Sensörler temel olarak çevredeki fiziksel veya kimyasal değişiklikleri algılayan ve bu bilgileri elektrik sinyallerine dönüştüren cihazlardır. Bu önemli teknolojik bileşenler, çeşitli endüstrilerde yaygın kullanılmaktadır. Sensörler, otomotiv, tıp, enerji, iletişim ve daha pek çok alanda büyük bir öneme sahiptir.
Aslında çoğumuzun kullandığı akıllı telefonlar, akıllı saatler bu konuya verilebilecek en güzel örneklerdendir. Özellikle yeni çıkan modellerle beraber tam bir sensör yuvasına dönüştü akıllı telefonlarımız. Örneğin parmak izi sensörü, cihazlarımızı uyandırmak için bu sensörlerden faydalanırız yada bazı telefonlarda bulunan düşme algılama sistemleri hareket sensörlerinden faydalanır. Yada akıllı saatlerimizdeki nabız ölçerler. Bunun gibi birçok örnek daha verilebilir bu konuya, biz ne kadar farkında olmasakda sönsörler hayatımızın olmazsa olması haline her geçen gün daha hızlı bir şekilde geliyorlar.
Sensörlerin önemi, gerçek zamanlı veri toplama ve kontrol sağlamasıyla açıklanabilir. İnsanların duyu organlarından elde edemeyeceği bilgileri yerine getirirken, sürekli kontrol ve izleme imkanı sunarlar. Bu sayede, çevresel koşulların, nesnelerin veya sistemlerin durumu hakkında anlık ve doğru bilgilere sahip olmak mümkün hale gelir. Bu da daha verimli ve güvenli bir çalışma ortamının oluşmasını sağlamaktadır. Sensörlerin tanımı ve önemi, günümüz teknolojisindeki ilerlemelerle birlikte daha da belirgin hale gelmiştir.
Sensörler Nasıl Çalışır ?
İki tip sensör çeşidi bulunmaktadır bunlar analog ve dijital sersörlerdir. Analog sensörler, algıladıkları fiziksel büyüklük ile orantılı olarak değişmekte olan bir akım ya da gerilim çıktısı verir. Bu tipteki sensörleri dijital çalışan kontrol kartlarına bağlayabilmek için analog-dijital çeviriciler kullanılmaktadır.
Analog-dijital çeviriciler mikro kontrolcülerin içerisinde de yer alacağı gibi, sayısının ya da hassasiyetinin yetmemesi durumlarında harici olarak da bağlanabilirler. Oldukça popüler bir tek kart bilgisayar olan Raspberry Pi ne yazık ki dahili olarak analog-dijital çeviricilere sahip değildir. bu sebeple analog girişe ihtiyaç duyulduğunda harici bir entegre kullanmak gerekecektir.
Dijital sensörler ise çoğunlukla I2C, SPI, OneWire vb haberleşme protokolleri aracılığı ile bilgisayarla konuşurlar. Buna ek olarak çoğu analog sensör bir op-amp ile beraber kullanılarak belirli bir seviyenin üzerinde lojik 1 çıkışı verecek şekilde kullanılır. Dolayısıyla analog çıkışlı olan sensörler, Raspberry Pi gibi ADC’ye sahip olmayan kontrolcülerle kullanılabilmektedir.
Sensörlerin Çalışma Prensipleri
Sensörler aktif ve de pasif sensör çeşitleri olarak da ikiye ayrılmaktadır. Aktif olan sensörler, kendi sinyallerini ürettikten sonra sinyalin ortamda olan değişimini kontrol eder ve algılama işlemini öyle gerçekleştirirler. Ultrasonik ve kızılötesi sensörler ise bu gruba dahildirler.
Pasif sensörler ise ortamdan almış oldukları sinyalleri kontrol edip algılama işlemini gerçekleştirmektedirler. Işığa duyarlı direnç, ısıya duyarlı dirençler, ışığa duyarlı transistörler bu gruba örnek olarak gösterilebilir.
Sensör Çeşitleri
Sensör çeşitleri, giriş büyüklüğüne göre altıya ayrılır.
