SENSÖR ÇEŞİTLERİ

Aktif sensörler

CNY70 
kontrast sensörüSinyallerini kendileri üretip bu sinyalin dış ortamla etkileşimlerini ölçen sensörlerdir. Şaft pozisyon sensörleri, IR sensörler, mesafe sensörleri ve ultrasonik uzaklık sensörleri gibi sensörler aktif sensörlerdendir. ( CNY70, Shaft encoder, Sharp uzaklık algılayacı sensörler...) Aktif sensörler sinyallerini kendileri yaydıklarından daha fazla enerji gerektirmektedir.

Shaft encoder
Pasif sensörler

Çevrelerinden aldıkları sinyalleri ölçen sensörlerdir. Anahtar tipi sensörler, ışık algılayıcı sensörler, piezoelektrik film sensörü, sıcaklık sensörü ve basınç sensörü gibi sensörler de pasif sensörlerdendir.
( touch sensör, LDR, NTC, PTC, DS1821, fototransistörler, fotodiyotlar, mikrofon...

YANSIMALI SENSÖRLER

Yansımalı sensör

Yansımalı sensörler ( reflective optosensors ) içerisinde IR led ve fototransistör bulunduran aktif sensörlerdir.  Yaydıkları IR ışığın geri yansıyıp fototransistör tarafından algılanması ile çalışırlar. IR ışığın geri yansıma miktarı  çarpıp geri geldiği yüzeyin rengine bağlıdır.


CNY70 
kontrast sensörüÇizgi izleyen robotlarda kullanılan CNY70 kontrast sensörü bu tip sensörlerdendir. CNY70 kontrast sensöründe de yayılan IR ışık siyah yüzeylerde emildiğinden yansıyan IR ışık miktarı ve şiddeti çok düşük olmakta ve bu mantıkla siyah ve beyaz renklerin ayırımı yapılabilmektedir.  Yansımalı sensörlerin algılaması algılanacak yüzeyle arasındaki mesafeye de bağlıdır. Mesafe arttıkça algılama kapasitesi düşecektir.
4 adet CNY70 sensörlü çizgi izleyen robot sensör devresini incelemek için tıklayınız.


ENCODERLER (ŞAFT POZİSYON ALGILAYICI)

encoder animasyon

Encoderler robot ve otomasyon projelerinde açısal dönme hızını ve düzeneğin açısal pozisyonunu belirlemek amacıyla kullanılır.

Encoder

Encoderin çalışma düzeneği yandaki şemada basitçe gösterilmiştir. Encoder diskinin üzerinde belirli aralıkla delikler vardır. Encoder diski dönerken IR ledin yaydığı ışık deliklerden geçer ve karşı taraftaki fototransistörü tetikler. Delik olmayan kısımlarda ise IR ışık fototransistörü tetikleyemez. Bu şekilde alınan sinyaller sayılabilir ve mikrodenetleyiciye gönderilebilir. Mikrodenetleyicide yazılı program ile sinyaller işlenerek gerekli işlemlerin gerçekleştirilmesi sağlanır.

şaft pozisyon algılayıcı encoder


Bir diğer encoder diskide üzerinde delikler yerine siyah ve beyaz renkte dilimler olan encoder diskleridir. Bu tip encoder disklerinde sensör olarak yansımalı sensörler kullanılır. Beyaz ve siyah renklerin algılanması sayesinde açısal dönem hızı ve pozisyon belirlenir.

ENGEL ALGILAMA SENSÖRLERİ

IR alıcı modüllerEngel tanıma sensörleri gelişmiş yansımalı sensörlerdir. Bu sensörler bir IR verici led tarafından yayılan IR ışığın IR alıcı modül ile toplanması mantığıyla çalışırlar. IR ışınların yayılımı kodlanmıştır ( uzaktan kumandalardaki gibi ) ve  kesik kesiktir. Sensörün kullanıldığı robot bir engelle karşılaştığında yayılan IR ışın geri yansır ve alıcı tarafından algılanır. Sensörün hassasiyeti IR ışığın gücüne, yansımanın olduğu yüzeyin rengine, şekline , yapısına , yansıma açısına ve alıcının hassasiyetine bağlı olarak değişebilir.

Engelden kaçan robot, sumo ve mini sumo robot ya da özel projelerinizde kullanabileceğiniz IR alıcı veri sensör devrelerini inceleyebilirsiniz.

3 sensörlü PIC16F628A kontrol devreli özel IR alıcı verici sensör kitini incelemek için tıklayınız.

MESAFE ALGILAMA SENSÖRLERİ

Sharp sensörler

Robot ve otomasyon projelerinde bazen sadece engeli algılamak yeterli olmayabilir. Mesafe algılaması gerektiren durumlardan SHARP mesafe algılayıcı sensörler kullanılır.


