DE102022105101B3 - SENSOR PLATFORM AND RELATED SENSOR PLATFORM RELEASE MECHANISM AND RELATED SENSOR PLATFORM RELEASE PROCEDURE - Google Patents
SENSOR PLATFORM AND RELATED SENSOR PLATFORM RELEASE MECHANISM AND RELATED SENSOR PLATFORM RELEASE PROCEDURE Download PDFInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Sensorplattform (1) und zugehörigen Sensorplattform-Abwurfmechanismus (2) umfassend mindestens eine Sensorplattform (1) und einen Sensorplattform-Abwurfmechanismus (2), wobei die Sensorplattform (1) mindestens ein Sensorsystem (4), eine funkgestützte Datenübertragung und eine Isolation des Sensorsystems (5) umfasst, wobei das Sensorsystem (4) modular aufgebaut ist und Vorrichtungen zur Aufzeichnung von Ortungsdaten aufweist, die funkgestützte Datenübertragung Messdaten speichert und per Funktechnik überträgt und die Isolation des Sensorsystems (5) eine oder mehrere Hüllen aufweist, der Sensorplattform-Abwurfmechanismus (2) modular an einem Fluggerät (3) montierbar ausgebildet ist und am Fluggerät (3) verwendungsgemäß angeordnet ist, und über Vorrichtungen zur lösbaren Aufnahme von mindestens einer Sensorplattform (1) verfügt.Weiter betrifft die Erfindung ein Sensorplattform-Abwurf-Verfahren mit einer Sensorplattform (1) und zugehörigem Sensorplattform-Abwurfmechanismus (2).The invention relates to a sensor platform (1) and associated sensor platform release mechanism (2) comprising at least one sensor platform (1) and a sensor platform release mechanism (2), the sensor platform (1) having at least one sensor system (4), radio-supported data transmission and a Isolation of the sensor system (5) includes, wherein the sensor system (4) is modular and has devices for recording location data, the radio-supported data transmission stores measurement data and transmits it by radio technology and the isolation of the sensor system (5) has one or more covers, the sensor platform - Dropping mechanism (2) is designed to be modularly mountable on an aircraft (3) and is arranged on the aircraft (3) according to use, and has devices for detachably receiving at least one sensor platform (1). The invention also relates to a sensor platform dropping method with a sensor platform (1) and associated sensor platform release mechanism (2).
Description
Die Erfindung betrifft eine Sensorplattform und einen zugehörigen Sensorplattform-Abwurfmechanismus sowie ein zugehöriges Sensorplattform-Abwurf-Verfahren.The invention relates to a sensor platform and an associated sensor platform release mechanism and an associated sensor platform release method.
Mit der Erfindung werden eine gegen Umwelteinflüsse geschützte Sensorplattform zur Beförderung durch Fluggeräte, der zur Platzierung am Boden benötigte Abwurfmechanismus sowie das Verfahren des Abwurfes beschrieben.The invention describes a sensor platform protected against environmental influences for transport by aircraft, the release mechanism required for placement on the ground, and the release method.
Technisch einzuordnen ist die Erfindung in dem Gebiet der Robotik, autonomer Fluggeräte, autonomer Sensorik, funkgestützter Datenübertragung, Ballistik sowie der Werkstofftechnik. Eine beispielhafte Anwendung stellt der Bereich der in-situ Messung physikalischer Parameter von hochenergetischen turbulenten Masseströmen dar, welche durch den zielgenauen Abwurf von Sensoren mit geeignetem Schutz gegen Umwelteinflüsse aus sicherer Entfernung durch Flugdrohnen erreicht wird.Technically, the invention can be classified in the field of robotics, autonomous aircraft, autonomous sensors, radio-based data transmission, ballistics and materials technology. An example application is the field of in-situ measurement of physical parameters of high-energy turbulent mass flows, which is achieved by the precise dropping of sensors with suitable protection against environmental influences from a safe distance by drones.
