Forskellige typer sensorer og deres arbejde

Automatiseringens æra er allerede begyndt. De fleste af de ting, vi bruger nu, kan automatiseres. For først at designe automatiserede enheder skal vi vide om sensorerne, det er modulerne / enhederne, der er nyttige til at gøre tingene gjort uden menneskelig indgriben. Selv mobiltelefoner eller smartphones, som vi dagligt bruger, vil have nogle sensorer som hallsensor, nærhedsføler, accelerometer, berøringsskærm, mikrofon osv. Disse sensorer fungerer som øjne, ører, næse på ethvert elektrisk udstyr, der registrerer parametrene i omverdenen og giver aflæsninger til enheder eller mikrokontroller.

Hvad er en sensor?

Sensoren kan defineres som en enhed, der kan bruges til at registrere / detektere den fysiske størrelse som kraft, tryk, belastning, lys osv. Og derefter konvertere den til ønsket output som det elektriske signal for at måle den anvendte fysiske størrelse . I få tilfælde er en sensor muligvis ikke tilstrækkelig til at analysere det opnåede signal. I disse tilfælde bruges en signalbehandlingsenhed til at opretholde sensorens udgangsspændingsniveauer i det ønskede område i forhold til den slutenhed, som vi bruger.

I signalbehandlingsenheden kan sensorens output forstærkes, filtreres eller modificeres til den ønskede udgangsspænding. For eksempel, hvis vi overvejer en mikrofon, registrerer den lydsignalet og konverterer til udgangsspændingen (er udtrykt i millivolt), som bliver svært at drive et udgangskredsløb. Så en signalbehandlingsenhed (en forstærker) bruges til at øge signalstyrken. Men signalbehandlingen er muligvis ikke nødvendig for alle sensorer som fotodiode, LDR osv.

De fleste sensorer kan ikke fungere uafhængigt. Så der skal tilføres tilstrækkelig indgangsspænding til den. Forskellige sensorer har forskellige driftsområder, som skal overvejes, mens der arbejdes med det, ellers kan sensoren blive beskadiget permanent.

Typer af sensorer:

Lad os se de forskellige typer sensorer, der er tilgængelige på markedet, og diskutere deres funktionalitet, arbejde, applikationer osv. Vi vil diskutere forskellige sensorer som:

• Lyssensor
  • IR-sensor (IR-sender / IR-LED)
  • Fotodiode (IR-modtager)
  • Lysafhængig modstand
• Temperatur måler
  • Termistor
  • Termoelement
• Tryk / kraft / vægt sensor
  • Spændingsmåler (trykføler)
  • Vejeceller (vægtsensor)
• Positionssensor
  • Potentiometer
  • Koder
• Hall-sensor (detekter magnetfelt)
• Flex-sensor
• Lydsensor
  • Mikrofon
• Ultralydssensor
• Berøringssensor
• PIR-sensor
• Vippesensor
  • Accelerometer
• Gassensor

Vi er nødt til at vælge den ønskede sensor baseret på vores projekt eller applikation. Som tidligere nævnt for at få dem til at fungere skal der anvendes korrekt spænding baseret på deres specifikationer.

Lad os nu se funktionsprincippet for de forskellige sensorer, og hvor det kan ses i vores daglige liv eller dets anvendelse.

IR LED:

Det kaldes også som IR-sender. Det bruges til at udsende infrarøde stråler. Området for disse frekvenser er større end mikrobølgefrekvenserne (dvs.> 300 GHz til nogle få hundrede THz). Strålerne genereret af en infrarød LED kan registreres ved hjælp af fotodiode forklaret nedenfor. Parret med IR-LED og fotodiode kaldes IR-sensor. Sådan fungerer en IR-sensor.

Fotodiode (lyssensor):

Det er en halvlederindretning, der bruges til at detektere lysstrålerne og mest bruges som IR-modtager . Dens konstruktion svarer til den normale PN-forbindelsesdiode, men funktionsprincippet adskiller sig fra den. Som vi ved, tillader et PN-kryds små lækstrømme, når det er omvendt forspændt, så denne egenskab bruges til at detektere lysstrålerne. En fotodiode er konstrueret således, at lysstråler skal falde på PN-krydset, hvilket får lækstrømmen til at stige baseret på intensiteten af ​​det lys, vi har anvendt. Så på denne måde kan en fotodiode bruges til at registrere lysstrålerne og opretholde strømmen gennem kredsløbet. Tjek her, hvordan fotodiode fungerer med IR-sensor.

