die Synchrongleichrichtung überträgt dann eine Spannung an die Sekundärseite, die der in die Primärseite eintretenden Signalspannung entspricht. Selbst wenn die Primär- und die Sekundärseite eines Signaltransformators vollständig isoliert sind, kann das Signal daher immer noch der Sekundärseite entnommen werden.

Merkmale von Trennverstärkern

Trennverstärker zeichnen sich durch folgende Merkmale aus:

• Kein Leckstrom von der Ausgangsseite zur Eingangsseite, sodass keine Gefahr eines Stromschlags besteht und die Sicherheit gewährleistet ist.
• Signalverstärkung von Hochspannungsabschnitten ist möglich, da der Verstärker auch dann arbeitet, wenn zwischen Eingang und Ausgang hohe Spannungen vorhanden sind.
• Funktioniert auch bei extrem hohem Rauschen zwischen Eingang und Ausgang und ermöglicht die Unterdrückung von Gleichtaktstörungen.
• Hohe Spannungsfestigkeit. (Viele Produkte sind mehrere tausend Volt belastbar).

Weitere Informationen zu Trennverstärker

1. Spannungsversorgung für Trennverstärker

Trennverstärker haben neben dem Signaltransformator auch einen Leistungstransformator. Auf der Primärseite des Leistungstransformators wird eine Rechteckwelle aus dem Oszillator eingespeist und die gleiche Rechteckwelle auf der Sekundärseite erzeugt.

Die Oszillatorfrequenz ist so eingestellt, dass sie dem Frequenzgang des Trennverstärkers entspricht – ein Rechteckoszillator von etwa 50 kHz bis 100 kHz. Die Spannung des Leistungstransformators treibt die Schaltelemente auf der Primär- bzw. Sekundärseite an.

Die Primär- und Sekundärseite des Leistungstransformators sind ebenfalls galvanisch getrennt. Die Stromversorgung der primären und sekundären Trennverstärker erfolgt ebenfalls über die Primär- und Sekundärseite des Leistungstransformators.

2. Optokoppler für Trennverstärker

Erfolgt die Signalübertragung des Trennverstärkers optisch, wird ein Optokoppler eingesetzt. Dieser Optokoppler ist ein optisches IC, das in Trennverstärkerschaltungen verwendet wird, wenn der Eingang und der Ausgang vollständig in einem isolierten Stromkreis miteinander schweben oder wenn Signale mit unterschiedlichen Potentialen erfasst werden.

Was ist ein Spannungsprüfer?

Spannungsprüfer sind Klemmenkomponenten, die so bearbeitet wurden, dass sie vorübergehende Verdrahtungsverbindungen ermöglichen.

Sie werden verwendet, um die Funktionsweise elektronischer Bauteile bei der Schaltungsentwicklung oder die elektrischen Eigenschaften bei Fertigungsprozessen zu überprüfen. Spannungsprüfer werden üblicherweise für Messgeräte wie Oszilloskope verwendet.

Da es schwierig ist, Prüfungen mit einem Tastkopf in der Hand durchzuführen, werden die Messungen durch Anschluss des Tastkopfes an einen Spannungsprüfer durchgeführt. Viele Spannungsprüfer sind in einer Form erhältlich, die das Ansetzen des Tastkopfes erleichtert und so die durch die menschliche Haltekraft verursachten Fehler reduziert.

Sie werden manchmal auch als Prüfspitzen oder Prüfklemmen bezeichnet. In den letzten Jahren wurden auch viele RoHS-konforme Produkte verkauft.

Anwendungen von Spannungsprüfern

Spannungsprüfer werden verwendet, um die Funktion und die elektrischen Eigenschaften von Leiterplatten zu überprüfen. Die folgenden Beispiele zeigen, wo Spannungsprüfer eingesetzt werden:

• Montage auf Evaluierungsboards
• Signalentnahme aus Logikschaltungen

Sie werden häufig auf das fertige Produkt als Montagebasis für den direkten Anschluss an die Platine montiert.

Funktionsweise von  Spannungsprüfern

Spannungsprüfer sind Bauteile, die, wenn sie in einer Schaltung platziert werden, den Leitungsbereich vergrößern und die Messung erleichtern. Sie bestehen aus rostfreiem Stahl oder Messing und sind auf der Außenseite mit Gold oder Messing über Nickel beschichtet. Die Betriebstemperaturen reichen von -40 °C bis 150 °C.

Oft sind sie mit farbigen Perlen zur Farbcodierung versehen. Die Kügelchen bestehen aus Glas oder Harz.

Arten von Spannungsprüfern

Je nach Anwendung gibt es eine Vielzahl von Typen von Spannungsprüfern. Es gibt Formen, bei denen die Sonde angedrückt, in eine Schleife eingehängt oder mit einer Krokodilklemme befestigt wird.

Spannungsprüfer für Logikschaltungen, die für logische Schaltungen geeignet sind, können auf Durchgangslöchern für den Durchgang von oben und unten montiert werden. Prüfklemmen für Schalttafeln und Signalprüfungen sind ebenfalls erhältlich.

Auswahl eines Spannungsprüfers

Spannungsprüfer werden von Herstellern vertrieben, die sich auf Peripheriegeräte spezialisiert haben, die für die Überprüfung der Funktion von Leiterplatten erforderlich sind, wie z. B. MacEight. Spannungsprüfer sind für die Leiterplattenmontage oder die Aufputzmontage erhältlich und sollten je nach Anwendung ausgewählt werden.

Da es eine große Auswahl an Größen und Formen gibt, werden die Spannungsprüfer nach dem verfügbaren Platz auf der Leiterplatte und der Form der Sonde ausgewählt. Produkte, die auf der Innenseite nicht beschichtet sind, können für das Schwalllöten verwendet werden, und die Perlen können farblich gekennzeichnet werden, um zwischen verschiedenen Signalleitungen zu unterscheiden.

Weitere Informationen zu Spannungsprüfern

1. Spannungsprüfer-Reihenklemmen

Spannungsprüfer sind Produkte mit Prüfklemmen auf der Leiterplatte als Reihenklemmen. Übliche Teile wie Erdungs- und Leistungsklemmen werden durch kurze Stangen ersetzt, was Platz spart und die Kosten reduziert.

Wird ein Spannungsprüfer nicht verwendet, müssen z. B. mehrere Prüfklemmen in einer Reihe angeordnet werden. Außerdem müssen mehrere Prüfklemmen und Krokodilklemmen verwendet werden. Der Einsatz von Spannungsprüfern reduziert den Arbeitsaufwand bei Prüfungen wie Durchgangs- und Stehspannungsprüfungen.

Auch bei Pannen und Wartungsarbeiten kann durch den Einsatz von Spannungsprüfern Zeit gespart werden. Die Arbeitsstunden, die für die Herstellung von elektrischen Prüfvorrichtungen und Prüfarbeiten aufgewendet werden, können erheblich reduziert werden.

2. So werden Spannungsprüfer eingesetzt

Spannungsprüfer werden an der Stelle eingesetzt, an der die Spannung usw. mit einem Prüfgerät oder Oszilloskop kontrolliert werden soll. Man lötet den Spannungsprüfer an den Stromkreis und misst mit einer Sonde direkt darüber.

