Ulike typer sensorer og deres arbeid

Tiden med automatisering har allerede begynt. De fleste av tingene vi bruker nå kan automatiseres. For å designe automatiserte enheter må vi først vite om sensorene, dette er modulene / enhetene som er nyttige for å gjøre ting gjort uten menneskelig inngripen. Selv mobiltelefoner som vi daglig bruker vil ha noen sensorer som hallsensor, nærhetssensor, akselerometer, berøringsskjerm, mikrofon etc. Disse sensorer fungerer som øyne, ører, nese på alt elektrisk utstyr som registrerer parametrene i omverdenen og gir avlesninger til enheter eller mikrokontroller.

Hva er en sensor?

Sensoren kan defineres som en enhet som kan brukes til å registrere / oppdage den fysiske størrelsen som kraft, trykk, belastning, lys osv. Og deretter konvertere den til ønsket utgang som det elektriske signalet for å måle den påførte fysiske størrelsen . I få tilfeller kan det hende at en sensor alene ikke er tilstrekkelig til å analysere det oppnådde signalet. I disse tilfellene brukes en signalbehandlingsenhet for å opprettholde sensorens utgangsspenningsnivåer i ønsket område med hensyn til sluttenheten vi bruker.

I signalbehandlingsenhet kan utgangen fra sensoren forsterkes, filtreres eller modifiseres til ønsket utgangsspenning. For eksempel, hvis vi vurderer en mikrofon, oppdager den lydsignalet og konverterer til utgangsspenningen (er i form av millivolt) som blir vanskelig å drive en utgangskrets. Så, en signalbehandlingsenhet (en forsterker) brukes til å øke signalstyrken. Men signalbehandlingen er kanskje ikke nødvendig for alle sensorene som fotodiode, LDR osv.

De fleste av sensorene kan ikke fungere uavhengig. Så det skal tilføres tilstrekkelig inngangsspenning. Ulike sensorer har forskjellige driftsområder som du bør vurdere når du arbeider med den, ellers kan sensoren bli skadet permanent.

Typer sensorer:

La oss se de forskjellige typene sensorer som er tilgjengelige i markedet og diskutere deres funksjonalitet, arbeid, applikasjoner osv. Vi vil diskutere forskjellige sensorer som:

• Lyssensor
  • IR-sensor (IR-sender / IR-LED)
  • Fotodiode (IR-mottaker)
  • Lysavhengig motstand
• Temperatur sensor
  • Termistor
  • Termoelement
• Trykk / kraft / vekt sensor
  • Strekkmåler (trykkføler)
  • Lastceller (vektføler)
• Posisjonssensor
  • Potensiometer
  • Koder
• Hall-sensor (Oppdag magnetfelt)
• Flex-sensor
• Lydsensor
  • Mikrofon
• Ultralydssensor
• Berøringssensor
• PIR-sensor
• Vippesensor
  • Akselerometer
• Gassføler

Vi må velge ønsket sensor basert på vårt prosjekt eller vår applikasjon. Som sagt tidligere for å få dem til å fungere, bør riktig spenning påføres basert på spesifikasjonene.

La oss nå se arbeidsprinsippet til de forskjellige sensorene og hvor det kan sees i vårt daglige liv eller dets anvendelse.

IR-LED:

Det kalles også som IR-sender. Den brukes til å avgi infrarøde stråler. Området for disse frekvensene er større enn mikrobølgefrekvensene (dvs.> 300 GHz til noen få hundre THz). Strålene generert av en infrarød LED kan registreres av Fotodiode forklart nedenfor. Paret med IR-LED og fotodiode kalles IR-sensor. Slik fungerer en IR-sensor.

Fotodiode (lyssensor):

Det er en halvlederenhet som brukes til å oppdage lysstrålene og mest brukt som IR-mottaker . Dens konstruksjon ligner på den vanlige PN-kryssdioden, men arbeidsprinsippet skiller seg fra den. Som vi vet, tillater et PN-kryss små lekkasjestrømmer når det er omvendt forspent, slik at denne egenskapen brukes til å oppdage lysstrålene. En fotodiode er konstruert slik at lysstråler skal falle på PN-krysset, noe som gjør at lekkasjestrømmen øker basert på intensiteten av lyset vi har brukt. Så på denne måten kan en fotodiode brukes til å føle lysstrålene og opprettholde strømmen gjennom kretsen. Sjekk her hvordan fotodiode fungerer med IR-sensor.

