Grup 3 - Sensörleri gruplandırmaya neden ihtiyaç duyulur? Nasıl gruplandırılılır?

Sensörleri gruplandırmaya neden ihtiyaç duyulur? Nasıl gruplandırılılır?

Endüstriyel otomasyonun gelişmekte olduğu günümüzde birçok farklı sektör ve uzmanlık alanında çeşitli sensörler kullanılmaktadır.Sensör teknolojisi sürekli geliştiği ve ilerleyen zaman içerisinde uzmanlar tarafından yeni sensörler bulunduğundan bu sensörleri gruplamak gittikçe zorlaşmaktadır.Sensörler gruplandırılırken değişik bakış açılarına göre birçok gruba ayrılabilir.Yaptımız araştırmalara göre sensör gruplandırması  genel olarak şu şekillerde oluşturulmuştur;

1.Giriş büyüklüğüne göre

 2.Çıkış büyüklüğüne göre

  3.Besleme ihtiyacına göre

   4.Algılama şekillerine göre

        5.Diğer sınıflandırma yöntemleri

  

    Yukarıdaki şekilde birbirinden farklı optik sensörler görülmektedir. Bu resimde ışık temelli çalışan sensörlerin sadece bir kısmı vardır. Kullanım amacına ve kullanım yerine göre çalışma prensipleri, boyutları, şekilleri değişmektedir. Yani optik algılayıcıların belirli bir standardı yoktur. Sadece optik sensörleri değil tüm sensör çeşitlerini düşününce durumun karmaşıklığını anlayabiliriz. Bu durumda ihtiyacımız olan sensörü tüm bu sensörler arasından seçebilmek için bizim algılayıcıları sınıflandırmamız şarttır. Böylece örneğin biz ortam sıcaklığını belirli aralıklarla ölçmek ve bunu kaydetmeyi amaçladığımızda ihtiyacımızın bir ısı sensörü olduğunu bilir, ilgili firmanın katalogundaki ısı sensörlerini kullanım şartlarımıza göre değerlendirip, bize uygun olanını seçebiliriz.

    

    

1.Giriş Büyüklüklerine Göre Sınıflandırma

Sensörleri sınıflandırırken dikkat edilen noktalardan ilki giriş büyüklükleridir. Algılayıcılar ölçtükleri giriş değerlerini sistemlerine göre işlerler. Bu giriş değerleri ise sensörün kullanım yerine ve kullanım amacına göre büyük farklılıklar gösterir. Bu noktada sensörlerin algıladığı giriş büyüklüklerini sınıflandırma ihtiyacı doğmuştur.

    

    Bunlar ise genel olarak 6 alt gruba ayrılmışlardır. Bugün günlük hayatta veya endüstride kullanılan sensörlerin tamamına yakını giriş büyüklüklerine göre sınıflandırılırken bu altı alt gruptan birinde yer alırlar. Bu gruplar, mekanik, termal, elektriksel, manyetik, ışıma ve kimyasal olarak ifade edilir. Alıcıya giren uzunluk, alan, sıcaklık, ısı akısı, voltaj, akım, yük, kütlesel akış, tork, basınç, hız, ivme, pozisyon, manyetik moment, geçirgenlik, yoğunlaşma, reaksiyon hızı, pH miktarı, akı yoğunluğu, elektrik alanı, frekans ve bunlar gibi algılayıcıda değerlendirilen tüm data çeşitlerini daha önce bahsettiğimiz 6 alt grupta sınıflandırmak mümkündür. Bu sınıflandırma şöyle yapılmıştır;

Tablo 2’de ise 42 farklı giriş büyüklüğü görüyoruz.

2. Çıkış Büyüklüklerine Göre Sınıflandırma

Sensörler sinyal çıkışlarına göre analog ve dijital olmak üzere iki ana başlığa ayrılmıştır. Sıcaklık, gerilim, akım gibi devamlılık gösteren sinyaller analog sinyallere örnek gösterilebilir. Sayısal ölçüm içeren dijital sinyaller ise internet, resim, telekomünikasyon gibi alanlarda analog ölçümün yerini almıştır.

