Sensörler, bir başka adıyla algılayıcılar; fiziksel ortamla endüstriyel amaçlı elektronik cihazları birbirine bağlayan bir köprü görevi görmektedir. Bu cihazlar endüstriyel süreçlerde; kontrol, koruma ve görüntüleme gibi birçok farklı kullanım alanına sahiptir. Elektronik cihazlara bağlanan yüzlerce farklı tipteki sensör vardır. Mikro elektronik teknolojisinde yaşanan gelişmeler sayesinde, her geçen gün bu sensörler de gelişmektedir.
Algılayıcılar, otomatik kontrol sistemlerinin duyu organlarına verilen isimdir. Tıpkı insanların çevrelerinde olup bitenleri duyu organları sayesinde algılamasına benzer şekilde; makineler de basınç, sıcaklık, hız ve benzeri değerleri bu sensörler sayesinde algılarlar. Örnek olarak; bir sıcaklık sensöründe değişen ortam sıcaklığına bağlı olarak bacakları arasındaki elektrik potansiyel farklı ve gerilim oluşur. Bu bilgi mikro denetleyici aktarıldığı anda kapalı çevrim bir sıcaklık kontrol ünitesi elde edilmiş olur.
Transducer terimi, sensör yerine sıklıkla kullanılan terimdir. Transducer tipik olarak enerji dönüştürücü olarak ifade edilebilir. Sensör ise enerji biçimlerini elektriksel enerjiye dönüştüren cihazlardır. Buna karşın bu iki terim yaygın olarak eş anlamlı olarak kabul edilir. Bir otomasyon sisteminde en önemli kısım algılamadır. Sensörler bu amaca hizmet eden algılayıcılardır. Otomasyon sistemlerinde ya da robotlarda çevredeki değişkenleri algılamak, yorumlamak ve ona göre kararların verilmesi gerekmektedir. Değişken tipleri algılamak için ise sensörlere ihtiyaç vardır.
Sensörler temelde iki çeşittir. Bunlar analog ve dijital olarak adlandırılmaktadır. Analog sensörler, algıladıkları fiziksel büyüklüğe göre değişen bir akım ya da gerilim çıktısı verir. Bu tipteki sensörleri dijital çalışan kontrol kartlarına bağlayabilmek adına analog- dijital çeviricilere ihtiyaç vardır. Bu çeviriciler ADC kısaltmasıyla bilinmektedir. Analog-dijital çeviriciler, mikro kontrolcüler içinde de yer alacağı gibi, sayı ya da hassasiyetinin yetmemesi gibi durumlarda harici olarak da bağlanabilmektedir. Yaygın olarak kullanılan tek kart bilgisayar olan Raspberry Pi, maalesef analog-dijital çeviricilere sahip değildir. Dolayısıyla analog girişe ihtiyaç duyulduğunda harici bir entegre kullanılması gerekir.
Dijital sensörler ise genel olarak I2C, SPI, OneWire benzeri haberleşme protokollerini kullanırlar. Bu protokoller aracılığıyla mikro işlemci yani bilgisayar ile iletişim kurmaları mümkün hale gelir. Ayrıca çoğu analog sensör op-amp ile birlikte belirli bir seviye üzerinde lojik 1 çıkışı verebilecek şekilde kullanılabilir. Bu sayede analog çıkışlı sensörler, ADC’ye sahip olmayan kontrolcülerle birlikte kullanılabilir.
Dijital ve analog sensörün çalışma prensibini anlamak için aktif ve pasif ayrımından da bahsetmek gerekir. Aktif sensörler, kendi sinyallerini üretirler ve sonrasında bu sinyalin ortamdaki değişimini kontrol ederler. Bu sayede algılama işlemi gerçekleştirilir. Kızılötesi ve ultrasonik sensörler bu grupta yer alır. Pasif sensörler ise ortamdan alınan sinyalleri kontrol ederek algılama sürecini tamamlar. Işığa duyarlı direnç (LDR), ısıya duyarlı dirençler (NTC/PTC) ve ışığa duyarlı transistörler (fototransistör) bu gruba örnek olarak gösterilebilir.