Sharp sensör çalışma prensibi


Yukarıdaki şema SHARP sensörlerin mesafeyi nasıl algıladıklarını göstermektedir. SHARP sensörün yaydığı IR ışık engele çarpıp geri yansır ve yansıyan IR ışık SHARP sensörün alıcısı tarafından algılanır. Engel ile SHARP sensör arasındaki mesafeye bağlı olarak IR ışığın yansıma açısı ve ışığın dedektör üzerinde düştüğü nokta değişir. Dedektör bu veriyi okur ve mesafeyi hesaplar.

Sharp 
sensör

SHARP GP2XX serisinde farklı algılama alanlarına sahip farklı sensörler bulunmaktadır. SHARP sensörler algılanan mesafeye göre farklı çıkış voltajlarında sinyaller verirler.

Yandaki grafik SHARP GP2D12 sensörünün mesafeye göre değişen çıkış voltajı değerlerini göstermektedir.
Grafiğin doğrusal olmaması yukarıdaki şemada gösterilen üçgensel bölgenin trigonometrik hesaplarından kaynaklanır.



 





ULTRASONİK SENSÖRLER

Ultrasonik sensörUltrasonik ses dalgaları 20 kHz ile 500 kHz arasında frekanslara sahip ses dalgalarıdır. Bizim duyabildiğimiz 300 Hz � 14000 Hz bandının üzerindedirler. Ultrasonik sensörler ultrasonik ses dalgaları yayan ve bunların engellere çarpıp geri dönmesine kadar geçen süreyi hesaplayarak aradaki uzaklığı belirleyebilen sensörlerdir. Bu sensörlerde bu kadar yüksek frekanslarda ses dalgalarının yayılmasının nedeni ; bu frekanslardaki dalgaların düzgün doğrusal şekilde ilerlemeleri , enerjilerinin yüksek olması ve sert yüzeylerden kolayca yansımasıdır. Ultrasonik sensörlerin algılama menzili uygun koşullarda 30 metreye varabilir. Ultrasonik sensörlerde iki adet transducer bulunur. Bunlardan biri ultrasonik speaker diğeri de ultrasonik mikrofondur. Elektronik devre ile ultrasonik speaker�dan ses dalgasının yayılma anı ile bu ses dalgasının engele çarpıp yansıyarak ultrasonik mikrofon tarafından algılanması arasındaki zaman ölçülür ve bu zamanın ikiye bölünüp ses hızı ile çarpılması sonucunda da engel ile ultrasonik sensör arasındaki mesafe hesaplanır. Robotlarda genellikle 40 kHz �ik ultrasonik sensörler kullanılmaktadır.

PIR (PASSIVE INFRA REDPYROELECTRIC INFRA RED) SENSÖRLER

PIR 
sensörPIR sensörler görüş alanlarındaki insanların ve sıcak kanlı canlıların yaydıkları IR ışıkları algılayabilen sensörlerdir. Genellikle hareket sensörü olarak kullanılırlar. ( hırsız alarmları, otomatik aydınlatma üniteleri gibi yerlerde ) PIR sensörlerdeki algılama mesafesinin arttırılması ortamdan gelen ışığın Freshnel lens (mercek filtre ) ile IR ışınların kırılma açılarının tam sensör üzerine düşürülüp odaklanmasıyla sağlanır. Canlı hareket ettiğinde sensörün çokgen yapısından dolayı algıladığı ışığın anlık olarak kesilip yeniden sensör üzerine düşmesi ile PIR sensör hareketi algılar. Yangın alarmlarında alev algılayan pyroelectric Infra red sensor kullanılır.


 

MİKROFON (SES SENSÖRÜ)

mikrofonSes algılaması gerektiren robot ve otomasyon projelerinde mikrofon kullanarak yapılan ses sensörü devreleri kullanılır. Mikrofonların içerisindeki membran ses dalgaların algılanması ile titreşir. Elektronik yükseltici devre bu titreşimleri elektrik sinyallerine dönüştürür ve böylece oluşturulan elektrik sinyalleri kullanılarak projede istenilen işlemler gerçekleştirilebilir. Sese yönelen robot projemizde mikrofonlarla kurulan ses sensörü devreleri kullanılmıştır.

