Verschillende soorten sensoren en hun werking

Het tijdperk van automatisering is al begonnen. De meeste dingen die we nu gebruiken, kunnen worden geautomatiseerd. Om geautomatiseerde apparaten te ontwerpen, moeten we eerst de sensoren kennen, dit zijn de modules / apparaten die nuttig zijn om dingen gedaan te krijgen zonder menselijke tussenkomst. Zelfs de mobiele telefoons of smartphones die we dagelijks gebruiken, hebben enkele sensoren zoals een hall-sensor, naderingssensor, versnellingsmeter, touchscreen, microfoon enz. Deze sensor fungeert als ogen, oren, neus van elk elektrisch apparaat dat de parameters in de buitenwereld waarneemt en geeft metingen naar apparaten of Microcontroller.

Wat is een sensor?

De sensor kan worden gedefinieerd als een apparaat dat kan worden gebruikt om de fysieke grootheid zoals kracht, druk, spanning, licht enz. Te detecteren / detecteren en deze vervolgens om te zetten in de gewenste output zoals het elektrische signaal om de toegepaste fysieke grootheid te meten . In enkele gevallen is een sensor alleen mogelijk niet voldoende om het verkregen signaal te analyseren. In die gevallen wordt een signaalconditioneringseenheid gebruikt om de uitgangsspanningsniveaus van de sensor in het gewenste bereik te houden met betrekking tot het eindapparaat dat we gebruiken.

In een signaalconditioneringseenheid kan de uitgang van de sensor worden versterkt, gefilterd of aangepast tot de gewenste uitgangsspanning. Als we bijvoorbeeld een microfoon beschouwen, detecteert deze het audiosignaal en converteert het naar de uitgangsspanning (uitgedrukt in millivolt), wat moeilijk wordt om een ​​uitgangscircuit aan te sturen. Er wordt dus een signaalconditioneringseenheid (een versterker) gebruikt om de signaalsterkte te vergroten. Maar de signaalconditionering is misschien niet nodig voor alle sensoren zoals fotodiode, LDR enz.

De meeste sensoren kunnen niet onafhankelijk werken. Er moet dus voldoende ingangsspanning op worden aangelegd. Verschillende sensoren hebben verschillende werkingsbereiken waarmee rekening moet worden gehouden tijdens het werken, anders kan de sensor permanent beschadigd raken.

Soorten sensoren:

Laten we eens kijken naar de verschillende soorten sensoren die op de markt verkrijgbaar zijn en bespreken hun functionaliteit, werking, toepassingen etc. We bespreken verschillende sensoren zoals:

• Licht sensor
  • IR-sensor (IR-zender / IR-led)
  • Fotodiode (IR-ontvanger)
  • Lichtafhankelijke weerstand
• Temperatuursensor
  • Thermistor
  • Thermokoppel
• Druk- / kracht- / gewichtssensor
  • Spanningsmeter (druksensor)
  • Laadcellen (gewichtssensor)
• Positiesensor
  • Potentiometer
  • Encoder
• Hall-sensor (detecteer magnetisch veld)
• Flex-sensor
• Geluidssensor
  • Microfoon
• Ultrasoon sensor
• Aanraaksensor
• PIR-sensor
• Kantel sensor
  • Versnellingsmeter
• Gassensor

We moeten de gewenste sensor selecteren op basis van ons project of onze applicatie. Zoals eerder gezegd, om ze te laten werken, moet de juiste spanning worden toegepast op basis van hun specificaties.

Laten we nu eens kijken naar het werkingsprincipe van de verschillende sensoren en waar het te zien is in ons dagelijks leven of de toepassing ervan.

IR-led:

Het wordt ook wel IR-zender genoemd. Het wordt gebruikt om infraroodstralen uit te zenden. Het bereik van deze frequenties is groter dan de microgolffrequenties (dwz> 300 GHz tot enkele honderden THz). De stralen die worden gegenereerd door een infrarood-LED kunnen worden waargenomen door fotodiode die hieronder wordt uitgelegd. Het paar IR-led en fotodiode wordt IR-sensor genoemd. Hier is hoe een IR-sensor werkt.

Fotodiode (lichtsensor):

Het is een halfgeleiderapparaat dat wordt gebruikt om de lichtstralen te detecteren en meestal wordt gebruikt als IR-ontvanger . De constructie is vergelijkbaar met de normale PN-junctiediode, maar het werkingsprincipe verschilt hiervan. Zoals we weten, staat een PN-overgang kleine lekstromen toe wanneer deze in tegengestelde richting is voorgespannen, dus deze eigenschap wordt gebruikt om de lichtstralen te detecteren. Een fotodiode is zo geconstrueerd dat lichtstralen op de PN-overgang moeten vallen, waardoor de lekstroom toeneemt op basis van de intensiteit van het licht dat we hebben aangebracht. Dus op deze manier kan een fotodiode worden gebruikt om de lichtstralen te detecteren en de stroom door het circuit te behouden. Bekijk hier de werking van Fotodiode met IR-sensor.

