Sensörlerin hayatımızdaki yerini ve önemini kavrayabilmek için öncelikle sensörlerin neler yapabildiğini ele alalım.
Sensörler en temel tanımı ile ortamdaki değişiklikleri algılayıp bilgileri elektronik verilere dönüştürmek için cihazlara gönderen optik veya elektronik aygıttır. Yani sensörler fiziksel bir niceliği, okunabilen bir niceliğe dönüştürürler. Bu dönüşümü yapabilmek için elektriksel sensörlerde akım, voltaj gibi parametreler kullanılırken, optik tabanlı sensörlerde dalga boyu, frekans gibi parametrelere sahip olan ışığın kendisi kullanılır. Sensörler tek başına bir anlam ifade etmez. Her zaman sistem içerisinde diğer elektronik bileşenlerle birlikte kullanılmalıdır. Sensörler günlük yaşantımızın birçok alanında yaygın olarak kullanılır. Dokunmaya, harekete, sese veya sıcaklığa bağlı sensörler endüstriden, savunma sanayisine, tıptan yapısal sağlık görüntüleme uygulamalarına kadar çok geniş bir skalada kullanılmaktadır.
Otomatik kapılar sensörlerin kullanıldığı ve en çok bilinen örnek olarak verilebilir. Bugün AVM’ler, binalar, kamu daireleri gibi giriş çıkışların yoğun olduğu birçok yapıda kullanılmaktadır. Bu kapılar fotoselli kapı olarak bilinmektedir. Giriş-çıkış yapacak kişileri algılayan, kapı üzerine yerleştirilmiş bir fotosel, radar sistemi mantığı ile çalışır. Mikrodalga veya kızılötesi frekansa sahip ışınlar yayarak kapıya yaklaşan kişi veya nesneleri algılayarak kontrol paneline düşük voltajlı bir sinyal gönderilerek kapıların açılıp kapanması sağlanır. Günümüzdeki son model arabaların çoğunda sensörler yaygın olarak kullanılmaktadır. Park sensörü, yağmur sensörü, hız sensörü, sıcaklık sensörü gibi birçok sensör türü entegre edilmektedir.
Sensörler pasif ve aktif sensörler olmak üzere iki farklı yapıda incelenir. Pasif sensörler, harici güç kaynağı olmadan fiziksel veya kimyasal parametreleri çıkış değişkenine dönüştürür. Butonlar ve anahtarlar en basit pasif sensörlere örnek olarak gösterilebileceği gibi, basınç sensörleri, ısı sensörleri, potansiyometre, mikrofonlar, fotodiyotlar da örnek olarak verilebilir. Pasif sensörlerin çalışması için bir dış enerjiye ihtiyaç yoktur. Bu nedenle pasif sensörler yalnızca giriş değişkenlerini ölçerek çıktı üretirler. Aktif sensönler ise bir güç kaynağına ihtiyaç duyarlar. Aktif sensörlerin düşük sinyal ölçümlerinde kullanılabilmesi, onları bilimsel çalışmalarda oldukça popüler hale getirmiştir. Tıp, biyomedikal, savunma sanayi, otomotiv endüstrisi gibi birçok alanda ARGE çalışmalarında yüksek hassasiyete sahip ölçümlerin yapılabilmesinde aktif sensörlerin önemli bir rolü vardır.
Üretilen sinyal çeşidine göre, aktif sensörler analog veya dijital sinyal çıkışı sağlamaktadırlar. Analog sinyalde gerilim veya akım çıkışı sağlanırken, dijital sinyalde 0 veya 1 çıkışı sağlanmaktadır.
Sensörler termal sensörler, mekanik sensörler, kimyasal sensörler, elektriksel sensörler, manyetik sensörler ve optik sensörler olmak üzere altı ana kısımda incelenebilir.
- Termal sensörlerle ısı akışı, sıcaklık gibi değişimlerin ölçümü sağlanabilir. Termal sensörlerde görüntü oluşumu; kızıötesi (infrared) ışın kullanılarak görüntülenecek nesnenin genel yapısı, infrared ışının enerjisine göre oluşan renkler ve şekillerin belirlenmesi temeline dayanır. Sağlık, savunma sanayi, inşaat, üretim sektörü gibi birçok alanda yaygın olarak kullanılır.
- Mekanik sensörler mekanik deformasyonu algılayarak, bu deformasyonu elektrik sinyaline dönüştürürler. Basınç, ivme, hız, konum, kuvvet gibi birçok fiziksel parametrenin değişken değerini ölçmek için kullanılır. Günümüzde kullanılan robot teknolojisinde dokunsal algılama oldukça önemlidir. Dokunma hissi, doku, şekil, sertlik veya malzeme türünün algılanmasına olanak tanır ve kayan nesnelerin algılanmasına yardımcı olur. Akıllı cep telefonları, tabletler, araçlarda kullanılan park sensörleri, kapı-pencere otomasyonları gibi alanlar mekanik sensörlerin uygulama alanları arasında örnek verilebilir.
