- Mi az érzékelő?
- Érzékelők típusai:
- IR LED:
- Fotódióda (fényérzékelő):
- LDR (fényfüggő ellenállás):
- Termisztor (hőmérséklet-érzékelő):
- Hőelem (hőmérséklet-érzékelő):
- Nyúlásmérő (nyomás / erő érzékelő):
- Mérőcella (súlyérzékelő):
- Potenciométer:
- Encoder:
- Hall érzékelő:
- Flex érzékelő:
- Mikrofon (hangérzékelő):
- Ultrahangos érzékelő:
- Érintésérzékelő:
- PIR érzékelő:
- Gyorsulásmérő (dőlésérzékelő):
- Gázérzékelő:
Az automatizálás korszaka már elkezdődött. A legtöbb dolog, amit most használunk, automatizálható. Az automatizált eszközök megtervezéséhez először tudnunk kell az érzékelőkről, ezek azok a modulok / eszközök, amelyek segítenek a dolgok emberi beavatkozás nélküli elvégzésében. Még a mindennapi használatban lévő mobiloknál vagy okostelefonoknál is lesz néhány érzékelő, például hall érzékelő, közelségi érzékelő, gyorsulásmérő, érintőképernyő, mikrofon stb. Ezek az érzékelők minden elektromos berendezés szemeként, füleként, orraként működnek, amelyek érzékelik a külvilág paramétereit, és eszközök vagy mikrokontroller leolvasása.
Mi az érzékelő?
Az érzékelő olyan eszközként definiálható, amely felhasználható a fizikai mennyiség, például erő, nyomás, feszültség, fény stb. Érzékelésére / detektálására, majd a kívánt kimenetre alakítására, mint az elektromos jel, az alkalmazott fizikai mennyiség mérésére . Néhány esetben a szenzor önmagában nem elegendő a kapott jel elemzéséhez. Ezekben az esetekben egy jel-kondicionáló egységet használnak annak érdekében, hogy az érzékelő kimeneti feszültségszintje a kívánt tartományban maradjon az általunk használt végberendezéshez képest.
A jel kondicionáló egységben az érzékelő kimenete felerősíthető, szűrhető vagy módosítható a kívánt kimeneti feszültségre. Például, ha figyelembe vesszük egy mikrofont, akkor észleli az audio jelet, és átvált a kimeneti feszültségre (millivoltban kifejezve), ami megnehezíti a kimeneti áramkör meghajtását. Tehát egy jel kondicionáló egységet (erősítőt) használnak a jel erősségének növelésére. De a jel kondicionálása nem feltétlenül szükséges minden érzékelőnél, például fotodióda, LDR stb.
Az érzékelők többsége nem képes önállóan működni. Tehát elegendő bemeneti feszültséget kell alkalmazni rá. Különböző érzékelők különböző működési tartományokkal rendelkeznek, amelyeket figyelembe kell venni a munka közben, különben az érzékelők tartósan megsérülhetnek.
Érzékelők típusai:
Nézzük meg a piacon elérhető különféle érzékelőket, és beszéljük meg azok működését, működését, alkalmazását stb. Megbeszéljük a különböző érzékelőket, például:
- Fényérzékelő
- IR érzékelő (IR adó / IR LED)
- Fotodióda (IR vevő)
- Fényfüggő ellenállás
- Hőmérséklet szenzor
- Termisztor
- Hőelem
- Nyomás / erő / súly érzékelő
- Nyúlásmérő (nyomásérzékelő)
- Tehercellák (súlyérzékelő)
- Pozíció érzékelő
- Potenciométer
- Encoder
- Hall-érzékelő (mágneses mező észlelése)
- Flex Sensor
- Hangérzékelő
- Mikrofon
- Ultrahangos érzékelő
- Érintse meg az Érzékelő elemet
- PIR érzékelő
- Dőlésérzékelő
- Gyorsulásmérő
- Gázérzékelő
A projektünk vagy alkalmazásunk alapján ki kell választanunk a kívánt érzékelőt. Ahogy korábban említettük, működésük érdekében megfelelő feszültséget kell alkalmazni a specifikációik alapján.
