Berbagai jenis sensor dan cara kerjanya

Era otomasi sudah dimulai. Sebagian besar hal yang kami gunakan sekarang dapat diotomatiskan. Untuk mendesain perangkat otomatis terlebih dahulu kita perlu mengetahui tentang sensor, ini adalah modul / perangkat yang membantu dalam menyelesaikan sesuatu tanpa campur tangan manusia. Bahkan ponsel atau smartphone yang kita gunakan sehari-hari akan memiliki beberapa sensor seperti sensor hall, sensor jarak, akselerometer, layar sentuh, mikrofon dll. Sensor ini berfungsi sebagai mata, telinga, hidung dari peralatan listrik yang merasakan parameter di dunia luar dan memberikan bacaan ke perangkat atau Mikrokontroler.

Apa itu sensor?

Sensor dapat didefinisikan sebagai perangkat yang dapat digunakan untuk merasakan / mendeteksi besaran fisik seperti gaya, tekanan, regangan, cahaya, dll dan kemudian mengubahnya menjadi keluaran yang diinginkan seperti sinyal listrik untuk mengukur besaran fisik yang diterapkan . Dalam beberapa kasus, sensor saja mungkin tidak cukup untuk menganalisis sinyal yang diperoleh. Dalam kasus tersebut, unit pengkondisi sinyal digunakan untuk menjaga level tegangan output sensor dalam kisaran yang diinginkan sehubungan dengan perangkat akhir yang kami gunakan.

Dalam unit pengkondisian sinyal, keluaran dari sensor dapat diperkuat, disaring atau dimodifikasi menjadi tegangan keluaran yang diinginkan. Misalnya, jika kita menganggap mikrofon mendeteksi sinyal audio dan mengubahnya menjadi tegangan output (dalam satuan milivolt) yang menjadi sulit untuk menggerakkan rangkaian output. Jadi, unit pengkondisi sinyal (penguat) digunakan untuk meningkatkan kekuatan sinyal. Tetapi pengkondisian sinyal mungkin tidak diperlukan untuk semua sensor seperti fotodioda, LDR, dll.

Sebagian besar sensor tidak dapat bekerja secara independen. Jadi, tegangan input yang cukup harus diterapkan padanya. Berbagai sensor memiliki rentang operasi yang berbeda yang harus dipertimbangkan saat bekerja dengannya, jika tidak sensor tersebut dapat rusak secara permanen.

Jenis Sensor:

Mari kita lihat berbagai jenis sensor yang tersedia di pasaran dan diskusikan fungsinya, cara kerja, aplikasinya dll. Kita akan membahas berbagai macam sensor seperti:

• Sensor cahaya
  • Sensor IR (Pemancar IR / LED IR)
  • Fotodioda (Penerima IR)
  • Resistor Tergantung Cahaya
• Sensor temperatur
  • Termistor
  • Termokopel
• Sensor Tekanan / Gaya / Berat
  • Strain Gauge (Sensor Tekanan)
  • Load Cells (Sensor Berat)
• Sensor Posisi
  • Potensiometer
  • Pembuat enkode
• Hall Sensor (Mendeteksi Medan Magnet)
• Sensor Fleksibel
• Sensor Suara
  • Mikropon
• Sensor ultrasonik
• Sensor Sentuh
• Sensor PIR
• Sensor Kemiringan
  • Akselerometer
• Sensor Gas

Kita perlu memilih sensor yang diinginkan berdasarkan proyek atau aplikasi kita. Seperti yang dikatakan sebelumnya untuk membuatnya berfungsi, tegangan yang tepat harus diterapkan berdasarkan spesifikasinya.

Sekarang mari kita lihat prinsip kerja berbagai sensor dan di mana itu dapat dilihat dalam kehidupan kita sehari-hari atau penerapannya.

