投稿者: ss1005yh

Was ist ein Laser-Module?

Bei einem Laser-Modul handelt es sich um einen Satz von Geräten zur Erzeugung der Laserlichtquelle, die für verschiedene Geräte benötigt wird, die mit Lasern arbeiten.

Heutzutage gibt es viele Geräte, die mit Lasern arbeiten, und Laserlichtquellen sind unverzichtbar, insbesondere für Mess- und Positionserkennungsgeräte sowie für verschiedene Sensoren. Die meisten Laser, die für Messanwendungen eingesetzt werden, sind blaue, grüne oder rote Laser im sichtbaren Lichtbereich, aber es gibt auch Laser für Bearbeitungsanwendungen, die von diesem Wellenlängenbereich abweichen und je nach Gefährlichkeit in die Klassen 1 bis 4 eingestuft werden.

Anwendungen von Laser-Modulen

Die Anwendungen von Laser-Modulen variieren je nach Wellenlänge, aber im Allgemeinen werden sie zu Messzwecken, als Lichtquelle für Pointer und DVD-Tonabnehmer, zur Verdrahtung von Halbleiterkomponenten und zum Aufdrucken von Markierungen auf Harz und anderen Materialien in Produkten verwendet.

Rote Laser werden hauptsächlich in Messinstrumenten wie Mikroskopen und Interferometern eingesetzt. Aus diesem Grund sind inzwischen viele Laser-Module auf dem Markt, die rote Laser für Messgeräte stabil oszillieren können. Da Lichtquellen im Bereich des sichtbaren Lichts relativ sicher sind, wenn sie nicht stark verstärkt werden, werden sie auch in Laserpointern und Projektoren verwendet.

Andererseits werden Laser verschiedener Wellenlängen in Laserbearbeitungsmaschinen eingesetzt. Je nach Wellenlänge variieren die zu bearbeitenden Materialien und die Schädigung des Werkstücks.

Prinzip des Laser-Moduls

Das Prinzip des Laser-Moduls besteht in der Verwendung von Elementen, die für die erforderliche Wellenlänge und Phase des Laserlichts geeignet sind, und in der Ausnutzung des physikalischen Übergangs der Energieniveaus der Elemente, der so genannten induzierten Emission, um die erforderliche Wellenlänge und Phase des Laserlichts zu erreichen.

Um Licht einer bestimmten Wellenlänge zu erhalten, wird ein Medium aus einem Element hergestellt. Wenn dieses Element sein Niveau aus einem angeregten Zustand absenkt, gibt es eine bestimmte Menge an elektromagnetischer Energie ab, die eine Lichtquelle mit einer dieser Energie entsprechenden Wellenlänge erzeugt.

Um die Phase dieser Lichtquelle im Laser-Modul auszurichten, müssen die Niveaus vieler angeregter Elemente auf einmal abgesenkt werden. Dies geschieht durch ein physikalisches Phänomen namens induzierte Emission. Bei der induzierten Emission handelt es sich um ein Phänomen, bei dem die Elektronen in diesem Bereich ebenfalls Energie emittieren, wenn Licht einfällt, das dem Energieunterschied zwischen dem angeregten und dem definierten Niveau eines Elements entspricht. Dieses Phänomen führt dazu, dass das Licht dieselbe Phase hat.

Um viele dieser induzierten Emissionen gleichzeitig zu erzeugen, ist das Laser-Modul so konstruiert, dass das gesamte Element auf einmal angeregt wird und der Zyklus der induzierten Emission wiederholt wird, um eine Laserlichtquelle mit einer festen Wellenlänge zu erzeugen.

Weitere Informationen über Laser-Module

1. Klassifizierung von Laserlichtquellen

Laserlichtquellen werden nach ihrem Sicherheitsmanagement klassifiziert, und zwar nach der Stufe von Klasse 1 bis Klasse 4. Klasse 1 stellt beispielsweise kein Sicherheitsproblem dar, und es sind keine besonderen Maßnahmen erforderlich, aber Klasse 4 ist ein Hochleistungslaser, der CW von 0,5 W oder mehr verarbeitet, und es besteht die Gefahr von Verbrennungen und Schäden an Haut und Augen, selbst wenn das Licht reflektiert wird.

Angemessene Sicherheitsmaßnahmen, einschließlich Schutzausrüstung, sind erforderlich, und das Produkt ist in der Regel mit einem Warnschild entsprechend seiner Laserklasse gekennzeichnet. Einige Produkte sind mit Schutzabdeckungen, einschließlich Verriegelungen, ausgestattet, so dass selbst Laser der Klasse 4 als Klasse 1 gehandhabt werden können. Es ist wichtig, die Spezifikationen des Laser-Moduls und die spezifischen Details im Originaltext der japanischen Industrienorm “Strahlungssicherheitsstandards für Laserprodukte”, JIS C 6802, sorgfältig zu prüfen.

2. Beispiele für Wellenlängen von Laser-Modulen

Die Wellenlängen von Laser-Modulen werden in verschiedenen Größenordnungen vermarktet. Sichtbares Licht wird in Anwendungen von einer unteren Grenze von violett um 380 nm bis rot um 780 nm gehandhabt, und rote Laser werden häufig für Zeigeranwendungen und Messinstrumente verwendet.

Ein typisches Beispiel für eine Laserquelle für Bearbeitungsanwendungen ist dagegen der CO2-Laser, der die längsten Wellenlängen von 10,6 um und 9,6 um hat.

Was ist eine Digitale Zeitgeber?

Ein Digitaler Zeitgeber ist ein Gerät, das sich nach einer voreingestellten Zeit automatisch ein- und ausschaltet.

Es gibt zwei Arten von digitalen Zeitgebern: analoge Zeitgeber und digitale Zeitgeber. Im Vergleich zu analogen Zeitgebern, die manuell über eine Skala eingestellt werden, können digitale Zeitgeber genauer über Zahlenwerte eingestellt werden. In diesem Fall ist die Regelgenauigkeit höher, aber die Einstellmethode ist etwas komplexer als bei analogen Zeitschaltuhren.

Verwendungszwecke digitaler Zeitgeber

Digitale Zeitgeber werden in einer Vielzahl von Situationen eingesetzt. Durch den Einbau eines digitalen Zeitgebers in eine Anlage, die für eine bestimmte Zeit betrieben werden soll, ist es möglich, die Bewegung der Anlage zu einem beliebigen Zeitpunkt zu stoppen.

1. Anwendungen in der produktionshalle

Digitale Zeitgeber, die in Produktionsstätten eingesetzt werden, zeichnen sich durch hohe Präzision und Multifunktionalität aus, da sie die Produktqualität und -stabilität beeinflussen. Im Allgemeinen sind sie umso teurer, je fortschrittlicher die Funktionen sind, d. h. sie kosten zwischen mehreren Tausend und mehreren Zehntausend Yen pro Gerät.

Die Preise variieren je nach Leistungsmerkmalen, wie z. B. Flackerbetrieb, ob eine One-Shot-Ausgabe möglich ist oder nicht, ob eine Ein- oder Ausschaltverzögerung möglich ist oder nicht und ob Intervallfunktionen verfügbar sind oder nicht.

2. Anwendungen im Sportbereich

Digitale Zeitgeber, die im Sportbereich eingesetzt werden, zeichnen sich durch große Produkte und eine gute Sichtbarkeit für die Zuschauer aus. Häufig werden Digitale Zeitgeber mit einer Echtzeitanzeigefunktion verwendet, aber für Sportarten, die eine präzise Zeitmessung erfordern, wie z. B. die Leichtathletik, gibt es auch Produkte mit Sensoren an der Start- und Ziellinie zur automatischen Zeitmessung.

Prinzip der digitalen Zeitgeber

Digitale Zeitgeber können automatisch ein- und ausgeschaltet werden. Wenn Sie die Verwendung und das Funktionsprinzip für jede Anwendung verstehen, können Sie sie effektiver nutzen.

Digitale Zeitgeber empfangen ein vom Eingangsteil des Geräts gesendetes Signal und messen eine vorher festgelegte Zeit. Nach Ablauf einer bestimmten Zeitspanne wird ein Ausgangssignal ausgegeben, und die Maschine wird so gesteuert, dass sie anhält oder läuft.

Arten von Digitalen Zeitgebern

Es gibt vier Haupttypen von digitalen Zeitgebern, die nach der Art der Steuerung unterschieden werden.

