Sensor adalah perangkat kompleks yang sering digunakan untuk mendeteksi dan merespons sinyal listrik atau optik. Perangkat mengubah parameter fisik (suhu, tekanan darah, kelembaban, kecepatan) menjadi sinyal yang dapat diukur oleh perangkat.
Klasifikasi sensor dalam hal ini mungkin berbeda. Ada beberapa parameter dasar untuk distribusi alat ukur, yang akan dibahas lebih lanjut. Pada dasarnya, pemisahan ini disebabkan oleh aksi berbagai gaya.
Hal ini mudah dijelaskan dengan menggunakan pengukuran suhu sebagai contoh. Merkuri dalam termometer kaca mengembang dan memampatkan cairan untuk mengubah suhu terukur, yang dapat dibaca oleh pengamat dari tabung gelas yang dikalibrasi.
Kriteria pemilihan
Ada fitur tertentu yang perlu dipertimbangkan saat mengklasifikasikan sebuah sensor. Mereka tercantum di bawah ini:
- Akurasi.
- Kondisi lingkungan - biasanya sensor memiliki batasan suhu, kelembaban.
- Rentang - bataspengukuran sensor.
- Kalibrasi - diperlukan untuk sebagian besar alat ukur karena pembacaan berubah seiring waktu.
- Biaya.
- Pengulangan - Pembacaan variabel diukur berulang kali di lingkungan yang sama.
Distribusi berdasarkan kategori
Klasifikasi sensor dibagi ke dalam kategori berikut:
- Jumlah parameter masukan utama.
- Prinsip transduksi (menggunakan efek fisik dan kimia).
- Material dan teknologi.
- Tujuan.
Prinsip transduksi adalah kriteria mendasar yang diikuti untuk pengumpulan informasi yang efektif. Biasanya, kriteria logistik dipilih oleh tim pengembangan.
Klasifikasi sensor berdasarkan properti didistribusikan sebagai berikut:
- Suhu: termistor, termokopel, termometer resistansi, sirkuit mikro.
- Tekanan: Serat Optik, Vakum, Pengukur Cairan Fleksibel, LVDT, Elektronik.
- Aliran: elektromagnetik, tekanan diferensial, perpindahan posisi, massa termal.
- Sensor level: tekanan diferensial, frekuensi radio ultrasonik, radar, perpindahan termal.
- Kedekatan dan perpindahan: LVDT, fotovoltaik, kapasitif, magnetik, ultrasonik.
- Biosensor: cermin resonansi, elektrokimia, resonansi plasmon permukaan, potensiometri yang dapat diatasi dengan cahaya.
- Gambar: CCD, CMOS.
- Gas dan kimia: semikonduktor, inframerah, konduksi, elektrokimia.
- Percepatan: giroskop, akselerometer.
- Lainnya: sensor kelembaban, sensor kecepatan, massa, sensor kemiringan, gaya, viskositas.
Ini adalah grup besar subbagian. Patut dicatat bahwa dengan penemuan teknologi baru, bagian-bagian tersebut terus diisi ulang.
Penugasan klasifikasi sensor berdasarkan arah penggunaan:
- Kontrol, pengukuran dan otomatisasi proses produksi.
- Penggunaan non-industri: penerbangan, peralatan medis, mobil, elektronik konsumen.
Sensor dapat diklasifikasikan menurut kebutuhan daya:
- Sensor aktif - perangkat yang membutuhkan daya. Misalnya, LiDAR (deteksi cahaya dan pengintai), sel fotokonduktif.
- Sensor pasif - sensor yang tidak memerlukan daya. Misalnya, radiometer, fotografi film.
Dua bagian ini mencakup semua perangkat yang dikenal sains.
Dalam aplikasi saat ini, penetapan klasifikasi sensor dapat dikelompokkan sebagai berikut:
- Akselerometer - berdasarkan teknologi sensor mikroelektromekanis. Mereka digunakan untuk memantau pasien yang menyalakan alat pacu jantung. dan dinamika kendaraan.
- Biosensor - berdasarkan teknologi elektrokimia. Digunakan untuk menguji makanan, alat kesehatan, air, dan mendeteksi patogen biologis berbahaya.
- Sensor gambar - berdasarkan teknologi CMOS. Mereka digunakan dalam elektronik konsumen, biometrik, pemantauan lalu lintaslalu lintas dan keamanan, serta gambar komputer.
- Detektor gerak - berdasarkan teknologi inframerah, ultrasonik, dan gelombang mikro/radar. Digunakan dalam video game dan simulasi, aktivasi cahaya dan deteksi keamanan.
