Sensoren sind die Grundbausteine moderner Technologien. In allen Industriezweigen sind sie fester Bestandteil fast aller Geräte. Während die herkömmlichen analogen Sensoren oft große, stromfressende Geräte waren, sind die modernen digitalen Sensoren häufig die kleinsten und effizientesten Bauteile mit in der Regel geringer Leistungsaufnahme. Daher sind sie fast überall anzutreffen. Sehen wir uns die gängigsten Sensoren mit geringer und extrem geringer Leistungsaufnahme auf dem Markt und ihre häufigsten Einsatzgebiete einmal genauer an.
Stromsensoren mit geringer Leistungsaufnahme
Stromerfassung ist ein wertvolles Verfahren, den Gesamtstatus von Stromkreisen mit geringem Energieverbrauch und den Gesamtenergieverbrauch von Systemen zu ermitteln. Zudem kann mittels Stromerfassung der Energieverbrauch von Geräten mit geringem Energieverbrauch minimiert werden: In Anwendungen, die extrem geringe Leistungsaufnahme erfordern, sind Stromsensoren, deren eigene Leistungsaufnahme gering ist, von großer Bedeutung. Für die Stromerfassung werden diverse Verfahren eingesetzt. Diese richten sich nach der Art der Anwendung, der Spannung und den gemessenen Strömen.
Für Anwendungen mit extrem geringer Leistungsaufnahme, wie etwa akkubetriebene IoT-Geräte mit Fernzugriff, empfehlen wir Low-Side-Stromerfassungsverfahren. In diesen Anwendungen werden oft speziell entwickelte Strommessverstärker verwendet, wie zum Beispiel der INA199 von TI. Dieser Spezialverstärker ist insbesondere auf Stromerfassungsanwendungen ausgerichtet, denn sein Fehlerbereich ist im Vergleich zu OP-Amps mit ähnlichen Fähigkeiten extrem gering. Mehr über Low-Side-Stromerfassung erfahren Sie in unserem Artikel What is Low-Side Current Sensing?
Radarsensoren mit geringer Leistungsaufnahme
Die Radartechnik hat sich seit ihren Anfängen in den 1930er Jahren immens entwickelt. Und in der Tat fand gerade in den vergangenen zehn Jahren ein großer Entwicklungssprung statt. Die zunehmende Integration von Mikrocontrollern und die Spezialisierung der Radaranwendungen führte zu zunehmend genaueren Radarmodulen mit geringerer Leistungsaufnahme. Ein hervorragendes Beispiel eines Radarsensors mit geringer Leistungsaufnahme ist der BGT24LTR11 von Infineon. Die Radartechnologie dieses Sensors arbeitet im 24-GHz-Bereich. Er ist zurzeit das kleinste 24-GHz-MMIC auf dem Markt. Radarsensoren mit geringer Leistung dieses Typs sind noch ausreichend für nach dem Doppler-Prinzip arbeitende Anwendungen wie Richtungserfassung, Bewegungserfassung, Geschwindigkeitsschätzung und Entfernungsmessung. Weitere Informationen zu diesem Infineon-Produkt oder dem verwandten Entwicklungsboard DEMO SENSE2GOL bietet der Artikel Intelligent Sensors using 24 GHz Radar Technology.
Halleffektgeber mit geringer Leistungsaufnahme
Halleffektgeber sind bei Elektroingenieuren beliebte Geräte, denn sie lassen sich in verschiedensten Anwendungen wie Regel- oder Schaltkreisen einsetzten, in denen aus Umgebungsgründen keine mechanischen Schalter verwendet werden können. Da Halleffektgeber Magnetfelder erfassen, lassen sie sich im Gegensatz zu mechanischen Schaltern gegen widrige Umwelteinflüsse geschützt verkapseln. Doch auch sie benötigen für ihren Betrieb Energie, weshalb sie für Anwendungen mit extrem geringer Leistungsaufnahme ungeeignet sein können. Jedoch können gewisse Halleffektgeber im Betrieb mit extrem geringer Leistungsaufnahme auskommen.