1. Digitale Zeitgeber mit Einschaltverzögerung

Bei der Einschaltverzögerung handelt es sich um eine Steuerungsmethode, bei der die Kontakte nach Ablauf einer bestimmten Zeitspanne, aber erst nach einer kurzen Verzögerung eingeschaltet werden. Dies hat zwar den Vorteil, dass die Kontakte durch das Abschalten der Spannung sofort wieder hergestellt werden, aber zwischen dem Schalten der Kontakte und dem Einschalten des Geräts liegt eine Zeitspanne.

Druckknopf-Ampeln beispielsweise funktionieren, indem sie durch die Einschaltverzögerung eine zusätzliche Zeit von der Zeitschaltuhr gewinnen.

2. Digitale Zeitgeber mit Ausschaltverzögerung

Die Ausschaltverzögerung ist eine Steuerungstechnik, bei der der Betrieb sofort nach dem Schalten der Kontakte beginnt. Der Vorteil besteht darin, dass das Gerät erst mit einer geringen Verzögerung aktiviert wird, andererseits dauert es vom Schalten der Kontakte bis zu ihrer Rückkehr.

So wird z. B. eine Beleuchtung, die durch einen Bewegungsmelder automatisch eingeschaltet wird, häufig mit einer Ausschaltverzögerung betrieben.

3. Digitale Zeitgeber mit Flackerbetrieb

Flackerbetrieb ist ein Betrieb, der sich in einem festen Zyklus wiederholt ein- und ausschaltet. Es gibt zwei Arten von Flackerbetrieb: “Flacker-Aus-Start”, bei dem der Ausgang bei “Aus” beginnt und sich “Aus”, “Ein” und “Aus” wiederholt, und “Flacker-Ein-Start”, bei dem der Ausgang bei “Ein” beginnt und sich “Ein”, “Aus” und “Ein” wiederholt.

Dies kann in Fällen verwendet werden, in denen es notwendig ist, in regelmäßigen Abständen ein- und auszuschalten, aber die Zeit, zu der ein- und ausgeschaltet wird, die gleiche eingestellte Zeit ist. Wenn Sie unterschiedliche Zeiten für die beiden einstellen wollen, müssen Sie ein Gerät mit einer Zwillingszeitschaltuhrfunktion wählen.

Sie werden häufig für periodische Signalisierungs- und Benachrichtigungszwecke verwendet und kommen in bekannten Situationen wie Ampeln, Blinksignalen und intermittierenden Summertönen zum Einsatz.

4. Digitale Zeitgeber mit Intervallbetrieb

Intervallbetrieb bedeutet, dass der Ausgang eingeschaltet wird, sobald eine Eingabe an der Zeitschaltuhr erfolgt, und dass der Ausgang nach Ablauf einer bestimmten Zeitspanne ausgeschaltet wird. Durch die Voreinstellung der Zeit, nach der der Ausgang ein- und ausgeschaltet wird, kann das Gerät ohne Abweichung von der eingestellten Zeit arbeiten.

Es gibt zwei Arten von Auslösern für das Einschalten eines Ausgangs: Leistungsstart und Signalstart. Praktische Beispiele für den Intervallbetrieb sind Vergnügungsparkanwendungen.

Was ist ein Lidar-Sensoren?

Lidar-Sensoren ist ein allgemeiner Begriff für ein Gerät, das die Entfernung zu einem Objekt und dessen Form misst, indem es einen Laserstrahl aussendet und das reflektierte oder gestreute Licht erfasst.

Bei den Lidar-Sensoren ist LiDAR die Abkürzung für “Light Detection and Ranging”, also “LIDAR”. Er wird insbesondere häufig zur Messung der Lichtlaufzeit verwendet und auch als TOF-Sensor (Time-of-Flight) bezeichnet.

Frequenzkontinuierliche Modulationsverfahren, die den Dopplereffekt nutzen, werden ebenfalls für fortgeschrittene Messungen eingesetzt und als FMCW-Verfahren (Frequency Modulated Continuous Wave) bezeichnet. Diese Art der Technologie zur Messung von Entfernungen aus der Ferne wird als Fernerkundungstechnologie bezeichnet.

Anwendungen von Lidar-Sensoren

Die derzeit typischen Anwendungen von Lidar-Sensoren sind die automatische Fahrtechnik in Autos und die Bilderkennungstechnik für Smartphones usw. Ursprünglich wird diese Technologie seit langem in der Flugzeugradar- und Wetterbeobachtung eingesetzt.

In jüngster Zeit ist sie zusammen mit ADAS zu einem unverzichtbaren Element für die Verwirklichung der Technologie des automatisierten Fahrens geworden, z. B. für die Erkennung von Hindernissen und Fahrzeugen in der Nähe in Fahrzeugen, und wird aktiv in Bezug auf Miniaturisierung und Kostenreduzierung entwickelt.

Darüber hinaus beginnen ADAS in Fabriken, in Kombination mit Bildverarbeitungsgeräten und Smartphone-Kameras eingesetzt zu werden, um die Unschärfe in der Fotografie zu verbessern, sowie als Technologie für VR (Virtual Reality) und AR (Augmented Reality). Die Verwendung von LiDAR-Sensoren in Apples iPhone 12Pro und iPhone 12ProMax hat den Bekanntheitsgrad von LiDAR-Sensoren ebenfalls drastisch erhöht.

Das Prinzip von Lidar-Sensoren

Das Prinzip der LiDAR-Sensoren besteht aus einem Laser als Lichtquelle und einem Lichtempfangselement, das die Entfernung zu einem Objekt misst, indem es das ausgesendete Laserlicht mit Hilfe eines physikalischen Verfahrens empfängt. Bei der TOF-Methode beispielsweise, die derzeit am häufigsten verwendet wird, wird die Entfernung zu einem Objekt durch Messung der Zeit bestimmt, die der Laserstrahl benötigt, um aufgrund von Reflexion oder Streuung zum Objekt zurückzukehren (Time-of-Flight, TOF).

Es gibt zwei Arten der Bestrahlung eines Laserstrahls: die Breitfeld-Bestrahlung und die Abtastung, bei der der Laserstrahl in eine bestimmte Richtung gestrahlt und dann abgetastet wird.

1. Breitfeld-Beleuchtungsmethode

Die Weitfeld-Beleuchtungsmethode wird auch als TOF-Kamera bezeichnet, da sie wie eine gewöhnliche Kamera verwendet werden kann: Sie kann mit einem einzigen Lichtstrahl Informationen über das gesamte Sichtfeld auf einmal erfassen, und das optische System ist äußerst einfach, so dass es sich um ein relativ kostengünstiges Gerät handelt.

Allerdings muss der Laserstrahl so gestreut werden, dass er den gesamten Sensor abdeckt, was die Photonendichte pro Pixel verringert, und sie ist anfällig für Umgebungslicht usw. und hat den Nachteil, dass sie einen kurzen Messabstand hat.

2. Scanning-Verfahren

Bei der Scanning-Methode hingegen wird der Laserstrahl mit Hilfe von Spiegeln abgetastet. Es gibt zwei Arten von Abtastsystemen: das Punktabtastsystem, das jedes Pixel abtastet, und das Zeilensystem, das jede Zeile abtastet. Ersteres ist genauer, erfordert aber mehr Messzeit, so dass die Zeilenscan-Methode, die die entgegengesetzte Eigenschaft hat, verwendet wird, wenn keine hohe räumliche Auflösung erforderlich ist.

Weitere Informationen über Lidar-Sensoren

1. Unterschiede zwischen TOF- und FMCW-Verfahren

Es gibt zwei Erfassungsmethoden für Lidar-Sensoren, die TOF-Methode (Time-of-Flight) und die FMCW-Methode (Frequency Continuous Modulation), wobei der Hauptunterschied in der physikalischen Größe besteht, die für die Entfernungserfassungsmethode verwendet wird: Bei der TOF-Methode wird die Zeit gemessen, die ein gepulster Laserstrahl benötigt, um von einem Objekt zurückgeworfen zu werden, um die Entfernung zu messen. Die FMCW-Methode nutzt den Dopplereffekt der vom Objekt reflektierten Welle, wenn eine kontinuierliche Welle mit unterschiedlichen Frequenzen ausgestrahlt wird, um die Entfernung zu messen.