Termal sensörler: Isı akışı ve sıcaklıklar
Manyetik sensörler: Alan yoğunlukları, akı yoğunluğu, manyetik momentler, geçirgenlik
Kimyasal sensörler: Yoğunlaşmalar, içerik, oksidasyon / redaksiyon, reaksiyon hızı, pH miktarları
Işıma sensörleri: Yoğunluk, dalga boyları, polarizasyon, faz, yansıtmalar, gönderme
Elektriksel sensörler: Voltaj, akım, direnç, endüktanslar, kapasitans, dielektrik katsayısı, polarizasyon, elektrik alanları, frekans
Mekanik sensörler: Uzunluklar, alan, miktar, kütlesel akışlar, kuvvet, tork, basınç, hız, ivme, pozisyon, ses dalga boyu ve yoğunluklar
Sensörler Nerelerde Kullanılır ?
Sensörler, çeşitli alanlarda yaygın olarak kullanılan teknolojik cihazlardır. Bu alanlardan biri, endüstriyel otomasyon sektörüdür. Endüstriyel otomasyon, üretim süreçlerinde insan müdahalesini azaltmak için kullanılan tekniklerin bütünüdür. Sensörler, bu sektörde kullanılarak çeşitli ölçüm ve kontrol işlemlerini gerçekleştirir. Örneğin, bir basınç sensörü, fabrika ortamında sistemdeki basıncı ölçerek, uygun düzeyde güvenlik sağlayan bir sistemi tetikleyebilir.
Diğer bir kullanım alanı ise sağlık sektörüdür. Sağlık sektöründe kullanılan sensörler, hastaların durumunu takip etmek, tıbbi cihazları yönlendirmek ve teşhis koymak için kullanılır. Örneğin, bir nabız sensörü, hastanın nabzını ölçerek kalp atış hızını kontrol etmeye yardımcı olur. Aynı şekilde, bir oksijen sensörü, hastanın kanındaki oksijen seviyesini ölçerek, solunum cihazının doğru şekilde çalışmasını sağlar. Sağlık sektöründeki sensörler, doğru ve güvenilir veriler sağlayarak, hastaların tedavi sürecinde önemli bir rol oynar.
Optik Sensörlerin Çalışma Prensipleri ve Kullanım Alanları
Optik sensörler, ışığın kullanıldığı sensörlerdir. Çalışma prensipleri, genellikle bir ışık kaynağı ve bir fotodetektörün kullanılmasıyla gerçekleşir. Işık kaynağı, genellikle bir LED veya lazer diyodu olabilir ve çevreden gelen ışık ya da belirli bir nesnenin yansıttığı ışık kullanılarak çalışır. Fotodetektör ise ışığı algılayan bir sensördür. Işığın önceden belirlenmiş bir eşiğin üzerine çıkması durumunda, fotodetektörün çıkışı belirlenen bir sinyal üretir.
Optik sensörler, birçok farklı alanda kullanılır. Mesela, otomasyon sistemlerinde nesne tespiti, konum tespiti veya sayım yapmak için kullanılabilirler. Aynı zamanda, tıbbi cihazlarda, güvenlik sistemlerinde ve elektronik cihazlarda da yaygın olarak kullanılırlar. Örneğin, bir otomobilin otomatik farları, bir optik sensör sayesinde çevredeki ışık düzeyine bağlı olarak açılıp kapanabilir. Bu sayede, sürücüye ek bir işlem yapma zorunluluğu olmadan, güvenli ve konforlu bir sürüş deneyimi sunulabilir.
Sensör çeşitleri ihtiyaca yönelik üretildikleri için çeşitli ihtiyaçları karşılayabilir niteliktedirler. Tıpkı duyu organları gibi; çoğu sensörler çevredeki fiziki koşulları farklı şekillerde algılayıp, yine çevredeki fiziksel koşullara göre bir yanıt sağlamaktadır.
Buna örnek verilecek olursa; mesafe ya da sesi algılamak için insanlarda kulak organı vardır. Kulaktaki mekanizmadan ilham alınarak üretilmiş olan çeşitli ses sensörleri bulunmaktadır ve bu sensörler sayesinde sesli uygulamalar ya da projeler gerçekleştirilebilir.
