Olika typer av sensorer och deras funktion

Automationens era har redan börjat. De flesta saker som vi använder nu kan automatiseras. För att utforma automatiserade enheter måste vi först känna till sensorerna, det här är modulerna / enheterna som kan hjälpa till att göra saker utan mänsklig inblandning. Även mobiltelefoner eller smartphones som vi dagligen använder kommer att ha några sensorer som hallsensor, närhetssensor, accelerometer, pekskärm, mikrofon etc. Dessa sensorer fungerar som ögon, öron, näsa på all elektrisk utrustning som känner av parametrarna i omvärlden och ger avläsningar till enheter eller mikrokontroller.

Vad är en sensor?

Sensorn kan definieras som en anordning som kan användas för att känna av / detektera den fysiska storleken som kraft, tryck, töjning, ljus etc och sedan konvertera den till önskad utgång som den elektriska signalen för att mäta den applicerade fysiska storleken . I några fall kanske en sensor ensam inte är tillräcklig för att analysera den erhållna signalen. I dessa fall används en signalbehandlingsenhet för att upprätthålla sensorns utspänningsnivåer i önskat område med avseende på den slutanordning som vi använder.

I signalbehandlingsenheten kan sensorns utsignal förstärkas, filtreras eller modifieras till önskad utspänning. Om vi ​​till exempel betraktar en mikrofon detekterar den ljudsignalen och konverterar till utspänningen (är i termer av millivolt) som blir svår att driva en utgångskrets. Så, en signalbehandlingsenhet (en förstärkare) används för att öka signalstyrkan. Men signalbehandlingen kanske inte är nödvändig för alla sensorer som fotodiod, LDR etc.

De flesta sensorer kan inte fungera självständigt. Så, tillräcklig ingångsspänning bör appliceras på den. Olika sensorer har olika arbetsområden som bör övervägas när du arbetar med den annars kan sensorn skadas permanent.

Typer av sensorer:

Låt oss se de olika typerna av sensorer som finns på marknaden och diskutera deras funktionalitet, arbete, applikationer etc. Vi kommer att diskutera olika sensorer som:

• Ljussensor
  • IR-sensor (IR-sändare / IR-LED)
  • Fotodiod (IR-mottagare)
  • Ljusberoende motstånd
• Temperatursensor
  • Termistor
  • Termoelement
• Tryck / kraft / viktsensor
  • Spänningsmätare (trycksensor)
  • Lastceller (viktsensor)
• Positionssensor
  • Potentiometer
  • Kodare
• Hallsensor (upptäcka magnetfält)
• Flex-sensor
• Ljudsensor
  • Mikrofon
• Ultraljudssensor
• Pekssensor
• PIR-sensor
• Lutningssensor
  • Accelerometer
• Gassensor

Vi måste välja önskad sensor baserat på vårt projekt eller vår applikation. Som sagt tidigare för att få dem att fungera bör korrekt spänning appliceras baserat på deras specifikationer.

Låt oss nu se arbetsprincipen för de olika sensorerna och var den kan ses i vårt dagliga liv eller dess tillämpning.

IR-LED:

Det kallas också som IR-sändare. Den används för att avge infraröda strålar. Räckvidden för dessa frekvenser är större än mikrovågsfrekvenserna (dvs.> 300 GHz till några hundra THz). Strålarna som genereras av en infraröd lysdiod kan kännas av fotodioden som förklaras nedan. Paret med IR-LED och fotodiod kallas IR-sensor. Så här fungerar en IR-sensor.

Fotodiod (ljussensor):

Det är en halvledaranordning som används för att upptäcka ljusstrålarna och mestadels används som IR-mottagare . Dess konstruktion liknar den vanliga PN-kopplingsdioden men arbetsprincipen skiljer sig från den. Som vi vet tillåter en PN-korsning små läckströmmar när den är omvänd förspänd så används den här egenskapen för att detektera ljusstrålarna. En fotodiod är konstruerad så att ljusstrålar ska falla på PN-korsningen vilket gör att läckströmmen ökar baserat på intensiteten av det ljus som vi har applicerat. Så på detta sätt kan en fotodiod användas för att känna av ljusstrålarna och bibehålla strömmen genom kretsen. Kontrollera här hur fotodioder fungerar med IR-sensor.