Ved hjelp av en fotodiode kan vi bygge en grunnleggende automatisk gatelykt som lyser når sollysintensiteten synker. Men fotodioden fungerer, selv om det faller en liten mengde lys på den, bør det utvises forsiktighet.

LDR (lysavhengig motstand):

Som navnet i seg selv spesifiserer at motstanden som avhenger av lysintensiteten. Det fungerer på prinsippet om fotoledning, som betyr ledningen på grunn av lyset. Den består vanligvis av kadmiumsulfid. Når lys faller på LDR, reduseres motstanden og virker som en leder, og når det ikke faller noe lys på den, er dens motstand nesten i området MΩ, eller ideelt sett fungerer den som en åpen krets . En merknad bør vurderes med LDR er at den ikke vil svare hvis lyset ikke er nøyaktig fokusert på overflaten.

Med en riktig krets som bruker en transistor, kan den brukes til å oppdage tilgjengeligheten av lys. En spenningsdelende forspent transistor med R2 (motstand mellom base og emitter) erstattet med en LDR kan fungere som en lysdetektor. Sjekk her de forskjellige kretsene basert på LDR.

Termistor (temperatursensor):

En termistor kan brukes til å oppdage temperaturvariasjonen . Den har en negativ temperaturkoeffisient som betyr at når temperaturen øker, reduseres motstanden. Så, termistorens motstand kan varieres med økningen i temperatur som forårsaker mer strøm gjennom den. Denne endringen i strømmen kan brukes til å bestemme mengden endring i temperatur. En applikasjon for termistor er, den brukes til å oppdage temperaturstigningen og kontrollere lekkasjestrømmen i en transistorkrets som hjelper til med å opprettholde stabiliteten. Her er en enkel applikasjon for Thermistor for å kontrollere DC-viften automatisk.

Termoelement (temperatursensor):

En annen komponent som kan oppdage variasjonen i temperatur er et termoelement. I sin konstruksjon er to forskjellige metaller koblet sammen for å danne et kryss. Hovedprinsippet er når krysset mellom to forskjellige metaller blir oppvarmet eller utsatt for høye temperaturer, et potensial over terminalene varierer. Så det varierende potensialet kan brukes videre til å måle mengden temperaturendring.

Strekkmåler (trykk- / kreftføler):

En strekkmåler brukes til å oppdage trykk når en belastning påføres . Det fungerer på prinsippet om motstand, vi vet at motstanden er direkte proporsjonal med ledningens lengde og er omvendt proporsjonal med tverrsnittsarealet (R = ρl / a). Det samme prinsippet kan brukes her for å måle belastningen. På et fleksibelt brett er en ledning ordnet på en sikksakk måte som vist i figuren nedenfor. Så når trykket påføres det aktuelle kortet, bøyes det i en retning som forårsaker endring i ledningens totale lengde og tverrsnitt. Dette fører til endring i ledningens motstand. Den oppnådde motstanden er veldig liten (få ohm) som kan bestemmes ved hjelp av Wheatstone-broen. Strekkmåleren plasseres i en av de fire armene i en bro med de gjenværende verdiene uendret. Derfor,når trykket påføres det når motstanden endres, varierer strømmen som går gjennom broen og trykket kan beregnes.

Strekkmålere brukes hovedsakelig for å beregne trykkmengden som en flyving kan tåle, og den brukes også til å måle antall kjøretøy som er tillatt på en bestemt vei etc.

Lastecelle (vektføler):

Lastceller er lik strekkmålere som måler den fysiske størrelsen som kraft og gir utdata i form av elektriske signaler. Når noe spenning påføres på lastcellen, varierer strukturen og forårsaker endring i motstand, og til slutt kan verdien kalibreres ved hjelp av en Wheatstone-bro. Her er prosjektet om hvordan du måler vekt ved hjelp av Lastcelle.