LED IR:

Ini juga disebut sebagai Pemancar IR. Ini digunakan untuk memancarkan sinar Inframerah. Rentang frekuensi ini lebih besar dari frekuensi gelombang mikro (yaitu> 300GHz hingga beberapa ratus THz). Sinar yang dihasilkan oleh LED infra merah dapat dideteksi oleh Photodiode yang dijelaskan di bawah ini. Sepasang IR LED dan fotodioda disebut IR Sensor. Berikut adalah cara kerja sensor IR.

Photo Diode (Sensor Cahaya):

Ini adalah perangkat semikonduktor yang digunakan untuk mendeteksi sinar cahaya dan banyak digunakan sebagai Penerima IR . Konstruksinya mirip dengan dioda persimpangan PN normal tetapi prinsip kerjanya berbeda dari itu. Seperti yang kita ketahui, persimpangan PN memungkinkan arus bocor kecil ketika bias balik, jadi, properti ini digunakan untuk mendeteksi sinar cahaya. Sebuah fotodioda dibangun sedemikian rupa sehingga sinar cahaya harus jatuh pada persimpangan PN yang membuat arus bocor meningkat berdasarkan intensitas cahaya yang kita terapkan. Jadi, dengan cara ini, fotodioda dapat digunakan untuk merasakan sinar cahaya dan mempertahankan arus yang melalui rangkaian. Lihat di sini cara kerja Photodiode dengan sensor IR.

Dengan menggunakan fotodioda kita dapat membangun sebuah lampu jalan otomatis dasar yang bersinar ketika intensitas cahaya matahari berkurang. Tetapi fotodioda berfungsi bahkan jika sejumlah kecil cahaya menimpanya, jadi, kehati-hatian harus diberikan.

LDR (Light Dependent Resistor):

Seperti namanya sendiri yang menentukan bahwa resistor itu bergantung pada intensitas cahaya. Ia bekerja berdasarkan prinsip fotokonduktivitas yang berarti konduksi karena cahaya. Ini umumnya terdiri dari Kadmium sulfida. Ketika cahaya jatuh ke LDR, resistansinya berkurang dan bertindak mirip dengan konduktor dan ketika tidak ada cahaya yang jatuh padanya, resistansinya hampir dalam kisaran MΩ atau idealnya bertindak sebagai sirkuit terbuka . Satu catatan yang harus dipertimbangkan dengan LDR adalah bahwa LDR tidak akan merespons jika cahaya tidak benar-benar fokus pada permukaannya.

Dengan rangkaian yang tepat menggunakan transistor dapat digunakan untuk mendeteksi ketersediaan cahaya. Sebuah transistor bias pembagi tegangan dengan R2 (resistor antara basis dan emitor) diganti dengan LDR dapat berfungsi sebagai detektor cahaya. Cek di sini berbagai sirkuit berdasarkan LDR.

Termistor (Sensor Suhu):

Termistor dapat digunakan untuk mendeteksi variasi suhu . Ini memiliki koefisien suhu negatif yang berarti ketika suhu meningkat resistansi menurun. Jadi, resistansi termistor dapat bervariasi dengan kenaikan suhu yang menyebabkan lebih banyak arus yang melewatinya. Perubahan aliran arus ini dapat digunakan untuk menentukan besarnya perubahan suhu. Aplikasi untuk termistor adalah, digunakan untuk mendeteksi kenaikan suhu dan mengontrol arus bocor dalam rangkaian transistor yang membantu dalam menjaga stabilitasnya. Berikut adalah salah satu aplikasi sederhana untuk Thermistor untuk mengontrol kipas DC secara otomatis.

Termokopel (Sensor Suhu):

Komponen lain yang dapat mendeteksi variasi suhu adalah termokopel. Dalam konstruksinya, dua buah logam berbeda disatukan membentuk sebuah sambungan. Prinsip utamanya adalah ketika persimpangan dua logam berbeda dipanaskan atau terkena suhu tinggi, potensi di terminalnya bervariasi. Jadi, potensi yang bervariasi dapat digunakan lebih lanjut untuk mengukur jumlah perubahan suhu.