Med en fotodiod kan vi bygga en automatisk automatisk gatlykta som lyser när solljusintensiteten minskar. Men fotodioden fungerar även om en liten mängd ljus faller på den så bör man vara försiktig.

LDR (ljusberoende motstånd):

Som namnet själv anger att motståndet som beror på ljusintensiteten. Det fungerar på fotokonduktivitetsprincipen, vilket betyder att ledningen beror på ljuset. Den består i allmänhet av kadmiumsulfid. När ljus faller på LDR minskar dess motstånd och fungerar som en ledare och när inget ljus faller på det, ligger dess motstånd nästan inom MΩ eller helst fungerar det som en öppen krets . En anmärkning bör övervägas med LDR är att den inte svarar om ljuset inte är exakt fokuserat på ytan.

Med en korrekt krets som använder en transistor kan den användas för att detektera tillgängligheten av ljus. En spänningsdelad förspänd transistor med R2 (motstånd mellan bas och emitter) ersatt med en LDR kan fungera som en ljusdetektor. Kolla här de olika kretsarna baserade på LDR.

Termistor (temperatursensor):

En termistor kan användas för att detektera variationen i temperatur . Den har en negativ temperaturkoefficient som betyder att när temperaturen ökar minskar motståndet. Så, termistorns motstånd kan varieras med temperaturökningen som orsakar mer strömflöde genom den. Denna förändring i strömflödet kan användas för att bestämma mängden temperaturförändring. En applikation för termistor är att den används för att detektera temperaturökningen och kontrollera läckströmmen i en transistorkrets som hjälper till att bibehålla dess stabilitet. Här är en enkel applikation för Thermistor för att styra DC-fläkten automatiskt.

Termoelement (temperatursensor):

En annan komponent som kan detektera variationen i temperatur är ett termoelement. I sin konstruktion sammanfogas två olika metaller för att bilda en korsning. Dess huvudprincip är när korsningen mellan två olika metaller värms upp eller utsätts för höga temperaturer, en potential över deras terminaler varierar. Så den varierande potentialen kan användas ytterligare för att mäta mängden temperaturförändring.

Spänningsmätare (tryck- / kraftsensor):

En töjningsmätare används för att detektera tryck när en belastning appliceras . Det fungerar på motståndsprincipen, vi vet att motståndet är direkt proportionellt mot trådens längd och är omvänt proportionellt mot dess tvärsnittsarea (R = ρl / a). Samma princip kan användas här för att mäta belastningen. På ett flexibelt bräde är en tråd anordnad på ett sicksack-sätt som visas i figuren nedan. Så, när trycket appliceras på det aktuella kortet, böjer det sig i en riktning som orsakar förändringen i trådens totala längd och tvärsnittsarea. Detta leder till förändring i trådens motstånd. Det sålunda erhållna motståndet är mycket litet (få ohm) vilket kan bestämmas med hjälp av Wheatstone-bron. Töjningsmätaren placeras i en av de fyra armarna i en bro med de återstående värdena oförändrade. Därför,när trycket appliceras på det när motståndet förändras varierar strömmen som passerar genom bron och trycket kan beräknas.

Spänningsmätare används huvudsakligen för att beräkna mängden tryck som en flygplansvinge kan motstå och det används också för att mäta antalet fordon som är tillåtna på en viss väg etc.

Lastcell (viktsensor):

Lastceller liknar töjningsmätare som mäter den fysiska storleken som kraft och ger utmatningen i form av elektriska signaler. När en viss spänning appliceras på lastcellen varierar strukturen och orsakar förändring i motstånd och slutligen kan dess värde kalibreras med en Wheatstone-bro. Här är projektet för hur man mäter vikt med hjälp av Load cell.