Es ist üblich, die Prüfklemme in möglichst geringer Entfernung von der Messstelle anzubringen, so dass sie nicht von anderen Stromkreisen beeinflusst wird. Legen Sie die Lage der Spannungsprüfer bereits bei der Planung der Schaltung fest. Es ist ratsam, hohe elektronische Bauteile in der Nähe der Spannungsprüfer zu vermeiden, da an ihnen Messfühler angebracht werden können.

Eine falsche Auswahl oder Platzierung von Spannungsprüfern kann negative Auswirkungen haben, wie z. B. eine erhöhte Verdrahtungskapazität oder eine Beeinflussung der Verdrahtungsimpedanz durch eine größere Verdrahtungslänge oder Verdrahtungsfläche. Fehlerhafte Messungen aufgrund der so genannten Verdrahtungsimpedanzanpassung oder der Unsymmetrie der Abschirmungsleitungen, wie z. B. reflektiertes Rauschen aufgrund unnötiger Strahlungsstörungen, können auftreten.

Was ist ein Arbiträrgenerator?

Ein Arbiträrgenerater ist ein Signalgenerator, der Signale mit beliebigen Frequenzen und Wellenformen erzeugen kann.

Die Funktionsgeneratoren der vorhergehenden Generation, die so genannten FG, konnten nur Signale mit einem festen Muster ausgeben.

Im Gegensatz dazu zeichnen sich Arbiträrgeneratoren durch ihre Fähigkeit aus, beliebige Signale zu erzeugen, die vom Benutzer eingestellt werden können, selbst wenn die FG-Funktionen erhöht werden und komplexe Signalformen erforderlich sind. Die Hauptmethode zur Erzeugung von Arbiträrsignalen besteht darin, digitale Signalformen in einem Halbleiterspeicher zu speichern und sie durch DA-Wandlung auszugeben.

Anwendungen von Arbiträrgeneratoren

Arbiträrgeneratoren werden häufig bei der Entwicklung und Prüfung von elektronischen Geräten eingesetzt. Systeme und einzelne Komponenten werden wiederholt mit Arbiträrgeneratoren für Design, Test und Produktion getestet.

Sie werden z. B. in der drahtlosen Kommunikation mit Zwischenfrequenz-ZF- und Hochfrequenz-HF-Signalen sowie für Tests in Bereichen der Physik wie Quantencomputing und Spintronik eingesetzt.

Einige Arbiträrgeneratoren können Wellenformen mit hoher Geschwindigkeit erzeugen, während andere es dem Benutzer ermöglichen, nach Belieben Sequenzwellenformen, modulierte Wellen, gepulste Wellen usw. zu definieren und auszugeben.

Funktionsweise der Arbiträrgeneratoren

Die Arbiträrgeneratoren, die sich in der Vergangenheit durchgesetzt haben, werden als Funktionsgeneratoren FG bezeichnet. Das sind Arbiträrgeneratoren, die neben Sinus- und Pulswellen auch Dreieck-, Rampen- und Rauschwellen erzeugen können. Obwohl Funktionsgeneratoren auch einfache Arbiträrwellenformen erzeugen können, reichen sie nicht aus, um komplexe Wellenformen zu erzeugen.

Im Gegensatz dazu bestehen Arbiträrgeneratoren im Allgemeinen aus einem großen Signalformspeicher, einer Taktsignalquelle und einem D/A-Wandler. Dadurch kann die Abtastfrequenz in der Taktsignalquelle beliebig eingestellt werden, so dass alle auf der Wellenformskala aufgezeichneten Wellenformdaten ohne Unterbrechung ausgegeben werden können.

Insbesondere durch den Ersatz des Wellenform-ROM-Teils durch einen wiederbeschreibbaren RAM-Speicher im digitalen Direktsynthese-Oszillator DDS-Systemoszillator kann der Benutzer Wellenformen frei schreiben Das DDS-System besteht aus einem Akkumulator mit einem Addierer und einem Latch und akkumuliert den Frequenzeinstellwert N synchron mit dem Takt. Das DDS-System besteht aus einem Akkumulator mit einem Addierer und einem Zwischenspeicher, der den Frequenzvorgabewert N synchron mit dem Takt akkumuliert, um digitale Daten in Form von Sägezahnwellen zu erhalten.

Sonstige Informationen zu Arbiträrgeneratoren

1. Funktionen von Arbiträrgeneratoren

Zu den Arbiträrwellenformen gehören Sinus-, Rechteck-, Dreieck- und Sägezahnwellen sowie Wellenformen mit einem Zeitelement wie kontinuierliche, einmalige und intermittierende Wellen.

Die Frequenz ist nicht nur konstant, sondern verfügt auch über eine Funktion namens Sweep, die die Frequenz kontinuierlich verändert. Außerdem kann die Amplitude beliebig von 10 mVp-p bis 30 Vp-p erzeugt werden.

2. Anwendungen von Arbiträrgeneratoren

Der Arbiträrgenerator verfügt über mehrere BNC-Ausgangsklemmen, die unempfindlich gegen Rauschen sind und die Verluste bei der Signalübertragung minimieren.

Die Ausgangsimpedanz beträgt 50 Ω, so dass darauf geachtet werden muss, das Signal zu dämpfen, wenn die Eingangsimpedanz der anzuschließenden Schaltung niedrig ist. Jede Ausgangsklemme kann eine beliebige Wellenform ausgeben.

So kann z. B. eine konstante Frequenz von Kanal 1 und eine Frequenz von Kanal 2 abgetastet werden, und es kann eine Zwischenfrequenz erzeugt werden, indem beide Signale durch eine als Mischer bezeichnete Schaltung geleitet werden, was Tests wie die Messung der Empfangsempfindlichkeit von Kommunikationsgeräten ermöglicht.

Es kann auch als Antriebssignal für verschiedene Prüfgeräte verwendet werden, z. B. zur Änderung der Drehzahl eines Motors oder zur willkürlichen Änderung der Schwingungsfrequenz eines Schwingungsprüfers.

3. USB-anschließbare Arbiträrgeneratoren für beliebige Wellenformen

Eine zunehmende Zahl neuerer Arbiträrgeneratoren verfügt über USB-Anschlüsse. Arbiträre Wellenformen können mit einer PC-Anwendung eingestellt werden, und der Arbiträrgenerator kann über USB gesteuert werden.

Der USB wird auch als Kommunikationsanschluss für ON/OFF oder Frequenzsweep mittels eines automatischen Steuerprogramms verwendet. Es ist eine Vielzahl von Steuerungen möglich, wie z. B. das Umschalten zwischen Sinus-, Rechteck-, Sägezahn- und Burst-Wellenformen, das Ändern von Amplitude und Tastverhältnis sowie das Wobbeln der Frequenz.

Was ist ein Fallprüfgerät?

Ein Fallprüfgerät ist ein Gerät, mit dem ein Testobjekt unter wiederholter Beibehaltung einer bestimmten Höhe und anderer Bedingungen auf natürliche Weise fallen gelassen werden kann, um die Auswirkungen des Fallens des Objekts zu ermitteln.

Smartphones und mobile Geräte, die besonders tragbar und kompakt sind, müssen gegen die Auswirkungen von Stürzen in ihrer Betriebsumgebung geschützt werden. Um die Stoßfestigkeit von Geräten gegen Stürze zu verbessern, die in der Betriebsumgebung relativ häufig vorkommen, ist es sehr wichtig, hoch reproduzierbare Falltests durchzuführen.

Fallprüfgeräte werden auch verwendet, um die Stoßfestigkeit von schweren Gütern und Verpackungsmaterialien zu prüfen.

