Sensör Nedir? Sensör Çeşitleri Nelerdir?

Sensör Nedir? Sensör Çeşitleri Nelerdir?
Sensör, çevresindeki fiziksel ya da kimyasal değişiklikleri algılayarak bunları elektriksel sinyallere dönüştüren bir elektronik bileşendir. Başka bir ifadeyle sensörler, dış ortamdan bilgi alarak sistemlerin bu bilgilere göre tepki vermesini sağlayan “algılayıcı” elemanlardır.

Günümüzde sensörler, endüstriyel otomasyon sistemlerinden robotik uygulamalara, tıp cihazlarından otomotiv sektörüne kadar çok geniş bir kullanım alanına sahiptir. Örneğin; sıcaklık sensörleri ortam ısısını izlerken, mesafe sensörleri bir cismin uzaklığını ölçer, basınç sensörleri ise sistem içindeki basınç değişimlerini algılar.

Sensörler, algıladıkları büyüklüğe göre farklı türlerde sınıflandırılır. En yaygın sensör çeşitleri şunlardır:  Daha detaylı olarak yazının ilerleyen kısımlarında sensör çeşitlerine tekrar değineceğiz.

1. Sıcaklık Sensörleri: Ortamın ya da bir yüzeyin sıcaklığını ölçer. Termistör, termokupl ve RTD gibi tipleri vardır.
2. Işık Sensörleri: Ortamdaki ışık miktarını algılar. Foto direnç (LDR), fotodiyot ve fototransistör bu gruptadır.
3. Basınç Sensörleri: Gaz veya sıvı basıncını elektriksel sinyale dönüştürür.
4. Yakınlık (Proximity) Sensörleri: Bir cismin varlığını temassız şekilde algılar. Endüstriyel otomasyonlarda yaygın olarak kullanılır.
5. Hareket ve İvme Sensörleri: Nesnelerin hareket yönünü veya hız değişimini tespit eder. Akıllı telefonlar, robotlar ve drone sistemlerinde bulunur.
6. Nem Sensörleri: Havanın nem oranını ölçer ve iklimlendirme sistemlerinde sıkça kullanılır.

Sensör teknolojileri, endüstri 4.0 ve IoT (Nesnelerin İnterneti) sistemlerinin temel yapı taşlarından biridir. Çünkü bu sistemlerde doğru ve anlık veri akışı, sensörler sayesinde mümkün hale gelir.

Yapısı ve Çalışma Prensibi
Bir sensörün yapısı, algılamak istediği fiziksel büyüklüğe göre değişiklik gösterir ancak genel olarak üç temel bölümden oluşur:

1. Algılama Elemanı (Sensing Element): Ortamdaki değişkeni (örneğin sıcaklık, ışık veya basınç) doğrudan algılayan kısımdır.
2. Dönüştürücü (Transdüser): Algılanan fiziksel değişimi elektriksel bir sinyale dönüştürür.
3. Sinyal İşleme Devresi: Elde edilen sinyali güçlendirir, filtreler veya dijital forma çevirerek kontrol sistemine iletir.

Sensörlerin çalışma prensibi, algıladıkları büyüklüğün türüne göre değişir. Örneğin; bir sıcaklık sensörü, sıcaklık değiştikçe direnç değeri değişen bir malzeme kullanır. Bir mesafe sensörü ise yansıyan ışığın süresini ölçerek mesafeyi hesaplar.

Modern sensörler, mikrodenetleyiciler ve kablosuz iletişim modülleriyle birlikte kullanılarak akıllı sistemler oluşturur. Böylece sensörler yalnızca veri üretmez, aynı zamanda bu verileri analiz eden sistemlerle etkileşime geçerek otomatik kontrol sağlar.

Sensörlerin Çalışma Şekillerine Göre Gruplandırılması
Sensörleri temelde iki ana kategori altında inceleyebiliriz: analog sensörler ve dijital sensörler. Bunun yanı sıra çalışma biçimlerine göre sensörler aktif ve pasif sensörler olarak da sınıflandırılır.

Analog Sensörler:
Analog sensörler, algıladıkları fiziksel büyüklüğe (örneğin sıcaklık, basınç veya ışık) orantılı olarak sürekli bir akım ya da gerilim çıktısı üretir. Bu sensörlerin çıkış sinyali, ölçülen değerin büyüklüğüne göre değiştiği için analog niteliktedir. Dijital sistemlerde kullanılabilmeleri için bu sinyallerin sayısal değerlere dönüştürülmesi gerekir. Bu işlem, analog-dijital çeviriciler (ADC) yardımıyla yapılır.

Örneğin, LM35 sıcaklık sensörü birçok elektronik projede kullanılan popüler bir analog sensördür. Ölçtüğü sıcaklığa bağlı olarak çıkışında 10 mV/°C oranında bir gerilim üretir.

