Zukunft der Sensortechnologie

WHITEPAPER

Top-Tipps für das Konstruieren mit Miniatursensoren

Wenn man es mit Sensoren zu tun hat, die so klein wie ein Marienkäfer sein können, sollte es nicht überraschen, dass es einige einzigartige Design-Herausforderungen gibt.

AUTOR

Inhalt, der ursprünglich in Zusammenarbeit mit FierceElectronics veröffentlicht wurde

Orangefarbene Leiste

Da die Konstrukteure ständig bestrebt sind, mehr Funktionen auf kleinerem Raum unterzubringen, sind die Sensoren immer kleiner geworden. Der Aufstieg des Internet der Dinge (Internet of Things, IoT), das einer Reihe von Geräten Intelligenz und Konnektivität verleiht und die Entwicklung neuer Anwendungen vorantreibt, beschleunigt diesen Trend nun noch.

 

IoT-Anwendungen erfordern den verstärkten Einsatz von Sensoren, um wichtige Informationen und Daten von Systemen, Prozessen und Ereignissen zu sammeln, und die Ingenieure, die diese Produkte entwerfen, haben eines gemeinsam: Sie alle suchen nach Möglichkeiten, mehr Funktionalität auf immer kleinerem Raum unterzubringen.

 

Das hat zu Innovationen bei Miniatursensoren geführt, einschließlich der Entwicklung von Multisensormodulen und der Verwendung von leichten Materialien mit der mechanischen Festigkeit und strukturellen Integrität, die kleine Gehäusegrößen benötigen, um den Strapazen der unangenehmsten Umgebungen standzuhalten.

 

Miniatursensoren bieten viele Vorteile gegenüber ihren größeren Pendants. Damit sie jedoch in einer Anwendung erfolgreich arbeiten können, müssen die Ingenieure aufgrund ihrer geringen Größe bei der Konstruktion mit ihnen mehrere Überlegungen berücksichtigen.

 

Für manche Ingenieure mögen diese Punkte nach nichts weiter als gesundem Menschenverstand klingen. Und obwohl dies tatsächlich der Fall ist, gibt es zahlreiche Beispiele für Produkte, die auf dem Markt versagt haben oder weniger effizient waren, als sie hätten sein können, weil die Designer nicht alle diese Aspekte berücksichtigt haben.

Orangefarbene Leiste

1. Stellen Sie sicher, dass der Sensor tatsächlich misst, was er messen soll.

Viele – wenn auch nicht die meisten – Designs, die Miniatursensoren erfordern, haben eine kleine Grundfläche, was bedeutet, dass sich alle Komponenten in unmittelbarer Nähe befinden. Daher ist es wichtig, dass die Ingenieure besonders sorgfältig darauf achten, dass die beabsichtigten Abmessungen auch tatsächlich umgesetzt werden. Wo dies möglich ist, sollte der Sensor direkt am Messobjekt angebracht werden, andernfalls nimmt der Sensor die Messung einfach an dem Objekt vor, dem er zufällig am nächsten ist. In einigen Fällen, etwa bei der Konstruktion eines Thermostaten, bei dem der Sensor die Lufttemperatur misst, muss der Sensor wahrscheinlich in einem angemessenen Abstand zu anderen Komponenten auf der Leiterplatte montiert werden. Ein Ansatz könnte darin bestehen, einen Graben aus Material mit geringer Leitfähigkeit um den Sensor zu bauen und Öffnungen im Gehäuse zu schaffen, durch die Luft strömen kann.

Orangefarbene Leiste

2. Achten Sie besonders auf die Art der Umgebung, in der der Sensor arbeiten soll, und stellen Sie sicher, dass Sie ihn angemessen schützen.

Die Materialinnovationen bei den Sensorgehäusen wurden zügig vorangetrieben, was entscheidend dazu beigetragen hat, Miniatursensoren die Robustheit zu verleihen, die sie benötigen, um unter vielen verschiedenen Bedingungen zu funktionieren. Aber mit dem Aufkommen des IoT ist es nun möglich, Sensoren an Orten anzubringen, die für elektronische Geräte noch weniger geeignet sind. Das Wissen und die Planung für die Art der Umgebung und die Bedingungen, unter denen der Sensor arbeiten soll, helfen, spätere Probleme zu vermeiden. Werden die Bedingungen heiß, schmutzig, nass oder schlammig sein? Was ist mit Unebenheiten, Vibrationen und Stößen? Könnte jemand das Gerät versehentlich in eine Toilette fallen lassen? In einigen Anwendungen benötigen Miniatursensoren möglicherweise einen zusätzlichen Schutz, was machbar ist, solange es im Voraus geplant ist. Denken Sie auch daran, dass die Welt der Sensoren nicht so einfach ist. Ein Sensor muss sich mit zwei sehr unterschiedlichen Welten verbinden – er muss sich mit einer elektrischen Welt verbinden, und er muss sich mit einer physischen Welt verbinden, in der er physikalische Parameter misst. Die beiden haben möglicherweise sehr unterschiedliche, sogar konkurrierende Anforderungen, die erfüllt werden müssen.

Orangefarbene Leiste

3. Sparen Sie Platz, indem Sie nach Möglichkeiten für die Sensoren und andere Komponenten im Design suchen, um doppelte Aufgaben zu erfüllen.

Könnte ein Multisensormodul die Aufgabe erfüllen? Die Sensorhersteller machen große Fortschritte bei der Platzersparnis und der Erhöhung der Anzahl der messbaren Parameter, indem sie mehrere Sensoren zu einem einzigen Multisensormodul kombinieren, das weniger Platz benötigt als die Verwendung einzelner Sensoren. Beispielsweise kann in einem Modul mit zwei Sensoren zur Messung der relativen Luftfeuchtigkeit und der Temperatur auch der Taupunkt berechnet werden, sodass drei Parameter mit nur zwei Sensoren in einem Paket gemessen werden können. Um den Overhead zu reduzieren, den einige Elektroniken benötigen, gibt es auch einen Trend zur Auslagerung der rechnerischen Anforderungen des Systems auf den Sensor selbst. Es ist zu erwarten, dass mehr intelligente Sensoren, die Signale analysieren und auf der Grundlage der Ergebnisse vor Ort Entscheidungen treffen können, auf den Markt kommen werden. Einige werden derzeit vor Ort getestet. In einigen Fällen kann die Verpackung eine doppelte Aufgabe erfüllen, wodurch wertvoller Platz gespart wird. Wenn die Elektronik zum Beispiel elektromagnetisch abgeschirmt werden muss, könnte die Verpackung aus einem Material bestehen, das sowohl strukturelle Integrität als auch Abschirmung bietet.

Orangefarbene Leiste
Orangefarbene Leiste
Orangefarbene Leiste