Strain Gauge (Sensor Tekanan / Gaya):

Pengukur regangan digunakan untuk mendeteksi tekanan saat beban diterapkan . Ini bekerja berdasarkan prinsip resistansi, kita tahu bahwa resistansi berbanding lurus dengan panjang kawat dan berbanding terbalik dengan luas penampang (R = ρl / a). Prinsip yang sama dapat digunakan di sini untuk mengukur beban. Pada papan fleksibel, kabel disusun secara zig-zag seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Jadi, ketika tekanan diterapkan pada papan tertentu itu, papan itu membengkok ke arah yang menyebabkan perubahan panjang keseluruhan dan luas penampang kawat. Hal ini menyebabkan perubahan tahanan kabel. Hambatan yang diperoleh sangat menit (beberapa ohm) yang dapat ditentukan dengan bantuan jembatan Wheatstone. Pengukur regangan ditempatkan di salah satu dari empat lengan di jembatan dengan nilai yang tersisa tidak berubah. Karena itu,ketika tekanan diterapkan padanya karena hambatan berubah, arus yang melewati jembatan bervariasi dan tekanan dapat dihitung.

Pengukur regangan sebagian besar digunakan untuk menghitung jumlah tekanan yang dapat ditahan sayap pesawat dan juga digunakan untuk mengukur jumlah kendaraan yang diizinkan di jalan tertentu, dll.

Load Cell (Sensor Berat):

Load cell mirip dengan alat pengukur regangan yang mengukur besaran fisik seperti gaya dan memberikan keluaran berupa sinyal listrik. Ketika beberapa tegangan diterapkan pada sel beban, strukturnya bervariasi menyebabkan perubahan resistansi dan akhirnya nilainya dapat dikalibrasi menggunakan jembatan Wheatstone. Berikut adalah proyek tentang cara mengukur berat badan menggunakan Load cell.

Potensiometer:

Potensiometer digunakan untuk mendeteksi posisi . Ini umumnya memiliki berbagai rentang resistor yang terhubung ke berbagai kutub sakelar. Potensiometer dapat berupa tipe putar atau linier. Pada tipe putar, penghapus disambungkan ke poros panjang yang dapat diputar. Ketika poros telah berputar posisi wiper berubah sedemikian rupa sehingga resistansi yang dihasilkan bervariasi yang menyebabkan perubahan tegangan keluaran. Dengan demikian output dapat dikalibrasi untuk mendeteksi perubahan posisinya.

Encoder:

Untuk mendeteksi perubahan posisi, encoder juga dapat digunakan. Ia memiliki struktur melingkar seperti cakram yang dapat diputar dengan bukaan khusus di antaranya sehingga ketika sinar IR atau sinar cahaya melewatinya hanya beberapa sinar cahaya yang terdeteksi. Selanjutnya, sinar ini dikodekan menjadi data digital (dalam bentuk biner) yang mewakili posisi tertentu.

Sensor Hall:

Nama itu sendiri menyatakan bahwa itu adalah sensor yang bekerja pada Efek Hall. Hal ini dapat didefinisikan sebagai ketika medan magnet didekatkan dengan konduktor pembawa arus (tegak lurus dengan arah medan listrik) maka beda potensial dikembangkan di seluruh konduktor yang diberikan. Menggunakan properti ini, sensor Hall digunakan untuk mendeteksi medan magnet dan memberikan keluaran dalam bentuk tegangan. Harus diperhatikan bahwa sensor Hall hanya dapat mendeteksi satu kutub magnet.

Sensor hall digunakan di beberapa smartphone yang berguna untuk mematikan layar ketika penutup flap (yang memiliki magnet di dalamnya) ditutup ke layar. Berikut adalah salah satu aplikasi praktis sensor Hall Effect pada Alarm Pintu.

