Sensortechnik: Handbuch für Praxis und Wissenschaft ; mit 122 Tabellen
Gespeichert in:
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|---|---|
| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Berlin u.a.
Springer
1998
|
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | XXII, 1584 S. Ill., graph. Darst. |
| ISBN: | 3540586407 |
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HANS-ROLF TRAENKLER * ERNST OBERMEIER (HRSG.)
SENSORTECHNIK
HANDBUCH FUER PRAXIS UND WISSENSCHAFT
MIT 1067 ABBILDUNGEN UND 122 TABELLEN
SPRINGER
INHALT
TEIL A
GRUNDLAGEN UND TECHNOLOGIE
1 EINFUEHRUNG IN DIE SENSORTECHNIK 3
1.1 SENSOREN IN TECHNISCHEN SYSTEMEN 3
1.1.1 DER SENSORBEGRIFF 3
1.1.2 ALLGEMEINE STRUKTUR EINES INSTRUMENTIERUNGSSYSTEMS 4
1.1.3 ANWENDUNGSGEBIETE UND ANFORDERUNGEN AN SENSOREN 5
1.2 STATISCHE SENSOREIGENSCHAFTEN 6
1.2.1 IDEALE SENSORKENNLINIE (SOLL-KENNLINIE) 6
1.2.2 REALE SENSORKENNLINIE (IST-KENNLINIE) 7
1.2.3 EINFLUESSE DURCH STOERGROESSEN (EINFLUSSEFFEKTE) 10
1.2.4 FEHLERFORTPFLANZUNG SYSTEMATISCHER FEHLER 11
1.3 KORREKTUR VON STATISCHEN SENSOREIGENSCHAFTEN 12
1.3.1 KALIBRIERUNG, SKALIERUNG UND MODELLIERUNG 12
1.3.2 LINEARISIERUNG IN DER MESSKETTE 13
1.3.3 LINEARISIERUNG UND EINFLUSSKORREKTUR DURCH
DAS DIFFERENZPRINZIP 14
1.3.4 UMKEHRUNG DER WIRKUNGSRICHTUNG DURCH GEGENKOPPLUNG
(KOMPENSATIONSPRINZIP) 16
1.4 ENTWURF VON SENSOREN 17
1.4.1 DAS ENTWURFSKONZEPT 17
1.4.2 ANFORDERUNGEN UND IHRE AUSWIRKUNGEN AUF DEN VBRENTWURF. 18
1.4.3 DOMINIERENDE STRUKTUR VON
KUENFTIGEN INSTRUMENTIERUNGSSYSTEMEN 20
2 AUSWERTUNG VON MESSSIGNALEN 23
2.1 EINLEITUNG 23
2.2 NORMUNG 23
2.2.1 DIN 1319 24
2.2.2 LEITFADEN ZUR ANGABE DER UNSICHERHEIT BEIM MESSEN 24
2.2.3 INTERNATIONALES WOERTERBUCH DER METROLOGIE 24
2.3 BEGRIFFE 24
2.3.1 MESSGROESSE 24
2.3.2 EINGANGSGROESSE UND ERGEBNISGROESSE 25
2.3.3 MESSABWEICHUNG 25
X INHALT
2.3.4 EINFLUSSGROESSE UND KORREKTION 26
2.3.5 MESSUNSICHERHEIT 26
2.4 VIER SCHRITTE DER AUSWERTUNG VON MESSUNGEN 28
2.5 AUFSTELLUNG DES MODELLS 28
2.5.1 EINGANGSGROESSEN 29
2.5.2 MODELLFUNKTION 29
2.6 VORBEREITEN DER EINGANGSDATEN 29
2.6.1 MEHRMALS GEMESSENE GROESSEN 29
2.6.2 EINZELWERTE ODER WENIGE WERTE 30
2.6.3 EINFLUSSGROESSEN 30
2.6.4 KORRELATIONEN 30
2.7 BERECHNUNG DES VOLLSTAENDIGEN MESSERGEBNISSES 31
2.7.1 DER RECHNER MACHT'S MOEGLICH 31
2.7.2 MESSERGEBNIS 31
2.7.3 STANDARDUNSICHERHEIT 31
2.7.4 WICHTIGE FORMELN DER STANDARDUNSICHERHEIT 32
2.7.5 NUMERISCHE BERECHNUNG DER STANDARDUNSICHERHEIT 32
2.8 ANGABE DES VOLLSTAENDIGEN MESSERGEBNISSES 33
2.8.1 SCHREIBWEISEN DER ANGABE MIT MESSUNSICHERHEIT 33
2.8.2 SIGNIFIKANTE ZIFFERN 33
2.8.3 ERWEITERTE MESSUNSICHERHEIT 33
3 PHYSIKALISCHE SENSOREFFEKTE 35
3.1 SENSOREFFEKTE ZUR UMSETZUNG MECHANISCHER GROESSEN 36
3.1.1 PIEZOELEKTRISCHER EFFEKT 36
