センサーの種類と回路図
一般的に、ファン、クーラー、産業用モーターなどの家電製品や家電製品の電源を入れるには、従来の壁コンセント配電盤を使用します。しかし、スイッチを定期的に操作することは非常に困難です。したがって、ホームオートメーションおよび産業用自動化システムは、必要なすべての電気および電子機器の負荷を簡単に制御できるように開発されています。電力システムにおけるこの自動化は、さまざまなタイプのセンサーとセンサー回路を使用して設計できます。そのため、この記事では、センサーとは何か、さまざまなタイプ、原理、および回路図の包括的な概要を説明します。
センサーとは何ですか？
数量またはイベントの変化を検出して出力を提供するデバイスは、センサーとして定義できます。一般に、センサーは、入力レベルの変動に対応する電気信号または光出力信号を生成するデバイスと呼ばれます。センサーにはさまざまな種類があります。たとえば、入力温度の変化に基づいて出力電圧を生成する温度センサーと見なすことができる熱電対を考えてみましょう。
さまざまなアプリケーションに使用される多くのドメインで、さまざまな種類のセンサーを観察できます。 センサーの種類のいくつかを考えてみましょう 。
電子機器のさまざまなタイプのセンサー
私たちの日常生活では、電気および電子機器、負荷制御システム、ホームオートメーション、産業用自動化など。
すべてのタイプのセンサーは、基本的にアナログセンサーとデジタルセンサーに分類できます。ただし、温度センサー、IRセンサー、超音波センサー、圧力センサー、近接センサー、タッチセンサーなど、いくつかの種類のセンサーがほとんどの電子機器アプリケーションで頻繁に使用されています。
- 温度センサー
- IRセンサー
- 超音波センサー
- タッチセンサー
- 近接センサー
- 圧力センサー
- レベルセンサー
- 煙およびガスセンサー
温度センサー
温度は、さまざまな理由で最も一般的に測定される環境量の1つです。熱電対、サーミスタ、半導体温度センサー、測温抵抗体（RTD）など、温度を測定できる温度センサーにはさまざまな種類があります。要件に基づいて、さまざまなアプリケーションで温度を測定するためにさまざまなタイプのセンサーが使用されます。
温度センサー回路
回路を備えた単純な温度センサーを使用して、温度センサーによって検出される特定の温度で負荷のオンとオフを切り替えることができます（ここではサーミスタが使用されます）。回路は、図のように接続されたバッテリー、サーミスタ、トランジスタ、リレーで構成されています。
リレーは、温度センサーによって目的の温度を検出することでアクティブになります。したがって、リレーはそれに接続されている負荷をオンにします（負荷はACまたはDCにすることができます）。この回路を使用して、温度に基づいてファンを自動的に制御できます。
温度センサーの実用化
主に、サーミスタ、デジタル温度センサーなど、さまざまなタイプのセンサーに分類される温度センサーを検討してください。
プログラム可能なデジタル温度コントローラーは、実用的な組み込みシステムベースの電子プロジェクトであり、産業用アプリケーションの要件に基づいてデバイスの温度を制御するために使用されます。デジタル温度センサー回路キットを下図に示します。
プロジェクトの回路ブロック図は、図に示すように、さまざまなブロックで次のように表すことができます。
電源ブロックは、AC 230V電源、電圧を降圧するための降圧変圧器、ACからDCに電圧を整流するための整流器、一定の出力を維持するための電圧レギュレータで構成されています。プロジェクト回路に入力を与えるためのDC電圧。
LCDディスプレイは、8051マイクロコントローラーに接続されており、範囲内の温度測定値を表示します。 -55°C〜 + 125°C。デジタル温度センサーICDS1621は、マイクロコントローラーに9ビットの温度測定値を提供するために使用されます。