Anwendungen von Fallprüfgeräten

Fallprüfgeräte werden bei einer Vielzahl von Produktentwicklungen eingesetzt. Die Hauptanwendung liegt bei industriellen Produkten. Darüber hinaus werden Falltests unter zwei Hauptbedingungen durchgeführt: zum einen unter der Annahme des Logistikprozesses und zum anderen unter der Annahme der Nutzungsumgebung des Produkts.

1. Falltests für Logistikprozesse

Dies wird hauptsächlich bei der Entwicklung von Produkten verwendet, die an einem bestimmten Ort stationär sein sollen. Beispiele sind große Haushaltsgeräte wie Fernsehgeräte und Kühlschränke. Bei solchen Produkten ist es sehr unwahrscheinlich, dass sie im täglichen Gebrauch fallen gelassen werden.

Große Haushaltsgeräte können während des Versands und der Verteilung des Produkts und seiner Überführung in das Geschäft oder an den Aufstellungsort des Käufers versehentlich fallen gelassen werden.

2. Falltests unter Annahme der Nutzungsumgebung eines Produkts

Zu den Produkten, die je nach der Umgebung, in der sie verwendet werden, fallen gelassen werden können, gehören mobile Geräte. Kleine elektronische Geräte wie Smartphones und Digitalkameras werden herumgetragen und benutzt, sodass es nicht ungewöhnlich ist, dass sie herunterfallen. Falltester werden eingesetzt, um die Zuverlässigkeit der Haltbarkeit von Produkten zu überprüfen, die Stürzen ausgesetzt sind.

Funktionsweise der Fallprüfgeräte

Die Funktionsweise der Fallprüfgeräte lässt sich in die folgenden Haupttypen unterteilen: Haltefall-, Drehtrommel-, Dreharm- und elektromagnetische Hakenprüfgeräte.

1. Halterfall-Typ

Das Fallgerät ist einfach aufgebaut und verwendet einen pneumatischen Federzylinder, um das Objekt horizontal zu klemmen und zu fixieren. Wenn das Objekt auf natürliche Weise aus einer bestimmten Höhe fallen gelassen wird, trennt sich der Zylinder während des Falls vom Objekt, sodass das Objekt nur fallen kann. Dies ist eine effektive Methode, wenn Sie das Objekt in einem bestimmten Winkel fallen lassen wollen.

2. Drehtrommel

Bei der rotierenden Trommel wird das Objekt in der Trommel platziert und die Trommel wird mit konstanter Geschwindigkeit gedreht. Das Objekt kann wiederholt nach dem Zufallsprinzip in die Trommel fallen gelassen werden.

3. Dreharm

Der Dreharmtyp verfügt über einen Falltestmechanismus mit einem luftbetriebenen Zylinder und einer Feder. Nachdem der Tisch, auf dem das Objekt platziert ist, durch den Luftzylinder mit hoher Geschwindigkeit bewegt wurde, wird der Tisch durch die Spannung einer starken Feder gedreht und das Objekt wird auf natürliche Weise in vertikaler Richtung fallen gelassen.

4. Elektromagnetischer Haken

Der elektromagnetische Hakentyp ist eine Vorrichtung, bei der die mit elektromagnetischen Haken aufgehängte Ladung auf natürliche Weise fällt, wenn die Haken losgelassen werden.

In beiden Fällen kann die Höhe, in der die Ladung abgeworfen wird, frei eingestellt werden. Darüber hinaus kann der Fallvorgang entweder über eine Fernbedienung oder über ein Bedienfeld eingestellt werden. Einige sind außerdem mit einer Hochgeschwindigkeitskamera zur Analyse des Fallvorgangs ausgestattet.

Weitere Informationen zu Fallprüfgeräten

1. Normen für Falltests

Es gibt verschiedene Arten von Falltests, die nach der für das betreffende Produkt geltenden Norm bewertet werden müssen.

2. Anwendungen der Fallprüfung

Bei der Fallprüfung werden die Tests unter der Annahme durchgeführt, dass ein Fall tatsächlich eintritt. Handelt es sich bei dem zu prüfenden Produkt um ein mittelgroßes oder großes Haushaltsgerät, wird davon ausgegangen, dass es stationär verwendet wird, während es bei Mobiltelefonen wünschenswert ist, einen Fall aus einer Position zu prüfen, die etwa der halben Körpergröße des Benutzers entspricht.

Wenn eine stationäre Nutzung vorgesehen ist, werden Falltests aus der Höhe des Lastwagens beim Beladen der Ladung durchgeführt, um Stürze im Logistikprozess zu untersuchen. Darüber hinaus sollten die Tests nicht nur in einfacher Höhe durchgeführt werden, sondern auch unter der Annahme, dass die Beladung manuell, mit einem Gabelstapler oder – bei schweren Gütern, die nur unter besonderen Bedingungen verladen werden können – mit einem Kran oder anderen Anschlagmitteln erfolgt.

So ist es beispielsweise erforderlich, die Ladung beim Wenden fallen zu lassen. Mobiltelefone beispielsweise werden nicht nur fallen gelassen, sondern auch einem Aufpralltest unterzogen, bei dem das Objekt physikalisch beschleunigt wird.

Was ist ein Schiebepotentiometer?

Ein Schiebepotentiometer ist eine Konstruktion, bei der der Schütz durch horizontales Verschieben des Knopfes bewegt wird.

Er gehört zu den variablen Widerständen, bei denen der Widerstand durch physische Bewegung des Schützes geändert wird. Variable Widerstände gibt es auch als Drehpotentiometer und Potentiometer. Der Hauptunterschied besteht darin, dass diese das Schütz in einer Drehrichtung bewegen, während das Schiebepotentiometer sich horizontal in eine Richtung bewegt.

Schiebepotentiometer können auch baulich so umgestaltet werden, dass sie mehr Leistung aufnehmen können als Drehpotentiometer.

Anwendungen von Schiebepotentiometern

Typische Anwendungen für Schiebepotentiometer sind Audiomischer und grafische Equalizer in Beschallungsanlagen sowie Dimmer zur Einstellung der Raumbeleuchtung. Sowohl Schiebe- als auch Drehvolumina haben die gleiche Funktion wie ein variabler Widerstand, aber das Aussehen und das Gefühl des Benutzers bei der Bedienung sind sehr unterschiedlich.

Sie werden daher je nach der bei der Entwicklung des Geräts oder Produkts vorgesehenen Verwendung und Ausstattung (Design) ausgewählt. Insbesondere ist neben dem Schieberegler ein Speicher angebracht, so dass der Einstellwert visuell erfasst werden kann, was häufig für Anwendungen wie die Einstellung der Lautstärke oder der Lichtintensität verwendet wird.

Funktionsweise des Schiebepotentiometers

Wenn die Position des Schiebepotentiometers verschoben wird, ändert sich der Widerstandswert zwischen der Klemme, die mit einem Ende des Widerstandselements verbunden ist, und der Klemme, die mit dem über das Schütz angeschlossenen Leiter verbunden ist, je nach dem Abstand zwischen dem Ende des Widerstandselements und dem Schütz. Auf diese Weise kann der Widerstandswert je nach der Position des Zupfens variiert werden.

