Übungsaufgaben zu optischen Sensoren: Fotodiode, Fotowiderstand, Lichtschranken, Optokoppler und Abstandssensoren

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Fotowiderstand, Lichtschranken, Optokoppler und Abstandssensoren“.

Bauplan: Halte Dich an Aufbau, Kompetenzstufen, Operatoren,
Anforderungsbereiche, Punkte und Zeitschätzung, die im Artikel
https://oer-informatik.de/aufgaben-aufbau beschrieben sind.

Fachliche Grundlage:
- https://oer-informatik.de/optische-sensoren
- https://oer-informatik.de/komparator-schmitt-trigger
- Stilbeispiel: https://oer-informatik.de/optische-sensoren-uebungsaufgaben

Die Aufgaben sollen Inhalte zu diesen Schlagwörtern abdecken:
- Optische Sensoren
- Fotodiode
- Farbsensor
- Optokoppler
- Gabellichtschranke
- Schmitt-Trigger
- Fotowiderstand
- Dämmerungsschaltung
- IR-Abstandssensor
- Sensorauswahl

Kompetenzstufe: Kernkompetenz (alternativ: Basiskompetenz, Profilkompetenz, Expertise)
Anzahl: 1 Aufgabe mit Teilaufgaben
Bearbeitungszeit in Minuten ca.: <5 bis 30 min>
Szenario: eines der Szenarien aus dem Bauplan

Vorgehen:
1. Lies zuerst die verlinkten Artikel. Kannst Du keine Webseiten
   abrufen, sag mir das, statt zu raten.
2. Steht bei einer Angabe noch ein Platzhalter in <…>, frag mich
   zuerst danach. Richte Punkte und Zahl der Teilaufgaben nach der
   Bearbeitungszeit (ca. 0,9 min je Punkt).
3. Gib je Aufgabe Titel mit Kompetenzstufe, Ausgangssituation und
   Teilaufgaben mit Operator und Punktzahl aus, dazu die geschätzte
   Bearbeitungszeit.
4. Gib die Beispiellösungen mit Punkteverteilung erst aus, wenn ich
   danach frage.

Geg.: Datenblattauszug der Fotodiode; Fotoströme beim Weißabgleich I_\mathrm{R} = 6{,}0\ \mathrm{\mu A}, I_\mathrm{G} = 7{,}5\ \mathrm{\mu A}, I_\mathrm{B} = 4{,}0\ \mathrm{\mu A}; Referenzspannung U_\mathrm{ref} = 2{,}00\ \mathrm{V}; Optokoppler mit I_\mathrm{F} = 10\ \mathrm{mA}, Steuerungseingang mindestens 3\ \mathrm{mA}

Ges.: Sperrspannung, Dunkelstrom, Fotostrom mit Messbedingung, Wellenlängenbereich halber Empfindlichkeit

Je Angabe 1 Punkt:

• höchste zulässige Sperrspannung (reverse voltage, Grenzwert): V_\mathrm{R} = 12\ \mathrm{V}
• typischer Dunkelstrom (reverse dark current): I_\mathrm{ro} = 1\ \mathrm{nA}, gemessen bei V_\mathrm{R} = 3\ \mathrm{V} ohne Licht (höchstens 10\ \mathrm{nA})
• typischer Fotostrom (reverse light current): I_\mathrm{ra} = 14\ \mathrm{\mu A} bei E_\mathrm{v} = 500\ \mathrm{lx} und V_\mathrm{R} = 3\ \mathrm{V} (mindestens 10\ \mathrm{\mu A})
• Bereich halber Empfindlichkeit (range of spectral bandwidth \lambda_{0,5}): 430 \dots 680\ \mathrm{nm}

Zusammen mit der Wellenlänge größter Empfindlichkeit (540\ \mathrm{nm}, grün) zeigt der Bereich, dass die Diode an das sichtbare Licht angepasst ist – passend für einen Farbsensor. Die strahlungsempfindliche Fläche beträgt 1{,}4\ \mathrm{mm^2}.

