انواع حسگرها و اصول عملکرد آنها

دوران اتوماسیون از قبل آغاز شده است. بیشتر مواردی که اکنون استفاده می کنیم می توانند خودکار باشند. برای طراحی دستگاه‌های خودکار ابتدا باید درباره حسگرها بدانیم، این ماژول‌ها دستگاه‌هایی هستند که در انجام کارها بدون دخالت انسان مفید هستند. حتی تلفن‌های همراه یا گوشی‌های هوشمندی که ما روزانه از آنها استفاده می‌کنیم دارای حسگرهایی مانند سنسور سالن، حسگر مجاورت، شتاب‌سنج، صفحه لمسی، میکروفون و غیره خواهند بود.

حسگر چیست؟

حسگر را می‌توان به عنوان وسیله‌ای تعریف کرد که می‌توان از آن برای حس یا تشخیص کمیت فیزیکی مانند نیرو، فشار، نور و غیره استفاده کرد و سپس آن را به خروجی دلخواه مانند سیگنال الکتریکی برای اندازه‌گیری کمیت فیزیکی اعمال‌شده تبدیل کرد. در موارد کمی، ممکن است یک سنسور به تنهایی برای تجزیه و تحلیل سیگنال به دست آمده کافی نباشد. در این موارد، یک واحد تهویه سیگنال به منظور حفظ سطوح ولتاژ خروجی سنسور در محدوده مورد نظر نسبت به دستگاه انتهایی مورد استفاده ما استفاده می‌شود.

خروجی حسگر ممکن است در واحد تهویه سیگنال، تقویت، فیلتر یا به ولتاژ خروجی مورد نظر تغییر یابد. برای مثال، اگر یک میکروفون را در نظر بگیریم، سیگنال صوتی را تشخیص می‌دهد و به ولتاژ خروجی تبدیل می‌شود (بر حسب میلی‌ولت) که راه‌اندازی مدار خروجی سخت می‌شود. بنابراین، یک واحد تهویه سیگنال (یک تقویت کننده) برای افزایش قدرت سیگنال استفاده می شود. اما تنظیم سیگنال ممکن است برای همه سنسورها مانند فوتودیود، LDR و غیره لازم نباشد.

اکثر سنسورها نمی توانند به طور مستقل کار کنند. بنابراین باید ولتاژ ورودی کافی به آن اعمال شود. سنسورهای مختلف محدوده عملکرد متفاوتی دارند که باید در حین کار با آن در نظر گرفته شود، در غیر این صورت ممکن است سنسور برای همیشه آسیب ببیند.

انواع حسگر:

اجازه دهید انواع مختلف حسگرهای موجود در بازار را ببینیم و در مورد عملکرد، کارکرد، کاربردها و غیره صحبت کنیم. برخی از انواع سنسورهای موجود در بازار عبارتند از:

1- حسگر روشنایی

2- سنسور IR (فرستنده IR / IR LED)

3- فتودیود (گیرنده IR)

4- مقاومت وابسته به نور

5- حسگر دما

6- ترمیستور

7- ترموکوپل

8- سنسور فشار / نیرو / وزن

9- استرین گیج (سنسور فشار)

10- لودسل (سنسور وزن)

11- سنسور موقعیت

11- پتانسیومتر

12- رمزگذار

13- سنسور هال (تشخیص میدان مغناطیسی)

14- سنسور فلکس

15- سنسور صدا

16- میکروفون

17- سنسور اولتراسونیک

18- حسگر را لمس کنید

19- سنسور PIR

20- سنسور شیب

21- شتاب سنج

22- سنسور گاز

باید حسگر مورد نظر را بر اساس پروژه یا اپلیکیشن خود انتخاب کنیم. همانطور که قبلاً گفته شد برای کارکرد آنها باید ولتاژ مناسب بر اساس مشخصات آنها اعمال شود. حال اجازه دهید اصول کار انواع مختلف سنسورها و جایی که می توان آن را در زندگی روزمره ما یا کاربرد آن مشاهده کرد، ببینیم.