SICAKLIK SENSÖRLERİ

Sıcaklık en sık ölçülen çevresel değerdir. Çünkü fiziksel, elektronik, kimyasal, mekanik ve biyolojik tüm sistemler sıcaklıktan etkilenir. Bu nedenle kontrol sistemlerinde sıcaklığın ölçülmesi ve belli değerlerde tutulması önemlidir. En çok kullanılan sıcaklık sensörleri: dirençsel sıcaklık sensörleri (RTD- Resistance Temperature Detector), ısıl çiftler (termokupl  - thermocouple), termistörler (NTC) ve entegre devre sıcaklık sensörleridir (IC - LM35, LM134, LM56, LM75... vb.).

ptcDirençsel sıcaklık sensörleri (RTD)
Bir metalin direncinin sıcaklık ile artması dirençsel sıcaklık sensörü RTD lerin temelidir. Metal iletkenlerden yapılmış olan elemanların dirençleri sıcaklık ile doğru orantılıdır. (PTC). Alaşım ve yarıiletkenlerde ise durum farklıdır. Pek çok yarıiletkenin direnci sıcaklık ile ters orantılıdır. RTD lerin dirençleri ne kadar yüksekse sistemdeki hata payı da o kadar düşük olacaktır. Demir, platin, nikel, 0.7 nikel-0.3 demir ve bakır gibi maddeler RTD imalatında en çok kullanılan maddelerdir. Bu malzemeler içerisinde en doğrusal sonuçları veren ve en ideal olanı platindir.
Platin RTD'lerin direnç değerleri, tel sarımlı laboratuar RTD'lerinde 10?'dan, ince plakalı RTD'lerde birkaç bin ?'a kadar değişmektedir. En çok bilinen değer 0°C'ta 100?'dur (PT100). RTD�er 0 °C'taki direnç değerleri ve kullanılan elemente göre adlandırılmıştır. (PT100, PT1000...).

RTD kendinden beslemeli bir aygıt değildir ve RTD üzerinden geçen akım da ısınmaya yol açacağından sistemde hatalara neden olabilir. Bu hataları en aza indirgenmesi ve doğru ölçümün yapılabilmesi için mümkün olan en küçük uyarma akımı kullanılmalıdır.

termistörTermistörler
RTD ler gibi termistörler de sıcaklığa duyarlı dirençlerdir. Ancak termistörler yarı iletken maddelerden yapılıdırlar ve yarıiletken maddelerin dirençleri sıcaklık ile ters orantılıdır.(NTC). Termistörler RTD lerden daha yüksek dirence sahiptirler ve bu da onları daha hassas yapan bir özelliktir. Çünkü yüksek dirençlerinden dolayı bağlantı uçlarının dirençlerinden kaynaklanan ölçüm hatası RTD'lerinkinden çok daha küçük olur. Sonuç olarak termistörler RTD ler ile ölçülemeyecek küçük sıcaklık değişimlerini ölçmek için kullanılabilir. Termistörlerin sıcaklık değişimlerine cevap verme hızı RTD lerden daha fazladır. Bu avantajlarının yanı sıra termistörlerin kullanım aralığının birkaç yüz derece ile sınırlı olması ve üst sınır sıcaklıklarına yakın sıcaklıklara uzun süre maruz kaldıklarında yeniden kalibrasyon gerektirmeleri gibi dezavantajları da vardır.

Isıl Çiftler (thermocouple, termokupl)

ısıl çift

Thomas Seebeck tarafından 1821 yılında icat edilen ısıl çiftler; iki farklı metalin ya da metal alaşımının her iki ucunun kaynakla birleştirilmesi sonucu oluşur. Resimde de görülen J1 noktasına sıcak nokta ya da ölçüm eklemi, diğer noktaya ise soğuk nokta ya da referans noktası denir. Sıcaklık farkı, Seebeck etkisi adı verilen sıcaklık farkıyla orantılı  bir elektromotor kuvveti oluşturur ve soğuk nokta uçlarında milivolt seviyesinde bir gerilime yol açar. Bu olay ısıl çiftlerin çalışma mantığıdır. En çok kullanılan ısıl çift tipleri ise şöyledir:

Tip

Malzemeler

Normal Değer Aralığı

J

Demir �Konstantan

-200 °C  ile 1190 °C arası

T

Bakır �Konstantan

-260 °C  ile 390 °C arası

K

Kromel �Alumel

-260 °C ile 1370 °C arası

E

Kromel �Konstantan

-260 °C ile 990 °C arası

S

%90 Platin +  %10 rodyum �platin

-40 °C ile 1760 °C arası

R

%87 Platin +  %13 rodyum �platin

-40 C ile 1760 °C arası

B

%70 Platin + %30 Rh �platin

0 °C ile 1810 °C arası

N

Nikrosil �Nisil

-260 °C ile 1290 °C arası

Isıl çiftlerde en çok kullanılan alaşımlar; constantan (bakır �nikel), chromel (nikel �krom), alumel
(nikel �alüminyum), nikrosil (nikel �krom �silisyum) ve nisil (nikel � silisyum).