Aus dem Stand der Technik bekannt sind unbemannte Flugsysteme, insbesondere Drohnen, sowohl für die Kartierung mit festinstallierten Sensorsystemen als auch für den Transport von Nutzlasten, welche (halb-)automatisch oder manuell vom Fluggerät getrennt bzw. aufgenommen werden können. Weiterhin bekannt sind autonome Sensorsysteme inklusive Datenspeicherung, sowie funk- oder kabelgestützte Datenübertragung (z.B. Vaisala Wetterballon-Sonden). Diese sind nicht nur leicht, sondern verfügen auch über eine begrenzte Isolation gegenüber Umwelteinflüssen. Aus der Militärtechnologie sind verschiedene Mechanismen für den zielgenauen Abwurf von Sprengkörpern bekannt, wenn auch nur bedingt dem zivilen Bereich zugänglich. Aus dem Bereich der Raumfahrt sind verschiedene Materialien für mechanische und thermische Isolation bekannt. Bekannt sind weiterhin stationäre Sensorsysteme zur manuellen Installation und Messung von Umweltparametern im Gelände.Unmanned flight systems, in particular drones, are known from the prior art, both for mapping with permanently installed sensor systems and for transporting payloads, which can be (semi-)automatically or manually separated or picked up from the aircraft. Also known are autonomous sensor systems including data storage, as well as radio or cable-based data transmission (e.g. Vaisala weather balloon probes). These are not only light, but also have limited insulation against environmental influences. Various mechanisms for the precise dropping of explosive devices are known from military technology, even if they are only partially accessible to the civilian sector. Various materials for mechanical and thermal insulation are known from the field of space travel. Also known are stationary sensor systems for the manual installation and measurement of environmental parameters in the field.
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Eine elektrische Verbindung kann einen Positionsausgleich ermöglichen, um Toleranzen bei der Positionierung der Vorrichtung relativ zum Auslösesystem zu berücksichtigen.An electrical connection may allow for position compensation to account for tolerances in positioning the device relative to the initiation system.
Zudem offenbart die Druckschrift
Die Probleme im Stand der Technik sind im Wesentlichen, dass bekannte thermische und mechanische Isolationsmaterialen aus der Raumfahrt tendenziell zu teuer sind für die Massenfertigung und zugleich auch zu schwer für den Drohnentransport. Eine Isolation der Sensoren ist jedoch für den Einsatz bei vielen Naturphänomenen notwendig, wie beispielsweise der Hitzeentwicklung bei vulkanischen Phänomenen.The problems in the prior art are essentially that known thermal and mechanical insulation materials from space travel tend to be too expensive for mass production and at the same time too heavy for drone transport. However, isolation of the sensors is necessary for use in many natural phenomena, such as the heat development in volcanic phenomena.
Des Weiteren werden für einen zielgenauen Abwurf im zivilen Bereich bisher meist Kopterdrohnen mit kleiner Reichweite verwendet. Für eine sichere Annäherung an hochenergetische, großskalige Naturphänomene sind jedoch Drohnen mit großer Reichweite notwendig.Furthermore, for a targeted drop in the civilian area, mostly copter threats have been used so far used with short range. However, for a safe approach to high-energy, large-scale natural phenomena, long-range drones are necessary.
Auch benötigen Sensoren für Messungen in sich bewegenden Masseströmen eine absolute oder auch relative Ortung.Sensors for measurements in moving mass flows also require absolute or relative localization.
Bei Messungen im Gelände mit stationären Sensorsystemen ergibt sich eine fehlende Sicherheit für Personal und Gerätschaften. Zudem sind stationäre Sensorsysteme bezüglich der Lokalität eines spontan einsetzenden Naturphänomens nicht ausreichend flexibel.When measuring in the field with stationary sensor systems, there is a lack of safety for personnel and equipment. In addition, stationary sensor systems are not sufficiently flexible with regard to the locality of a spontaneously occurring natural phenomenon.
