Ce este un senzor? Diferite tipuri de senzori și aplicații

Diferite tipuri de senzori și aplicații

Introducere în senzori

Lumea este plină de senzori. În viața noastră de zi cu zi, ne întâlnim cu automatizarea în toate activitățile. Automatizarea include aprinderea luminilor și a ventilatoarelor cu ajutorul telefoanelor mobile, controlul televizorului cu ajutorul aplicațiilor mobile, reglarea temperaturii camerei, detectoare de fum etc. Toate acestea se realizează cu ajutorul senzorilor. În zilele noastre, orice produs bazat pe un sistem încorporat are senzori încorporați în el.

Există multe aplicații, cum ar fi camera CCTV controlată de telefonul mobil, aplicații de monitorizare și predicție a vremii etc. Senzorii joacă un rol foarte important în monitorizarea și detectarea asistenței medicale. Prin urmare, înainte de a construi o aplicație care utilizează senzori, trebuie să înțelegem ce anume face un senzor și câte tipuri de senzori sunt disponibile.

Ce este un senzor?

Un senzor este definit ca un dispozitiv sau un modul care ajută la detectarea oricăror modificări ale unei cantități fizice, cum ar fi presiunea, forța sau o cantitate electrică, cum ar fi curentul sau orice altă formă de energie. După ce observă modificările, senzorul trimite intrarea detectată către un microcontroler sau microprocesor.

În cele din urmă, un senzor produce un semnal de ieșire lizibil, care poate fi optic, electric sau orice formă de semnal care corespunde modificării semnalului de intrare. În orice sistem de măsurare, senzorii joacă un rol major. De fapt, senzorii sunt primul element din schema bloc a sistemului de măsurare, care intră în contact direct cu variabilele pentru a produce o ieșire validă. Acum știți ce înseamnă de fapt senzor? să cunoaștem câteva tipuri de senzori și aplicațiile lor, după cum urmează.

Clasificarea senzorilor

1. Senzori activi și pasivi
2. Senzori analogici și digitali

Senzori activi:

Senzorii activi sunt tipul de senzori care produc semnalul de ieșire cu ajutorul unei surse externe de excitație. Proprietățile fizice proprii ale senzorului variază în funcție de efectul extern aplicat. Prin urmare, se mai numește și senzori autogeneratori.

Exemple: LVDT și tensiometrul.

Senzori pasivi:

Senzorii pasivi sunt tipul de senzori care produc un semnal de ieșire fără ajutorul unei surse externe de excitație. Aceștia nu au nevoie de niciun stimulent sau tensiune suplimentară.

Exemplu: Termocuplul, care generează o valoare de tensiune corespunzătoare căldurii, aplicată. 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: Senzorul și traductorul capacitiv și aplicațiile sale

Senzor IR (senzor infraroșu)

Când ne uităm în spectrul electromagnetic, regiunea infraroșie este împărțită în trei regiuni: infraroșu apropiat, infraroșu mediu și infraroșu îndepărtat. Spectrul infraroșu are o gamă de frecvențe mai mare decât microundele și o frecvență mai mică decât lumina vizibilă. Un senzor infraroșu este utilizat pentru emiterea și detectarea radiațiilor infraroșii. Pe baza acestui principiu, senzorul IR poate fi utilizat ca detector de obstacole. Există două tipuri de senzori IR: senzori IR activi și senzori IR pasivi.

Senzor IR pasiv: Atunci când senzorul nu utilizează nicio sursă IR pentru a detecta energia emisă de obstacole, acesta acționează ca un senzor IR pasiv. Exemple cum ar fi termocuplul, detectorul piroelectric și bolometrele intră în categoria senzorilor pasivi.

Senzor IR activ: Atunci când există două componente care acționează ca sursă IR și detector IR se numește senzor activ. LED-ul sau dioda laser acționează ca sursă IR. Fotodioda sau fototransistorii acționează ca detector IR.

Related Post: PIR – Diagrama circuitului detectorului de mișcare în infraroșu, funcționare & Aplicații

Temperatură & Senzori de termocuplu

După cum am discutat, senzorul analogic produce semnale care variază continuu în timp. Valoarea de ieșire de la senzor va fi foarte mică, în interval de microvolți sau milivolți. Din această cauză, sunt necesare circuite de condiționare a semnalului pentru amplificare. Convertoarele analogic-digitale (ADC) sunt utilizate pentru a converti semnalul analogic obținut într-o valoare digitală.