Most nézzük meg a különféle érzékelők működési elvét, és azt, hogy ez hol látható a mindennapi életünkben, vagy annak alkalmazásában.
IR LED:
IR Transmitter néven is hívják. Arra használják, hogy infravörös sugarakat bocsát ki. Ezeknek a frekvenciáknak a tartománya nagyobb, mint a mikrohullámú frekvenciák (azaz> 300 GHz-től néhány száz THz-ig). Az infravörös LED által generált sugarakat az alábbiakban ismertetett Photodiode érzékeli. Az IR LED és a fotodióda párját IR érzékelőnek hívják. Így működik az IR-érzékelő.
Fotódióda (fényérzékelő):
Ez egy félvezető eszköz, amelyet a fénysugarak észlelésére használnak, és többnyire IR vevőként használják . Felépítése hasonló a normál PN csatlakozási diódához, de a működési elv eltér ettől. Mint tudjuk, a PN csomópont kis szivárgási áramokat tesz lehetővé, ha fordított előfeszített, így ezt a tulajdonságot használják a fénysugarak detektálására. A fotodióda úgy van kialakítva, hogy fénysugarak essenek a PN csomópontra, ami a szivárgási áram növekedését eredményezi az általunk alkalmazott fény intenzitása alapján. Tehát ilyen módon fotodióda használható a fénysugarak érzékelésére és az áramkörön keresztüli áram fenntartására. Itt ellenőrizheti a fotodióda működését IR érzékelővel.
Egy fotodióda segítségével megépíthetünk egy alapvető automatikus utcai lámpát, amely akkor világít, amikor a napfény intenzitása csökken. De a fotodióda akkor is működik, ha kis mennyiségű fény esik rá, ezért ügyelni kell.
LDR (fényfüggő ellenállás):
Mivel maga a név meghatározza, hogy az ellenállás a fényintenzitástól függ. A fotovezetés elvén működik, amely a fény miatti vezetést jelenti. Általában kadmium-szulfidból áll. Amikor a fény az LDR-re esik, az ellenállása csökken és hasonlóan működik, mint egy vezető, és ha nem esik rá fény, akkor az ellenállása majdnem az MΩ tartományban van, vagy ideális esetben nyitott áramkörként működik . Az LDR esetében figyelembe kell venni, hogy nem reagál, ha a fény nincs pontosan a felületére fókuszálva.
Tranzisztort használó megfelelő áramkörökkel fel lehet használni a fény rendelkezésre állásának detektálására. Az LDR-re cserélt R2-vel (ellenállás a bázis és az emitter között) ellátott feszültségosztó előfeszített tranzisztor fénydetektorként működhet. Itt ellenőrizheti az LDR-alapú különféle áramköröket.
Termisztor (hőmérséklet-érzékelő):
A hőmérsékletváltozás detektálására termisztor használható . Negatív hőmérsékleti együtthatóval rendelkezik, ami azt jelenti, hogy amikor a hőmérséklet nő, az ellenállás csökken. Tehát a termisztor ellenállása változtatható a hőmérséklet emelkedésével, amely nagyobb áramot eredményez rajta. Az áramlás ezen változásával meghatározható a hőmérsékletváltozás mértéke. A termisztor egyik alkalmazása a hőmérséklet-emelkedés észlelésére és a tranzisztor áramkör szivárgási áramának szabályozására szolgál, amely segít fenntartani annak stabilitását. Itt van egy egyszerű alkalmazás a Thermistor számára az egyenáramú ventilátor automatikus vezérléséhez.
Hőelem (hőmérséklet-érzékelő):
Egy másik komponens, amely képes érzékelni a hőmérséklet változását, egy hőelem. Felépítésénél két különböző fémet egyesítenek, és egy kereszteződést alkotnak. Fő elve az, amikor két különböző fém találkozási pontját felmelegítik vagy magas hőmérsékletnek teszik ki, a termináljukon áteső potenciál változik. Tehát a változó potenciál tovább felhasználható a hőmérsékletváltozás mértékének mérésére.