Aufbau des Schiebepotentiometers

Das Schiebepotentiometer hat ein Widerstandselement von bestimmter Länge, das vom Gehäuse abgedeckt wird und an beiden Enden des Widerstandselements Anschlussklemmen hat. Das Gehäuse hat einen Schlitz, durch den ein Rupfwerkzeug gleiten kann, und das Rupfwerkzeug mit angebrachtem Schütz ist dort platziert.

Parallel zu dem Widerstandselement befindet sich in dem Gehäuse ein Leiter, um das Widerstandselement mit Strom zu versorgen, und das Schütz ist sowohl mit dem Widerstandselement als auch mit dem Leiter in Kontakt. Der Leiter ist ebenfalls mit Klemmen ausgestattet und bildet zusammen mit den Klemmen an beiden Enden des Widerstands eine Struktur mit drei Klemmen.

Sonstige Angaben zu Schiebepotentiometern

1. Eigenschaften des Schiebepotentiometers

Das Schiebepotentiometer ändert seinen Widerstand in Abhängigkeit von der Position des Messeinsatzes, und der Grad der Widerstandsänderung in Abhängigkeit vom Abstand zeigt eine der drei ABC-Kurven. Wenn an beide Enden des Widerstandselements eine Spannung angelegt und die Position des Schützes verändert wird, entsteht eine Spannung zwischen der Klemme auf einer Seite des Widerstandselements und der Klemme, die mit dem durch das Schütz verbundenen Leiter verbunden ist.

• Im Fall der Kurve A
  Die obige Spannung variiert logarithmisch mit dem Abstand des Greifers.
• Im Falle der Kurve B
  Die obige Spannung variiert proportional zum Abstand des Greifers.
• Im Falle der Kurve C
  Die obige Spannung variiert umgekehrt und logarithmisch mit dem Abstand des Meißels.

Es ist daher wichtig, bereits in der Entwurfsphase zu entscheiden, welche Kennlinie verwendet werden soll.

2. Widerstand des Schiebepotentiometers

Bei den Schiebepotentiometern, die für kleine Signale verwendet werden, handelt es sich häufig um Kohle- oder Metallfilmwiderstände, die für Anwendungen mit hoher Leistung nicht geeignet sind. Vor allem Drehwiderstände sind für die Verwendung großer Widerstandselemente strukturell ungünstig, da die Länge des Widerstandselements durch den Durchmesser begrenzt ist.

Schiebepotentiometer hingegen sind in Bezug auf die Länge des Widerstandselements weniger eingeschränkt. Einige Produktgruppen verwenden emaillierte Widerstände für das Widerstandselement oder drahtgewickelte Widerstände mit auf Stäben gewickelten Widerstandsdrähten, die mit einer Leistung von einigen Dutzend bis zu Hunderten von Watt erhältlich sind.

Was ist ein Gyrosensor?

Ein Gyrosensor ist ein Sensor zur Erfassung der Winkelgeschwindigkeit.

Sie werden auch als Gyroskope bezeichnet. Die Winkelgeschwindigkeit bezieht sich auf die physikalische Größe der Drehung eines Objekts pro Zeiteinheit und ist ein wesentlicher Sensor in den heutigen industriellen Maschinenprodukten, wo eine fortschrittliche und präzise Steuerung erforderlich ist.

Gyrosensoren werden insbesondere in Bereichen wie der Robotik, der Flugzeug- und Karosseriesteuerung eingesetzt, wo die Rückkopplungssteuerung auch kleinste Drehungen berücksichtigen muss.

Anwendungen von Gyrosensoren

Gyrosensoren werden in einer Vielzahl von Anwendungen zur Steuerung von Smartphones, Digitalkameras, Spielgeräten, in der Raumfahrtindustrie, in der Luftfahrt, in Automobilen und bei Industrierobotern eingesetzt.

Gyrosensoren werden unter anderem für folgende Zwecke eingesetzt.

• Bildstabilisierung in Smartphones und Digitalkameras
• Steuerung des Gehens von zweibeinigen Robotern
• Messung und Steuerung von Flugzeugpositionen
• Messung von Benutzerbewegungen und -positionen in VR-Spielen

Gyrosensoren haben je nach Produkt unterschiedliche Eigenschaften, wie Wärme- und Vibrationsbeständigkeit und Größe. Daher müssen bei der Auswahl eines Gyrosensors die Genauigkeit der Steuerung des Geräts, das den Gyrosensor verwendet, sowie die Umgebung, in der er eingesetzt werden soll, berücksichtigt werden.

Funktionsweise der Gyrosensoren

Typische Messmethoden für Gyrosensoren sind die Vibrationsmessung, bei der die Corioliskraft zur Messung genutzt wird, sowie die optische Messung, bei der der Sagnac-Effekt des Lichts zur Messung genutzt wird.

1. Vibrierende Gyrosensoren

Die Corioliskraft, die in Vibrationskreiselsensoren verwendet wird, ist die Scheinkraft, die auf ein rotierendes Objekt wirkt, wenn es sich bewegt. Schwingkreisel lassen sich weiter in piezoelektrische und kapazitive Typen unterteilen.

• Piezoelektrischer Typ
  Bei dieser Methode wird der in einem rotierenden Wandler erzeugte Spannungswert als physikalische Größe gemessen, die der Corioliskraft entspricht.
• Kapazitives Verfahren
  Bei dieser Methode wird die Coriolis-Kraft anhand der Kapazitätsdifferenz zwischen der linken und der rechten Messelektrode des Aufnehmers gemessen, die durch die Coriolis-Kraft während der Drehung entsteht, sowie die Winkelgeschwindigkeit berechnet.

Die Beziehung zwischen der Corioliskraft und der Winkelgeschwindigkeit kann durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden.

ω=F/2mv (ω: Winkelgeschwindigkeit, F: Corioliskraft, m: Masse des Objekts, v: Geschwindigkeit der Bewegung)

2. Optische Gyrosensoren

Der Sagnac-Effekt, der in optischen Gyrosensoren verwendet wird, beruht auf dem Prinzip, dass sich die Länge des optischen Weges vergrößert, wenn der optische Pfad, durch den das Licht läuft, in Bewegung ist. Dieses physikalische Phänomen tritt auf, weil die Lichtgeschwindigkeit immer konstant ist. Bei optischen Gyrosensoren verlängert sich der Lichtweg, wenn sich das umlaufende Licht selbst dreht. Die Winkelgeschwindigkeit kann durch Messung der dadurch verursachten Phasendifferenz berechnet werden.

Weitere Informationen zu Gyrosensoren

1. Korrekturmethoden

Korrektur der Drift
Es gibt mehrere Faktoren, die Fehler in der Ausgabe eines Gyrosensors verursachen können. Eine der wichtigsten Eigenschaften, die es zu beachten gilt, ist die „Drift“. Unter Drift versteht man die Verschiebung des Nullpunkts, der ursprünglich als Ausgangswert vorgegeben ist, was zu einer allmählichen Verschiebung des Ausgangswertes und zu einem größeren Erfassungsfehler führt.

Zu den internen Ursachen der Drift gehören Schwankungen in der Gleichstromkomponente (niederfrequente Schwankungen) und die Auswirkungen von hochfrequentem Rauschen. Schwankungen in der Gleichstromkomponente werden als Bias-Instabilität und hochfrequentes Rauschen als Angular Random Walk bezeichnet. Die Bias-Instabilität hängt von der Stabilität der Versorgungsspannung ab und kann durch eine Überarbeitung der Stromversorgung verbessert werden.

