Cos’è un sensore? Diversi tipi di sensori con applicazioni

Diversi tipi di sensori con applicazioni

Introduzione ai sensori

Il mondo è pieno di sensori. Nella nostra vita quotidiana, ci imbattiamo nell’automazione in tutte le attività. L’automazione comprende l’accensione delle luci e dei ventilatori usando i telefoni cellulari, il controllo della TV usando le applicazioni mobili, la regolazione della temperatura della stanza, i rilevatori di fumo, ecc. Tutto questo viene fatto con l’aiuto di sensori. In questi giorni, qualsiasi prodotto basato su un sistema embedded ha sensori incorporati.

Ci sono molte applicazioni come la telecamera CCTV controllata dai cellulari, il monitoraggio del tempo e le applicazioni di previsione, ecc. I sensori giocano un ruolo molto vitale nel monitoraggio e nel rilevamento della sanità. Pertanto, prima di costruire un’applicazione che utilizza un sensore, dobbiamo capire cosa fa esattamente un sensore e quanti tipi di sensori sono disponibili.

Che cos’è un sensore?

Un sensore è definito come un dispositivo o un modulo che aiuta a rilevare qualsiasi cambiamento nella quantità fisica come la pressione, la forza o la quantità elettrica come la corrente o qualsiasi altra forma di energia. Dopo aver osservato i cambiamenti, il sensore invia l’input rilevato a un microcontrollore o microprocessore.

Infine, un sensore produce un segnale di uscita leggibile, che può essere ottico, elettrico o qualsiasi forma di segnale che corrisponde al cambiamento del segnale di ingresso. In qualsiasi sistema di misurazione, i sensori giocano un ruolo importante. Infatti, i sensori sono il primo elemento nello schema a blocchi del sistema di misurazione, che entra in contatto diretto con le variabili per produrre un’uscita valida. Ora che sapete cosa significa effettivamente sensore, conosciamo alcuni dei suoi tipi e le loro applicazioni come segue.

Classificazione dei sensori

1. Sensori attivi e passivi
2. Sensori analogici e digitali

Sensori attivi:

I sensori attivi sono il tipo di sensori che produce il segnale di uscita con l’aiuto di un’alimentazione esterna. Le proprietà fisiche proprie del sensore variano rispetto all’effetto esterno applicato. Pertanto, è anche chiamato come sensori autogeneranti.

Esempi: LVDT e strain gauge.

Sensori passivi:

I sensori passivi sono il tipo di sensori che producono il segnale di uscita senza l’aiuto di un’alimentazione esterna. Non hanno bisogno di alcuno stimolo o tensione extra.

Esempio: Termocoppia, che genera un valore di tensione corrispondente al calore applicato. 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

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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.

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Sensore IR (Sensore a infrarossi)

Quando guardiamo lo spettro elettromagnetico, la regione a infrarossi è divisa in tre regioni: vicino infrarosso, medio infrarosso e lontano infrarosso. Lo spettro infrarosso ha una gamma di frequenza più alta delle microonde e una frequenza minore della luce visibile. Un sensore a infrarossi è usato per emettere e rilevare la radiazione IR. Con questo principio, il sensore IR può essere usato come rilevatore di ostacoli. Ci sono due tipi di sensori IR: sensori IR attivi e passivi.

Sensore IR passivo: Quando il sensore non usa nessuna sorgente IR per rilevare l’energia emessa dagli ostacoli, si comporta come un sensore IR passivo. Esempi come la termocoppia, il rivelatore piroelettrico e i bolometri rientrano nei sensori passivi.

Sensore IR attivo: Quando ci sono due componenti che agiscono come sorgente IR e rilevatore IR, viene chiamato sensore attivo. LED o diodo laser agiscono come sorgente IR. Fotodiodo o fototransistor agisce come rilevatore IR.

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Temperatura & Sensori a termocoppia

Come discusso sensore analogico produce segnali che sono continuamente variabili nel tempo. Il valore di uscita dal sensore sarà molto piccolo nell’intervallo di microvolt o milli volt. A causa di questo, i circuiti di condizionamento del segnale sono necessari per l’amplificazione. I convertitori analogico-digitali (ADC) sono usati per convertire il segnale analogico ottenuto in un valore digitale.