Ved hjælp af en fotodiode kan vi bygge en grundlæggende automatisk gadelampe, der lyser, når sollysintensiteten falder. Men fotodioden fungerer, selvom en lille mængde lys falder på den, så skal der udvises forsigtighed.

LDR (lysafhængig modstand):

Som navnet i sig selv specificerer, at modstanden, der afhænger af lysintensiteten. Det fungerer på fotokonduktivitetsprincippet, hvilket betyder ledningen på grund af lyset. Det består generelt af cadmiumsulfid. Når lys falder på LDR, falder dets modstand og virker som en leder, og når der ikke falder noget lys på den, er dens modstand næsten i området MΩ, eller ideelt set fungerer den som et åbent kredsløb . En note skal overvejes med LDR er, at den ikke reagerer, hvis lyset ikke er nøjagtigt fokuseret på overfladen.

Med et ordentligt kredsløb ved hjælp af en transistor kan det bruges til at detektere tilgængeligheden af ​​lys. En spændingsdeler-forspændt transistor med R2 (modstand mellem base og emitter) erstattet med en LDR kan fungere som en lysdetektor. Tjek her de forskellige kredsløb baseret på LDR.

Termistor (temperaturføler):

En termistor kan bruges til at detektere variationen i temperatur . Den har en negativ temperaturkoefficient, der betyder, at når temperaturen stiger, falder modstanden. Så termistorens modstand kan varieres med temperaturstigningen, som forårsager mere strøm gennem den. Denne ændring i strømmen kan bruges til at bestemme mængden af ​​temperaturændring. En applikation til termistor er, den bruges til at detektere temperaturstigningen og kontrollere lækstrømmen i et transistorkredsløb, som hjælper med at opretholde dens stabilitet. Her er en enkel applikation til Thermistor til automatisk at styre DC-blæseren.

Termoelement (temperaturføler):

En anden komponent, der kan detektere variationen i temperatur, er et termoelement. I sin konstruktion er to forskellige metaller sammenføjet for at danne et kryds. Dets hovedprincip er, når krydset mellem to forskellige metaller opvarmes eller udsættes for høje temperaturer, varierer et potentiale over deres terminaler. Så det varierende potentiale kan yderligere bruges til at måle mængden af ​​temperaturændring.

Spændingsmåler (tryk / kraftføler):

En belastningsmåler bruges til at detektere tryk, når en belastning påføres . Det fungerer på princippet om modstand, vi ved, at modstanden er direkte proportional med ledningens længde og er omvendt proportional med dens tværsnitsareal (R = ρl / a). Det samme princip kan bruges her til at måle belastningen. På en fleksibel plade er en ledning arrangeret på en zig-zag måde som vist i nedenstående figur. Så når trykket påføres det pågældende kort, bøjes det i en retning, der forårsager ændringen i ledningens samlede længde og tværsnitsareal. Dette fører til ændring i ledningens modstand. Den således opnåede modstand er meget lille (få ohm), som kan bestemmes ved hjælp af Wheatstone-broen. Tøjmåleren placeres i en af ​​de fire arme i en bro med de resterende værdier uændrede. Derfor,når trykket påføres det, når modstanden ændres, varierer strømmen, der passerer gennem broen, og trykket kan beregnes.

Trækmålere bruges hovedsageligt til at beregne det tryk, som en flyvinge kan modstå, og det bruges også til at måle antallet af køretøjer, der er tilladt på en bestemt vej osv.

Vejecelle (vægtsensor):

Vejeceller svarer til spændingsmålere, der måler den fysiske størrelse som kraft og giver output i form af elektriske signaler. Når der anbringes en vis spænding på vejecellen, varierer strukturen og forårsager ændring i modstand, og til sidst kan dens værdi kalibreres ved hjælp af en Wheatstone-bro. Her er projektet om, hvordan man måler vægten ved hjælp af vejecelle.