Die Datenspeicherung ist besonders bei hochenergetischen Naturphänomenen risikoreich in Bezug auf die Bergung. Eine Datenübertragung per Funk wird oftmals durch Umweltparameter wie der Dichte des Mediums und die nötige Reichweite verkompliziert.Data storage is particularly risky in terms of salvage during high-energy natural phenomena. Data transmission via radio is often complicated by environmental parameters such as the density of the medium and the required range.
Bisher fehlt eine geeignete Kombination aus geschütztem Sensorsystem, Abwurfmechanismus und Trägerfahrzeug.So far, there has been no suitable combination of protected sensor system, release mechanism and carrier vehicle.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Mängel des Standes der Technik zu beseitigen und eine geeignete Kombination aus geschütztem Sensorsystem, Abwurfmechanismus und Fluggerät bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe ist es ein einfaches und sicheres Abwurf-Verfahren hierfür bereitzustellen.The object of the present invention is to eliminate the known deficiencies of the prior art and to provide a suitable combination of protected sensor system, release mechanism and aircraft. A further object is to provide a simple and safe release method for this.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein thermisch und mechanisch und chemisch isoliertes Sensorsystem und einen Abwurfmechanismus zur Anbringung an einem Fluggerät bereitzustellen, wodurch es möglich wird das Sensorsystem durch ein Fluggerät an eine Messlokation zu transportieren, das Sensorsystem durch den Abwurfmechanismus am Fluggerät gezielt aus der Luft an eine Messlokation abzuwerfen und die gewonnenen Daten per Funk zu übertragen.It is the object of the present invention to provide a thermally, mechanically and chemically insulated sensor system and a release mechanism for attachment to an aircraft, which makes it possible to transport the sensor system to a measurement location by an aircraft, to release the sensor system from the air to a measurement location using the release mechanism on the aircraft and to transmit the data obtained by radio.
Gelöst wird diese Aufgabe mit einer Sensorplattform und zugehörigem Sensorplattform-Abwurfmechanismus gemäß Hauptanspruch sowie einem zugehörigem Sensorplattform-Abwurf-Verfahren gemäß nebengeordnetem Anspruch.This object is achieved with a sensor platform and associated sensor platform ejection mechanism according to the main claim and an associated sensor platform ejection method according to the independent claim.
Eine Sensorplattform und ein zugehöriger Sensorplattform-Abwurfmechanismus umfassen mindestens eine Sensorplattform und einen Sensorplattform-Abwurfmechanismus, wobei diese dadurch gekennzeichnet ist/sind, dass
- - die Sensorplattform mindestens ein Sensorsystem, eine funkgestützte Datenübertragung und eine thermische und mechanische und chemische Isolation des
wobei
- - das Sensorsystem modular aufgebaut ist und Vorrichtungen zur Aufzeichnung von Ortungsdaten aufweist,
- - die funkgestützte Datenübertragung Messdaten speichert und per Funktechnik überträgt und
- - die Isolation des Sensorsystems eine oder mehrere Hüllen aufweist;
- - der Sensorplattform-Abwurfmechanismus
- - modular an einem Fluggerät montierbar ausgebildet ist und am Fluggerät verwendungsgemäß angeordnet ist, wobei das Fluggerät (3) zum Transport und zur Positionierung der in dem Sensorplattform-Abwehrmechanismus (2) angebrachten mindestens einen Sensorplattform (1) an einen zuvor festgelegten Ort ausgebildet ist; ; und
- - über Vorrichtungen zur lösbaren Aufnahme von mindestens einer Sensorplattform verfügt, wobei durch Auslösung der Vorrichtungen zur lösbaren Aufnahme ein zielgenaues Abwerfen der mindestens einen Sensorplattform (1) aus der Luft gelingt. Als Schutz vor thermischen, mechanischen und chemischen Umwelteinflüssen wie Druck, Beschleunigung, Hitze, Korrosion wird das Sensorsystem mit einer oder auch mehreren Hüllen isoliert.