Il sensore di temperatura rileva la temperatura e misura i cambiamenti della temperatura. Altri tipi di sensori di temperatura sono termocoppie, termistori, dispositivi di temperatura resistivi (RTD) e ICs per sensori di temperatura (LM35) ecc.

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Sensore di prossimità

Il sensore di prossimità è un tipo di sensore senza contatto utilizzato per il rilevamento di oggetti. Non ha alcun contatto fisico con l’oggetto. L’oggetto la cui distanza deve essere misurata è conosciuto come bersaglio. Una luce IR o una radiazione elettromagnetica è usata in un sensore di prossimità. Ci sono diversi tipi di sensori di prossimità come applicazioni induttive, capacitive, ultrasoniche, ecc: Rilevamento di oggetti, per misurare la velocità, identificazione della rotazione, rilevamento di materiali, sensore di parcheggio inverso, conteggio di oggetti.

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Sensore ad ultrasuoni

I sensori ad ultrasuoni sono utilizzati per misurare la distanza o il tempo di percorrenza utilizzando onde ultrasoniche. Una fonte sarà usata per emettere onde ultrasoniche. Dopo che l’onda colpisce il bersaglio, le onde vengono riflesse e il rilevatore raccoglie il segnale. Il tempo di viaggio tra l’onda trasmessa e l’onda riflessa viene misurato utilizzando il sensore a ultrasuoni. I sensori ottici usano due elementi diversi per il trasmettitore e il ricevitore. Mentre il sensore a ultrasuoni usa un singolo elemento per la trasmissione e la ricezione.

Accelerometri & Sensore giroscopio

L’accelerometro è un tipo di sensore che viene utilizzato per rilevare i cambiamenti di posizione, velocità e vibrazioni rilevando il movimento. Può essere di tipo analogico o digitale. Nell’accelerometro analogico, a seconda del volume di accelerazione applicato all’accelerometro, viene prodotto un segnale analogico continuo di tensione.

Sensore piroscopico per rilevare e determinare l’orientamento con l’aiuto della gravità terrestre, cioè misura la velocità angolare. La differenza principale tra Accelerometri & Sensori Giroscopio è che il Giroscopio può percepire la rotazione dove l’accelerometro non può. In altre parole, il Giroscopio misura qualsiasi rotazione e non è influenzato dall’accelerazione e l’Accelerometro non può distinguere la rotazione dall’accelerazione e non è in grado di lavorare quando si trova al centro della rotazione.

Sensore di pressione

Il sensore di pressione funziona sull’applicazione della tensione di ingresso e del valore della pressione. Produce una tensione di uscita analogica.

Sensore ad effetto Hall

Il sensore che lavora sul principio dell’effetto magnetico è chiamato sensore ad effetto Hall. Il campo magnetico è l’input e il segnale elettrico è l’output. Il campo magnetico esterno è applicato per attivare il sensore a effetto Hall. Tutti i magneti hanno due importanti caratteristiche: densità di flusso e polarità. La densità di flusso magnetico è sempre presente intorno all’oggetto. Pertanto, l’uscita del sensore a effetto Hall sarà funzione della densità di flusso.

Applicazioni: Uno degli usi principali dei sensori magnetici è nei sistemi automobilistici per il rilevamento di posizione, distanza e velocità. Per esempio, la posizione angolare dell’albero motore per l’angolo di accensione delle candele, la posizione dei sedili dell’auto e delle cinture di sicurezza per il controllo degli air-bag o il rilevamento della velocità delle ruote per il sistema di frenata antibloccaggio (ABS). I sensori a effetto Hall sono usati per il rilevamento della posizione GPS, il rilevamento della velocità, per controllare il motore.

Cella di carico

La cella di carico è usata per misurare il peso. L’input è la forza o la pressione e l’output è il valore di tensione elettrica. La cella di carico misura il peso dell’oggetto con metodo indiretto. Ci sono pochi tipi di celle di carico e cioè cella di carico a fascio, cella di carico a punto singolo e cella di carico a compressione.

