Sensör Nedir ? Sensör Çeşitleri Neler ?

 Sensör Nedir ?

Sensör İngilizce “sense” yani his kelimesinden türemiştir.Sensör (“algılayıcı” da denmektedir) fiziksel ortam ile endüstriyel amaçlı elektrik/elektronik cihazları birbirine bağlayan bir köprü görevi görürler. 

Sensör Çeşitleri Nelerdir ?

Çıktılarına göre sensörler ;

1. Analog Sensörler 

Analog sensörler, devre 0 V – 5 V arasında ya da 4 mA – 20 mA arasındaki değerleri algılayacak şekilde bağlanabilir ve bu durumda bu iki değer arasındaki tüm değerler okunabilir. Yani analog sinyal belli iki değer arasında her hangi bir değerdir. Analog sensörler kullanıldığında bunları mikrodenetleyicilere yönlendirmeden önce ( A / D) analog – digital konvertör kullanılarak analog sinyaller digital sinyallere çevirilmelidir.

2.Dijital Sensörler

Digital sensörler ayrık sinyaller üretirler. Digital sensörden alacağımız bilgiler belli adımlarla yükselen değerlere sahiptir. Örneğin; bir digital pusula 0 ile 359 derece aralığını kapsayan 9 bit’lik sinyal gönderebilir. Dijital sensörler genellikle I2C, SPI, OneWire vb bir haberleşme protokolü aracılığıyla bilgisayar (mikroişlemci) ile konuşurlar.

!!!

Ayrıca sensörler aktif sensör ve pasif sensör olarak da ikiye ayrılırlar. Aktif sensörler, kendi sinyallerini ürettikten sonra bu sinyalin ortamdaki değişimini kontrol ederek algılama işlemini gerçekleştirirler. Pasif sensörler ise ortamdan aldıkları sinyalleri kontrol ederek algılama işlemini gerçekleştirirler.

1. Aktif Sensörler ;

Sinyallerini kendileri üretip bu sinyalin dış ortamla etkileşimlerini ölçen sensörlerdir. Şaft pozisyon sensörleri, IR sensörler, mesafe sensörleri ve ultrasonik uzaklık sensörleri gibi sensörler aktif sensörlerdendir. ( CNY70, Shaft encoder, Sharp uzaklık algılayacı sensörler…) Aktif sensörler sinyallerini kendileri yaydıklarından daha fazla enerji gerektirmektedir.

Bu sensörlerin en önemli özelliklerinden biri düşük sinyalli ölçmelerde kullanılmasıdır. Bundan dolayı oldukça hassas ölçüm yapabilirler.

Aktif sensörler, ürettiği sinyal türüne göre; Analog veya Dijital sinyal çıkışı vermektedirler. Dijital olarak 0 yada 1 çıkışını vermektedirler.

Çıkış sinyali analog olan sensörler ise gerilimsel yada akımsal çıkış verebilirler. Gerilim sinyali olarak genellikle 0-5V arasında bir gerilim vermektedirler. Akım sinyali olarak ise genellikle 4-20mA arası bir çıkış vermektedirler.

2. Pasif Sensörler ;

Çevrelerinden aldıkları sinyalleri ölçen sensörlerdir. Anahtar tipi sensörler, ışık algılayıcı sensörler, piezoelektrik film sensörü, sıcaklık sensörü ve basınç sensörügibi sensörler de pasif sensörlerdendir.

( touch sensör, LDR, NTC, PTC, DS1821, fototransistörler, fotodiyotlar, mikrofon)

Sinyal üretebilmek için dışarıdan harici hiçbir güç kaynağına ihtiyaç duymayan fiziksel yada kimyasal değerleri istenilen çıkış değişkenine dönüştürebilen sensörlerdir. Bu pasif sensör çeşitlerine en basit örnek ise buton ve anahtardır. Bunlardan farklı olarak potansiyometre, limit anahtarları, ısı sensörleri ( PTC ve NTC), basınç sensörleri, LDR,fototransistörler, fotodiyotlar ve mikrofonlar örnek olarak söylenebilir. Bu sensörlerin çalışması için harici hiçbir enerjiye ihtiyaç yoktur. Bu sensörler sadece giriş değişkenlerini ölçerek tepki verirler.

(PTC VEYA NTC SENSÖRÜ)

(Hall Sensör)

HOBİ AMACLI KULLANILAN SENSÖR ÇEŞİTLERİ

Sensörler duyularımız gibi bir sistemin çevresini algılamasını sağlayan elemanlardır. Örneğin görme duyumuz olan gözlerimizin yerini mobil robotlarda ışık sensörleri (LDR, kamera…) alır. Biz de mobil robotlarda dış dünyayı algılatmak için sensörleri yani algılayıcıları kullanıyoruz. Hobi robotlarda en çok kullanılan sensörlerin aşağıda bir listesi mevcut.

1.Mekanik Sensörler (Duyargalar) ;

Sensörler kategorisindeki en basit sensördür. Çalışma prensibi açma-kapama anahtarlarıyla aynıdır. Genellikle yaylı bir sistem engele çarpınca kontakt kapanır ve elektrik iletimi sağlanır. Çıkışı ya elektrik var ya da elektrik yok şeklinde olduğu için dijital bir sensör olarak düşünebiliriz. Swtichler, butonlar bu tür bir mekanik sensör için kullanılabilir.