Korrektur des Winkel-Random-Walk
Die Methode zur Korrektur des Angular Random Walk ist eine Frage des firmeneigenen Know-hows, aber eine häufig verwendete Korrekturmethode ist die Verwendung eines Kalman-Filters.

Der Kalman-Filter ist eine Methode zur Schätzung des am besten geeigneten Systemzustands auf der Grundlage früherer Informationen und aktuell erfasster Daten. Man kann es als ein Problem der Schätzung des ursprünglichen Zustands einer sich im Laufe der Zeit ändernden Variablen auf der Grundlage der in der Vergangenheit und in der Gegenwart erhaltenen Informationen umformulieren. Es ist wichtig, die gemessenen Werte und die Variablen selbst ebenfalls als rauschbehaftet zu betrachten.

2. Unterschiede zwischen Gyrosensoren und Beschleunigungsmessern

Ein Sensor mit ähnlichen Eigenschaften wie Gyrosensoren ist der Beschleunigungsmesser. Obwohl sie manchmal verwechselt werden, sind sie völlig verschieden.

Wie der Name schon sagt, sind Beschleunigungsmesser Sensoren zur Erfassung von Beschleunigungen. Er nutzt Trägheitskräfte, um Änderungen der Geschwindigkeit zu messen, mit der sich ein Objekt bewegt und gibt diese als elektrisches Signal aus. Beschleunigungssensoren werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, da aus der Beschleunigung auch Informationen wie die Art der Schwingung eines Objekts und die Größe des Aufpralls gewonnen werden können. Ihr grundsätzlicher Aufbau ähnelt dem von Gyrosensoren.

Gyrosensoren hingegen werden, wie bereits erwähnt, zur Erfassung der Winkelgeschwindigkeit eingesetzt. Sie nutzen die Corioliskraft, um die Bewegung (Rotation) und die Änderungen der Ausrichtung und Orientierung eines Objekts zu messen, die dann als elektrisches Signal ausgegeben werden können.

3. 3-, 6- und 9-Achsen-Sensoren

Sensoren mit 3-Achsen- und 6-Achsen-Unterstützung werden heutzutage üblicherweise in Trägheitskraftsensoren verwendet. Sie entsprechen jeweils der Beschleunigung (3-Achse) und der Winkelgeschwindigkeit (6-Achse) in Vorwärts-/Rückwärts-, Links-/Rechts- und Aufwärts-/Abwärtsrichtung und sind als bordeigene Sensoren unverzichtbar für ADAS und das automatische Fahren, also für Fahrerassistenzsysteme für Fahrzeuge.

So sind z. B. Kfz-Navigationssysteme mit einem Gyrosensor und einem Beschleunigungssensor ausgestattet, wobei der Gyrosensor die Richtung des Fahrzeugs und der Beschleunigungssensor die zurückgelegte Strecke erfasst, sodass der aktuelle Standort auch an Orten mit schwierigem Signalempfang, wie z. B. in Tunneln, mit hoher Genauigkeit angezeigt werden kann.

Die drei Achsen werden durch Rollen, Nicken und Gieren dargestellt. Diese Achsen können zur Darstellung der Körperhaltung verwendet werden. Insbesondere die Roll- und Nickbewegung kann als Rückkopplungskreis für die Drift selbst, die ein Fehlerfaktor ist, korrigiert werden. Eine weitere Möglichkeit der Driftkompensation ist die Verwendung eines geomagnetischen Sensors als zusätzlicher 6-Achsen-kompatibler Sensor zum aktuellen Standard, in diesem Fall als 9-Achsen-kompatibler Sensor bezeichnet.

4. Gyrosensoren mit MEMS-Unterstützung

Gyrosensoren werden verwendet, um die Bewegung von Maschinen mit Rotationsbewegung auf einem Bildschirm anzuzeigen und zu steuern, Die MEMS-Technologie wird durch den Einsatz von Dünnschicht-Mikrofabrikationstechnologie aus der Halbleiterindustrie verwendet.

Im Gegensatz zu optischen und mechanischen Gyrosensoren lassen sich MEMS-Sensoren relativ leicht miniaturisieren und integrieren. Sie werden daher aufgrund ihrer hohen Kompatibilität mit ASICs, die eine relativ anspruchsvolle Steuerung ermöglichen, in vielen Geräten, auch in mobilen Geräten wie Smartphones, eingesetzt.

Außerdem ist der für Gyrosensoren erforderliche Winkelgeschwindigkeits-Erfassungsbereich je nach Anwendung unterschiedlich. So benötigen mobile Geräte wie Smartphones einen Bereich von 300 bis 2000 dps (Grad pro Sekunde, Drehwinkel pro Sekunde), während Kfz-Geräte wie Auto-Navigationssysteme einen Bereich von 100 bis 500 dps benötigen.

Daher muss bei der Auswahl eines Sensors berücksichtigt werden, wie groß der Erfassungsbereich ist, je nachdem, wie das Gerät eingesetzt werden soll.

Was ist ein Gate-Treiber?

Ein Gate-Treiber ist eine Schaltung, die zur Ansteuerung und Kontrolle der Gate-Anschlüsse eines spannungsgesteuerten MOSFET oder IGBT dient.

Derzeit sind die gebräuchlichsten Gate-Treiber Schaltungen, die das Gate eines MOSFET ansteuern und kontrollieren, aber es gibt auch analoge Schaltungen mit Widerständen, Dioden, bipolaren und anderen Transistoren. In jüngster Zeit haben sich auch die Komponenten der peripheren Gate-Treiber-Schaltungen weiterentwickelt.

Obwohl es eine Vielzahl von Typen und Kombinationen gibt, ist es am praktischsten, sich mit Gate-Spannungssteuerungsschaltungen mit MOSFETs vertraut zu machen.

Anwendungen von Gate-Treibern

Gate-Treiber werden zur Ansteuerung von Leistungstransistoren mit einer einfachen Treiberschaltung verwendet, die nur aus MOSFETs und Gate-Widerständen besteht.

Der Vorteil von Gate-Treibern ist die geringe Anzahl von Bauteilen. Der Nachteil ist, dass die Schaltgeschwindigkeit und die Verluste stark vom Widerstandswert abhängen und es schwierig ist, einen geeigneten Widerstandswert einzustellen. Eine Schaltung, die dieses Problem der Einstellung des Widerstandswertes verbessert, wird auch in Schaltungen verwendet, bei denen das Gate eines MOSFET durch eine Diode separat ein- und ausgeschaltet wird.

Die Spannung für die Diode bleibt bestehen, kann also nicht vollständig auf Null reduziert werden, aber eine als Push-Pull bezeichnete Schaltung, bei der Pch und Nch des MOSFETs nach oben und unten geschaltet sind, löst dieses Problem. Dies ist derzeit die häufigste Anwendung von Gate-Treibern.

Funktionsweise der Gate-Treiber

Gate-Treiber bestehen aus einer Push-Pull-Schaltung von Transistoren.

Eine Push-Pull-Schaltung ist eine Schaltung, in der zwei Transistoren zum Schalten oder Verstärken im Wechselbetrieb verwendet werden. Es gibt zwei Arten von Gegentaktschaltungen: Emitter-Follower und Emitter-Grounded, wobei es sich in den meisten Fällen um letztere handelt.

Gate-Treiber bestehen aus Schaltungen, die als Vermittler zwischen dem Leistungselement, das die schwere Arbeit am Transistorstandort verrichtet, und dem Mikrocontroller fungieren, der das Gehirn ist, das die Steuerpolitik befiehlt und die Rolle des Präsidenten spielt.