Met behulp van een fotodiode kunnen we een standaard automatische straatlantaarn bouwen die oplicht als de intensiteit van het zonlicht afneemt. Maar de fotodiode werkt zelfs als er een kleine hoeveelheid licht op valt, dus wees voorzichtig.

LDR (Light Dependent Resistor):

Zoals de naam zelf aangeeft, is de weerstand dat afhankelijk van de lichtintensiteit. Het werkt volgens het principe van fotogeleiding, dat wil zeggen de geleiding door het licht. Het bestaat meestal uit cadmiumsulfide. Wanneer er licht op de LDR valt, neemt de weerstand af en gedraagt ​​deze zich als een geleider en wanneer er geen licht op valt, ligt de weerstand bijna in het bereik van MΩ of idealiter werkt het als een open circuit . Een opmerking die bij LDR moet worden overwogen, is dat het niet reageert als het licht niet precies op het oppervlak is gericht.

Met een goede schakeling met een transistor kan het worden gebruikt om de beschikbaarheid van licht te detecteren. Een transistor met spanningsdeler voorgespannen met R2 (weerstand tussen basis en emitter) vervangen door een LDR kan als lichtdetector werken. Bekijk hier de verschillende circuits op basis van LDR.

Thermistor (temperatuursensor):

Een thermistor kan worden gebruikt om de variatie in temperatuur te detecteren . Het heeft een negatieve temperatuurcoëfficiënt, wat betekent dat wanneer de temperatuur toeneemt, de weerstand afneemt. De weerstand van de thermistor kan dus worden gevarieerd met de temperatuurstijging, waardoor er meer stroom doorheen gaat. Deze verandering in stroom kan worden gebruikt om de mate van verandering in temperatuur te bepalen. Een toepassing voor thermistor is dat het wordt gebruikt om de temperatuurstijging te detecteren en de lekstroom in een transistorcircuit te regelen, wat helpt bij het behouden van de stabiliteit. Hier is een eenvoudige toepassing voor Thermistor om de DC-ventilator automatisch te regelen.

Thermokoppel (temperatuursensor):

Een ander onderdeel dat de variatie in temperatuur kan detecteren, is een thermokoppel. Bij de constructie zijn twee verschillende metalen met elkaar verbonden om een ​​knooppunt te vormen. Het belangrijkste principe is dat wanneer de kruising van twee verschillende metalen wordt verwarmd of blootgesteld aan hoge temperaturen, een potentiaal over hun aansluitingen varieert. Het variërende potentieel kan dus verder worden gebruikt om de hoeveelheid verandering in temperatuur te meten.

Spanningsmeter (druk- / krachtsensor):

Een spanningsmeter wordt gebruikt om druk te detecteren wanneer een belasting wordt uitgeoefend . Het werkt volgens het weerstandsprincipe, we weten dat de weerstand recht evenredig is met de lengte van de draad en omgekeerd evenredig is met de dwarsdoorsnede ervan (R = ρl / a). Hetzelfde principe kan hier worden gebruikt om de belasting te meten. Op een flexibel bord is een draad zig-zag gerangschikt zoals weergegeven in de onderstaande afbeelding. Dus wanneer de druk wordt uitgeoefend op dat specifieke bord, buigt het in een richting die de verandering in totale lengte en dwarsdoorsnede van de draad veroorzaakt. Dit leidt tot verandering in weerstand van de draad. De aldus verkregen weerstand is zeer miniem (enkele ohm) die kan worden bepaald met behulp van de Wheatstone-brug. De rekstrookje wordt in een van de vier armen in een brug geplaatst met de overige waarden ongewijzigd. Daaromwanneer de druk erop wordt uitgeoefend terwijl de weerstand verandert, varieert de stroom die door de brug gaat en kan de druk worden berekend.

Spanningsmeters worden voornamelijk gebruikt om de hoeveelheid druk te berekenen die een vliegtuigvleugel kan weerstaan ​​en het wordt ook gebruikt om het aantal toegestane voertuigen op een bepaalde weg enz. Te meten.

Load Cell (gewichtssensor):

Weegcellen zijn vergelijkbaar met rekstrookjes die de fysieke grootheid meten, zoals kracht, en de output leveren in de vorm van elektrische signalen. Wanneer er enige spanning op de weegcel wordt uitgeoefend, varieert de structuur waardoor de weerstand verandert en ten slotte kan de waarde worden gekalibreerd met behulp van een Wheatstone-brug. Hier is het project over het meten van het gewicht met behulp van een weegcel.

