Co je to senzor? Různé typy senzorů s aplikacemi

Různé typy senzorů s aplikacemi

Úvod do problematiky senzorů

Svět je plný senzorů. V každodenním životě se s automatizací setkáváme při všech činnostech. Automatizace zahrnuje zapínání světel a ventilátorů pomocí mobilních telefonů, ovládání televize pomocí mobilních aplikací, nastavení teploty v místnosti, detektory kouře atd. To vše se provádí pomocí senzorů. V dnešní době má každý výrobek založený na vestavěném systému zabudované senzory.

Existuje mnoho aplikací, jako je kamera CCTV ovládaná mobilním telefonem, aplikace pro sledování a předpovídání počasí atd. Senzory hrají velmi důležitou roli při monitorování a detekci ve zdravotnictví. Proto před sestavením aplikace využívající senzor musíme pochopit, co přesně senzor dělá a kolik typů senzorů je k dispozici.

Co je to senzor?

Senzor je definován jako zařízení nebo modul, který pomáhá detekovat jakékoli změny fyzikální veličiny, například tlaku, síly nebo elektrické veličiny, například proudu nebo jiné formy energie. Po pozorování změn odešle senzor zjištěný vstup do mikrokontroléru nebo mikroprocesoru.

Nakonec senzor vytvoří čitelný výstupní signál, který může být optický, elektrický nebo jakákoli forma signálu, která odpovídá změně vstupního signálu. V každém měřicím systému hrají snímače významnou roli. Ve skutečnosti jsou snímače prvním prvkem v blokovém schématu měřicího systému, který přichází do přímého kontaktu s proměnnými, aby vytvořil platný výstup. Nyní již víte, co vlastně senzor znamená, a proto se seznámíme s některými jeho typy a jejich následujícími aplikacemi.

Klasifikace senzorů

1. Aktivní a pasivní senzory
2. Analogové a digitální senzory

Aktivní senzory:

Aktivní senzory jsou typem senzorů, které vytvářejí výstupní signál pomocí vnějšího budicího zdroje. Vlastní fyzikální vlastnosti snímače se mění s ohledem na použité vnější působení. Proto se také označují jako senzory s vlastní generací.

Příklady: Senzory s vlastní generací: LVDT a tenzometrický snímač.

Pasivní snímače:

Pasivní snímače jsou typem snímačů, které vytvářejí výstupní signál bez pomoci vnějšího budicího zdroje. Nepotřebují žádné další podněty ani napětí.

Příklad: Senzory pro měření teploty, teploty, teploty, teploty, teploty, teploty, teploty, teploty, teploty, teploty, teploty, teploty a teploty: Termočlánek, který generuje hodnotu napětí odpovídající přiloženému teplu. It does not require any external power supply.

Analog and Digital Sensors

Different types of digital and analog sensors are listed below one by one with their applications.

Different Types of Sensors

There are different types of sensors used to measure the physical properties like heartbeat & pules, Speed, Heat transfer, temperature etc. Types of sensors are listed below and we will discuses the usual types one by one in details with uses and applications.

• Infrared Sensor(IR Sensor)
• Temperature & Thermocouple Sensors
• Proximity Sensor
• Ultrasonic sensor
• Accelerometers & Gyroscope Sensor
• Pressure Sensor
• Hall Effect Sensor
• Load cell
• Light Sensor
• Color Sensor
• Touch Sensor
• Tilt Sensor
• PIR Motion Detector & Vibration Sensor
• Metal detector, Water Flow & Heartbeat Sensor
• Flow and Level Sensor
• Smoke, Fog, Gas, Ethanol & Alcohol Sensor
• Humidity, Soil Moisture & Rain Sensor

Click image to enlarge

Analog Sensors

The sensor that produces continuous signal with respect to time with analog output is called as Analog sensors. The analog output generated is proportional to the measured or the input given to the system. Generally, analog voltage in the range of 0 to 5 V or current is produced as the output. The various physical parameters like temperature, stress, pressure, displacement, etc. are examples for continuous signals.

Examples: accelerometers, speed sensors, pressure sensors, light sensors, temperature sensors.

• Related Post:

IR senzor (infračervený senzor)

Při pohledu do elektromagnetického spektra se infračervená oblast dělí na tři oblasti jako blízká infračervená, střední infračervená a vzdálená infračervená oblast. Infračervené spektrum má vyšší frekvenční rozsah než mikrovlny a nižší frekvenci než viditelné světlo. K vysílání a detekci infračerveného záření se používá infračervený snímač. Na tomto principu lze infračervený snímač použít jako detektor překážek. Existují dva typy IR snímačů jako aktivní a pasivní IR snímače.