Dazu sind zum Beispiel alle Halleffektgeber der Baureihe DRV von TI in der Lage. Die Baureihe zeichnet sich zudem durch ihre magnetischen Arten wie Bipolar, Bipolar Latch, Omnipolar, Ratiometrisch und Unipolar aus. Die Baureihe wurde für industrielle Anwendungen und den Fahrzeugbau optimiert und ist in IoT-Anwendungen entsprechend extrem haltbar. Die Sensoren weisen sogar unterschiedliche magnetische Freigabeempfindlichkeiten zwischen -180 und 300 Gs auf. Weitere Informationen zu Halleffektgebern in industriellen Anwendungen und im Fahrzeugbau bietet dieser Artikel.
Temperatursensoren mit geringer Leistungsaufnahme
Temperatursensoren sind mittlerweile in fast allen Elektrogeräten wesentliche Bauteile sowohl im IoT-Bereich als auch in der Industrie, dem Fahrzeugbau, der Landwirtschaft und selbst dem Gebäudemanagement. Mit ihrer Vielseitigkeit und Zuverlässigkeit ragen die modernen Temperatursensoren weit über die Fähigkeiten herkömmlicher analoger Sensoren hinaus. Zudem sind sie höchst genau. In vielen Anwendungen, wie etwa der per Fernzugriff gesteuerten IoT Smart Agriculture sind die Leistungsaufnahme und die Zuverlässigkeit der Temperatursensoren von höchster Wichtigkeit, um bei gleichbleibender Effektivität auch die erwartete Laufzeit erreichen zu können. Die Sensoren der Baureihe STLM20 von STMicroelectronics erfüllen mit ihrer extrem niedrigen Leistungsaufnahme diese Erwartungen. Die Betriebsspannung dieser Baureihe liegt zwischen 2,4 und 5,5 V und der typische Versorgungsstrom zwischen 4,8 µA und 8,0 µA. Der Genauigkeitsbereich liegt bei ± 0,5 °C. Temperatursensoren mit geringer Leistungsaufnahme sind ideal geeignet für Smartphones, tragbare IoT-Geräte und selbst RF-Überwachungseinheiten.
BONUS: Magnet- und Temperatursensor in einer Einheit
Als Einheit mit extrem geringer Leistungsaufnahme mit sowohl Magnetsensor (Halleffekt) als auch Temperatursensor bietet sich der 3D Magnetsensor TVL493D von Infineon an. Unser Artikel 3D Magnetic Sensor with Ultra-Low Power beleuchtet die Fähigkeiten dieser Sensoreinheit und die Anwendungen, in denen sie die Anzahl der Bauteile und die Leistungsaufnahme des Systems reduzieren kann.
IR-Sensor mit geringer Leistungsaufnahme
Infrarotsensoren mit geringer Leistungsaufnahme werden am häufigsten in Systemen der Näherungserkennung eingesetzt. Leider sind für die meisten IR-Sensoren sowohl Sender als auch Empfänger erforderlich, was die Leistungsaufnahme deutlich erhöhen kann. Dies ist bei IR-Sensoren mit geringer Leistungsaufnahme für die Näherungserkennung über größere Entfernungen hinweg eine Herausforderung. Hingegen ist ihre Erkennungsleistung im Bereich von bis zu etwa 50 cm ausgezeichnet. Der Si1102 von Silicon Labs ist zum Beispiel ein leistungsstarker Einzelpuls-IR-Sensor mit extrem geringer Leistungsaufnahme. Der Si1102 ist extrem vielseitig; er kann in allen Anwendungen mit einer Versorgungsspannung zwischen 2 bis 5,5 V eingesetzt werden und nimmt dabei weniger als 10 µA Strom auf.
Fazit: Ein vielseitiges Angebot an Sensorarten mit geringer Leistungsaufnahme
IoT-Geräte mit Batteriebetrieb und Fernzugriffsfunktionen finden sich mittlerweile in fast allen Branchen. Entsprechend nachgefragt sind Sensoren mit geringer Leistungsaufnahme. Diese gesteigerte Nachfrage hat bei diversen Sensorarten einen massiven Innovationsschub ausgelöst, der die Leistungsaufnahme, Genauigkeit und Wirtschaftlichkeit optimiert. Weitere Informationen und Angebote zu Sensoren aller Art finden sie auf Arrow.de.