Potentiometer:

Een potentiometer wordt gebruikt om de positie te detecteren . Het heeft over het algemeen verschillende reeksen weerstanden die zijn aangesloten op verschillende polen van de schakelaar. Een potentiometer kan een roterend of lineair type zijn. Bij het roterende type is een wisser verbonden met een lange as die kan worden gedraaid. Wanneer de as is gedraaid, verandert de positie van de wisser zodanig dat de resulterende weerstand varieert en de uitgangsspanning verandert. De output kan dus worden gekalibreerd om de verandering van positie te detecteren.

Encoder:

Om de positieverandering te detecteren kan ook een encoder worden gebruikt. Het heeft een cirkelvormige roteerbare schijfachtige structuur met specifieke openingen ertussen, zodat wanneer de IR-stralen of lichtstralen er doorheen gaan, slechts een paar lichtstralen worden gedetecteerd. Verder worden deze stralen gecodeerd in digitale gegevens (in termen van binair) die de specifieke positie vertegenwoordigen.

Hall-sensor:

De naam zelf zegt dat het de sensor is die op het Hall-effect werkt. Het kan worden gedefinieerd als wanneer een magnetisch veld dichtbij de stroomvoerende geleider wordt gebracht (loodrecht op de richting van het elektrische veld), dan wordt een potentiaalverschil ontwikkeld over de gegeven geleider. Met behulp van deze eigenschap wordt een Hall-sensor gebruikt om het magnetische veld te detecteren en geeft deze output in termen van spanning. Er moet voor worden gezorgd dat de Hall-sensor slechts één pool van de magneet kan detecteren.

De hall-sensor wordt gebruikt in enkele smartphones die handig zijn bij het uitschakelen van het scherm wanneer de klep (met een magneet erin) op het scherm is gesloten. Hier is een praktische toepassing van Hall Effect-sensor in deuralarm.

Flex-sensor:

Een FLEX-sensor is een transducer die zijn weerstand verandert wanneer zijn vorm wordt veranderd of wanneer hij wordt gebogen . Een FLEX-sensor is 2,2 inch lang of een vingerlengte. Het wordt getoond in de figuur. Simpel gezegd, de weerstand van de sensor-aansluiting neemt toe als deze gebogen is. Deze verandering in weerstand kan geen goed doen tenzij we ze kunnen lezen. De controller bij de hand kan alleen de veranderingen in spanning aflezen en niets minder, hiervoor gaan we een spanningsdelercircuit gebruiken, waarmee we de weerstandsverandering kunnen afleiden als een spanningsverandering. Lees hier hoe u de Flex-sensor gebruikt.

Microfoon (geluidssensor):

Microfoon is te zien op alle smartphones of mobiele telefoons. Het kan het audiosignaal detecteren en deze omzetten in elektrische signalen met een kleine spanning (mV). Een microfoon kan van vele typen zijn, zoals condensatormicrofoon, kristalmicrofoon, koolstofmicrofoon enz. Elk type microfoon werkt aan de eigenschappen zoals capaciteit, piëzo-elektrisch effect, respectievelijk weerstand. Laten we eens kijken naar de werking van een kristalmicrofoon die werkt op het piëzo-elektrische effect. Er wordt een bimorf kristal gebruikt dat onder druk of trillingen een evenredige wisselspanning produceert. Een diafragma is verbonden met het kristal via een aandrijfpen, zodat wanneer het geluidssignaal het diafragma raakt, het heen en weer beweegt,deze beweging verandert de positie van de aandrijfpen waardoor trillingen in het kristal ontstaan ​​waardoor een wisselspanning wordt opgewekt ten opzichte van het aangelegde geluidssignaal. De verkregen spanning wordt naar een versterker gevoerd om de algehele sterkte van het signaal te vergroten. Hier zijn verschillende circuits op basis van microfoon.

Je kunt de microfoonwaarde ook omzetten in decibel met een microcontroller zoals Arduino.

Ultrasoon sensor:

Ultrasoon betekent niets anders dan het bereik van de frequenties. Het bereik is groter dan het hoorbare bereik (> 20 kHz), dus zelfs als het is ingeschakeld, kunnen we deze geluidssignalen niet waarnemen. Alleen specifieke luidsprekers en ontvangers kunnen die ultrasone golven waarnemen. Deze ultrasone sensor wordt gebruikt om de afstand tussen de ultrasone zender en het doel te berekenen en wordt ook gebruikt om de snelheid van het doel te meten .

