Yakınlık Sensör Teknolojisi ve Çeşitleri

Sensör teknolojisinin önemi her geçen gün artıyor. Otonom teknolojilerde kullanılan yakınlık sensörleri farklı çeşitleriyle çeşitli avantajlar sağlıyor. Detaylar yazımızın devamında.

A- A+

01.07.2021 tarihli yazı 4267 kez okunmuştur.

Bir cismi algılamak için veya mesafe ölçümü için temassız olarak çalışan ve yakınlık sensörü kapsamına giren birçok teknoloji vardır. Bu teknolojilerin her birinin farklı çalışma prensibi, avantajı ve dezavantajı vardır. Yazımızda taşınabilir veya küçük sabit gömülü sistemlere uyacak ve orta algılama aralıkları için uygun olan en popüler yakınlık sensörü teknolojilerinden dördünü inceleyeceğiz.

Yazımıza devam etmeden önce hiçbir yakınlık sensörü teknolojisinin, her uygulama için herkese uyan tek bir çözüm sunamayacağını belirtmek önemlidir. Maliyet, algılama aralığı, paket boyutu, yenileme hızı ve malzemelerin etkisi gibi bir yakınlık sensörü teknolojisi seçerken göz önünde bulundurulması gereken birçok faktör vardır. Bu bahsedilen faktörler sensör seçiminde anahtar rol oynamaktadır.

Ultrasonik Teknoloji

Ultrasonik sensörler, yüksek frekanslı ses dalgaları yayarak çalışırlar. Üretilen ses dalgalarının cisimden yansıması ile cismin tespitini sağlanır. Ayrıca sesin çıkış zamanı ile dönüş zamanı arasındaki süreyi kullanarak mesafe ölçümü yapabilirler. Ultrasonik sensör uygulaması, alıcıyı ve vericiyi tek modül halinde birleşik bir şekilde veya ayrı modüller halinde kullanabilir. Ayrı modüller olması durumunda alıcının ve vericinin yakınlığı, ölçümün doğruluğu açısından önem kazanır.

Şekil 1: Ultrasonik Sensör Teknolojisinin Genel Uygulama Diyagramı

► İlginizi çekebilir: Ultrasonik Sensör Nasıl Çalışır? | Menzil vs Frekans

Basit tasarımları nedeniyle, ultrasonik sensörler, düşük maliyetli bir seçenektir. Saniyede yüzlerce dalga gönderebilen ultrasonik sensörler, yüksek yenileme hızına sahiptir. Ultrasonik sensörler elektromanyetik dalgalar yerine sese dayandığından, nesnelerin renginin ve şeffaflığının yanı sıra ortamın aydınlık veya karanlık olması ölçümün doğruluğu üzerine hiçbir etkisi yoktur. Fakat ses hızı sıcaklıkla doğrudan etkilenir. Sıcaklıkta görülen ciddi değişikler ölçümün doğruluğunu ciddi şekilde etkiler. Sıcaklık ölçümü yapılarak hesaplamalardaki yanlışlıklar giderilebilir, ancak bu yine de ultrasonik sensörlerin bir dezavantajıdır.

Ultrasonik sensörler, sesin verimli bir şekilde yansımasına izin vermeyen yumuşak veya emici malzemelerle de düzgün çalışma göstermez. Son olarak, ultrasonik sensörler su altı kullanımı için tasarlanmamıştır ve ses dalgalarına bağımlılıkları, ses iletimi için ortamın olmadığı bir boşlukta işlevsel oldukları anlamına gelir.

Fotoelektrik Teknolojisi

Bir cismin tespiti için en etkili araç olan fotoelektrik sensörler, çeşitli endüstriyel, konut ve ticari uygulamaların yanı sıra, garaj kapısı sensörlerinde veya mağazalarda yolcu sayımında kullanımları ile tanınır. Hareketli herhangi bir parçaya sahip olmayan fotoelektrik sensörler, genellikle uzun kullanım ömrüne sahiptir. Çoğu materyali algılayabilirler, ancak şeffaf nesneler veya su sorunlara yol açabilir. Fotoelektrik sensörler; karşılıklı tip fotoelektrik sensörler, reflektörlü tip fotoelektrik sensörler ve cisimden yansımalı fotoelektrik sensörler olmak üzere birçok uygulama şekline sahiptir.

Karşılıklı tip fotoelektrik sensörler, bir verici ve alıcının karşı karşıya yerleştirildiği, garaj kapısı sensörü olarak da tanınabilecek uygulamadır. Bu iki nokta arasındaki ışında herhangi bir kesintiyle sensör bir nesnenin varlığını algılar.

Şekil 2: Karşılıklı Tip Fotoelektrik Sensörlerin Çalışma Şekli

► İlginizi çekebilir: Fotodedektör Nedir? | 1.Bölüm

Reflektörlü tip fotoelektrik sensörlerde, verici ve alıcı yan yana yerleştirilir. Karşılarına ise reflektör adı verilen geri yansıtıcı bir cisim yerleştirilerek ışının, vericiden alıcıya transferi sağlanır. Araya giren herhangi bir cisim, alıcının ışını almasına engel olmasıyla cismin varlığı algılanır.