Dijital Sensörler:
Dijital sensörler, ölçtükleri veriyi doğrudan dijital sinyaller hâlinde iletirler. Genellikle I2C, SPI veya OneWire gibi haberleşme protokolleri aracılığıyla mikrodenetleyici veya işlemciyle iletişim kurarlar. Bazı durumlarda analog sensörler, op-amp devreleriyle desteklenerek belirli bir eşiğin üzerinde “lojik 1” (örneğin 5V veya 3.3V) çıkışı verecek şekilde kullanılabilir. Bu sayede analog sensörler, ADC birimi olmayan kontrol kartları (örneğin Raspberry Pi) ile de uyumlu hâle getirilebilir.

Aktif ve Pasif Sensörler:
Sensörler ayrıca enerjiyi nasıl kullandıklarına göre de ikiye ayrılır: aktif ve pasif sensörler.

Aktif sensörler, ölçüm yapmak için kendi sinyallerini üretir ve bu sinyalin ortamdaki yansımasını ya da değişimini algılayarak veri elde eder. Ultrasonik sensörler ve kızılötesi (IR) sensörler bu gruba örnektir.

Pasif sensörler ise herhangi bir sinyal üretmez; çevreden gelen enerjiyi veya değişimi algılayarak ölçüm yapar. LDR (ışığa duyarlı direnç), NTC/PTC sıcaklık sensörleri ve fototransistörler pasif sensör türlerine örnektir.

Sensör Çeşitleri:
Sensörler, algıladıkları fiziksel büyüklüklere göre farklı kategorilere ayrılır. Her sensör türü belirli bir fiziksel, kimyasal veya optik değişimi algılayarak elektriksel sinyale dönüştürür. Aşağıda en yaygın sensör çeşitlerini ve kullanım alanlarını detaylı şekilde inceleyelim.

Mekanik Sensörler:
Bu sensörler, fiziksel hareket, kuvvet, basınç veya konum gibi mekanik büyüklükleri algılar. Uzaklık, alan, miktar, kütlesel akış, kuvvet, tork, basınç, hız, ivme ve pozisyon ölçümü için kullanılır.
Örnek: Basınç sensörleri hidrolik sistemlerde basıncı ölçerken, ivme sensörleri titreşim veya hareket algılamada kullanılır.

Mesafe Sensörleri:
Bir cismin algılayıcıya olan uzaklığını ölçmek için kullanılır. Ultrasonik, kızılötesi (IR), kapasitif, endüktif ve PIR (pasif kızılötesi) sensörler bu gruba girer.
Örnek: Ultrasonik mesafe sensörleri robotik sistemlerde engel algılama için en sık kullanılan sensörlerdendir.

Kuvvet, Ağırlık ve Basınç Sensörleri:
Kuvvet veya basınç değişimlerini elektriksel sinyale çevirirler. Kapasitif veya piezoelektrik prensiple çalışan modeller mevcuttur.
Örnek: Load cell (yük hücresi) endüstriyel terazilerde ağırlık ölçümünde kullanılır.

Eğim ve Esneklik Sensörleri:
Eğim sensörleri, bir yüzeyin veya nesnenin eğim açısını tespit eder. Flex (bükülme) sensörleri veya lineer potansiyometreler bu gruba örnektir.
Örnek: Flex sensörler, robot el parmaklarının bükülme miktarını algılamak için kullanılır.

Isı ve Sıcaklık Sensörleri:
Sıcaklık değişimlerini algılayarak bunları elektriksel sinyale dönüştürürler. Termistör (NTC/PTC), termokupl ve RTD gibi türleri bulunur.
Örnek: LM35 sıcaklık sensörü veya DHT22 sıcaklık-nem sensörü, en yaygın kullanılan sıcaklık ölçerlerdendir.

Elektriksel Sensörler:
Bu sensörler elektriksel parametreleri ölçer. Gerilim (voltaj), akım, direnç, endüktans, kapasitans ve frekans gibi değerleri algılayabilirler.
Örnek: Hall etkili akım sensörleri elektrik motorlarının akım değerlerini temassız şekilde ölçebilir.

Manyetik Sensörler:
Manyetik alan varlığını veya yoğunluğunu algılarlar. Hall etkisi sensörleri, reed röleler ve manyetik geçirgenlik algılayıcıları bu gruba girer.
Örnek: Hall sensörleri, motorların dönüş hızını veya mıknatıs konumunu tespit etmek için kullanılır.

Optik ve Işığa Duyarlı Sensörler:
Işığın şiddetini, dalga boyunu veya renk bilgisini ölçer. Foto direnç (LDR), foto diyot, foto transistör, fotosel ve RGB sensörleri bu gruptadır.
Örnek: TCS34725 renk sensörü, ortamın RGB renk bileşenlerini algılayarak robotlarda renk tanıma sağlar.

Kimyasal Sensörler:
Bu sensörler, ortamdaki kimyasal bileşenleri algılar. pH değeri, gaz yoğunluğu, oksidasyon-redüksiyon tepkileri veya kimyasal içerik gibi değişimleri ölçerler.
Örnek: MQ-2 gaz sensörü, ortamdaki yanıcı gazları (örneğin LPG, metan, duman) algılayabilir.