Die TOF-Methode ist im Prinzip einfacher und kann die Kosten für Lidar-Sensoren senken. Da es jedoch schwierig ist, zu unterscheiden, ob das auf ein Objekt abgestrahlte Laserlicht vom Benutzer oder von einer anderen Quelle stammt, ist es unwahrscheinlich, dass es sich als Haupttechnologie für die derzeitige automatisierte Fahrtechnik durchsetzt.

Auch bei der FMCW-Methode gibt es Probleme, die für das automatisierte Fahren gelöst werden müssen, wie z. B. das Kohärenzproblem, das den Messabstand und die Kostenreduzierung einschränkt, aber fortgeschrittene Forschungs- und Entwicklungsarbeiten zur Lösung dieser Probleme werden derzeit vor allem von Forschungsinstituten in der ganzen Welt durchgeführt.

2. Kameras für LiDAR-Sensoren

Lidar-Sensoren und Kameras sind normalerweise voneinander getrennt. Wenn Lidar-Sensoren und Kameras jedoch getrennte Einheiten sind, tritt bei der Kombination von Lidar-Sensoren und Kameradaten eine leichte Parallaxe auf, so dass keine hohe Genauigkeit erzielt werden kann. Aus diesem Grund gibt es jetzt einen Sensortyp, der Kamera und Lidar-Sensor zu einer Einheit verbindet.

Dieser Sensortyp kann durch die Kombination der Daten von Kamera und Lidar-Sensoren hochauflösende 3D-Bilder erzeugen. Er ermöglicht außerdem hochpräzise Messungen ohne Parallaxen- und Verzerrungsunterschiede und wird daher voraussichtlich als Fahrzeugsensor eingesetzt werden.

3. Nachfrageprognose für Lidar-Sensoren

In letzter Zeit hat sich die Forschung und Entwicklung im Bereich des automatisierten Fahrens, vor allem durch die Toyota Corporation, stark entwickelt, und die Industrie für Lidar-Sensoren und Laser hat sich dementsprechend aufgeheizt.

Das Marktforschungsunternehmen Yano Research Institute prognostiziert, dass der Markt für Lidar-Sensoren und Laser bis 2030 auf 495,9 Milliarden JPY ansteigen wird. Ein anderes Marktforschungsunternehmen, Yor Development, prognostiziert (in einer Studie aus dem Jahr 2019), dass die Marktgröße von Lidar-Sensoren bis 2024 auf 6 Milliarden US-Dollar ansteigen wird.

Es wird erwartet, dass die Nachfrage nach Lidar-Sensoren weiter steigen wird, insbesondere in den Industrieländern.

Was ist ein Kraft-Sensoren?

Ein Kraftsensor ist ein Sensor, der die Größe einer Kraft oder eines Moments misst.

Sie werden verwendet, um die Größe und Richtung von physikalischen Kräften zu erkennen und den menschlichen Tastsinn zu reproduzieren. Die Hauptanwendung liegt in der Robotik.

Ein 6-achsiger Kraft-Sensor ist der Grundtyp, da er Kräfte in drei Richtungen (X, Y und Z) und auch Momente um die X-, Y- und Z-Achse erfasst.

Verwendungszwecke von Kraft-Sensoren

Kraft-Sensoren werden z. B. in Industrierobotern eingesetzt, um Aufgaben zu automatisieren, die bisher manuell ausgeführt werden mussten.

1. Erfassung von äußeren Kräften und Reaktionskräften

Kraft-Sensoren können Kräfte und Momente gleichzeitig messen. Sie können am Arbeitsende des Roboters installiert werden und messen äußere Kräfte und Reaktionskräfte, so dass der Roboter mit der entsprechenden Kraft arbeiten kann.

2. Automatisierung von Präzisionsarbeiten

Kraft-Sensoren können präzise Kräfte und Momente messen, so dass der Roboter mit der richtigen Kraft arbeiten kann. Dadurch kann der Roboter Präzisionsarbeiten automatisieren.

Zu den spezifischen Aufgaben gehören das Einsetzen von elektronischen Bauteilen und Steckverbindern mit weichen Anschlüssen, das Zusammenstecken mit geringem Spiel, das präzise Anziehen von Schrauben, das Entgraten, das Schleifen mit feiner Kraft, Picking-Arbeiten und die unabhängige Steuerung von zweibeinigen Robotern.

3. Taktile Diagnose und medizinische Fernbehandlung

Ein mit einem Kraft-Sensor ausgestattetes Terminal wird an der Seite des Patienten angebracht, und die vom Kraft-Sensor erfassten Kräfte und Momente werden vom Arzt abgelesen, was eine taktile Ferndiagnose ermöglicht.

Das Prinzip der Kraft-Sensoren

Kraft-Sensoren erfassen die durch eine Kraft verursachte Verformung und wandeln sie in eine Kraft oder ein Moment um.

Dehnungsmessstreifen, piezoelektrische, optische und kapazitive Kraftsensoren sind typische Erkennungsmethoden für Kraftsensoren.

1. Dehnungsmessstreifen-Kraftsensoren

Dehnungsmessstreifen (DMS) sind eine Methode zur Umwandlung von Kräften oder Drehmomenten, bei der die Eigenschaften von metallischen Widerstandsmaterialien genutzt werden, deren elektrischer Widerstand sich je nach der auf das Sensorteil ausgeübten Zug- oder Druckkraft ändert. Diese Methode wird häufig als Kraftsensor verwendet, da sie kompakt, sehr genau und reaktionsschnell ist.

2. Piezoelektrische Kraft-Sensoren

Piezoelektrische Kraftsensoren verwenden Materialien mit piezoelektrischem Effekt, wie z. B. Quarz oder PZT (Bleizirkonattitanat), für das Sensorteil zur Kraftmessung. Sie sind kompakt, sehr reaktionsschnell und relativ kostengünstig. Ihre Genauigkeit ist jedoch nicht so hoch wie die von Dehnungsmessstreifen oder Kapazitätssensoren.

3. Kapazitive Kraft-Sensoren

Beim kapazitiven Typ ist der Sensorteil als Kondensator aufgebaut, wobei die Elektroden aus metallischem Material einander gegenüberliegend angeordnet sind. Bei diesem Verfahren werden Kapazitätsänderungen aufgrund von Abstandsänderungen, die durch eine kraftbedingte Dehnung zwischen Leitern verursacht werden, erfasst.

Der kapazitive Typ zeichnet sich durch einen relativ einfachen Aufbau und niedrige Kosten aus. Wenn die Elektroden aus Folie bestehen, können sie kleiner und dünner gemacht werden. Genauigkeit und Ansprechverhalten sind ebenfalls ausgezeichnet.

4. Optische Kraft-Sensoren

Bei der optischen Methode wird in regelmäßigen Abständen ein Muster auf dem zu messenden Objekt markiert, und die Veränderung des Musters, die bei einer Krafteinwirkung auftritt, wird von einem optischen Sensor, z. B. einer Kamera oder einem Laser, erfasst, und die Größe der Kraft wird berechnet und ermittelt.

Der größte Vorteil der optischen Methode ist, dass sie eine berührungslose Messung ermöglicht. Andererseits sind Genauigkeit, Ansprechverhalten, Miniaturisierung und Kosten anderen Methoden unterlegen. Sie ist auf spezielle Anwendungen beschränkt, bei denen eine berührungslose Messung erforderlich ist.

5. HDR-Kraft-Sensoren

Es gibt sogenannte HDR-Kraftsensoren (High Dynamic Range), die sich durch einen großen Dynamikbereich auszeichnen, z. B. von 10 g bis 20 kg.

Durch die Kombination von KI- und Robotertechnologie mit HDR-Kraftsensoren können feine Montageaufgaben unter Anpassung an kleinste Kräfte durchgeführt werden. Roboter automatisieren und verbessern zunehmend die Montageaufgaben in der Produktion.

6. Kapazitive Kraft-Sensoren

Kapazitive Kraftsensoren zeichnen sich dadurch aus, dass sie sechsachsige Komponenten messen können, indem sie Änderungen des Abstands zwischen zwei parallelen Platten erkennen. Ein einfacher Aufbau ist realisierbar und der Preis kann niedrig gehalten werden.

