Duyucular (sensörler)
Duyucular, sistem dışından gelen uyarılara tepki veren, bunları algılayan, ve
önceden belirlenmiş bazı değişkenleri ölçebilen algılayıcı cihazlardır.
Çağdaş mekatronik teknoloji kapsamında bir duyucudan beklenen işlevler
şunlardır:
Algılama:
Dış olguların varlığını algılama,
Seçme:
Dış uyarılardan birisini süzme ve istenirse ölçme,
Sinyal İşleme:
Girdi sinyalini istenen çıktı sinyaline dönüştürmek için bir
veya birçok işleme tabi tutma,
İletişim:
Denetim sistemine, kayıt sistemine veya insana bilgi aktarımı.
Duyucular biliş sistemlerinin ön koşuludur.
Algılama
Algılama
Optik Fare
Optik farelerin çalışma prensibi standart farelerden oldukça farklıdır. Optik farelerde, altta
hareket ettikçe mekanik düzenekleri çalıştıran bir top yerine bulunduğu yüzeyi
aydınlatacak bir ışık kaynağı (LED) ve küçük bir kamera bulunur. Optik fare hareket ettikçe,
altında bulunan kamera gördüğü yüzeyin saniyede binlerce kez fotoğrafını çekmeye başlar.
Bu çekim hızı, farenin hassasiyetine bağlı olarak saniyede 5000 kareye kadar ulaşabilir.
Daha sonra optik fare içinde yer alan oldukça güçlü bir işlemci, her görüntüyü bir
öncekiyle karşılaştırarak farenin ne yönde ve hangi hızla hareket ettiğini tespit eder ve
sonuçları imleci hareket ettirmek üzere bilgisayara gönderir.
Seçme
IR uzaktan kumanda özel ikilik kodları gösteren infrared ışık darbeleri gönderir. Bu
ikilik kodlar belirli komutlara karşılık gelir ( Açma/kapama ve ses açma gibi ).
Televizyon üzerinde bulunan IR alıcılar ışık sinyallerini çözerek tekrardan ikilik
sisteme dönüştürür ve cihazın mikroişlemcisi tarafından anlaşılabilecek hale gelir.
Mikroişlemcide bu kodlara karşılık gelen komutları devreye alarak çeşitli işlemler
icra eder.
Seçme
Bu tür kumandalar ışık sinyali göndermek yerine bir butona basıldığında ikilik sistemdeki
komutları RF sinyallerine dönüştürerek gönderirler.
Radyo alıcıları bu sinyalleri alıp çözerler ve tekrardan ikilik sayı sistemine dönüştürüp
anlaşılır bir komut elde ederler.
RF kumandalar, halihazırda havada birçok radyo sinyali dolaştığı için bazı bozucu etkilere
açıktır.
Seçme
TV’lerde kullanılan kızılötesi sensörler 980-nm dalga
boyuna sahip kızılötesi ışınlar ile çalışacak şekilde modüle
edilerler. Gelen ışınlardan yalnızca bu dalga boyuna sahip
olan ışınlar TV alıcısı tarafından alınırlar. Güneş, floresan
lamba ve diğer IR kaynaklarından gelen karışma önlenmiş
olur.
modülasyon
Sinyal İşleme
TV’ye ulaşan analog IR sinyaller mikroişlemciye
gönderilmek üzere dijital sinyallere dönüştürülür.
İletişim
TV’ye ulaşıp IR tarafından dijital hale getirilen sinyaller,
mikroişlemciye iletilir. Mikroişlemcilerin bu sinyalleri
anlayabilmesi için belli iletişim standartlarına uyulması
gerekir.
Sensör seçim faktörleri
• Algılanan büyüklük
• Çalışma mesafesi
• Ölçümü etkileme/bozma
• Çıkış sinyali şekli
• Performans karakteristikleri
• Fiziksel boyutları ve şekli
• Kullanışlılık (takma-sökme)
• Ekonomi
Algılanan büyüklükler
Pozisyon, boyut: sıvı seviyesi, alan, hacim
Yakınlık: menzil veya mevcudiyet
Mekaniksel: kütle, basınç, tork
Dinamik: hız, debi, ivme
Isıl: sıcaklık, ısı kapasitesi, ısı miktarı (kalori)
Elektriksel: voltaj, manyetik alan
Akustik, Titreşim, Kimyasal, Hava durumu, Radyasyon ...
Sensörlerin kategorizasyonu
• Seçim kriterlerine göre kategorize edilebilirler: Basınç
sensörleri, Hız sensörleri, Sıcaklık,...
• Aktif - Pasif sensörler
Aktif - Pasif sensörler
• Aktif: İstenilen büyüklüğü algılamak için ortama enerji
verir
Menzil ölçümü: ultrasonik, lazer, IR,...
• Pasif: Ortamdaki mevcut enerjiyi kullanır
Hava/vücut sıcaklığı, atmosfer basıncı, nemlilik,
gürültü,...
Aktif sensörler
• Menzil ölçer: Ultrasonik, lazer, IR
• Retina tarayıcılar
• Manyetik rezonans cihazları (MR)
Pasif sensörler
• Sıcaklık: Termometre, termokupl (ısı çifti)
• Işık şiddeti: Kamera
• İvme, açı, vs: ivmeölçer, jiroskop
• Pusula
• Yakınlık ölçer: Bıyık
Sensörlerle İlgili Temel Büyüklükler
• Ölçüm aralığı (ölçme sınırı): Değişebilen ölçüm parametresinin sınır
değerlerini tanımlar. Örneğin kuvvet ölçümünde kullanılan bir yük hücresinin
ölçüm aralığı 0-50kN ise 0-50kN aralığındaki kuvvet değişimleri gözlenebilir.
