Sensorik

Zeitmessung zur Auswertung kapazitiver und resistiver Sensoren

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Beispiel 2: Umweltsensor für verschiedene Messgrößen

Wenn es nicht nur um die Auswertung kapazitiver Sensorelemente geht, sondern gleichzeitig auch resistive Sensoren ausgewertet werden sollen, steht mit dem PCAP01 eine Single-Chip-Lösung zur Verfügung.

Es können neben sechs kapazitiven Sensoren (single ended) oder drei differenziellen Sensoren auch bis zu zwei resistive Sensoren (plus einer Referenz) angeschlossen werden. Die Signalverarbeitung und Auswertung erfolgt mit dem im PCAP01 ebenfalls integrierten DSP.

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In Rahmen der Studie „Point4Micro“ (Studie gefördert durch Baden-Württemberg Ministerium für Finanzen und Wirtschaft) wurde von Hahn-Schickard ein Multisensor für einige der möglichen Messgrößen abgebildet.

Den fertigen Demonstrator des Umweltsensors zeigt Bild 7. Um den Sensor für verschiedene Anwendungen einfach anpassen zu können, wird eine Standard-Leiterplatte verwendet. Sie lässt sich dann mit verschiedenen Sensoren individuell bestücken. Hierbei kommen kommerziell verfügbare Sensorelemente und Eigenentwicklungen zum Einsatz.

Der Umgebungsdruck wird durch einen Sensor (wie im Beispiel 1) erfasst. Die Messung gegen einen hermetisch abgeschlossenen Referenzdruck (Referenzvakuum) zur Messung des Absolutdrucks ist Inhalt der weiteren Entwicklung.

Die Temperaturmessung erfolgt bei einfachen Anwendungen mit dem in der Elektronik integrierten Aluminiumwiderstand, bei höheren Anforderungen an Auflösung und Genauigkeit mit einem externen PT1000-Element. Für die Messung der relativen Feuchte kommt ein kapazitiver SMD-Feuchtesensor zum Einsatz. Aus diesen Messgrößen ist z.B. der Taupunkt über die Magnus-Näherungsformel bestimmbar.

Neben der Kalibration des Temperatur- und des Feuchtesensors kann diese Berechnung direkt im DSP der Elektronik erfolgen. Zur Messung der Beleuchtung wird ein Fotowiderstand verwendet.

Fazit: Das Prinzip der hochgenauen Zeitmessung zur Auswertung kapazitiver und resistiver Sensoren bietet dem Entwickler höchste Flexibilität und ermöglicht (neben der kapazitiven Druckmessung) den Einsatz in einer großen Anzahl unterschiedlichster Anwendungen, beispielsweise mit Feuchte- und Temperatur-Sensoren, Beschleunigungssensoren, Neigungssensoren, Freefall-Sensoren, Positionssensoren, Touch-Sensoren, Füllstandssensoren und MEMS-Sensoren.

Diese leistungsstarke Technologie kombiniert höchste Performance und Genauigkeit mit der Möglichkeit des Einsatzes in Ultra-Low-Power-Anwendungen. Unterstützung bei der Implementierung in konkrete Messaufgaben gibt es durch Applikationsspezialisten bei Hahn-Schickard und IS-LINE.

Ein IS-LINE-Anwendungstag zum Thema TDCs findet in Zusammenarbeit mit acam-messelectronic und Hahn-Schickard am 1. März 2016 in Düsseldorf statt. Entsprechende Info-Links finden Sie im Online-Artikel 43796584 auf elektronikpraxis.de.

* Dipl.-Phys. Norbert Breyer ist seit der Übernahme durch die ams AG Senior Marketing Manager für die Produkte von acam-messelectronic in Stutensee.

* Dipl.-Ing. Adrian Schwenck ist stellvertretender Gruppenleiter für Sensoren + Aktoren bei Hahn-Schickard in Stuttgart.

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