Nyúlásmérő (nyomás / erő érzékelő):
A nyomás érzékelésére feszültségmérővel szolgál a terhelés . Az ellenállás elvén működik, tudjuk, hogy az ellenállás egyenesen arányos a vezeték hosszával, és fordítottan arányos annak keresztmetszeti területével (R = ρl / a). Ugyanez az elv alkalmazható itt a terhelés mérésére. A hajlékony deszkán egy huzatot cikk-cakk módon rendeznek el, az alábbi ábra szerint. Tehát, amikor az adott táblára nyomást gyakorolunk, az abba az irányba hajlik, ami megváltoztatja a huzal teljes hosszát és keresztmetszetét. Ez a huzal ellenállásának változásához vezet. Az így kapott ellenállás nagyon perc (néhány ohm), amelyet a Wheatstone híd segítségével lehet meghatározni. A nyúlásmérőt a híd négy karjának egyikébe helyezzük, a fennmaradó értékek változatlanok. Ezért,amikor a nyomást rá gyakorolják, mivel az ellenállás megváltozik, a hídon áthaladó áram változik, és kiszámítható a nyomás.
A nyúlásmérőket elsősorban arra használják, hogy kiszámítsák azt a nyomásmennyiséget, amelyet egy repülőgép szárnya képes ellenállni, és arra is használják, hogy mérjék az adott úton megengedett járművek számát stb.
Mérőcella (súlyérzékelő):
A terhelő cellák hasonlóak a feszültségmérőkhöz, amelyek a fizikai mennyiséget, mint az erőt mérik, és a kimenetet elektromos jelek formájában adják meg. Ha valamilyen feszültséget gyakorolnak a mérőcellára, annak szerkezete változik, ami az ellenállás változását okozza, és végül értéke Wheatstone híddal kalibrálható. Itt található a súlymérés projektje a terhelésmérő cellával.
Potenciométer:
A helyzet érzékelésére potenciométert használnak . Általában különféle ellenállástartományokkal rendelkezik, amelyek a kapcsoló különböző pólusaihoz vannak kapcsolva. A potenciométer lehet rotációs vagy lineáris típusú. Forgótípusban az ablaktörlő egy hosszú forgatható tengelyhez van csatlakoztatva. Amikor a tengely elfordult, az ablaktörlő helyzete úgy változik, hogy az eredő ellenállás változik, ami a kimeneti feszültség változását okozza. Így a kimenet kalibrálható a helyzet változásának észlelésére.
Encoder:
A helyzet változásának észleléséhez kódoló is használható. Kör alakú, forgatható lemezszerű felépítéssel rendelkezik, amelyek között speciális nyílások vannak, így amikor az infravörös vagy a fénysugár áthalad rajta, csak néhány fénysugár észlelhető. Ezenkívül ezeket a sugarakat digitális adatokká kódolják (bináris értelemben), amelyek az adott helyzetet képviselik.
Hall érzékelő:
Maga a név azt állítja, hogy az érzékelő működik a Hall-effektuson. Meghatározható úgy, hogy amikor egy mágneses mezőt az áramvezető vezetőhöz közelítünk (merőleges az elektromos tér irányára), akkor potenciálkülönbség alakul ki az adott vezetőn. Ennek a tulajdonságnak a felhasználásával egy Hall szenzort használnak a mágneses tér detektálására, és a kimenetet feszültség szempontjából adja meg. Ügyelni kell arra, hogy a Hall-érzékelő a mágnesnek csak egy pólusát tudja felismerni.
A hall-érzékelőt néhány okostelefonban használják, amelyek segítenek a képernyő kikapcsolásában, amikor a fedél fedele (amelynek mágnese van) zárva van a képernyőn. Itt található a Hall Effect érzékelő egyik gyakorlati alkalmazása az Ajtó riasztásban.