Ges.: Fotostrom I_\mathrm{P} bei 400\ \mathrm{lx}, Vergleich mit I_\mathrm{ro}

Der Fotostrom ist proportional zur Beleuchtungsstärke. Grundform (1 Punkt), eingesetzt und berechnet (1 Punkt):

I_\mathrm{P} = I_\mathrm{ra} \cdot \frac{E_\mathrm{v}}{E_\mathrm{v,DB}} = 14\ \mathrm{\mu A} \cdot \frac{400\ \mathrm{lx}}{500\ \mathrm{lx}} = \underline{\underline{11{,}2\ \mathrm{\mu A}}}

Vergleich (1 Punkt): Der typische Dunkelstrom von 1\ \mathrm{nA} ist etwa 11\,000-mal kleiner als der Fotostrom (auch der Höchstwert 10\ \mathrm{nA} ist noch über 1000-mal kleiner). Er spielt für die Messung bei dieser Helligkeit keine Rolle.

Ges.: Rückkopplungswiderstände R_\mathrm{F,R}, R_\mathrm{F,G}, R_\mathrm{F,B}

Grundform des Transimpedanzverstärkers und Umstellung nach R_\mathrm{F} (1 Punkt):

\def\arraystretch{2.3} \begin{array}{rcl|l} U_\mathrm{ref} & = & I_\mathrm{P} \cdot R_\mathrm{F} & \color{gray}{: I_\mathrm{P}} \\ R_\mathrm{F} & = & \dfrac{U_\mathrm{ref}}{I_\mathrm{P}} & \end{array}

Je Kanal 1 Punkt:

R_\mathrm{F,R} = \frac{2{,}00\ \mathrm{V}}{6{,}0\ \mathrm{\mu A}} \approx \underline{\underline{333\ \mathrm{k\Omega}}} \qquad R_\mathrm{F,G} = \frac{2{,}00\ \mathrm{V}}{7{,}5\ \mathrm{\mu A}} \approx \underline{\underline{267\ \mathrm{k\Omega}}} \qquad R_\mathrm{F,B} = \frac{2{,}00\ \mathrm{V}}{4{,}0\ \mathrm{\mu A}} = \underline{\underline{500\ \mathrm{k\Omega}}}

Der schwächste Kanal (Blau) braucht die größte Verstärkung. In der Praxis wird je Kanal ein Festwiderstand mit einem Trimmer in Reihe geschaltet und der Trimmer an der Referenzkarte eingestellt.

Geg.: Fotoströme des Deckels I_\mathrm{R}' = 5{,}1\ \mathrm{\mu A}, I_\mathrm{G}' = 1{,}2\ \mathrm{\mu A}, I_\mathrm{B}' = 0{,}80\ \mathrm{\mu A}

Ges.: Messspannungen U_\mathrm{R}, U_\mathrm{G}, U_\mathrm{B}, Farbe des Deckels

\begin{aligned} &\text{(I)} && R_\mathrm{F} = \dfrac{U_\mathrm{ref}}{I_\mathrm{P,weiß}} \\ &\text{(II)} && U = I_\mathrm{P}' \cdot R_\mathrm{F} \end{aligned}

I in II: U = U_\mathrm{ref} \cdot \dfrac{I_\mathrm{P}'}{I_\mathrm{P,weiß}} (zusammen 2 Punkte):

U_\mathrm{R} = 2{,}00\ \mathrm{V} \cdot \frac{5{,}1\ \mathrm{\mu A}}{6{,}0\ \mathrm{\mu A}} = \underline{\underline{1{,}70\ \mathrm{V}}} \qquad U_\mathrm{G} = 2{,}00\ \mathrm{V} \cdot \frac{1{,}2\ \mathrm{\mu A}}{7{,}5\ \mathrm{\mu A}} = \underline{\underline{0{,}320\ \mathrm{V}}} \qquad U_\mathrm{B} = 2{,}00\ \mathrm{V} \cdot \frac{0{,}80\ \mathrm{\mu A}}{4{,}0\ \mathrm{\mu A}} = \underline{\underline{0{,}400\ \mathrm{V}}}