Es gibt auch Kraft-Sensoren mit einem Überlastungsschutzmechanismus im Inneren des Sensors. In letzter Zeit werden sie häufig im Bereich der Industrierobotik eingesetzt. Es wird erwartet, dass die Nachfrage aufgrund der zunehmenden Automatisierung in der Fertigungsindustrie immer mehr zunimmt.

Weitere Informationen über Kraft-Sensoren

Einsatz von Kraft-Sensoren

Durch die Bedienung von Robotern mit Kraft-Sensoren durch den Menschen kann eine kooperative Arbeit zwischen Mensch und Roboter erreicht werden. Auch Detailarbeiten, die kleinste Krafteinstellungen erfordern, können durchgeführt werden.

Vor allem in der Fertigung ermöglicht der Einsatz von Kraft-Sensoren die Automatisierung von Aufgaben, die nur von Facharbeitern ausgeführt werden können, und steigert so die Produktivität. In der Medizin sollen Kraft-Sensoren in der medizinischen Fernbehandlung eingesetzt werden, wo der Zustand der betroffenen Stelle durch taktile Diagnose beurteilt werden kann.

Was ist ein Laser-Sensoren?

Ein Laser-Sensor ist ein berührungsloses Messgerät, das mit einem Laser den Abstand zwischen dem zu messenden Objekt und dem Sensor sowie die Dicke und Höhe des Objekts selbst misst.

Da es sich um weit verbreitete Messgeräte handelt, gibt es verschiedene Messmethoden und Genauigkeiten.

Verwendungszwecke von Laser-Sensoren

Lasersensoren können zur Messung des Abstands zu Messobjekten eingesetzt werden, z. B. in Verarbeitungs- und Förderanlagen, wenn der Abstand zum Objekt genau bekannt sein muss. Sie werden auch in Situationen eingesetzt, in denen Informationen über die Dicke des zu messenden Objekts benötigt werden, z. B. bei der Kontrolle des Aussehens eines Produkts.

Wenn das Objekt jedoch eine komplexe Form hat oder nicht berührbar ist, kann ein berührungsloser Laser-Sensor für die zerstörungsfreie Prüfung eingesetzt werden.

Prinzip der Laser-Sensoren

Grundsätzlich ermöglichen Laser-Sensoren eine berührungslose Messung, aber es gibt mehrere verschiedene Methoden. Bei der Messung des Abstands zu einem bestimmten Messobjekt kommen entweder diffus reflektierende oder positiv reflektierende Laser-Sensoren zum Einsatz.

In beiden Fällen wird das Licht der Laserquelle von der Oberfläche des zu messenden Objekts reflektiert, und die Entfernung wird durch Erfassen des reflektierten Lichts am Lichtempfänger bestimmt. Der lichtempfindliche Bereich hat eine bestimmte Flächenbreite, und der lichtempfindliche Bereich variiert je nach Winkel des reflektierten Lichts. Wenn sich der lichtempfindliche Bereich ändert, wird ein entsprechender elektrischer Strom erfasst, und diese Information wird in einen Entfernungswert umgewandelt.

Wenn die Lichtquelle auf die Oberfläche des zu messenden Objekts trifft, die über einen bestimmten Winkel hinaus geneigt ist, kann sie aufgrund ihres Aufbaus nicht erfasst werden, da das reflektierte Licht nicht in den lichtempfindlichen Bereich zurückkehrt. Dieser zulässige Neigungswinkel hängt von der Konstruktion des Wegaufnehmers ab, und Laser-Sensoren mit Reflexionslichttaster haben im Allgemeinen einen größeren Erfassungswinkel.

Wie man einen Laser-Sensor auswählt

Prüfen Sie zunächst, ob es sich bei der Anwendung um eine Abstandserfassung oder um die Erfassung von Forminformationen wie Dicke und Höhe handelt. Wenn es sich um eine Abstandsmessung handelt, gehen Sie davon aus, wie stark die Oberfläche des zu messenden Objekts geneigt ist, und wählen Sie ein Produkt aus, das oberhalb dieses Winkels messen kann, und zwar unter den Produkten, die diesem Messbereich entsprechen. Bei Dickenmessungen ist der Erfassungsbereich zu prüfen.

Die Spezifikationen für die Auflösung, die Erkennungsgenauigkeit und die Linearität werden dann in Abhängigkeit davon ausgewählt, wie genau die Messung selbst sein soll. All diese Faktoren wirken sich auf die Messgenauigkeit aus, und im Allgemeinen gilt: Je höher die Genauigkeit, desto teurer ist das Produkt, also achten Sie darauf, nicht zu viel zu spezifizieren.

Neben der Messgenauigkeit ist auch zu beachten, ob das Gerät selbst eingebaut werden kann. Wenn der Platz für die Montage nicht ausreicht, müssen Sie möglicherweise kleinere Laser-Sensoren wählen.

Weitere Informationen über Laser-Sensoren

1. Sicherheitssysteme mit Laser-Sensoren

Sicherheitssensoren sind Systeme, mit denen das Eindringen verdächtiger Personen verhindert werden kann. Sie werden an allen möglichen Orten eingesetzt, z. B. in Wohnungen, Büros und Fabriken, und sind so konzipiert, dass sie einen Alarm auslösen, wenn ein Eindringling den Sensor berührt. Laser-Sensoren sind die heute am häufigsten verwendeten Sicherheitssensoren.

Laser-Sensoren gibt es in horizontaler und vertikaler Ausführung.

Horizontaler Erkennungstyp
Dies sind Sicherheitssensoren, bei denen der Laserstrahl horizontal bei 180 °C ausgesendet wird und einen großen Bereich abdecken kann. Sie eignen sich für Überwachungssysteme in offenen Bereichen wie z. B. im Freien und erkennen bewegte Objekte. Der Überwachungsbereich kann eingestellt werden, um Bereiche, die vom System ausgeschlossen werden sollen, im Voraus zu definieren.

Vertikaler Erkennungstyp
Hierbei handelt es sich um Sicherheitssensoren, bei denen der Laserstrahl vertikal ausgestrahlt wird und Oberflächen senkrecht zur Wand oder Decke erfasst. Sie eignen sich für örtlich begrenzte Bereiche wie Flure oder vor Türen und erfassen Objekte, die sich im Verhältnis zu der Fläche, auf der der Sensor arbeitet, bewegen. Die Höhe des zu erfassenden Objekts kann ebenfalls eingestellt werden.

2. Nachteile von Laser-Sensoren

Obwohl Laser-Sensoren als berührungslose Sensoren, die Lichtstrahlen verwenden, nützlich sind, können sie unter bestimmten Bedingungen nicht richtig funktionieren.

Unebenheiten auf der Oberfläche des zu erfassenden Objekts
Laser-Sensoren mit kleinem Lichtfleck können aufgrund von Schwankungen in der empfangenen Lichtmenge durch Reflexionen, die durch Unregelmäßigkeiten auf der Oberfläche des zu erfassenden Objekts verursacht werden, nicht richtig funktionieren. Wenn die Oberfläche des zu erfassenden Objekts uneben ist, verwenden Sie einen Sensor mit einem großen Messfleck.

Erschütterungen
Wenn der Laser-Sensor Vibrationen ausgesetzt ist, kann sich die optische Achse verschieben und eine Fehlfunktion verursachen. Überprüfen Sie die Installation des Laser-Sensors und befestigen Sie ihn mit Schrauben oder Hilfsvorrichtungen, oder installieren Sie ihn so nahe wie möglich am zu erfassenden Objekt, um die Auswirkungen einer falschen Ausrichtung der optischen Achse zu minimieren.

Gepulstes Licht
Gepulstes Licht ist eine Beleuchtungsmethode, bei der das Licht wiederholt ein- und ausgeschaltet wird. Da das Licht mit einer hohen Frequenz ein- und ausgeschaltet wird, erscheint es dem menschlichen Auge so, als ob es ständig eingeschaltet wäre, obwohl es in Wirklichkeit blinkt.

Die meisten Laser-Sensoren verwenden gepulste Laser, die bei umliegenden LEDs und anderen Lichtern, die wie sie selbst pulsieren, zu Fehlfunktionen führen können. Wenn es in der Nähe pulsierende Lichter gibt, ist es wichtig, eine Abschirmung zwischen ihnen zu installieren oder den Winkel des Empfängers so einzustellen, dass er nicht auf den Lichtempfangsteil des Sensors trifft.

Was ist ein Hochfrequenz-Schweißgeräte?