Potentiometer:

En potentiometer används för att detektera positionen . Det har i allmänhet olika motståndsområden anslutna till olika poler på omkopplaren. En potentiometer kan vara antingen roterande eller linjär. I roterande typ är en torkare ansluten till en lång axel som kan roteras. När axeln har roterat ändras torkarens läge så att det resulterande motståndet varierar och orsakar förändring av utspänningen. Således kan utgången kalibreras för att detektera ändringen av dess position.

Kodare:

För att upptäcka förändringen i position kan en kodare också användas. Den har en cirkulär roterbar skivliknande struktur med specifika öppningar däremellan så att när IR-strålar eller ljusstrålar passerar genom det bara få ljusstrålar upptäcks. Vidare kodas dessa strålar till en digital data (i termer av binär) som representerar den specifika positionen.

Hallsensor:

Själva namnet säger att det är sensorn som fungerar på Hall-effekten. Det kan definieras som när ett magnetfält bringas nära den strömbärande ledaren (vinkelrätt mot det elektriska fältets riktning) då utvecklas en potentialskillnad över den givna ledaren. Med den här egenskapen används en Hall-sensor för att detektera magnetfältet och ger uteffekt i termer av spänning. Försiktighet bör iakttas att Hall-sensorn endast kan upptäcka en pol på magneten.

Hallsensorn används i få smartphones som är till hjälp för att stänga av skärmen när luckan (som har en magnet i sig) stängs på skärmen. Här är en praktisk tillämpning av Hall Effect-sensorn i dörralarm.

Flex-sensor:

En FLEX-sensor är en givare som ändrar dess motstånd när formen ändras eller när den är böjd . En FLEX-sensor är 2,2 tum lång eller har en fingerlängd. Det visas i figuren. Enkelt sagt ökar sensorns terminalmotstånd när den är böjd. Denna förändring i motstånd kan inte nytta om vi inte kan läsa dem. Styrenheten till hands kan bara läsa spänningsförändringarna och inget mindre, för detta kommer vi att använda spänningsdelarkretsen, med det kan vi härleda motståndsförändringen som en spänningsförändring. Lär dig här om hur du använder Flex Sensor.

Mikrofon (ljudsensor):

Mikrofon kan ses på alla smartphones eller mobiler. Det kan upptäcka ljudsignalen och konvertera dem till elektriska signaler med liten spänning (mV). En mikrofon kan vara av många typer som kondensatormikrofon, kristallmikrofon, kolmikrofon etc. Varje typ av mikrofon fungerar på egenskaperna som kapacitans, piezoelektrisk effekt, motstånd respektive. Låt oss se hur en kristallmikrofon fungerar som fungerar på den piezoelektriska effekten. En bimorf kristall används som under tryck eller vibrationer ger proportionell växelspänning. Ett membran är anslutet till kristallen genom en drivstift så att när ljudsignalen träffar membranet rör sig det fram och tillbaka,denna rörelse ändrar positionen för drivstiftet som orsakar vibrationer i kristallen så att en växelspänning alstras med avseende på den applicerade ljudsignalen. Den erhållna spänningen matas till en förstärkare för att öka signalens totala styrka. Här är olika kretsar baserade på mikrofon.

Du kan också konvertera mikrofonvärdet i decibel med någon mikrokontroller som Arduino.

Ultraljudssensor:

Ultraljud betyder inget annat än frekvensområdet. Dess räckvidd är större än hörbart intervall (> 20 kHz) så även om det är påslaget kan vi inte känna av dessa ljudsignaler. Endast specifika högtalare och mottagare kan känna av dessa ultraljudsvågor. Denna ultraljudssensor används för att beräkna avståndet mellan ultraljudssändaren och målet och används också för att mäta målets hastighet .

Ultraljudsensor HC-SR04 kan användas för att mäta avstånd i området 2cm-400cm med en noggrannhet på 3 mm. Låt oss se hur den här modulen fungerar. HCSR04-modulen genererar en ljudvibration i ultraljudsområdet när vi gör "Trigger" -stiften hög i ungefär 10us, vilket skickar en 8-cyklisk ljudutbrott vid ljudets hastighet och efter att ha slagit på objektet kommer det att tas emot av Echo-stiftet. Beroende på vilken tid det tar för ljudvibrationer att komma tillbaka, ger den lämplig pulsutgång. Vi kan beräkna objektets avstånd baserat på den tid ultraljudsvågen tar för att återvända till sensorn. Läs mer om ultraljudssensor här.

