Freie Auswahl von Sensoren und Schnittstellen für OEM

Hier ist für alle was drin

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Um induktive Weg- und Positionssensoren in OEM-Anwendungen flexibel zu integrieren, wurde ein für Wegmessung spezifischer Asic entwickelt, in ein 2-Chip-Controller-Konzept eingebunden und zusammen mit einem neuen induktiven Messverfahren zu einem variablen und leistungsfähigen Baukasten aufgebaut.

Moderne Sensorsysteme sollen klein, flexibel und wirtschaftlich sein und über digitale Schnittstellen verfügen. Das trifft insbesondere für Weg- und Positionssensoren bei Anwendungen mit mittleren bis sehr großen Stückzahlen in der Automationstechnik, in Automotiveanwendungen und bei Haushaltsgeräten zu.

Sensor-Controller mit 2-Chip-Konzept
OEM-Anwendungen von Weg- und Positionssensoren in hohen Stückzahlen erfordern meist eine Adaptierung des Sensors und der Sensorelektronik an die engen vorgegebenen Randbedingungen. Um auf diese Herausforderung flexibel reagieren zu können, hat Micro-Epsilon einen für Wegmessung spezifischen Asic entwickelt und diesen in ein 2-Chip-Miniatur-Controller-Konzept eingebunden. Die Hauptkomponenten des intelligenten Sensor-Controllers ISC700 sind damit das spezifische Analog-Sensor-Asic für die Auswertung der Sensorsignale und ein frei wählbarer Micro-Controller zum Verrechnen und Aufbereiten der Messdaten. In Verbindung mit neuen induktiven Messverfahren wurde darauf ein variables und leistungsfähiges Baukastenprinzip aufgebaut.
Sensorspezifische Parameter wie Frequenzwahl, Grenzfrequenz, Signalverstärkung oder Offset werden im eigentlichen Sensor-Asic definiert und programmiert. Eine integrierte Temperaturmessung ermöglicht die Temperaturkompensation des Messwertes. Die weitere Signalaufbereitung erfolgt in einem marktüblichen Microcontroller. Das stellt die optimale Anpassung und Aktualität der Rechnerleistung sicher. Alle aktuell und künftig für Controller verfügbaren digitalen Schnittstellen sind in das System integrierbar. Eine Verlegung von Überwachungs- und Kontrollfunktionen in das Sensorsystem entlastet zudem die Hauptplatinen und Datenkanäle.
Micro-Epsilons Induktivsensoren der LVDT-, VIP-, LVP- oder EDS-Serien können in den OEM-Baukasten integriert werden. Die Messbereiche erstrecken sich dabei von 0,5 bis über 600 mm.
Induktivsensoren mit großem Messbereich
Induktive Wegsensoren bewähren sich in der Praxis seit langem durch hohe Empfindlichkeit und Linearität, einen weiten Betriebstemperaturbereich und Unempfindlichkeit gegenüber Schmutz. Aufgrund ihrer günstigen Preise werden sie bevorzugt in der Großserie eingesetzt.
Die meisten induktiven Messverfahren werden für Bereiche bis 10 mm angeboten. Über diesem Wert wird das Verhältnis des Messbereichs zur Länge des Sensors relativ klein. Die „Ausbeute” erreicht oft nicht mehr als 30 %.
Micro-Epsilon hat drei Varianten induktiver Sensoren entwickelt, die ein besseres Verhältnis erreichen:
Die Sensoren der VIP-Serie arbeiten potentiometrisch, jedoch ohne mechanischen Schleifkontakt und damit verschleißfrei. Ihr patentiertes elektromagnetisches Messverfahren basiert auf einer segmentierten Spule mit mehreren Abgriffen. Diese Spule im Gehäuse aus rostfreiem Stahl kann bis zu einem Druck von 200 bar eingesetzt werden. Als Messobjekt dient eine Aluminiumhülse, die kontaktlos das Gehäuse des Sensors umfasst. Die Länge der Hülse beträgt 10 bis 20 % des Messbereiches.
Die Sensoren der Serie LVP benutzen ein im Innenrohr des Sensors bewegbares Target aus weichmagnetischem Material. Seine Länge ist wiederum maximal 20 % des Messbereiches. Das Gehäuse des Sensors aus rostfreiem, ferromagnetischen Stahl ist in einer bis 500 bar druckfesten Ver-sion lieferbar.
Die Sensor-Serie EDS besitzen als Messobjekt ein Aluminiumrohr. Dieses umfasst das Gehäuse und wird in Achsrichtung bewegt. Die Länge des Rohres entspricht in etwa dem Messbereich. Die Sensoren sind für Hydraulikdrücke bis 600 bar ausgelegt. In ihrem elektromagnetischen System werden zwei orthogonale magnetische Felder erzeugt. Eines davon koppelt in das Target ein, das zweite ist vom Target entkoppelt und somit unabhängig von dessen Position. So werden im Controller wirkungsvoll sowohl die Umgebungstemperatur als auch die Temperaturgradienten am Sensor kompensiert.
Alle drei Sensortypen weisen ein sehr günstiges Verhältnis des Messbereichs zu Baulänge von 60 bis 85 % auf. So kann der Konstrukteur den Einbauraum für die Sensoren reduzieren und die Kosten minimieren.
Freie Konfiguration der Schnittstelle
Die Zwei-Chip-Lösung im intelligenten Controller ISC700 erlaubt eine flexible Adaption des Systems an verschiedenste digitale Schnittstellen. Ausgangssignal kann aber auch ein PWM- oder analoges Spannungssignal sein.
Bei der Definition der Leitungen und Kabelpläne für die Übertragung analoger Sensorsignale müssen Spannungsabfälle und elektromagnetische Einstrahlungen berücksichtigt werden. Die digitale Datenübertragung hat sich dabei als sehr flexibel und zuverlässig erwiesen. Ein weiterer Vorteil ist die Möglichkeit, mit dem Sensorsignal zusätzliche Informationen zu übermitteln. Darüber hinaus wird der Hardwareaufwand reduziert, da mehrere Sensoren über nur eine Datenleitung miteinander kommunizieren können. Rechenintensive Prozesse werden aus der zentralen Einheit ausgelagert und definierte Aufgaben dezentral erledigt. So kann eine Weginformation im Sensorsystem verarbeitet und eine errechnete Regelgröße direkt auf ein Stellglied ausgegeben werden.
Einsatzgebiete des Baukastensystems
Seinen Einsatz findet das Baukastensystem mit dem Sensor-Asic des ISC700 in der Industrieautomatisierung, der Maschinenausstattung, in der Prozess- und Fertigungsüberwachung oder in Automotive-Sensorsystemen.
Die aktuell verfügbare Konfiguration des Controllers eignet sich vor allem für Applikationen mit kleineren bis mittleren Stückzahlen. Für Anwendungen in Großserien mit mehreren 100.000 Systemen pro Jahr ist mit der Zusammenführung von Controller und Sensor-Asic auf ein Bauelement eine weitere Optimierung von Baugröße und Wirtschaftlichkeit des Systems möglich. Durch das im Baukasten vorhandene Know-how werden schnell und zielgerichtet anwendungsspezifische Sensor-Asic-Kombinationen entsprechend den technischen und wirtschaftlichen Anforderungen entwickelt und gefertigt.
Weitere Informationen
Sensor-Controller ISC700
KEM 474
Induktivsensoren der Serien LVDT, VIP, LVP und EDS
KEM 475
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