Jenis Sensor
Ada juga grup utama. Ini dibagi menjadi enam bidang utama:
- Suhu.
- Inframerah.
- Ultraviolet.
- Sensor.
- Pendekatan, gerakan.
- Ultrasound.
Setiap grup dapat menyertakan subbagian, jika teknologi tersebut bahkan digunakan sebagian sebagai bagian dari perangkat tertentu.
1. Sensor suhu
Ini adalah salah satu grup utama. Klasifikasi sensor suhu menyatukan semua perangkat yang memiliki kemampuan untuk mengevaluasi parameter berdasarkan pemanasan atau pendinginan jenis zat atau bahan tertentu.
Perangkat ini mengumpulkan informasi suhu dari sumber dan mengubahnya menjadi bentuk yang dapat dipahami oleh peralatan atau orang lain. Ilustrasi terbaik dari sensor suhu adalah merkuri dalam termometer kaca. Merkuri dalam gelas memuai dan menyusut dengan perubahan suhu. Suhu luar ruangan adalah elemen awal untuk mengukur indikator. Posisi merkuri diamati oleh pemirsa untuk mengukur parameter. Ada dua jenis utama sensor suhu:
- Sensor kontak. Jenis perangkat ini membutuhkan kontak fisik langsung dengan objek atau pembawa. Mereka memegang kendalisuhu padatan, cairan dan gas pada rentang suhu yang luas.
- Sensor jarak. Jenis sensor ini tidak memerlukan kontak fisik dengan objek atau media yang diukur. Mereka mengontrol padatan dan cairan non-reflektif, tetapi tidak berguna untuk gas karena transparansi alaminya. Instrumen ini menggunakan hukum Planck untuk mengukur suhu. Hukum ini menyangkut panas yang dipancarkan oleh sumber untuk mengukur patokan.
Bekerja dengan berbagai perangkat
Prinsip pengoperasian dan klasifikasi sensor suhu dibagi menjadi penggunaan teknologi pada jenis peralatan lain. Ini bisa berupa dasbor di mobil dan unit produksi khusus di toko industri.
- Termokopel - modul terbuat dari dua kabel (masing-masing - dari paduan atau logam homogen yang berbeda), yang membentuk transisi pengukuran dengan menghubungkan di salah satu ujungnya. Unit pengukuran ini terbuka untuk elemen yang dipelajari. Ujung lain dari kawat berakhir dengan alat pengukur di mana persimpangan referensi terbentuk. Arus mengalir melalui rangkaian karena suhu kedua persimpangan berbeda. Tegangan milivolt yang dihasilkan diukur untuk menentukan suhu di persimpangan.
- Resistance Temperature Detectors (RTD) adalah jenis termistor yang dibuat untuk mengukur hambatan listrik saat suhu berubah. Mereka lebih mahal daripada perangkat pendeteksi suhu lainnya.
- Termistor. Mereka adalah jenis lain dari resistor termal di mana besarperubahan resistansi sebanding dengan perubahan kecil suhu.
2. Sensor inframerah
Perangkat ini memancarkan atau mendeteksi radiasi inframerah untuk mendeteksi fase tertentu di lingkungan. Sebagai aturan, radiasi termal dipancarkan oleh semua objek dalam spektrum inframerah. Sensor ini mendeteksi jenis sumber yang tidak terlihat oleh mata manusia.
Ide dasarnya adalah menggunakan LED inframerah untuk mengirimkan gelombang cahaya ke suatu objek. Dioda IR lain dengan tipe yang sama harus digunakan untuk mendeteksi gelombang pantul dari objek.
Prinsip operasi
Klasifikasi sensor dalam sistem otomasi ke arah ini adalah umum. Ini disebabkan oleh fakta bahwa teknologi memungkinkan untuk menggunakan alat tambahan untuk menilai parameter eksternal. Ketika penerima inframerah terkena cahaya inframerah, perbedaan tegangan berkembang di seluruh kabel. Sifat listrik dari komponen sensor IR dapat digunakan untuk mengukur jarak ke suatu objek. Ketika penerima inframerah terkena cahaya, perbedaan potensial terjadi di seluruh kabel.
Jika berlaku:
- Termografi: Menurut hukum radiasi benda, adalah mungkin untuk mengamati lingkungan dengan atau tanpa cahaya tampak menggunakan teknologi ini.