Zu den Leistungselementen, die große Ströme übertragen können, gehören Leistungs-MOSFETs und IGBTs. Die Spannungen und Ströme, mit denen diese direkt angesteuert werden, reichen in den meisten Fällen nicht für die Ströme und Spannungen aus, die ein normaler Mikrocontroller ausgeben kann.

Daher ist ein Gate-Treiber zwischen den Leistungselementen und dem Mikrocontroller erforderlich, um sie zu steuern.

Weitere Informationen zu Gate-Treibern

1. Was ist ein ultraschneller Gate-Treiber?

Ultraschnelle Gate-Treiber sind Isolierte Gate-Treiber, die auf Hochgeschwindigkeitsschaltungen spezialisiert sind.

Die Kategorie der ultraschnellen Gatetreiber wird im Allgemeinen definiert als Geräte mit einer Schaltgeschwindigkeit von einigen zehn ps (Pikosekunden) oder weniger. Pico ist 10 hoch 12, d. h. die Schaltgeschwindigkeit beträgt weniger als eine Billionstel Sekunde (minus 12).

Dies ist eine Entwicklung, die durch die jüngsten technologischen Innovationen bei Halbleiterbauelementen eingetreten ist.

2. Praktische Anwendung von ultraschnellen Gate-Treibern

Zu den in der Praxis eingesetzten ultraschnellen Gate-Treibern gehören die folgenden Elemente:

Der erste ist der Transistor auf Siliziumbasis, der am häufigsten verwendete Halbleiter, den es in bipolarer und MOS-Ausführung gibt. Bipolare Transistoren sind schnell und können innerhalb von zehn Pikosekunden schalten, während MOS-Transistoren verzögert arbeiten, aber für die Integration von Schaltungen mit hoher Dichte geeignet sind.

Der zweite Typ ist der Verbindungshalbleiter-Transistor. Dazu gehören MESFETs (Schottky-Gate-Feldeffekttransistoren), HBTs (Hetero-Bipolartransistoren) und HEMTs (Feldeffekttransistoren mit hoher Mobilität). Bei den verwendeten Halbleitern handelt es sich um Galliumarsenidverbindungen. Es handelt sich um die schnellsten heute verfügbaren Halbleiter, die Schaltvorgänge von einigen Pikosekunden ermöglichen.

Die dritte Methode, die sich noch im Forschungsstadium befindet, ist der Josephson-Baustein, der den Tunneleffekt zwischen zwei Arten von Supraleitern nutzt; er hat die halbe Schaltgeschwindigkeit des zweiten Bausteins und verwendet metallische Materialien wie Niob. Für den Betrieb sind jedoch Tiefsttemperaturen erforderlich, und es sind noch einige Herausforderungen zu bewältigen, bevor es in der Praxis eingesetzt werden kann.

3. SiC Gate-Treiber

Gate-Treiber aus SiC sind Halbleiterelemente, die in den letzten Jahren in der Leistungselektronik aufgrund ihrer ausgezeichneten Spannungsfestigkeit und verbesserten Schaltgeschwindigkeit für Aufsehen gesorgt haben. Der Begriff SiC-Gate-Treiber bezieht sich auf Gate-Treiber aus Siliziumkarbid-Halbleitern (allgemein bekannt als SiC), deren Verwendung in der Industrie zum Trend geworden ist.

Insbesondere MOSFETs auf SiC-Basis haben zu einer erheblichen Verbesserung der Schaltleistung beigetragen, die in Hochleistungswechselrichtern ein Problem darstellt, und haben die Wärmeableitung verbessert, während sie eine hohe Durchbruchfeldstärke und Ladungsträgerdriftgeschwindigkeit erreichen.

Bei SiC besteht jedoch die Herausforderung darin, Spannungsunterschiede in verschiedenen SiC-Zusammensetzungskonfigurationen aufzulösen.

4. Derzeitige Hauptbauelemente in Gate-Treibern

Gegenwärtig werden von Gate-Treibern hauptsächlich spannungsgesteuerte Bauelemente wie MOSFETs und IGBTs betrieben. Obwohl Gate-Treiber keinen konstanten Stromfluss benötigen, müssen sie als Leistungsbauelemente wegen der kurzen Impulsströme, die bei Schaltvorgängen fließen, sorgfältig auf die Strom- und Spannungswerte achten.

Insbesondere bei IGBTs zeigen sich die Vorteile ihrer Eigenschaften im Vergleich zu MOSFETs bei hohen Spannungen von mehreren 10 V. Es ist daher sicherer, die Vorspannungseigenschaften der Gate-Treiber so genau wie möglich auf den Spannungsbereich und die Anwendung abzustimmen.

5. Modularisierung und zukünftige Trends

IGBTs zeichnen sich dadurch aus, dass sie dazu neigen, bei hohen Spannungen zu arbeiten und sofort zusammenzubrechen, wenn ihre maximale Leistung überschritten wird. Aus diesem Grund sind IGBT-Module, die IGBTs mit Gate-Treiber-ICs und Schutzschaltungen kombinieren, einfacher zu handhaben als IGBTs allein (diskret) und haben sich auf dem Markt durchgesetzt.

Zukünftige Trends in der Entwicklung von Gate-Treibern werden die Entwicklung von anwendungsspezifischen ICs, wie Class-D-Verstärker und Motorantriebe, sowie kompaktere, leistungsfähigere und benutzerfreundlichere Produkte umfassen. Diese Gate-Treiber werden den bereits erwähnten Gate-Treibern für SiC-Halbleiter und GaN-Bauelemente in nichts nachstehen.

Was ist ein faseroptischer Sensor?

Faseroptische Sensoren verwenden eine dünne faserige optische Faser aus Harz oder Quarzglas als Lichtwellenleiter im Inneren der Faser, die für verschiedene Erfassungsanwendungen in Produktionsstätten verwendet wird.

Faseroptische Sensoren verfügen über ein flexibles, dünnes Kabel und einen kleinen Sensorkopf, die eine Erkennung in engen Räumen und von kleinen Objekten ermöglichen. Sie eignen sich für die Erkennung in einer Vielzahl von Umgebungen, da sie unter anderem nicht durch elektromagnetische Einflüsse beeinträchtigt werden. Je nach Material der faseroptischen Beschichtung können sie auch in Umgebungen mit hohen Temperaturen oder in Gegenwart von Öl oder Chemikalien eingesetzt werden.

Anwendungen von faseroptischen Sensoren

Die Hauptanwendung von faseroptischen Sensoren ist die Objekterkennung. Sie können das Vorhandensein, den Durchgang und die Geschwindigkeit der Bewegung von Objekten im Erfassungsbereich, in den das Licht eingestrahlt wird, erkennen.

Da die Erkennung auf Lichtabschattung und -reflexion beruht, können faseroptische Sensoren das Vorhandensein oder Fehlen und die Farbe allgemeiner Feststoffe wie Holz und Harz sowie Metall erkennen, aber auch transparentes Glas usw. Sie sind in verschiedenen Produktionsstätten weit verbreitet, von der berührungslosen allgemeinen Produkterkennung bis hin zur Erkennung und Positionierung extrem kleiner Produkte in engen Räumen.