Mit gerundeten Zwischenergebnissen ergibt sich: U_\mathrm{R} = 5{,}1\ \mathrm{\mu A} \cdot 333\ \mathrm{k\Omega} \approx 1{,}70\ \mathrm{V}, U_\mathrm{G} = 1{,}2\ \mathrm{\mu A} \cdot 267\ \mathrm{k\Omega} \approx 0{,}320\ \mathrm{V} – also dieselben Werte.

Farbe (1 Punkt): Der Rot-Kanal erreicht 85\ \% der Weißreferenz, Grün und Blau nur 16\ \% bzw. 20\ \%. Der Deckel ist rot.

Ges.: Funktion des Optokopplers

Die Sensorplatine steuert mit dem Signal die Sendediode (IR-LED) des Optokopplers an. Deren Licht steuert im selben, lichtdichten Gehäuse einen Fototransistor durch, der den 24\text{-}\mathrm{V}-Eingang der Kleinsteuerung schaltet (1 Punkt).

Das Signal wird nur über Licht übertragen, die 5\text{-}\mathrm{V}-Platine und der 24\text{-}\mathrm{V}-Kreis sind galvanisch getrennt: Potenzialunterschiede, Störungen oder ein Fehler im 24\text{-}\mathrm{V}-Kreis gelangen nicht auf die Sensorplatine (1 Punkt).

Ges.: Beurteilung, ob OK-B ohne Änderung als Ersatz taugt

Gehäuse, Pinbelegung, Sperrspannung V_\mathrm{CEO} und Isolation sind gleich oder besser (1 Punkt). Entscheidend ist der Mindest-CTR (1 Punkt):

\def\arraystretch{2.3} \begin{array}{rcl|l} \mathrm{CTR} & = & \dfrac{I_\mathrm{C}}{I_\mathrm{F}} \cdot 100\ \% & \color{gray}{\cdot I_\mathrm{F} : 100\ \%} \\ I_\mathrm{C,min} & = & \dfrac{\mathrm{CTR_{min}}}{100\ \%} \cdot I_\mathrm{F} = 0{,}20 \cdot 10\ \mathrm{mA} = \underline{\underline{2{,}00\ \mathrm{mA}}} & \end{array}

Das sind weniger als die nötigen 3\ \mathrm{mA} (OK-A liefert mindestens 0{,}50 \cdot 10\ \mathrm{mA} = 5{,}00\ \mathrm{mA}). Ein Exemplar mit kleinem CTR könnte den Eingang nicht sicher schalten. OK-B ist ohne Änderung kein gleichwertiger Ersatz (1 Punkt). Mit kleinerem Vorwiderstand und z. B. I_\mathrm{F} = 20\ \mathrm{mA} (unter dem Grenzwert 60\ \mathrm{mA}) ergäben sich rechnerisch mindestens 4\ \mathrm{mA}; das muss aber mit der CTR-Kennlinie im Datenblatt geprüft werden, weil der CTR vom Durchlassstrom abhängt.

Geg.: z = 12 Schlitze, Steg doppelt so breit wie Schlitz; R_\mathrm{C} = 10\ \mathrm{k\Omega} an 5\ \mathrm{V}; invertierender Schmitt-Trigger mit U_\mathrm{T-} = 1{,}6\ \mathrm{V}, U_\mathrm{T+} = 2{,}4\ \mathrm{V}; n = 90\ \mathrm{1/min}

Ges.: Funktion von Gabellichtschranke und Schmitt-Trigger, Begründung für den Schmitt-Trigger

In der Gabellichtschranke stehen sich eine IR-Sendediode und ein Fototransistor gegenüber; die Scheibe läuft durch den Spalt (1 Punkt). Steht ein Schlitz im Strahl, leitet der Fototransistor, steht ein Steg im Strahl, sperrt er. Die Kollektorspannung wechselt deshalb mit jedem Schlitz zwischen niedrig und hoch (1 Punkt). Der Schmitt-Trigger vergleicht sie mit seinen Schaltschwellen und gibt ein Rechtecksignal aus, dessen Impulse die Steuerung zählt bzw. überwacht (1 Punkt).