3.1.2 PIEZORESISTIVER EFFEKT 42
3.2 SENSOREFFEKTE ZUR UMSETZUNG MAGNETISCHER GROESSEN 47
3.2.1 HALL-EFFEKT 47
3.2.2 GAUSS-EFFEKT 51
3.2.3 MAGNETORESISTIVER EFFEKT 53
3.3 SENSOREFFEKTE ZUR UMSETZUNG THERMISCHER GROESSEN 57
3.3.1 THERMOWIDERSTANDS-EFFEKT 57
3.3.2 TEMPERATUREFFEKTE BEI HALBLEITERUEBERGAENGEN 67
3.3.3 THERMOELEKTRISCHER EFFEKT 68
3.3.4 PYROELEKTRISCHER EFFEKT 70
3.4 SENSOREFFEKTE ZUR UMSETZUNG OPTISCHER
UND STRAHLUNGSTECHNISCHER GROESSEN 72
3.4.1 AEUSSERER PHOTOEFFEKT 72
3.4.2 INNERER PHOTOEFFEKT 74
4 MODELLIERUNG UND SIMULATION 83
4.1 EINLEITUNG 83
4.2 SIMULATIONSVERFAHREN 83
4.2.1 STOCHASTISCHE SIMULATIONSVERFAHREN (MONTE-CARLO-METHODEN) 84
INHALT
XI
4.2.2 DETERMINISTISCHE SIMULATIONSVERFAHREN 84
4.3 DIE FINITE-ELEMENTE-METHODE 88
4.3.1 HISTORISCHER RUECKBLICK 88
4.3.2 THEORETISCHE GRUNDLAGEN 89
4.3.3 ABLAUF EINER FE-SIMULATION 92
4.3.4 HARD- UND SOFTWAREANFORDERUNGEN 94
4.4 ANWENDUNG DER FINITE-ELEMENTE-METHODE IN DER SENSORIK . . 95
4.4.1 MODELLIERUNG VON SENSOREN 95
4.4.2 LOESUNGSVERFAHREN 99
4.4.3 INTERPRETATION DER ERGEBNISSE 102
4.4.4 BEISPIELE FUER DIE ANWENDUNG DER FEM IN DER MIKROSENSORIK. 103
4.5 AUSBLICK 121
5 MATERIALIEN 125
5.1 WANDLERWERKSTOFFE 127
5.1.1 PIEZOELEKTRISCHE MATERIALIEN 127
5.1.2. PYROELEKTRISCHE WERKSTOFFE 127
5.1.3 OPTOELEKTRONISCHE WANDLERMATERIALIEN 130
5.1.4 THERMOELEMENTE 136
5.2 WIDERSTANDSWERKSTOFFE 139
5.3 ELEKTRISCHE VERBINDUNGSWERKSTOFFE 141
5.3.1 METALLE UND LEGIERUNGEN 141
5.3.2 SCHALTKONTAKTE 43
5.3.3 BONDWERKSTOFFE 143
5.3.4 LOTE 143
5.3.5 KLEBER UND LEITKLEBER 148
5.4 ISOLIERMATERIALIEN UND DIELEKTRIKA 148
5.5 MATERIALIEN FUER DIE HYBRIDINTEGRATION 148
5.6 GEHAEUSEWERKSTOFFE 148
6 MIKROTECHNOLOGIEN 165
6.1 REINRAUMTECHNIK 165
6.1.1 REINRAUMKLASSEN 165
6.1.2 REINRAUMKONZEPTE 167
6.2 SILIZIUMTECHNOLOGIE 172
6.2.1 HERSTELLUNG VON SILIZIUM 175
6.2.2 TECHNOLOGISCHE GRUNDPROZESSE 181
6.3 MIKROMECHANIK-TECHNOLOGIEN 245
6.3.1 DREIDIMENSIONALE NASSCHEMISCHE STRUKTURIERUNG VON SILIZIUM
(BULK MICROMACHINING) 246
6.3.2 DREIDIMENSIONALE STRUKTURIERUNG VON SILIZIUM
DURCH TROCKENAETZEN 256
6.3.3 OBERFLAECHEN-MIKROMECHANIK (SURFACE MICROMACHINING). . . 257
6.4 WAFERVERBINDUNGSTECHNIKEN 259
INHALT
6.4.1 FELDUNTERSTUETZTE VERBINDUNGSVERFAHREN 259
6.4.2 SILIZIUM/SILIZIUM-VERBINDUNG (SILICON FUSION BONDING) . 263
6.5 SCHICHTTECHNIKEN 264
6.5.1 DICKSCHICHTTECHNIK 265
6.5.2 DUENNSCHICHTTECHNIK 266
6.6 VERBINDUNGS- UND KONTAKTIERTECHNIKEN 269
6.6.1 VERBINDUNGSTECHNIKEN 269
6.6.2 KONTAKTIERVERFAHREN 273
6.7 LIGA-VERFAHREN 280
7 SONDERTECHNOLOGIEN 285
7.1 HARTSTOFFBEARBEITUNG MIT ULTRASCHALL 285
7.1.1 ALLGEMEINES 285
7.1.2 VERFAHRENSBESCHREIBUNG 285
7.1.3 EINSATZMOEGLICHKEITEN DER US-BEARBEITUNG 292
7.1.4 ULTRASCHALL-BEARBEITUNGSMASCHINE 295
7.1.5 QUALITAETSSICHERUNG 298