Ein Hochfrequenz-Schweißgerät ist ein Gerät zum Schweißen mit hochfrequenter dielektrischer Erwärmung.

Es wird bei thermoplastischen Kunststoffen wie Vinylchlorid und Nylon eingesetzt. Das Schweißen mit Hochfrequenz-Schweißgeräten wird als Schweißen bezeichnet und zeichnet sich durch eine höhere Schweißnahtfestigkeit und eine schönere Oberfläche aus als andere, von außen beheizte Schweißverfahren.

Im Vergleich zur Mikrowellenerwärmung können Hochfrequenz-Schweißgeräte eine partielle und tiefe Erwärmung durchführen, da die Erwärmung zwischen einem Paar Elektrodenplatten erfolgt.

Verwendung von Hochfrequenz-Schweißgeräten

Hochfrequenz-Schweißgeräte werden zum Verbinden von Blechmaterialien eingesetzt. Spezifische Anwendungen von Hochfrequenz-Schweißgeräten sind

• Zelte und Schwimmwesten
• Visitenkartenetuis und Buchumschläge
• Taschen aus Kunstleder
• Außenverpackungen für Gewürze und Zahnpasta

Die Materialien, die mit HF WELDA verwendet werden können, sind aufgrund seines Prinzips begrenzt. Es wird jedoch für Produkte verwendet, bei denen es auf Ästhetik ankommt, da es keine Nähte oder Nahtzugaben gibt und die verklebten Bereiche sehr schön verarbeitet sind.

Die hohe Festigkeit und die gleichmäßige Qualität machen es außerdem ideal für die Herstellung von Produkten, die nicht genäht werden können, um die Luft- und Wasserdichtigkeit zu gewährleisten, wie z. B. Zelte.

Das Prinzip der Hochfrequenz-Schweißgeräte

Hochfrequenz-Schweißgeräte erzeugen Wärme durch dielektrische Erwärmung. Die dielektrische Erwärmung ist eine Methode zur Erwärmung dielektrischer Materialien, bei der eine Hochfrequenzspannung angelegt wird, um die Moleküle zu erschüttern und Reibungswärme zu erzeugen.

Charakteristisch für diese Methode ist, dass die Reibungswärme im Inneren der Moleküle erzeugt wird, so dass das Material gleichmäßig von innen erwärmt werden kann. Aufgrund des oben genannten Prinzips kann diese Erwärmungsmethode jedoch nur bei dielektrischen Materialien wie Vinylchlorid und Polyethylen angewendet werden.

Die in Hochfrequenz-Schweißgeräten verwendeten Spannungsfrequenzen liegen im Frequenzbereich von 3 MHz Kurzwelle bis 30 GHz Zentimeterwelle.

Das Material erreicht in wenigen Sekunden eine Temperatur von 120-130 °C und geht in eine halbflüssige Phase über. Wenn die Erwärmung in diesem Zustand gestoppt und das Material unter Druck abgekühlt wird, vermischen sich die Materialien und haften aneinander.

Weitere Informationen zum Hochfrequenz-Schweißen

1. Hochfrequenz-Schweißgeräte

Die größte Besonderheit des Hochfrequenz-Schweißverfahrens besteht darin, dass keine Wärme von außen zugeführt wird, so dass keine optischen Mängel durch Verbrennung oder Fadenbildung des geschmolzenen Harzes auftreten. Ein weiterer Vorteil ist, dass der zu schweißende Bereich zwischen den Formen, die als Elektroden fungieren, eingeklemmt ist und eine lokale dielektrische Erwärmung stattfindet, so dass es nicht zu Verformungen und Verfärbungen der Umgebung kommt.

Während des Schweißvorgangs entsteht kein Rauch und es werden keine schädlichen Bestandteile aus dem VC freigesetzt. Daher ist eine sichere und umweltfreundliche Verarbeitung möglich.

2. Materialien, die mit Hochfrequenz-Schweißgeräten geschweißt werden

Die wichtigsten Werkstoffe, die mit Hochfrequenz-Schweißgeräten verarbeitet werden, sind

• PVC (Vinylchlorid)
  Wird als Material für Vinylfolien und Kunstleder verwendet. Es ist das am häufigsten verwendete Material beim Hochfrequenzschweißen, da es weich und leicht zu verarbeiten ist.
• TPU (thermoplastisches Polyurethan)
  Wird häufig für elastische Anwendungen wie Schläuche und Trolley-Reifen verwendet. Bei Smartphone-Softcases werden der Hauptkörper-Stoßfänger und die Abdeckung durch Hochfrequenzschweißen zusammengeschweißt.
• POF (Polyolefin)
  Polyethylen und Polypropylen sind Mitglieder der Polyolefin-Familie. Sie werden durch Hochfrequenz-Schweißen zu Beuteln geformt und für Würzmittel wie Mayonnaise und Zahnpastatuben verwendet.

3. Frequenz der Hochfrequenz-Schweißgeräte

Die anzuwendende Leistung und Frequenz muss je nach Dicke und Material des zu bearbeitenden Objekts gewählt werden. Im Allgemeinen werden Hochfrequenz-Magnetfelder von etwa 40 MHz bis 200 MHz für Kunststoffplatten wie Vinyl und 10 MHz bis 50 MHz für das Schweißen von Duroplasten verwendet.

Darüber hinaus ist 2,45 GHz, das in Magnetrons von Mikrowellenherden verwendet wird, ein weiteres Frequenzband, das häufig in Hochfrequenz-Schweißgeräten und Hochfrequenz-Sendern zum Erwärmen eingesetzt wird.

4. Preis von Hochfrequenz-Schweißgeräten

Hochfrequenz-Schweißgeräte werden im Allgemeinen auf stabilen Halterungen oder anderen Geräten installiert. Es handelt sich daher oft um große Geräte, die vor allem im industriellen Bereich eingesetzt werden. Die Preisspanne ist je nach Größe und Leistung sehr unterschiedlich, wobei kleinere Geräte manchmal schon ab 1.000.000 EUR erhältlich sind. Geräte für große Bleche, wie z. B. blaue Bleche und Zeltbleche, können zwischen 5.000.000 und 10.000.000 JPY kosten.

Was ist ein Cmos-Sensoren?

Cmos-Sensoren sind Bildsensoren, die in Digitalkameras und anderen fotografischen Geräten verwendet werden. Das von den einzelnen Fotodetektoren empfangene Licht wird in eine elektrische Ladung umgewandelt, die dann je nach Lichtintensität über einen aus Cmos-Sensoren bestehenden Verstärkerkreis als Spannung oder Strom abgeleitet wird.

In der Vergangenheit waren CCD-Sensoren die Hauptstütze der Bildsensoren. Sie zeichnen sich durch eine Struktur aus, bei der die Ladung vom CCD übertragen und über einen Floating Diffusion Amplifier (FDA) in eine Spannung umgewandelt wird.

CCD-Sensoren haben gegenüber CMOS-Sensoren Vorteile in Bezug auf Empfindlichkeit, Signal-Rausch-Verhältnis und niedrigen Dunkelstrom, aber auch Nachteile in Bezug auf komplexe Stromversorgungskonfigurationen, unvermeidlichen Smear, spezielle Herstellungsprozesse und die Unfähigkeit, allgemeine CMOS-LSI-Produktionsanlagen zu verwenden. In jüngster Zeit haben sich CMOS-Sensoren aufgrund der Fortschritte bei den Methoden zur Verringerung der Auswirkungen des Dunkelstroms und zur Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses bei CMOS-Sensoren zur Hauptstütze der Bildsensoren entwickelt.

Verwendung von Cmos-Sensoren

Cmos-Sensoren wurden bisher in Kameras für Smartphones und Tablets verwendet, da sie kostengünstig in der Herstellung sind. CCD-Sensoren mit geringem Rauschen wurden dagegen hauptsächlich in Spiegelreflexkameras und Videokameras verwendet, wo eine hohe Bildqualität erforderlich ist.

Mit der Weiterentwicklung der Rauschunterdrückungsmethoden für CCD-Sensoren traten jedoch die bei CCD-Sensoren problematischen Smear- und Blooming-Effekte nicht mehr auf, und der CCD-Sensor wurde nach und nach durch den CMOS-Sensor ersetzt, der heute in allen Arten von Fotoausrüstungen als Bildsensor verwendet wird. CMOS-Sensoren werden heute in allen Arten von Fotoausrüstungen als Bildsensor eingesetzt.

