Sensör
Sensör,, fiziksel bir olayı tespit etmek amacıyla bir çıkış sinyali üreten cihazdır.
Sensör, ısı, ışık, nem, ses, basınç, kuvvet, elektrik, uzaklık, ivme gibi fiziksel ya da pH gibi kimyasal büyüklükleri elektrik sinyallerine çeviren düzeneklerin genel adıdır.
İnsanların çevrelerinde olup bitenleri duyu organlarıyla algılamasına benzer biçimde, makineler de sıcaklık, basınç, hız ve benzeri değerleri algılayıcıları vasıtasıyla algılarlar. Örneğin, sıcaklık sensörü değişen ortam sıcaklığına bağlı olarak bacakları arasında elektrik potansiyel farkı (gerilim) oluşturur. Bu bilgi bir mikrodenetleyiciye aktarıldığında kapalı çevrim bir sıcaklık kontrol ünitesi elde edilir.
Sensör her zaman diğer elektronik cihazlarla kullanılır.
Sensörler çoğu insanın hiç farkında olmadığı sayısız uygulamanın yanı sıra dokunmaya duyarlı asansör düğmeleri (dokunsal sensör) ve tabanına dokunulduğunda kararan veya parlaklaşan lambalar gibi çeşitli nesnelerde kullanılır.
Mikro makine ve kullanımı kolay mikrodenetleyici platformlardaki gelişmelerle sensörlerin kullanımı geleneksel sıcaklık, basınç veya debi ölçüm alanlarının [1] (örneğin MARG sensörleri gibi) ötesine geçti. Ayrıca potansiyometre ve kuvvet algılama direnci gibi analog sensörler de hala kullanılmaktadır. Uygulamalar arasında imalat, makine, uçaklar ve havacılık, arabalar, tıp, robotik ve günlük yaşamımızdaki teknolojik araçlar vardır.
Malzemelerin, kırılma indisi ölçen optik sensörler, viskozite ölçümü için titreşim sensörleri ve sıvı pH'ını izlemek için elektro-kimyasal sensörler gibi kimyasal ve fiziksel özelliklerini ölçen çeşitli sensörler de vardır.
Bir sensörün hassasiyeti ölçülen girdi miktarı değiştiğinde sensör çıktısının ne kadar değiştiğini gösterir. Örneğin termometredeki cıva, sıcaklık 1 °C değiştiğinde 1 cm hareket ederse duyarlılık 1 cm/°C'dir (doğrusal bir karakteristiğin varsayıldığı temelde dy/dx eğimdir).
Bazı sensörler ölçtüğü şeyi etkileyebilir. Örneğin sıcak bir sıvı kabına yerleştirilen termometre, sıvı termometreyi ısıtırken termometre de sıvıyı soğutur. Sensörler genellikle ölçülen şey üzerinde küçük etkiye sahip olacak şekilde tasarlanır; sensörün küçültülmesi bunu iyileştirir ve başka yararlar sağlar.[2]
Teknolojik ilerleme MEMS teknolojisini kullanan mikrosensörler olarak mikroskobik ölçekte daha fazla sensörün üretilmesine neden oldu. Mikro bir sensör makroskobik yaklaşımlarla karşılaştırıldığında çok daha hızlı ve kısa ölçüm süresine ve daha yüksek hassasiyete ulaşır.[2][3]
Günümüz dünyasında hızlı, uygun fiyatlı ve güvenilir bilgiye yönelik artan talep nedeniyle, tek kullanımlık sensörler - kısa vadeli izleme veya tek seferlik ölçümler için ucuz ve kullanımı kolay cihazlar - son zamanlarda artan bir önem kazanmıştır. Bu sensör sınıfını kullanarak, kritik analitik bilgiler, yeniden kalibrasyona gerek kalmadan ve kirlenme konusunda endişelenmeden, herhangi bir yerde ve zamanda herkes tarafından elde edilebilir.[4]
Ölçüm hatalarının sınıflandırılması
[değiştir | kaynağı değiştir]
İyi bir sensör aşağıdaki kurallara uyar:[4]
- Ölçülen özelliğe duyarlıdır
- Uygulamada karşılaşılması muhtemel diğer özelliklere karşı duyarsızdır ve
- Ölçülen özelliği etkilemez.
Çoğu sensörün doğrusal bir transfer fonksiyonu vardır. Daha sonra hassasiyet, çıkış sinyali ile ölçülen özellik arasındaki oran olarak tanımlanır. Örneğin, eğer sensör sıcaklık ölçüyorsa ve voltaj çıkışlısa hassasiyet [V/K] birimleriyle sabittir. Duyarlılık transfer fonksiyonunun eğimidir. Sensörün elektrik çıkışını (örneğin V) ölçülen birimlere (örneğin K) dönüştürmek, elektrik çıkışının eğime bölünmesini (veya bunun tersi ile çarpılmasını) gerektirir. Ayrıca çoğu zaman bir ofset eklenir veya çıkarılır. Örneğin 0 V çıkışı −40 C girişine karşılık geliyorsa çıkışa −40 eklenmelidir. Analog sensör sinyalinin dijital ekipmanda işlenmesi veya kullanılması için analogdan dijitale dönüştürücü kullanılarak dijital sinyale dönüştürülmesi gerekir.