- Pemanasan: Inframerah dapat digunakan untuk memasak dan memanaskan makanan. Mereka dapat menghilangkan es dari sayap pesawat. Konverter populer di industribidang seperti percetakan, cetakan plastik dan pengelasan polimer.
- Spektroskopi: Teknik ini digunakan untuk mengidentifikasi molekul dengan menganalisis ikatan penyusunnya. Teknologi ini menggunakan radiasi cahaya untuk mempelajari senyawa organik.
- Meteorologi: mengukur ketinggian awan, menghitung suhu bumi dan permukaan dimungkinkan jika satelit meteorologi dilengkapi dengan radiometer pemindai.
- Photobiomodulation: digunakan untuk kemoterapi pada pasien kanker. Selain itu, teknologi sedang digunakan untuk mengobati virus herpes.
- Klimatologi: memantau pertukaran energi antara atmosfer dan bumi.
- Komunikasi: Laser inframerah memberikan cahaya untuk komunikasi serat optik. Emisi ini juga digunakan untuk komunikasi jarak pendek antara perangkat seluler dan komputer.
3. Sensor UV
Sensor ini mengukur intensitas atau kekuatan radiasi ultraviolet yang terjadi. Suatu bentuk radiasi elektromagnetik memiliki panjang gelombang lebih panjang dari sinar-X, tetapi masih lebih pendek dari radiasi tampak.
Bahan aktif yang dikenal sebagai berlian polikristalin digunakan untuk mengukur ultraviolet dengan andal. Instrumen dapat mendeteksi berbagai dampak lingkungan.
Kriteria pemilihan perangkat:
- Panjang gelombang berkisar dalam nanometer (nm) yang dapat dideteksi oleh sensor ultraviolet.
- Suhu operasi.
- Akurasi.
- Berat.
- Rentangkekuatan.
Prinsip operasi
Sebuah sensor ultraviolet menerima satu jenis sinyal energi dan mengirimkan jenis sinyal lainnya. Untuk mengamati dan merekam aliran keluaran ini, mereka dikirim ke meteran listrik. Untuk membuat grafik dan laporan, pembacaan ditransfer ke konverter analog-ke-digital (ADC) dan kemudian ke komputer dengan perangkat lunak.
Digunakan pada peralatan berikut:
- UV phototube adalah sensor peka radiasi yang memantau pengolahan udara UV, pengolahan air UV dan paparan sinar matahari.
- Sensor cahaya - mengukur intensitas sinar datang.
- Sensor spektrum UV adalah perangkat charge-coupled (CCD) yang digunakan dalam pencitraan laboratorium.
- Detektor sinar UV.
- Detektor kuman UV.
- Sensor fotostabilitas.
4. Sensor sentuh
Ini adalah grup besar perangkat lainnya. Klasifikasi sensor tekanan digunakan untuk menilai parameter eksternal yang bertanggung jawab atas munculnya karakteristik tambahan di bawah aksi objek atau zat tertentu.
Sensor sentuh bertindak seperti resistor variabel sesuai dengan tempat terhubungnya.
Sensor sentuh terdiri dari:
- Bahan yang sepenuhnya konduktif seperti tembaga.
- Bahan antara berinsulasi seperti busa atau plastik.
- Bahan konduktif sebagian.
Pada saat yang sama, tidak ada pemisahan yang tegas. Klasifikasi sensor tekanan ditetapkan dengan memilih sensor tertentu, yang mengevaluasi tegangan yang muncul di dalam atau di luar objek yang diteliti.
Prinsip operasi
Bahan konduktif sebagian menentang aliran arus. Prinsip dari encoder linier adalah bahwa aliran arus dianggap lebih berlawanan jika panjang bahan yang dilalui arus lebih panjang. Akibatnya, resistansi material berubah dengan mengubah posisi kontaknya dengan objek yang sepenuhnya konduktif.
Klasifikasi sensor otomatisasi didasarkan sepenuhnya pada prinsip yang dijelaskan. Di sini, sumber daya tambahan terlibat dalam bentuk perangkat lunak yang dikembangkan secara khusus. Biasanya, perangkat lunak dikaitkan dengan sensor sentuh. Perangkat dapat mengingat "sentuhan terakhir" saat sensor dinonaktifkan. Mereka dapat mendaftarkan "sentuhan pertama" segera setelah sensor diaktifkan dan memahami semua arti yang terkait dengannya. Tindakan ini mirip dengan menggerakkan mouse komputer ke ujung lain alas mouse untuk memindahkan kursor ke sisi jauh layar.