Pasivní IR snímač: Pokud snímač nepoužívá k detekci vyzařované energie z překážek žádný zdroj IR záření, funguje jako pasivní IR snímač. Příklady jako termočlánek, pyroelektrický detektor a bolometr patří mezi pasivní senzory.

Aktivní IR senzor: Pokud existují dvě součásti, které fungují jako IR zdroj a IR detektor, nazývá se aktivní snímač. Jako zdroj infračerveného záření slouží LED nebo laserová dioda. Fotodioda nebo fototranzistor slouží jako IR detektor.

Related Post: PIR – infračervený detektor pohybu Schéma zapojení, fungování & Aplikace

Teplotní & termočlánkové senzory

Jak bylo řečeno, analogový senzor vytváří signály, které se s časem spojitě mění. Výstupní hodnota ze snímače bude velmi malá v rozsahu mikrovoltů nebo milivoltů. Z tohoto důvodu jsou pro zesílení signálu nutné obvody pro úpravu signálu. K převodu získaného analogového signálu na digitální hodnotu se používají převodníky analogově-číslicové (ADC).

Snímač teploty snímá teplotu a měří její změny. Dalšími typy snímačů teploty jsou termočlánky, termistory, odporová teplotní zařízení (RTD) a integrované obvody snímačů teploty (LM35) atd.

• Související příspěvek:

Snímač přiblížení

Snímač přiblížení je typ bezkontaktního snímače používaného k detekci objektů. Nemá žádný fyzický kontakt s objektem. Objekt, jehož vzdálenost má být měřena, se nazývá cíl. V senzoru přiblížení se používá infračervené světlo nebo elektromagnetické záření. Existují různé typy snímačů přiblížení, jako jsou indukční, kapacitní, ultrazvukové atd. aplikace:

• Související příspěvek: LVDT: Lineární diferenciální transformátor – Indukční snímače

Ultrazvukový snímač

Ultrazvukové snímače se používají k měření vzdálenosti nebo doby pohybu pomocí ultrazvukových vln. K vysílání ultrazvukových vln se použije zdroj. Po dopadu vlny na cíl se vlny odrazí a detektor shromáždí signál. Pomocí ultrazvukového snímače se měří doba cesty mezi vyslanou a odraženou vlnou. Optické senzory používají dva různé prvky pro vysílač a přijímač. Zatímco ultrazvukový snímač používá pro vysílání a příjem jediný prvek.

Akcelerometry & Gyroskopický snímač

Akcelerometr je typ snímače, který se používá k detekci změn polohy, rychlosti a vibrací snímáním pohybu. Může být analogového nebo digitálního typu. U analogového akcelerometru se v závislosti na objemu zrychlení přiváděného na akcelerometr vytváří spojitý analogový napěťový signál.

Snímač gyroskopu ke snímání a určování orientace pomocí zemské gravitace, tj. měří úhlovou rychlost. Hlavní rozdíl mezi akcelerometry & Senzory gyroskopu spočívá v tom, že gyroskop dokáže snímat rotaci tam, kde to akcelerometr nedokáže. Jinými slovy, Gyroskop měří jakoukoli rotaci a není ovlivněn zrychlením a Akcelerometr nedokáže rozlišit rotaci od zrychlení a není schopen pracovat, když je ve středu rotace.

Tlakový senzor

Tlakový senzor pracuje na základě aplikace vstupního napětí a hodnoty tlaku. Vytváří analogové výstupní napětí.

Snímač s Hallovým jevem

Snímač, který pracuje na principu magnetického jevu, se nazývá snímač s Hallovým jevem. Magnetické pole je vstupem a elektrický signál je výstupem. K aktivaci snímače s Hallovým jevem se použije vnější magnetické pole. Všechny magnety mají dvě důležité vlastnosti, a to hustotu toku a polaritu. Hustota magnetického toku je vždy přítomna v okolí objektu. Proto bude výstup snímače s Hallovým jevem funkcí hustoty magnetického toku.

Použití: Jedním z hlavních použití magnetických snímačů je v automobilových systémech pro snímání polohy, vzdálenosti a rychlosti. Například úhlová poloha klikového hřídele pro úhel zapálení zapalovacích svíček, poloha sedadel a bezpečnostních pásů automobilu pro ovládání airbagů nebo detekce otáček kol pro protiblokovací systém (ABS). Snímače s Hallovým jevem se používají pro detekci polohy GPS, detekci rychlosti, pro řízení motoru.

Zátěžový článek

Zátěžový článek se používá k měření hmotnosti. Vstupem je síla nebo tlak a výstupem je hodnota elektrického napětí. Zátěžový článek měří hmotnost objektu nepřímou metodou. Existuje několik typů snímačů zatížení, a to paprskový snímač zatížení, jednobodový snímač zatížení a tlakový snímač zatížení.

