- Kaj je senzor?
- Vrste senzorjev:
- IR LED:
- Foto dioda (svetlobni senzor):
- LDR (svetlobno odvisni upor):
- Termistor (temperaturni senzor):
- Termočlen (temperaturni senzor):
- Merilnik napetosti (senzor tlaka / sile):
- Merilna celica (senzor teže):
- Potenciometer:
- Dajalnik:
- Hallov senzor:
- Flex senzor:
- Mikrofon (zvočni senzor):
- Ultrazvočni senzor:
- Senzor na dotik:
- PIR senzor:
- Merilec pospeška (senzor nagiba):
- Senzor plina:
Obdobje avtomatizacije se je že začelo. Večino stvari, ki jih zdaj uporabljamo, je mogoče avtomatizirati. Da bi najprej načrtovali avtomatizirane naprave, moramo vedeti o senzorjih, to so moduli / naprave, ki so v pomoč pri izvedbi stvari brez človeškega posredovanja. Tudi mobilni telefoni ali pametni telefoni, ki jih vsakodnevno uporabljamo, imajo nekaj senzorjev, kot so dvoranski senzor, senzor bližine, merilnik pospeška, zaslon na dotik, mikrofon itd. Ti senzor deluje kot oči, ušesa, nos katere koli električne opreme, ki zazna parametre v zunanjem svetu in daje odčitki na napravah ali mikrokrmilniku.
Kaj je senzor?
Senzor lahko definiramo kot napravo, s katero lahko zaznamo / zaznamo fizično količino, kot so sila, tlak, napetost, svetloba itd., In jo nato pretvorimo v želeni izhod, kot je električni signal, za merjenje uporabljene fizikalne količine . V nekaj primerih sam senzor morda ne bo dovolj za analizo dobljenega signala. V teh primerih se uporablja enota za kondicioniranje signala, da se ohrani raven izhodne napetosti senzorja v želenem območju glede na končno napravo, ki jo uporabljamo.
V enoti za kondicioniranje signala se lahko izhod senzorja ojača, filtrira ali prilagodi želeni izhodni napetosti. Če na primer upoštevamo mikrofon, ta zazna zvočni signal in se pretvori v izhodno napetost (izraženo v milivoltih), zaradi česar je težko zagnati izhodno vezje. Torej se za povečanje moči signala uporablja enota za kondicioniranje signala (ojačevalnik). Toda kondicioniranje signala morda ni potrebno za vse senzorje, kot so fotodioda, LDR itd.
Večina senzorjev ne more delovati samostojno. Torej je treba nanjo uporabiti zadostno vhodno napetost. Različni senzorji imajo različna območja delovanja, ki jih je treba upoštevati pri delu z njim, sicer se senzor lahko trajno poškoduje.
Vrste senzorjev:
Oglejmo si različne tipe senzorjev, ki so na voljo na trgu, in se pogovorimo o njihovi funkcionalnosti, delovanju, aplikacijah itd. Razpravljali bomo o različnih senzorjih, kot so:
- Senzor svetlobe
- IR senzor (IR oddajnik / IR LED)
- Fotodioda (IR sprejemnik)
- Upor odvisen od svetlobe
- Temperaturni senzor
- Termistor
- Termočlen
- Senzor tlaka / sile / teže
- Merilnik napetosti (senzor tlaka)
- Nakladalne celice (senzor teže)
- Senzor položaja
- Potenciometer
- Dajalnik
- Hallov senzor (zaznavanje magnetnega polja)
- Flex senzor
- Zvočni senzor
- Mikrofon
- Ultrazvočni senzor
- Senzor na dotik
- PIR senzor
- Senzor nagiba
- Merilec pospeška
- Senzor za plin
Želeni senzor moramo izbrati glede na naš projekt ali aplikacijo. Kot smo že omenili, je treba za njihovo delovanje pravilno napetost uporabiti glede na njihove specifikacije.
Zdaj pa si oglejmo načelo delovanja različnih senzorjev in kje je to mogoče videti v našem vsakdanjem življenju ali njegovi uporabi.
IR LED:
Imenuje se tudi kot IR oddajnik. Uporablja se za oddajanje infrardečih žarkov. Razpon teh frekvenc je večji od mikrovalovnih frekvenc (tj.> 300GHz do nekaj sto THz). Žarke, ki jih ustvarja infrardeča LED, lahko zazna Photodiode, ki je razložena spodaj. Par IR LED in fotodiode se imenuje IR senzor. Tukaj je, kako deluje IR senzor.
