Dieser Artikel behandelt das technische Bauteil. Zum Zelltyp sieheRezeptorzelle.
Ein Sensor zur Detektion von Methan (oder anderer brennbarer Gase wie z. B. Benzol)Verschiedene TemperaturmessfühlerVerschiedene HelligkeitssensorenIn der Industrie verwendeter induktiver Sensor; kapazitive Sensoren sind äußerlich identisch.
Für dieMesstechnik wird inDIN 1319-1 der BegriffAufnehmer (Messgrößen-Aufnehmer) verwendet und definiert als der Teil einerMesseinrichtung, der auf eine Messgröße unmittelbar anspricht. Damit ist der Aufnehmer das erste Element einerMesskette. Gemäß DIN 1319-2 gehört der Aufnehmer zu denMessumformern, bei gleicher physikalischer Größe an Eingang und Ausgang auch zu denMesswandlern.
Die Abgrenzung der BegriffeSensor undMessgrößenaufnehmer,Messfühler,Messgerät,Messeinrichtung etc. ist fließend, da dem Sensor zusätzlich zum eigentlichen Aufnehmer teilweise weitere Elemente der Messkette zugeordnet werden. Auch verwandte Begriffe sind in der Literatur nicht eindeutig definiert.
Sensoren können nach Baugröße und Fertigungstechnik sowie nach Einsatz- und Verwendungszweck eingeteilt werden. Zudem unterscheidet man Sensoren entsprechend ihrer Wirkungsweise beim Umformen der Größen in passive und aktive Sensoren.
Sensoren lassen sich anhand der Erzeugung oder Verwendung elektrischer Energie in aktive und passive Sensoren einteilen.
Aktive Sensoren erzeugen aufgrund desMessprinzips ein elektrisches Signal, z. B.elektrodynamisch oderpiezoelektrisch. Diese Sensoren sind also selbst Spannungserzeuger und benötigen keine elektrischeHilfsenergie. Mit diesen Sensoren ist oft – bedingt durch die physikalischen Prinzipien – jedoch nur eineÄnderung der Messgröße detektierbar, da im statischen undquasistatischen Zustand keine Energie geliefert werden kann. Eine Ausnahme ist z. B. dasThermoelement, das auch bei konstanter Temperaturdifferenz ständig Spannung erzeugt.Außerdem sind aktive Sensoren in Umkehrung des physikalischen Messprinzips auch alsAktoren nutzbar, z. B. kann ein dynamisches Mikrofon auch als Lautsprecher verwendet werden.
Passive Sensoren enthaltenpassive Bauteile, deren Parameter durch die Messgröße verändert werden. Durch eine Primärelektronik werden diese Parameter in elektrische Signale umgeformt. Dabei wird eine von außen zugeführte Hilfsenergie benötigt. Mit diesen ist es möglich, statische und quasistatische Messgrößen zu bestimmen. Aus diesem Grund ist die überwiegende Zahl der Sensoren passiver Bauart.
Moderne Sensoren verfügen oft über eine umfangreiche Sekundärelektronik, die über von außen zugeführte Energie betrieben wird. Dennoch sind nicht alle diese Sensoren passiv, vielmehr muss das Messverfahren selbst betrachtet werden.
Sensoren lassen sich nach dem Wirkprinzip einordnen, welches dem Sensor zugrunde liegt. Für jedes Wirkprinzip gibt es eine Vielzahl an Anwendungen. Im Folgenden sind einige Wirkprinzipien und Anwendungsfälle exemplarisch aufgeführt. Die Liste ist nicht vollständig.