Analog Sensörler

Analog sensörler sürekli bir çıkış sinyali veya voltajı üretirler.Basınç, sıcaklık, yer değişimi, hız gibi fiziksel büyüklükler doğada sürekli bir değişim içinde oldukları için analog büyüklükler olarak kabul ederiz. Termometre ve termokupl sıcaklık değişikliğine sürekli bir cevap oluştururarak sıcaklığı ölçerler ve analog sinyal üretirler. Analog sensörlerden üretilen sinyaller sürekli ve düzgün değişim grafiğine sahiptirler ve çok küçük voltaj aralıklarında yani zayıf olduklarından ancak değerlerinin yükseltilmesiyle (amplifikasyon) ölçülebilirler. Bu sinyaller yavaş tepki veren düşük doğruluğa sahip sinyallerdir. Analog sinyaller dijital sinyallere AD dönüştürücü kullanılarak dönüştürülebilir.

Analog sinyal ve devre karakteristiği

Dijital Sensörler

Dijital sensörler dijital olarak ifade edilebilen sinyaller üretirler. 1 ve 0 olarak gösterilen ikili elemanlı sinyaller, var veya yok mantığındadır. Sinyal belli bir değerin altındaysa 0, değilse 1 değeri gösterilir. Bu sinyaller sürekli değil kesiklidir. Elektrik anahtarı bu sensörlere örnek olarak verilebilir. Anahtar basılı durumdayken açık devre ve sonsuz direnç, aksi durumda ise kısa devre ve sıfır direnç söz konusudur. Işık sensörü de dijital sinyal üretir. Dönen şaftın hızı ışık yayan diyot ile ölçülür. Dönen şafta sabitlenmiş delikli disk şaftla aynı hızda dönerken her delik 1 veya 0 olarak gösterilen bir çıkış sinyali üretir. Dijital sinyaller analog sinyallere göre daha yüksek çözünürlükte ve doğrulukta yakalanabilir. Diskin bir deliği referans alınarak pozisyon kontrolü sağlamak da dijital çıkışlı sensörler ile mümkündür.

Dijital sinyal ve devre karakteristiği


3.Besleme ihtiyacına göre

            Besleme ihtiyacı demek sensörün dışarıdan ek bir enerji alıp almamasına göre  iki gruba ayrılır.

1.Pasif Sensörler

Dışarıdan enerji almadan sensörün fiziksel veya kimyasal büyüklüğü başka değerlere çevirmesidir.Termokapıllar, anahtar , ısı sensörleri ( PTC ve NTC), basınç sensörleri,  LDR, fototransistörler, fotodiyotlar ,mikrofonlar, potansiyometre örnek olarak verilebilir.
Mesela terokapılların prensibi sıcaklığın artmasıyla birbirine bağlı iki metalin uzama katsayılarının farklı olmasına bağlı olarak çalışır.Yani dışarıdan bir enerji verilmeye ihtiyaç yoktur.Anahtar (kontak) mekanik bir olaydır ve dışarıdan enerjiye ihtiyaç yoktur.

 

 Basınç Sensörü

2.Aktif Sensörler

·         Sensörler dışarıdan ek bir enerji  ihtiyaç duyarlar.
·         Genellikle zayıf sinyal güçlerini ölçerler.
·         Önemli olan özelliği bu sensörlerin giriş ve çıkışlarının olmasıdır.
·         Bu çıkışlar dijital yada analog olabilir.Analog çıkışta akım yada gerilim olur.
·         Gerilim çıkış aralığı  0-5 V.
·         Akım çıkış aralığı 4-20 mA yada 0-20mA arasında genellikle kullanılır.
·         Endüstride genellikle 4-20 mA çıkış kullanılır.
·           Şaft pozisyon sensörleri, IR sensörler, mesafe sensörleri ve ultrasonik uzaklık sensörleri gibi sensörler aktif sensörlerdendir.

                                
Engel algılama sensörü                                        Enkoder

             Optik sensörler

4. Algılama şekillerine göre sensörler

Temaslı Sensörler

Kategori isminden de anlaşıldığı üzere algılayıcı ve algılanan arasında mekanik bir temas olması gerekmektedir.

Örnekler:

Cıvalı termometre: temas eden ortamın veya objenin sıcaklığına bağlı olarak genleşen sıvı prensibine dayanır.

Mekanik bir akım anahtarı da temaslı sensörlere örnek verilebilir.

Temassız sensörler

Temassız sensörlerde ise daha ileri fiziksel yöntemlerden faydalanılır ve algılayıcı ile algılanan arasında mekanik bir temas gerçekleşmez.

Örnekler:

Sonar: Yüksek frekansta ses dalgaları üretilir ve geri dönüş süreleri ölçülerek hedefteki cismin uzaklığı ve doğal olarak belli bir menzile kadar varlığı saptanır.

Encoder: Fotosensör ve ışık kaynağı ikilisi aradan geçen cisimi ışık kesilmesi sayesinde sezer vetakip eden ışık kesilmeleriyle hız, konum hesaplanabilir.

