Sensorik an der Hochschule München | Karteikarten & Zusammenfassungen

Lernmaterialien für Sensorik an der Hochschule München

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Was versteht man unter einer „optischen Weglänge“ und warum führt man diese ein?

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Die optische Weglänge ist die Streckenlänge für die Licht im Vakuum die gleiche Zeit braucht, verglichen mit einer Strecke mit niedriger Lichtgeschwindigkeit und kürzerer geometrischer Wegstrecke.

Vorteil:

Dies hat den Vorteil, dass man mit der Wellenlänge im Vakuum rechnen kann und im Gegenzug aber die Abnahme der Lichtgeschwindigkeit im Medium in eine gegenüber der geometrischen Strecke verlängerte Wegstrecke, eben die optische Weglänge, transformieren muss.

 

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Was versteht man unter dem Huygens´schen Prinzip?

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Jeder Punkt eines Raumes, der von einer Welle (der Primärwelle) getroffen wird, ist

Ausgangspunkt einer Kugelwelle (= Elementarwelle). Die resultierende Welle ergibt sich als Superposition (= Überlagerung) all dieser Elementarwellen und hat dieselbe Wellenlänge wie die Primärwelle.

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Wodurch wird die Auflösung einer optischen Distanzmessung per TOF limitiert?

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  • LASER-Pulsdauer
  • Höhe der Lichtgeschwindigkeit
  • Schnelligkeit der Nachweiselektronik
  • Dauer eines Zeitinkrements des Zählers
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Warum müssen passive Sensoren in eine Messschaltung eingebettet sein?

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Ein passiver Sensor gibt von sich aus kein Signal aus, sondern verändert lediglich eine meist physikalische Eigenschaft. Das Sensorelement muss also vermessen werden, in dem es z.B. in eine Messschaltung eingebettet wird.

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Nennen Sie fünf Beispiele für Messgrößen in der industriellen Fertigung!

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  • Positionen
  • Dimensionen
  • Objekterkennung
  • Vibrationen
  • Volumendurchflüsse
  • Viskositäten
  • Geschwindigkeiten
  • Drehzahlen
  • Kräfte und Drehmomente
  • Drücke
  • Beschleunigungen
  • Ströme und Spannungen
  • etc.
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Nennen Sie Beispiele für mögliche Messgrößen in der Mdizin, Chemie und Biologie!

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  • Ultraschall
  • Blutdruck (und Herzfrequenz)
  • Hirnströme
  • Gaskonzentrationen und - zusammensetzungen
  • pH-Werte
  • Laktatkonzentrationen
  • etc.
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Nennen Sie vier Anforderungen, zu deren Erfüllung meist eine Signalkonditionierung nötig ist!

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  • Verstärkung des Signals, um es in der folgenden Signalstrecke weniger anfällig gegen elektromagnetische Einstreuungen zu machen
  • Anpassung des Signalniveaus auf eine vorgegebene Norm
  • Verstärkung, um den Eingangsspannungsbereich und damit die Auflösung eines nachgeschalteten Analog-Digital-Wandlers voll auszunutzen
  • Umwandlung eines Spannungs- in ein Stromsignal
  • Invertierung von Signalen, d.h. der Umwandlung von negativen Signalen in positive und umgekehrt
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Was ist der Unterschied zwischen Messbereichsumfang und Skalenendwert?

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Messbereichsumfang

Höchster zulässiger Eingangssignalwert, der den Sensor nicht beschädigt. Er ist größer als der Messbereichsendwert.


Skalenendwert:

obere Grenze des Anzeigebereichs, im engl. full scale

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Nennen Sie Beispiele für mögliche Umweltmessgrößen

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  • Temperatur
  • Luftfeuchte
  • Luftdruck
  • Windgeschwindigkeit
  • Bestrahlungsstärke
  • elektromagnetische Strahlung
  • Radioaktivität
  • etc.
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Was ist eine Erdungsschleife und durch welche Maßnahmen im Messaufbau lassen sich die zugehörigen negativen Effekte reduzieren?

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Erdungsschleife:

Verbindungen der Messgeräte über deren Messleitungen und Erdungsleitungen der Stromversorgungen. In dieser Erdungsschleife induzieren Störfelder Wechselspannungen, die auf das Signal rückwirken.

Reduzierung der negativen Effekte:

Eine optimierte Wahl der Steckdosen.

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Wie sollte die Maschengröße im Faraday'schen Käfig dimensioniert sein?

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Kleiner als 1/10 der Wellenlänge des Störfeldes, welche unterdrückt werden soll.

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Was versteht man unter der Querempfindlichkeit eines Sensors?

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Die Ausgangsgröße reagiert auf Änderungen der Umgebung, obwohl diese gar nicht die zu messende Eingangsgröße ist. 


z.B.: Sensoren haben eine Querempfindlichkeit bzgl. der Umgebungstemperatur. In kritischen Fällen können Sensoren dann mit Temperaturfühlern gepaart werden.