• Hata:Ölçülen bir büyüklüğün gerçek değeri ile ölçüm değeri arasındaki farktır.
H=öd-gd
• Doğruluk: Ölçümde kullanılacak sensörün olası sapma miktarının ifadesidir.
Örneğin bir termometrenin ölçeceği sıcaklık değerinin gerçek değerden +
veya - 2 C sapması muhtemel ise bu termometrenin doğruluğu +-2C dir.
Doğruluk ölçüm aralığı dikkate alınarak yüzde ile de ifade edilebilir.
• Hassasiyet: Birim girdiye karşılık ne kadar çıktı elde edileceğini gösteren
ilişkidir. Bu genelde çıktı/girdi şeklinde ifade edilir. Bir girdiye düşük
hassasiyette cevap veren bir parametre yerine daha belirgin değişimler
gösteren bir parametrenin kullanılması faydalı olacaktır.
• Çözünürlük: Girdi değişimlerine karşılık çıktı sinyallerinin ne kadar küçük
adımlarla değişebildiğini gösteren özelliktir.
• Doğrusallık hatası: Sensörlerin ölçülen dinamik parametrenin
değişkenliğine aynı oranda cevap verememe durumudur.
• Tekrarlanabilirlik hatası: Bir sensörün aynı girdi değeri için her farklı
kullanımında ne kadar sapmalı çıktı değeri verdiğini tanımlayan özelliktir. Olası
sapma tam çıktı aralığının yüzdesi ile ifade edilir.
Tekrarlanabilirlik hatası=100*(aynı girdi için max-min çıktı)/(tam çıktı aralığı)
• Kararlılık hatası: Sürekli ölçüm yapan bir sensörün bir zaman periyodu
boyunca aynı girdi değerlerine karşılık ne kadar sapmalı çıktı değeri verdiğini
tanımlayan özelliktir.
• Ölü band/zaman: Bir sensörün ölü bandı veya ölü alanı, bir çıktı değerinin elde
edilemediği girdi değeri aralığıdır. Örneğin bir rotorda kullanılan bir akışmetre
yatak sürtünmesinden dolayı akış hızı (girdi) belli bir hız değerine ulaşana
kadar çıktı değeri göstermez. Bu eşik hızdeğerinin altındaki hız bandı ölü band,
bu değere ulaşana kadar geçen süre ölü zamandır.
Çalışma mesafesi
• Fiziksel olarak imkansızlıklar
• Tehlikeli
• Gürültü
• Sinyal gücü
• ...
Ör.: barkod okuyucu
Ölçümü etkileme/bozma
• Ölçen, ölçüm üzerinde değişikliğe neden olabilir.
• Ölçen, ölçümün kalitesini değiştirebilir.
Çıkış sinyali şekli
• Dijital çıktı
• Tek bit: ON-OFF, 1-0, Var-Yok,
Algılandı-Algılanmadı
• Çoklu bit: 01000101
• Analog çıktı
Performans karakteristikleri
• Doğrusallık (lineerlik)
• Çalışma mesafesine bağlı doğruluk
• Tekrarlanabilirlik
• Güvenilirlik
• Hassasiyet
Pozisyon / Mesafe / Hız Sensörleri
•
•
•
•
•
•
•
Potansiyometreler
Yakınlık sensörleri
Dokunsal sensörler
Kodlayıcılar
Devir ölçerler
LVDT (linear variable differential transformer)
Menzil bulucular
– Sonar, lazer, ultrasonik
Yakınlık sensörü
Dokunsal sensörler
• Anahtarlar
• Bıyıklar
Pozisyon / Temas Sensörleri
• Laptop dokunmatik yüzeyleri
ITO = Indium tin oxide
Sinyal Koşullandırma
(Signal Conditioning)
Bir sensörden alınan çıkış sinyali, genellikle, bir
sonraki işleme uygun hale getirilmesi için
işlenmelidir.
Sinyalin istenilen koşullara getirilmesi işlemi
sinyal koşullandırmadır. Örnek olarak:
•
•
•
•
•
•
Düşük seviyeli sinyali yükseltme
Paraziti (gürültüyü) ayırmak için filtreleme
Doğrusal olmayan sinyali doğrusallaştırma
Analog  Dijital
Dijital  Analog
...
Yükseltici
İstenilen tipe dönüştürme
Filtreleme
Filtreleme
İdeal filtrelerin karaktersitikleri: (a) alçak geçiren filtre, (b) alçak geçiren filtre, (c) bantgeçiren filtre, (d) bant-durduran filtre
Dönüştürücü (transducer)
Bir tip enerjiyi başka enerji tipine döndüren cihazlardır.
Sensörler için çoğunlukla eşanlamlı kullanılmakla birlikte,
eyleyiciler gibi her çeşit enerji dönüşüm cihazları da
dönüştürücü olarak kabul edilir.
Anten: elektromanyetik dalga <--> elektrik akımı
Floresan lamba/ampul: elektrik enerjisi --> görünür ışık
Teyp okuyucu kafa: Değişen manyetik alanları --> elektrik enerjisi
Hall etkisi sensörü: manyetik alan seviyesi --> elektrik enerjisi
Mikrofon: ses (hava basıncı-->sargı yer değiştirmesi) --> elektrik sinyali
Hoparlör: elektrik sinyali --> ses (sargı manyetik alanı--> sargı yer
değiştirmesi --> hava basıncı)
Download

Algılama - yarbis