Различите врсте сензора и њихов рад

Ера аутоматизације је већ започела. Већина ствари које сада користимо могу се аутоматизовати. Да бисмо прво дизајнирали аутоматизоване уређаје, морамо знати о сензорима, то су модули / уређаји који помажу у обављању ствари без људске интервенције. Чак ће и мобители или паметни телефони које свакодневно користимо имати неке сензоре попут сензора Халл-а, сензора близине, акцелерометра, додирног екрана, микрофона итд. Ови сензори делују као очи, уши, нос било које електричне опреме која препознаје параметре у спољном свету и даје очитавања на уређајима или микроконтролеру.

Шта је сензор?

Сензор се може дефинисати као уређај који се може користити за детекцију / детекцију физичке величине попут силе, притиска, напрезања, светлости итд., А затим је претворити у жељени излаз попут електричног сигнала за мерење примењене физичке величине . У неколико случајева сам сензор можда није довољан за анализу добијеног сигнала. У тим случајевима се користи јединица за кондиционирање сигнала како би се нивои излазног напона сензора одржавали у жељеном опсегу у односу на крајњи уређај који користимо.

У јединици за кондиционирање сигнала, излаз сензора може бити појачан, филтриран или модификован до жељеног излазног напона. На пример, ако узмемо у обзир микрофон, он детектује аудио сигнал и претвара се у излазни напон (изражен је у миливолтима) што постаје тешко за погон излазног кола. Дакле, јединица за кондиционирање сигнала (појачало) користи се за повећање снаге сигнала. Али кондиционирање сигнала можда неће бити потребно за све сензоре попут фотодиоде, ЛДР итд.

Већина сензора не може да ради самостално. Дакле, на њега треба применити довољан улазни напон. Разни сензори имају различите радне домете, што треба узети у обзир током рада са њим, иначе се сензор може трајно оштетити.

Врсте сензора:

Погледајмо различите типове сензора који су доступни на тржишту и разговарајмо о њиховој функционалности, раду, апликацијама итд. Разговараћемо о различитим сензорима попут:

• Светлосни сензор
  • ИР сензор (ИР предајник / ИР ЛЕД)
  • Фотодиода (ИЦ пријемник)
  • Отпорник зависан од светлости
• Сензор температуре
  • Термистор
  • Термоелемент
• Сензор притиска / силе / тежине
  • Манометар (сензор притиска)
  • Лоад Целлс (сензор тежине)
• Сензор положаја
  • Потенциометар
  • Енкодер
• Халов сензор (откривање магнетног поља)
• Флек Сенсор
• Сензор звука
  • Микрофон
• Ултразвучни сензор
• Сензор додира
• ПИР сензор
• Сензор нагиба
  • Акцелерометар
• Сензор за гас

Морамо одабрати жељени сензор на основу нашег пројекта или апликације. Као што је раније речено, да би се натерали да раде одговарајући напон треба применити на основу њихових спецификација.

Погледајмо сада принцип рада различитих сензора и где се то може видети у нашем свакодневном животу или његовој примени.

ИР ЛЕД:

Такође се назива и ИР предајник. Користи се за емитовање инфрацрвених зрака. Опсег ових фреквенција је већи од микроталасних фреквенција (тј.> 300ГХз до неколико стотина ТХз). Зраке генерисане инфрацрвеном ЛЕД-ом могу се осетити помоћу Пхотодиоде објашњене у наставку. Пар ИР ЛЕД и фотодиоде назива се ИР сензор. Ево како ради ИР сензор.

Фото диода (сензор светлости):

То је полупроводнички уређај који се користи за детекцију светлосних зрака и углавном се користи као ИЦ пријемник . Његова конструкција је слична нормалној диоди ПН споја, али се принцип рада разликује од ње. Као што знамо да ПН спој допушта мале струје цурења када је обрнуто пристрасан, па се ово својство користи за откривање светлосних зрака. Фотодиода је конструисана тако да светлосни зраци треба да падају на ПН спој што доводи до повећања струје цурења на основу интензитета светлости коју смо применили. Дакле, на овај начин, фотодиода се може користити за осећање светлосних зрака и одржавање струје кроз коло. Овде проверите рад фотодиоде са ИР сензором.