Kızılötesi termometre: Termal radiyasyonun uzaktan algılanması ile sıcaklık ölçülür:

Kıyaslama

Temaslı sensörlerde mekanik temastan kaynaklanan bir deformasyon olması kaçınılmazdır. Temassız sensörlerin bu bakımdan aşınma benzeri bir sorunlarının olmayacağını söyleyebiliriz.

Temassız sensörlerin aynı özellikten dolayı bir çevirim ömürleri de yoktur fakat temaslı sensörlerde üretici tarafından bir ömür belirlenir ve testedilir, sensöre de bu süreçte güvenilir.Örnek olarak iPhone Home tuşunun bir milyon dokunmayla test edilmesini gösterebiliriz.

Ağır çevre koşullarında ölçüm yapmak temassız sensörlerle olanaklı veya daha makul olabilir. Disturbance oluşturmadan akış hızı ölçmek veya güneşin yüzey sıcaklığını ölçmek gibi.

5.Diğer Sınıflandırma Yöntemleri

Yuarıda sensörleri giriş büyüklüğüne göre, çıkış büyüklüğüne göre ve besleme ihtiyaçlarına göre ve algılama şekillerine göre 4 ana kategoride inceledik. Ancak sensörlerin sınıflandırılmasını birçok perspektife dayandırabiliriz. Sensörleri sınıflandırırken çeşitli parametreler göz önünde bulundurulur. Bu duruma örnek olan fazla sayıda parametreden birkaçını inceleyecek olursak örneğin; Hata payını düşünebiliriz. Aynı mekanızma için birkaç farklı sensörden herhangi birini kullanabiliriz ancak bizim için önemli olan mekanızmanın hata payının istediğimiz değerin altında olmasıdır, bu yüzden literatür araştırması yaptığımızda sensör sınıflandırılmasına baktığımız zaman hata paylarına göre sınıflandırılmış sensörlere yönelmemiz işimizi oldukça kolaylaştırıp aradığımız fiziksel verimliğe çabuk ulaşmamızı sağlar. Aşağıdaki tabloda tekstil sektöründe kullanılan bazı sensörlerin çeşitli işlemlere göre hata ve doğruluk payları belirtilmiştir.

Sensörleri boyutlarına göre de sınıflandırabiliriz. Örnek olarak özellikle fotoğraf makinalarında kullanılan sensörleri incelediğimizde; piksellerin ışığa duyarlı alanlarının aynı olduğu kabul edildiğinde sensörlerin boyutlarının artmasının fotoğraf makinasının çözünürlüğünü doğrudan olumlu anlamda etkilediğini söyleyebiliriz. Aşağıdaki tabloda üç farklı markaya ait 6 ayrı model belirtilmiştir. Piksellerin ışığa duyarlı alanlarının farklı olması sıralamayı değiştirse de fotoğraf makinası üreticeleri için sensörlerleri boyutlarına göre sınıflandırdaklarını söylersek yanlış söylemiş olmayız.

Belirttiğimiz örneklerdeki gibi sensörler birçok farklı alanda birçok farklı amaç için sınıflandırılabilirler.Teknolojinin gelişmesiyle de bu sınıflar tekrar tekrar değişip farklı boyutlar kazanacaklardır.

Referanslar

1) https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEhXYNwMK2EMbuKG9uypB1vCixHRLNXVYGYDSryZNT7Dsv8Q-f61A2jJH027wSFXNjiM7vKi2FpxawAVpjLDFOpTTLClfCUDYU-mHd2oFouCpQzr2Tl6Xx84JlJmwtp1jMZv8LEQ0XSxadc/s1600/hatalar%25C4%25B1n+belirlenmesi+3.JPG

2)http://www.fotono1.com/egitim.php?p=2&id=20

3)http://www.electronics-tutorials.ws/io/io_1.html

4)http://www.yildiz.edu.tr/~sandalci/dersnotu/alg/1sensors.pdf

5)http://tr.wikipedia.org/wiki/Dijital_sinyal

6)http://iys.inonu.edu.tr/webpanel/dosyalar/1321/file/Sens_Trans.pdf

7)http://hbogm.meb.gov.tr/modulerprogramlar/kursprogramlari/elektrik/moduller/sensorlervetranstusorler.pdf

8)http://www.robotiksistem.com/sensor_nedir_sensor_cesitleri.html

9)http://www.teknokoliker.com/2012/06/sensorler-ve-cesitleri.html