LM35Entegre devre sıcaklık sensörleri
Yarı iletken entegre devrelerin gelişmesi ile tümdevre sıcaklık sensörleri ortaya çıkmıştır. Germanyum ve silisyum içerisine karıştırılan kristaller ile üretilen sıcaklık sensörleri kullanılmaktadır. Germayum kristal malzemelerin dirençleri sıcaklık ile ters orantılıdır. Silisyum kristal malzemelerin dirençleri ise sıcaklıkla doğru orantılıdır. Germanyum silisyum malzemelerin sıcaklık sensörü olarak çalışma mantığı; normal germanyum silisyum PN birleşmeli diyotlarda oluşan nötr bölgenin sıcaklık arttırılarak aşılması sonucu bu bölgeden akım geçmesinin sağlanmasıdır. Sıcaklık arttıkça bu bölgeden geçen akım da artar.

Bu ilkeye göre çalışan yarı iletken sıcaklık sensörleri ( LMXXX ) ; sıcaklığa bağlı gerilim üreten ve sıcaklığa bağlı akım üretenler olmak üzere iki tiptir. Sıcaklığa bağlı gerilim üreten sensörler LM135 - LM235 - LM335  ( Kelvin ), LM35 �LM45 ( Celcius ), LM34 ( Fahrenheit ) gibi sensörlerdir. Bu sensörler kırılma gerilimi sıcaklıkla orantılı olan bir zener diyot gibi çalışan monolitik sıcaklık sensörleridir. Sıcaklığa bağlı akım üreten sensörler ise LM134 , LM234, LM334 sensörleridir. Bu sensörlerin akım çıkışları sıcaklık ile orantılıdır. Bu sensörlerin hassaslıkları bir dış direnç kullanımı ile ayarlanabilir. Hassasiyetleri 1 µA / °C ile 3 µA / °C arasında değişir.

TOUCH SENSÖRLER (DOKUNMA SENSÖRLERİ, LİMİT SWİTCH)

Touch 
sensör , Limit SwitchRobot çalışmalarında sıklıkla kullanılan touch sensörler aslında basit anahtarlardır. Touch sensör robotun bir cisme temas edip etmediğini ya da sınırlandırılması gereken bir hareketin tamamlanıp tamamlanmadığını algılamak için ( limit switch ) kullanılır.

Touch sensör, limit 
switchTouch sensörler robot cisme temas ettiği zaman sensörün bağlı olduğu devreyi açar ya da kapatır. Açma ve kapama sinyalleri lojik 0 ve lojik 1 değerleri ile mikrodenetleyiciye gönderilir ve böylece robot programına göre bu değerleri işleyerek yapılması gereken işlemleri yerine getirir. (motor çıkış sinyalleri gönderme, led yakma, buzzer çalıştırma� vb.)
Yandaki resimde bir touch sensörün limit switch olarak kullanıldığı bir düzenek örneği gösterilmiştir. Bu düzenekte motorun dönüş miktarı bir touch sensör kullanılarak sınırlandırılmıştır. Motora bağlı olan parça gerekli dönüş miktarı tamamlandığında touch sensöre temas ederek anahtarlama yapar ve motorun durması sağlanır.

BASINÇ SENSÖRLERİ

Basınç SensörüYandaki şema bir basınç sensörünün çalışma mantığını basitçe açıklamaktadır. Basınç sensörleri robotun bir yere çarpması ya da teması durumunda doğan basıncın ölçülmesini sağlar. Robot kol uygulamaları gibi projelerde basınç sensörleri robot kol ile tutulan cisme uygulanan basıncın kontrol edilmesi için kullanılabilir.

Basınç sensörleri basıncı elektriksel sinyallere çeviren bir devre ile kullanılır. Bu basınç sensörü 1-30 k.ohm arasında değişebilen direnç değerlerinin ölçülebildiği bir değişken (variable) direnç gibi düşünülebilir. Basınç sensörünü kullanmak için yapılan devreye basınç sensörüne seri olacak şekilde bir başka direnç bağlanır ve elde edilen değerlerin LM339 kullanılarak karşılaştırılması sonucunda LM339 �dan basınç miktarına bağlı olarak değişen gerilimlerde çıkışlar alınır.

DENGE VE EĞİM SENSÖRLERİ (CİVALI SENSÖRLER)

Denge , eğim sensörüBazı otomasyon sistemlerinde ya da robot projelerinde eğimin algılanması gerekebilir. Bu durumlarda eğimi algılayabilmek için içlerinde civa damlacığı ya da metal bilye bulunan eğim sensörleri kullanılır. Bu sensörler bulundukları konuma göre içlerindeki civa damlacığının ya da metal bilyenin sensör içerisindeki anahtarları açması ya da kapamasıyla çalışır. Bu çalışma şekli şemada basitçe gösterilmiştir.

Yorum Yaz