Begründung (1 Punkt): An der Schlitzkante ändert sich die Kollektorspannung allmählich, und Vibrationen oder Störungen überlagern sie. Ein Komparator mit nur einer Schwelle würde dabei mehrfach hin- und herschalten und Fehlimpulse erzeugen; die Hysterese des Schmitt-Triggers verhindert das und liefert steile Flanken.

Geg.: I_\mathrm{C,hell} \geq 0{,}8\ \mathrm{mA}, I_\mathrm{C,dunkel} \leq 100\ \mathrm{nA}

Ges.: Kollektorspannung U_\mathrm{CE} und Ausgangspegel bei Schlitz und bei Steg

Maschengleichung in Grundform: U_\mathrm{CE} = U_\mathrm{B} - I_\mathrm{C} \cdot R_\mathrm{C}

Schlitz im Strahl (2 Punkte): Der Spannungsfall, den der Hellstrom am Pull-up erzeugen würde, ist

U_\mathrm{RC} = I_\mathrm{C} \cdot R_\mathrm{C} = 0{,}8\ \mathrm{mA} \cdot 10\ \mathrm{k\Omega} = 8{,}00\ \mathrm{V} > 5\ \mathrm{V}

Der Transistor geht also in die Sättigung; die Kollektorspannung liegt bei \underline{\underline{U_\mathrm{CE,sat} \approx 0{,}2\ \mathrm{V}}}, unter der unteren Schwelle 1{,}6\ \mathrm{V}. Der invertierende Schmitt-Trigger gibt High aus.

Steg im Strahl (2 Punkte):

U_\mathrm{CE} = 5\ \mathrm{V} - 100\ \mathrm{nA} \cdot 10\ \mathrm{k\Omega} = 4{,}999\ \mathrm{V} \approx \underline{\underline{5{,}00\ \mathrm{V}}}

Das liegt über der oberen Schwelle 2{,}4\ \mathrm{V}; der Ausgang ist Low.

Ges.: Frequenz f, Periodendauer T, High-Dauer t_\mathrm{H}, Skizze

\begin{aligned} &\text{(I)} && f = z \cdot n \\ &\text{(II)} && T = \dfrac{1}{f} \end{aligned}

Drehzahl umrechnen und I (je 1 Punkt):

n = 90\ \mathrm{1/min} = \frac{90}{60\ \mathrm{s}} = 1{,}50\ \mathrm{1/s} \qquad f = 12 \cdot 1{,}50\ \mathrm{1/s} = \underline{\underline{18{,}0\ \mathrm{Hz}}}

II (1 Punkt):

T = \frac{1}{18{,}0\ \mathrm{Hz}} \approx \underline{\underline{55{,}6\ \mathrm{ms}}}

High-Dauer (1 Punkt): Eine Teilung besteht aus einem Schlitz und einem doppelt so breiten Steg; der Schlitz macht also ein Drittel der Periode aus. High ist der Ausgang, solange der Schlitz im Strahl steht:

t_\mathrm{H} = \frac{T}{3} \approx \underline{\underline{18{,}5\ \mathrm{ms}}} \qquad t_\mathrm{L} = \frac{2}{3} \cdot T \approx 37{,}0\ \mathrm{ms}

Ohne gerundete Zwischenergebnisse ergibt sich: t_\mathrm{H} = \dfrac{1}{3 \cdot 18\ \mathrm{Hz}} = 18{,}5\ \mathrm{ms} – gleiches Ergebnis.

