Bildbasierte Sensoren

Kompendium Messtechnik und Sensorik, Teil 11

Jörg Böttcher

• Verlag: Books on Demand
• Jahr: 2019
• eBook-ISBN: 9783749469888
• Auflage: 1
• Thema: Technik & Maschinenbau
• Thema: Elektrotechnik & Telekommunikation

Das E-Book behandelt in kompakter Form Aufbau und Funktion von bildproduzierenden Sensoren in folgenden Abschnitten: - Wärmebildsensor- Kenndaten von Wärmebildsensoren- Kameramodul- Kenndaten von Kameramodulen- LIDAR-SensorAußerdem ist ein Verzeichnis mit in der Messtechnik und Sensorik häufig verwendeten Abkürzungen enthalten.Es stellt den Teil 11 des Kompendiums Messtechnik und Sensorik dar. Das Kompendium versteht sich als Grundlagenüberblick zwischen rein akademischer Theorie und ausschließlich gerätebezogener Anwendungspraxis. Es möchte auf effiziente Art das notwendige Basis-Know-how vermitteln, um messtechnische Aufgabenstellungen auf einer fundierten Grundlage selbständig anzugehen. Es wendet sich einerseits an im Beruf stehende Ingenieure, Techniker und Naturwissenschaftler, die messtechnische Systeme einsetzen. Andererseits an Studierende und Lehrende in technischen Bachelor- und Masterstudiengängen bzw. an Techniker- und Meisterschulen.Zu den Kompendiumsinhalten ist ein Multiple Choice-Test unter www.messtechnik-und-sensorik.org frei verfügbar. Wer diesen besteht, kann ein vom Autor Prof. Dr.-Ing. Jörg Böttcher unterzeichnetes Fortbildungszertifikat gegen eine zusätzliche Gebühr erwerben.

Bildbasierte Sensoren

Zum Abschluss dieses Kompendiums wollen wir noch einen Blick auf Sensoren werfen, die im Gegensatz zu den bislang betrachteten Messgrößen nicht punktuell an einer einzelnen Messstelle erfassen. Sie nehmen vielmehr ein zwei- bzw. dreidimensionales Abbild der Umgebung auf. Die Rede ist von Wärmebildsensoren, von Kameramodulen und von sog. LIDAR-Systemen zur laserbasierten dreidimensionalen Abtastung der Umgebung. Diese Sensoren werden i.d.R. mit einer leistungsfähigen, bildverarbeitenden Algorithmik kombiniert, die eine Vielzahl interessanter Anwendungen wie Objekt- und Personenerkennung oder autonomes Fahren ermöglicht. Wir können hier nicht auf die komplexen Aspekte der Bildverarbeitung eingehen und beschränken uns auf eine Darstellung dieser drei Sensorprinzipien.

Wärmebildsensor

Seit längerem werden z.B. zur Aufnahme von Wärmebildern im industriellen Umfeld oder an Hausfassaden mehr oder weniger großvolumige Wärmbildkameras eingesetzt. In den letzten wenigen Jahren wurden nun kleinvolumige Sensoren eingeführt, die Wärmebilder mit Auflösungen von z.B. 640 × 512 Pixel (um auf einen weit verbreiteten Typ zu referenzieren) und Messzeiten von deutlich unter einer Sekunde pro Bild erzeugen. Diese können über konventionelle Videoausgänge oder über eine Digitalschnittstelle ausgelesen werden. Es werden sowohl reine Sensorchips als auch komplette Miniatursensormodule mit integrierter Optik in verschiedensten Brennweiten angeboten.

Derartige Sensoren basieren ähnlich den Pyrometern auf der Auswertung der Infrarotstrahlung. Bild 1 zeigt das Prinzip. Eine Oberfläche wird mittels Optik auf einen 2D-Detektorchip abgebildet. Die bildaufnehmende Struktur ist ein in Pixel unterteiltes Flächenelement. Jedes Pixel wertet die durch die einfallende Strahlung generierte Erwärmung aus (sog. Bolometerprinzip).

Bild 1: Prinzip eines Wärmebildsensors

Die Struktur eines einzelnen Pixels zeigt Bild 2. Eine die eigentliche Infrarotstrahlung aufnehmende Membran aus typischerweise Vanadiumoxid (VOx) bzw. amorphem Silizium (a-Si) ist wärmeisoliert über einer darunterliegenden Ausleseelektronik aufgehängt. Die Aufhängung erfolgt über zwei Stäbe, die gleichzeitig als Elektroden dienen. Über diese Elektroden wird der elektrische Widerstand der Membran gemessen, der sich bei Erwärmung ändert. Die Membran nimmt...

Inhaltsverzeichnis

• Vorwort
• Bildbasierte Sensoren
• Abkürzungen aus der Messtechnik und Sensorik
• So geht es weiter
• Multiple Choice-Test und Fortbildungszertifikat
• Impressum