Sensör Sistemleri 01 Şubat 2025, 13:54
Sensör kelimesi İngilizce “Sense” yani his kelimesinden türemiştir. Algılama işini yapan sistem veya elemanlardır. Fiziksel ortamla elektronik cihazları birbirine bağlayan bir köprü görevi görürler. Sistemdeki sensör veya sensör gruplarının yapısı hangi değişkene duyarlı ise sistem dışındaki değişkeni algılar ve elde ettiği değerleri sistemin karar verme birimine yollar.
Günlük hayatımızın neredeyse her alanında karşımıza çıkarlar. Lavabolardaki musluklardan, lambalara, otomatik kapılara, cep telefonumuzdan arabalara kadar kullanım alanları çok geniştir. Ayrıca otomasyon sistemlerinde ve robotikte de sensörler hayati önem taşırlar. Bir robot ya da bir otomasyon sistemi, çevresindeki bazı değişkenleri algılamak, yorumlamak ve ona göre karar vermek zorundadır. Bu algılama işlevi de gene sensörler aracılığıyla yapılır. Otonom ve yarı otonom araçlar sensörlerden alınan bilgilerden hareketle sürüşlerini gerçekleştirebilirler.
Sensörler yapısı gereği fiziksel ortamdan alınan verileri çeşitli değişkenler biçiminde ifade eder. Elde edilen verinin kullanılması için uygun sensör çeşitlerinin kullanılması gerekir. Sensörler tarafından algılanan değişkenler şöyle sıralanabilir:
Mekanik Sensörler: Uzunluk, alan, miktar, kütlesel akış, kuvvet, tork (moment), basınç, hız, ivme, pozisyon, ses dalga boyu ve yoğunluğu gibi mekaniksel değişken değerlerini ölçülebilir.
Termal Sensörler: Sıcaklık, ısı akışı gibi değişkenler ölçülebilir.
Elektriksel Sensörler: Voltaj, akım, direnç, endüktans, kapasitans, dielektrik katsayısı, polarizasyon, elektrik alanı ve frekans gibi elektriksel değerler ölçülebilir.
Manyetik Sensörler: Alan yoğunluğu, akı yoğunluğu, manyetik moment, geçirgenlik gibi manyetik alana bağlı değişkenlerin değerleri ölçülebilir.
Işıma Sensörleri: Yoğunluk, dalgaboyu, polarizasyon, faz, yansıtma, gönderme gibi ışık etkili sensör çeşitlerindendir.
Kimyasal Sensörler: Yoğunlaşma, içerik, oksidasyon/redaksiyon, reaksiyon hızı, pH miktarı gibi kimyasal değerlerin ölçüldüğü sensör türleridir. (Bu kısım çıkartılabilir)
Günümüz piyasasında çok çeşitli sensörler bulunmaktadır. Bu sensörler için farklı gruplandırmalar yapılır, bu gruplandırmalardan biri de aktif sensörler ve pasif sensörler şeklindedir.
Pasif Sensörler, sinyal üretebilmek için dışarıdan harici hiçbir güç kaynağına ihtiyaç duymayan fiziksel ya da kimyasal değerleri istenilen çıkış değişkenine dönüştürebilen sensörlerdir. Sadece giriş değişkenlerini ölçerek tepki verirler. Buton ve anahtarlar en basit örneği olduğu gibi, potansiyometre, limit anahtarı, ısı sensörleri, basınç sensörleri, LDR, fototransistörler, fotodiyotlar ve mikrofonlar örnek olarak söylenebilir.
Aktif Sensörler, sinyal üretebilmesi için dışarıdan harici bir güç kaynağına ihtiyaç duyan sensörlerdir. Bu sensörlerin en önemli özelliklerinden biri düşük sinyalli ölçmelerde kullanılmasıdır. Bundan dolayı oldukça hassas ölçüm yapabilirler. Aktif sensörler, ürettiği sinyal türüne göre analog veya dijital sinyal çıkışı vermektedirler. Dijital olarak 0 ya da 1 çıkışını vermektedirler. Çıkış sinyali analog olan sensörler ise gerilimsel ya da akımsal çıkış verebilirler. Gerilim sinyali olarak genellikle 0-5V arasında bir gerilim vermektedirler. Akım sinyali olarak ise genellikle 4-20mA arası bir çıkış vermektedirler.