EEPROM不揮発性メモリは、8051マイクロコントローラへの一連のスイッチを介してユーザー定義（最大および最小）の温度設定を保存するために使用されます。トランジスタドライバを使用して駆動できるマイクロコントローラにリレーが接続されています。このリレーを使用して負荷を駆動できます（ここでは、負荷はデモンストレーション用のランプとして表されています）。
IRセンサー
赤外線を放射して検出するために使用されるフォトセルを備えた小さなフォトチップは、IRセンサーと呼ばれます。 IRセンサーは、一般的にリモートコントロール技術の設計に使用されます。 IRセンサーは、ロボット車両の障害物を検出し、ロボット車両の方向を制御するために使用できます。赤外線の検出に使用できるセンサーにはさまざまな種類があります。
IRセンサー回路
私たちの日常生活では、テレビのリモコンとしてシンプルなIRセンサー回路が使用されています。図のように設計できるIRエミッタ回路とIRレシーバ回路で構成されています。
コントローラーがリモコンとして使用するIRエミッター回路は、赤外光を放射するために使用されます。この赤外線は、テレビやIRリモコンロボットなどのデバイスに接続するIR受信回路に向けて送信または送信されます。受信したコマンドに基づいて、テレビまたはロボットが制御されます。
IRセンサーの実用化
IRセンサーは、テレビのリモコンの設計によく使用されます。これは、一般的なTVリモコンまたはIRリモコンを使用して、ロボット車両をリモートで制御するために使用される単純なIRセンサーベースの電子機器プロジェクトです。 IRセンサー制御のロボット車両プロジェクト回路を図に示します。
IR制御のロボット車両のブロック図は、8051マイクロコントローラーと接続されたモーターやモーターダイバー、電源用バッテリー、IRレシーバーブロック、TVリモートなどのさまざまなブロックで構成されています。または図に示すようにIRリモート。
ここでは、IRセンサーベースのTVリモコンを使用して、ユーザーがロボット車両にリモートでコマンドを送信します。受信機側でマイクロコントローラーに接続されたIR受信機が受信したコマンドに基づきます。マイクロコントローラーは適切な信号を生成してモーターを駆動し、ロボット車両の方向を前方または後方、あるいは左または右に制御します。
超音波センサー
ソナーやレーダーと同様の原理で動作し、解釈によってターゲットの属性を推定するトランスデューサーは、超音波センサーまたはトランシーバーと呼ばれます。センサーの動作に基づいて区別できるアクティブおよびパッシブ超音波センサーとして分類されるさまざまなタイプのセンサーがあります。
アクティブな超音波センサーによって生成された高周波音波は、エコーを評価するために超音波センサーによって受信されます。したがって、エコーの送受信にかかる時間間隔は、オブジェクトまでの距離を決定するために使用されます。ただし、パッシブ超音波センサーは、特定の条件下で存在する超音波ノイズを検出するために使用されます。
上図に示す超音波モジュールは、超音波送信機、受信機、および制御回路で構成されています。回路を備えた超音波センサーの実用化は、以下に示すような超音波距離センサー回路として使用できます。
回路に電源が供給されると、超音波が生成されてセンサーから送信され、障害物や前方の物体から反射されます。次に、受信機がそれを受信し、送受信にかかった合計時間がオブジェクトとセンサーの間の距離を計算するために使用されます。マイクロコントローラは、プログラミング技術を使用して操作全体を処理および制御するために使用されます。 LCDディスプレイは、距離（通常はcm単位）を表示するために回路に接続されています。
超音波センサーの実用化
回路を備えた超音波センサーは、物体の距離を測定するために使用できます。この方法は、高温や高圧ゾーンなどのアクセスできない領域など、従来の方法では測定できない場合に使用されます。超音波センサーベースの距離測定プロジェクト回路キットを図に示します。
超音波センサープロジェクト回路のブロック図による距離測定を下のブロック図に示します。これは、電源ブロック、LCDディスプレイ、超音波モジュール、距離を測定する必要のあるオブジェクト、8051マイクロコントローラーなどのさまざまなブロックで構成されています。