Senzorul de temperatură detectează temperatura și măsoară schimbările de temperatură. Alte tipuri de senzori de temperatură sunt termocuplurile, termistoarele, dispozitivele rezistive de temperatură (RTD) și circuitele integrate pentru senzori de temperatură (LM35) etc.

• Related Post: Tipuri de senzori rezistivi – Traductor, potențiometru & Strain Gauge

Senzor de proximitate

Senzorul de proximitate este un tip de senzor fără contact utilizat pentru detectarea obiectelor. Acesta nu are niciun contact fizic cu obiectul. Obiectul a cărui distanță urmează să fie măsurată este cunoscut sub numele de țintă. La un senzor de proximitate se utilizează o lumină IR sau o radiație electromagnetică. Există diferite tipuri de senzori de proximitate, cum ar fi aplicațiile inductive, capacitive, cu ultrasunete etc: Detectarea obiectelor, pentru măsurarea vitezei, identificarea rotației, detectarea materialelor, senzor de parcare în marșarier, numărarea obiectelor.

• Related Post: LVDT: Transformator diferențial variabil liniar – Senzori inductivi

Senzor ultrasonic

Senzorii ultrasonici sunt utilizați pentru a măsura distanța sau timpul de deplasare folosind unde ultrasonice. O sursă va fi utilizată pentru a emite unde ultrasonice. După ce unda atinge ținta, undele sunt reflectate, iar detectorul colectează semnalul. Timpul de deplasare între unda transmisă și unda reflectată este măsurat cu ajutorul senzorului cu ultrasunete. Senzorii optici utilizează două elemente diferite pentru emițător și receptor. În timp ce senzorul cu ultrasunete utilizează un singur element pentru emisie și recepție.

Accelerometre & Senzor giroscop

Accelerometrul este un tip de senzor care este utilizat pentru a detecta schimbările de poziție, viteză și vibrație prin detectarea mișcării. Acesta poate fi fie de tip analogic, fie de tip digital. În cazul accelerometrului analogic, în funcție de volumul de accelerație aplicat accelerometrului, se produce un semnal analogic continuu de tensiune.

Senzor giroscop pentru a detecta și determina orientarea cu ajutorul gravitației Pământului, adică măsoară viteza unghiulară. Principala diferență între accelerometre & Senzorii giroscopici este că giroscopul poate sesiza rotația în cazul în care accelerometrul nu poate. Cu alte cuvinte, Giroscopul măsoară orice rotație și nu este afectat de accelerație, iar Accelerometrul nu poate distinge rotația de accelerație și nu poate funcționa atunci când se află în centrul de rotație.

Senzor de presiune

Senzorul de presiune funcționează pe baza aplicării tensiunii de intrare și a valorii presiunii. Acesta produce o tensiune de ieșire analogică.

Senzor cu efect Hall

Senzorul care funcționează pe principiul efectului magnetic se numește senzor cu efect Hall. Câmpul magnetic este intrarea și semnalul electric este ieșirea. Câmpul magnetic extern este aplicat pentru a activa senzorul cu efect Hall. Toți magneții au două caracteristici importante, și anume densitatea fluxului și polaritatea. Densitatea fluxului magnetic este întotdeauna prezentă în jurul obiectului. Prin urmare, ieșirea senzorului cu efect Hall va fi funcție de densitatea fluxului.

Aplicații: Una dintre principalele utilizări ale senzorilor magnetici este în sistemele auto pentru detectarea poziției, distanței și vitezei. De exemplu, poziția unghiulară a arborelui cotit pentru unghiul de aprindere a bujiilor, poziția scaunelor auto și a centurilor de siguranță pentru controlul airbagurilor sau detectarea vitezei roților pentru sistemul de frânare antiblocare, (ABS). Senzorii cu efect Hall sunt utilizați pentru detectarea poziției GPS, detectarea vitezei, pentru a controla motorul.

Celula de sarcină

Celula de sarcină este utilizată pentru a măsura greutatea. Intrarea este forța sau presiunea, iar ieșirea este valoarea tensiunii electrice. Celula de sarcină măsoară greutatea obiectului prin metoda indirectă. Există câteva tipuri de celule de sarcină și anume: celulă de sarcină cu grindă, celulă de sarcină cu punct unic și celulă de sarcină de compresie.

