Günstige Sensortechnik Software filtert unnötige Messdaten heraus

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Wenn Sensoren Messdaten ohne viel Rechenaufwand auswerten, dann liegt die Hauptarbeit der Datenauswertung auf dem Algorithmus. Die Software ist wie ein Filter, welche Datenmüll vom Sensor zum Prozessor vermeidet.

Versuchsaufbau: Der Roboter wird per Laptop bewegt und kann so beispielsweise ein Rütteln am Zaun imitieren, das die Sensoren im Kabel registrieren.
Versuchsaufbau: Der Roboter wird per Laptop bewegt und kann so beispielsweise ein Rütteln am Zaun imitieren, das die Sensoren im Kabel registrieren.
(Bild: Thorsten Mohr )

Damit selbst kleinste Unterschiede des Erdmagnetfelds gemessen werden können, sind hochempfindliche Sensoren notwendig. Außerdem noch ein Computer, um die Sensordaten zu verarbeiten. Allerdings arbeiten Forscher daran, wie sich mit günstigen Sensoren und ohne großen Rechenaufwand selbst feinste Veränderungen, beispielsweise des Erdmagnetfeldes, messen lassen.

Als ein Beispiel haben die Wissenschaftler die Veränderung des Magnetfeldes eines vorbeifahrenden Zugs in einer Entfernung von ungefähr 1,25 km Luftlinie gemessen. Zum Einsatz kamen keine High-Tech-Sensoren, sondern günstige Technik von wenigen Euro. Das Geheimnis liegt in der Programmierung der Hardware, welche die Signale des Sensors auswertet. Spezielle Algorithmen müssen nicht alle ungefilterten Messsignale auswerten, sondern sie berechnen nur die Abweichungen vom Normalzustand. So lässt sich Rechenaufwand sparen. Unnötiger Datenmüll belastet die Software nicht.

Ein Sensorkabel im Zaun

Wie empfindlich und gleichzeitig effizient die Sensoren mit der Software arbeiten, zeigt das Beispiel eines Zauns, der mit einem Sensorkabel ausgestattet ist. Hier sind mehrere eigenständige Sensoren mit der intelligenten Programmierung auf einer einfachen Hardware miteinander vernetzt. Der Zaun lässt sich an jeder Stelle überwachen. Ein Roboter soll simulieren, ob jemand über den Zaun klettert oder an ihm rüttelt.

Schließlich konnten die vernetzten Sensoren mit einer Wahrscheinlichkeit von 87,5 Prozent korrekt auseinander halten, ob der Roboter am Zaun rüttelt oder über diesen klettert. Die Sensoren haben über die Zeit gelernt, die Bewegungsmuster des Roboters auseinanderzuhalten.

Der Vorteil smarter Sensortechnik

Durch den Plastikschlauch läuft das Sensorkabel, das mit hochempfindlichen Magnetfeldsensoren ausgestattet ist. Im Hintergrund rüttelt der Roboterarm am Zaun, was die Sensoren registrieren.
Durch den Plastikschlauch läuft das Sensorkabel, das mit hochempfindlichen Magnetfeldsensoren ausgestattet ist. Im Hintergrund rüttelt der Roboterarm am Zaun, was die Sensoren registrieren.
(Bild: Thorsten Mohr )

Der Vorteil der smarten Sensortechnik: Es müssen keine teuren Sensoren ihre Daten teure Computer schicken, die oft in der Nähe stehen müssen. Damit ist die teure Technik nur sehr eingeschränkt nutzbar. Ein Beispiel wären Sensoren, die Geodaten in entlegenen Gegenden der Erde messen und auswerten sollen. „Die teure Sensor- und Computertechnik dort aufzustellen und zu warten ist einfach zu teuer“, sagt der Physiker Prof. Dr. Uwe Hartmann von der Saar-Universität.

Energieautarke und drahtlos verbundene Sensornetzwerke können jahrelang Daten sammeln und auswerten, ohne dass eine aufwendige Infrastruktur vorhalten und aufrecht erhalten müsste. Aktivitäten der Sonne lassen sich beispielsweise so messen. Bei einem Sonnensturm, den die Sensoren feststellen können, kann es zum Beispiel zu Störungen der Strom-Infrastruktur auf der Erde kommen. Mit genaueren Messungen kann man diese möglicherweise verhindern.

Günstige Sensoren in der Medizin

Günstige und kleine Sensoren können Veränderungen der Herz- und Hirnaktivitäten messen, genauso wie sie zum Beispiel Schäden von Windanlagen vorhersagen können. Davor kommt es oft zu Veränderungen im Vibrationsmuster einer Windkraftanlage. Mit günstigen Sensoren in Verbindung mit dem Algorithmus ließen sich die Veränderungen bereits im Vorfeld einfach feststellen.

Obwohl die Wissenschaftler ihre Demonstration am Beispiel von Magnetfeldsensoren gezeigt haben, lässt sich das Prinzip auf jeder Art von Sensoren übertragen. Im Mittelpunkt steht die intelligente Programmierung.

Dieser Artikel stammt von unserem Partnerportal ElektronikPraxis.

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