このプロジェクトで使用される超音波トランスデューサーは、超音波送信機と受信機で構成されています。超音波送信機から送信された波は、物体から超音波受信機に反射されます。これらの波の送受信にかかる時間は、音の速度を使用して計算されます。
タッチセンサー
タッチセンサーは、タッチによってアクティブになるスイッチとして定義できます。静電容量式タッチスイッチ、抵抗式タッチスイッチ、圧電式タッチスイッチなど、タッチの種類に基づいて分類されるタッチセンサーにはさまざまな種類があります。
タッチセンサー回路
この回路は、単安定モードで動作する555タイマー、タッチセンサーまたはプレート、LED、バッテリー、および基本的な電子部品で構成されるタッチセンサーの単純なアプリケーションを表しています。
回路は上図のように接続されています。通常の状態では、タッチプレートに触れていない場合、LEDはオフ状態のままです。タッチプレートに触れると、555タイマーに信号が送られます。タッチプレートから受信した信号を検知することにより、555タイマーがLEDをアクティブにし、LEDが点灯して、タッチセンサーまたはプレートにタッチしたことを示します。
タッチセンサーの実用化
タッチセンシティブロードは、ロードを制御するために設計されています。タッチ制御ロードスイッチプロジェクト回路キットを図に示します。
タッチセンサーの原理に基づくタッチ制御負荷スイッチは、電源ブロック、555タイマー、タッチセンサープレートまたはタッチプレート、リレー、負荷などのさまざまなブロックで構成されています。タッチ制御ロードスイッチのブロック図。
回路で使用される555タイマーは単安定モードで接続され、一定時間負荷をオンにするためのリレーを駆動するために使用されます。 555タイマーのトリガーピンはタッチプレートに接続されているため、555タイマーはタッチでトリガーできます。 555タイマーがタッチによってトリガーされると（電圧は人体のタッチで発生します）、一定の時間間隔でロジックハイを提供します。この固定時間間隔は、タイマーへのRC時定数接続を変更することで変更できます。したがって、555タイマーの出力はリレーを介して負荷を駆動し、負荷は一定の時間が経過すると自動的にオフになります。
同様に、PIRセンサーベースの自動ドア開閉システムなどのより高度なセンサーを使用して、シンプルで革新的な電気および電子プロジェクトを開発できます。高速道路の街灯用の発電用の高速道路のスピードブレーカーの下に圧電プレート（これらは圧力センサーの一種）を配置することによって実装できる圧力センサーベースの発電。近接センサーベースの近接検出回路。
それでは、先に進んで、IoT、ロボット工学、建築、および多くの業界など、各ドメインに基づいたセンサーの種類を知ってみましょう。
IoTのセンサー
IoTは、最近ではテクノロジー関連のすべてのものの中心的な範囲として機能するプラットフォームです。 IoTの機能は、さまざまな種類のセンサーを実装することで、複数の種類の情報とインテリジェンスを提供することです。これらのセンサーは、情報を収集し、その上で機能し、接続された複数のデバイス間で共有するように動作します。収集されたすべての情報を使用して、センサーは自動機能を可能にし、テクノロジーをよりスマートにします。以下は、 IoTのセンサーの種類です。 ドメイン。
近接センサー
これは、周囲のオブジェクトの存在または非存在を識別したり、オブジェクトのプロパティを検出したりするタイプのIoTセンサーです。次に、検出された信号を、ユーザーが明確に理解できる形式に変換するか、ユーザーと接触しない単純な電子機器である可能性があります。
近接センサーのアプリケーションは、主に小売分野であり、製品と消費者の間に存在する動きと関連性を見つけることができます。これにより、ユーザーは割引の更新や興味深い製品の限定オファーの迅速な通知を受け取ることができます。そしてもう1つのドメインは自動車です。
たとえば、車を後進させるときに障害物が見つかると音が鳴り、ここに近接センサーの動作が実装されます。
近接センサーには他にも多くの種類があり、それらは次のとおりです。
