Senzor

Из Википедије, слободне енциклопедије
Svetlosni senzor

Senzor (često i - davač, osetilo, detektor) je uređaj koji meri fizičke veličine i konvertuje ih u signal čitljiv posmatraču i/ili instrumentu. Na primer, živin termometar konvertuje izmerenu temperaturu u širenje živine tečnosti, koja se može očitati na cevi sa podeocima.

Senzori imaju široku primenu u svakodnevnom životu: kod ekrana osetljivih na dodir, kod vrata i elevatora u javnim objektima, kod osvetljenja i alarma i mnogih drugih uređaja: automobila, aviona, medicinskih uređaja, robota, industrijskih mašina i drugde.

Indikator senzora pokazuje promene izlaznih veličina u odnosu na merene veličine. Senzori koji mere precizne veličine zahtevaju veću osetljivost.

Tehnološki napredak omogućio je izradu senzora sa detaljima mikrometarskih dimenzija. Oni koriste MEMS tehnologiju i nazivaju se mikrosenzori.

Tipovi senzora[уреди]

Senzori su vrsta konvertora (pretvarača). Oni jednu fizičku veličinu pretvaraju u drugu.

Zbog toga se oni mogu klasifikovati po tipu energije koju prenose.

  • Hemijski
    • Senzori hemijskih elemenata: senzori kiseonika, jon-selektivne elektrode, pH staklene elektrode, detektori ugljen-monoksida
    • Senzori mirisa: QCM senzor, kalaj-oksid gas senzor. Senzori gasova se često kombinuju u jedan elektronski nos.
  • Optički
    • Svetlosni senzori, ili fotodetektori, uključujući poluprovodničke kao što su foto-ćelija, foto-dioda, foto-tranzistor, CCD, senzor slike i dr.
    • Infracrveni senzori (IC) koriste infracrvene zrake za detekciju predmeta u okruženju i izvora toplote
    • Senzori blizine — tip senzora rastojanja ali mnogo precizniji i složeniji. Detektuje samo određena rastojanja. Može biti optički - kombinacija foto-ćelije, LED diode ili lasera. Koristi se kod mobilnih telefona, detektora papira kod uređaja za fotokopiranje, funkcije uspavljivanja kod prenosnih računara i drugih uređaja.
    • Laserski skener — uzak snop svetlosti se emituje na prostor preko ogledala. Senzor foto-ćelije postavljen na određenom rastojanju prima svetlost koja se odbija od objekta koji se nađe na tom prostoru i koji se na taj način detektuje. Posebnim metodama (triangulacija) može se izračunati i rastojanje objekta od ciljane lokacije.
    • Fokus — Velika industrijska sočiva mogu biti fokusirana na servo sistem. Rastojanje fokusiranog elementa određuje se podešavanjem sočiva.
    • Binokular — Dve slike dobijene sa iste početne linije preklapaju se sistemom ogledala i prizmi. Njihovo podešavanje koristi se za utvrđivanje rastojanja.
    • Interferometar — Interferencija snopova poslatih i reflektovanih talasa svetlosti dobijene iz koherentnog izvora kao što je laser se meri i na osnovu dobijenih parametara izračunava se rastojenje sa izuzetno visokom preciznošću.
    • Skintilometar — meri količinu rasipanja svetlosti u atmosferi
    • Fiber optički senzori
  • Jonsko zračenje
    • Senzori zračenja: Gajgerov brojač, dosimetar, detektor neutrona, brojač iskri
    • Senzori subatomskih ostataka: Detektor ostataka, oblačna komora, atomska komora
  • Akustički
    • Akustički: koriste vremensko kašnjenje prostiranja ultrazvučnih UV talasa. Korišćeni su sredinom XX veka kod polaroid kamera i robota za merenje daljine.
    • Zvučni senzori: mikrofon, hidrofon, seizmometar.