Hareket Sensörlerinin Çalışma Prensipleri ve Kullanım Alanları
Hareket sensörleri, çevrelerindeki hareketleri algılayan ve bu bilgiyi elektronik sinyallere dönüştüren cihazlardır. Bu sensörler genellikle hareketli nesneleri tespit etmek veya hareketi kontrol etmek amacıyla kullanılır. Hareket sensörlerinin çalışma prensibi, farklı teknolojilere bağlı olarak değişiklik gösterir.
En yaygın kullanılan hareket sensörü teknolojisi, “pasif kızılötesi sensörler”dir. Bu sensörler, nesnelerin yaydığı kızılötesi ışığı algılayarak hareketi tespit ederler. Pasif kızılötesi sensörler, hareket algılandığında ortaya çıkan küçük bir enerji değişikliğini tespit eder ve bu bilgiyi ilgili cihaza ileterek gerekli işlemlerin yapılmasını sağlar. Bu sensörler, güvenlik sistemlerinde, aydınlatma kontrolünde ve otomatik kapı açma mekanizmalarında sıkça kullanılmaktadır.
Hareket sensörlerinin kullanım alanları oldukça geniştir. Ev ve iş yerlerindeki güvenlik sistemlerinde, hırsızlık olaylarının tespiti için kullanılırlar. Ayrıca enerji tasarrufunu amaçlayan aydınlatma sistemlerinde de hareket sensörleri kullanılır. Sensörler, insanların bir alana girip çıktıklarını algıladıklarında, otomatik olarak ışıkların açılmasını sağlar ve bu sayede gereksiz enerji tüketimi önlenir. Bunun yanı sıra, otomasyon uygulamalarında, endüstriyel üretim sistemlerinde ve oyun konsollarında da hareket sensörleri kullanım bulur.
Basınç Sensörlerinin Çalışma Prensipleri ve Kullanım Alanları
Hava basıncını ölçmek ve kontrol etmek için kullanılan basınç sensörleri, farklı çalışma prensiplerine sahiptir. Örneğin, kapasitif basınç sensörleri, bir kondansatör plakası ile membran arasındaki basınç farkını ölçerek çalışır. Bu sensörler genellikle hassas ölçümler için kullanılır ve endüstriyel otomasyon sistemlerinde sıkça tercih edilir.
Ayrıca, rezistif basınç sensörleri de yaygın olarak kullanılır. Bunlar, çeşitli malzemelerden üretilen direnç tabakalarını kullanarak basıncı ölçer. Değişen basınç, direnç değerinde bir değişiklik yaratır ve bu değişiklik elektrik sinyaline dönüştürülerek ölçüm gerçekleştirilir. Rezistif basınç sensörleri, tıbbi cihazlarda, otomobil endüstrisinde ve HVAC (Isıtma, Havalandırma ve Klima) sistemlerinde yaygın bir şekilde kullanılır. Bu sensörler, basınç değişikliklerini hızlı ve doğru bir şekilde algılayarak sistemlerin verimli bir şekilde çalışmasını sağlar.
Akış Sensörlerinin Çalışma Prensipleri ve Kullanım Alanları
Akış Sensörleri, bir sistemin içinden geçen akışkanın hızını, hacim akışını ve sıcaklığını ölçmek için kullanılan sensörlerdir. Bu sensörler, çeşitli endüstriyel ve tıbbi uygulamalarda yaygın olarak kullanılmaktadır.
Akış sensörlerinin çalışma prensipleri farklı olabilir. Örneğin, bir termal akış sensörü, akışkanın üzerinden geçtiği bir sensör elemanının sıcaklığını ölçerek akış hızını hesaplar. Bir ultrasonik akış sensörü ise ses dalgalarının akışkan içindeki hareketini ölçerek akış hızını belirler. Bu sensörler, endüstriyel proseslerde, su arıtma sistemlerinde ve tıbbi cihazlarda kullanılan akış kontrolü ve izleme sistemlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Ayrıca, enerji tüketimini optimize etmek veya tehlikeli durumları izlemek için kullanılan akış sensörleri de bulunmaktadır.