Ultrasone sensor HC-SR04 kan worden gebruikt om afstanden te meten in het bereik van 2 cm - 400 cm met een nauwkeurigheid van 3 mm. Laten we eens kijken hoe deze module werkt. De HCSR04-module genereert een geluidstrilling in het ultrasone bereik wanneer we de 'Trigger'-pin ongeveer 10us hoog maken, wat een 8-cycli sonische burst met de snelheid van het geluid zal verzenden en nadat het object is geraakt, wordt deze ontvangen door de Echo-pin. Afhankelijk van de tijd die geluidstrillingen nodig hebben om terug te komen, biedt het de juiste pulsuitvoer. We kunnen de afstand van het object berekenen op basis van de tijd die de ultrasone golf nodig heeft om terug te keren naar de sensor. Lees hier meer over Ultrasone sensor.

Er zijn veel toepassingen met de ultrasone sensor. We kunnen er gebruik van maken om obstakels te vermijden voor de geautomatiseerde auto's, bewegende robots etc. Hetzelfde principe zal in de RADAR worden gebruikt voor het detecteren van indringerraketten en vliegtuigen. Een mug kan de ultrasone geluiden waarnemen. Ultrasone golven kunnen dus worden gebruikt als muggenspray.

Aanraaksensor:

In deze generatie kunnen we zeggen dat bijna iedereen smartphones gebruikt met breedbeeld, maar ook een scherm dat onze aanraking kan voelen. Laten we dus eens kijken hoe dit touchscreen werkt. In principe zijn er twee soorten aanraaksensoren op resistieve basis en capacitieve aanraakschermen . Laten we even weten hoe deze sensoren werken.

Het resistieve touchscreen heeft een resistieve plaat aan de basis en een geleidende plaat onder het scherm, beide worden gescheiden door een luchtspleet met een kleine spanning op de platen. Wanneer we op het scherm drukken of het aanraken, raakt het geleidende vel het resistieve vel op dat punt waardoor stroom op dat specifieke punt stroomt, de software detecteert de locatie en de relevante actie wordt uitgevoerd.

Terwijl capacitieve aanraking werkt op de elektrostatische lading die beschikbaar is op ons lichaam. Het scherm is al opgeladen met het volledig elektrische veld. Wanneer we het scherm aanraken, vormt zich een gesloten circuit door elektrostatische lading die door ons lichaam stroomt. Verder bepaalt de software de locatie en de uit te voeren actie. We kunnen zien dat het capacitieve touchscreen niet werkt als je handschoenen draagt, omdat er geen geleiding is tussen de vinger (s) en het scherm.

PIR-sensor:

PIR-sensor staat voor passieve infraroodsensor. Deze worden gebruikt om de beweging van mensen, dieren of dingen te detecteren . We weten dat infraroodstralen een eigenschap hebben van reflectie. Wanneer een infraroodstraal een object raakt, afhankelijk van de temperatuur van het doel, veranderen de eigenschappen van de infraroodstraling, dit ontvangen signaal bepaalt de beweging van de objecten of de levende wezens. Zelfs als de vorm van het object verandert, kunnen de eigenschappen van de gereflecteerde infraroodstralen de objecten nauwkeurig onderscheiden. Hier is de complete werkende of PIR-sensor.

Versnellingsmeter (kantelsensor):

Een versnellingsmetersensor kan de kanteling of beweging ervan in een bepaalde richting detecteren . Het werkt op basis van de versnellingskracht die wordt veroorzaakt door de zwaartekracht van de aarde. De kleine interne onderdelen ervan zijn zo gevoelig dat deze reageren op een kleine externe positieverandering. Het heeft een piëzo-elektrisch kristal dat wanneer het wordt gekanteld verstoring van het kristal veroorzaakt en een potentiaal genereert die de exacte positie ten opzichte van de X-, Y- en Z-as bepaalt.

Deze worden vaak gezien op mobiele telefoons en laptops om te voorkomen dat processorsleads breken. Wanneer het apparaat valt, detecteert de versnellingsmeter de valconditie en voert de betreffende actie uit op basis van de software. Hier zijn enkele projecten die Accelerometer gebruiken.

Gassensor:

In industriële toepassingen spelen gassensoren een grote rol bij het detecteren van gaslekken. Als een dergelijk apparaat in dergelijke gebieden niet wordt geïnstalleerd, leidt dit uiteindelijk tot een ongelooflijke ramp. Deze gassensoren zijn ingedeeld in verschillende typen op basis van het type gas dat moet worden gedetecteerd. Laten we eens kijken hoe deze sensor werkt. Onder een metalen plaat bevindt zich een sensorelement dat is verbonden met de klemmen waar een stroom op wordt toegepast. Wanneer de gasdeeltjes het sensorelement raken, leidt dit tot een chemische reactie zodat de weerstand van de elementen varieert en de stroom erdoor verandert, waardoor uiteindelijk het gas kan worden gedetecteerd.

Dus tot slot kunnen we concluderen dat sensoren niet alleen worden gebruikt om ons werk eenvoudig te maken om de fysieke grootheden te meten, waardoor de apparaten geautomatiseerd worden, maar ook om levende wezens bij rampen te helpen.