Isı sensörleri, ortamdaki sıcaklık değişimini algılamamıza yarayan sensör çeşididir. Bu sensörler sıcaklık ile direnci değişen maddelerden (nikel, bakır veya kobaltın karışımı) imal edilmektedir. Sıcaklıkla direnci artan eleman türleri PTC, sıcaklıkla direnci azalan eleman türleri NTC olarak adlandırılır. Yarı iletken teknolojisi ile sıcaklık ölçen entegre sensörler de mevcuttur.
Potansiyometrik sensörler, pozisyon ve seviye belirleme işlemlerinde kullanılır. Bu işlem referans olarak seçilen bir cismin koordinatlarının takip edilmesi ile gerçekleşir. Potansiyometrinin direnç değerini takip ederek mesafe ölçümü yapılır. Örnek olarak gösterilebilecek en iyi sistem hobi amaçlı olan dc servo motorlardır. Bu motorların içyapısında açısal olarak mesafe ölçümü yapan bir potansiyometre mevcuttur. Encoderlar robot ve otomasyon projelerinde açısal dönme hızını ve düzeneğin açısal pozisyonunu belirlemek amacıyla kullanılır.
Manyetik Sensörler, bobin yardımıyla elde edilen manyetik alan etkisinden faydalanılarak elde edilen sensör çeşididir. Günlük hayatımızda pek çok alanda kullanılmaktadır. Bunlara örnek olarak hazine arama detektörü, X-Ray cihazları ve tıp elektroniğinde sıkça kullanılmaktadır.
Basınç sensörleri, her türlü fiziki basınç ve kuvvet değişimini algılayan ve bu değişikliği elektriksel sinyallere dönüştüren elemanlardır. Kapasitör plakaların hareketine göre, direnç değişimine göre ve piezzo elektrik maddelerde oluşan küçük akım ve voltajı hesaplayarak çalışan türleri vardır.
Optik sensörler, ışık şiddetlerine göre direncin artması veya azalması prensibine göre çalışmaktadır. Fotosel olarak da adlandırılır. Ldr (fotodirenç), foto diyot, foto transistör örnek olarak gösterebilir. IR ve yansıtmalı sensörler bir cismin varlığını veya mesafesini algılamaya yarar. Günlük hayatta çok yaygın kullanımı mevcuttur. Lambalarda, musluklarda, otomatik kapılarda kullanılır.
Ses sensörleri, havadaki basınç değişikliğini algılayarak sesi elektrik sinyale dönüştürler, mikrofon (ses sensörleri) olarak da adlandırılır. En yaygın mikrofon türü olan dinamik mikrofonlar ses dalgaları ile hareket eden diyaframa bağlı bobinin sabit bir mıknatıs içinde hareket etmesinden dolayı bobin uçlarında oluşan gerilim değişimine bağlı olarak çalışır. Bunların dışında kapasitörde oluşan akıma göre, manyetik alan esasına dayalı, kristal tozlarda oluşan basınç etkisi ile ses dalgalarını elektronik ortama aktaran mikrofonlar mevcuttur. Ultrasonik sensörler ses dalgaları kullanarak cisimleri ve uzaklıklarını algılar.
Cep telefonlarında, parmak izi sensörü, güvenlik amaçlı parmak izlerini tanımaya, barometre hareket süresince yakılan kaloriyi, RGB renk sensörü ortamın ışık seviyesine göre ekran parlaklığının otomatik olarak ayarlamaya, el hareket sensörü el hareketleriyle telefon ile etkileşimde bulunmanızı yakınlık sensörü telefon görüşmesi yaptığınız sırada ekranı kapatmaya, jiroskop telefon ekranını yukarı ya da aşağı eğerek kolaylıkla metinleri okuyabilmeyi hareket sensörü atılan adımları ölçmeye jeomanyetik sensör kuzey, güney, batı ve doğu gibi yönleri saptamaya yarar. Sensörlü lambanın sensörü hareket eden nesneyi (sıcaklık veya hareket yönünden) saptayarak kontrol paneline gönderir ve oluşan potansiyel farktan dolayı ışık açılır. Günümüzde taşıtlarda yirmiden fazla sensör bulunur. Araçta oluşan herhangi bir problemi tespit için veya araçtaki yakıt vb şeylerin seviyesini güncel olarak kontrol için sensörler kullanılır.