Skizze (1 Punkt): Rechtecksignal zwischen 0\ \mathrm{V} (Low) und High-Pegel mit steilen Flanken, je Periode 18{,}5\ \mathrm{ms} High und 37{,}0\ \mathrm{ms} Low (Tastgrad 33\ \%), Periodendauer 55{,}6\ \mathrm{ms} eingetragen, zwei Perioden (111\ \mathrm{ms}) dargestellt.

Ges.: Periodendauer T_4 mit vier Reflexmarken, Beurteilung

Mit z = 4 (1 Punkt):

T_4 = \frac{1}{z \cdot n} = \frac{1}{4 \cdot 1{,}50\ \mathrm{1/s}} \approx \underline{\underline{167\ \mathrm{ms}}}

Beurteilung (2 Punkte): Der Stillstand würde erst nach etwa 2 \cdot 167\ \mathrm{ms} \approx 333\ \mathrm{ms} statt nach 111\ \mathrm{ms} erkannt. Für eine Förderschnecke ist das zeitlich noch vertretbar. Die Reflexmarken verschmutzen aber im Pelletstaub, und Tastabstand, Oberfläche und Fremdlicht beeinflussen den Lichttaster stärker als die Gabellichtschranke, die nur den Spalt durchleuchtet. Die vorhandene Lösung mit Schlitzscheibe ist robuster; der Vorschlag taugt höchstens als Notlösung.

Ges.: Beurteilung des Ersatztyps, nötige Änderungen

Je Aspekt 1 Punkt:

• Mechanik: Die 1{,}5\ \mathrm{mm} dicke Scheibe passt durch den 3\ \mathrm{mm} breiten Spalt, wenn sie nicht mehr als etwa \pm 0{,}7\ \mathrm{mm} taumelt; Befestigung und Anschlussbelegung müssen im Datenblatt verglichen werden.
• Versorgung: 5\ \mathrm{V} liegt im zulässigen Bereich 4{,}5 \dots 16\ \mathrm{V}.
• Ausgang: Der Schmitt-Trigger ist eingebaut, der externe Schmitt-Trigger entfällt bzw. wird überbrückt. Der Open-Collector-Ausgang braucht einen Pull-up-Widerstand (z. B. 10\ \mathrm{k\Omega} nach 5\ \mathrm{V}).
• Pegel: Bei unterbrochenem Strahl (Steg) ist der Ausgang Low, bei Schlitz zieht der Pull-up auf High – das entspricht dem bisherigen Signal. Programm und Stillstandsüberwachung bleiben unverändert.

Der Typ ist also mit kleiner Schaltungsänderung als Ersatz geeignet.

Geg.: R_{10} = 50\ \mathrm{k\Omega} bei 10\ \mathrm{lx}, \gamma = 0{,}8; Einschalten unter E_\mathrm{v} = 5\ \mathrm{lx}; Teiler an U_0 = 5\ \mathrm{V}, Einschaltschwelle U_\mathrm{LDR} = 3{,}0\ \mathrm{V}; Kennlinie des IR-Abstandssensors (Tabelle)

Ges.: R_\mathrm{LDR} bei 5\ \mathrm{lx}

Grundform (1 Punkt), eingesetzt (1 Punkt), Ergebnis (1 Punkt):

R_\mathrm{LDR} = R_{10} \cdot \left(\frac{E_\mathrm{v}}{10\ \mathrm{lx}}\right)^{-\gamma} = 50\ \mathrm{k\Omega} \cdot \left(\frac{5\ \mathrm{lx}}{10\ \mathrm{lx}}\right)^{-0{,}8} = 50\ \mathrm{k\Omega} \cdot 0{,}5^{-0{,}8} \approx \underline{\underline{87{,}1\ \mathrm{k\Omega}}}

Halbiert sich die Beleuchtungsstärke, steigt der Widerstand um den Faktor 2^{0{,}8} \approx 1{,}74. In einem doppelt logarithmischen Kennlinienblatt liest Du denselben Wert ab, wenn Du die Gerade von 50\ \mathrm{k\Omega} bei 10\ \mathrm{lx} nach links bis 5\ \mathrm{lx} verfolgst.