Ultrasonik Sensörler Nelerdir ? Nerelerde Kullanılır ve Ne İşe Yararlar ?
Ultrasonik sensörler ismini “ultra” kelimesi ve “sonic” kelimesinin birleşmesinden almaktadır. Ultrasonik kelimesi Daha yüksek ses anlamına gelir. Bu sensörler mesafeleri ölçmek amaçlı kullanılmaktadırlar.
Bu sensör çeşitleri için çalışma prensipleri ise şu şekilde olmaktadır: Ultrasonik sensörler dışarı bir ses dalgası sinyali gönderirler. Daha sonra gönderdikleri ses dalgasının bir cisme ulaşarak kendisine geri dönüşünü beklerler. Sinyalin gönderilip tekrar gelme süresi baz alınır ve sensörün cisim ile olan uzaklığı hesaplanır.
Sıcaklık Sensörlerinin Çalışma Prensipleri ve Kullanım Alanları
Sıcaklık sensörleri, çevresinde bulunan nesnelerin veya ortamın sıcaklığını ölçmek için kullanılan elektronik cihazlardır. Bu sensörler genellikle termoelektrik, termistör veya termokupl gibi teknolojileri kullanır.
Termoelektrik sıcaklık sensörleri, iki farklı metalden oluşan bir tellinin ısıl değişimlerle oluşan farklı potansiyellerini ölçerek sıcaklık değerini belirler. Termokupl sıcaklık sensörleri ise iki farklı metalin temas noktasında oluşan termoelektrik gerilimi kullanır. Termistör sıcaklık sensörleri ise ısıya duyarlı dirençler üzerine kurulu olan ve ısı artışıyla birlikte direncin değiştiği bir teknolojiyi kullanır.
Sıcaklık sensörleri, birçok farklı alanda kullanılmaktadır. En yaygın kullanım alanları arasında endüstriyel süreç kontrol sistemleri, otomotiv sektörü, tıp, meteoroloji ve iklimlendirme gibi alanlar bulunmaktadır. Termoelektrik sıcaklık sensörleri, endüstriyel süreçlerde sıcaklık kontrolünü sağlamak için tercih edilen bir seçenektir. Termistör sensörler ise tıp alanında vücut sıcaklığı ölçümleri için kullanılırken, termokupl sensörler otomotiv sektöründe egzoz sıcaklığı ölçümlerinde tercih edilmektedir. Sıcaklık sensörlerinin kullanım alanları, ihtiyaca ve işlevlerine göre değişiklik gösterebilir ve her sektörde önemli bir role sahiptir.
Nem Sensörlerinin Çalışma Prensipleri ve Kullanım Alanları
Nem sensörleri, çevredeki nem seviyesini algılamak ve ölçmek için kullanılan elektronik cihazlardır. Çalışma prensipleri genellikle direnç, kapasitans veya iletkenlik değişimi esasına dayanır. Bu sensörler, nemin yüzeylerdeki su buharı ile etkileşimini ölçerek nem seviyesini belirler.
Nem sensörlerinin birçok farklı kullanım alanı bulunmaktadır. Özellikle iklimlendirme sistemleri, sera, depolama alanları, gıda endüstrisi gibi nemin kontrolünün önemli olduğu alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Ayrıca, nem sensörleri, binalarda oluşabilecek nem sorunlarını tespit etmek ve önlem almak için de kullanılır. Bu sayede, yapısal hasarların önlenmesi ve sağlıklı yaşam alanlarının sağlanması mümkün olur. Nem sensörleri, küçük boyutları ve hassas ölçüm yetenekleri sayesinde çeşitli endüstriyel uygulamalarda da sıklıkla tercih edilir.
Gaz Sensörlerinin Çalışma Prensipleri ve Kullanım Alanları
Gaz sensörleri, atmosferde bulunan gazların varlığını veya konsantrasyonunu ölçmek amacıyla kullanılan hassas cihazlardır. Gazların yanıcı veya zehirli olabilme potansiyeli nedeniyle, gaz sensörlerinin çalışma prensipleri ve kullanım alanları oldukça önemlidir.
