Automatisierung

Mobiler batteriebetriebener Ultraschallsensor

Entwicklung eines batteriebetriebenen, autark arbeitenden Ultraschallsensors mit drahtloser Datenübertragung

08.09.2022 - Ultraschallsensoren kontrollieren Füllstände, überwachen automatisierte Fertigungsprozesse und stellen Qualitätsanforderungen durchgehend sicher. Alle sprechen von Digitalisierung. Aber welche Anforderungen muss ein Ultraschallsensor erfüllen? Die Anforderungen wurden im Rahmen einer Bachelorarbeitet aufgezeigt ebenso die Möglichkeit der drahtlosen Schnittstellen untersucht.

Die aktuelle Technologiestudie „smart city sensor scs“ bringt den scs-Ultraschallsensor mit einer Tastweite von bis zu 2,0 m hervor und ist in einem Gehäuse mit langlebiger Batterie verbaut. Zurzeit ist die Studie mit einer LoRaWAN-Schnittstelle (Long Range Wide Area Network) ausgestattet. Das LoRaWAN-Netzwerk wurde speziell für IoT-Anwendungen entwickelt. Mit dem Netzwerk können bei einer Übertragungsreichweite von mehreren Kilometern digitale Daten von hunderten Sensoren ausgetauscht werden – ideal für ein eigenes lokales Netzwerk. Städte verfügen teilweise über ein flächendeckendes Netzwerk. Aufgrund des flexiblen Sensorkonzepts ist eine Integration von GPS, WLAN oder eine Anbindung an das Mobilfunknetz denkbar. 

Die Parametrisierung des Sensors erfolgt online auf einfachem Wege über eine portalgestützte Web-Anwendung oder wahlweise über eine andere IoT-Plattform. Das erlaubt die Verwaltung und Bedienung mit mobilen Endgeräten. Das Einbinden eines Sensors ist zum Beispiel via QR-Code-basierter Scanfunktion möglich. Weitere umfangreiche Konfigurationsmöglichkeiten können so für den Nutzer realisiert werden: Er kann beispielsweise festlegen, wie oft und wann der Sensor pro Tag Abstandsmessungen durchführen und diese Werte übertragen soll. Ferner kann der Anwender über besondere Ereignisse, wie kritische Temperaturwerte oder einen schwachen Batterieladezustand per SMS, E-Mail oder Push-Nachricht informiert werden. Über das LoRaWAN-Netzwerk ist eine Standortbestimmung mittels Signal-Triangulation bereits möglich. Auf Kundenwunsch kann eine genauere Standortbestimmung per GPS integriert werden. Durch übersichtliche und intuitive Darstellungen lassen sich alle Sensorparameter und Messdaten im Blick behalten.
Ziel der Technologiestudie ist es, einen Sensor hervorzubringen, der durch seine robuste Bauweise und einen Betriebstemperaturbereich von -25 bis +70 °C für Außenanwendungen und die Landwirtschaft geeignet ist. Denkbar sind Anwendungen in schwer zugänglichen Umgebungen, in der Logistik oder zur intelligenten Steuerung von smarten Anwendungen in Städten und Kommunen.

Überwachung von Füllständen in Altglas- oder Müllcontainern

Städte und Kommunen setzen vermehrt auf digitale Technologien. Durch intelligente Vernetzung über das LoRaWAN-Netzwerk in Städten lassen sich digitale Applikationen anbinden. Ziel der Städte ist es, wertvolle Ressourcen zu sparen, Parkkonzepte effizienter zu organisieren und Städte lebenswerter zu gestalten. 

Die Technologiestudie „smart city sensor scs“ setzt genau hier an: Durch seinen Batteriebetrieb lässt sich der Sensor ohne Installationsaufwand in Altglas- oder Müllcontainern montieren. Die Füllstandskontrolle in Echtzeit in Verbindung mit der Datenübertragung über das LoRaWAN-Netzwerk erlaubt den Entsorgungsbetrieben eine gezielte Anfahrt der Container und somit eine Optimierung der Leerungsfahrten. Überladene Container sowie unwirtschaftliche Anfahrten zu kaum gefüllten Containern können damit vermieden werden. Der scs-Sensor sorgt so für mehr Effizienz durch günstigere und umweltfreundlichere Abläufe. Gerade bei der Überwachung von Altglascontainern oder anderen Müllbehältern zeigen Ultraschallsensoren ihre physikalischen Stärken. Optische Sensoren erkennen ausschließlich lichtreflektierende und lichtundurchlässige Objekte. Induktive Sensoren detektieren nur ferromagnetische Metallteile. Hingegen können Ultraschallsensoren alle Arten von Objekten detektieren, die den Schall reflektieren – unabhängig von Form und Farbe. Und das tun nahezu alle Materialien wie Flüssigkeiten, Glas und hauchdünne Folien, aber auch Grobkörniges, Späne, feiner Sand, Hölzer, Metalle sowie Kunststoffe. Weiße Objekte auf weißem Hintergrund, Schwarzes auf Schwarz, störendes Fremdlicht oder glänzende Oberflächen – keine Herausforderung für Ultraschallsensoren.

„Mit unser Technologiestudie wollen wir herausfinden, in welchen Anwendungen ein batteriebetriebener Sensor mit drahtloser Datenübertragung sinnvoll und wirtschaftlich ist“, erklärt Johannes Schulte, Geschäftsführer von Microsonic. „Bei der erstmaligen Vorstellung der Technologiestudie auf der diesjährigen Hannover Messe waren wir von der positiven Resonanz überrascht. Es gibt bereits aus den USA eine konkrete Anfrage, diesen Sensor in kundenspezifischer Ausführung im Bereich der Logistik einzusetzen. Wir sind uns sicher, dass aus dieser Technologiestudie in den nächsten Jahren weitere Produkte entstehen.“

Autorin
Melanie Harke, Marketing

Kontakt

Microsonic GmbH

Phoenixseestraße 7
Dortmund 44263

+49 231 975151 10
+49 231 975151 51

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