2. Eğim/Denge Sensörleri ;

Bu tür sensörler robotunuzun yüzeyle yaptığı açıyı algılayabilir. Bu işlemlerde elektronik olarak Gyro (Jiroskop, yukarı fotoğrafta yer alıyor) ve mekanik algılama olarak da cıvalı kontakt sensörleri kullanılabilir. Gyroların çıkışları açıya göre analog voltaj ya da özel bir sinyal atımıdır. Sinyal atımının genliği ölçülerek sensörün bağlı olduğu sistemin zeminle açısı saptanabilir.

3. Tilt Sensörleri ;

Bu sensörler de denge sensörleri gibidir, farklarıysa açısal olarak algılamak yerine anlık çarpmaları ya da sağa, sola, 90 derece ve üstü açılardaki eğilmeleri algılamarıdır. Çıkışları tilt var tilt yok şeklinde yani dijitaldir. 

4. İvme Ölçerler (Accelerometer) ;

Son zamanlarda kullanım alanları gittikçe artan bir sensör türüdür. Bir yönde hareketle oluşan ivmeyi elektriksel sinyallere çevirirler. En yaygın kullanım alanları cep telefonlarımız (oynadığınız yarış oyunlarını düşünün). Cep telefonlarını, telefonu sağa sola çevirdiğimizde oluşan küçük ivmeleri farkedip, mikro denetleyicisinde işler.

5. Basınç / Kuvvet / Yük Sensörleri (Load cell) ;

Bu sensörler belirli bir kuvveti ölçmek amacıyla kullanılırlar. Örneğin bu sensörlerin kullanım alanlarından biri ve en yaygını dijital terazilerdir. Terazilerde yer alan yük sensörleri kuvvete bağlı gerilmeyle direnç değiştirirler. Bu çok küçük direnç değişimleri hassas devrelerle algılanarak ağırlığa çevrilir. 3 sensör için de benzer iç yapılar geçerlidir.

6. Pozisyon Sensörleri (Optik, Manyetik Encoder – Resolver – Potansiyometreler) ;

Pozisyon sensörleri hareketli bir sistemin pozisyon (konum) bilgisini almamızı sağlarlar. En basitiyle başlayalım. Potansiyometreler belli bir aralıkta ayarlanabilen dirençlerdir. Bu direnci üstünde yer alan çubukla değiştirebiliriz. Eklem kısmında çubuğu ekleme bağlayarak açıyla değişen bir direnç elde ederiz. Encoderlar da genel olarak üç tiptir. Basit tek kanal encoderlar, İki yada üç kanallı artımsal (incremental) encoderlar ve çok kanallı mutlak (absolute) encoderlar. Encoderların çıkışı dijital kare sinyaldir. Kullanmak oldukça basittir.

yukarıdaki fotoğrafta tek kanallı optik encoder’a sahip bir dc motor modeli görebilirsiniz. Encoder motorun arkasına bağlanır ve motorun her bir turunda belirli adette sinyal çıkartır.

Sayıcı devreleri ya da mikrodenetleyiciler bu encoder sinyallerini sayarak motorun kaç tur attığını çok hassas bir şekilde bulabilir. Gelişmiş enkoderlarda 2000- 3000 yarık dahi bulunabilmektedir. Bu da çok daha hassas verilere ulaşmamızı sağlar (2000 yarıklı bir encoderın hassasiyeti 360/2000 = 0,18 derece’dir).

7. Motor Hız Sensörleri (Takometreler, Takojeneratörler) ;

Bu sensör tipleri motorun arkasına takılır motorun hızına göre analog bir voltaj çıkartırlar. Analog voltaj motor hızına göre doğru orantılıdır. Basit kullanımlıdır.

8. GPS Sistemleri ;

Arazi robotu gibi hareketli projelerde kullanılan sensörlerdir. Elektronik pusulalar robotun yönünü bulmasında kullanılırken, GPS devreleri çok daha hassas şekilde robotun içinde bulunduğu koordinatları da bulmasını sağlar.

9. Akım Sensörleri ;

Bu tür sensörlerin amacı üzerlerinden geçen akımı ölçmektir. Bazı devreler için hayati önem taşıyan bir sensör türüdür. Genellikle bu sensörlerin çıkışları akımla orantılı voltaj çıkartır. Başka bir tür akım sensörü de toroid bobin tipi akım sensörleridir, bu sensörler yalnızca frekanslı akımı (alternatf akım ya da pwm sinyali) gibi algılayabilirler. Akım geçen kablo bu tür sensörlerin merkezindeki delikten geçer, frekanslı akım manyetik alan yaratır ve sensör çıkışlarından AC voltaj çıkar. Akım şiddeti arttıkça AC voltaj da artar.Basit bir akım sensörü olarak da çok küçük ohm değerine sahip yüksek watt’lı taş dirençler kullanılabilir. Bu dirençlerde üzerlerinden geçen akımla orantılı olarak direnç üzerinde voltaj düşümü yaratacaklardır.