7.1.6 ANWENDUNGSBEISPIELE 299
7.1.7 AUSBLICK 299
7.2 PHOTOAETZBARE GLASKERAMIK (FOTURAN) 303
7.2.1 DER BEGRIFF GLAS 303
7.2.2 PHASENTRENNUNG/ENTGLASUNG 304
7.2.3 GLASKERAMIK 304
7.2.4 PHOTOAETZBARE GLASKERAMIK (FOTURAN) 305
7.3 MIKROFUNKENEROSION 308
7.4 MATERIALBEARBEITUNG MIT DEM LASERSTRAHL 312
7.4.1 SCHWEISSEN MIT DEM LASERSTRAHL 313
7.4.2 BOHREN 317
7.4.3 TRENNEN 318
7.4.4 LOETEN 320
7.4.5 ABGLEICHEN 321
7.4.6 VERGUETEN VON OBERFLAECHEN 321
7.4.7 BESCHRIFTEN 322
7.4.8 ABTRAGEN 323
7.4.9 HALBLEITERPROZESSE 324
TEILB
SENSOREN UND VERFAHREN
8 DRUCK 329
8.1 DMS- UND DUENNFILM-DRUCKSENSOREN 329
8.1.1 MESSGROESSENTRANSFORMATION 330
8.1.2 DRUCKAUFNEHMER MIT METALLFOLIEN-DMS 334
8.1.3 DRUCKAUFNEHMER MIT DUENNFILM-DMS 339
INHALT
XIII
8.1.4 DRUCKAUFNEHMER KENNGROESSEN UND DIE MOEGLICHKEIT IHRER
GEZIELTEN BEEINFLUSSUNG 345
8.2 SILIZIUM- UND KERAMIK-DRUCKSENSOREN 355
8.2.1 PIEZORESISTIVE SILIZIUMDRUCKSENSOREN 357
8.2.2 KAPAZITIVE DRUCKSENSOREN 375
8.2.3 DRUCKSENSOREN AUF DER BASIS VERSCHIEDENER
HERSTELLUNGSTECHNOLOGIEN 387
8.2.4 ANFORDERUNGEN UND ANWENDUNGEN 390
9 KRAFT, DREHMOMENT, BESCHLEUNIGUNG 395
9.1 KRAFT, DREHMOMENT 395
9.1.1 ALLGEMEINES ZUR MESSUNG MIT KRAFTAUFNEHMERN 398
9.1.2 SPEZIELLES ZUR MESSUNG MIT WAEGEZELLEN 405
9.1.3 GRUNDLAGEN DER DMS-MESSTECHNIK 408
9.1.4 ALLGEMEINES ZU DMS-AUFNEHMERN 415
9.1.5 ANWENDUNG VON DMS-KRAFTAUFNEHMERN UND WAEGEZELLEN . . . 423
9.1.6 PIEZOELEKTRISCHE KRAFTAUFNEHMER 425
9.1.7 MAGNETOELASTISCHE KRAFTAUFNEHMER 428
9.1.8 INDUKTIVE KRAFTAUFNEHMER 430
9.1.9 DREHMOMENTMESSUNG 431
9.1.10 DMS-DREHMOMENTAUFNEHMER 435
9.1.11 DREHMOMENTAUFNEHMER NACH DEM INDUKTIVEN PRINZIP 439
9.1.12 DREHMOMENTAUFNEHMER NACH DEM WIRBELSTROMPRINZIP . 441
9.1.13 DREHMOMENTAUFNEHMER NACH DEM PIEZOELEKTRISCHEN PRINZIP 441
9.2 BESCHLEUNIGUNG 445
9.2.1 EINLEITUNG 445
9.2.2 BESCHLEUNIGTE FEDER-MASSE-SYSTEME 449
9.2.3 EMPFINDLICHKEIT, BANDBREITE UND RAUSCHEN . 455
9.2.4 SENSORPRINZIPIEN ZUR MESSUNG DER MASSEAUSLENKUNG 459
9.2.5 KONSTRUKTIVE UND FERTIGUNGSTECHNISCHE ASPEKTE 465
9.2.6 MESSSIGNALVERARBEITUNG 473
10 LAENGE UND WINKEL 479
10.1 R-, L-,C-, MAGNETISCHE AUFNEHMER 479
10.1.1 DEHNUNGSAUFNEHMER 479
10.1.2 WEGAUFNEHMER 482
10.1.3 WINKELAUFNEHMER 508
10.2 ULTRASCHALLSENSOREN ZUR ABSTANDSMESSUNG
UND PRAESENZDETEKTION 511
10.2.1 EINLEITUNG 511
10.2.2 AUSBREITUNG VON ULTRASCHALL 513
10.2.3 ABSTANDSMESSUNG MIT ULTRASCHALL 521
10.2.4 SCHLUESSELELEMENT ULTRASCHALLWANDLER 531
10.2.5 BEISPIEL ZUR ABSCHAETZUNG DES ERFASSUNGSBEREICHES 541
XIV INHALT
10.2.6 REALISIERUNGEN 544
10.3 OPTISCHE AUFNEHMER 553
10.3.1 EINLEITUNG 553
10.3.2 BAUGRUPPEN OPTISCHER MESSAUFNEHMER 555
10.3.3 TRIANGULATIONSSENSOREN 571
10.3.4 LICHTSCHNITTSENSOREN 580
10.3.5 GITTERPROJEKTION UND MOIRE-VERFAHREN 587
10.3.6 LAUFZEITVERFAHREN 597
10.3.7 KAMERA-MESSTECHNIK 603
