Induktive Wegaufnehmer fühlen, wie Kirschen wachsen

Langzeitmessung des Wachstums der Kirschen am Baum erfordert schlanke Wegaufnehmer mit hoher Auflösung, geringen Kräften, hoher Schutzart und geringer Stromaufnahme.

Diese Messaufgabe verlangt einen Wegaufnehmer, der im Feldversuch bei hohen Luftfeuchtigkeiten - bis hin zur Tropfenbildung - sowie verschleißfrei arbeitet.

Der induktive Taster der Baureihe SM34 erfüllt diese Anforderungen und wurde für diese Aufgabe ausgewählt. Die Wegaufnehmer erfassen Messwege bis zu ± 10 mm mit Auflösungen im µm-Bereich.

Der Stößel wird über eine Feder in die Ruhestellung gedrückt. Die Messspitzen und die Feder können für unterschiedliche Messaufgaben ausgetauscht werden.
Der robuste, vergossene Aufbau der Taster ermöglicht den Einsatz unter schwierigen Umweltbedingungen.
Bei der beschriebenen Anwendung (durchgeführt an der Universität Hannover, Institut für Gartenbauliche Produktionssysteme, Abteilung Obstbau) werden die Taster in Kirschbäumen zur Messung der Durchmesseränderung der Kirschen befestigt. Der Durchmesser wird mit einer Auflösung von 3 µm gemessen und dient zur Berechnung des Volumens der Früchte.
Durch die kompakte Bauweise im nur 10 mm dicken Gehäuse und das geringe Eigengewicht ist der Wegaufnehmer gut an den Ästen der Kirschbäume zu fixieren.
Der integrierte Microcontroller wertet die axiale Verschiebung des Mu-Metallkerns aus. Die komplette Elektronik ist im Gehäuse integriert, und liefert ein wegproportionales Ausgangssignal.
Die geringe Stromaufnahme ermöglicht die Versorgung des Sensors mit einer preiswerten Powerbank. Die Ausgangssignale von 26 Wegaufnehmern werden gleichzeitig ausgelesen und auf einem Datenlogger gespeichert.

Montage des Wegaufnehmers an Kirschen im Baum

(Martin Brüggenwirth, Andreas Winkler, Moritz Knoche. 2016. Xylem, phloem and transpiration flows in developing sweet cherry fruit. Trees, DOI 10.1007/s00468-016-1415-4)

Die typische Ausführung eines induktiven Wegaufnehmers besteht aus einem hohlen Spulenkörper mit streng symmetrisch gewickelten Spulen, einer magnetischen Abschirmung mit hoher Permeabilität und einem runden, rostfreien Stahlgehäuse. Die Räume zwischen Spule und Gehäuse werden komplett mit aushärtendem Kunststoff vergossen.
Durch den Spulenkörper bewegt sich der Stößel aus einer Nickel-Eisenlegierung und verändert die Induktivität der beiden Spulenhälften gegensinnig. Die Bohrung des Spulenkörpers und der Durchmesser des Stößels sind so gewählt, dass eine berührungslose, verschleißfreie Bewegung erfolgen kann.
Die kontaktlose Messung ist ein großer Vorteil der induktiven Wegaufnehmer und ermöglicht somit Einsätze u. a. in Maschinen zur Materialprüfung und auf Vibrationsprüftischen.
Auf Grund der unendlichen Auflösung können kleinste Wegänderungen des Stößels gemessen werden, nur begrenzt durch das Rauschen der integrierten Elektronik.

Die nahezu unbegrenzte Lebensdauer und eine hohe Zuverlässigkeit ermöglichen auch den Einsatz bei sensiblen Anwendungen wie Satellitentechnik, Flugzeugen oder der Industrieautomation. Die integrierte Elektronik wertet die Induktivitätsänderung aus, die durch die axiale Verschiebung eines NiFe-Metallkernes hervorgerufen wird.
Betriebsspannungen von 5, 12 oder 24 VDC und der geringe Betriebsstrom ermöglichen den Einsatz auch in mobilen Systemen.
Das wegproportionale, analoge Ausgangssignal von 0 ... 10, 0 ... 5 oder 0 ... 4 VDC kann von vielen Auswerteeinheiten direkt verarbeitet werden.
Die Ausführung mit Stromausgang 4 ... 20 mA ist in 2 Leitertechnik verfügbar.

Die Miniatursensoren in Schutzart IP67 können bei extremen Umweltbedingungen wie Ölnebel, Schlamm, Regen und Staub eingesetzt werden und widerstehen Schockbelastungen bis 250 g SRS sowie Vibrationsbelastungen bis 20 g rms.