Sensör tipleri
[değiştir | kaynağı değiştir]Temelde iki tip sensör vardır, analog sensörler, dijital sensörler.
Analog sensörler
[değiştir | kaynağı değiştir]Algıladıkları fiziksel büyüklüğe orantılı olarak değişen bir akım veya gerilim çıktısı verirler. Bu tipte sensörleri dijital çalışan kontrol kartlarımıza bağlayabilmek için analog-dijital çeviriciler (ADC) kullanılır.[5]
Örneğin: LM35 birçok projede kullanılan ısı sensörüdür.
Dijital sensörler
[değiştir | kaynağı değiştir]Genellikle I2C, SPI, OneWire vb bir haberleşme protokolü aracılığıyla mikroişlemci ile haberleşir. Bunun yanı sıra, çoğu analog sensör bir op-amp ile birlikte kullanılarak belirli bir seviyenin üzerinde lojik 1 (genellikle 5V veya 3.3V) çıkışı verecek şekilde kullanılabilir. Böylelikle analog çıkışlı sensörler, Raspberry Pi gibi ADC'ye sahip olmayan kontrolcüler ile kullanılabilir.
Ayrıca sensörler aktif sensör ve pasif sensör olarak da ikiye ayrılırlar.
Aktif sensörler, kendi sinyallerini ürettikten sonra bu sinyalin ortamdaki değişimini kontrol ederek algılama yapar. Ultrasonik ve kızılötesi sensörler bu gruptadır. Pasif sensörler ise ortamdan aldıkları sinyalleri kontrol ederek algılama yapar. örnek: LDR (ışığa duyarlı direnç), NTC/PTC (ısıya duyarlı dirençler), fototransistör (ışığa duyarlı transistör)[5]
Sensör çeşitleri
[değiştir | kaynağı değiştir]- Mekanik sensörler: Uzaklık, alan, miktar, kütlesel akış, kuvvet, tork, basınç, hız, ivme, pozisyon
- Mesafe sensörleri: Ultrasonik, PIR, kapasitif, endüktif, kızılötesi optik
- Isı sensörleri: Isı akışı ve sıcaklık, ısıl ikili ve termistor)
- Sıcaklık/Nem sensörleri: seviye sensörleri (NTC, PTC, yağmur sensörü)
- Elektriksel sensörler: Voltaj, akım, direnç, endüktans, kapasitans, dielektrik katsayısı, polarizasyon, elektrik alanı, frekans
- Manyetik sensörler: Hall etkisi, reed röle, alan yoğunluğu, akı yoğunluğu, manyetik geçirgenlik
- Işıma sensörleri: Yoğunluk, dalga boyu, polarizasyon, faz, yansıtma, gönderme
- Işık/renk sensörleri: Foto direnç, foto diyod, foto transistör, fotosel, LDR, RGB, UV.[5]
- Kimyasal sensörler: Yoğunluk, içerik, oksidasyon/redaksiyon, reaksiyon hızı, pH
- Ses sensörleri (Dinamik/Kapasitif/Şeritli/Kristal/Karbon Tozlu Mikrofon, ses dalga boyu ve yoğunluğu)
Görüntü sensörleri
[değiştir | kaynağı değiştir]
Görüntü sensörü fotoğraf makinesi, video kamera gibi sayısal görüntüleme aygıtlarında, görüntü bilgilerini algılayan ve elektronik ortamda işlenebilir sinyallere dönüştüren temel öğedir. Işığa duyarlı sensörler bunlara bağlı olan mikroişlemci sayesinde yakalanan görüntüyü sayısal ortama aktarır.
Sayısal kameralarda başlıca CCD (İngilizce: Charge-Coupled Device) ve CMOS (İngilizce: Complementary Metal Oxide Semiconductor) sensör olmak üzere iki tür görüntü sensörü kullanılır. CMOS sensör pasif pikselli sensör ve aktif pikselli sensör olarak iki gruptur.
Resim kalitesini belirleyen tek etmen kullanılan algılayıcı değildir. Optik sistem ve verinin firmware (donanım yazılımı) ile işlenme şekli de ayrı bir önem taşır.
Üç rengi tek pikselde yakalayabilen ve geliştirilen sensör türü de vardır.