10.3.8 INTERFEROMETRIE 606
10.3.9 AUTOFOKUSTASTER 613
10.4 INKREMENTALE UND KODIERTE LAENGEN-UND WINKELAUFNEHMER. . 616
10.4.1 EINFUEHRUNG 616
10.4.2 DEFINITIONEN 616
10.4.3 EINTEILUNG DER MESSSYSTEME 618
10.4.4 INKREMENTALE MESSVERFAHREN 619
10.4.5 CODE-MESSVERFAHREN 631
10.4.6 INTERPOLATION 633
11 FUELLSTAND 639
11.1 HYDROSTATISCHE FUELLSTANDMESSUNG 639
11.1.1 EINLEITUNG 639
11.1.2 MESSPRINZIP 639
11.1.3 MESSEINRICHTUNG 641
11.1.4 MESSSCHALTUNG 645
11.1.5 TYPISCHE ANWENDUNGSGEBIETE 646
11.2 LOTSYSTEM 651
11.2.1 EINLEITUNG 651
11.2.2 MESSPRINZIP 652
11.2.3 MESSEINRICHTUNG 653
11.2.4 MESSSCHALTUNG 657
11.2.5 TYPISCHE ANWENDUNGSGEBIETE 659
11.3 RADIOMETRISCHE FUELLSTANDMESSUNG 660
11.3.1 EINLEITUNG 660
11.3.2 BEGRIFFE 662
11.3.3 MESSPRINZIP 665
11.3.4 MESSEINRICHTUNG 666
11.3.5 TYPISCHE ANWENDUNGSGEBIETE 676
11.4 FUELLSTANDMESSUNG MIT MIKROWELLEN 687
11.4.1 EINLEITUNG 687
11.4.2 MESSPRINZIP 688
11.4.3 GERAETEAUFBAU 692
11.4.4 MESSSCHALTUNG 694
11.4.5 TECHNISCHE DATEN 700
INHALT XV
11.4.6 TYPISCHE ANWENDUNGSGEBIETE 704
11.5 KAPAZITIVE FUELLSTANDMESSUNG 706
11.5.1 EINLEITUNG 706
11.5.2 MESSPRINZIP 707
11.5.3 MESSEINRICHTUNG 709
11.5.4 MESSSCHALTUNG 712
11.5.5 TYPISCHE ANWENDUNGSGEBIETE 728
11.6 FUELLSTANDMESSUNG MIT VIBRATIONSSONDE 730
11.6.1 EINLEITUNG 730
11.6.2 MESSPRINZIP 731
11.6.3 MESSEINRICHTUNG 736
11.6.4 ELEKTRISCHE SCHALTUNG 737
11.6.5 TYPISCHE ANWENDUNGSGEBIETE 739
12 DREHZAHL 741
12.1 ALLGEMEINES 741
12.2 WIRBELSTROMDREHZAHLMESSER 741
12.3 STROBOSKOP 742
12.4 TACHO-GENERATOREN 743
12.4.1 WIRBELSTROMSENSOR 743
12.4.2 WECHSELSTROM-GENERATOREN 744
12.4.3 UNIPOLARMASCHINE 746
12.5 IMPULS-DREHZAHLSENSOREN 746
12.5.1 ALLGEMEINES 746
12.5.2 IMPULSBILDUNG 746
12.5.3 IMPULSFORMUNG 752
12.5.4 KOINZIDENZ-VERFAHREN 753
12.5.5 ZAEHLVERFAHREN 754
13 DURCHFLUSS 761
13.1 VOLUMETRISCHE MESSVERFAHREN 761
13.1.1 AUSLAUFZAEHLER 762
13.1.2 VERDRAENGUNGSZAEHLER 763
13.2 VOLUMENZAEHLER MIT MESSFLUEGELN 768
13.2.1 TURBINENRADZAEHLER 768
13.2.2 FLUEGELRADZAEHLER 770
13.3 WIRBELZAEHLER 771
13.3.1 EINLEITUNG 771
13.3.2 MESSPRINZIP 775
13.3.3 GERAETETECHNISCHE AUSFUEHRUNGEN 776
13.4 DRALLZAEHLER 781
13.5 PITOT-ROHR 782
13.6 WIRKDRUCKVERFAHREN 783
13.6.1 PHYSIKALISCHE GRUNDLAGEN 784
XVI
INHALT
13.6.2 WIRKDRUCK-ZAEHLER 789
13.6.3 BLENDENMESSUNG 789
13.6.4 WEITERE WIRKDRUCKVERFAHREN 792
13.7 DURCHFLUSSMESSUNG AUS DER KRAFT AUF ANGESTROEMTE KOERPER. . . 793
13.7.1 SCHWEBEKOERPER-DURCHFLUSSMESSUNG 793
13.7.2 FEDERSCHEIBENDURCHFLUSSMESSER 795
13.7.3 KLAPPENDURCHFLUSSMESSER 795
13.8 MAGNETISCH-INDUKTIVE DURCHFLUSSMESSUNG 796
13.8.1 PHYSIKALISCHE GRUNDLAGEN 796
13.8.2 AUFBAU 798
13.8.3 STOERSIGNALE 799
13.8.4 MAGNETISCH-INDUKTIVE GESCHWINDIGKEITS
UND DURCHFLUSSSONDEN 800
13.8.5 BEWERTUNG DER MAGNETISCH-INDUKTIVEN DURCHFLUSSMESSUNG . . 801
