präzise bestimmen - HANSER automotive
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18lA UTOMOTIVE<br />
5-6.2008l TITEL<br />
© Carl Hanser Verlag, München www.hanser-<strong>automotive</strong>.de Nicht zur Verfügung im Intranet- und Internet-Angeboten sowie elektronischen Verteilern<br />
Bild 3: Fahrzeugmessung X-,Y-Winkel und Intensität über eine<br />
360°-Kurvenfahrt.<br />
findlichkeiten hinsichtlich der unvermeidlichen Toleranzen.<br />
Ein weiterer Gesichtspunkt ist die Unempfindlichkeit<br />
hinsichtlich möglicher Kratzer an der Oberfläche des<br />
Sensors. Zu kleine Strukturen würden durch kleine Kratzer<br />
zu stark beeinträchtigt. Das Sensorprinzip ist auch<br />
gegen Kratzer robust. Ein Kratzer in Längsrichtung<br />
beeinflusst alle Sensoren gleichmäßig und hat damit keinen<br />
Einfluss, solange die Ausdehnung der Sensoren<br />
quer zur Sensorrichtung größer ist als die Ausdehnung<br />
des Kratzers. Ein Kerbe in Querrichtung kann lediglich<br />
ein Pixel ausfallen lassen, das Gesamtergebnis der Winkelmessung<br />
aber kaum beeinflussen.<br />
Messung der Intensität<br />
Die Messung der Intensität erfolgt linear über einen programmierbaren<br />
Transimpedanzverstärker. Die Verstärkung<br />
wird für beide spektralen Empfindlichkeiten über<br />
die SPI-Schnittstelle programmiert. Die Ausgabe des<br />
Intensitätssignals erfolgt über einen analogen Ausgang.<br />
Der Fotostrom wird über den Rückkopplungswiderstand<br />
in eine Spannung umgesetzt und über einen zweiten<br />
Widerstand zurück in einen Strom. Das Widerstandsverhältnis<br />
bestimmt damit die Verstärkung. Die Verstärkung<br />
kann vom Anwender über mehr als zwei Dekaden<br />
programmiert werden. Die Programmierung erfolgt über<br />
die Anzahl der zugeschalteten Diodensegmente (32<br />
Segmente) und über den Widerstand. Auf diese Weise<br />
kann die Verstärkung auf 1% genau eingestellt werden.<br />
Der Ausgangsstrom (max. ca. 1 mA)<br />
kann direkt als Signal verwendet werden<br />
oder nochmals durch einen externen<br />
Widerstand wieder als Spannung<br />
dargestellt werden. Letztere Möglichkeit<br />
gibt dem Anwender die Freiheit die<br />
Verstärkung z. B. für sehr schwache<br />
Lichtverhältnisse weiter anzuheben.<br />
Der Winkelsensor wurde im Labor bei<br />
unterschiedlichen Beleuchtungsstärken,<br />
Einfallswinkeln und Umgebungstemperaturen<br />
verifiziert. Alle Ergebnisse<br />
zeigen, dass das Messverfahren<br />
einen weiten Dynamikbereich von ca. 6<br />
Dekaden Intensität über einen Temperaturbereich<br />
von –40 °C bis +105 °C<br />
besitzt. Diese große Variabilität ist für<br />
© <strong>automotive</strong> beide spektrale Empfindlichkeiten verfügbar.<br />
Die Messungen wurde ergänzt<br />
durch Test unter realen Tagesbedingungen.<br />
Dazu gehören stationäre Tests („elektronische Sonnenuhr“)<br />
wie auch Versuche im Fahrzeug. Der Sensor<br />
wurde dazu an der Windschutzscheibe des Fahrzeuges<br />
montiert. Die Messung erfolgte an einem sonnigen Tag<br />
gegen 15:00 Uhr. Bild 3 zeigt den Verlauf des X- und Y-<br />
Winkels während der Drehung des Fahrzeugs um die<br />
Hochachse. Die y-Achse des Diagramms gibt den Winkel<br />
in Grad wieder. Die Intensität wurde willkürlich normiert,<br />
um anschaulich in diesem Diagramm dargestellt<br />
zu werden. Die Minima der Intensität entsprechen<br />
einem Lichteinfall von hinten, die Maxima stellen entsprechend<br />
den Einfall des Sonnenlichts von vorn dar. Gut<br />
erkennbar ist der zu erwartende sinusförmige Verlauf<br />
der Winkelmessung.<br />
Parameter min. typ. max. Einheit<br />
Winkelbereich 10 170 °<br />
Intensitätsbereich Winkelmessung 0,1 1000000 lx<br />
Dynamik Intensitätsmessung 1 1000000 lx<br />
Auflösung Winkelmessung 3 °<br />
max. spekt. Empf. „blaue“ Fotodiode 550 nm<br />
max. spekt. Empf. „rote“ Fotodiode 650 nm<br />
Ausgangsstrom 1 mA<br />
Genauigkeit Temperatursensor (@0 °C) -3 3 °C<br />
TK Temperatursensor 10 mV/K<br />
Temperaturbereich -40 105 °C<br />
Tabelle 1: Übersicht der technischen Daten des Sensors.