Ges.: oberer Teilerwiderstand R_1, E12-Wert, tatsächliche Einschaltbeleuchtungsstärke E_\mathrm{v}'

Spannungsteiler in Grundform, nach R_1 umgestellt (1 Punkt):

\def\arraystretch{2.3} \begin{array}{rcl|l} U_\mathrm{LDR} & = & U_0 \cdot \dfrac{R_\mathrm{LDR}}{R_1 + R_\mathrm{LDR}} & \color{gray}{\cdot (R_1 + R_\mathrm{LDR}) : U_\mathrm{LDR}} \\ R_1 + R_\mathrm{LDR} & = & \dfrac{U_0}{U_\mathrm{LDR}} \cdot R_\mathrm{LDR} & \color{gray}{- R_\mathrm{LDR}} \\ R_1 & = & R_\mathrm{LDR} \cdot \left(\dfrac{U_0}{U_\mathrm{LDR}} - 1\right) = 87{,}1\ \mathrm{k\Omega} \cdot \left(\dfrac{5\ \mathrm{V}}{3{,}0\ \mathrm{V}} - 1\right) \approx 58{,}0\ \mathrm{k\Omega} & \end{array}

E12-Wert (1 Punkt): nächster Wert \underline{\underline{R_1 = 56\ \mathrm{k\Omega}}}.

Mit 56\ \mathrm{k\Omega} erreicht die Sensorspannung 3{,}0\ \mathrm{V}, wenn R_\mathrm{LDR} = R_1 \cdot \dfrac{U_\mathrm{LDR}}{U_0 - U_\mathrm{LDR}} = 56\ \mathrm{k\Omega} \cdot \dfrac{3{,}0\ \mathrm{V}}{2{,}0\ \mathrm{V}} = 84{,}0\ \mathrm{k\Omega} ist. Kennlinie nach E_\mathrm{v} umgestellt (2 Punkte):

\def\arraystretch{2.3} \begin{array}{rcl|l} R_\mathrm{LDR} & = & R_{10} \cdot \left(\dfrac{E_\mathrm{v}}{10\ \mathrm{lx}}\right)^{-\gamma} & \color{gray}{: R_{10}} \\ \left(\dfrac{E_\mathrm{v}}{10\ \mathrm{lx}}\right)^{-\gamma} & = & \dfrac{R_\mathrm{LDR}}{R_{10}} & \color{gray}{(\ldots)^{-1/\gamma}} \\ E_\mathrm{v}' & = & 10\ \mathrm{lx} \cdot \left(\dfrac{R_\mathrm{LDR}}{R_{10}}\right)^{-\frac{1}{\gamma}} = 10\ \mathrm{lx} \cdot \left(\dfrac{84{,}0\ \mathrm{k\Omega}}{50\ \mathrm{k\Omega}}\right)^{-1{,}25} \approx \underline{\underline{5{,}23\ \mathrm{lx}}} & \end{array}

Die Beleuchtung schaltet also etwas früher, schon bei etwa 5{,}2\ \mathrm{lx}. Mit 68\ \mathrm{k\Omega} wären es etwa 4{,}10\ \mathrm{lx} (später); ein Trimmer in Reihe erlaubt den genauen Abgleich.

Geg.: Kennlinientabelle; Abstand mit Fahrrad d_1 = 25\ \mathrm{cm}, ohne Fahrrad d_2 = 70\ \mathrm{cm}

Ges.: U(25\ \mathrm{cm}), U(70\ \mathrm{cm}), Schaltschwelle, Begründung Mindestabstand

Lineare Interpolation zwischen den benachbarten Stützpunkten in Grundform: U = U_\mathrm{a} + \dfrac{d - d_\mathrm{a}}{d_\mathrm{b} - d_\mathrm{a}} \cdot (U_\mathrm{b} - U_\mathrm{a}) (je Spannung 1 Punkt):