Darüber hinaus können nicht nur Feststoffe, sondern auch Flüssigkeiten erfasst sowie Dehnungen und Temperaturen detektiert werden, und auch Stromsensoren zur berührungslosen Messung des in Leitern fließenden Stroms sind in der Praxis im Einsatz.

Aufbau von faseroptischen Sensoren

Ein faseroptischer Sensor besteht aus einem lichtemittierenden Teil, der aus einer kabelartigen Fasereinheit besteht, die Licht aussendet, während sie es durchlässt, und einem Faserverstärker, der über eine Lichtquelle und optische Verstärkungsfunktionen verfügt, sowie einem lichtempfangenden Teil, der das Licht empfängt.

Die optische Faser im Zentrum der Fasereinheit besteht aus einem Kern mit hohem Brechungsindex und einem Mantel mit niedrigem Brechungsindex, der dünn, meist aus Quarzglas oder Kunststoff, geformt ist und als Lichtwellenleiter unter Ausnutzung des Phänomens der Totalreflexion des Lichts innerhalb der Faser verwendet wird.

Faserverstärker bestehen hauptsächlich aus einem optischen Verstärker und einem Detektionsschaltkreis zwischen Lichtsender und -empfänger, wobei mit seltenen Erden dotierte Fasern als wichtigstes optisches Verstärkermedium verwendet werden und die Detektion durch Verstärkung des einfallenden Lichts durch die induzierte Emission von Anregungslicht erfolgt. Je nach diesen Merkmalen sind einige Produkte mit Funktionen zur Empfindlichkeitsanpassung und zur Einstellung und Änderung der Schwellenwerte ausgestattet.

Faseroptische Sensoren lassen sich grob in Typen mit separaten Fasereinheiten und Faserverstärkern und in Typen mit eingebauten Faserverstärkern einteilen, und ihre Erkennungsmethoden umfassen Transmissions-, Reflexions-, Retroreflexions- und begrenzte Reflexionsarten.

Funktionsweise von faseroptischen Sensoren

Faseroptische Sensoren führen verschiedene Arten der Erkennung durch, die auf den Informationen (Wellenlänge, Lichtintensität) des vom lichtemittierenden Teil ausgesandten Lichts und des vom lichtempfangenden Teil empfangenen Lichts basieren.

1. Allgemeine Objekterkennung

Das grundlegendste Erkennungsprinzip besteht darin, das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Objekts zu erkennen, wenn das Licht vom lichtemittierenden Teil zum lichtempfangenden Teil unterbrochen wird. Es ist möglich, den Durchgang eines Objekts zu erkennen, indem das Licht für eine kurze Zeit blockiert wird, oder die Reflexionszeit und die Geschwindigkeit, mit der sich das Objekt bewegt, zu messen, indem auf der lichtemittierenden Seite auch ein lichtempfangendes Mittel vorgesehen wird.

Transparente Objekte wie Glas sind schwer zu erfassen, da das Licht durch sie hindurchgeht, können aber durch genaue Messung der Änderung der Lichtintensität, die durch die Änderung des Brechungsindex auf der Oberfläche (Luft ⇔ Glas) verursacht wird, erfasst werden.

2. Detektion von Flüssigkeiten

Faseroptische Sensoren werden nicht nur zur Erkennung von Feststoffen, sondern auch von Flüssigkeiten eingesetzt, indem sie die lichtbrechenden Eigenschaften der Flüssigkeit nutzen.

Rohrmontierte Typen projizieren Licht von der Wand des Rohrs. Befindet sich keine Flüssigkeit im Rohr, läuft das Licht geradeaus. Ist Flüssigkeit vorhanden, wird das Licht gebrochen und tritt auf der lichtempfangenden Seite ein. Auf diese Weise wird das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Flüssigkeit festgestellt. Dieser Typ kann transparente Flüssigkeiten erkennen, aber keine undurchsichtigen Flüssigkeiten, die kein Licht durchlassen.

Bei dem Typ zur Erkennung von Flüssigkeiten sind der Projektor und der Empfänger parallel zueinander in einem konischen Harzrohr am Ende installiert. Wenn das Licht nicht mit der Flüssigkeit in Berührung kommt, wird es durch den Konus gebrochen und kehrt zum Empfänger zurück. Wenn es mit Flüssigkeit in Berührung kommt, ändert sich der Brechungsindex und das Licht kehrt nicht zurück. Auf diese Weise wird die benetzte Flüssigkeit erkannt.

Auf diese Weise werden faseroptische Sensoren eingesetzt, um das Vorhandensein von Flüssigkeit, den Flüssigkeitsstand und Leckagen zu erkennen. Bei der Erkennung von Flüssigkeiten werden die Harzrohre häufig aus Teflon hergestellt, das für Chemikalien und Hochtemperaturwasser verwendet werden kann und für eine Vielzahl von Anwendungen geeignet ist.

3. Farberkennung

Die Farbe eines Objekts wird durch die Wellenlängenverteilung des reflektierten Lichts entsprechend dem Reflexionsgrad oder dem Brechungsindex im Verhältnis zur Wellenlänge (Farbe) des eingestrahlten Lichts bestimmt. Dies kann zur Farberkennung mit faseroptischen Sensoren genutzt werden.

4. Erfassung von Temperatur und Dehnung

Optische Fasern haben einen doppelten Aufbau mit einem Kern- und einem Mantelteil in radialer Richtung, aber durch Einstrahlung von speziellem ultraviolettem Licht im Herstellungsprozess können in regelmäßigen Abständen Bereiche mit teilweise unterschiedlichen Brechungsindizes in axialer Richtung erzeugt werden, die als Faser-Bragg-Gitter (FBG) bezeichnet werden. Das Bild einer optischen Faser ist in diesem Fall eine Reihe von Zylindern mit FBGs an beiden Enden.

FBGs reflektieren nur bestimmte Wellenlängen, je nach dem erzeugten Abstand und dem Brechungsindex, so dass sich die Wellenlänge des reflektierten Lichts und die Zeit, die das reflektierte Licht braucht, um zurückzukehren, ändern, wenn sich die optische Faser aufgrund von Temperaturänderungen ausdehnt oder zusammenzieht. Dadurch können sie als Temperatursensoren verwendet werden.

Bei der Installation in einer Struktur ändert sich die Faserlänge mit der Verformung der Struktur und kann daher auch als Dehnungssensor verwendet werden. Er wird bei Strukturen eingesetzt, die ständig äußeren Kräften ausgesetzt sind, wie z. B. bei großen Gebäuden, Tunneln und Pipelines sowie Offshore-Windkraftanlagen. Wenn ein Gewicht angeschlossen ist, ändert sich die Länge des Lichtwellenleiters entsprechend der Beschleunigungskraft, die bei der Bewegung des Gewichts einwirkt, so dass er auch als Beschleunigungssensor verwendet werden kann.

5. Stromwerterfassung

Der Faraday-Effekt wird für die Stromwerterfassung durch faseroptische Sensoren genutzt. Wenn ein Strom durch einen Leiter fließt, entsteht nach dem Rechtsgewindegesetz ein konzentrisches Magnetfeld. Der Faraday-Effekt ist ein Phänomen, bei dem sich die Polarisationsebene des Lichts, das eine optische Faser entlang dieses Magnetfeldes durchläuft, entsprechend der Stärke des Magnetfeldes dreht. Der Stromwert wird durch Messung des Drehwinkels dieser Polarisationsebene ermittelt.