5. Sensor jarak
Kendaraan modern semakin banyak menggunakan teknologi ini. Klasifikasi sensor listrik menggunakan modul cahaya dan sensor semakin populer di kalangan produsen otomotif.
Sensor jarak mendeteksi keberadaan objek yang hampir tidak adatitik kontak. Karena tidak ada kontak antara modul dan objek yang dirasakan dan tidak ada bagian mekanis, perangkat ini memiliki masa pakai yang lama dan keandalan yang tinggi.
Berbagai jenis sensor jarak:
- Sensor jarak induktif.
- Sensor jarak kapasitif.
- Sensor jarak ultrasonik.
- Sensor fotolistrik.
- Aula sensor.
Prinsip operasi
Sensor jarak memancarkan medan elektromagnetik atau elektrostatik atau pancaran radiasi elektromagnetik (seperti inframerah) dan menunggu sinyal respons atau perubahan medan. Objek yang dideteksi dikenal sebagai target modul registrasi.
Klasifikasi sensor menurut prinsip operasi dan tujuannya adalah sebagai berikut:
- Perangkat induktif: ada osilator pada input yang mengubah resistansi rugi-rugi pada kedekatan media konduktif listrik. Perangkat ini lebih disukai untuk benda logam.
- Capacitive Proximity Sensors: Ini mengubah perubahan kapasitansi elektrostatik antara elektroda deteksi dan ground. Ini terjadi ketika mendekati objek terdekat dengan perubahan frekuensi osilasi. Untuk mendeteksi objek terdekat, frekuensi osilasi diubah menjadi tegangan DC, yang dibandingkan dengan ambang batas yang telah ditentukan. Perlengkapan ini lebih disukai untuk benda plastik.
Klasifikasi alat ukur dan sensor tidak terbatas pada deskripsi dan parameter di atas. Dengan munculnyajenis baru alat ukur, kelompok total meningkat. Berbagai definisi telah disetujui untuk membedakan antara sensor dan transduser. Sensor dapat didefinisikan sebagai elemen yang merasakan energi untuk menghasilkan varian dalam bentuk energi yang sama atau berbeda. Sensor mengubah nilai terukur menjadi sinyal keluaran yang diinginkan menggunakan prinsip konversi.
Berdasarkan sinyal yang diterima dan dibuat, prinsipnya dapat dibagi menjadi beberapa kelompok berikut: listrik, mekanik, termal, kimia, radiasi dan magnet.
6. Sensor ultrasonik
Sensor ultrasonik digunakan untuk mendeteksi keberadaan suatu objek. Ini dicapai dengan memancarkan gelombang ultrasonik dari kepala perangkat dan kemudian menerima sinyal ultrasonik yang dipantulkan dari objek yang sesuai. Ini membantu dalam mendeteksi posisi, keberadaan, dan pergerakan objek.
Karena sensor ultrasonik mengandalkan suara daripada cahaya untuk pendeteksian, sensor ini banyak digunakan dalam pengukuran ketinggian air, prosedur pemindaian medis, dan dalam industri otomotif. Gelombang ultrasonik dapat mendeteksi objek tak kasat mata seperti transparansi, botol kaca, botol plastik, dan kaca lembaran dengan sensor reflektifnya.
Prinsip operasi
Klasifikasi sensor induktif didasarkan pada ruang lingkup penggunaannya. Di sini penting untuk memperhitungkan sifat fisik dan kimia benda. Pergerakan gelombang ultrasonik berbeda-beda tergantung dari bentuk dan jenis mediumnya. Misalnya, gelombang ultrasonik berjalan lurus melalui media homogen dan dipantulkan dan ditransmisikan kembali ke batas antara media yang berbeda. Tubuh manusia di udara menyebabkan refleksi yang signifikan dan dapat dengan mudah dideteksi.
Teknologi ini menggunakan prinsip-prinsip berikut:
- Multirefleksi. Refleksi ganda terjadi ketika gelombang dipantulkan lebih dari satu kali antara sensor dan target.
- Batas zona. Jarak penginderaan minimum dan jarak penginderaan maksimum dapat disesuaikan. Ini disebut zona batas.
- Zona deteksi. Ini adalah interval antara permukaan kepala sensor dan jarak deteksi minimum yang diperoleh dengan menyesuaikan jarak pemindaian.
Perangkat yang dilengkapi dengan teknologi ini dapat memindai berbagai jenis objek. Sumber ultrasonik secara aktif digunakan dalam pembuatan kendaraan.