Klasifikacija mernih grešaka[уреди]

Idealan senzor je onaj koji je lineran u celom opsegu merenih vrednosti. Trebalo bi da je dobijeni signal uvek linearno srazmeran merenoj vrednosti. Pri tome na njega ne bi smeo da ima uticaj nijedan drugi objekat u okruženju, niti bi on smeo da ima ikakav uticaj na mereni objekat. To je u praksi neostvarivo. Zato se meri njegova osetljivost kao odnos između izmerene i stvarne veličine.

Odstupanja koja se javljaju kod različitih vrsta senzora su:

  • Osetljivost može kod pojedinih senzora biti različita tj. varirati kod različitih veličina. To zovemo greška osetljivosti.
  • Opseg dobijenih veličina je uvek limitiran, tako da će jedan senzor dati svoju maksimalnu, odnosno minimalnu vrednost u slučaju da su izmerene vrednosti izvan punog opsega senzora.
  • Ako dobijena veličina nije nula, kada je merena veličina nula kaže se da senzor ima pomeraj (offset).
  • Kada osetljivost nije konstantna za različite izmerene vrednosti, to nazivamo nelinearnost. Ona se obično javlja na krajevimia opsega merenja.
  • Devijacija koja se javlja zbog velikih promena merenih veličina naziva se dinamička greška.
  • Ako izlazni signal menja otpornost merenog objekta to nazivamo pomak (drift)
  • Vremenski otklon - javlja se usled dugotrajnog korišćenja senzora
  • Šum (eng. noise) - nepredvidive devijacije u signalu tokom vremena
  • Histereza je greška koja se javlja kada se promenom položaja merenog objekta dobijaju različite i neodgovarajuće vrednosti na izlazu.
  • Kod senzora sa digitalnim izlazom obavezno dolazi do aproksimacije dobijenih veličina i to je greška aproksimacije ili greška digitalizacije.
  • Senzori u nekim slučajevima mogu biti ometeni delovanjem merenog objekta, recimo njegovom temperaturom ili zračenjem.

Sve ove greške mogu se podeliti na sistemske greške i slučajne greške. Sistemske greške se predupređuju različitim vrstama kalibracije, dok se slučajne greška kao što su različite vrste šumova smanjuju procisiranjem signala, filtracijom i sl.

Rezolucija[уреди]

Rezolucija senzora je najmanja promena koju on može da detektuje na merenoj veličini. Vezana je za preciznost mernog uređaja.

Reproduktivnost[уреди]

Reproduktivnost predstavlja grešku izlaznog signala koja je prouzrokovana nemogućnošću senzora da pri istom pobudnom signalu daje istu izlaznu vrednost.

Biološki senzori[уреди]

Živi organizmi poseduju biološke senzore koji funkcionišu slično dosada opisanim tipovima. U najvećem broju slučaja oni su poslužili kao inspiracija za dizajniranje tehničkih senzora.

Živi organizmi poseduju ćelije osetljive na:

  • svetlo, pokret, temperaturu, megnetno polje, gravitaciju, vibracije, vlagu, pritisak, električno polje, zvuk i druge uticaje spoljnog okruženja
  • fizičke aspekte unutrašnjosti kao što su: istazanje, pokreti organizma, lokacija upale
  • veliki broj jedinjenja kao što su toksini, hranjiva jedinjenja i feromoni
  • prisustvo interakcije biomolekula i nekih kinetičkih parametara
  • mnoge promene unutrašnjeg metabolizma: nivo šećera, nivo oksigena, pritisak u krvi.
  • konstantne promene kod signalnih molekula kao što su hormoni, neurotransmiteri
  • ponekad i razlikuje proteine pojedinih organizama

Veštački senzori koji imitiraju biloške senzore koristeći biološke senzitivne komponente nazivaju se biosenzori.

Ljudski razum je primer funkcionisanja specijalnih neuronskih senzora.

Geodetski senzori[уреди]

Geodetski merni instrumenti određuju pomeranje ili kretanje objekta u jednoj, dve ili tri dimenzije. To podrazumeva korišćenje uređaja kao što su totalna stanica i sistem satelitskih prijemnika za globalnu navigaciju.

Spoljašnje veze[уреди]