Virtuelle Sensoren (oder auchSoftsensoren) sind nicht körperlich existent, sondern sind in Software realisiert. Sie „messen“ (berechnen) Werte, welche aus den Messwerten realer Sensoren mit Hilfe eines empirisch erlernten oder physikalischen Modells abgeleitet werden. Virtuelle Sensoren werden für Anwendungen eingesetzt, in denen reale Sensoren zu teuer sind, oder in Umgebungen, in denen reale Sensoren nicht bestehen können oder schnell verschleißen. Weitere Anwendungsfälle sind Prozesse, in denen die gewünschten Werte nicht messbar sind, da es hierfür keine im Prozess einsetzbaren Hardware-Sensoren gibt oder wenn der Prozess nicht für Kalibrierung und Wartung klassischer Sensoren angehalten werden kann. Virtuelle Sensoren werden in der chemischen Industrie bereits eingesetzt und erschließen sich zunehmend Anwendungen in weiteren Industriezweigen wie z. B. der Kunststoffindustrie.[1]
Im Bereich der Automatisierung werden analoge Systeme derRegelungstechnik zunehmend von digitalen Systemen verdrängt. Daher steigt der Bedarf an Sensoren, deren Ausgangssignal ebenfalls digital ist. Ein einfacher Aufbau ergibt sich, wenn derA/D-Umsetzer in das eigentliche Sensorsystem eingebunden wird.Dies kann zum Beispiel auf der Grundlage derDelta-Sigma-Modulationstechnik basieren und dadurch viele Vorteile bieten:
direkt ermitteltes digitales Ausgangssignal (keine Störungen zwischen Sensor und ADU)
hohe Linearität durch vorhandene Rückkopplung
ständiger Selbsttest ohne zusätzlichen Schaltungsaufwand durch Benutzen desGrenzzyklus der Sigma-Delta-Technik
hohe Amplitudenauflösung und Dynamik
Nachteilig ist, dass die so erzeugte PWM oft nicht direkt ausgewertet werden kann und erst gefiltert werden muss. Dies kann durch ein analoges Filter und anschließender ADU oder völlig digital geschehen. Zudem ist der Übertragungsweg zum auswertenden System analog und damit störanfällig. Einfache Sensoren für Druck und Temperatur besitzen daher einen echten digitalen Datenausgang mit Anbindung über einen seriellen oder parallelen Bus. Weit verbreitet sind hier:
Molekulare Sensoren beruhen auf einem einzelnen Molekül, das nach Bindung eines weiteren Moleküls oder durch Bestrahlung mit Photonen unterschiedliche Eigenschaften aufweist, die dann ausgelesen werden können. Mitfluoreszenzmarkierten Sensoren können über die Änderung desEmissionsspektrums mehr als zwei Zustände erfasst werden.[2] Dadurch kann ein solcher Sensor auch als molekularesSchließsystem verwendet werden.[3]
Der Begriff Sensor wird in derTechnik und in den Lebenswissenschaften (Biologie undMedizin) verwendet, seit einigen Jahren verstärkt auch in denNaturwissenschaften. Beispiel für letztere sind Anwendungen vonCCD-Bildsensoren und Teilchenzähler in derAstronomie,Geodäsie undRaumfahrt. Beispielsweise werden Beschleunigungssensoren verwendet, um krafttrainingsrelevante Deskriptoren zu extrahieren[4].
In der Technik spielen Sensoren inautomatisierten Prozessen alsSignalgeber eine wichtige Rolle. Die von ihnen erfassten Werte oder Zustände werden, meistenselektrisch-elektronischverstärkt, in der zugehörigenSteuerung verarbeitet, die entsprechende weitere Schritte auslöst. In den letzten Jahren wird diese anschließende Signalverarbeitung auch zunehmend im Sensor vorgenommen. Solche Sensoren beinhalten einenMikroprozessor oder ein Mikrosystem und besitzen sozusagen „Intelligenz“, daher werden sie auch alsSmart-Sensoren (englischsmart sensors) bezeichnet.
↑C. Kugler, T. Hochrein, M. Bastian, T. Froese:Verborgene Schätze in Datengräbern. In:QZ Qualität und Zuverlässigkeit. 3, 2014, S. 38–41.
↑Bhimsen Rout, Linor Unger, Gad Armony, Mark A. Iron, David Margulies:Medication Detection by a Combinatorial Fluorescent Molecular Sensor. In:Angewandte Chemie. 124, 2012, S. 12645–12649,doi:10.1002/ange.201206374.
↑Bhimsen Rout, Petr Milko, Mark A. Iron, Leila Motiei, David Margulies:Authorizing Multiple Chemical Passwords by a Combinatorial Molecular Keypad Lock. In:Journal of the American Chemical Society. 135, 2013, S. 15330–15333,doi:10.1021/ja4081748.
↑Claudio Viecelli, David Graf, David Aguayo, Ernst Hafen, Rudolf M. Füchslin:Using smartphone accelerometer data to obtain scientific mechanical-biological descriptors of resistance exercise training. In:PLOS ONE.Band15,Nr.7, 15. Juli 2020,ISSN1932-6203,S.e0235156,doi:10.1371/journal.pone.0235156,PMID 32667945,PMC 7363108 (freier Volltext).
