Sensortechnik erleichtert unseren Alltag

Ob zuhause, unterwegs, ob am Handy oder beim Sport: Mittlerweile ist Sensortechnik fast überall in unserem Alltag angekommen. Sensoren finden sich in Autos wieder, in Telefonen, im Garten oder beim Arzt. Sensortechnik kann nahezu alles messen und kontrollieren, denn ihre Aufgaben sind so individuell wie ihre Technik.

Was ist Sensortechnik?

Als „technische Sensorik“ bezeichnet man – grundsätzlich – Sensorelemente der Messtechnik. In den meisten Fällen spricht man hier von schaltenden Systemen, wie beispielsweise Lichtschranken, auch Industrie- oder Labormesssysteme der Automatisierung können hier eingeschlossen werden. Die Gemeinsamkeit ist aber ein Messen, bei dem ein nichtelektrisches Signal in ein elektrisches umgewandelt wird. Temperaturen, Wasserstände, Entfernungen oder Licht werden so zu messbaren Größen, die als digitaler Wert wiedergegeben werden können.

Ein Sensormonster: Das Auto

Besonders sichtbar in der heutigen Zeit werden Sensoren in der Automobilbranche, genauer: Der Fahrsicherheit und vor allem auch dem autonomen Fahren, welches bei einigen, aktuellen Limousinen schon Realität ist. Bei Ausstattungen wie Ultraschall, Laser, Radar oder Lidar ist man fast geneigt, an einen handelsüblichen Kampfjet oder den neuesten Wagen eines James Bond zu denken. Doch all diese Sensortechnik ist in modernen, erhältlichen Wagen Realität.

Beispielsweise misst ein Radar sowohl Geschwindigkeit als auch Entfernung durch Radiowellen. Diese werden vom Radarsystem ausgesandt und die gemessene Zeit bis zur Rückkehr wird eigenständig in Entfernungsangaben interpretiert. Radartechnik im Auto wird grundsätzlich für die Abstandsmessung eingesetzt und gehört damit zu den wichtigsten Sicherheitsstandards moderner Wagen. Wenn es beim Einparken piept, ist dies dem Ultraschallsensor am Heck des Wagens zu danken. Für Abstandsmessungen während der Fahrt ist Ultraschall nicht brauchbar, da seine Reichweite zu gering ist. Als Sensorik für die Einparkhilfe und Erkennung des toten Winkels jedoch ist er nicht nur einem Fahrer nützlich, sondern auch eine enorme Hilfe auf dem Gebiet der autonom steuernden Fahrzeuge. Ähnlich wird der Lidar – der in seiner Funktion ähnlich dem Radar funktioniert, wenn auch mit geringerer Reichweite – für Notfall-Bremsassistenten eingesetzt. Weitere, insbesondere bei Forschungen des autonomen Fahrens eingesetzte Sensoren beinhalten sowohl Laser- als auch Infrarotsensoren für die Visualisierung von Hindernissen, so wie natürlich verschiedene Sorten der Kameratechnik.

Sensortechnik im eigenen Heim

Aber auch im heimischen Alltag sind hochtechnische Sensoren an den überraschendsten Arbeiten beteiligt: Was für Menschen im Normalfall kein Problem ist, nämlich die Orientierung in der eigenen Wohnung, ist zum Beispiel für einen eigenständig steuernden Staubsauger eine wirkliche Herausforderung. Jedes Zimmer ist anders, Möbel werden verrückt, neue Hindernisse versperren den Weg. Ältere oder günstige selbstfahrende Sauger verfügen meist über einen Berührungssensor und eine – je nach Hersteller unterschiedliche – Fuzzy-Logic-Programmierung, bei der ein Raum durch zufällige Bewegung und Hinderniserkennung stur abgefahren wird. Stößt der Sensor gegen ein Hindernis, wird die Richtung geändert. Hochklassigere Sauger sind hier smarter: Mit Infrarot-, Ultraschall-und Lasersensoren werden Hindernisse und Positionen im Vorfeld berechnet und umfahren. Akustische oder optische Sensoren messen den Verschmutzungsgrad des Bodens, um gegebenenfalls „nachzuputzen“, Teppiche werden erkannt und gesondert behandelt, Radumdrehungen werden per Sensor gemessen um etwaigem Verschleiß bei gerader Fahrt entgegenzuwirken.