Det finns många applikationer med ultraljudssensorn. Vi kan använda det för att undvika hinder för de automatiserade bilarna, rörliga robotar etc. Samma princip kommer att användas i RADAR för att upptäcka inkräktarmissiler och flygplan. En mygga kan känna ultraljudsljud. Så ultraljudsvågor kan användas som myggmedel.

Touch Sensor:

I denna generation kan vi säga att nästan alla använder smartphones som har widescreen som också en skärm som känner av vår beröring. Så, låt oss se hur den här pekskärmen fungerar. I grund och botten finns det två typer av beröringssensorer som är resistiva och kapacitiva baserade pekskärmar . Låt oss känna till hur de här sensorerna fungerar kort.

Den resistiva pekskärmen har ett resistivt ark vid basen och ett ledande ark under skärmen, båda är åtskilda av ett luftspalt med en liten spänning som appliceras på arken. När vi trycker på eller pekar på skärmen berör det ledande arket det resistiva arket vid den punkten och orsakar strömflöde vid den specifika punkten, programvaran känner av platsen och relevant åtgärd utförs.

Medan kapacitiv beröring fungerar på den elektrostatiska laddningen som finns på vår kropp. Skärmen är redan laddad med s det hela elektriska fältet. När vi rör på skärmen bildas en nära krets på grund av elektrostatisk laddning som flyter genom vår kropp. Vidare bestämmer programvaran platsen och åtgärden som ska utföras. Vi kan observera att kapacitiv pekskärm inte fungerar när man bär handskar eftersom det inte kommer ledning mellan fingret / fingrarna och skärmen.

PIR-sensor:

PIR-sensor står för passiv infraröd sensor. Dessa används för att upptäcka rörelse hos människor, djur eller saker. Vi vet att infraröda strålar har en reflektionsegenskap. När en infraröd stråle träffar ett objekt, beroende på temperaturen på målet, förändras den infraröda strålningsegenskapen, den mottagna signalen avgör föremålen eller de levande varelserna. Även om objektets form ändras kan egenskaperna hos de reflekterade infraröda strålarna skilja objekten exakt. Här är en komplett fungerande eller PIR-sensor.

Accelerometer (lutningssensor):

En accelerometergivare kan känna lutningen eller rörelsen av den i en viss riktning . Det fungerar baserat på den accelerationskraft som orsakas på grund av jordens allvar. De små inre delarna av den är så känsliga att de kommer att reagera på en liten yttre positionsförändring. Den har en piezoelektrisk kristall när den lutas orsakar störningar i kristallen och genererar potential som bestämmer den exakta positionen med avseende på X-, Y- och Z-axeln.

Dessa ses vanligen på mobiler och bärbara datorer för att undvika att processorkablar går sönder. När enheten faller upptäcker accelerometern fallförhållandet och utför respektive åtgärder baserat på programvaran. Här är några projekt som använder Accelerometer.

Gassensor:

I industriella applikationer spelar gassensorer en viktig roll för att upptäcka gasläckaget. Om ingen sådan enhet är installerad i sådana områden leder det till en otrolig katastrof. Dessa gassensorer klassificeras i olika typer baserat på vilken typ av gas som ska detekteras. Låt oss se hur den här sensorn fungerar. Under en metallplåt finns ett avkänningselement som är anslutet till terminalerna där en ström appliceras på den. När gaspartiklarna träffar avkänningselementet leder det till en kemisk reaktion så att elementens motstånd varierar och strömmen genom den också förändras vilket slutligen kan detektera gasen.

Så slutligen kan vi dra slutsatsen att sensorer inte bara används för att göra vårt arbete enkelt för att mäta de fysiska mängderna, vilket gör enheterna automatiserade utan också för att hjälpa levande varelser med katastrofer.