Robotik 3 - Sensoren

cmos ccd bildverarbeitung

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T. C.
Diese Lernkarten decken fortgeschrittene Konzepte der Robotik auf Universitätsniveau ab, mit Fokus auf Sensoren und ihre Funktionsweisen. Sie behandeln piezoelektrische Effekte, Beschleunigungssensoren, CCD- und CMOS-Technologien sowie Inertialsensoren. Die Karteikarten eignen sich für Studierende und Forscher, die sich mit der Messung von Kräften, Bewegungen und optischen Signalen in robotischen Systemen beschäftigen.
Cartes-fiches
55
Utilisateurs
4
Langue
Allemand
Catégorie
Informatique
Niveau
Université
Créé / Mis à jour
29.06.2014 / 20.08.2022

Flashcards

CMOS Vorteile

Hohe Framerate durch random pixel access und ggf. Windowing

kein Blooming, Smearing

Digitales Ausgangssignal

Bayer Pattern

rot 2xgrün blau

Mini Objektiv

 

Keine Blende
Fester Fokus
Feste Brennweite

Beleuchtung: Möglichkeiten zur Anpassung an 

Gain Aperture Belichtungs-Öffnung (Automatisch: Automatic Gain Control (AGC))
Shutter Belichtungszeit 

White Balance

Taktile Sensoren

Elastomer mit Kohlenstoffbeimischung

Stift unterbricht Lichtweg zwischen
Emitter und Detektor teilweise
! Resultierender Strom: Maß für
einwirkende Kraft

Beschleunigungssensoren Realisierungen

Die ersten dieser Messinstrumente hatten eine sog. „sensitive (empfindliche) Achse“, auf der die seismische Masse gefedert verschiebbar angeordnet war und die beispielsweise mit einemSchleifkontakt einen Schiebewiderstand bediente

 biegsamen Quarz-Stäben („Q-Flex“) oder magnetisch stabilisierten Massen

piezoelektrischen Sensoren oder als MEMS (Micro-Electro-Mechanical System)

MEMS

Micro-Electro-Mechanical System

Feder-Masse-Systeme, bei denen die „Federn“ nur wenige μm breite Silicium-Stege sind

Inertia Übersetzung

griechisch für

das Beharrungsvermögen,

die Trägheit

Feder-Masse-System

Wegmessung -> Trägheitskraft - > Beschleunigung

Ausschlagsverfahren: Messung des Federwegs

Kompensationsverfahren: Messung der Kraft zum Halten der Feder in
Mittellage/Nulllage

Piezoelektrische Beschleunigungssensoren

Piezokeramischer Wandler: Werkstoff PXE mit piezoelektrischen Eigenschaften

Seismische Masse

 wandelt dynamische Druckschwankungen in elektrische Signale um: Ausgangsspannung

Piezoelektrischer Effekt:

wird ein piezoelektrisches Material mechanisch belastet, treten durch
Verformung der Elementarzellen an dessen Oberfläche elektrische
Ladungen auf.

Umwandlung in proportionale Spannung über integrierten Verstärker/
Elektrometerverstärker --> Leckströme/
Ladungsverluste

Nur differentielle Messung (Messung von Änderungen) möglich

Piezoelektrischer Sensor: drei wählbare Effekten

Longitudinaleffekt: Ladung entsteht an Ansatzstelle der Krafteinwirkung
Transversaleffekt: Ladung entsteht an seitlich zur Ansatzstelle der Krafteinwirkung
Schereffekt (nicht behandelt)

Lagesensoren alternativ zum Inertialsensor

Messung der Orientierung zum Erdmagnetfeld und des Kipp- und
Neigungswinkels

Kipp- und Neigungswinkel: Inklinometer
Funktionsprinzip der Wasserwage

Drehratensensoren
Mikromechanische Vibrationskreisel

Piezo Longitudinaleffekt

Richtung der wirkenden Kraft parallel zur Ladungserzeugenden Achse

Erzeugte Ladungsmenge proportional zur Stärke der Kraft, jedoch unabhängig von Größe und Form des piezoelektrischen Bauteils

Um Ladungsmenge und damit Effekt zu erhöhen, nutzt man mechanisch in Serie und elektrisch parallel geschaltete Element

Transversaleffekt

Kraft wirkt in Richtung einer neutralen, also orthogonalen Achse zur ladungserzeugenden Achse

Wenn Objekt Abmessungen X,Y und
Z (jeweils ausgerichtet entlang der
gleichnamigen Achsen) dann gilt für
die erzeugte Ladung: Cx = dxy Fy X /
Y (dxy piezoelektrischer Koeffizient)

 

Study