Das Prinzip der Cmos-Sensoren

Die grundlegende Funktion eines Bildsensors besteht darin, die von den in großer Zahl auf seiner Oberfläche angeordneten lichtempfangenden Elementen erzeugte elektrische Ladung zu speichern und zu übertragen, sie in eine Spannung oder einen elektrischen Strom umzuwandeln und auszugeben. In dieser Hinsicht haben CCD- und CMOS-Sensoren die gleiche Funktion.

Der Hauptunterschied zwischen den beiden liegt im Mechanismus der Ladungsübertragung: Ein CCD-Sensor hat ein Gitter von Fotodioden als lichtempfangende Elemente, und im N-Typ-Bereich dieser Fotodioden kann Ladung vorübergehend gespeichert werden.

Neben diesen Fotodioden ist eine vertikale CCD installiert, und die gesamte von jeder Fotodiode zu einem bestimmten Zeitpunkt angesammelte Ladung wird gleichzeitig auf die vertikale CCD übertragen. Die Ladungen werden sequentiell übertragen und an die horizontale CCD geliefert.

Die horizontale CCD überträgt die von der vertikalen CCD übertragene Ladung sequentiell an die FDA, die eine der Ladungsmenge entsprechende Spannung ausgibt und damit eine der Intensität des auf die Fotodioden einfallenden Lichts entsprechende Ausgangsspannung liefert. Wie oben beschrieben, wird bei einem CCD-Sensor die Ladungsmenge von allen Fotodioden nacheinander ausgegeben.

Cmos-Sensoren hingegen sind mit einer Fotodiode als Lichtempfangselement, einem Verstärker zur Verstärkung des Ausgangs und einem Schaltelement zur Verbindung des Verstärkerausgangs mit der Signalleitung ausgestattet, so dass Lichtempfang, -umwandlung, -verstärkung und -ausgabe für jede Fotodiode durchgeführt werden.

Mit dieser Konfiguration können Cmos-Sensoren einzelne Fotodioden durch Kombination von horizontalen und vertikalen Abtastsignalen spezifizieren und die der Ladungsmenge entsprechende Spannung oder den Strom extrahieren. So kann jede beliebige Fotodiode ausgewählt und ihr Signal ausgelesen werden.

Aufgrund dieser strukturellen Unterschiede haben Cmos-Sensoren den Vorteil, dass eine Hochgeschwindigkeitsauslesung durch Begrenzung des Signals auf den erforderlichen Bereich usw. möglich ist und dass kein CCD-Übertragungsrauschen entsteht. Außerdem ist bei CCD-Sensoren ein Verschmieren durch in das CCD einfließende Rauschanteile unvermeidlich, was bei CMOS-Sensoren nicht vorkommt.

Aufbau von CMOS-Sensoren

Cmos-Sensoren kombinieren Fotodioden, die Lichtempfangselemente sind, mit Verstärkern und Schaltelementen und integrieren viele weitere Elemente. Das Herstellungsverfahren der Fotodioden ist speziell und unterscheidet sich von dem der Transistoren, aber die anderen Komponenten sind identisch mit denen der CMOS-LSI, so dass CMOS-Fertigungsanlagen verwendet werden können, was ein Vorteil gegenüber CCDs ist.

Neue Entwicklungen gibt es auch bei der Anordnung der Fotodioden. Dabei handelt es sich um eine so genannte rückseitig beleuchtete Struktur, bei der sich die Fotodiode auf der Rückseite des Bauelements befindet, während die Schaltkreise, wie Verstärker und Schaltelemente, auf der Vorderseite angeordnet sind. Die Fotodiode und die Schaltkreise sind über eine interne Verdrahtung verbunden. Der Herstellungsprozess ist zwar komplexer, aber die Fotodioden können lückenlos angeordnet werden, was insbesondere die Lichtsammeleffizienz verbessert.

Die Schaltkreise in CMOS-Sensoren arbeiten mit einer einzigen Stromversorgung, so dass im Grunde nur eine einzige Versorgungsspannung von etwa 3,3 V erforderlich ist, während bei CCD-Sensoren mehrere Spannungen an die CCD geliefert werden müssen, die den Übertragungsweg darstellen, was die Konfiguration der Stromversorgung komplexer macht. Cmos-Sensoren haben einen Vorteil in Bezug auf den Stromverbrauch.

Weitere Informationen über CMOS-Sensoren

1. Marktanteil der CMOS-Sensoren

In der Blütezeit der CCD-Sensoren hatte Sony einen beherrschenden Marktanteil, aber jetzt, da sich CMOS-Sensoren durchgesetzt haben und ihre Hauptanwendung sich auf Smartphones verlagert hat, geht der Marktanteil von Sony allmählich zurück. Im Jahr 2021 wird der wertmäßige Marktanteil von Sony 45 % betragen, Samsung liegt mit 26 % an zweiter Stelle und OmniVision mit 11 % an dritter Stelle.

2. Größe der CMOS-Sensoren

CMOS-Sensoren gibt es in verschiedenen Größen, von groß bis klein.
Am Beispiel der Canon CMOS-Sensoren gibt es sechs verschiedene Größen von Bildsensoren, und zwar.

• 35 mm Vollformat (ca. 36 mm x 24 mm)
• APS-H-Größe (ca. 29 mm x 19 mm)
• APS-C-Größe (ca. 22 mm x 15 mm)
  Sie werden jedoch nicht an die breite Öffentlichkeit verkauft und sind auf die Verwendung in eigenen Kameras beschränkt.
• 1 Zoll
• 2/3 Zoll
• 1/1,8 Zoll

Generell gilt: Je größer der Sensor, desto besser ist die Bildqualität bei gleicher Pixelzahl. Je größer die Blende, desto besser ist auch die Empfindlichkeit.

Was ist ein Reed-Relais?

Ein Reed-Relais (Englisch: leed relay) ist ein elektromagnetischer Schalter, der durch Anlegen eines Stroms an eine Antriebsspule aktiviert wird.

Es besteht aus einer Kombination von elektromagnetischen Spulen um einen oder mehrere Reed-Schalter und einem kleinen Relais, das durch elektromagnetische Kraft öffnet und schließt. Das in der Spule erzeugte Magnetfeld betätigt die Kontakte mechanisch, so dass im Vergleich zu Halbleiterschaltern nur ein sehr geringer Leckstrom vorhanden ist, wenn der Schalter nicht in Betrieb ist.

Da sie eingangs- und ausgangsseitig unabhängig und ohne Polarität sind, lassen sich beispielsweise Fehler bei der Installation vermeiden. Weitere Vorteile sind die hohe Druckfestigkeit, die hohe Isolierung, die Staubdichtigkeit und die Beständigkeit gegen die Einwirkung von Fremdgasen.

Anwendungen für Reed-Relais

Reed-Relais werden in einer Vielzahl von elektrischen Geräten eingesetzt. Obwohl Halbleiterrelais derzeit der wichtigste Relaistyp sind, werden sie häufig in Anwendungen eingesetzt, für die Halbleiterrelais nicht geeignet sind.

Geeignete Umgebungen für den Einsatz von Reed-Relais sind unter anderem.

• Elektrische Geräte, die durch schwache Leckströme erheblich beeinträchtigt werden, wenn Halbleiterrelais geöffnet sind.
• Elektrische Geräte, die in einer Umgebung betrieben werden müssen, in der Substanzen vorhanden sind, die Halbleiter verunreinigen können.　
• Schaltkreise, die für Relais mit sehr hohen Spannungen oder in Hochspannungsumgebungen verwendet werden.

Konkrete Anwendungsbeispiele sind.

• Akkumulatoren für Elektrofahrzeuge, Solarbatterien
  Reed-Relais werden eingesetzt, wenn die Systemspannung hoch ist und ein stabiler Betrieb auch bei Spannungen von über 1.500 V DC erforderlich ist.
• Medizinische Geräte
  Für Anwendungen wie die Steuerung von Elektrokautern, Schaltungen zur Erkennung der Bettposition, Hochspannungsladeschaltungen für AEDs und die Erkennung von im Körper verbliebenen chirurgischen Instrumenten sind äußerst zuverlässige Schalter erforderlich.