10. LDR Işık Sensörleri ;

LDR’ler (Light Dependent Resistor) ışık yoğunluğuna göre direnci değişen devre elemanlarıdır. Kolay kullanımlı analog sensörlerdir. LDR’ler (Yaygın halk deyimi ile “fotoseller”) genellikle kadmiyum sülfidden (CdS) yapılmıştır.

11. Renk Sensörleri ;

Renklerin belirli ışıkları belli oranlarda yansıtmaları temel alınarak yapılmış sensörlerdir. Algılama rengine göre belirli bir voltaj çıktısı verilebilir. En yaygın renk sensörü entegresi Taos TCS230 modelidir.

12. Kızıl Ötesi Sensör ;

İnfrared sensör grubu da çok geniştir. Bu tür sensörler cisim algılama ya da iletişim için kızılötesi (infrared) sensörleri kullanırlar. Kızılötesi kullanılmasının en önemli sebebi, görünür ışık tayfından kaçınmaktır. Bu şekilde dedektörler (ışın algılayıcılar) daha kararlı çalışırlar.

13. Yansımalı ve Yarıklı Optoküplörler (Kontrast algılayıcı Sensörler) ;

CNY70, QRD1114, TCRT5000 gibi optoküplörler yansımalı optoküplör ailesindendirler. Bu sensörlerin asıl kullanım amacı iki ayrı devreyi birbirleriyle ışık yoluyla haberleştirmektir. Biz de robotikte bu sensörleri kontrast algılaması için kullanıyoruz.

CNY70 sensörünün çalışma mantığ gösterilmiştir. Siyahla beyaz rengin ışığı yansısıp yansıtmaması kuralına göre fototransistor iletime geçer ya da geçmez. Bu sensörde ledin üzerinden geçen akımı sınırlamak için bir direnç ve transistorün doyum sınırını belirlemek içinde başka bir direnç kullanırız. Yani bir kontrast sensörü için ik idirenç ve bir CNY70 (ya da QRD1114, TCRT5000…) yeterlidir.

14. UV Morötesi Sensörler ;

Morötesi ışınımı algılamak için kullanılırlar. Yangın sensörü olarak da kullanılabilirler (Ateş yüksek oranda morötesi ışık da yayar). Analog voltaj çıkartırlar, karşılaştırıcı entegreleri kullanlarak (LM324, Lm339, Lm358 gibi…) mikrodenetleyiciyle kontrol edilebilir.

14. Ses Sensörü ;

Temelinde bir mikrofon (ses algılayıcı) ve mikrofondan çıkan sesleri güçlendiren (ses amfisi) devreleri barındıran bir sensör çeşididir. Ortamdaki ses seviyesi belirli bir sınırın üzerine çıktığında çıkış verirler. Sınır seviyesi genellikle devrelerinde yer alan trimpotlarla ayarlanabilir.

15. Ultrasonik Sensörler ;

Sesle engel tanıma veya uzaklık ölçümü ultrasonik (ses ötesi) ses dalgaları ile yapılabilir. Ultrasonik sensör çevresine ses dalgaları yayıp , engele çarpıp geri gelen yankı dalgalardan menzil ölçümü yapan bir algılayıcı türüdür. Menzilleri diger sensörlere göre çok daha fazladır. Bir IR sensör en fazla 2m ölçebilirken, ultrasonik sensorler uygun koşullarda, 30 metreye kadar ölçebilir. Fiyatları da normal ışık sensörlerine göre biraz daha yüksektir Ultrasonik sensörlerin en önemli kullanım alanları menzil ölçümü istenen mobil & kaşif robot projeleridir.

15. Sıcaklık Sensörler ;

Bu tür sensörler sistemin sıcaklığını ölçmek için kullanılırlar. LM35 (yukarıdaki) gibi ucuz fiyatlı entegreler sıcaklık ölçümü işini çok kolaylaştırmıştır. LM35 entegresinde sıcaklık değişimi başına çıkışta voltaj farkı olur, bir analog, dijital çevrimi yapılarak sıcaklık tayin edilebilir.

16. Kapasitif Sensör ;

Plastik gibi yalıtkan cisimleri belirli uzaklıktan algılamada kullanılır. Pnp ve Npn türleri vardır.

17. İndüktif Sensör ;

Metalleri algılamak için kullanılır. Genellikle çok kısa menzillidirler. En uzun menzil 3-4 cm gibidir. Dişli sayıcı sistemlerinde ya da metal pistonun konumu belirlemek gibi amaçlar için kullanılırlar.

18. Işın Sensörleri ;

1. Retro Reflektif Sensör (Retro Reflective Sensor) – Özel bir yansıtıcı kedigözü yüzeyden yansıtılarak aradan geçen bir cismi algılaması sağlanır.
2. Yansımalı Sensör (Reflective Sensor) – Cisim algılama için kullanılır.
3. Doğru ışın (Through Beam) – Karşılıklı bakan iki sensör sistemi kurularak aradan geçen cisimi algılamak için kullanılır.