Sensor Fleksibel:

Sensor FLEX adalah transduser yang mengubah resistansinya saat bentuknya berubah atau saat ditekuk . Sensor FLEX berukuran panjang 2,2 inci atau sepanjang jari. Itu ditunjukkan pada gambar. Secara sederhana, resistansi terminal sensor meningkat saat ditekuk. Perubahan penolakan ini tidak ada gunanya kecuali kita dapat membacanya. Pengontrol di tangan hanya dapat membaca perubahan tegangan dan tidak kurang, untuk ini, kita akan menggunakan rangkaian pembagi tegangan, dengan itu kita dapat memperoleh perubahan resistansi sebagai perubahan tegangan. Pelajari di sini tentang cara menggunakan Sensor Fleksibel.

Mikrofon (Sensor Suara):

Mikrofon dapat dilihat di semua smartphone atau ponsel. Itu dapat mendeteksi sinyal audio dan mengubahnya menjadi sinyal listrik tegangan kecil (mV). Mikrofon dapat dari berbagai jenis seperti mikrofon kondensor, mikrofon kristal, mikrofon karbon, dll. Setiap jenis mikrofon bekerja pada properti seperti kapasitansi, efek piezoelektrik, resistansi masing-masing. Mari kita lihat pengoperasian mikrofon kristal yang bekerja pada efek piezoelektrik. Kristal bimorf digunakan yang di bawah tekanan atau getaran menghasilkan tegangan bolak-balik yang proporsional. Diafragma dihubungkan ke kristal melalui pin penggerak sehingga ketika sinyal suara mengenai diafragma, ia bergerak ke sana kemari,Gerakan ini mengubah posisi pin penggerak yang menyebabkan getaran pada kristal sehingga tegangan bolak-balik dihasilkan sehubungan dengan sinyal suara yang diterapkan. Tegangan yang diperoleh diumpankan ke penguat untuk meningkatkan kekuatan sinyal secara keseluruhan. Berikut berbagai sirkuit berdasarkan Mikrofon.

Anda juga dapat mengonversi nilai Mikrofon dalam Desibel menggunakan beberapa mikrokontroler seperti Arduino.

Sensor ultrasonik:

Ultrasonik tidak berarti apa-apa selain rentang frekuensi. Jangkauannya lebih besar dari jangkauan yang dapat didengar (> 20 kHz) sehingga meskipun dinyalakan, kami tidak dapat merasakan sinyal suara ini. Hanya speaker dan penerima tertentu yang dapat merasakan gelombang ultrasonik tersebut. Sensor ultrasonik ini digunakan untuk menghitung jarak antara pemancar ultrasonik dengan target dan juga digunakan untuk mengukur kecepatan target .

Sensor ultrasonik HC-SR04 dapat digunakan untuk mengukur jarak dalam kisaran 2cm-400cm dengan akurasi 3mm. Mari kita lihat bagaimana modul ini bekerja. Modul HCSR04 menghasilkan getaran suara dalam jangkauan ultrasonik ketika kita membuat pin 'Pemicu' tinggi sekitar 10us yang akan mengirim ledakan sonik 8 siklus dengan kecepatan suara dan setelah menabrak objek, itu akan diterima oleh pin Echo. Bergantung pada waktu yang dibutuhkan oleh getaran suara untuk kembali, ini memberikan output pulsa yang sesuai. Kita bisa menghitung jarak benda berdasarkan waktu yang dibutuhkan gelombang ultrasonik untuk kembali ke sensor. Pelajari lebih lanjut tentang Sensor ultrasonik di sini.

Ada banyak aplikasi dengan sensor ultrasonik. Kita dapat memanfaatkannya untuk menghindari rintangan untuk mobil otomatis, robot bergerak, dll. Prinsip yang sama akan digunakan dalam RADAR untuk mendeteksi misil dan pesawat penyusup. Seekor nyamuk dapat merasakan suara ultrasonik. Jadi, gelombang ultrasonik bisa digunakan sebagai pengusir nyamuk.