Prinzip des Reed-Relais

Reed-Relais bestehen aus einem Reed-Schalter und einer Spule. Der Reed-Schalter besteht aus einer Glasröhre, die hermetisch mit Inertgas verschlossen ist und zwei Leitungen mit einem Spalt dazwischen enthält. Die Zungen im Inneren des Reedschalters bestehen aus einem magnetischen Material, das der Kraft eines Magneten ausgesetzt ist, und die Kontakte, an denen die Zungen bei Betätigung miteinander in Kontakt kommen, sind mit einem hochstromfähigen Metall versehen.

Das Magnetfeld, das durch den Stromfluss in der äußeren Spule des Reed-Schalters erzeugt wird, bewirkt, dass die beiden Relais im Reed-Schalter miteinander in Kontakt kommen. Der Strom fließt durch die Kontakte und sie funktionieren als Relais. Wenn das Reed-Relais angesteuert wird, wird durch die Spule ein Magnetfeld erzeugt.

Dieses kann daher die umgebenden elektronischen Bauteile beeinflussen, und es muss auf die Einbaulage und die Einsatzbedingungen geachtet werden. Außerdem muss die Schaltung, in der das Reed-Relais verwendet wird, korrekt ausgeführt werden, z. B. durch eine Funkenlöschschaltung, durch eine Schutzschaltung gegen vorübergehend hohe Ströme und gegen Rückströme.

Merkmale von Reed-Relais

Reed-Relais weisen im Vergleich zu anderen Relais eine Reihe von Merkmalen auf.

• Im Vergleich zu Halbleiterschaltern haben mechanische Schalter einen sehr geringen Ableitstrom, wenn die Kontakte geöffnet sind
• Keine Polaritätsspezifikation für Eingang und Ausgang, wodurch Betriebsfehler reduziert werden
• Generell hohe Spannungsfestigkeit und hohe Isolierung
• Im Vergleich zu allgemeinen elektromagnetischen Relais sind die Kontaktstellen hermetisch abgedichtet und werden durch Staub und organische Gase weniger beeinträchtigt
• Kompakt, leicht und mit langer Lebensdauer
• Schneller Betrieb und Erholungszeiten von ca. 1/10

Weitere Informationen über Reed-Relais

1. Lebensdauer von Reed-Relais

Relais haben eine elektrische und eine mechanische Lebensdauer.

Elektrische Lebensdauer
Dies ist die Lebensdauer bei Widerstandslasttests, bei denen der Reedschalter durch Anlegen einer Last mit Nennspannung an die Spule geöffnet und geschlossen wird. Die elektrische Lebensdauer hängt von der Größe der Last, der Art der Last, der Häufigkeit des Öffnens und Schließens, den Temperaturbedingungen usw. ab.

Mechanische Lebensdauer
Dies bezieht sich auf die Lebensdauer in einem Leerlauftest, bei dem keine Last angelegt wird. Relais sind mechanische Teile, und ihr Öffnen und Schließen führt zu Ermüdung und Verschleiß der Teile selbst. Die Lebensdauer der Relais hängt auch von der Umgebung ab, in der das Relais verwendet wird, z. B. von den Temperaturbedingungen und von Fällen, in denen eine höhere Last als die Nennspannung der Spule angelegt wird.

2. Vorsichtsmaßnahmen bei der Verwendung von Reed-Relais

Wichtige Vorsichtsmaßnahmen bei der Verwendung von Reed-Relais sind Reinigung und magnetische Interferenz.

Reinigung
Da die Drähte der Reed-Relais-Spule in einem Glasrohr versiegelt sind, beeinträchtigt die Reinigung die Eigenschaften der Drähte nicht. Das Produkt muss jedoch immer mit einem Spezialreiniger gereinigt werden.

Magnetische Störungen
Das von der Relaisspule erzeugte Magnetfeld hat Auswirkungen auf die äußere Umgebung. Vor allem bei einer engen Montage kann es vorkommen, dass die Relais aufgrund von magnetischen Interferenzen zwischen ihnen nicht richtig funktionieren. Daher müssen Relais, die nicht magnetisch abgeschirmt sind, mit einem Mindestabstand von 15 mm zwischen den Relais montiert werden.

Außerdem darf das Relais nicht in der Nähe von Objekten verwendet werden, die starke Magnetfelder erzeugen, wie z. B. Transformatoren oder Dauermagneten, da diese Fehlfunktionen verursachen können.

Was ist eine Pin-Dioden?

Eine Pin-Diode ist eine Diode mit einem echten I-Typ-Halbleiter mit hohem elektrischen Widerstand zwischen dem P-Typ- und dem N-Typ-Halbleiter und einer breiten Verarmungsschicht.

Die breitere Verarmungsschicht verbessert das Ansprechverhalten. Aufgrund des hohen Widerstands des zentralen I-Typ-Halbleiters hat sie die niedrigste Anschlusskapazität aller Dioden; die Durchlassspannung ist fast die gleiche wie bei einer PN-Diode.PIN-Dioden werden als variable Widerstände verwendet, insbesondere bei hohen Frequenzen, da sich ihr Widerstand mit dem fließenden Strom ändert. Sie können auch als Kondensatoren verwendet werden, wenn eine Sperrspannung angelegt wird.

Verwendungen von Pin-Dioden

PIN-Dioden zeichnen sich durch eine geringe Kapazität zwischen den Anschlüssen, einen niedrigen Serienwiderstand und hohe Frequenzen aus. Sie werden daher zum Schalten von Hochfrequenzsignalen, einschließlich Mobiltelefonen, verwendet, da sie die Hochfrequenz-Kommunikationsleitungen weniger beeinträchtigen können. Sie werden auch als variable Widerstände in Bandschaltungen, AGC-Schaltungen und Empfangsdämpfungsgliedern verwendet, da sich ihr Widerstand in Abhängigkeit vom Strom ändert. Sie wirken auch als Kondensatoren, wenn eine Sperrspannung angelegt wird.

Prinzip der Pin-Dioden

1. Wenn eine Vorwärtsspannung an eine Pin-Diode angelegt wird

Wenn eine Vorwärtsspannung an eine Pin-Diode angelegt wird, bewegen sich Löcher aus dem P-Typ-Halbleiter und Elektronen aus dem N-Typ-Halbleiter, um sich im I-Typ-Halbleiter zu treffen und zu rekombinieren, wo die angelegte Spannung bewirkt, dass sich die Elektronen und Löcher sehr schnell bewegen, was den Stromfluss erleichtert. Die aus den P- und N-Halbleitern wandernden Löcher und Elektronen treffen im I-Halbleiter zusammen, wodurch sich der Widerstand ändert. Mit anderen Worten: Der Widerstand ändert sich in Abhängigkeit von der Spannung, so dass das Bauelement als variabler Widerstand verwendet werden kann, indem die Spannung gesteuert wird.

Im Vergleich zu Halbleitern vom PN-Typ, die keinen Halbleiter vom I-Typ aufweisen, haben Pin-Dioden eine bessere Leistung, da sie Ladungsträger wie Löcher und Elektronen besser speichern können.

2. Wenn eine Sperrspannung an eine Pin-Diode angelegt wird

Wird dagegen eine Sperrspannung angelegt, sammeln sich Löcher und Elektronen auf den jeweiligen Oberflächen der P- und N-Halbleiter, und der I-Halbleiter wird zu einem Dielektrikum und wirkt als Kondensator.

Weitere Informationen über PIN-Dioden

1. Leitfähigkeitsmodulation in PIN-Dioden

Unter Leitfähigkeitsmodulation versteht man die Änderung des Widerstands, die dadurch verursacht wird, dass Ladungsträger in eine hochohmige Schicht fließen, wenn diese vorgespannt wird.

Die I-Schicht, die zwischen der P- und der N-Schicht liegt, besteht aus Elementen mit vierwertiger Valenz, wie Silizium (Si) und Germanium (Ge). Als reine Halbleiter, die keine anderen Elemente enthalten, werden sie als echte Halbleiter bezeichnet und sind durch stabile kovalente Bindungen mit acht Elektronen gebunden, was sie zu isolierenden Schichten macht, in denen keine Elektronenübertragung möglich ist.

Wenn sie jedoch in einer Pin-Diode in Durchlassrichtung vorgespannt sind, fließen Löcher aus der P-Schicht und Elektronen aus der N-Schicht, und die I-Schicht wird hochdotiert. Infolgedessen kommt es zu einer Leitfähigkeitsmodulation, und die I-Schicht, die einen hohen Widerstand hatte, wird zu einem niedrigen Durchlasswiderstand, wenn der Strom in Durchlassrichtung fließt.