13.9 DURCHFLUSSMESSUNG IN OFFENEN GERINNEN 801
13.9.1 KONVENTIONELLE MESSUNG MIT HOEHENDIFFERENZVERFAHREN 802
13.9.2 ULTRASCHALL-LAUFZEITVERFAHREN 804
13.9.3 MAGNETISCH-INDUKTIVE DURCHFLUSSMESSUNG AN OFFENEN
GERINNEN 805
13.10 ULTRASCHALL-DURCHFLUSSMESSUNG 806
13.10.1 FUNKTIONELLE MERKMALE 806
13.10.2 GRUNDLAGEN 807
13.10.3 MESSROHRGESTALTUNG 814
13.10.4 FEHLEREINFLUESSE 821
13.10.5 WANDLERTECHNIK 827
13.10.6 ANWENDUNGSBEISPIELE 832
13.10.7 AUSBLICK 837
13.11 HITZDRAHT-ANEMOMETRIE FUER GESCHWINDIGKEITSMESSUNGEN
IN UNTERSCHALLSTROEMUNGEN 837
13.11.1 EINLEITUNG 837
13.11.2 MESSPRINZIP UND AUFBAU DER AUFNEHMER 838
13.11.3 WAERMEUEBERGANG VON DUENNEN DRAEHTEN 841
13.11.4 FREQUENZGANG 843
13.11.5 RICHTUNGSEMPFINDLICHKEIT VON HITZDRAHTAUFNEHMERN 843
13.11.6 KALIBRIERUNG VON HITZDRAHTAUFNEHMERN 844
13.11.7 HITZDRAHTMESSUNGEN IN UNTERSCHALLSTROEMUNGEN 846
13.11.8 EINFLUSS DER FLUIDTEMPERATUR 849
13.11.9 FEHLERQUELLEN DER HITZDRAHTANEMOMETRIE 849
13.11.10 INDUSTRIELLE ANWENDUNGEN 853
13.11.11 AUSBLICK 854
13.12 LASER-DOPPLER-ANEMOMETRIE (LDA) 856
13.12.1 EINLEITUNG 856
13.12.2 MESSPRINZIP 857
13.12.3 REFERENZSTRAHLANEMOMETER 858
INHALT XVII
13.12.4 ZWEISTRAHLANEMOMETER 859
13.12.5 INTERFERENZSTREIFENMODELL DER LDA-SIGNALE 861
13.12.6 KOMPONENTEN UND OPTISCHE AUSLEGUNG EINES EINFACHEN
ZWEISTRAHL-LDA-SYSTEMS 862
13.12.7 PHOTODETEKTOREN 866
13.12.8 STREUTEILCHEN (SEEDING) 871
13.12.9 SIGNALAUSWERTUNG 875
13.12.10 RICHTUNGSERKENNUNG DURCH FREQUENZVERSCHIEBUNG 881
13.12.11 RUECKSTREUSYSTEME 885
13.12.12 ZWEI-UND DREIKOMPONENTEN-LASER-DOPPLER-ANEMOMETER . . 886
13.12.13 LICHTWELLENLEITER- UND HALBLEITER-LDA 889
13.13 LASER-DOPPLER-DURCHFLUSSMESSTECHNIK 892
13.13.1 EINLEITUNG 892
13.13.2 MESSPRINZIP 893
13.13.3 INSTATIONAERE MESSUNGEN 895
13.13.4 GERAETETECHNISCHE AUSFUEHRUNGEN 895
13.13.5 LDA-DURCHFLUSSMESSGERAET IN GLASFASERTECHNOLOGIE MIT GROSSER
BANDBREITE 896
13.13.6 LDA-DURCHFLUSSMESSGERAET MIT HALBLEITERLASER
UND HOLOGRAPHISCHEN OPTIKKOMPONENTEN 898
13.13.7 ANFORDERUNGEN - VORTEILE DES MESSPRINZIPS 900
13.14 CORIOLIS-MASSEDURCHFLUSSMESSUNG 900
13.14.1 FUNKTIONSWEISE 900
13.14.2 AUSFUEHRUNG 904
13.14.3 ANWENDERASPEKTE 908
13.15 THERMISCHE MASSENDURCHFLUSSMESSUNG 911
13.16 LAUFZEITMESSUNG MIT MARKIER- UND IMPFVERFAHREN 914
13.17 LAUFZEITMESSUNG DURCH KORRELATION 915
14 TEMPERATUR 923
14.1 EINLEITUNG 923
14.2 SENSORPRINZIPIEN UND -MATERIALIEN 924
14.2.1 THERMORESISTIVE PRINZIPIEN 924
14.2.2 FLUSSSPANNUNG VON DIODEN, BASIS-EMITTER-SPANNUNG VON
TRANSISTOREN 929
14.2.3 THERMOELEKTRISCHE EFFEKTE 931
14.2.4 QUARZ-TEMPERATURSENSOREN 933
14.3 DESIGN UND HERSTELLUNGSVERFAHREN DER ELEMENTARSENSOREN . . 934
14.3.1 PLATIN-TEMPERATURSENSOREN 934
14.3.2 DUENNFILM-METALL TEMPERATURSENSOREN 935
14.3.3 NTC UND PTC-THERMISTOREN 935