Flex érzékelő:
A FLEX érzékelő olyan jelátalakító, amely alakját megváltoztatva vagy hajlítva megváltoztatja ellenállását . A FLEX érzékelő hosszúsága 2,2 hüvelyk, vagy ujjhosszúságú. Ábrán látható. Egyszerűen szólva az érzékelő kapcsa ellenállása megnő, ha meghajlik. Az ellenállásnak ez a változása csak akkor hozhat jót, ha ki tudjuk olvasni őket. A kézben lévő vezérlő csak a feszültség változását tudja leolvasni, és nem kevesebbet, ehhez feszültségosztó áramkört fogunk használni, ezzel levezethetjük az ellenállás változását feszültségváltozásként. Itt megtudhatja a Flex Sensor használatát.
Mikrofon (hangérzékelő):
A mikrofon az összes okostelefonon vagy mobilon látható. Észlelni tudja az audio jelet és átalakítani kisfeszültségű (mV) elektromos jelekké. A mikrofon sokféle lehet, például kondenzátoros mikrofon, kristálymikrofon, szénmikrofon stb., Mindegyik típusú mikrofon olyan tulajdonságokkal dolgozik, mint a kapacitás, a piezoelektromos hatás, az ellenállás. Lássuk egy kristálymikrofon működését, amely a piezoelektromos effektuson működik. Olyan bimorf kristályt használnak, amely nyomás vagy rezgés hatására arányos váltakozó feszültséget eredményez. A membrán egy meghajtótüskén keresztül kapcsolódik a kristályhoz, így amikor a hangjel megüt a membránon, akkor oda-vissza mozog,ez a mozgás megváltoztatja a meghajtócsap helyzetét, amely rezgéseket okoz a kristályban, így váltakozó feszültség keletkezik az alkalmazott hangjelhez képest. A kapott feszültséget egy erősítőbe tápláljuk a jel teljes erősségének növelése érdekében. Itt vannak a mikrofonon alapuló különféle áramkörök.
A Mikrofon értékét decibelben is konvertálhatja valamilyen mikrovezérlővel, például Arduino.
Ultrahangos érzékelő:
Az ultrahangos nem jelent mást, csak a frekvenciatartományt. Tartománya nagyobb, mint a hallható tartomány (> 20 kHz), így még bekapcsolt állapotban sem érzékelhetjük ezeket a hangjeleket. Csak bizonyos hangszórók és vevők érzékelik ezeket az ultrahangos hullámokat. Ezt az ultrahangos érzékelőt használják az ultrahangos adó és a cél közötti távolság kiszámítására, valamint a cél sebességének mérésére is .
A HC-SR04 ultrahangos érzékelővel 2 mm és 400 cm közötti távolság mérhető 3 mm pontossággal. Lássuk, hogyan működik ez a modul. A HCSR04 modul hangrezgést generál ultrahangtartományban, amikor a 'Trigger' csapot magasra teszjük kb. 10 us-ig, amely 8 ciklusú hangrobbantást küld a hang sebességével, és miután az objektumot eltalálta, az Echo csap fogadja. Attól függően, hogy a hangrázkódás mennyi időt vesz igénybe a visszatéréshez, biztosítja a megfelelő impulzus kimenetet. Kiszámíthatjuk az objektum távolságát az ultrahangos hullám által az érzékelőhöz való visszatéréshez szükséges idő alapján. Tudjon meg többet az ultrahangos érzékelőről itt.
Az ultrahangos érzékelővel számos alkalmazás létezik. Használhatjuk az automatizált autók, mozgó robotok stb. Akadályainak elkerülésére. Ugyanezt az elvet fogják alkalmazni a RADAR-ban a behatoló rakéták és repülőgépek észlelésére. A szúnyog érzékeli az ultrahangos hangokat. Tehát az ultrahangos hullámok felhasználhatók szúnyogriasztóként.