Weitere Informationen über faseroptische Sensoren

Über Faserverstärker

Faseroptische Sensoren verwenden in der Regel LED-Licht, das über einen Lichtwellenleiter zur Erfassungseinheit geleitet und über eine Linse o. Ä. abgestrahlt wird. Die häufigsten Probleme bei diesen Sensoren sind die altersbedingte Verschlechterung des LED-Lichts und das Anhaften von Schmutz an der Linse. Unter diesen Bedingungen nimmt die Lichtintensität des eingestrahlten Lichts ab, was zu einer falschen Erkennung und zu Problemen mit dem Gerät führt, weshalb Faserverstärker eingesetzt werden.

Die Funktion des Faserverstärkers besteht darin, eine Abnahme der Lichtintensität automatisch zu erkennen und zu kompensieren, indem er Veränderungen im LED-Licht im Laufe der Zeit erkennt und die Leistung entsprechend erhöht, um die Lichtintensität konstant zu halten. Außerdem wird die Objekterkennung anhand der Abnahmerate und nicht anhand der Höhe der Lichtintensitätsabnahme eingestellt, und es erfolgt ein automatischer Ausgleich durch Beurteilung des relativen Lichtintensitätsverhältnisses zwischen Sende- und Empfangslicht.

Auf diese Weise werden nach und nach Produkte und Funktionen entwickelt, die die Unzulänglichkeiten der faseroptischen Sensoren ausgleichen, und durch ihren Einsatz werden Probleme vermieden.

Was ist ein Ionisator?

Ein Ionisator ist ein Gerät zur Beseitigung statischer Elektrizität, die in einer Produktionsstätte oder anderswo erzeugt wird und zu Fehlfunktionen von Maschinen führen kann. Ionisatoren werden auch Statikentferner oder langsame Elektrizität genannt.

Ein mit statischer Elektrizität aufgeladener Gegenstand weist ein Ungleichgewicht zwischen positiver und negativer Elektrizität auf. Der Ionisator bestrahlt den geladenen Gegenstand mit elektrostatisch geladenen Teilchen (Ionen).

Die Funktionsweise des Ionisators besteht darin, dass er den geladenen Gegenstand in einen elektrisch ausgeglichenen Zustand versetzt, d. h. frei von statischer Elektrizität. Ionisatoren werden insbesondere eingesetzt, um das Anhaften von Fremdkörpern an Lebensmitteltabletts und -bechern zu verhindern, indem sie die statische Elektrizität in diesen beseitigen, und um die Zerstörung der statischen Elektrizität in Kameramodulen zu verhindern.

Arten und Merkmale von Ionisatoren

In diesem Abschnitt werden die Arten und Merkmale von Ionisatoren beschrieben. Ionisatoren verfügen in der Regel über Bewertungselemente wie die Geschwindigkeit der Beseitigung statischer Elektrizität und die Ionenbilanz, aber es gibt verschiedene Arten von Ionisatoren, die auf dem Prinzip beruhen, wie die Ionen vom Ionisator erzeugt werden.

Methode mit angelegter Spannung

Es gibt mehrere Arten von Ionisierungsmethoden, darunter die Koronaentladungsmethode, bei der durch Koronaentladung erzeugte Ionen bestrahlt werden, die weiche Röntgenmethode, bei der schwache Röntgenstrahlen eingestrahlt werden, und die Bestrahlungsmethode, bei der Alpha- und Betastrahlen eingestrahlt werden, aber die Koronaentladungsmethode wird aus Sicherheits- und wirtschaftlichen Gründen am häufigsten verwendet.

Der elektrostatische Entferner (z. B. ein Gerät) ist positiv oder negativ geladen, und es gibt auch Wechselstrom- und Gleichstromverfahren zur Bestrahlung von Ionen.

Koronaentladung

Die Koronaentladung ist ein Entladungsphänomen, das auftritt, wenn eine hohe Spannung an einen eng begrenzten lokalen Bereich angelegt wird, wodurch Ionen erzeugt werden. Ionisatoren mit Koronaentladung machen sich dieses Prinzip zunutze, um gezielt Ionen zu erzeugen und sie zur Beseitigung statischer Elektrizität zu bestrahlen.

AC-Verfahren

Positive/negative Ionen werden abwechselnd von einer einzigen Entladungsnadel erzeugt. Die Wechselspannung aus der Steckdose wird so verwendet, wie sie ist, und die Ionenbilanz ist gut, aber die Geschwindigkeit der Beseitigung statischer Elektrizität ist langsam.

Gleichstromverfahren

Bei dieser Methode werden mit zwei Entladungsnadeln positive bzw. negative Ionen erzeugt. Da die Gleichspannung kontinuierlich angelegt wird, ist die Ionenpolarität entweder durch positive oder negative Ionen gekennzeichnet.

Typen je nach Anwendung

Es gibt vier Arten von Ionisatoren für unterschiedliche Anwendungen. Daher müssen die Installationsumgebung und -bedingungen berücksichtigt und der effektivste Typ ausgewählt werden.

Stabförmiger Ionisator

Dies ist ein stabförmiger Ionisator. Er eignet sich für die schnelle Beseitigung statischer Aufladung in einem großen Bereich und hat die höchste Grundleistung.

Punktdüsentyp

Diese Art von Ionisatoren beseitigt statische Aufladung in einem kleinen Bereich durch eine Düse. Aufgrund ihrer geringen Größe können sie für die punktgenaue Ionisierung kleiner Bereiche verwendet werden.

Ventilator-Typ

Diese Art von Ionisatoren nutzt den von einem Ventilator erzeugten Luftstrom, um Ionen auszublasen. Sie haben einen geringeren statischen Eliminationsbereich als Stab-Ionisatoren, sind aber kleiner und können auf Schreibtischen verwendet werden.

Kanonen-Ionisatoren

Ionisatoren, die Ionen in Kombination mit Druckluft ausstoßen. Sie beseitigen nicht nur statische Aufladung, sondern können auch gleichzeitig Fremdkörper von Oberflächen entfernen.

Auswahl eines geeigneten Ionisatoren

Bei der Auswahl eines Ionisators sind drei Faktoren ausschlaggebend: Ionisationsabstand, Ionisationsbereich und Ionisationsgeschwindigkeit. Da die verschiedenen Typen unterschiedliche Eigenschaften haben, muss das Verhältnis zwischen dem zu entfernenden Objekt und dem Ionisatoren sorgfältig geprüft werden.

Ionisationsabstand

Die statische Eliminationsdistanz ist die Entfernung, über die der Ionisator statische Elektrizität vom Objekt entfernen kann. So haben z. B. Punkt- und Düsenionisatoren aufgrund der geringen Größe des Ionisators eine geringe statische Eliminationsdistanz, während Stabionisatoren eine statische Eliminationsdistanz von 1 m oder mehr erreichen können.

Eliminationsabstand

Die statische Eliminationsdistanz ist die Länge in Breitenrichtung, über die der Ionisator statische Aufladung beseitigen kann. Stabtypen können statische Aufladung über 1 m beseitigen, während Gebläsetypen einen statischen Beseitigungsbereich von weniger als 1 m haben.

Geschwindigkeit der statischen Entladung

Die Entladungsgeschwindigkeit ist ein Leistungsindikator, der angibt, wie lange der Ionisator braucht, um statische Elektrizität zu beseitigen. Je kürzer die Entladungsgeschwindigkeit ist, desto besser ist die Leistung des Ionisators.