Celula de sarcină cu grindă: Folosită în aplicații industriale cum ar fi mașini, cântărirea rezervoarelor, echipamente medicale

Celula de sarcină cu punct unic: Acestea sunt utilizate pentru aplicații de măsurare a greutății reduse, cum ar fi colectarea deșeurilor și utilaje

Celula de sarcină de compresie: Se utilizează pentru aplicații de măsurare a greutății mari, cum ar fi dispozitivele medicale, pentru a controla pompa.

Aplicații ale senzorilor analogici

Pentru a detecta urme ascunse, discontinuități în metale, materiale compozite, materiale plastice, ceramică și pentru detectarea nivelului apei.

Senzori digitali

Când datele sunt convertite și transmise digital, se numesc senzori digitali. Senzorii digitali sunt cei care produc semnale de ieșire discrete. Semnalele discrete vor fi necontinue în timp și pot fi reprezentate în „biți” pentru transmisia serială și în „octeți” pentru transmisia paralelă. Cantitatea măsurată va fi reprezentată în format digital. Ieșirea digitală poate fi sub formă de 1 logic sau 0 logic (ON sau OFF). Un senzor digital este format din senzor, cablu și un emițător. Semnalul măsurat este convertit într-un semnal digital în interiorul senzorului însuși, fără nicio componentă externă. Cablul este utilizat pentru transmisia pe distanțe lungi.

Senzor de lumină

Ledul digital sau opto-detectorul utilizat pentru a produce un semnal digital pentru a măsura viteza de rotație a arborelui rotativ . Un disc este atașat la arborele rotativ. Arborele rotativ are fante transparente pe circumferința sa. Atunci când arborele se rotește cu o anumită viteză, discul se rotește și el odată cu el. Senzorul trece prin fiecare fantă de pe arbore, care produce un impuls de ieșire ca fiind fie 1 logic, fie 0 logic. Ieșirea este afișată pe LCD după ce trece prin contor/registru.

Accelerometru digital

Un accelerometru digital generează o ieșire de undă pătrată cu frecvență variabilă. Metoda de producere a undei pătrate este modularea lățimii impulsurilor (PWM). Ieșirea din semnalul PWM, lățimea impulsului este direct proporțională cu valoarea accelerației.

Alte tipuri de senzori digitali sunt : Senzor digital de temperatură, Encodere etc.

Aplicații ale senzorilor digitali

2. Detectarea scurgerilor în conductele și cablurile de gaz cu ajutorul senzorului de presiune
3. Monitorizarea presiunii în anvelope
4. Monitorizarea fluxului de aer
5. Măsurarea nivelului
6. Inhalatoare (dispozitiv medical)

Aplicații în timp real ale senzorilor

Aplicații ale senzorilor IR:

Termometre de radiație: Funcționează datorită prezenței senzorului IR. Temperatura unui obiect este măsurată cu ajutorul termometrelor de radiație

Dispozitive de imagistică IR: Senzorii IR sunt utilizați pentru a crea imagini ale obiectelor. Aceștia sunt utilizați în camerele de termografie, care sunt folosite ca tehnică de imagistică neinvazivă.

Telecomanda TV IR: În zilele noastre, telecomenzile TV bazate pe IR sunt utilizate acasă și în cinematografe. Acestea folosesc lumina infraroșie ca sursă de comunicare. Telecomanda TV este formată din butoane și PCB. PCB constă dintr-un circuit electric care este utilizat pentru a simți sau detecta butonul care este apăsat. Odată ce butonul este apăsat, semnalul este transmis sub formă de cod Morse. Tranzistoarele sunt utilizate pentru amplificarea semnalului. În cele din urmă, acesta ajunge la LED-ul IR. Capătul plăcii de circuit va fi conectat la LED-ul IR. Un senzor este plasat la capătul de recepție al televizorului. LED-ul IR va emite lumină IR, iar senzorul o detectează.

În interiorul unei mașini – Aplicații ale senzorului de direcție: Într-un vehicul, senzorii de direcție sunt foarte importanți. Aceștia măsoară unghiul de rotație al volanului și ajută în continuare la navigare. Acești senzori joacă un rol pentru Direcția de comandă electronică și Direcția asistată electric.

În interiorul unui telefon inteligent- Aplicații ale senzorilor: În lumea actuală, fiecare persoană deține un telefon inteligent. Tehnologia mobilă este construită cu plin de senzori și tehnologie de automatizare. Diferite tipuri de senzori cum ar fi: amprentă digitală, magnetometru, giroscop, accelerometru, barometru, termometru, senzor de proximitate, monitor de ritm cardiac, senzori de lumină și multe altele.

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