- - the sensor platform has at least one sensor system, radio-based data transmission and thermal, mechanical and chemical insulation of the
whereby
- - the sensor system is modular and has devices for recording location data,
- - the radio-supported data transmission stores measurement data and transmits them by radio technology and
- - the insulation of the sensor system has one or more covers;
- - the sensor platform ejection mechanism
- - is designed to be modularly mountable on an aircraft and is arranged on the aircraft according to use, the aircraft (3) being designed to transport and position the at least one sensor platform (1) attached to the sensor platform defense mechanism (2) at a previously specified location; ; and
- - Has devices for the detachable mounting of at least one sensor platform, wherein by triggering the devices for the detachable mounting a targeted dropping of the at least one sensor platform (1) from the air is possible. To protect against thermal, mechanical and chemical environmental influences such as pressure, acceleration, heat and corrosion, the sensor system is insulated with one or more covers.
Vorzugsweise kann eine Hülle zur Isolation des Sensorsystems in der Sensorplattform aus Polyetheretherketon (PEEK) ausgebildet sein. Polyetheretherketon ist bis 300 °C temperaturbeständig. PEEK ist zusätzlich sehr zäh, woraus sich eine sehr hohe Schlagfestigkeit ergibt, die benötigt wird, wenn die Sensorplattform beispielsweise an Felsen aufprallt.Preferably, a sleeve for insulating the sensor system can be made of polyetheretherketone (PEEK) in the sensor platform. Polyetheretherketone is temperature resistant up to 300 °C. In addition, PEEK is very tough, which results in a very high impact resistance, which is required if the sensor platform hits rocks, for example.
Bei Verwendung mehrerer Hüllen wird es möglich die Eigenschaften mehrerer Materialien zu staffeln.When using multiple shells, it becomes possible to stagger the properties of multiple materials.
So kann in einer besonders bevorzugten Ausführungsgestaltung eine Hülle zur Isolation des Sensorsystems in der Sensorplattform aus Polyetheretherketon (PEEK) ausgebildet sein und zusätzlich von einer weiteren Hülle aus einer Korkschicht umgeben sein.In a particularly preferred embodiment, a sleeve for insulating the sensor system in the sensor platform can be made of polyetheretherketone (PEEK) and additionally surrounded by a further sleeve made of a cork layer.
Die zusätzliche Korkschicht dient als Stoßdämpfer und zur Temperaturisolation. Zusätzlich zum niedrigen Wärmeleitwert von Kork kommt eine weitere Schutzwirkung durch Ablation zum Einsatz. Das Kork-Granulat wird sich von außen nach innen entzünden und verglühen. Wenn sich diese glühenden Korkstückchen von der Schale lösen, kommt es zu einer Ableitung von Hitze, was sich in der Raumfahrt seit Jahrzehnten bewährt hat. Die Schutzschalen aus Kork werden aus Granulat mit Polyurethan-Leim und/oder Silikon hergestellt.The additional cork layer serves as a shock absorber and for temperature insulation. In addition to the low thermal conductivity of cork, another protective effect is provided by ablation. The cork granules will move from the outside in ignite and burn up. When these glowing pieces of cork detach from the shell, heat is dissipated, which has been proven in space travel for decades. The protective cork shells are made of granules with polyurethane glue and/or silicone.
Das Sensorsystem kann verschiedene Sensoren zur Aufnahme ausgewählter Parameter aufweisen. Mögliche ausgewählte Parameter sind beispielsweise Temperatur, Druck, Feuchtigkeit, Strömungsgeschwindigkeit, Beschleunigung, Viskosität, Dichte, pH-Wert, elektrochemisches Potential, lonenstärke, Schallwertgrößen, Näherung, Licht.The sensor system can have various sensors for recording selected parameters. Possible selected parameters are, for example, temperature, pressure, humidity, flow rate, acceleration, viscosity, density, pH value, electrochemical potential, ionic strength, sound value sizes, approximation, light.