Коришћењем фотодиоде можемо да направимо основну аутоматску уличну лампу која светли кад се интензитет сунчеве светлости смањи. Али фотодиода делује чак и ако на њу падне мала количина светлости, па треба бити опрезан.

ЛДР (отпорник зависан од светлости):

Као што само име прецизира да отпорник зависи од интензитета светлости. Ради на принципу фотопроводљивости што значи проводљивост због светлости. Генерално се састоји од кадмијум сулфида. Када светлост падне на ЛДР, њен отпор се смањује и делује слично проводнику, а када на њега не падне светлост, његов отпор је готово у опсегу МΩ или идеално делује као отворени круг . Једна напомена коју треба узети у обзир код ЛДР-а је да неће реаговати ако светло није тачно фокусирано на његову површину.

Са правилним струјним кругом који користи транзистор, он се може користити за откривање доступности светлости. Транзистор са пристрасношћу у делилнику напона са Р2 (отпорник између базе и емитора) замењен ЛДР-ом може радити као детектор светлости. Овде погледајте различите склопове засноване на ЛДР.

Термистор (сензор температуре):

Термистор се може користити за откривање промене температуре . Има негативни коефицијент температуре што значи да када се температура повећава отпор се смањује. Дакле, отпор термистора може варирати са порастом температуре што узрокује већи проток струје кроз њега. Ова промена у протоку струје може се користити за одређивање количине промене температуре. Апликација за термистор се користи за откривање пораста температуре и контролу струје цурења у транзисторском колу што помаже у одржавању његове стабилности. Ево једне једноставне апликације за термистор за аутоматско управљање истосмјерним вентилатором.

Термопар (сензор температуре):

Друга компонента која може да детектује температурне разлике је термоелемент. У својој конструкцији два различита метала се спајају да би створили спој. Његов главни принцип је када се спој два различита метала загреје или изложи високим температурама, потенцијал на њиховим стезаљкама варира. Дакле, променљиви потенцијал се може даље користити за мерење величине промене температуре.

Манометар (сензор притиска / силе):

Манометар се користи за откривање притиска када се примењује оптерећење . Ради на принципу отпора, знамо да је отпор директно пропорционалан дужини жице и обрнуто пропорционалан њеној површини пресека (Р = ρл / а). Исти принцип се овде може користити за мерење оптерећења. На флексибилној плочи жица је постављена цик-цак како је приказано на доњој слици. Дакле, када се притисак примени на ту одређену плочу, она се савија у смеру узрокујући промену укупне дужине и површине попречног пресека жице. То доводи до промене отпора жице. Тако добијени отпор је врло мали (неколико ома) који се може утврдити уз помоћ Вхеатстоне моста. Мерач напрезања постављен је у један од четири крака у мосту, а преостале вредности су непромењене. Стога,када се на њега врши притисак док се отпор мења, струја која пролази кроз мост варира и притисак се може израчунати.

Детектори се углавном користе за израчунавање количине притиска који крило авиона може да поднесе, а користи се и за мерење броја возила који су дозвољени на одређеном путу итд.

Теретна ћелија (сензор тежине):

Мерне ћелије су сличне деформаторима који мере физичку величину попут силе и дају излаз у облику електричних сигнала. Када се на мерну ћелију примени нека напетост, њена структура варира узрокујући промену отпора и коначно, њена вредност се може калибрисати помоћу Вхеатстоне моста. Ево пројекта о мерењу тежине помоћу мерне ћелије.