Foto dioda (svetlobni senzor):
To je polprevodniška naprava, ki se uporablja za zaznavanje svetlobnih žarkov in se večinoma uporablja kot IR sprejemnik . Njegova konstrukcija je podobna običajni diodi PN spoja, vendar se načelo dela razlikuje od nje. Kot vemo, da PN-spoj omogoča majhne tokove uhajanja, če je obrnjen, je ta lastnost uporabljena za zaznavanje svetlobnih žarkov. Fotodioda je izdelana tako, da bi morali svetlobni žarki padati na PN-spoj, zaradi česar se tok uhajanja poveča glede na jakost svetlobe, ki smo jo uporabili. Na ta način lahko fotodiodo uporabimo za zaznavanje svetlobnih žarkov in vzdrževanje toka skozi vezje. Tukaj preverite delovanje fotodiode z IR senzorjem.
S pomočjo fotodiode lahko sestavimo osnovno avtomatsko ulično svetilko, ki sveti, ko se intenzivnost sončne svetlobe zmanjša. Toda fotodioda deluje tudi, če nanjo pade majhna količina svetlobe, zato je treba biti previden.
LDR (svetlobno odvisni upor):
Kot že samo ime določa, da je upor odvisen od jakosti svetlobe. Deluje na principu fotoprevodnosti, kar pomeni prevodnost zaradi svetlobe. Na splošno je sestavljen iz kadmijevega sulfida. Ko svetloba pade na LDR, se njen upor zmanjša in deluje podobno kot na vodnik, in ko nanj ne pade nobena svetloba, je njen upor skoraj v območju MΩ ali v idealnem primeru deluje kot odprt krog . Pri LDR je treba upoštevati, da se ne bo odzval, če svetloba ni natančno usmerjena na površino.
Z ustreznim vezjem z uporabo tranzistorja se lahko uporablja za zaznavanje razpoložljivosti svetlobe. Tranzistor z napetostjo, usmerjenim na delilnik napetosti, z R2 (upor med bazo in oddajnikom), zamenjan z LDR, lahko deluje kot detektor svetlobe. Tukaj preverite različna vezja, ki temeljijo na LDR.
Termistor (temperaturni senzor):
S termistorjem lahko zaznamo nihanje temperature . Ima negativni temperaturni koeficient, kar pomeni, da se z zvišanjem temperature upor zmanjša. Torej lahko upor termistorja spreminjamo z naraščanjem temperature, ki povzroči več toka skozi tok. S to spremembo trenutnega pretoka lahko določimo količino spremembe temperature. Vloga za termistor je, da se uporablja za zaznavanje povišanja temperature in nadzor uhajanja toka v tranzistorskem vezju, ki pomaga vzdrževati njegovo stabilnost. Tu je enostavna aplikacija za termistor za samodejni nadzor enosmernega ventilatorja.
Termočlen (temperaturni senzor):
Druga komponenta, ki lahko zazna nihanje temperature, je termočlen. Pri njegovi konstrukciji sta dve različni kovini združeni, da tvorita stičišče. Njegovo glavno načelo je, ko se stičišče dveh različnih kovin segreje ali je izpostavljeno visokim temperaturam, se potencial na njihovih sponkah spreminja. Torej lahko spremenljiv potencial še naprej uporabljamo za merjenje spremembe temperature.
Merilnik napetosti (senzor tlaka / sile):
Merilnik napetosti se uporablja za zaznavanje tlaka pri obremenitvi . Deluje na principu upora, vemo, da je upor sorazmerno dolžini žice in obratno sorazmeren njeni površini preseka (R = ρl / a). Tu lahko uporabimo isti princip za merjenje obremenitve. Na prožni deski je žica razporejena cik-cak, kot je prikazano na spodnji sliki. Torej, ko pritisk na to ploščo deluje, se ta upogne v smeri, kar povzroči spremembo celotne dolžine in površine preseka žice. To vodi do spremembe upornosti žice. Tako dobljeni upor je zelo majhen (nekaj ohmov), ki ga lahko določimo s pomočjo Wheatstonovega mostu. Merilnik napetosti je nameščen v enem od štirih krakov v mostu, pri čemer so preostale vrednosti nespremenjene. Zatoko nanj deluje tlak, ko se upor spreminja, tok skozi most spreminja in tlak lahko izračunamo.
Merilniki napetosti se v glavnem uporabljajo za izračun tlaka, ki ga letalsko krilo prenese, uporablja pa se tudi za merjenje dovoljenega števila vozil na določeni cesti itd.
Merilna celica (senzor teže):
Merilne celice so podobne merilnikom napetosti, ki merijo fizično količino, kot je sila, in dajejo izhod v obliki električnih signalov. Ko na obremenitveno celico deluje nekaj napetosti, se njena struktura spreminja, kar povzroča spremembo upora in končno lahko njeno vrednost umerimo z Wheatstoneovim mostom. Tu je projekt, kako izmeriti težo s pomočjo merilne celice.