Insbesondere kann die Vorrichtung zur Aufzeichnung von Ortungsdaten als Accelerometer ausgebildet sein. Durch die Daten eines Accelerometers ist es möglich die relative Ortung zum Abwurfort zu errechnen.In particular, the device for recording location data can be designed as an accelerometer. Using the data from an accelerometer, it is possible to calculate the location relative to the drop location.
Zudem kann die funkgestützte Datenübertragung Messdaten speichern und redundant per Funktechnik übertragen. Die Frequenz wird hierzu an das Umgebungsmedium und die notwendige Reichweite angepasst. Redundanz kann beispielsweise durch die Übermittlung von Schiebefenstern („Sliding windows“) über die Messreihe erzielt werden.In addition, radio-assisted data transmission can store measurement data and transmit them redundantly via radio technology. For this purpose, the frequency is adapted to the surrounding medium and the necessary range. Redundancy can be achieved, for example, by transmitting sliding windows over the series of measurements.
Weiter kann eine geänderte Oberflächenstruktur und / oder Form der einen oder mehrerer Hüllen der Isolation des Sensorsystems durch eine partielle Beschädigung, Verformung oder Aufschmelzen ausgebildet werden. Diese geänderte Oberflächenstruktur und / oder Form Sensorsystems kann wiederum eine das Sensorsystem in der Sensorplattform schützende Wirkung erzeugen. So kann beispielsweise das Schmelzen einer Plastikschicht bei Einwurf in eine vulkanische Glutwolke zu Akkumulation einer Steinschicht führen, die wiederum erneuten Schutz bietet.Furthermore, a changed surface structure and/or shape of the one or more shells of the insulation of the sensor system can be formed by partial damage, deformation or melting. This changed surface structure and/or shape of the sensor system can in turn produce a protective effect for the sensor system in the sensor platform. For example, the melting of a layer of plastic when thrown into a volcanic cloud can lead to the accumulation of a layer of stone, which in turn provides renewed protection.
Auch kann eine mechanische Absicherung der mindestens einen Sensorplattform im Sensorplattform-Abwurfmechanismus vorhanden sein, um einem unbeabsichtigten Abwurf bei beispielsweise einem Stromausfall vorzubeugen.A mechanical safeguard for the at least one sensor platform can also be present in the sensor platform release mechanism in order to prevent unintentional release in the event of a power failure, for example.
Der Sensorplattform-Abwurfmechanismus kann in einer bevorzugten Ausführung eine aerodynamische Form haben, um so insbesondere bei Langstrecken-Drohnen optimal transportiert werden zu können.In a preferred embodiment, the sensor platform release mechanism can have an aerodynamic shape in order to be able to be optimally transported, particularly in the case of long-distance drones.
Weiter kann in den Sensorplattform-Abwurfmechanismus bevorzugt eine Kamera integriert sein, wobei die integrierte Kamera als Mittel zur Positionierung des Sensorplattform-Abwurfmechanismus ausgebildet ist und durch Auslösung der Vorrichtungen zur lösbaren Aufnahme ein zielgenaues Abwerfen der mindestens einen Sensorplattform gelingt.A camera can also preferably be integrated into the sensor platform ejection mechanism, the integrated camera being designed as a means for positioning the sensor platform ejection mechanism and the at least one sensor platform being ejected precisely by triggering the devices for releasable reception.
Auch kann die in dem Sensorplattform-Abwurfmechanismus integrierte Kamera über eine Gimbal-Aufhängung befestigt sein, um eine möglichst gute Bildstabilisierung zu erreichen.The camera integrated in the sensor platform release mechanism can also be attached via a gimbal mount in order to achieve the best possible image stabilization.