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Q:

Was versteht man unter einer „optischen Weglänge“ und warum führt man diese ein?

A:

Die optische Weglänge ist die Streckenlänge für die Licht im Vakuum die gleiche Zeit braucht, verglichen mit einer Strecke mit niedriger Lichtgeschwindigkeit und kürzerer geometrischer Wegstrecke.

Vorteil:

Dies hat den Vorteil, dass man mit der Wellenlänge im Vakuum rechnen kann und im Gegenzug aber die Abnahme der Lichtgeschwindigkeit im Medium in eine gegenüber der geometrischen Strecke verlängerte Wegstrecke, eben die optische Weglänge, transformieren muss.

 

Q:

Was versteht man unter dem Huygens´schen Prinzip?

A:

Jeder Punkt eines Raumes, der von einer Welle (der Primärwelle) getroffen wird, ist

Ausgangspunkt einer Kugelwelle (= Elementarwelle). Die resultierende Welle ergibt sich als Superposition (= Überlagerung) all dieser Elementarwellen und hat dieselbe Wellenlänge wie die Primärwelle.

Q:

Wodurch wird die Auflösung einer optischen Distanzmessung per TOF limitiert?

A:
  • LASER-Pulsdauer
  • Höhe der Lichtgeschwindigkeit
  • Schnelligkeit der Nachweiselektronik
  • Dauer eines Zeitinkrements des Zählers
Q:

Warum müssen passive Sensoren in eine Messschaltung eingebettet sein?

A:

Ein passiver Sensor gibt von sich aus kein Signal aus, sondern verändert lediglich eine meist physikalische Eigenschaft. Das Sensorelement muss also vermessen werden, in dem es z.B. in eine Messschaltung eingebettet wird.

Q:

Nennen Sie fünf Beispiele für Messgrößen in der industriellen Fertigung!

A:
  • Positionen
  • Dimensionen
  • Objekterkennung
  • Vibrationen
  • Volumendurchflüsse
  • Viskositäten
  • Geschwindigkeiten
  • Drehzahlen
  • Kräfte und Drehmomente
  • Drücke
  • Beschleunigungen
  • Ströme und Spannungen
  • etc.
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Q:

Nennen Sie Beispiele für mögliche Messgrößen in der Mdizin, Chemie und Biologie!

A:
  • Ultraschall
  • Blutdruck (und Herzfrequenz)
  • Hirnströme
  • Gaskonzentrationen und - zusammensetzungen
  • pH-Werte
  • Laktatkonzentrationen
  • etc.
Q:

Nennen Sie vier Anforderungen, zu deren Erfüllung meist eine Signalkonditionierung nötig ist!

A:
  • Verstärkung des Signals, um es in der folgenden Signalstrecke weniger anfällig gegen elektromagnetische Einstreuungen zu machen
  • Anpassung des Signalniveaus auf eine vorgegebene Norm
  • Verstärkung, um den Eingangsspannungsbereich und damit die Auflösung eines nachgeschalteten Analog-Digital-Wandlers voll auszunutzen
  • Umwandlung eines Spannungs- in ein Stromsignal
  • Invertierung von Signalen, d.h. der Umwandlung von negativen Signalen in positive und umgekehrt
Q:

Was ist der Unterschied zwischen Messbereichsumfang und Skalenendwert?

A:

Messbereichsumfang

Höchster zulässiger Eingangssignalwert, der den Sensor nicht beschädigt. Er ist größer als der Messbereichsendwert.


Skalenendwert:

obere Grenze des Anzeigebereichs, im engl. full scale

Q:

Nennen Sie Beispiele für mögliche Umweltmessgrößen

A:
  • Temperatur
  • Luftfeuchte
  • Luftdruck
  • Windgeschwindigkeit
  • Bestrahlungsstärke
  • elektromagnetische Strahlung
  • Radioaktivität
  • etc.
Q:

Was ist eine Erdungsschleife und durch welche Maßnahmen im Messaufbau lassen sich die zugehörigen negativen Effekte reduzieren?

A:

Erdungsschleife:

Verbindungen der Messgeräte über deren Messleitungen und Erdungsleitungen der Stromversorgungen. In dieser Erdungsschleife induzieren Störfelder Wechselspannungen, die auf das Signal rückwirken.

Reduzierung der negativen Effekte:

Eine optimierte Wahl der Steckdosen.

Q:

Wie sollte die Maschengröße im Faraday'schen Käfig dimensioniert sein?

A:

Kleiner als 1/10 der Wellenlänge des Störfeldes, welche unterdrückt werden soll.

Q:

Was versteht man unter der Querempfindlichkeit eines Sensors?

A:

Die Ausgangsgröße reagiert auf Änderungen der Umgebung, obwohl diese gar nicht die zu messende Eingangsgröße ist. 


z.B.: Sensoren haben eine Querempfindlichkeit bzgl. der Umgebungstemperatur. In kritischen Fällen können Sensoren dann mit Temperaturfühlern gepaart werden.

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