U(25\ \mathrm{cm}) = 1{,}24\ \mathrm{V} + \frac{25 - 20}{30 - 20} \cdot (0{,}84\ \mathrm{V} - 1{,}24\ \mathrm{V}) = \underline{\underline{1{,}04\ \mathrm{V}}}

U(70\ \mathrm{cm}) = 0{,}43\ \mathrm{V} + \frac{70 - 60}{80 - 60} \cdot (0{,}32\ \mathrm{V} - 0{,}43\ \mathrm{V}) \approx \underline{\underline{0{,}375\ \mathrm{V}}}

Weil die Kennlinie gekrümmt ist, liegen die wahren Werte etwas darunter; für die Entscheidung genügt die Interpolation.

Schaltschwelle (1 Punkt): etwa in der Mitte, z. B. 0{,}70\ \mathrm{V} (entspricht etwa 35\ \mathrm{cm}): über 0{,}70\ \mathrm{V} gilt „Fahrrad vorhanden“. Auch Werte zwischen 0{,}6\ \mathrm{V} und 0{,}8\ \mathrm{V} sind richtig.

Mindestabstand (2 Punkte): Unterhalb von 10\ \mathrm{cm} fällt die Ausgangsspannung wieder ab, weil der reflektierte Lichtpunkt den Empfänger nicht mehr richtig trifft. Eine Spannung gehört dann zu zwei Abständen: Ein sehr nahes Fahrrad könnte z. B. nur 0{,}5\ \mathrm{V} liefern und würde als „kein Fahrrad“ gewertet. Eindeutig ist die Kennlinie nur ab 10\ \mathrm{cm}.

Ges.: Messprinzip des Lichtlaufzeitsensors, zwei geeignete Anwendungen

Messprinzip (1 Punkt): Der Sensor sendet kurze Laserlichtimpulse (bzw. moduliertes Licht) aus und misst die Zeit t, bis das reflektierte Licht zurückkommt. Weil das Licht den Weg zweimal zurücklegt, gilt d = \dfrac{c \cdot t}{2}; die Lage des Lichtpunkts spielt keine Rolle.

Je Anwendung 1 Punkt, z. B.:

• große Abstände über mehrere Meter, etwa Füllstand in Silos und Behältern oder Abstandsmessung an Regalbediengeräten,
• Hinderniserkennung bei Robotern, Staubsaugern und fahrerlosen Transportfahrzeugen, auch mit mehreren Messzonen,
• Anwesenheitserkennung über größere Bereiche, etwa Personen vor einer Tür oder Fahrzeuge in einer Parkbucht.

Ges.: Sensor je Erfassungsaufgabe mit Begründung

Je Zeile 1 Punkt:

Andere Lösungen sind richtig, wenn die Begründung zu Werkstoff, Abstand und Umgebung passt.

Ges.: Auswertung der Hinweise für Ein- und Ausbau, Vorteil des Gehäuses

Je Spiegelstrich 1 Punkt:

• Laserklasse 2: nicht in den Strahl blicken; den Sensor so ausrichten, dass der Strahl nicht in Augenhöhe auf Personen trifft, beim Justieren nicht hineinschauen.
• Nur im spannungsfreien Zustand montieren und demontieren: Versorgung abschalten, gegen Wiedereinschalten sichern, Spannungsfreiheit feststellen.
• Elektrostatisch gefährdetes Bauteil: Steckerpins nicht berühren, ESD-Armband bzw. Potenzialausgleich nutzen, Sensor am Gehäuse anfassen. Außerdem darf der Sensor nicht für den Personenschutz (z. B. Schließkantensicherung des Rolltors) verwendet werden; dafür ist eine eigene Sicherheitseinrichtung nötig.
• Gehäuse aus schwach leitfähigem (ableitfähigem) Kunststoff: Elektrostatische Ladungen fließen langsam ab, das Gehäuse lädt sich nicht auf, es entstehen keine schädlichen Funkenentladungen auf die Elektronik, und die Optik zieht weniger Staub an.