Das Sensorplattform-Abwurf-Verfahren mit einer Sensorplattform und zugehörigem Sensorplattform-Abwurfmechanismus aufweist folgende Schritte auf:
- - Herstellung den Einsatzanforderungen entsprechender spezifischer Sensorplattform(en);
- - Anbringen von mindestens einer Sensorplattform an den hierfür vorgesehenen Vorrichtungen eines Sensorplattform-Abwurfmechanismus;
- - Montage des Sensorplattform-Abwurfmechanismus an einem Fluggerät;
- - autonome oder manuelle Positionierung des Fluggeräts an einem zuvor festgelegten Ort;
- - autonomer oder manueller zielgenauer Abwurf der mindestens einen Sensorplattform an dem zuvor festgelegten Ort;
- - Messung, Speicherung und Übertragung der Daten per Funk an den Anwender über die Sensorplattform.
- - Production of specific sensor platform(s) corresponding to the application requirements;
- - Attaching at least one sensor platform to the devices provided for this purpose of a sensor platform release mechanism;
- - Mounting the sensor platform release mechanism on an aircraft;
- - Autonomous or manual positioning of the aircraft at a predetermined location;
- - Autonomous or manual precise dropping of the at least one sensor platform at the predetermined location;
- - Measurement, storage and transmission of the data wirelessly to the user via the sensor platform.
Das Sensorplattform-Abwurf-Verfahren mit einer Sensorplattform und zugehörigem Sensorplattform-Abwurfmechanismus kann zusätzlich nachfolgende Schritte umfassen:
- - Einsatz des Fluggerätes als Zwischenverstärker für das Funksignal und / oder
- - Bergung der mindestens einen Sensorplattform.
- - Use of the aircraft as a repeater for the radio signal and / or
- - Recovery of the at least one sensor platform.
Durch das erfindungsgemäße Sensorplattform-Abwurf-Verfahren wird eine große Sicherheit des Anwenders gewährleistet. Insbesondere durch die Möglichkeit beispielsweise Long-Range-Drohnen als Fluggeräte einzusetzen, wird eine große Distanz zum zu untersuchenden Phänomen bewirkt.The sensor platform dropping method according to the invention ensures a high level of safety for the user. In particular, the possibility of using long-range drones as aircraft, for example, creates a large distance to the phenomenon to be examined.
Als neu und erfinderisch im Sinne der Erfindung ist insbesondere die Kombination aus thermischer / mechanischer / chemischer Isolation eines Sensors, dessen gezielter Abwurf aus der Luft an die (vom Anwender weit entfernte) Messlokation und Übertragung der gewonnenen Daten per Funk, zu sehen.The combination of thermal/mechanical/chemical insulation of a sensor, its targeted release from the air to the measuring location (far away from the user) and transmission of the data obtained by radio is to be seen as new and inventive in the sense of the invention.
Aus der Erfindung ergeben sich insbesondere verschiedene Vorteile:
- So sind die Herstellungskosten für erfindungsgemäße Sensorplattformen niedrig, was wiederum die Produktion von hohen Stückzahlen ermöglicht, wodurch wiederum das gleichzeitige Einbringen mehrerer Sensorplattformen eine hohe Anzahl und Redundanz an Messungen erlaubt. Da davon ausgegangen werden kann, dass die Sensorplattformen nur teilweise bergbar sein werden, sind niedrige Herstellungskosten ebenfalls von deutlichem Vorteil. Die Kosten wirken sich ebenfalls auf die wissenschaftliche Anwendbarkeit positiv aus.
- Thus, the production costs for sensor platforms according to the invention are low, which in turn enables the production of large quantities, which in turn allows a large number and redundancy of measurements to be introduced at the same time. Since it can be assumed that the sensor platforms will only be partially recoverable, low production costs are also a clear advantage. The costs also have a positive effect on the scientific applicability.
Die mindestens eine Sensorplattform und der zugehörige Sensorplattform-Abfuhrmechanismus weisen zudem ein so geringes Gewicht auf, dass kommerzielle Fluggeräte für den Transport genutzt werden können und das gleichzeitige Mitführen mehrerer Sensorplattformen sowohl im Flug als auch ins Gelände zur Abflugstelle kein Problem darstellt.The at least one sensor platform and the associated sensor platform removal mechanism also have such a low weight that commercial aircraft can be used for transport and the simultaneous carrying of several sensor platforms both in flight and in the field to the departure point is not a problem.