Gaz sensörleri genellikle elektrokimyasal, termal veya optik prensiplere dayanarak çalışır. Elektrokimyasal gaz sensörleri, hedef gazın elektrokimyasal tepkimelerinden geçen elektriksel sinyalleri ölçerek gazın konsantrasyonunu belirler. Termal gaz sensörleri ise hedef gazın ısısal etkileşimleri sonucunda ortaya çıkan sıcaklık değişikliklerini algılayarak gazın varlığını tespit eder. Optik gaz sensörleri ise gazın absorpsiyon veya dağılma özelliklerini kullanarak hedef gazın varlığını saptar. Gaz sensörlerinin kullanım alanları arasında endüstriyel tesisler, evler, otomotiv sektörü ve tıbbi cihazlar gibi birçok farklı alan bulunmaktadır. Bu sensörler, potansiyel tehlikeleri erken teşhis etme, havanın kalitesini kontrol etme ve güvenliği artırma gibi önemli işlevlere sahiptir.
İvmeölçerlerin Çalışma Prensipleri ve Kullanım Alanları
Çalışma prensipleri ve kullanım alanları açısından, ivmeölçerler önemli bir role sahiptir. İvmeölçerler, objelerin hızlanma ve değişimlerini ölçmek için kullanılan hassas sensörlerdir. İvmeölçerler genellikle mikroelektronik cihazlarda kullanılır ve hareketin tespit edilmesi, titreşim analizi, artırılmış gerçeklik uygulamaları, kestirme konum bilgisi ve çevresel şokların izlenmesi gibi çeşitli alanlarda kullanılırlar.
İvmeölçerler genellikle mikro titreşimlerin ölçülmesi için kullanılır. Bu sensörler, objelerin ivme ve yerçekimi etkilerini algılamak için farklı teknolojiler kullanır. Bu prensip, ivmeölçerlerin çalışma şeklini belirler. İvmeölçerlerin kullanım alanları oldukça geniştir ve uzay mekiği fırlatmalarından cep telefonlarına kadar birçok uygulamada kullanılmaktadır. Örneğin, smartphone’larımızda ekranın dönmesini sağlamak veya hareketi algılamak için ivmeölçerler kullanılır. Ayrıca araçlarda, tıbbi cihazlarda, güvenlik sistemlerinde ve spor ekipmanlarında da yaygın olarak kullanılan ivmeölçerler, hareketin izlenmesinde ve veri toplamada büyük bir etkiye sahiptir.
Infra-Red (Kızıl Ötesi) Sensör Nedir ?
Kızılötesi sensörler mesafe ve karanlık ya da aydınlık algılamaları amacı ile kullanılan sensör çeşitleri arasındadır. Bu sensörlerin yapılarında genellikle kızılötesi ışın yaymakta olan bir LED ve bu ışının yansımasını kontrol etmekte olan bir foto komponent bulunmaktadır.
Sensörün içinde bulunmakta olan LED, kontrol edilmek istenen bilgiyle aynı dalga boyuna sahip bir ışın üretmektedir. Bu ışının şiddetini kullanıcılar kontrol edebilir Cismin üzerine düşen ve geri yansımakta olan kızılötesi ışınları bir foto komponent denetlemektedir ve sensör geri dönmekte olan ışın sinyaline göre algılama işlerini gerçekleştirir.
Passive Infra-Red (PIR) Sensör Nedir ?
PIR sensörleri ortamdaki sıcaklılara ve kızılötesi dalga değişimlerine göre hareketleri algılayan sensörlerdir. Bu sebeple hem kızılötesi hem de termal sensörlerin mantığına sahiptir. Bu sensörler en çok yaygın olarak alarm sistemleri üzerinde ve otomatik aydınlatma alanlarında kullanılırlar.
Hall Effect Sensör Nedir ?
Hall effect sensörleri, manyetik alanları algılayarak sinyal çıkışlarını sağlayan sensörlerdir. Bu sensörler çoğunlukla mesafe, hız, akım algılamada veya konumlandırmada kullanılmaktadırlar.
NTC/PTC Sensörler Nedir ?