MOS teknolojisi, dijital görüntüleme ve dijital kameralarda kullanılan yük bağlaşımlı aygıt (CCD) ve CMOS aktif pikselli sensör (CMOS sensörü) dahil olmak üzere modern görüntü sensörlerinin temelidir.[6]
Willard Boyle ve George E. Smith, 1969'da CCD'yi geliştirdi. MOS sürecini araştırırken, elektrik yükünün manyetik baloncuğa benzetildiğini ve küçük bir MOS kapasitöründe depolanabileceğini fark ettiler. Bir dizi MOS kapasitörünü arka arkaya üretmek oldukça kolay olduğundan, yükün birinden diğerine ilerleyebilmesi için bunlara uygun bir voltaj bağladılar.[6] CCD, televizyon yayıncılığı için ilk dijital video kameralarda kullanılan yarı iletken bir devredir.[7]
MOS aktif pikselli sensörü (APS), 1985 yılında Tsutomu Nakamura tarafından Olympus'ta geliştirildi.[8] CMOS aktif piksel sensörü, 1990'ların başında Eric Fossum ve ekibi tarafından geliştirildi.[9]
MOS görüntü sensörleri optik fare teknolojisinde yaygın olarak kullanılır. 1980 yılında Xerox'ta Richard F. Lyon tarafından icat edilen ilk optik farede 5 µm NMOS sensör çipi kullanıldı.[10][11] 1999'da piyasaya sürülen ilk ticari optik fare olan IntelliMouse'dan bu yana, çoğu optik fare cihazı CMOS sensörlerini kullanır.[12]
Kaynakça
[değiştir | kaynağı değiştir]- ^ Bennett, S. (1993). A History of Control Engineering 1930–1955. Londra: Peter Peregrinus Ltd. on behalf of the Institution of Electrical Engineers. ISBN 978-0-86341-280-6The source states "controls" rather than "sensors", so its applicability is assumed. Many units are derived from the basic measurements to which it refers, such as a liquid's level measured by a differential pressure sensor.
- ^ a b Jihong Yan (2015). Machinery Prognostics and Prognosis Oriented Maintenance Management. Wiley & Sons Singapore Pte. Ltd. s. 107. ISBN 9781118638729. 13 Kasım 2020 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 21 Kasım 2020.
- ^ Ganesh Kumar (Eylül 2010). Modern General Knowledge. Upkar Prakashan. s. 194. ISBN 978-81-7482-180-5. 18 Aralık 2020 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 21 Kasım 2020.
- ^ a b Dincer, Can; Bruch, Richard; Costa‐Rama, Estefanía; Fernández‐Abedul, Maria Teresa; Merkoçi, Arben; Manz, Andreas; Urban, Gerald Anton; Güder, Firat (15 Mayıs 2019). "Disposable Sensors in Diagnostics, Food, and Environmental Monitoring". Advanced Materials (İngilizce). 31 (30): 1806739. doi:10.1002/adma.201806739
. ISSN 0935-9648. PMID 31094032.
- ^ a b c "Sensör Nedir? Sensör Çeşitleri ve Robot Kontrolcüleri". Maker | Türkiye | Robotistan.com. 16 Ocak 2021. 6 Ekim 2017 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 11 Ocak 2022.
- ^ a b Williams, J. B. (2017). The Electronics Revolution: Inventing the Future. Springer. ss. 245 & 249. ISBN 9783319490885. 10 Kasım 2023 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 13 Nisan 2024.
- ^ Boyle, William S; Smith, George E. (1970). "Charge Coupled Semiconductor Devices". Bell Syst. Tech. J. 49 (4). ss. 587-593. doi:10.1002/j.1538-7305.1970.tb01790.x.
- ^ Matsumoto, Kazuya; ve diğerleri. (1985). "A new MOS phototransistor operating in a non-destructive readout mode". Japanese Journal of Applied Physics. 24 (5A). s. L323. Bibcode:1985JaJAP..24L.323M. doi:10.1143/JJAP.24.L323.
- ^ Eric R. Fossum (1993), "Active Pixel Sensors: Are CCD's Dinosaurs?" Proc. SPIE Vol. 1900, p. 2–14, Charge-Coupled Devices and Solid State Optical Sensors III, Morley M. Blouke; Ed.
- ^ Lyon, Richard F. (2014). "The Optical Mouse: Early Biomimetic Embedded Vision". Advances in Embedded Computer Vision. Springer. ss. 3-22 (3). ISBN 9783319093871.
- ^ Lyon, Richard F. (Ağustos 1981). "The Optical Mouse, and an Architectural Methodology for Smart Digital Sensors" (PDF). H. T. Kung; Robert F. Sproull; Guy L. Steele (Ed.). VLSI Systems and Computations. Computer Science Press. ss. 1-19. doi:10.1007/978-3-642-68402-9_1. ISBN 978-3-642-68404-3.
- ^ Brain, Marshall; Carmack, Carmen (24 Nisan 2000). "How Computer Mice Work". HowStuffWorks (İngilizce). 9 Ekim 2019 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 9 Ekim 2019.