Das neuartige Sensorplattform-Abwurf-Verfahren ermöglicht Messungen in bisher beispielsweise aufgrund der fehlenden Sicherheit des Anwenders und / oder des Sensors oder der Erreichbarkeit der Messlokalität unzugänglichen Umgebungen.The novel sensor platform dropping method enables measurements in previously inaccessible environments, for example due to the lack of security of the user and / or the sensor or the accessibility of the measurement location.
Da es sich um ein zeitlich und räumlich flexibles Verfahren handelt, ist es anpassbar an spontan einsetzende, lokal begrenzte und schlecht vorhersagbare Naturphänomene.Since this is a temporally and spatially flexible method, it can be adapted to natural phenomena that occur spontaneously, are locally limited and are difficult to predict.
Insbesondere handelt es sich um ein modulares System, das von verschiedenen Fluggeräten transportiert werden kann und einfach anpassbar ist.In particular, it is a modular system that can be transported by different aircraft and is easily adaptable.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Abbildungen in der Abbildungsbeschreibung beschrieben, wobei diese die Erfindung erläutern sollen und nicht zwingend beschränkend zu werten sind.The invention is described below with reference to the accompanying illustrations in the description of the illustrations, which are intended to explain the invention and are not necessarily to be viewed as restrictive.
Es zeigen:
In
Die
In
Weiteres Ausführungsbeispiel:Another example:
Nachfolgend erfolgt die Beschreibung der Erfindung anhand eines konkreten Ausführungsbeispiels unter Hinzunahme der zuvor erläuterten Abbildungen:
- Für Temperaturmessungen in vulkanischen Glutwolken wird ein Sensorsystem 4 aufweisend einen PT-100-Temperatursensor und ein integriertes, digitales 3-Achsen-Accelerometer mitsamt Gyroskop gemäß
- A sensor system 4 comprising a PT-100 temperature sensor and an integrated, digital 3-axis accelerometer together with a gyroscope is used for temperature measurements in volcanic glow clouds according to FIG
Eine Panzerhülle aus dem Kunststoff PEEK umgibt das Sensorsystem 4, also die Batterie und Elektronik des Sensors. Kunststoffe haben generell eine geringe Wärmeleitfähigkeit, wodurch das Innere eine gewisse Zeit vor Überhitzung geschützt ist. PEEK ist bis 300°C temperaturbeständig. Da dieser Kunststoff außerdem noch sehr zäh ist, ergibt sich eine sehr hohe Schlagfestigkeit, die nötig ist, wenn der Sensor an Felsen aufprallt.An armored shell made of the plastic PEEK surrounds the sensor system 4, i.e. the battery and electronics of the sensor. Plastics generally have low thermal conductivity, which protects the interior from overheating for a certain period of time. PEEK is temperature resistant up to 300°C. Since this plastic is also very tough, it results a very high impact resistance, which is necessary when the sensor hits rocks.
Die Panzerhülle aus PEEK besteht aus zwei Halbkugeln die auf der Äquatorebene mit Gewinden versehen sind. Als Gegenkraft gegen Lockerungen des Gewindes und zur zusätzlichen Abdichtung kommt ein O-Ring zum Einsatz. Dadurch kann ein unbeabsichtigtes Öffnen der Panzerhülle ausgeschlossen werden.The PEEK armor shell consists of two hemispheres that are threaded on the equatorial plane. An O-ring is used to counteract loosening of the thread and for additional sealing. This prevents the armored shell from being opened unintentionally.