Potensiometer:

Et potensiometer brukes til å oppdage posisjonen . Den har generelt forskjellige motstandsserier koblet til forskjellige poler på bryteren. Et potensiometer kan være enten roterende eller lineært. I roterende type er en visker koblet til en lang aksel som kan roteres. Når akselen har rotert, endres viskerens posisjon slik at den resulterende motstanden varierer og forårsaker endring i utgangsspenningen. Dermed kan utgangen kalibreres for å oppdage endringens posisjon.

Koder:

For å oppdage endringen i posisjonen kan en koder også brukes. Den har en sirkulær roterbar disklignende struktur med spesifikke åpninger imellom slik at når noen IR-stråler eller lysstråler passerer gjennom det, oppdages bare noen få lysstråler. Videre er disse strålene kodet til en digital data (i form av binær) som representerer den spesifikke posisjonen.

Hall-sensor:

Selve navnet sier at det er sensoren som fungerer på Hall Effect. Det kan defineres som når et magnetfelt bringes nær strømførende leder (vinkelrett på retningen til det elektriske feltet), så utvikles en potensiell forskjell over den gitte lederen. Ved å bruke denne egenskapen brukes en Hall-sensor til å oppdage magnetfeltet og gir utgang når det gjelder spenning. Man må være forsiktig med at Hall-sensoren bare kan oppdage en pol på magneten.

Hall-sensoren brukes i få smarttelefoner som er nyttige for å slå av skjermen når klaffdekselet (som har en magnet i det) er lukket på skjermen. Her er en praktisk anvendelse av Hall Effect-sensor i døralarm.

Flex-sensor:

En FLEX-sensor er en svinger som endrer motstand når formen endres eller når den er bøyd . En FLEX-sensor er 2,2 tommer lang eller har en fingerlengde. Det er vist i figuren. Enkelt sagt øker sensorterminalmotstanden når den er bøyd. Denne endringen i motstand kan ikke gjøre noe bra med mindre vi kan lese dem. Kontrolleren ved hånden kan bare lese endringene i spenning og ikke noe mindre, for dette skal vi bruke spenningsdelerkrets, med det kan vi utlede motstandsendringen som en spenningsendring. Lær her om hvordan du bruker Flex Sensor.

Mikrofon (lydsensor):

Mikrofon kan sees på alle smarttelefoner eller mobiltelefoner. Den kan oppdage lydsignalet og konvertere dem til elektriske signaler med liten spenning (mV). En mikrofon kan være av mange typer som kondensatormikrofon, krystallmikrofon, karbonmikrofon etc. Hver type mikrofon fungerer på egenskapene som henholdsvis kapasitans, piezoelektrisk effekt, motstand. La oss se hvordan en krystallmikrofon fungerer som fungerer på den piezoelektriske effekten. Det brukes en bimorf krystall som under trykk eller vibrasjoner produserer proporsjonal vekselspenning. En membran er koblet til krystallet gjennom en stift slik at når lydsignalet treffer membranen, beveger den seg frem og tilbake,denne bevegelsen endrer posisjonen til drivstiften som forårsaker vibrasjoner i krystallet, og dermed genereres en vekselspenning i forhold til det påførte lydsignalet. Den oppnådde spenningen mates til en forsterker for å øke signalets totale styrke. Her er forskjellige kretser basert på mikrofon.

Du kan også konvertere mikrofonverdien i desibel ved hjelp av en mikrokontroller som Arduino.

Ultralydssensor:

Ultralyd betyr ingenting annet enn frekvensområdet. Dets rekkevidde er større enn hørbart område (> 20 kHz), så selv om den er slått på, kan vi ikke ane disse lydsignalene. Bare spesifikke høyttalere og mottakere kan ane ultralydbølgene. Denne ultralydssensoren brukes til å beregne avstanden mellom ultralydsenderen og målet, og brukes også til å måle målets hastighet .

Ultralydssensor HC-SR04 kan brukes til å måle avstand i området 2cm-400cm med en nøyaktighet på 3mm. La oss se hvordan denne modulen fungerer. HCSR04-modulen genererer en lydvibrasjon i ultralydsområdet når vi gjør 'Trigger' -pinnen høy i omtrent 10us, noe som vil sende en 8-syklus sonisk utbrudd med lydhastigheten, og etter å ha truffet objektet vil den bli mottatt av Echo-pinnen. Avhengig av hvor lang tid det tar for lydvibrasjoner å komme tilbake, gir den riktig pulsutgang. Vi kan beregne avstanden til objektet basert på tiden det tar av ultralydbølgen å gå tilbake til sensoren. Lær mer om ultralydsensor her.

