Was ist ein passiver Sensor?

Autor: Li Ai
Quelle: Ulink Media

Was ist ein passiver Sensor?

Passive Sensoren werden auch als Energiewandlungssensoren bezeichnet. Ähnlich wie im Internet der Dinge benötigen sie keine externe Stromversorgung; das heißt, sie sind Sensoren, die keine externe Stromversorgung benötigen, sondern ihre Energie auch über externe Sensoren gewinnen können.

Sensoren lassen sich bekanntlich in Berührungssensoren, Bildsensoren, Temperatursensoren, Bewegungssensoren, Positionssensoren, Gassensoren, Lichtsensoren und Drucksensoren unterteilen, je nachdem, welche physikalischen Größen sie erfassen und detektieren. Passive Sensoren nutzen Lichtenergie, elektromagnetische Strahlung, Temperatur, menschliche Bewegungsenergie und Vibrationen als potenzielle Energiequellen.

Es ist bekannt, dass passive Sensoren in die folgenden drei Kategorien unterteilt werden können: passive Sensoren auf Basis optischer Fasern, passive Sensoren auf Basis von Oberflächenwellen und passive Sensoren auf Basis von Energiematerialien.

• Optischer Fasersensor

Der optische Fasersensor ist ein Sensortyp, der auf bestimmten Eigenschaften der optischen Faser basiert und Mitte der 1970er Jahre entwickelt wurde. Er wandelt einen Messzustand in ein messbares Lichtsignal um und besteht aus Lichtquelle, Sensor, Lichtdetektor, Signalaufbereitungsschaltung und optischer Faser.

Es zeichnet sich durch hohe Empfindlichkeit, starke elektromagnetische Störfestigkeit, gute elektrische Isolation, hohe Umweltverträglichkeit, Fernmessung und geringen Stromverbrauch aus und findet zunehmend Anwendung im Bereich des Internets der Dinge. Beispiele hierfür sind optische Faserhydrophone, die als Schallsensoren optische Fasern als Sensorelemente nutzen, und optische Fasertemperatursensoren.

• Oberflächenwellensensor

Ein Oberflächenwellensensor (SAW-Sensor) nutzt Oberflächenwellen als Sensorelement. Die Messinformationen werden durch die Änderung der Geschwindigkeit oder Frequenz der Oberflächenwellen erfasst und in ein elektrisches Ausgangssignal umgewandelt. SAW-Sensoren sind vielseitig einsetzbar und umfassen unter anderem Druck-, Temperatur-, Gen- und Gassensoren sowie intelligente Sensoren.

Neben passiven optischen Fasersensoren mit hoher Empfindlichkeit, die Distanzmessungen ermöglichen und sich durch geringen Stromverbrauch auszeichnen, nutzen passive Oberflächenwellensensoren die Änderung der Hui-Frequenz, um Geschwindigkeitsänderungen zu erfassen. Dadurch lassen sich Änderungen der Umgebung sehr präzise messen. Gleichzeitig ermöglichen ihr geringes Volumen, ihr niedriges Gewicht und ihr geringer Stromverbrauch gute thermische und mechanische Eigenschaften. Sie läuten eine neue Ära drahtloser, kleiner Sensoren ein und finden breite Anwendung in Umspannwerken, im Schienenverkehr, in der Luft- und Raumfahrt und anderen Bereichen.

• Passiver Sensor auf Basis von Energiematerialien

Passive Sensoren auf Basis von Energiematerialien nutzen, wie der Name schon sagt, alltägliche Energiequellen wie Licht-, Wärme- und mechanische Energie zur Umwandlung in elektrische Energie. Diese Sensoren zeichnen sich durch ein breites Erfassungsspektrum, hohe Störfestigkeit, minimale Beeinträchtigung des Messobjekts und hohe Empfindlichkeit aus und finden breite Anwendung in elektromagnetischen Messfeldern wie Hochspannung, Blitzen, starker Strahlung und Hochleistungsmikrowellen.

Kombination passiver Sensoren mit anderen Technologien

Im Bereich des Internets der Dinge (IoT) finden passive Sensoren immer breitere Anwendung, und es wurden bereits verschiedene Arten passiver Sensoren entwickelt. So sind beispielsweise Sensoren entstanden, die NFC, RFID und sogar WLAN, Bluetooth, UWB, 5G und andere drahtlose Technologien kombinieren. Im passiven Modus bezieht der Sensor seine Energie über die Antenne aus Funksignalen in der Umgebung, und die Sensordaten werden in einem nichtflüchtigen Speicher abgelegt, der auch ohne Stromversorgung erhalten bleibt.

Drahtlose passive Textil-Dehnungssensoren auf RFID-Basis kombinieren RFID-Technologie mit Textilmaterialien und ermöglichen so die Dehnungsmessung. Diese Sensoren nutzen die Kommunikations- und Induktionsmethode passiver UHF-RFID-Tags, arbeiten mit elektromagnetischer Energie, bieten Miniaturisierungspotenzial und Flexibilität und stellen daher eine vielversprechende Option für tragbare Geräte dar.

Am Ende

Das passive Internet der Dinge (PIT) ist die zukünftige Entwicklungsrichtung des Internets der Dinge. Als Teil des PIT beschränken sich die Anforderungen an Sensoren nicht mehr auf Miniaturisierung und geringen Stromverbrauch. Das PIT ist daher ein vielversprechender Entwicklungszweig, der weiterer Forschung bedarf. Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung und Innovation passiver Sensortechnologie wird sich deren Anwendungsbereich deutlich erweitern.