14.3.4 SILIZIUM-SPREADING RESISTANCE-TEMPERATURSENSOREN 936
14.4 KENNDATEN 938
14.4.1 METALLWIDERSTANDS-TEMPERATURSENSOREN 938
XVIII
INHALT
14.4.2 NTC- UND PTC-THERMISTOREN 940
14.4.3 SILIZIUM-SPREADING-RESISTANCE-TEMPERATURSENSOREN 943
14.4.4 INTEGRIERTE TEMPERATURSENSOREN 944
14.4.5 THERMOELEMENTE 944
14.5 ANWENDUNGEN 945
14.5.1 INDUSTRIELLE PROZESSKONTROLLE 945
14.5.2 AUTOMOBILANWENDUNGEN 947
14.5.3 SONSTIGE ANWENDUNGSBEREICHE 948
15 INFRAROT-STRAHLUNGSSENSOREN ZUR BERUEHRUNGSLOSEN
TEMPERATURMESSUNG 953
15.1 GRUNDLAGEN DER INFRAROTSTRAHLUNG 953
15.2 SENSORKENNGROESSEN VON INFRAROTSENSOREN 963
15.2.1 SPEKTRALBEREICH, SPEKTRALE EMPFINDLICHKEIT 963
15.2.2 EMPFINDLICHKEIT 964
15.2.3 RAUSCHEN 964
15.2.4 RAUSCHAEQUIVALENTE LEISTUNG UND SPEZIFISCHE DETEKTIVITAET . . . 969
15.2.5 FREQUENZABHAENGIGKEIT, ANSPRECHZEIT, ZEITKONSTANTE 969
15.3 THERMISCHE SENSOREN 970
15.3.1 GRUNDPRINZIP 970
15.3.2 BOLOMETER 974
15.3.3 THERMOELEKTRISCHE SENSOREN 977
15.3.4 PYROELEKTRISCHE SENSOREN 980
15.4 PHOTONENSENSOREN 985
15.4.1 GRUNDPRINZIP 985
15.4.2 PHOTOLEITER (PHOTOWIDERSTAENDE) 988
15.4.3 PHOTODIODEN 990
15.4.4 SCHOTTKY-BARRIERE-SENSOREN 994
15.5 ANWENDUNGEN 995
15.5.1 KENNGROESSEN FUER PYROMETER UND BILDGERAETE 996
15.5.2 PUNKTFOERMIGE TEMPERATURMESSUNG 998
15.5.3 ANWENDUNGEN VON PUNKTFOERMIG MESSENDEN PYROMETERN . . 1004
15.5.4 WAERMEBILDGERAETE 1005
15.5.5 ANWENDUNGEN VON WAERMEBILDGERAETEN 1010
15.5.6 SICHERHEITSTECHNIK 1012
15.6 ZUSAMMENFASSUNG 1014
16 VAKUUM-TOTALDRUCK-MESSUNG 1021
16.1 MESSMETHODEN 1023
16.2 MECHANISCHE VAKUUMMETER 1023
16.3 WAERMELEITUNGS-VAKUUMMETER 1026
16.4 IONISATIONS-VAKUUMMETER 1029
16.5 GASREIBUNGS-VAKUUMMETER 1035
16.6 KALIBRIEREN VON VAKUUMMETERN 1036
INHALT
17 PARTIKELMESSTECHNIK 1039
17.1 EINLEITUNG 1039
17.2 UNTERSCHIEDLICHE EIGENSCHAFTEN VON KOLLOIDEN UND AEROSOLEN 1043
17.3 PROBENNAHME 1044
17.4 PARTIKELGROESSENSORTIERUNG 1051
17.5 OPTISCHE SENSOREN 1054
17.6 ELEKTRORESISTIVE PARTIKELMESSUNG IN FLUESSIGKEITEN:
DER COULTER-ZAEHLER 1073
17.7 PULSVERARBEITUNG BEI PARTIKELZAEHLERN 1076
17.8 FEHLER IN PARTIKELZAEHLERMESSUNGEN 1077
17.9 ELEKTRORESISTIVE PARTIKELSENSOREN FUER GASE 1081
17.10 DAS AEROSOLELEKTROMETER 1082
17.11 PARTIKELMASSEN-SENSOREN 1084
17.12 DAS EPIPHANIOMETER 1089
17.13 RUSSBESTIMMUNG DURCH ECHTZEITMESSUNG
VON FILTERSCHWAERZUNGSGRADEN 1090
17.14 RUSSBESTIMMUNG AUFGRUND DES PHOTOAKUSTISCHEN EFFEKTS . . . 1092
17.15 DER PHOTOELEKTRISCHE AEROSOLSENSOR (PAS) 1093
17.16 EICHUNG VON PARTIKELSENSOREN 1095
18 KONZENTRATIONSMESSUNG IN GASEN 1101
18.1 GASSENSOREN 1101
18.1.1 DEFINITION EINES GASSENSORS UND ALLGEMEINES ZUR EINTEILUNG. 1101
18.1.2 ANWENDUNGSGEBIETE UND ANFORDERUNGEN 1102
18.1.3 THERMISCHE GASSENSOREN 1104
18.1.4 METALLOXIDHALBLEITERGASSENSOREN UND VERWANDTE SENSOREN. . . 1109