Zusätzlich geschützt wird der Sensor durch eine Korkschicht um die Panzerhülle herum. Diese Korkschale dient als Stoßdämpfer und als Temperaturisolation. Zusätzlich zum niedrigen Wärmeleitwert von Kork kommt dabei eine weitere Schutzwirkung durch Ablation zum Einsatz. Das Kork-Granulat wird sich von außen nach innen entzünden und verglühen. Wenn sich diese glühenden Korkstückchen von der Schale lösen, kommt es zu einer Ableitung von Hitze, was sich in der Raumfahrt seit Jahrzehnten bewährt hat. Die Schutzschalen aus Kork werden aus Granulat mit Polyurethan-Leim und/oder Silikon hergestellt.The sensor is additionally protected by a layer of cork around the armored shell. This cork shell serves as a shock absorber and as temperature insulation. In addition to the low thermal conductivity of cork, another protective effect through ablation is used. The cork granules will ignite and burn up from the outside in. When these glowing pieces of cork detach from the shell, heat is dissipated, which has been proven in space travel for decades. The protective cork shells are made of granules with polyurethane glue and/or silicone.
Der sensitive Bereich des Temperatursensors wird aus den Isolationshüllen (innere Hülle: PEEK, äußere Hülle: Kork) 5a, 5b herausgeführt und nicht durch die isolierende Korkschicht bedeckt. Die Sensor-Elektronik beinhaltet einen Baustein zur Digitalisierung der Temperaturdaten, einen Transceiver-Baustein zum Senden der aufbereiteten Daten und einen Mikrokontroller zur Steuerung der gesamten Elektronik und Vorverarbeitung der Daten.The sensitive area of the temperature sensor is led out of the insulating sleeves (inner sleeve: PEEK, outer sleeve: cork) 5a, 5b and is not covered by the insulating cork layer. The sensor electronics include a module for digitizing the temperature data, a transceiver module for sending the processed data and a microcontroller for controlling the entire electronics and pre-processing the data.
Die Accelerometer- und Gyroskop-Daten werden direkt in der Sonde durch den Mikrocontroller numerisch integriert, wodurch eine Positionsbestimmung der Sonde möglich ist. Diese Positionsdaten werden zu festen Zeitpunkten mitsamt der Temperatur und Zeitstempel in einen FIFO-Speicher („First in, first out“) geschrieben. Der Inhalt dieses FIFO-Speichers wird ständig an den integrierten Transceiver-Baustein übertragen, der die Daten an einen Empfänger im Flugkörper, hier eine Drohne, oder direkt beim Anwender befindlich sendet. Es ist dabei ausreichend, die Temperatur nur einmal in der Sekunde zu messen. Durch Anwendung einer Baudrate im Tausenderbereich ergibt sich die Möglichkeit, jedes Datum mehrfach, also mit Redundanz zu übertragen. Ältere Einträge, die schon mehrfach übertragen wurden, werden dabei laufend durch neuere ersetzt. Dadurch stellen kurzfristige Störungen der Funkübertragung, die in einer rauen Umgebung zu erwarten sind, kaum ein Problem da. Der Zeitstempel im Datensatz ermöglicht später eine einwandfreie Zuordnung der Messdaten.The accelerometer and gyroscope data are numerically integrated directly in the probe by the microcontroller, which makes it possible to determine the position of the probe. This position data is written to a FIFO memory (“first in, first out”) at fixed times, together with the temperature and time stamp. The content of this FIFO memory is constantly transmitted to the integrated transceiver module, which sends the data to a receiver in the missile, here a drone, or located directly at the user. It is sufficient to measure the temperature only once per second. By using a baud rate in the thousands, it is possible to transmit each data item several times, i.e. with redundancy. Older entries that have already been transferred several times are continuously replaced by newer ones. As a result, short-term disturbances in radio transmission, which are to be expected in a harsh environment, hardly pose a problem. The time stamp in the data record later enables the measurement data to be assigned correctly.
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Sensorplattformsensor platform
- 22
- Sensorplattform-AbwurfmechanismusSensor Platform Dropping Mechanism
- 33
- Fluggerätaircraft
- 44
- Sensorsystemsensor system
- 55
- Isolation / Schutzhülle SensorsystemIsolation / protective cover sensor system
- 5a5a
- Innere Hülleinner shell
- 5b5b
- Äußere Hülleouter shell
Claims (12)
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