- 静電容量センサー
- 誘導センサー
- 光電センサー
化学センサー
これらのセンサーは、さまざまな業界で実装されています。これらのセンサーの主な目的は、液体のあらゆる種類の変化を示したり、空気の化学的変化を検出したりすることです。変化を探し、住民に安全を提供することが重要であるため、これらはより大きな町や都市で決定的に実施されています。
化学センサーの本質的な実装は、商業的な大気観測や、意図的または偶然に進化した化学物質、危険または放射性物質への曝露、宇宙ステーション、製薬業界などでの再利用可能な操作のいずれかであるプロセス管理に見ることができます。
最も一般的に使用される化学センサーは
- 電気化学ガスタイプ
- ケミカルFET
- 化学抵抗器
- 非分散型IR
- pHガラス電極タイプ
- 酸化亜鉛ナノロッド
- 蛍光塩化物タイプ
ガスセンサー
これらは化学センサーとほとんど同じですが、空気の質の変化を観察し、さまざまな種類のガスの存在を見つけるために排他的に実装されています。化学センサーと同様に、これらは農業、健康、製造などの複数の分野で採用されており、大気質の観察、有毒ガスまたは可燃性ガスの認識、石炭産業、石油およびガス事業、化学研究所の調査、エンジニアリング–塗料での危険なガスの監視に利用されています、プラスチック、ゴム、薬用および石油化学、その他。
最も実装されているガスセンサーのいくつかは
- 水素タイプ
- オゾン監視タイプ
- 湿度計
- 二酸化炭素センサー
- 電気化学ガスタイプ
- 触媒ビーズタイプ
- 大気汚染の種類
- 一酸化炭素検出タイプ
- ガス検知タイプ
これはすべてガスおよび化学センサーに関するものです とそのタイプ。
湿度センサー
湿度とは、大気中またはその他のガス状物質に存在する蒸気の量として指定される用語です。湿度センサーは、ほとんどの製造作業が正確な動作条件を必要とするため、一般に温度センサーの利用に準拠しています。湿度を測定することで、手順全体が簡単に実行できることを確認できます。突然の変更が発生した場合は、これらのセンサーが変動をより迅速に識別できるため、すぐに対応できます。
住宅、商業などのドメインの多くは、暖房、換気、および冷房の目的でこれらの湿度センサーを使用しています。これらのセンサーでさえ、絵画、病院、製薬、気象学、自動車、温室、コーティング産業など、他の多くの分野で観察できます。
これらは主に使用される IoTのセンサーのタイプです ドメイン。
ロボット工学のセンサー
センサーは、ロボットに周囲の環境を通知し、必要な操作を容易にするため、ロボット産業ではより重要です。これらのセンサーを実装しないと、ロボットは、ロボットの機能を制限するいくつかの単調なアクティビティしか実行できません。
これらすべての能力を備えたロボットは、多くの高レベルの操作を実行できます。ロボット工学におけるさまざまなタイプのセンサーについてより明確に議論しましょう 。
加速度センサー
このタイプのセンサーは、角度と加速度の値を計算するために使用されます。加速度計は、主に加速度の計算に使用されます。加速度計への影響を示す力には2つのタイプがあり、それらは次のとおりです。
静的な力 –これは、任意の2つのオブジェクト間に存在する摩擦力です。重力を計算することで、ロボットの傾斜値を知ることができます。この計算は、ロボットのバランス調整、またはロボットが上り坂または平坦なエッジで駆動動作をしていることを知るのに役立ちます。
動的な力 –これは、オブジェクトの移動に必要な加速度の量として測定されます。加速度計による動的な力の計算は、ロボットが動いているものの速度または速度率のいずれかを定義します。
これらの加速度センサーは、複数の構成で利用できます。選択のタイプは、業界の要件によって異なります。適切なセンサーを選択する前にチェックインする必要のあるパラメーターのいくつかは、帯域幅、デジタルまたはアナログの出力のタイプ、軸の総数、および感度です。
下の写真は、加速度センサーの概略図を示しています。
サウンドセンサー
