Sensoren für Drohnen

Nov 21, 2023

Die Flugstabilität der Drohne ist bereits beeindruckend; Warum also noch mehr verbessern? Eine der Anwendungen, für die Drohnen vorgeschlagen wurden, ist die Überprüfung der strukturellen Integrität von Strukturen, die für Menschen schwer zu erreichen sind – zum Beispiel hohe Brücken oder abgelegene Pipelines oder Mobilfunkmasten. Die Fähigkeit, beispielsweise einen Haarriss oder einen losen Stecker zu erkennen, hängt davon ab, dass man sich im Flug ausreichend ruhig hält.

Bei vielen neuen Anwendungen werden erhöhte Anforderungen an die Sicherheit gestellt. Drohnen, die für die Zustellung in Wohngebieten eingesetzt werden, dürfen weder abirren noch im Flug versagen. Das Gleiche wird der Fall sein, wenn Drohnen zunehmend in Innenräumen eingesetzt werden (z. B. zur Überwachung von Leitungen oder Rohren in einer automatisierten Fabrik) oder an Orten, an denen sie sich möglicherweise ständig in unmittelbarer Nähe von Menschen befinden – beispielsweise in Lagerhäusern. Präzision, Genauigkeit und Zuverlässigkeit werden in Zukunft immer größere Priorität haben.

Drohnen werden immer nützlicher, da sie immer leistungsfähiger und sicherer werden, und sie werden immer leistungsfähiger und sicherer, je mehr Sensoren, mehr unterschiedliche Sensortypen und mehr Sensoren mit besseren Leistungsmerkmalen integriert werden.

Zu diesem Zweck umfasst das einheitliche Sensorportfolio von TDK für Drohnen:

TDK-Sensoren zeichnen sich durch Präzision, Genauigkeit und Zuverlässigkeit aus. Wir unterstützen unser Drohnensensor-Portfolio mit einer breiten Palette unterstützter Mikrocontroller und eingebetteter Motorsteuerungen sowie mit beispielloser Softwareunterstützung.

TDK ist der führende Anbieter von IMUs für Drohnen. IMUs kombinieren einen 3-Achsen-Beschleunigungsmesser und ein 3-Achsen-Gyroskop, um Drohnen mit den Daten zu versorgen, die für einen stabilen Flug erforderlich sind, und können in Kombination mit anderen Systemen wie GPS für die Koppelnavigation verwendet werden. Da es sich hierbei um kritische Funktionen handelt, kann eine einzelne Drohne aus Genauigkeits- und Redundanzgründen mehrere IMUs integrieren.

Dies ist aus mehreren Gründen von Bedeutung. IMUs können als Backup für andere Navigationssysteme verwendet werden, auf die Drohnen normalerweise angewiesen sind (z. B. GPS), falls diese blockiert, unterbrochen oder ganz ausfallen. Es gibt auch Anwendungen, bei denen Dienste wie GPS einfach nicht verfügbar sind; Minen sind ein gutes Beispiel.

TDK arbeitet weiterhin an Innovationen und ergänzt unser Sortiment an IMUs für Verbraucher mit einer Reihe von Sensoren und Modulen in Industriequalität, die Leistung und Zuverlässigkeit auf die nächste Stufe heben. Die neue Linie ist auf Robotik, Landwirtschaft und High-End-Präzisionsanwendungen ausgerichtet.

TDK hat eine unübertroffene Expertise bei der Bereitstellung von Bildstabilisierungsfunktionen für Smartphones entwickelt. Diese Technologien lassen sich problemlos auf Drohnen anwenden.

Die elektronische Bildstabilisierung (EIS) kompensiert Bewegungen in der Software mithilfe von IMU-Daten. Der Ansatz besteht darin, Bilddaten zu erfassen und dann Softwaretechniken anzuwenden, um etwaige Verzerrungen zu kompensieren, die durch die Bewegung der Kamera verursacht werden. Die optische Bildstabilisierung (OIS) gleicht Bewegungen in der Hardware aus; Der Ansatz besteht darin, die von der Kamera erfahrene Bewegung zu analysieren und dann das Objektiv physisch zu manipulieren, um die Bewegung auszugleichen. Die Techniken können im Tandem verwendet werden.

OIS/EIS ist eine weitere sensorbasierte Funktion, die zwei Zwecken dienen kann. Erstens ist es ein weiterer Input, der für die Flugstabilität genutzt werden kann, da Drohnen eine sichtbasierte Lokalisierung und Hindernisvermeidung nutzen. Natürlich erfreuten sich Drohnen zunehmender Beliebtheit als Flugkameras sowohl für Standbilder als auch für Videos. IMUs und OIS/EIS-Software können jede Drohne in einen hochauflösenden Fotografen verwandeln.