18.1.5 FESTKOERPERIONENLEITER 1116
18.1.6 WEITERE GASSENSOREN 1117
18.1.6 AUSBLICK 1119
18.2 ELEKTROCHEMISCHE GASSENSOREN 1122
18.3 ANALYSENGERAETE 1133
19 KONZENTRATIONSMESSUNGEN IN FLUESSIGKEITEN 1179
19.1 FLUESSIGE MESSMEDIEN 1179
19.2 POTENTIOMETRIE 1180
19.3 AMPEROMETRIE 1194
19.4 KONDUKTOMETRIE 1198
19.5 OPTISCHE DETEKTION 1208
19.6 BIOSENSOREN 1211
20 GASFEUCHTE 1219
20.1 EIGENSCHAFTEN WASSERBELADENER GASE 1222
20.2 MESSGROESSEN IN DER FEUCHTEMESSTECHNIK 1227
20.3 SPURENFEUCHTE-SENSOREN 1233
20.4 KLIMAFEUCHTE-SENSOREN 1247
XX
20.5 HOCHFEUCHTE-SENSOREN 1257
20.6 NEUE MESSVERFAHREN 1262
20.7 FEUCHTEGENERATOREN UND REFERENZMESSUNGEN 1265
TEILC
SENSORSYSTEME UND SIGNALVERARBEITUNG
21 SIGNALVERARBEITUNG BEI MULTISENSOREN 1277
21.1 SIGNALVERARBEITUNG BEI EINZELSENSOREN 1280
21.1.1 AUFGABEN DER SENSORSIGNALVERARBEITUNG 1280
21.1.2 ANALOGE SIGNALUMFORMUNG 1282
21.1.3 DIGITALUMSETZUNG 1289
21.1.4 SIGNALUEBERTRAGUNG 1296
21.1.5 DIGITALE SIGNALVERARBEITUNG 1297
21.1.6 BEISPIEL ZUR DIGITALEN SIGNALVERARBEITUNG 1305
21.1.7 AUSBLICK 1310
21.2 KAIMAN FILTER 1311
21.2.1 EINFUEHRUNG 1311
21.2.2 SYSTEM- UND BEOBACHTUNGSMODELLE 1312
21.2.3 HERLEITUNG DER KAIMAN FILTER ALGORITHMEN 1317
21.2.4 DAS KAIMAN FILTER IN DER PRAXIS 1322
21.2.5 ERWEITERTES KAIMAN FILTER 1326
21.2.6 VARIATIONEN DES KAIMAN FILTERS 1330
21.2.7 BEISPIELE 1331
21.2.8 BIBLIOGRAPHISCHE BEMERKUNG 1342
21.3 DATENINTEGRATION DURCH FUZZY LOGIC 1346
21.3.1 EINLEITUNG 1346
21.3.2 GRUNDBEGRIFFE DER FUZZY LOGIC 1348
21.3.3 ANWENDUNGSFELDER FUER FUZZY LOGIC 1353
21.4 NEURONALE NETZE 1359
21.4.1 EINFUEHRUNG 1359
21.4.2 NEURONALE NETZE - IHR KONZEPT 1360
21.4.3 NEURONALE NETZE - IHRE FUNKTIONSWEISE 1364
21.4.4 NEURONALE NETZE - IHRE BESONDEREN VORTEILE 1366
21.4.5 ZUSAMMENFASSENDE WERTUNG 1366
22 OBJEKTERKENNUNG MIT ULTRASCHALL 1369
22.1 AUFNAHME VON OBJEKTSITUATIONEN 1371
22.1.1 EINSATZPARAMETER DES OBJEKTERKENNUNGSSYSTEMS 1371
22.1.2 ANORDNUNG DER WANDLER 1372
22.1.3 AUFLOESUNGSVERMOEGEN 1378
22.2 REKONSTRUKTION DER OBJEKTEIGENSCHAFTEN 1379
22.2.1 UEBERTRAGUNGSMODELL 1380
22.2.2 ZEITLICHE UEBERTRAGUNGSFUNKTION 1382
INHALT XXI
22.2.3 RAEUMLICHE UEBERTRAGUNGSFUNKTION 1383
22.2.4 RUECKFALTUNG 1384
22.3 AUSWERTUNG DES EMPFANGSECHOS 1389
22.3.1 ECHOPROFILSPEICHERUNG 1389
22.3.2 DIFFERENZPROFILE 1391
22.3.3 SUBTRAKTION DES NORM-ECHOS 1393
22.3.4 KORRELATIONSANALYSE 1395
22.3.5 INVERSES FILTER ZUR OBJEKTIDENTIFIKATION 1398
22.4 KLASSIFIKATION 1399
22.4.1 NUMERISCHE KLASSIFIKATOREN 1400
22.4.2 KLASSIFIKATION MIT METHODEN DER FUZZY-LOGIK 1401
22.4.3 NEURONALE NETZE 1403
22.5 ANWENDUNGSBEISPIELE 1405
22.5.1 VERGLEICH DER EMPFANGSECHOS FUER OBJEKT UND MUSTER 1405
22.5.2 VERWENDUNG ANGEPASSTER SENDESIGNALE 1406
22.5.3 AUSWERTUNG MIT FUZZY LOGIK 1407