Ses Sensörleri:
Ortam sesini veya ses dalgalarının yoğunluğunu ölçen sensörlerdir. Dinamik, kapasitif, kristal veya karbon mikrofon prensibiyle çalışabilirler.
Örnek: Ses algılama modülleri, gürültü seviyesi veya ses komutlarını tespit etmek için kullanılır.

Görüntü Sensörleri:
Işığı algılayarak dijital görüntüye dönüştüren sensörlerdir. Fotoğraf makineleri, video kameralar ve endüstriyel görüntüleme sistemlerinin temel bileşenidir.
Bu sensörler genellikle iki türdür: CCD (Charge Coupled Device) ve CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor).

CCD sensörler yüksek görüntü kalitesi sunarken, CMOS sensörler daha düşük güç tüketimi ve yüksek hız avantajı sağlar.
Örnek: CMOS görüntü sensörleri günümüzün akıllı telefon kameralarında standart hâle gelmiştir.

En Sık Kullanılan Bazı sensör Çeşitlerini Yakından İnceleyelim:

HC-SR04 Ultrasonik Mesafe Sensörü

HC-SR04, nesnelerle arasındaki mesafeyi ölçmek için ultrasonik ses dalgalarını kullanan bir sensördür. Sensör, bir verici (trig) ve alıcı (echo) pinden oluşur. Verici tarafından gönderilen ses dalgası, bir cisme çarparak geri döner ve bu sürenin ölçülmesiyle mesafe hesaplanır. Özellikle robotik projelerde engel algılama ve mesafe ölçüm uygulamalarında yaygın olarak tercih edilir. Uygun fiyatı, kolay bağlantısı ve yüksek doğruluğu sayesinde hobi projelerinden endüstriyel sistemlere kadar geniş bir kullanım alanına sahiptir.

PIR Sensörü

PIR (Passive Infrared) sensörü, ortamdaki canlıların yaydığı kızılötesi (IR) ışınımları algılayarak hareket tespiti yapan bir sensördür. “Passive” ifadesi, sensörün kendi sinyalini üretmeden yalnızca çevredeki IR değişimlerini algıladığını belirtir. Genellikle güvenlik sistemlerinde, aydınlatma otomasyonlarında ve enerji tasarrufu uygulamalarında kullanılır. İnsan veya hayvan hareketi algılandığında dijital bir sinyal üretir (genellikle HIGH/LOW). Bu basit ama etkili yapısı sayesinde Arduino, Raspberry Pi ve benzeri mikrodenetleyici projelerinde oldukça popülerdir.

DHT11 / DHT22 Isı ve Nem Sensörü

DHT11 ve DHT22 sensörleri, ortam sıcaklığı ve nem değerlerini dijital olarak ölçen sensörlerdir. DHT22, DHT11’e göre daha yüksek hassasiyet ve daha geniş ölçüm aralığı sunar. Bu sensörler, ev otomasyonu, sera kontrol sistemleri ve hava durumu istasyonları gibi uygulamalarda sıkça kullanılır. Tek bir veri pini üzerinden sıcaklık ve nem bilgisini mikrodenetleyiciye iletir, bu da bağlantı kolaylığı sağlar.

MQ-2 Gaz Sensörü

MQ-2 sensörü, ortamdaki yanıcı gazları (LPG, metan, hidrojen, duman vb.) algılamak için kullanılır. Yüksek hassasiyetli bir yarı iletken sensör elementine sahiptir. Gaz yoğunluğu arttığında sensörün direnci değişir ve bu değişim analog sinyal olarak ölçülür. Akıllı ev sistemlerinde gaz sızıntı uyarısı, duman alarmı veya hava kalitesi takibi gibi uygulamalarda sıkça tercih edilir.

NTC ve PTC Sıcaklık Sensörleri

NTC (Negative Temperature Coefficient) ve PTC (Positive Temperature Coefficient) sensörleri, sıcaklık değişimlerine bağlı olarak direnç değeri değişen termistörlerdir. Bu sensörler, basit yapıları ve güvenilir ölçüm kabiliyetleri sayesinde elektronik devrelerde sıcaklık izleme, koruma ve kontrol uygulamalarında yaygın olarak kullanılır.

NTC sensörler sıcaklık arttıkça direnç değeri azalan sensörlerdir. Bu özellikleri sayesinde özellikle ısı ölçümü, fan kontrolü, batarya sıcaklık izleme ve endüstriyel sıcaklık sensörlerinde kullanılır. Hassas ölçüm gerektiren devrelerde tercih edilir.

PTC sensörler ise sıcaklık arttıkça direnç değeri artan sensörlerdir. Bu sensörler, aşırı akım veya aşırı sıcaklık koruması gereken sistemlerde devre elemanı olarak görev yapar. Motor koruma devreleri, ısıtıcı sistemleri ve sigorta benzeri güvenlik uygulamalarında sıkça yer alır.

Her iki sensör türü de analog çıkış verir ve mikrodenetleyici sistemlerinde ADC (Analog-Dijital Çevirici) ile okunabilir. Bu sayede ortam sıcaklığına göre kontrol mekanizmaları otomatik hale getirilebilir.