Sensor Sentuh:

Pada generasi ini, kita bisa mengatakan bahwa hampir semua menggunakan smartphone yang memiliki layar lebar, begitu pula layar yang dapat merasakan sentuhan kita. Jadi, mari kita lihat cara kerja layar sentuh ini. Pada dasarnya, ada dua jenis sensor sentuh berbasis resistif dan layar sentuh berbasis kapasitif . Mari kita ketahui tentang cara kerja sensor ini secara singkat.

Layar sentuh resistif memiliki lembaran resistif di dasar dan lembaran konduktif di bawah layar, keduanya dipisahkan oleh celah udara dengan tegangan kecil diterapkan ke lembaran. Ketika kita menekan atau menyentuh layar, lembaran konduktif menyentuh lembaran resistif pada titik tersebut menyebabkan aliran arus pada titik tersebut, perangkat lunak merasakan lokasi dan tindakan yang relevan dilakukan.

Sedangkan sentuhan kapasitif bekerja pada muatan elektrostatis yang tersedia di tubuh kita. Layar sudah diisi dengan semua medan listrik. Ketika kita menyentuh layar, sirkuit tertutup terbentuk karena muatan elektrostatis yang mengalir melalui tubuh kita. Selanjutnya, perangkat lunak memutuskan lokasi dan tindakan yang akan dilakukan. Kita dapat mengamati bahwa layar sentuh kapasitif tidak akan berfungsi saat memakai sarung tangan karena tidak akan ada konduksi antara jari dan layar.

Sensor PIR:

Sensor PIR adalah singkatan dari sensor Inframerah Pasif. Ini digunakan untuk mendeteksi gerakan manusia, hewan, atau benda. Kita tahu bahwa sinar infra merah memiliki sifat pantulan. Ketika sinar infra merah mengenai suatu benda, tergantung pada suhu sasaran, sifat sinar infra merah berubah, sinyal yang diterima ini menentukan gerakan benda atau makhluk hidup. Sekalipun bentuk objek berubah, sifat dari sinar infra merah yang dipantulkan dapat membedakan objek dengan tepat. Berikut adalah kerja lengkap atau sensor PIR.

Akselerometer (Sensor Kemiringan):

Sensor akselerometer dapat merasakan kemiringan atau pergerakannya ke arah tertentu . Ia bekerja berdasarkan gaya percepatan yang disebabkan oleh gravitasi bumi. Bagian internal kecilnya sangat sensitif sehingga akan bereaksi terhadap perubahan posisi eksternal kecil. Ia memiliki kristal piezoelektrik ketika dimiringkan menyebabkan gangguan pada kristal dan menghasilkan potensial yang menentukan posisi yang tepat sehubungan dengan sumbu X, Y dan Z.

Ini biasanya terlihat di ponsel dan laptop untuk menghindari kerusakan kabel prosesor. Ketika perangkat jatuh, akselerometer mendeteksi kondisi jatuh dan melakukan tindakan masing-masing berdasarkan perangkat lunak. Berikut beberapa proyek yang menggunakan Akselerometer.

Sensor gas:

Dalam aplikasi industri, sensor gas memainkan peran utama dalam mendeteksi kebocoran gas. Jika tidak ada perangkat seperti itu yang dipasang di area seperti itu, pada akhirnya akan menyebabkan bencana yang luar biasa. Sensor gas ini diklasifikasikan ke dalam berbagai jenis berdasarkan jenis gas yang akan dideteksi. Mari kita lihat cara kerja sensor ini. Di bawah lembaran logam ada elemen penginderaan yang terhubung ke terminal di mana arus diterapkan padanya. Ketika partikel gas mengenai elemen penginderaan, hal itu mengarah pada reaksi kimia sehingga resistansi elemen bervariasi dan arus yang melaluinya juga berubah yang akhirnya dapat mendeteksi gas.

Jadi akhirnya, kita dapat menyimpulkan bahwa sensor tidak hanya digunakan untuk membuat pekerjaan kita sederhana untuk mengukur besaran fisik, membuat perangkat otomatis tetapi juga digunakan untuk membantu makhluk hidup yang mengalami bencana.