Različite vrste senzora i njihov rad

Era automatizacije već je započela. Većina stvari koje sada koristimo mogu se automatizirati. Da bismo prvo dizajnirali automatizirane uređaje, moramo znati o senzorima, to su moduli / uređaji koji pomažu u obavljanju stvari bez ljudske intervencije. Čak će i mobiteli ili pametni telefoni koje svakodnevno koristimo imati neke senzore kao što su Hall senzor, senzor blizine, akcelerometar, zaslon osjetljiv na dodir, mikrofon itd. Ovi senzori djeluju kao oči, uši, nos bilo koje električne opreme koja prepoznaje parametre u vanjskom svijetu i daje očitanja na uređajima ili mikrokontroleru.

Što je senzor?

Senzor se može definirati kao uređaj koji se može koristiti za otkrivanje / otkrivanje fizičke veličine poput sile, tlaka, naprezanja, svjetlosti itd., A zatim je pretvoriti u željeni izlaz poput električnog signala za mjerenje primijenjene fizičke veličine . U nekoliko slučajeva sam senzor možda neće biti dovoljan za analizu dobivenog signala. U tim se slučajevima koristi jedinica za kondicioniranje signala kako bi se razine izlaznog napona senzora održavale u željenom rasponu s obzirom na krajnji uređaj koji koristimo.

U jedinici za kondicioniranje signala, izlaz senzora može se pojačati, filtrirati ili prilagoditi željenom izlaznom naponu. Na primjer, ako uzmemo u obzir mikrofon, on detektira audio signal i pretvara se u izlazni napon (izražen je u milivoltima) što postaje teško upravljati izlaznim krugom. Dakle, jedinica za kondicioniranje signala (pojačalo) koristi se za povećanje snage signala. Ali kondicioniranje signala možda neće biti potrebno za sve senzore poput fotodiode, LDR-a itd.

Većina senzora ne može raditi samostalno. Dakle, na njega treba primijeniti dovoljan ulazni napon. Razni senzori imaju različita radna područja, što treba uzeti u obzir tijekom rada s njim, inače se senzor može trajno oštetiti.

Vrste senzora:

Pogledajmo različite tipove senzora koji su dostupni na tržištu i razgovarajmo o njihovoj funkcionalnosti, radu, aplikacijama itd. Razgovarat ćemo o različitim senzorima poput:

• Svijetli senzor
  • IR senzor (IR odašiljač / IR LED)
  • Fotodioda (IR prijemnik)
  • Otpornik ovisno o svjetlu
• Senzor temperature
  • Termistor
  • Termoelement
• Osjetnik tlaka / sile / težine
  • Manometar (osjetnik tlaka)
  • Učitavanje ćelija (senzor težine)
• Osjetnik položaja
  • Potenciometar
  • Davač
• Hall senzor (otkrivanje magnetskog polja)
• Flex senzor
• Senzor zvuka
  • Mikrofon
• Ultrazvučni senzor
• Senzor dodira
• PIR senzor
• Senzor nagiba
  • Brzinomjer
• Senzor plina

Moramo odabrati željeni senzor na temelju našeg projekta ili aplikacije. Kao što je ranije rečeno, kako bi se postiglo da rade ispravni napon treba primijeniti na temelju njihovih specifikacija.

Pogledajmo sada princip rada različitih senzora i gdje se to može vidjeti u našem svakodnevnom životu ili njegovoj primjeni.

IR LED:

Također se naziva i IR odašiljač. Koristi se za emitiranje infracrvenih zraka. Raspon ovih frekvencija veći je od mikrovalnih frekvencija (tj.> 300GHz do nekoliko stotina THz). Zrake generirane infracrvenom LED-om mogu se osjetiti pomoću dolje objašnjene fotodiode. Par IR LED-a i fotodiode naziva se IR senzor. Evo kako radi IR senzor.

Foto dioda (svjetlosni senzor):

To je poluvodički uređaj koji se koristi za otkrivanje svjetlosnih zraka i uglavnom se koristi kao IC prijamnik . Njegova je konstrukcija slična normalnoj diodi PN spoja, ali princip rada razlikuje se od nje. Kao što znamo da PN spoj dopušta male struje istjecanja kad je obrnuto pristran, pa se ovo svojstvo koristi za otkrivanje svjetlosnih zraka. Fotodioda je konstruirana tako da zrake svjetlosti trebaju pasti na PN spoj što dovodi do povećanja struje curenja na temelju jačine svjetlosti koju smo primijenili. Dakle, na taj se način fotodioda može koristiti za osjet svjetlosnih zraka i održavanje struje kroz krug. Ovdje provjerite rad fotodiode s IR senzorom.