Érintésérzékelő:
Ebben a generációban elmondhatjuk, hogy szinte mindannyian olyan okostelefonokat használnak, amelyek szélesképernyős képernyővel rendelkeznek, és érzékelik az érintésünket. Lássuk, hogyan működik ez az érintőképernyő. Alapvetően kétféle érintésérzékelő létezik: rezisztív alapú és kapacitív alapú érintőképernyő . Tudjunk meg röviden ezekről az érzékelőkről.
Az ellenálló érintőképernyőnek az alján van egy ellenálló lemez, az ernyő alatt pedig egy vezetőképes lap van, amelyeket mind a lapokra kis feszültségű légrés választ el. Amikor megnyomjuk vagy megérintjük a képernyőt, a vezetőlemez abban a pontban megérinti az ellenállólapot, ami áramot okoz az adott ponton, a szoftver érzékeli a helyet és a megfelelő műveletet végrehajtják.
Míg a kapacitív érintés a testünkön elérhető elektrosztatikus töltésen működik. A képernyő már tele van az összes elektromos mezővel. Amikor megérintjük a képernyőt, a testünkön átáramló elektrosztatikus töltés miatt szoros áramkör alakul ki. Ezenkívül a szoftver meghatározza a végrehajtandó helyet és a műveletet. Megfigyelhetjük, hogy a kapacitív érintőképernyő nem fog működni, ha kézikesztyűt visel, mert az ujj (ok) és a képernyő között nincs vezetés.
PIR érzékelő:
A PIR érzékelő a passzív infravörös érzékelőt jelenti. Ezeket emberek, állatok vagy dolgok mozgásának detektálására használják . Tudjuk, hogy az infravörös sugarak visszatükröződnek. Amikor egy infravörös sugár eltalál egy tárgyat, a cél hőmérsékletétől függően az infravörös sugár tulajdonságai megváltoznak, ez a vett jel határozza meg a tárgyak vagy az élőlények mozgását. Még ha a tárgy alakja is megváltozik, a visszavert infravörös sugarak tulajdonságai pontosan megkülönböztethetik az objektumokat. Itt van a teljes működő vagy PIR érzékelő.
Gyorsulásmérő (dőlésérzékelő):
A gyorsulásmérő érzékelő érzékeli annak dőlését vagy mozgását egy adott irányban . A föld gravitációja által okozott gyorsulási erő alapján működik. Apró belső részei annyira érzékenyek, hogy ezek reagálni fognak egy kis külső helyzetváltozásra. Van piezoelektromos kristálya, ha megdőlve zavart okoz a kristályban, és potenciált generál, amely meghatározza a pontos helyzetet az X, Y és Z tengelyhez képest.
Ezeket általában a mobilokban és a laptopokban látják, hogy elkerüljék a processzor vezetőinek törését. Amikor a készülék leesik, a gyorsulásmérő észleli az esési állapotot, és a szoftver alapján elvégzi a megfelelő intézkedéseket. Íme néhány projekt, amely az Accelerometer-t használja.
Gázérzékelő:
Ipari alkalmazásokban a gázszenzorok nagy szerepet játszanak a gázszivárgás észlelésében. Ha ilyen eszközöket nem telepítenek az ilyen területekre, az végül hihetetlen katasztrófához vezet. Ezeket a gázérzékelőket különféle típusokba sorolják a detektálandó gáz típusa alapján. Lássuk, hogyan működik ez az érzékelő. A fémlemez alatt van egy érzékelőelem, amely csatlakozik a csatlakozókhoz, ahol áramot vezetnek rá. Amikor a gázrészecskék eltalálják az érzékelő elemet, az kémiai reakcióhoz vezet, így az elemek ellenállása változik, és a rajta keresztüli áram is megváltozik, amely végül képes detektálni a gázt.
Végül tehát arra a következtetésre juthatunk, hogy az érzékelőket nemcsak arra használjuk, hogy munkánkat egyszerűbbé tegyük a fizikai mennyiségek mérésére, ezáltal az eszközök automatizálódjanak, hanem katasztrófában szenvedő élőlények segítésére is.