Paprskový snímač zatížení: Používá se v průmyslových aplikacích, jako jsou strojní zařízení, vážení nádrží, lékařské přístroje

Jednobodový snímač zatížení:

Kompresní snímač zatížení: Používá se v aplikacích s nízkou hmotností, jako je sběr odpadu a strojní zařízení

Kompresní snímač zatížení:

Použití analogových snímačů

K detekci skrytých stop, nespojitostí v kovech, kompozitech, plastech, keramice a k detekci hladiny vody.

Digitální snímače

Když se data převádějí a přenášejí digitálně, nazývají se digitální snímače. Digitální senzory jsou takové, které vytvářejí diskrétní výstupní signály. Diskrétní signály budou s časem nekontinuální a lze je reprezentovat v „bitech“ pro sériový přenos a v „bajtech“ pro paralelní přenos. Měřená veličina bude reprezentována v digitálním formátu. Digitální výstup může mít podobu logické 1 nebo logické 0 (ON nebo OFF). Digitální senzor se skládá ze senzoru, kabelu a vysílače. Měřený signál se převádí na digitální signál uvnitř samotného snímače bez jakéhokoli externího prvku. Kabel se používá pro přenos na velké vzdálenosti.

Snímač světla

Digitální LED dioda nebo optický detektor slouží k vytvoření digitálního signálu pro měření rychlosti otáčení hřídele . K rotujícímu hřídeli je připevněn kotouč. Rotující hřídel má po svém obvodu průhledné štěrbiny. Když se hřídel otáčí určitou rychlostí, otáčí se s ním i disk. Každou drážkou na hřídeli prochází snímač, který vytváří výstupní impuls buď jako logickou 1, nebo logickou 0. Výstup se po průchodu čítačem/registrem zobrazí na displeji LCD.

Digitální akcelerometr

Digitální akcelerometr generuje výstupní čtvercovou vlnu s proměnnou frekvencí. Metodou výroby čtvercové vlny je pulzně-šířková modulace (PWM). Na výstupu ze signálu PWM je šířka impulsu přímo úměrná hodnotě zrychlení.

Další typy digitálních snímačů jsou : Digitální snímač teploty, enkodéry atd.

Aplikace digitálních snímačů

1. Detekce netěsností v plynových potrubích a kabelech pomocí snímače tlaku
2. Monitorování tlaku v pneumatikách
3. Monitorování proudění vzduchu
4. Měření hladiny
5. Inhalátory (zdravotnický prostředek)

Reálné aplikace snímačů

Aplikace IR snímačů:

Radiační teploměry: Funguje díky přítomnosti IR senzoru. Pomocí radiačních teploměrů se měří teplota objektu

IR zobrazovací zařízení: IR senzory se používají k zobrazování objektů. Používají se v termografických kamerách, které se používají jako neinvazivní zobrazovací technika.

IR televizní dálkové ovládání: V dnešní době se v domácnostech a kinech používají IR dálkové ovladače televizorů. Jako zdroj pro komunikaci používají infračervené světlo. Televizní dálkové ovládání se skládá z tlačítek a desky plošných spojů. DPS se skládá z elektrického obvodu, který slouží ke snímání nebo detekci stisknutého tlačítka. Po stisknutí tlačítka se vysílá signál ve formě Morseovy abecedy. K zesílení signálu se používají tranzistory. Nakonec se signál dostane do infračervené LED diody. Konec desky plošných spojů se připojí k IR LED. Na přijímacím konci televizoru je umístěn snímač. IR LED bude vyzařovat IR světlo a snímač ho zaznamená.

Uvnitř automobilu – aplikace snímače řízení: Ve vozidle jsou senzory řízení velmi důležité. Měří úhel natočení volantu a dále pomáhají při navigaci. Tyto senzory hrají roli pro elektronické příkazové řízení a elektrický posilovač řízení.

Uvnitř chytrého telefonu – aplikace senzorů: V současném světě vlastní každý člověk chytrý telefon. Mobilní technologie je postavena plná senzorů a automatizačních technologií. Různé typy snímačů, jako je otisk prstu, magnetometr, gyroskop, akcelerometr, barometr, teploměr, snímač přiblížení, snímač srdečního tepu, světelné senzory a mnoho dalších.

You may also read:

• Automatic Plant Watering & Irrigation System – Circuit, Code & Project Report
• Automated Fingerprint Identification System and How it Works?
• Internet of Things (IOT) and Its Applications in Electrical Power Industry
• What is Piezoelectric Sensor – Construction, Working & Applications