Potentiometer:

Et potentiometer bruges til at detektere positionen . Det har generelt forskellige intervaller af modstande forbundet til forskellige poler på kontakten. Et potentiometer kan enten være roterende eller lineært. I roterende type er en visker forbundet med en lang aksel, som kan drejes. Når akslen har roteret, ændres viskerens position således, at den resulterende modstand varierer, hvilket medfører ændring i udgangsspændingen. Således kan output kalibreres for at detektere ændringens position.

Koder:

For at detektere ændringen i positionen kan en encoder også bruges. Den har en cirkulær roterbar disklignende struktur med specifikke åbninger imellem sådan, at når IR-stråler eller lysstråler passerer igennem, registreres kun få lysstråler. Desuden er disse stråler kodet til en digital data (udtrykt som binær), der repræsenterer den specifikke position.

Hall-sensor:

Selve navnet siger, at det er sensoren, der fungerer på Hall-effekten. Det kan defineres som når et magnetfelt bringes tæt på den strømførende leder (vinkelret på retningen af ​​det elektriske felt), så udvikles en potentialforskel på tværs af den givne leder. Ved hjælp af denne egenskab bruges en Hall-sensor til at detektere magnetfeltet og giver output i form af spænding. Man skal være opmærksom på, at Hall-sensoren kun kan registrere en pol på magneten.

Hall-sensoren bruges i få smartphones, som er nyttige til at slukke for skærmen, når klappedækslet (som har en magnet i det) er lukket på skærmen. Her er en praktisk anvendelse af Hall Effect-sensor i døralarm.

Flex-sensor:

En FLEX-sensor er en transducer, der ændrer dens modstand, når dens form ændres, eller når den er bøjet . En FLEX-sensor er 2,2 inches lang eller fingerlængde. Det er vist i figuren. Simpelthen øges sensorens terminalmodstand, når den er bøjet. Denne ændring i modstand kan ikke gøre noget godt, medmindre vi kan læse dem. Styringen ved hånden kan kun læse ændringerne i spænding og intet mindre, for dette skal vi bruge spændingsdelerkredsløb, med det kan vi udlede modstandsændringen som en spændingsændring. Lær her, hvordan du bruger Flex Sensor.

Mikrofon (lydsensor):

Mikrofon kan ses på alle smartphones eller mobiltelefoner. Det kan registrere audiosignalet og konvertere dem til elektriske signaler med lille spænding (mV). En mikrofon kan være af mange typer som kondensatormikrofon, krystalmikrofon, kulmikrofon osv. Hver type mikrofon fungerer på egenskaberne som henholdsvis kapacitans, piezoelektrisk effekt, modstand. Lad os se, hvordan en krystalmikrofon fungerer, som fungerer på den piezoelektriske effekt. Der anvendes en bimorf krystal, der under tryk eller vibrationer producerer proportional vekselspænding. En membran er forbundet med krystallen gennem en drevstift, således at når lydsignalet rammer membranen, bevæger den sig frem og tilbage,denne bevægelse ændrer positionen på drivstiften, som forårsager vibrationer i krystallen, således at der genereres en skiftende spænding i forhold til det påførte lydsignal. Den opnåede spænding tilføres en forstærker for at øge signalets samlede styrke. Her er forskellige kredsløb baseret på mikrofon.

Du kan også konvertere mikrofonværdien i decibel ved hjælp af en mikrocontroller som Arduino.

Ultralydssensor:

Ultralyd betyder intet andet end frekvensområdet. Dets rækkevidde er større end hørbart rækkevidde (> 20 kHz), så selv om den er tændt, kan vi ikke mærke disse lydsignaler. Kun specifikke højttalere og modtagere kan mærke disse ultralydsbølger. Denne ultralydssensor bruges til at beregne afstanden mellem ultralydssenderen og målet og bruges også til at måle målets hastighed .

Ultralydssensor HC-SR04 kan bruges til at måle afstand i området 2cm-400cm med en nøjagtighed på 3mm. Lad os se, hvordan dette modul fungerer. HCSR04-modulet genererer en lydvibration i ultralydsområdet, når vi gør 'Trigger'-stiften høj i ca. 10us, hvilket vil sende en 8-cyklisk sonisk burst ved lydens hastighed, og efter at have ramt objektet, modtages det af Echo-stiften. Afhængig af den tid det tager af lydvibrationer at komme tilbage, giver den den passende pulsudgang. Vi kan beregne afstanden på objektet baseret på den tid, det tager af ultralydsbølgen at vende tilbage til sensoren. Lær mere om ultralydssensor her.