Potenciometer:
Za zaznavanje položaja se uporablja potenciometer. Na splošno ima različne vrste uporov, priključenih na različne polove stikala. Potenciometer je lahko rotacijski ali linearni. V rotacijskem tipu je brisalnik povezan z dolgo gredjo, ki jo je mogoče vrteti. Ko se gred zasuče, se položaj brisalca spremeni tako, da nastali upor spreminja, kar povzroči spremembo izhodne napetosti. Tako je mogoče izhod kalibrirati, da zazna spremembo njegovega položaja.
Dajalnik:
Za zaznavo spremembe položaja se lahko uporabi tudi kodirnik. Ima krožno vrtljivo strukturo, podobno disku, s posebnimi odprtinami vmes, tako da ko IR žarki ali svetlobni žarki prehajajo skozenj, zazna le nekaj svetlobnih žarkov. Poleg tega so ti žarki kodirani v digitalne podatke (v binarnem smislu), ki predstavljajo določen položaj.
Hallov senzor:
Že samo ime navaja, da je senzor tisti, ki deluje na Hallov učinek. Lahko ga definiramo, ko magnetno polje približamo tokovnemu vodniku (pravokotno na smer električnega polja), potem se razvije potencialna razlika v danem vodniku. Z uporabo te lastnosti se Hallov senzor uporablja za zaznavanje magnetnega polja in daje izhodno napetost. Paziti je treba, da lahko Hallov senzor zazna samo en pol magneta.
Senzor Hall se uporablja v nekaj pametnih telefonih, ki so koristni pri izklopu zaslona, ko je pokrov lopute (v katerem je magnet) zaprt na zaslonu. Tu je ena praktična uporaba senzorja Hall Effect v Door Alarm.
Flex senzor:
Senzor FLEX je pretvornik, ki spremeni svoj upor, ko se spremeni njegova oblika ali ko je upognjen . Senzor FLEX je dolg 2,2 palca ali dolg kot prst. Prikazano je na sliki. Preprosto rečeno upor priključka senzorja se poveča, ko je upognjen. Ta sprememba upora ne more prinesti nič dobrega, če jih ne preberemo. Krmilnik, ki je pri roki, lahko bere samo spremembe napetosti in nič manj, zato bomo uporabili vezje delilnika napetosti, s čimer lahko ugotovimo spremembo upora kot spremembo napetosti. Tukaj preberite, kako uporabljati Flex Sensor.
Mikrofon (zvočni senzor):
Mikrofon je viden na vseh pametnih telefonih ali mobilnih telefonih. Zvočni signal lahko zazna in ga pretvori v električne napetosti z majhno napetostjo (mV). Mikrofon je lahko veliko različnih vrst, kot so kondenzatorski mikrofon, kristalni mikrofon, ogljikov mikrofon itd. Oglejmo si delovanje kristalnega mikrofona, ki deluje na piezoelektrični učinek. Uporabi se bimorfni kristal, ki pod pritiskom ali vibracijami proizvaja sorazmerno izmenično napetost. Membrana je na kristal povezana s pogonskim zatičem, tako da se zvočni signal, ko udari v membrano, premakne sem in tja,s tem gibanjem se spremeni položaj pogonskega zatiča, ki povzroča tresljaje v kristalu, s čimer nastane izmenična napetost glede na uporabljeni zvočni signal. Dobljena napetost se napaja v ojačevalnik, da se poveča skupna moč signala. Tu so različna vezja, ki temeljijo na mikrofonu.
Vrednost mikrofona lahko pretvorite tudi v Decibels z uporabo nekaterih mikrokrmilnikov, kot je Arduino.
Ultrazvočni senzor:
Ultrazvok ne pomeni nič drugega kot obseg frekvenc. Njen domet je večji od zvočnega (> 20 kHz), zato tudi, ko je vklopljen, teh zvočnih signalov ne moremo zaznati. Le ti zvočniki in sprejemniki lahko zaznajo te ultrazvočne valove. Ta ultrazvočni senzor se uporablja za izračun razdalje med ultrazvočnim oddajnikom in tarčo, uporablja pa se tudi za merjenje hitrosti cilja .