- Kimyasal sensörler bir çözeltideki kimyasal nitelikleri tespit eden ve algılanan kimyasal verileri elektronik verilere dönüştüren cihazlardır. Kimyasal sensörler tıp, otomotiv, nanoteknoloji ve ev algılama sistemleri (karbon monoksit dedektörleri) gibi sayısız uygulamada kullanılmaktadır. Kimyasal sensörler algılayıcı ve dönüştürücü olmak üzere iki temel bileşene sahiptir. Algılayıcılar çözelti ile fiziksel temasta olan kimyasal sensörün bileşeni iken, dönüştürücüler, alıcı ve çözelti arasındaki etkileşimin kimyasal bilgisini almaktan ve bunu karşılık gelen elektriksel bilgiye dönüştürmekten sorumludur. Herkes tarafından bilinen alkolmetre, kimyasal sensöre örnek olarak verilebilir. Bunun yanısıra, içinde yaşadığımız ortamı kontrol etmede, endüstriyel üretim süreçlerine, gıda maddelerinin ve içeceklerin kalite kontrolünde ve diğer birçok uygulamalarda katkıda bulunmada hayati bir rol oynamaktadır.
- Elektriksel sensörler belirli bir fiziksel parametreyi algılayan ve onu elektrik sinyaline dönüştüren bir cihaz veya entegre devredir. Elektrik sensörünün çıkış sinyali işlenir ve bir ölçüm sağlamak veya bir eylemi tetiklemek için kullanılır. Örnek olarak sıcaklık veya nem ölçmek için çevresel sensörler, vücut sıcaklığı veya kalp atış hızı gibi fizyolojik göstergeleri ölçmek için biyosensörler verilebilir. Isı ve sesin yanı sıra, ışık, basınç, hız, ivme ve kütle gibi diğer nicelikleri algılamak ve ölçmek için elektrik sensörleri kullanılabilir.
- Manyetik sensörler, diğer bir tanımla alan etkili sensörler, ortamdaki manyetik değişmeyi algılayarak sinyal üreten sensörlerdir. Yani bir manyetik alanın büyüklüğünü ve değişimini elektrik sinyallerine dönüştüren bir sensör türüdür. Manyetik sensörler, manyetik alanlara maruz kaldığında manyetik malzemenin manyetik momentindeki değişikliklerin ölçülmesine dayanan çalışma prensibine sahiptir. Hastanelerdeki MRG (Manyetik Rezonans Görüntüleme) cihazı manyetik sensörlerin kullanıldığı bir cihaz olarak karşımıza çıkar. Bu cihaz ile durgun bir manyetik alanda doku üzerine gönderilen radyo dalgalarının uyardığı hücrelerdeki hidrojen atomlarının enerjilerinin bilgisayara aktarılması ile görüntüye dönüştürülmesi sağlanır. Manyetik sensörlerin kullanım alanları olarak; endüstriyel otomasyon sistemleri, tıp, otomasyon ve kumanda sistemleri, uzak algılama durumlarında, sensörün cismi göremediği durumlarda kullanılmaktadır. Endüstride genel olarak giriş çıkışların yoğun olduğu yapıların kapılarında, otomasyon sistemlerinde özellikle makinelerdeki pistonların konumlarının belirlenmesinde kullanılırlar.
- Optik sensörler ortamdaki ışık miktarı değişimlerini algılayarak elektriksel sinyallere çeviren cihazlardır. Optik sensörlerin çalışma prensibi, sensör üzerine düşen ışık miktarının değişimi ile orantılı olarak sensörün direnç değerindeki değişimin ölçülmesi temeline dayanmaktadır. Optik sensörler çok geniş bir kullanım alanına sahiptir. Tıptan endüstriye, otomotiv sanayisinden savunma sanayisine, güvenlik sektöründen yapısal sağlık uygulamalarına kadar büyük bir uygulama alanına sahiptir. Örneğin endüstri sektöründe seri üretim yapan bir fabrikada kaç adet ürün üretildiği veya üretimdeki otomasyon adımlarının düzgün bir şekilde ilerleyebilmesi için üretilen ürünlerin taşıyıcı bantlardan geçerken hatasız olarak sayılması çok önemlidir. Bu uygulamalarda fotoelektrik sensörlerden yararlanılır. Güvenlik uygulamalarında kullanılan optik sensörler ise girilmesi yasak bölgelere yapılan girişlerde otomasyon hattının veya çalışan sistemin durdurulması sağlanabilir. Bunların yanı sıra insanların yoğun olarak giriş çıkış yaptığı binalarda fotoselli kapılarda kullanılmaktadır. Son zamanlarda savunma sanayisinde, yerli üretim SİHA ve İHA’larda konum belirlemede optik sensörler kullanılmaktadır. Ayrıca, konum sensörleri birçok marka araçlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Temel olarak üç farklı optik sensör dizaynı mevcuttur: 1) karşılıklı 2) reflektörden yansımalı ve 3) cisimden yansımalı optik sensör dizyanları. Kullanılacak uygulamaya göre doğru optik sensör dizaynı seçimi yapılmalıdır.