Der er mange applikationer med ultralydssensoren. Vi kan gøre brug af det til at undgå forhindringer for automatiserede biler, bevægelige robotter osv. Det samme princip vil blive brugt i RADAR til at opdage indtrængende missiler og fly. En myg kan mærke ultralydslyde. Så ultralydsbølger kan bruges som myggeafvisende.

Berøringssensor:

I denne generation kan vi sige, at næsten alle bruger smartphones, der har widescreen, som også en skærm, der kan mærke vores berøring. Så lad os se, hvordan denne berøringsskærm fungerer. Dybest set er der to typer berøringssensorer, der er resistive og kapacitive baserede berøringsskærme . Lad os vide om arbejdet med disse sensorer kort.

Den resistive berøringsskærm har et resistivt ark i bunden og et ledende ark under skærmen begge er adskilt af et luftspalte med en lille spænding påført arkene. Når vi trykker på eller berører skærmen, berører det ledende ark det modstandsdygtige ark på det tidspunkt, hvilket forårsager strøm på det bestemte punkt, softwaren registrerer placeringen, og den relevante handling udføres.

Mens kapacitiv berøring virker på den elektrostatiske ladning, der er tilgængelig på vores krop. Skærmen er allerede ladet med hele det elektriske felt. Når vi berører skærmen, dannes der et tæt kredsløb på grund af elektrostatisk ladning, der strømmer gennem vores krop. Desuden bestemmer software placeringen og den handling, der skal udføres. Vi kan bemærke, at kapacitiv berøringsskærm ikke fungerer, når du bruger håndhandsker, fordi der ikke vil være ledning mellem fingeren (e) og skærmen.

PIR-sensor:

PIR-sensor står for passiv infrarød sensor. Disse bruges til at opdage bevægelse fra mennesker, dyr eller ting. Vi ved, at infrarøde stråler har en egenskab af refleksion. Når en infrarød stråle rammer et objekt, afhængigt af temperaturen på målet, ændres den infrarøde stråleegenskab, dette modtagne signal bestemmer bevægelsen af ​​objekterne eller de levende væsener. Selvom formen på objektet ændres, kan egenskaberne af de reflekterede infrarøde stråler differentiere objekterne præcist. Her er den komplette funktions- eller PIR-sensor.

Accelerometer (vippesensor):

En accelerometersensor kan mærke hældningen eller bevægelsen af ​​den i en bestemt retning . Det fungerer baseret på accelerationskraften forårsaget af jordens tyngdekraft. De små indre dele af det er så følsomme, at de vil reagere på en lille ekstern ændring i position. Den har en piezoelektrisk krystal, når den vippes, forårsager forstyrrelser i krystallen og genererer potentiale, der bestemmer den nøjagtige position i forhold til X-, Y- og Z-aksen.

Disse ses almindeligvis på mobiltelefoner og bærbare computere for at undgå brud på processorkabler. Når enheden falder, registrerer accelerometeret faldtilstanden og foretager henholdsvis handling baseret på softwaren. Her er nogle projekter, der bruger Accelerometer.

Gassensor:

I industrielle applikationer spiller gassensorer en vigtig rolle i detekteringen af ​​gaslækage. Hvis der ikke er installeret en sådan enhed i sådanne områder, fører det i sidste ende til en utrolig katastrofe. Disse gassensorer er klassificeret i forskellige typer baseret på den gastype, der skal detekteres. Lad os se, hvordan denne sensor fungerer. Under en metalplade findes der et føleelement, der er forbundet til terminalerne, hvor der tilføres en strøm til det. Når gaspartiklerne rammer følerelementet, fører det til en kemisk reaktion, således at elementernes modstand varierer, og strømmen gennem den også ændrer sig, hvilket til sidst kan detektere gassen.

Så endelig kan vi konkludere, at sensorer ikke kun bruges til at gøre vores arbejde simpelt til at måle de fysiske størrelser, hvilket gør enhederne automatiserede, men også bruges til at hjælpe levende væsener med katastrofer.