Korištenjem fotodiode možemo izgraditi osnovnu automatsku uličnu svjetiljku koja svijetli kad se intenzitet sunčeve svjetlosti smanji. Ali fotodioda djeluje čak i ako na nju padne mala količina svjetlosti, pa treba biti oprezan.

LDR (otpornik ovisan o svjetlu):

Kao što samo ime precizira da otpornik ovisi o intenzitetu svjetlosti. Djeluje na principu fotoprovodljivosti što znači provođenje zbog svjetlosti. Općenito se sastoji od kadmij sulfida. Kada svjetlost padne na LDR, njegov otpor se smanjuje i djeluje slično kao na vodič, a kada na njega ne padne svjetlost, njegov otpor je gotovo u rasponu MΩ ili idealno djeluje kao otvoreni krug . Kod LDR-a treba uzeti u obzir da on neće reagirati ako svjetlost nije točno fokusirana na njegovu površinu.

S pravilnim sklopom koji koristi tranzistor može se koristiti za otkrivanje dostupnosti svjetlosti. Tranzistor s prednaponskim dijeljenjem napona s R2 (otpor između baze i emitora) zamijenjen LDR-om može raditi kao detektor svjetlosti. Ovdje provjerite različite sklopove zasnovane na LDR-u.

Termistor (temperaturni senzor):

Termistor se može koristiti za otkrivanje promjene temperature . Ima negativni temperaturni koeficijent što znači da se s porastom temperature otpor smanjuje. Dakle, otpor termistora može varirati s porastom temperature što uzrokuje veći protok struje kroz njega. Ova promjena u protoku struje može se koristiti za određivanje količine promjene temperature. Aplikacija za termistor je, koristi se za otkrivanje porasta temperature i kontrolu struje istjecanja u tranzistorskom krugu što pomaže u održavanju njegove stabilnosti. Evo jedne jednostavne aplikacije za termistor za automatsko upravljanje istosmjernim ventilatorom.

Termoelement (temperaturni osjetnik):

Druga komponenta koja može otkriti temperaturne promjene je termoelement. U svojoj su konstrukciji dva različita metala spojena u jedan spoj. Njegovo je glavno načelo kada se spojevi dva različita metala zagriju ili su izloženi visokim temperaturama, potencijal na njihovim stezaljkama varira. Dakle, varijabilni potencijal može se dalje koristiti za mjerenje količine promjene temperature.

Manometar (osjetnik tlaka / sile):

Mjerač naprezanja koristi se za otkrivanje tlaka pri opterećenju . Radi na principu otpora, znamo da je otpor izravno proporcionalan duljini žice i obrnuto proporcionalan njezinu području presjeka (R = ρl / a). Isti se princip ovdje može koristiti za mjerenje opterećenja. Na fleksibilnoj ploči žica je postavljena cik-cak kako je prikazano na donjoj slici. Dakle, kada se pritisak primijeni na tu određenu ploču, ona se savija u smjeru uzrokujući promjenu ukupne duljine i površine presjeka žice. To dovodi do promjene otpora žice. Tako dobiveni otpor vrlo je mali (nekoliko oma) koji se može odrediti uz pomoć Wheatstoneova mosta. Manometar je postavljen u jedan od četiri kraka u mostu, a preostale vrijednosti su nepromijenjene. Stoga,kada se na njega primjenjuje tlak dok se otpor mijenja, struja koja prolazi kroz most varira i tlak se može izračunati.

Mjerači naprezanja uglavnom se koriste za izračunavanje količine pritiska koje krilo zrakoplova može podnijeti, a koristi se i za mjerenje broja vozila dopuštenih na određenoj cesti itd.

Teretna ćelija (senzor težine):

Merne stanice su slične tenzometrima koji mjere fizičku veličinu poput sile i daju izlaz u obliku električnih signala. Kada se na teretnu ćeliju primijeni neka napetost, njezina struktura varira uzrokujući promjenu otpora i konačno, njezina se vrijednost može kalibrirati pomoću Wheatstonovog mosta. Evo projekta kako izmjeriti težinu pomoću merne ćelije.