Cella di carico a fascio: Usata in applicazioni industriali come macchinari, pesatura di serbatoi, attrezzature mediche

Cella di carico a punto singolo: Queste sono usate per applicazioni di misurazione di basso peso come la raccolta dei rifiuti e i macchinari

Cella di carico a compressione: Usata per applicazioni di misurazione di alto peso come dispositivi medici, per controllare le pompe.

Applicazioni dei sensori analogici

Per rilevare tracce nascoste, discontinuità in metalli, compositi, plastica, ceramica, e per il rilevamento del livello dell’acqua.

Sensori digitali

Quando i dati vengono convertiti e trasmessi digitalmente, si chiamano sensori digitali. I sensori digitali sono quelli che producono segnali di uscita discreti. I segnali discreti saranno non continui nel tempo e possono essere rappresentati in “bit” per la trasmissione seriale e in “byte” per la trasmissione parallela. La quantità misurata sarà rappresentata in formato digitale. L’uscita digitale può essere sotto forma di 1 o 0 logico (ON o OFF). Un sensore digitale è composto da un sensore, un cavo e un trasmettitore. Il segnale misurato viene convertito in un segnale digitale all’interno del sensore stesso senza alcun componente esterno. Il cavo è usato per la trasmissione a lunga distanza.

Sensore di luce

LED digitale o opto-rivelatore usato per produrre un segnale digitale per misurare la velocità dell’albero rotante. Un disco è attaccato all’albero rotante. L’albero rotante ha delle fessure trasparenti sulla sua circonferenza. Quando l’albero ruota ad una velocità, anche il disco ruota con esso. Il sensore passa attraverso ogni fessura sull’albero, che produce un impulso di uscita come 1 logico o 0 logico. L’uscita viene visualizzata su LCD dopo essere passata attraverso il contatore/registratore.

Accelerometro digitale

Un accelerometro digitale genera un’uscita ad onda quadra a frequenza variabile. Il metodo di produzione dell’onda quadra è la modulazione di larghezza d’impulso (PWM). L’uscita dal segnale PWM, la larghezza dell’impulso è direttamente proporzionale al valore dell’accelerazione.

Altri tipi di sensori digitali sono: Sensore di temperatura digitale, Encoder ecc.

Applicazioni dei sensori digitali

1. Rilevamento di perdite in tubi e cavi del gas utilizzando un sensore di pressione
2. Monitoraggio della pressione nei pneumatici
3. Monitoraggio del flusso d’aria
4. Misurazione del livello
5. Inalatori (dispositivo medico)

Applicazioni in tempo reale dei sensori

Applicazioni del sensore IR:

Termometri a radiazione: Funziona grazie alla presenza di un sensore IR. La temperatura di un oggetto viene misurata con i termometri a radiazione

Dispositivi di imaging IR: I sensori IR sono utilizzati per l’immagine degli oggetti. Sono usati nelle macchine fotografiche di termografia, che sono usate come tecnica di imaging non invasiva.

IR TV remote: In questi giorni i telecomandi TV basati su IR sono usati a casa e nei teatri. Usano la luce infrarossa come fonte di comunicazione. Il telecomando TV consiste di pulsanti e PCB. Il PCB consiste in un circuito elettrico che viene usato per sentire o rilevare il pulsante che viene premuto. Una volta che il pulsante viene premuto, il segnale viene trasmesso in forma di codice Morse. I transistor sono usati per amplificare il segnale. Infine, raggiunge il LED IR. L’estremità del circuito sarà collegata al LED IR. Un sensore è posizionato all’estremità ricevente della TV. Il LED IR emette luce IR e il sensore la rileva.

All’interno di un’auto – Applicazioni del sensore di sterzo: In un veicolo, i sensori di sterzo sono molto cruciali. Misurano l’angolo di rotazione del volante e aiutano ulteriormente la navigazione. Questi sensori giocano un ruolo per lo sterzo a comando elettronico e il servosterzo elettrico.

All’interno dello Smart Phone – Applicazioni del sensore: Nel mondo attuale, ogni persona possiede uno smart phone. La tecnologia mobile è costruita con un sacco di sensori e tecnologia di automazione. Diversi tipi di sensori come Finger print, magnetometro, giroscopio, accelerometro, barometro, termometro, sensore di prossimità, cardiofrequenzimetro, sensori di luce e molti altri.

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