NTC ve PTC ısıya duyarlı olan dirençlerdir. Yukarıda da bahsedildiği gibi bu sensörler kendileri bir sinyal üreterek geri dönüşünü beklemez direkt doğrudan ortamdan etkilenir. NTC, üzerine düşen sıcaklıklar arttıkça sahip olduğu direncin değeri düşer. Yani algıladığı ısı değerleri ile ters orantı olmaktadır. PTC’nin ise üzerine düşmekte olan sıcaklık arttıkça sahip olduğu direncin değeri de artmaktadır. Yani ısı ile doğru orantılıdır.
Yağmur Sensörü (Rain Sensor) Nedir ?
Bu tip sensörler su seviyesinin ölçümü, su damlası tespitleri ve yağmur sensörleri olarak kullanılabilmektedirler. Yağmur sensörleri, üzerlerine su düştüğü zaman bağlı olduğu kontrolcüye bilgi sinyali gönderir. Çeşitlerine ve bağlı oldukları devrelere göre de analog ya da dijital olarak çıkış sağlayabilmektedirler.
Robot Kontrol Kartları
Kontrol kartı, robotların temel karar mekanizmaları için gereken en temel bileşenlerden biridir.
Bu kart sayesinde çevredeki sensörlerden bilgi alınıp işlenir ve motor gibi çıkış birimlerine komutlar verilir. Temelde bu kontrol kartları bir bilgisayar olarak da düşünülebilir. Bu bilgisayar Arduino gibi mikrokontrolcü kartlar formunda ya da Raspberry Pi tek kart bilgisayarlar şeklinde olurlar.
Mikrokontrolcüler: Mikrokontrolcü kartlarıyla tek kart bilgisayarların en büyük ayrıldıkları nokta mikrokontrolcü kartların sadece bir programı çalıştıracağı düşünülmesidir. Ayrıca mikroişlemci ile mikrokontrolcü de oldukça farklı kavramlardır. Mikroişlemci, mikrokontrolcünün aritmetik ve lojik işlemlerinden sorumlu olan bir birimidir.
Tek Kart Bilgisayarlar: Tek kart bilgisayarlarsa, isimlerinden de anlaşılacağı üzere günlük hayatta kullanılmakta olan bilgisayarlar gibi işlev görürler. Bu demek oluyor ki, aynı anda birden çok programı çalıştırabilecek işlemci birimlerine sahiptirler. Bu özellik iyi gibi düşünülse de bu bilgisayarlar aynı anda birden fazla işlemi yaparken çok başarılı olamazlar.
Hangi Kontrol Kartı Tercih Edilmeli
Kontrol kartları tercih edilirken ilk dikkat edilmesi gereken nokta projenin karmaşıklık seviyesidir. Eğer komutlar takip edilerek veya çizgi izleme gibi görevleri yapacak şekilde basit bir mobil robot tasarlanacaksa mikrokontrolcüler iş görecektir.
Fakat görüntü işleme, yapay zeka tarzında işlem gücüne ihtiyaç duyacak olan görevlerde tercih tek kart bilgisayarlardan yana kullanılmalıdır. Bunun ek olarak tek kart bilgisayarın yanına bir mikrokontrolcü eklenerek birbirleri ile haberleşme sağlanır ve her iki dünyanın da iyi yanlarından faydalanmak mümkün olur.
İşlem gücünün haricinde, bir sonraki öncelik kullanılacak kontrol kartının giriş ve çıkış sayısıdır. Kullanılacak kontrolcünün robot projede giriş/çıkış birimine yetecek miktarda giriş/çıkışa sahip olması gerekir.
Örnek verilecek olursa, motor sürmede hız kontrolüne ihtiyaç duyulacaktır, kontrolcü motor sayısı kadar PWM çıkışına sahip olmalıdır.
Kontrol kartları tercih edilirken dikkat edilmesi gereken bir diğer nokta da desteklediği programlama dilleri ve popülaritesidir. Deneyimli olan kullanıcılar için popülarite çok önemli değildir ancak özellikle yeni başlayacaklar için kartların çeşitli çevre birimleriyle ilgili örnek programlar ve kütüphaneler, yapılmış daha başka benzer projeler bulması daha faydalı olacaktır.
Bir yanıt yazın