Sensör nasıl çalışır sorusuna yanıt verdiğimize göre şimdide bu sensörlerin çeşitlerine ve kullanım alanlarına geçebiliriz.
Pasif hareket sensörleri, kızıl ötesi ışınlarının bulunduğu ortama yayar. Bunun ardından üzerindeki Fresnel Lens sayesinde kızılötesi dedektörler, çevredeki vücut sıcaklık rasyonunu algılayarak hareketi tespit eder. Bunun ardından sensörde bağlı bulunan lambayı çalıştırmak için çıkış verirler.
Aktif hareket sensörleri ise radar tabanlı hareket dedektörü olarak da adlandırılır ve ultrasonik ses dalgaları göndererek istenen alanı aktif biçimde tarar. Ortama yayılan ses dalgasının sayesinde istenen alan aktif biçimde sürekli olarak taranır ve yankı oluşur. Nesnelere ulaşan dalgalar sonraki karşılaştırmalar için hassas biçimde hesaplanmaktadır. Bu sensörün bulunduğu alanda hareketli nesne ya da insan fark edilirse, dalgaların frekansı sensöre yansıtılarak alandaki nesnenin hareketi algılanır.
Yukarıdaki sensörlerden robotik sistemler içerisinde yaygın olarak kullanılan üç farklı tip vardır. Bunlar ultrasonik sensörler, Passive Infra-Red (PIR) sensörü ve hall effect sensörleridir.
Ultrasonik sensörler isimlerini İngilizce ‘ultra’ ve ‘sonic’ kelimelerinin birleşmesinden almaktadır. Bu İngilizce birleşim Türkçeye ‘daha yüksek ses’ olarak çevrilmektedir. Bu sensörler mesafe ölçmek amacıyla kullanılmaktadır. Ultrasonik sensörlerin çalışma prensipleri oldukça basittir. Sensör dışarıya bir ses dalgası sinyali gönderir. Gönderilen bu ses dalgasının herhangi bir cisme çarparak kendine geri dönmesini bekler. Sinyalin gönderildikten sonra geri gelme süresi baz alınarak, sensörün cisme olan uzaklığı hesaplanmaktadır.
PIR sensörleri ortam sıcaklığına ve kızılötesi dalga değişimlerine göre hareketleri algılayan cihazlardır. Bu sensörler yaygın olarak alarm sistemlerinde ve otomatik aydınlatmalarda kullanılmaktadır.
Tüm nesneler bulundukları ortama kızılötesi dalga ve sıcaklık yayarlar. PIR sensörlerinin yapısındaki Fresnel Lens sayesinde ortamdaki ışınlar sensörün üzerine düşer. Bu sayede sensör, sabit olan kızılötesi dalgalar ve sıcaklık değiştiğinde bunu algılara ve elektrik sinyali ile sisteme bildirir.
Hall effect sensörler, manyetik alanı algılar ve sinyal çıkışı sağlar. Bu sensörler hız, akım ve mesafe algılamada ve konumlandırmada kullanılmaktadır.
Tüm bu sensör çeşitleri, endüstride ve yaşam alanlarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Etrafınızı incelediğiniz zaman aslında birçok sensörle çevrili olduğunuzu anlayabilirsiniz. Bu sensörler en ilkelinden en gelişmişine kadar insanların gündelik yaşamlarına dâhil olmuştur. Yukarıda yaygın olarak kullanılan sensör çeşitleri ve çalışma alanları baz alınmıştır. Buna karşın daha birçok farklı sensör çeşidi vardır. Tüm sensör çeşitlerini yazmak neredeyse imkânsızdır. Teknolojinin gelişimiyle birlikte, sensör alanında da her geçen gün yeni sensörler ortaya çıkmaktadır.