Потенциометар:

За откривање положаја користи се потенциометар. Генерално има различите домете отпорника повезаних на различите полове прекидача. Потенциометар може бити ротациони или линеарни. Код ротационог типа, брисач је повезан са дугачком осовином која се може ротирати. Када се осовина окрене, положај брисача се мења тако да резултујући отпор варира узрокујући промену излазног напона. Тако се излаз може калибрирати како би се детектовала промена његове позиције.

Енкодер:

Да би се детектовала промена положаја, може се користити и кодер. Има кружну ротирајућу структуру налик диску са специфичним отворима између њих тако да када инфрацрвени или светлосни зраци прођу кроз њу открива се само неколико светлосних зрака. Даље, ови зраци су кодирани у дигиталне податке (у бинарном облику) који представљају одређену позицију.

Сензор у ходнику:

Само име наводи да је то сензор који ради на Халлов ефекат. Може се дефинисати као када се магнетно поље приближи проводнику који носи струју (окомито на смер електричног поља), тада се развија потенцијална разлика у датом проводнику. Користећи ову особину, Халл сензор се користи за детекцију магнетног поља и даје излаз у напону. Треба водити рачуна да Халл сензор може да детектује само један пол магнета.

Сензор Халл се користи у неколико паметних телефона који помажу у искључивању екрана када се поклопац поклопца (који има магнет) затвори на екран. Ево једне практичне примене Халл Еффецт сензора у Доор Аларму.

Флек сензор:

ФЛЕКС сензор је претварач који мења свој отпор када се промени његов облик или када се савије . ФЛЕКС сензор је дугачак 2,2 инча или дужине прста. То је приказано на слици. Једноставно речено, отпор на прикључку сензора се повећава када је савијен. Ова промена отпора не може донети ништа ако их не прочитамо. Приручни контролер може очитавати само промене напона и ништа мање, зато ћемо користити коло делитеља напона, с тим што можемо да изведемо промену отпора као промену напона. Овде сазнајте како да користите Флек сензор.

Микрофон (сензор звука):

Микрофон се може видети на свим паметним телефонима или мобилним телефонима. Може да детектује аудио сигнал и претвори их у електричне електричне напоне (мВ). Микрофон може бити многих врста попут кондензаторског микрофона, кристалног микрофона, угљеничног микрофона итд. Свака врста микрофона дјелује на својства попут капацитивности, пиезоелектричног ефекта, отпора. Погледајмо рад кристалног микрофона који делује на пиезоелектрични ефекат. Користи се биморфни кристал који под притиском или вибрацијама производи пропорционални наизменични напон. Дијафрагма је повезана са кристалом кроз погонски затик тако да се звучни сигнал када погоди дијафрагму помера тамо-амоово кретање мења положај погонског клина који узрокује вибрације у кристалу, па се генерише наизменични напон у односу на примењени звучни сигнал. Добијени напон се доводи на појачало како би се повећала укупна јачина сигнала. Ево различитих склопова заснованих на микрофону.

Такође можете претворити вредност микрофона у децибелима помоћу неког микроконтролера попут Ардуина.

Ултразвучни сензор:

Ултразвук не значи ништа друго до опсег фреквенција. Његов домет је већи од звучног опсега (> 20 кХз), па чак и када је укључен, не можемо да осетимо ове звучне сигнале. Само одређени звучници и пријемници могу да осете те ултразвучне таласе. Овај ултразвучни сензор користи се за израчунавање удаљености између ултразвучног предајника и циља, а такође се користи за мерење брзине циља .

Ултразвучни сензор ХЦ-СР04 може се користити за мерење удаљености у опсегу од 2 цм до 400 цм са тачношћу од 3 мм. Погледајмо како овај модул ради. Модул ХЦСР04 генерише звучне вибрације у ултразвучном опсегу када подигнемо пин „Триггер“ за око 10ус, што ће послати звучни рафал од 8 циклуса брзином звука и након удара у објекат, примит ће га Ецхо пин. У зависности од времена потребно звучној вибрацији да се врати, он даје одговарајући импулсни излаз. Удаљеност објекта можемо израчунати на основу времена које је ултразвучном таласу требало да се врати натраг на сензор. Овде сазнајте више о ултразвучном сензору.