2. Schalten mit PIN-Dioden

PIN-Dioden werden auch in Hochfrequenzschaltern eingesetzt. Im Niederfrequenzbereich gibt es auch mechanische Schalter, während bei hohen Frequenzen Koaxialrelais und Halbleiterschalter eingesetzt werden. In den letzten Jahren wurden sie aufgrund der weiten Verbreitung von LAN-Kommunikationssystemen und Radarsystemen in Fahrzeugen auch als MMIC-Schalter im Millimeterwellenbereich eingesetzt.

Das Prinzip von PIN-Dioden-Schaltkreisen besteht darin, dass bei Vorwärtsspannung ein Hochfrequenzsignal und bei Rückwärtsspannung kein Hochfrequenzsignal ausgegeben wird. In der Produktpalette gibt es sowohl reflektierende als auch absorbierende Typen. Reflektierende Schalter übertragen hochfrequente Leistung, wenn sie in Sperrichtung vorgespannt sind, und reflektieren sie, wenn sie in Vorwärtsrichtung vorgespannt sind. Absorbierende Schalter haben ein niedriges Stehwellenverhältnis (VSWR) und einen geringen Signalverlust im ein- und ausgeschalteten Zustand.

3. Vor- und Nachteile von PIN-Dioden-Schaltern

Im Allgemeinen sind PIN-Dioden-Schalter in Bezug auf Schaltgeschwindigkeit und Kompaktheit überlegen, haben aber den Nachteil eines hohen Stromverbrauchs.

Der Grund für den hohen Stromverbrauch liegt in der Notwendigkeit einer hohen Vorspannung, um die Einfügeverluste gering zu halten. Um diesen Nachteil auszugleichen, wurde ein optischer Schalter namens MEMS (Micro Electro Mechanical System) für den Millimeterwellenbereich entwickelt, der sich auf dem heutigen Markt immer mehr durchsetzt.

Was ist ein Led-Treiber?

Ein Led-Treiber ist ein integrierter Schaltkreis (IC), der LEDs stabil ansteuert und sicher kontrolliert.

Led-Treiber geben je nach Stromstärke unterschiedlich viel Licht ab, und die Stromstärke variiert je nach Farbe, so dass eine stabile Ansteuerung eine sehr genaue Stromregelung erfordert.

Aus diesem Grund ist die Steuerung mit Hilfe eines Konstantstromkreises sehr wichtig, und dies ist die Hauptfunktion des Led-Treibers.

Verwendungszwecke von Led-Treibern

Wie der Name schon sagt, werden Led-Treiber für die Ansteuerung und Kontrolle von LEDs verwendet. In den letzten Jahren wurden jedoch viele Led-Treiber auch für Beleuchtungsanwendungen verkauft, da LEDs mit ihrem geringen Stromverbrauch und ihrer langen Lebensdauer die erste Wahl für Beleuchtungskörper anstelle von Leuchtstofflampen geworden sind.

Beleuchtungskörper erfordern häufig eine Helligkeitseinstellung, und eine strenge Stromregelung ist für Led-Treiber besonders wichtig. Heutzutage gibt es viele Gründe für die Umstellung auf LEDs für Beleuchtungszwecke, um die Energieeinsparung zu fördern, wie z. B. die SDGs, die auch hocheffiziente Beleuchtung erfordern.

LEDs werden auch als Anzeigelampen in Haushaltsgeräten und Automobilen verwendet, und es werden LED-Treiber für diese Anwendungen entwickelt.

Das Prinzip von Led-Treibern

Led-Treiber steht für Light Emitting Diode (Leuchtdiode) und bezieht sich auf ein Halbleiterelement, das Licht aussendet, wenn eine Vorwärtsspannung an den PN-Übergang angelegt wird. Der Led-Treiber verfügt über eine im IC integrierte Schaltung zur Erzeugung eines konstanten Stroms sowie, je nach Produkt, über eine PWM-Steuerschaltung und eine SPI- oder I2C-Schnittstelle.

Im Allgemeinen variiert die von LEDs emittierte Lichtmenge mit der Höhe des angelegten Stroms, aber LEDs ändern auch ihre Emissionsfarbe (Emissionswellenlänge) in Abhängigkeit vom Stromwert. Darüber hinaus kann ein zu hoher Strom die Lebensdauer des Geräts erheblich beeinträchtigen. Daher ist es notwendig, den optimalen Stromwert für die eingesetzte LED unter Berücksichtigung der Lichtstärke, des Farbtons und der Lichtausbeute entsprechend den Leuchteigenschaften der LED genau zu steuern, wozu LED-Treiber eingesetzt werden.

Led-Treiber können mit einer Kombination aus diskreten Zenerdioden, MOSFETs usw. für einzelne Funktionen konfiguriert werden, aber wenn mehrere LEDs in Reihe oder parallel geschaltet sind und LEDs verschiedener Emissionsfarben mit unterschiedlichen optimalen Stromwerten in Kombination betrieben werden sollen, werden ICs eingesetzt, um die erforderlichen Spezifikationen zu erfüllen. Der LED-Treiber wird verwendet, um die erforderlichen Spezifikationen zu erfüllen.

Weitere Informationen zu Led-Treibern

1. Treiberformat von Led-Treibern

Bei Led-Treibern gibt es verschiedene Treiberformate, wie z. B. lineare und Step-up/Step-down-Typen.

Linearer Typ
Dieser Schaltungstyp enthält keinen DCDC-Wandler und verwendet MOSFETs und Widerstände für die Konstantstromregelung. Die Einzelfunktion ermöglicht eine Miniaturisierung und Kostenreduzierung, hat aber den Nachteil hoher MOSFET-Verluste bei hohen Eingangsspannungen.

Step-up/Step-down-Typ
Dieser Schaltungstyp ermöglicht einen hocheffizienten Betrieb durch Unterdrückung des Verlustanstiegs während der Step-up- und Step-down-Funktionen, was auch für eine Erhöhung der Anzahl der LED-Stufen genutzt werden kann. Da die Schaltung jedoch komplex und die Kosten hoch sind, werden je nach Anwendung auch häufig Led-Treiber eingesetzt, die nur Boost oder Buck unterstützen.

2. PWM-Steuerung

Die PWM-Steuerung ist bei Led-Treibern zum Dimmen weit verbreitet. Der Grund dafür ist, dass die Methode der Anpassung des Gleichstromwerts des Treibers das Problem der Wärmeentwicklung aufgrund der verringerten Effizienz und der mit den Stromänderungen verbundenen Wellenlängenänderungen (Änderungen der Emissionsfarbe) mit sich bringt.

Bei PWM-gesteuerten Treibern kann die Scheinspannung durch Anpassung der Breite des Rechteckimpulses (Tastverhältnis) variiert werden, und beim Dimmen tritt kein Leistungsverlust auf. Bei solchen Treibern wird die Dimmung der LEDs oft mit einem halbfesten Widerstand durchgeführt. Wenn man den halbfesten Widerstand entfernt und durch ein Volumen ersetzt, kann man einen Led-Treiber realisieren, der mit dem Volumen eingestellt werden kann.

Die Helligkeit von LEDs ist proportional zum Tastverhältnis des Impulses, aber wenn der EIN/AUS-Zyklus zu langsam ist, kann dies vom menschlichen Auge erkannt werden und zu einem Flackern der Beleuchtung führen. Daher muss auf die eingestellte Frequenz der PWM-Steuerung geachtet werden.

3. Serielle Schnittstelle

In Haushaltsgeräten und Kfz-Instrumententafeln werden häufig mehrere verschiedenfarbige LEDs verwendet. Je nach Art und Anzahl der anzusteuernden LEDs kann der IC-Anschluss schwierig sein, wenn nur analoge Signale für EIN/AUS und Vorspannungswerte ausgetauscht werden. In solchen Fällen werden serielle Schnittstellen mit digitaler Steuerung über wenige Drähte, wie SPI oder I2C, verwendet.

Zu den Led-Treibern mit serieller Schnittstellenfunktionalität gehören sowohl große Produkte, die mehrere hundert LEDs gleichzeitig steuern können, als auch Produkte, die die Helligkeit einzelner Kanäle steuern und diagnostizieren können.