حسگر IR LED:

به آن فرستنده IR نیز می گویند. برای انتشار پرتوهای مادون قرمز استفاده می شود. دامنه این فرکانس ها از فرکانس های مایکروویو بیشتر است (یعنی بیش از 300 گیگاهرتز تا چند صد تراهرتز). پرتوهای تولید شده توسط یک LED مادون قرمز را می توان با Photodiode که در زیر توضیح داده شده است، حس کرد. جفت IR LED و فتودیود سنسور IR نامیده می شود. در اینجا نحوه عملکرد یک سنسور IR آورده شده است.

حسگر نور:

حسگر نور یک دستگاه نیمه هادی است که برای تشخیص پرتوهای نور استفاده می شود و بیشتر به عنوان گیرنده IR استفاده می شود. ساختار آن شبیه دیود معمولی اتصال PN است اما اصل کار با آن متفاوت است. همانطور که می دانیم یک اتصال PN هنگامی که بایاس معکوس است جریان های نشتی کوچکی را امکان پذیر می کند، بنابراین از این ویژگی برای تشخیص پرتوهای نور استفاده می شود. یک فتودیود به گونه ای ساخته شده است که پرتوهای نور باید بر روی اتصال PN بیفتند که باعث می شود جریان نشتی بر اساس شدت نوری که اعمال کرده ایم افزایش یابد.

بنابراین، به این ترتیب، می توان از یک فتودیود برای حس پرتوهای نور و حفظ جریان از طریق مدار استفاده کرد. اینجا کار Photodiode با سنسور IR را بررسی کنید. با استفاده از فتودیود می‌توانیم یک چراغ خیابانی خودکار بسازیم که وقتی شدت نور خورشید کاهش می‌یابد می‌درخشد. اما فتودیود حتی اگر مقدار کمی نور روی آن بیفتد کار می کند، بنابراین باید مراقب بود.

LDR (مقاومت وابسته به نور):

همانطور که از نام خود مشخص می کند که مقاومتی که به شدت نور بستگی دارد. این بر اساس اصل رسانایی نوری کار می کند که به معنای رسانایی ناشی از نور است. به طور کلی از سولفید کادمیوم تشکیل شده است. هنگامی که نور بر روی LDR می افتد، مقاومت آن کاهش می یابد و مانند یک هادی عمل می کند و زمانی که نوری روی آن نمی افتد، مقاومت آن تقریباً در محدوده MΩ است یا در حالت ایده آل به عنوان یک مدار باز عمل می کند.

یکی از نکاتی که باید در مورد LDR در نظر گرفت این است که اگر نور دقیقاً روی سطح آن متمرکز نباشد پاسخ نمی دهد. با یک مدار مناسب با استفاده از ترانزیستور می توان از آن برای تشخیص در دسترس بودن نور استفاده کرد. یک ترانزیستور بایاس تقسیم کننده ولتاژ با R2 (شرط مقاومتپایه و ساطع کننده) که با یک LDR جایگزین می شود می تواند به عنوان یک آشکارساز نور عمل کند. مدارهای مختلف مبتنی بر LDR را در اینجا بررسی کنید.

ترمیستور (حسگر دما):

برای تشخیص تغییرات دما می توان از ترمیستور استفاده کرد. دارای ضریب دمایی منفی است که به این معنی است که با افزایش دما مقاومت کاهش می یابد. بنابراین، مقاومت ترمیستور را می توان با افزایش دما تغییر داد که باعث می شود جریان بیشتری از آن عبور کند.

از این تغییر در جریان جریان می توان برای تعیین میزان تغییر دما استفاده کرد. یکی از کاربردهای ترمیستور این است که برای تشخیص افزایش دما و کنترل جریان نشتی در مدار ترانزیستور استفاده می شود که به حفظ پایداری آن کمک می کند. در اینجا یک برنامه ساده برای ترمیستور برای کنترل خودکار فن DC وجود دارد.

ترموکوپل:

جزء دیگری که می تواند تغییرات دما را تشخیص دهد ترموکوپل است. در ساخت آن، دو فلز مختلف به یکدیگر متصل می شوند تا یک اتصال ایجاد کنند. اصل اصلی آن این است که وقتی محل اتصال دو فلز مختلف گرم می شود یا در معرض دمای بالا قرار می گیرد، پتانسیل در پایانه های آنها متفاوت است. بنابراین، پتانسیل متغیر را می توان بیشتر برای اندازه گیری میزان تغییر دما مورد استفاده قرار داد.