Ein weiterer Sensorkönig im Eigenheim ist die Waschmaschine. Per ausgefeilter Sensortechnik wird nicht nur die Beladung, Schwingung und Unwucht der Trommel gemessen, Aquasensoren messen teilweise die Trübung des Spülwassers zur Errechnung der Spülgänge, ein Drucksensor der Mengenautomatik sorgt für genaue Dosierung von Wasser und Waschmittel.

Außerhalb der vier Wände sorgen sensorgesteuerte Bewässerungssysteme für ein präzises Gießen des Gartens: Hier wird im Gegensatz zu Standardsystemen nicht nur nach einer Zeittabelle bewässert, stattdessen erkennen Sensoren exakt, wann die Pflanzen wieviel Wasser benötigen.

Smarte Sensortechnik am Körper

Schon jetzt, aber vor allem in der Zukunft werden wir noch viele weitere Gebiete der Sensorik weit näher am Körper sehen: „Smart Textiles“ sind immer öfter im Gesundheits- und Sportbereich zu beobachten. Hier übernimmt die eigene Kleidung mittels zahlreicher Sensoren eine Kontrolle der Körpertemperatur, misst Flüssigkeitslevel und Hautwiderstand des Körpers genauso wie Vitalfunktionen und überwacht Bewegungsabläufe beim Laufen oder Radfahren. Einfacher, wenn auch ebenso komplex, kann man eine ähnliche Dokumentation des eigenen Körpers durch eine Fitness-Uhr oder eine SmartWatch erwarten. Hier bieten neueste Systeme nicht nur Herz- und Pulssensoren, auch eine eigentlich unhandliche und aufwendige Blutdruckmessung ist – wenn man den Herstellern glauben darf – bald durch ausgefeilte Sensortechnologie in der SmartWatch möglich. GPS-Sensor, Barometer und Höhensensoren, die mittlerweile fast zum Standard gehören, erscheinen dagegen fast lapidar.

Der König der Sensoren: Das Smartphone

Und natürlich darf auch das gute, alte Handy nicht vergessen werden. Der Fingerabdrucksensor erkennt durch winzige Einzelzellen die Oberfläche einer Fingerspitze und entsperrt das Telefon, Umgebungslichtsensoren ermitteln mittels Fotodiode und Farbfilter die Stärke der umgebenden Lichtquellen und passt Helligkeit, Kontrast und Farbsättigung des Displays entsprechend an. Ein Näherungssensor wiederum schaltet ihn ab, sobald der Hörer an den Kopf gehalten wird. So werden versehentliche Berührungen des Touchscreens durch Gesicht oder Ohr vermieden. Ein Gyroskop (also ein Rotationssensor) und ein Beschleunigungssensor erkennen Lage und Bewegung des Telefons – beispielsweise für Spiele oder automatisierte Anwendungen. Ein Magnetometer ersetzt den echten Kompass, durch GPS-Sensoren werden gar Funksignale von erdumkreisenden Satelliten erkannt und verrechnet, um die Position des Gerätes zu bestimmen. Auch der Touchscreen selbst ist nichts anderes als ein weiterer Sensor: Im Glas eines kapazitiven Touchscreens (dem heutzutage üblichen System) liegen zwei quer zueinander ausgerichtete Gitter aus durchsichtigen, elektrischen Leitungen. Das obere Gitter sendet laufend Signale an das untere Gitter, getrennt von einer isolierenden Schicht. Liegt nun der Finger auf dem Glas, wird durch dessen Einwirkung an dieser Stelle die Kapazität der Isolationsschicht verändert, und das Signal zwischen den Gitterrastern wird schwächer – so wird die genaue Position des Fingers vom System erkannt und errechnet.

Sie merken schon: Dieser Blogartikel könnte durchaus noch eine Weile so weitergehen. Sensoren sind überall, und erleichtern unser Leben an Stellen, an denen man es vielleicht nicht unbedingt erwarten würde. Auch unser Sonepar InnovationLab ist vollgestopft mit modernster Sensortechnik, ebenso wie eine handelsübliche Computermaus: Deren optischer Sensor, der aus ständigen Bildern der Oberfläche unter der Maus eine Bewegung ermittelt, wird sie ebenso verlässlich zu unseren Accounts auf Facebook, Instagram, Pinterest und Twitter geleiten. Sozusagen echte Sensortechnik in der Praxis!

Viel Spaß!