Die Drucksensoren von TDK messen präzise Luftdruckänderungen. Drucksensoren werden in der kommerziellen Luftfahrt seit langem zur Höhenbestimmung eingesetzt; Drohnen können sie für den gleichen Zweck nutzen. In Verbindung mit IMUs können Drucksensoren zur Stabilität der Drohne beitragen, indem sie bei der Höhenkontrolle helfen.

Da Drohnen immer häufiger eingesetzt werden, unterliegt der Drohnenflug zunehmend einer Regulierung. Viele Regulierungsbehörden, darunter auch die FAA, legen Flugobergrenzen fest.

Die leistungsstarken MEMS-Mikrofone von TDK bieten einen großen Dynamikbereich und einen geringen Stromverbrauch, damit selbst die lautesten Drohnen endlich klare Audiodaten erfassen können. Ein starkes Mikrofonarray kann dabei helfen, Audiosignaturen zu erfassen und robuste Lösungen wie Propellergeräuschunterdrückung, aktive Geräuschunterdrückung (ANC) und hochauflösendes Audio/Video von Kameras bereitzustellen.

Es soll möglich sein, Mikrofone zur Drohnen-Selbstdiagnose zu nutzen. Motorische Beeinträchtigungen haben oft einzigartige Klangsignaturen. Da Drohnen immer ausgefeilter (und teurer) werden, könnte die Fähigkeit, ein beginnendes Problem zu erkennen, so dass es behoben werden kann, bevor es zu einem Systemausfall führt, gerechtfertigt sein.

Und die Integration von Mikrofonen deutet seit jeher auf die Möglichkeit einer Sprachsteuerung hin. Diese Funktion rückt immer näher. Drohnenhersteller ziehen benutzerfreundlichere Schnittstellenoptionen wie Sprachbefehle in Betracht und TDK verbessert die MEMS-Mikrofon- und ANC-Technologien.

Die Ultraschall-Time-of-Flight (ToF)-Sensoren von TDK basieren auf einem MEMS PMUT (piezoelektrischer mikrobearbeiteter Ultraschallwandler). Diese Sensoren sind in der Lage, Objekte in einer Entfernung von 10 Zentimetern bis zu 5 Metern zu erkennen. Eine mit unseren ToF-Sensoren ausgestattete Drohne könnte Objekte erkennen und von ihnen wegnavigieren. Die Kollisionsvermeidung ist nicht nur von entscheidender Bedeutung, um Schäden an Drohnen zu vermeiden, sondern auch, um die Sicherheit von Personen und Objekten in der Nähe zu gewährleisten. Ein ToF-Sensor zeigt nach unten könnte nicht nur für diese Zwecke verwendet werden, sondern auch zur Unterstützung von Präzisions- und automatischen Landungen. Die Ultraschall-ToF-Technologie von TDK kann auch die Beschaffenheit der Oberfläche, auf der es landen soll, genau erkennen. Genauer gesagt kann es Drohnen helfen, eine „Landung“ auf dem Wasser zu vermeiden – ein häufiges Problem.

TDK-Temperatursensoren unterstützen die Temperaturregelung der E-Motorwicklungen für Drohnen. Die Sensoren messen den Temperaturanstieg im Betrieb und erkennen mögliche Übertemperaturen. Dies gewährleistet einen sicheren Betrieb der Drohne und eine längere Lebensdauer von Batterie und Elektromotor durch optimiertes Wärmemanagement. Denn eine redundante Temperaturregelung zusätzlich zur herkömmlichen leistungsbasierten Temperaturberechnung ermöglicht einen kontrollierten Betrieb und Abstieg der Drohne. Der kleine Durchmesser unserer G541-Serie sorgt für eine schnelle Reaktionszeit und Betriebstemperaturen von bis zu 260 °C.

TDK entwickelt weiterhin Innovationen in der Sensortechnologie. Wir erforschen beispielsweise den Einsatz von Magnetometern für Drohnen. Magnetometer sind offensichtlich nützlich, um die Orientierung zu bestimmen. Smartphones nutzen Magnetometer in der Sensorfusion zur Positionserfassung; Diese Fähigkeit könnte leicht in Drohnen übernommen werden. Unabhängig davon können die Umdrehungen eines Motors mit einem Magnetometer sehr genau erfasst werden. Warum ist das nützlich? Drohnen navigieren, indem sie die Geschwindigkeiten ihrer Rotoren relativ zueinander anpassen. Eine Möglichkeit, die Präzision des Drohnenflugs zu verbessern, wäre eine präzisere Steuerung der Drohnenmotoren, und dies würde von einer genaueren Erkennung der Motorgeschwindigkeit abhängen.

Das ist nur ein Beispiel. Drohnen werden immer besser, sowohl hinsichtlich ihrer wesentlichen Leistung als auch hinsichtlich der Dinge, die sie tun können. TDK ermöglicht all das mit unserer Sensortechnologie.