Постоји много апликација са ултразвучним сензором. Можемо га искористити да избегнемо препреке аутоматизованим аутомобилима, покретним роботима итд. Исти принцип ће се користити у РАДАР-у за откривање ракета и авиона уљеза. Комар може да осети ултразвучне звукове. Дакле, ултразвучни таласи се могу користити као средство против комараца.

Сензор додира:

У овој генерацији можемо рећи да готово сви користе паметне телефоне који имају широки екран и екран који може да осети наш додир. Па, да видимо како функционише овај екран осетљив на додир. У основи постоје две врсте додирних сензора отпорних и капацитивних екрана осетљивих на додир . Хајде да на кратко знамо о раду ових сензора.

Екран осетљив на додир има отпора стања на бази и проводним лист испод екрана и од њих су одвојене од ваздушног зазора са малом напон на листовима. Када притиснемо или додирнемо екран, проводни слој додирне отпорни слој у тој тачки узрокујући проток струје у тој одређеној тачки, софтвер препознаје локацију и извршава се одговарајућа радња.

Док капацитивни додир делује на електростатички набој који је доступан у нашем телу. Екран је већ напуњен свим електричним пољем. Када додирнемо екран, ствара се блиски круг услед електростатичког наелектрисања које пролази кроз наше тело. Даље, софтвер одлучује о локацији и радњи која ће се извршити. Можемо приметити да капацитивни екран осетљив на додир неће радити када носите рукавице, јер неће бити проводљивости између прстију и екрана.

ПИР сензор:

ПИР сензор означава пасивни инфрацрвени сензор. Они се користе за детекцију кретања људи, животиња или ствари. Знамо да инфрацрвени зраци имају својство рефлексије. Када инфрацрвени зрак погоди објекат, у зависности од температуре циља својства инфрацрвеног зрака се мењају, овај примљени сигнал одређује кретање предмета или живих бића. Чак и ако се облик предмета промени, својства одбијених инфрацрвених зрака могу тачно разликовати објекте. Ево комплетног радног или ПИР сензора.

Акцелерометар (сензор нагиба):

Сензор акцелерометра може да осети нагиб или његово кретање у одређеном смеру . Ради на основу силе убрзања изазване земљином гравитацијом. Сићушни унутрашњи делови су толико осетљиви да ће они реаговати на малу спољну промену положаја. Има пиезоелектрични кристал када нагнут изазива сметње у кристалу и ствара потенцијал који одређује тачан положај у односу на Кс, И и З осу.

То се обично виђа на мобилним телефонима и преносним рачунарима како би се избегло ломљење каблова процесора. Када уређај падне, акцелерометар детектује падајуће стање и извршава одговарајуће радње на основу софтвера. Ево неколико пројеката који користе акцелерометар.

Сензор за гас:

У индустријској примени сензори за гас играју главну улогу у откривању цурења гаса. Ако такав уређај није инсталиран у таквим областима, то на крају доводи до невероватне катастрофе. Ови сензори за гас су класификовани у различите врсте на основу врсте гаса коју треба детектовати. Погледајмо како овај сензор ради. Испод металног лима постоји сензорски елемент који је повезан са стезаљкама на којима се на њега примењује струја. Када честице гаса ударе у сензорски елемент, то доводи до хемијске реакције такве да отпор елемената варира и струја кроз њега такође се мења, што коначно може да детектује гас.

Тако коначно, можемо закључити да се сензори не користе само за поједностављивање нашег рада при мерењу физичких величина, чинећи уређаје аутоматизованим, већ се користе и за помоћ живим бићима у катастрофама.