Z ultrazvočnim senzorjem HC-SR04 lahko z natančnostjo 3 mm merite razdaljo v območju od 2 cm do 400 cm. Poglejmo, kako deluje ta modul. Modul HCSR04 ustvari zvočne vibracije v ultrazvočnem območju, ko zatič "Trigger" postavimo visoko za približno 10us, kar bo poslalo 8-ciklični zvočni izbruh s hitrostjo zvoka in po udarcu v objekt ga bo prejel Echo pin. Odvisno od časa, ki ga zvočne vibracije vzamejo nazaj, zagotavlja ustrezen impulzni izhod. Oddaljenost predmeta lahko izračunamo na podlagi časa, ki ga ultrazvočni val vzame nazaj na senzor. Več o ultrazvočnem senzorju preberite tukaj.
Z ultrazvočnim senzorjem je veliko aplikacij. Uporabljamo ga lahko, da se izognemo oviram za avtomatizirane avtomobile, premikajoče se robote itd. Enak princip bomo uporabili v RADARU za odkrivanje vsiljivcev raket in letal. Komar lahko zazna ultrazvočne zvoke. Tako se ultrazvočni valovi lahko uporabljajo kot sredstvo proti komarjem.
Senzor na dotik:
V tej generaciji lahko rečemo, da skoraj vsi uporabljajo pametne telefone s širokim zaslonom in tudi zaslonom, ki zazna naš dotik. Torej, poglejmo, kako deluje ta zaslon na dotik. V bistvu obstajata dve vrsti senzorjev na dotik na uporovni in kapacitivni zaslon na dotik . Vzemimo na kratko delovanje teh senzorjev.
Uporovnih dotik ima uporovnem stanja na dnu in prevodne folije pod zaslonom oba sta ločeni z zračno režo z majhno napetost na listih. Ko pritisnemo zaslon ali se ga dotaknemo, se prevodna plast na tej točki dotakne uporovne plošče, ki povzroči pretok toka na tej točki, programska oprema zazna lokacijo in izvede se ustrezno dejanje.
Medtem ko kapacitivni dotik deluje na elektrostatični naboj, ki je na voljo v našem telesu. Zaslon je že napolnjen s celotnim električnim poljem. Ko se dotaknemo zaslona, nastane tesno vezje zaradi elektrostatičnega naboja, ki teče skozi naše telo. Nadalje programska oprema določi lokacijo in dejanje, ki ga je treba izvesti. Opazimo lahko, da kapacitivni zaslon na dotik ne bo deloval, ko nosite rokavice, ker med prsti in zaslonom ne bo prevodnosti.
PIR senzor:
PIR senzor pomeni pasivni infrardeči senzor. Ti se uporabljajo za zaznavanje gibanja za ljudi, živali ali stvari. Vemo, da imajo infrardeči žarki lastnost odboja. Ko infrardeči žarek zadene predmet, se glede na temperaturo tarče spremenijo lastnosti infrardečega žarka, ta prejeti signal določa gibanje predmetov ali živih bitij. Tudi če se oblika predmeta spremeni, lahko lastnosti odsevanih infrardečih žarkov natančno ločijo predmete. Tu je celoten delujoči ali PIR senzor.
Merilec pospeška (senzor nagiba):
Senzor pospeška lahko zazna nagib ali gibanje le-tega v določeni smeri . Deluje na podlagi pospeševalne sile, ki jo povzroči zemeljska gravitacija. Majhni notranji deli so tako občutljivi, da se bodo odzvali na majhno zunanjo spremembo položaja. Ima piezoelektrični kristal, ko nagnjen povzroči motnje v kristalu in ustvarja potencial, ki določa natančen položaj glede na osi X, Y in Z.
Ti so običajno vidni v mobilnih telefonih in prenosnih računalnikih, da bi se izognili lomu vodnikov procesorjev. Ko naprava pade, merilnik pospeška zazna padajoče stanje in na podlagi programske opreme izvede ustrezne ukrepe. Tu je nekaj projektov, ki uporabljajo merilnik pospeška.
Senzor plina:
V industriji plinski senzorji igrajo pomembno vlogo pri zaznavanju uhajanja plina. Če na takšnih območjih ni nameščena nobena naprava, to na koncu privede do neverjetne katastrofe. Ti senzorji za plin so razvrščeni v različne vrste glede na vrsto plina, ki ga je treba zaznati. Poglejmo, kako deluje ta senzor. Pod kovinsko pločevino je zaznavni element, ki je povezan s sponkami, kjer nanj deluje tok. Ko delci plina udarijo v senzorski element, vodi do kemične reakcije, tako da se odpornost elementov spreminja, tok skozi njega pa se spremeni, kar lahko končno zazna plin.
Na koncu lahko zaključimo, da se s senzorji ne samo poenostavlja naše delo za merjenje fizičnih količin, zaradi česar so naprave avtomatizirane, temveč se uporabljajo tudi za pomoč živim bitjem ob nesrečah.