Potenciometar:

Za otkrivanje položaja koristi se potenciometar. Općenito ima različite domete otpornika spojenih na različite polove prekidača. Potenciometar može biti rotacijski ili linearni. Kod rotacijskog tipa, brisač je povezan s dugačkom osovinom koja se može rotirati. Kada se osovina okrene, položaj brisača mijenja se tako da rezultirajući otpor varira uzrokujući promjenu izlaznog napona. Tako se izlaz može kalibrirati kako bi se otkrila promjena njegovog položaja.

Davač:

Za otkrivanje promjene položaja može se koristiti i koder. Ima kružnu rotacijsku strukturu nalik disku sa specifičnim otvorima između kojih su kad IR zrake ili svjetlosne zrake prođu kroz nju otkriveno samo nekoliko svjetlosnih zraka. Nadalje, te zrake kodiraju se u digitalne podatke (u binarnom obliku) koji predstavljaju određeni položaj.

Halov senzor:

Samo ime navodi da je to senzor koji djeluje na Hallov efekt. Može se definirati kao kada se magnetsko polje približi vodiču koji nosi struju (okomito na smjer električnog polja), tada se razvija potencijalna razlika na danom vodiču. Pomoću ovog svojstva Hall senzor koristi se za otkrivanje magnetskog polja i daje izlaz u naponu. Treba voditi računa da Hall-ov senzor može otkriti samo jedan pol magneta.

Senzor dvorane koristi se u nekoliko pametnih telefona koji pomažu u isključivanju zaslona kada se poklopac poklopca (koji ima magnet) zatvori na zaslon. Evo jedne praktične primjene Hall Effect senzora u Door Alarmu.

Flex senzor:

FLEX senzor je pretvarač koji mijenja svoj otpor kada se promijeni njegov oblik ili kada se savije . FLEX senzor dugačak je 2,2 inča ili duljine prsta. To je prikazano na slici. Jednostavno rečeno, otpor na priključku senzora povećava se kada je savijen. Ova promjena otpora ne može učiniti ništa ako ih ne pročitamo. Priručni regulator može očitavati samo promjene napona i ništa manje, zato ćemo koristiti krug djelitelja napona, s tim da promjenu otpora možemo izvesti kao promjenu napona. Ovdje saznajte kako koristiti Flex senzor.

Mikrofon (senzor zvuka):

Mikrofon se može vidjeti na svim pametnim telefonima ili mobitelima. Može otkriti audio signal i pretvoriti ih u električne električne napone (mV). Mikrofon može biti mnogih vrsta poput kondenzatorskog mikrofona, kristalnog mikrofona, ugljičnog mikrofona itd. Svaka vrsta mikrofona djeluje na svojstva poput kapacitivnosti, piezoelektričnog efekta, otpora. Pogledajmo rad kristalnog mikrofona koji djeluje na piezoelektrični efekt. Koristi se bimorfni kristal koji pod pritiskom ili vibracijama stvara proporcionalni izmjenični napon. Dijafragma je povezana s kristalom kroz pogonski zatik tako da se zvučni signal kad pogodi dijafragmu pomiče amo-tamo,ovo kretanje mijenja položaj pogonskog zatiča koji uzrokuje vibracije u kristalu pa se generira izmjenični napon u odnosu na primijenjeni zvučni signal. Dobiveni napon dovodi se na pojačalo kako bi se povećala ukupna jačina signala. Ovdje su razni sklopovi temeljeni na mikrofonu.

Također možete pretvoriti vrijednost mikrofona u decibelima pomoću nekog mikrokontrolera poput Arduina.

Ultrazvučni senzor:

Ultrazvuk ne znači ništa osim raspona frekvencija. Njegov je domet veći od zvučnog raspona (> 20 kHz), pa čak i kad je uključen, ne možemo osjetiti ove zvučne signale. Samo određeni zvučnici i prijemnici mogu osjetiti te ultrazvučne valove. Ovaj ultrazvučni senzor koristi se za izračunavanje udaljenosti između ultrazvučnog odašiljača i cilja, a također se koristi za mjerenje brzine cilja .

Ultrazvučni senzor HC-SR04 može se koristiti za mjerenje udaljenosti u rasponu od 2 cm do 400 cm s točnošću od 3 mm. Pogledajmo kako ovaj modul radi. Modul HCSR04 generira zvučne vibracije u ultrazvučnom opsegu kada postavimo pin "Trigger" visok za oko 10us koji će poslati zvučni rafal od 8 ciklusa brzinom zvuka i nakon udara u objekt primit će ga Echo pin. Ovisno o vremenu koje je zvučnim vibracijama potrebno da se vrate, on daje odgovarajući impulsni izlaz. Možemo izračunati udaljenost objekta na temelju vremena koje je ultrazvučnom valu trebalo da se vrati natrag na senzor. Ovdje saznajte više o ultrazvučnom senzoru.