22.5.4 AUSWERTUNG DER PHASENINFORMATION 1410
22.5.5 POSITIONSINVARIANTE OBJEKTERKENNUNG 1411
22.6 AUSBLICK 1416
23 DETEKTOREN IN DER GEFAHRENMELDETECHNIK 1419
23.1 ALLGEMEINES 1419
23.2 MESSGROESSEN 1422
23.3 MOEGLICHKEITEN ZUR VERGROESSERUNG
DER DETEKTIONSWAHRSCHEINLICHKEIT UND ZUR VERRINGERUNG
DER FALSCHMELDUNGSWAHRSCHEINLICHKEIT 1424
23.3.1 INTEGRATION DER MESSGROESSE UEBER DER ZEIT 1424
23.3.2 INTEGRATION UEBER DEM ORT 1425
23.3.3 GLEICHZEITIGE NUTZUNG AUF UNTERSCHIEDLICHE PHYSIKALISCHE
GROESSEN EMPFINDLICHER SENSOREN 1425
23.4 AUFBAU EINER GEFAHRENMELDEANLAGE 1427
23.5 VERBINDUNG MELDER ZENTRALE 1429
23.5.1 GLEICHSTROMLINIENTECHNIK 1429
23.5.2 LOKALES SICHERHEITS-NETZWERK (LSN) 1431
23.6 MESSPRINZIPIEN IN DER EINBRUCHMELDETECHNIK 1432
23.6.1 OBJEKTUEBERWACHUNG 1433
23.6.2 RAUMUEBERWACHUNGSMELDER 1440
23.6.3 MELDER ZUR AUSSENHAUTUEBERWACHUNG 1449
23.6.4 SENSOREN FUER DIE FREIGELAENDEUEBERWACHUNG 1457
23.7 MESSPRINZIPIEN IN DER BRANDMELDETECHNIK 1458
23.7.1 RAUCHMELDER 1459
23.7.2 WAERMEMELDER 1467
23.7.3 WAERMESTRAHLUNGSMELDER 1467
23.8 AUSBLICK 1468
XXII
INHALT
24 ELEKTROMAGNETISCH VERTRAEGLICHE SIGNALUEBERTRAGUNG 1471
24.1 DEFINITION ELEKTROMAGNETISCHE VERTRAEGLICHKEIT (EMV) 1471
24.2 UEBERSICHT STOERBEEINFLUSSUNG 1471
24.3 STOERGROESSENBESCHREIBUNG AUF LEITUNGEN 1472
24.4 LEITUNGSGEBUNDENE KOPPLUNG 1475
24.4.1 OHMSCHER LEITUNGSWIDERSTAND 1477
24.4.2 LEITUNGSINDUKTIVITAET 1479
24.4.3 QUALITATIVE KONSTRUKTIONSRICHTLINIEN 1481
24.5 LEITUNGSUNGEBUNDENE KOPPLUNG VON LEITUNGEN 1483
24.5.1 NIEDERFREQUENTE FELDER 1485
24.5.2 LEITUNGSUNGEBUNDENE KOPPLUNG UEBER HOCHFREQUENTE FELDER . 1488
24.5.3 QUALITATIVE KONSTRUKTIONSRICHTLINIEN 1489
24.6 KOPPLUNG FELD-LEITUNG 1492
24.6.1 FELDER 1492
24.6.2 FELDEINKOPPLUNG IN ELEKTRISCH KURZE LEITUNGEN 1494
24.6.3 FELDEINKOPPLUNG IN ELEKTRISCH LANGE LEITUNGEN 1497
24.6.4 QUALITATIVE KONSTRUKTIONSRICHTLINIEN 1500
24.7 SCHIRMUNG 1500
24.7.1 LEITUNGSSCHIRM 1501
24.7.2 SCHIRMUNG DER ENDGERAETE 1504
24.7.3 SCHUTZSCHIRMTECHNIK (GUARD) 1506
24.8 FILTER 1507
24.9 SIGNALEINGAENGE, UEBERTRAGUNGSSTRECKEN,
UEBERTRAGUNGSVERFAHREN 1509
24.9.1 SIGNALEINGAENGE 1509
24.9.2 SIGNALUEBERTRAGUNG 1510
24.9.3 UEBERTRAGUNGSVERFAHREN 1512
24.10 SCHLUSSBEMERKUNG 1513
25 SENSORBUSSYSTEME 1515
25.1 BUSFAEHIGE SENSOREN 1515
25.2 GRUNDLAGEN SERIELLER BUSSYSTEME FUER DIE SENSOREBENE 1521
25.3 DAS ISO-OSI-SCHICHTENMODELL UND SEINE ANWENDUNG
AUF SENSORNAHE BUSSYSTEME 1525
25.4 VERFUEGBARE SYSTEME UND AUSWAHLKRITERIEN 1538
25.5 WIRTSCHAFTLICHE ASPEKTE DES SENSORBUSEINSATZES 1547
25.6 NATIONALE UND INTERNATIONALE NORMUNG 1548
25.7 AUSBLICK: TENDENZEN BEI SENSORBUSSEN 1552
SACHVERZEICHNIS
1555 |
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Inhaltsverzeichnis
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