Şekil 3: Reflektörlü Tip Fotoelektrik Sensörlerin Çalışma Şekli

Cisimden yansımalı fotoelektrik sensörler ise, reflektörlü tip fotoelektrik sensörlere benzer bir şekilde çalışır. Ancak ışınları bir reflektörden yansıtmak yerine, ışını ultrasonik sensörler gibi yakındaki herhangi bir nesneden yansıtır. Bu uygulama ultrasonik sensörlerin aksine mesafe hesaplama yeteneğine sahip değildir.

Şekil 4: Cisimden Yansımalı Fotoelektrik Sensörlerin Çalışma Şekli

Karşılıklı tip fotoelektrik sensörler ve reflektörlü tip fotoelektrik sensörler, uzun algılama aralıkları ve hızlı tepki süreleri sunarken, cisimden yansımalı fotoelektrik sensörler küçük nesneleri algılamada iyidir. Fotoelektrik sensörler, lens kirletici maddeler içermeyen endüstriyel ortamlarda yaygın olarak bulunan sağlam bir çözümdür. Mesafe hesaplaması, fotoelektrik sensörlerin neredeyse var olmayan bir özelliğidir. Ayrıca, nesne rengi ve nesnenin yansıtıcılık oranı da sorunlara neden olabilir.

Çeşitli fotoelektrik uygulamalar dikkatli montaj ve hizalama gerektirir, bu durum karmaşık sistemlerde ek zorluklara yol açabilir.

Lazer Mesafe Ölçer Teknolojisi

Ses dalgaları yerine elektromanyetik ışınları kullanan lazer mesafe ölçer sensörleri, ultrasonik sensörlere benzer şekilde çalışır. Bu teknoloji, son yıllarda ekonomik olarak daha uygun hale gelse de ultrasonik ve diğer teknolojilere kıyasla hala çok pahalı bir seçenek.

Lazer mesafe ölçer teknolojisi, hızlı tepki süresiyle birlikte onlarca veya binlerce metreye kadar son derece uzun bir algılama aralığına sahiptir. Işık hızının ses hızından çok daha hızlı olması nedeniyle, ışının toplam uçuş süresinin ölçümü zor olabilir. Maliyeti düşürmek ve mesafedeki doğruluğu artırmak için girişimölçer gibi uygulamalara yer verilir.

Şekil 5: Lazer Mesafe Ölçerin Yapısı

Daha önce de belirtildiği gibi, lazer mesafe ölçerler, bu yazıda konu edilen açık ara en pahalı teknolojidir. Bu nedenle birçok mühendisin malzeme listesi için makul değildir. Bu sensör teknolojisinde kullanılan lazerler de çok fazla güç çekerek taşınabilir uygulamalarda kullanımını sınırlarken, kullanıcıları çeşitli göz risklerine de maruz bırakır.

Amaçlanan uygulamaya bağlı olarak, bir lazerin odaklanmış algılama alanı ve saçılımının olmaması bir avantaj veya dezavantaj olarak görülebilir. Ayrıca mesafe ölçerler su veya camla çalışırken iyi performans göstermezler.

Endüktif Teknoloji

Eski bir çalışma prensibine dayanmasına rağmen endüktif sensörler son zamanlarda yaygın bir kullanım kazanmıştır. Şimdiye kadar tartışılan diğer üç teknolojinin aksine, endüktif teknoloji yalnızca metalik nesneler için uygundur.

Endüktif sensörler, metal detektörünün temel çalışma prensibini kullanır. Metalik nesneler algılama aralığına girince manyetik alanında değişiklikler meydana gelir. Bu değişikliklerin algılanmasıyla cismin tespiti yapılır.

Şekil 6: Metal Nesneleri Algılamak için Kullanılan Endüktif Sensör

Endüktif sensörler, milimetreden metreye kadar geniş bir algılama aralığına sahiptir. Geniş algılama aralığı nedeniyle vites rotasyonlarını saymak gibi yakın mesafeli uygulamalarda veya yollarda araç algılama gibi daha uzun menzilli uygulamalarda kullanılır.

Demir içeren malzemelerle en iyi performansı gösterirler, yine de manyetik olmayan nesneleri daha düşük algılama aralığıyla algılayabilirler. Endüktif sensörler ayrıca son derece hızlı yenileme hızlarına, basit kullanıma ve algılama aralığı açısından esnekliğe sahiptir. Bununla birlikte, algılayabilecekleri malzemelerle ve çeşitli kaynaklardan gelen müdahaleye eğilimleriyle dezavantajlara sahiptir.

SONUÇ

Bir yakınlık sensörü teknolojisi seçerken göz önünde bulundurulması gereken birçok faktör vardır. Bu yazıda tartışılan farklı teknolojilerin faydalarını ve avantajlarını anlamak, bu seçim sürecini kolaylaştırabilir.

Şekil 7: İncelediğimiz Yakınlık Sensörlerinin Karşılaştırılması

Her teknoloji çeşitli durumlarda en uygun kullanımları mevcut olmasına rağmen, ultrasonik sensörler, düşük maliyetleri hem tespit hem de mesafe algılama özelliği ve kullanım kolaylığı nedeniyle iyi bir genel seçimdir. Teknoloji ilerlerken ultrasonik sensörlerin bu kadar geniş bir tasarım yelpazesinde bulunmasının nedeni budur.

Kaynak:

► allaboutcircuits.com
► cuidevices.com