Postoji mnogo aplikacija s ultrazvučnim senzorom. Možemo ga iskoristiti kako bismo izbjegli prepreke za automatizirane automobile, robote u pokretu itd. Isti princip koristit će se u RADARU za otkrivanje raketa i aviona uljeza. Komar može osjetiti ultrazvučne zvukove. Dakle, ultrazvučni valovi mogu se koristiti kao sredstvo protiv komaraca.

Senzor dodira:

U ovoj generaciji možemo reći da gotovo svi koriste pametne telefone koji imaju široki zaslon i zaslon koji može osjetiti naš dodir. Pa, da vidimo kako funkcionira ovaj zaslon osjetljiv na dodir. U osnovi postoje dvije vrste dodirnih zaslona osjetljivih na dodir i kapacitivnih zaslona osjetljivih na dodir . Znajmo nakratko o radu ovih senzora.

Osjetljiv na dodir ima jedan otpornik list na bazi i provodnog lima ispod zaslona oba su razdvojeni zračnom rasporu s malim napon primjenjuje na listove. Kada pritisnemo ili dodirnemo zaslon, provodni sloj dodirne otporni sloj u toj točki uzrokujući protok struje u toj određenoj točki, softver prepoznaje mjesto i izvršava se odgovarajuća radnja.

Dok kapacitivni dodir djeluje na elektrostatički naboj koji je dostupan na našem tijelu. Zaslon je već napunjen s potpuno električnim poljem. Kada dodirnemo zaslon, stvara se bliski krug zbog elektrostatičkog naboja koji prolazi kroz naše tijelo. Nadalje, softver odlučuje mjesto i radnju koja će se izvršiti. Možemo primijetiti da kapacitivni zaslon osjetljiv na dodir neće raditi kad nosite ručne rukavice jer neće biti provodljivosti između prstiju i zaslona.

PIR senzor:

PIR senzor označava pasivni infracrveni senzor. To su koristi za otkrivanje kretanje ljudi, životinja ili stvari. Znamo da infracrvene zrake imaju svojstvo refleksije. Kada infracrvena zraka pogodi objekt, ovisno o temperaturi cilja, svojstva infracrvene zrake se mijenjaju, ovaj primljeni signal određuje kretanje predmeta ili živih bića. Čak i ako se oblik predmeta promijeni, svojstva odbijenih infracrvenih zraka mogu objekte precizno razlikovati. Ovdje je kompletan radni ili PIR senzor.

Akcelerometar (senzor nagiba):

Senzor akcelerometra može osjetiti nagib ili njegovo kretanje u određenom smjeru . Djeluje na temelju sile ubrzanja uzrokovane zemljinom gravitacijom. Sićušni unutarnji dijelovi toliko su osjetljivi da će reagirati na malu vanjsku promjenu položaja. Ima piezoelektrični kristal kada nagnut uzrokuje smetnje u kristalu i stvara potencijal koji određuje točan položaj u odnosu na X, Y i Z osi.

To se obično viđa na mobitelima i prijenosnim računalima kako bi se izbjeglo lomljenje vodiča procesora. Kad uređaj padne, akcelerometar detektira stanje pada i poduzima odgovarajuće radnje na temelju softvera. Evo nekoliko projekata koji koriste akcelerometar.

Senzor plina:

U industrijskoj primjeni plinski senzori igraju glavnu ulogu u otkrivanju istjecanja plina. Ako takav uređaj nije instaliran na takvim područjima, to u konačnici dovodi do nevjerojatne katastrofe. Ti se plinski senzori klasificiraju u različite vrste na temelju vrste plina koju treba detektirati. Pogledajmo kako ovaj senzor radi. Ispod metalnog lima postoji osjetni element koji je povezan sa stezaljkama na kojima se na njega primjenjuje struja. Kad čestice plina udare u osjetni element, to dovodi do kemijske reakcije tako da otpor elemenata varira, a struja kroz njega također mijenja što napokon može detektirati plin.

Napokon, možemo zaključiti da se senzori ne koriste samo za pojednostavljivanje rada za mjerenje fizičkih veličina, čineći uređaje automatiziranim, već i za pomoć živim bićima u katastrofama.