Det er mange applikasjoner med ultralydssensoren. Vi kan bruke det til å unngå hindringer for automatiserte biler, bevegelige roboter osv. Det samme prinsippet vil bli brukt i RADAR for å oppdage innbruddsmissiler og fly. En mygg kan ane ultralydlydene. Så, ultralydbølger kan brukes som myggmiddel.

Berøringssensor:

I denne generasjonen kan vi si at nesten alle bruker smarttelefoner som har widescreen som også en skjerm som kan ane berøringen vår. Så la oss se hvordan denne berøringsskjermen fungerer. I utgangspunktet er det to typer berøringssensorer som er resistive og en kapasitiv basert berøringsskjerm . La oss få vite om hvordan vi arbeider med disse sensorene kort.

Den resistive berøringsskjermen har et resistivt ark ved basen og et ledende ark under skjermen begge er atskilt med et luftspalte med en liten spenning påført arkene. Når vi trykker eller berører skjermen, berører det ledende arket det motstandsdyktige arket på det tidspunktet og forårsaker strøm i det aktuelle punktet, registrerer programvaren plasseringen og relevant handling utføres.

Mens kapasitiv berøring fungerer på den elektrostatiske ladningen som er tilgjengelig på kroppen vår. Skjermen er allerede ladet med hele det elektriske feltet. Når vi berører skjermen, dannes en nær krets på grunn av elektrostatisk ladning som strømmer gjennom kroppen vår. Videre bestemmer programvaren plasseringen og handlingen som skal utføres. Vi kan se at kapasitiv berøringsskjerm ikke vil fungere når du bruker håndhansker fordi det ikke vil være ledning mellom fingeren (e) og skjermen.

PIR-sensor:

PIR-sensor står for passiv infrarød sensor. Disse brukes til å oppdage bevegelse fra mennesker, dyr eller ting. Vi vet at infrarøde stråler har en refleksjonegenskap. Når en infrarød stråle treffer et objekt, avhengig av temperaturen på målet som infrarøde stråleegenskaper endres, bestemmer dette mottatte signalet bevegelsen til objektene eller de levende vesener. Selv om formen på objektet endres, kan egenskapene til de reflekterte infrarøde strålene skille objektene presist. Her er den komplette PIR-sensoren.

Akselerometer (vippesensor):

En akselerometersensor kan føle helningen eller bevegelsen av den i en bestemt retning . Det fungerer basert på akselerasjonskraften forårsaket på grunn av jordens tyngdekraft. De små indre delene av den er så følsomme at de vil reagere på en liten ekstern endring i posisjon. Den har en piezoelektrisk krystall når den vippes forårsaker forstyrrelser i krystallet og genererer potensial som bestemmer den nøyaktige posisjonen i forhold til X-, Y- og Z-aksen.

Disse er ofte sett på mobiltelefoner og bærbare datamaskiner for å unngå brudd på prosessorledninger. Når enheten faller, registrerer akselerometeret falltilstanden og utfører respektive handlinger basert på programvaren. Her er noen prosjekter som bruker akselerometer.

Gass sensor:

I industrielle applikasjoner spiller gassensorer en viktig rolle i å oppdage gasslekkasje. Hvis ingen slike enheter er installert i slike områder, fører det til slutt til en utrolig katastrofe. Disse gassensorene er klassifisert i forskjellige typer basert på hvilken type gass som skal oppdages. La oss se hvordan denne sensoren fungerer. Under en metallplate eksisterer det et føleelement som er koblet til terminalene der en strøm tilføres den. Når gasspartiklene treffer sensorelementet, fører det til en kjemisk reaksjon slik at motstanden til elementene varierer og strømmen gjennom den også endrer seg som til slutt kan oppdage gassen.

Så til slutt kan vi konkludere med at sensorer ikke bare brukes til å gjøre arbeidet vårt enkelt å måle de fysiske mengdene, noe som gjør enhetene automatiserte, men også brukes til å hjelpe levende vesener med katastrofer.