これらのセンサーは通常、音を認識し、検出された音のレベルに基づいて対応するレベルの電圧を供給するために使用されるマイクデバイスです。サウンドセンサーの実装により、受信した音のレベルに応じてナビゲートする小型ロボットを製造できます。
光センサーと比較すると、音響センサーの設計プロセスはやや複雑です。これは、サウンドセンサーが提供する電圧差が非常に小さく、測定可能な電圧変動を提供するためにこれを増幅する必要があるためです。サウンドセンサーの切り替え回路を以下に示します。
光センサー
光センサーは、光を識別するために使用される一種のトランスデューサーデバイスであり、光センサーの下に入る光の強度と同じ電圧変化を生成します。
ロボット産業には主に2種類のセンサーがあり、それらはフォトレジスターと太陽光発電です。フォトトランジスタや光電管のようにあまり実装されていない他のタイプの光センサーもあります。
フォトレジスター
これは、主に光検出を目的として使用される一種の抵抗器です。この場合、抵抗値は光の強度レベルに応じて変化します。フォトレジスターに当たる光は、フォトレジスターの抵抗値と反比例の関係にあります。ほとんどの場合、フォトレジスターは、光依存抵抗器であるLDRと呼ばれることもあります。フォトレジスタの回路図を以下に示します。
太陽電池
太陽電池は、太陽放射を電気エネルギーの形に変換する目的で使用されるエネルギー変換デバイスです。これらは主にソーラーロボットの製造工程で使用されます。太陽電池は、コンデンサとトランジスタの両方と統合されたアプリケーションであるエネルギー源デバイスとして個別に考慮され、これをセンサーデバイスに変換できます。
触覚センサー
これは、センサーとオブジェクトの間にある接触を示すセンサーの一種です。触覚センサーは、おそらくランプのベースやリフトボタンに触れることで明るさを暗くしたり高めたりするような日常のシナリオで実装されます。さらに、人々が正確に認識していない触覚センサーの多くの広範なアプリケーションがあります。触覚センサーの主な種類は次のとおりです
タッチセンサー
これは、物体とセンサーの接触を感知して識別する機能を保持するセンサーです。タッチセンサーが使用されるデバイスのいくつかは、リミットスイッチ、マイクロスイッチなどです。いずれかのコネクタがいずれかのソリッドセクションに接触すると、このデバイスがより便利になり、ロボットの動きが停止します。さらに、部品サイズ測定に使用するプローブを備えた検査目的で使用されます。
力センサー
これは、機械の荷降ろしや荷積み、資材の運搬など、ロボットが操作する複数の操作の力の値を測定するために使用されます。このセンサーは、問題を分析するための組み立てアプローチでも広く使用されています。このセンサーには、ジョイントセンシング、触覚アレイセンシングなど、複数のアプローチが実装されています。
これらとは別に、多くの業界には多くの種類のセンサーがあります。それらの概要を簡単に説明しましょう：
建物で使用されるセンサーの種類
建築業界で主に使用されるセンサーは次のとおりです。
- 温度センサー
- モーション検知センサー
- 電圧および電流センサー
- 煙と火災の検出センサー
- カメラセンサー
- ガスセンサー
リモートセンシングのセンサーの種類
リモートセンシングセンサーには主に2種類あり、アクティブセンサーとパッシブセンサーがあります。
アクティブセンサー
これらはエネルギーを生成して物や場所をスキャンし、センサーがターゲットオブジェクトからの後方散乱または反射放射線の量を識別して計算します。アクティブセンサーの例は、RADARとLIDARで、放出プロセスと戻りプロセスの間にある時間差は、面積、速度、およびオブジェクトの方向を決定することによって計算されます。
パッシブセンサー
これらのセンサーは、周囲の場所や物体によって放射または反射される放射を収集します。パッシブセンサーの最も重要な例は、反射した太陽光です。その他の例としては、放射計、電荷結合物体、赤外線、フィルムカメラの作業があります。
リモートセンシングにおけるセンサーの分類は次のとおりです
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