endüstriyel otomatik kontrol sistemleri

ENDÜSTRİYEL OTOMATİK KONTROL SİSTEMLERİNDE
KULLANILAN ALGILAYICILAR, DÖNÜŞTÜRÜCÜLER VE
UYGULAMALARI
1
GİRİŞ .................................................................................................................................4
2
ALGILAYICILARIN SINIFLANDIRILMASI ..........................................................................5
2.1
GİRİŞ BÜYÜKLÜKLERİNE GÖRE .......................................................................................6
2.2
ÇIKIŞ BÜYÜKLÜKLERİNE GÖRE .......................................................................................6
2.3
BESLEME İHTİYACINA GÖRE ...........................................................................................7
2.3.1 Pasif Algılayıcılar........................................................................................................7
2.3.2 Aktif Algılayıcılar.....................................................................................................7
3
DİNAMİK ÖLÇÜMLER İÇİN ALGILAYICILAR....................................................................8
3.1
İVME ÖLÇERLER ...........................................................................................................8
3.1.1 Piezoelektrik İvme ölçerler ......................................................................................8
3.1.2 Kapasitif İvme ölçerler ............................................................................................9
3.2
BASINÇ ALGILAYICILARI .................................................................................................9
3.2.1 Dinamik Basınç Algılayıcıları ..................................................................................9
3.2.2 Statik Basınç Algılayıcıları ......................................................................................9
3.3
DİNAMİK KUVVET ALGILAYICILARI ..................................................................................10
3.3.1 Piezoelektrik Özellik .............................................................................................10
3.3.2 Algılayıcının yapısı ...............................................................................................12
3.3.3 Sinyal Koşullama..................................................................................................12
4
YER DEĞİŞİMİ VE HAREKET ALGILAYICILARI .............................................................13
4.1
TAKOMETRELER VE HIZ ALGILAYICILARI .........................................................................14
4.1.1 Elektromanyetik Takometre Jeneratörler...............................................................14
4.1.2 Dişli Rotorlu Elektromanyetik Takometreler...........................................................14
4.1.3 Elektro-optik Takometre........................................................................................14
4.2
İVMEÖLÇERLER ...........................................................................................................15
4.3
KUVVET ALGILAYICILARI ..............................................................................................15
4.4
TORK ALGILAYICILARI ..................................................................................................15
4.4.1 Fotoelektrik Tork Dönüştürücü ..............................................................................15
4.4.2 Strain Gage Tork Dönüştürücü .............................................................................15
4.5 AKIŞ ALGILAYICILARI ..........................................................................................................16
4.5.2 Mekanik Akış Ölçümü..............................................................................................16
4.5
NEM ALGILAYICILARI ...................................................................................................17
4.6
SEVİYE ALGILAYICILARI................................................................................................17
4.8 BASINÇ ALGILAYICILARI ......................................................................................................17
4.8.1 Kapasitif Basınç Dönüştürücü Basınç statik bir diyafram üzerine etkir. ....................18
4.8.2 Endüktif Basınç Algılayıcıları Üzerine basınç düşen metalik diyaframın bir bobinin öz
endüktansını değiştirme etkisi kullanılır. ............................................................................18
4.8.3 Relüktif Basınç Algılayıcıları ....................................................................................18
4.9 SICAKLIK ALGILAYICILARI ...................................................................................................18
4.9.1 Termoelektrik Sıcaklık Algılayıcıları .........................................................................18
4.9.2 Rezistif Sıcaklık Algılayıcıları ...................................................................................18
5
DİĞER ALGILAYICI TÜRLERİ VE ALGILAMA YAPILARI ...............................................19
5.1
TEMASLI ALGILAYICILAR...............................................................................................19
5.1.1 Thermocouples.....................................................................................................19
5.1.2 RTD .....................................................................................................................20
5.1.3 Termistörler ..........................................................................................................20
5.2
TEMASSIZ ALGILAYICILAR.............................................................................................21
6
ALGILAYICI SEÇİMİ ........................................................................................................22
6.1
6.2
6.3
6.4
7
ÖLÇÜM KOŞULLARI .....................................................................................................22
VERİ TOPLAMA SİSTEMİ KOŞULLARI ..............................................................................22
BULUNABİLİRLİK KOŞULLARI .........................................................................................23
MALİYET FAKTÖRLERİ..................................................................................................23
PIEZOTRONICS ALGILAYICILAR ...................................................................................23
7.1
İVMEÖLÇERLER ...........................................................................................................24
7.1.1 Hassas Kuvarz ICP İvme ölçerler (Precision Quartz Shear ICP Accelerometers)...24
7.1.2 Cryogenic Kuvarz ICP İvmeölçerler (Cryogenic Quartz Shear ICP Accelerometers).
24
7.1.3 Çevresel Gerilme Önlemeli (ESS) İvme ölçerler (Environmental Stress Screened
Accelerometers)................................................................................................................24
7.1.4 Havacılık Testleri İçin İvmeölçerler (Flight Tested Accelerometers). ......................25
7.1.5 Yüksek Frekans Minyatür İvmeölçerler (High Frequency Miniature Accelerometers).
25
7.1.6 Yüksek sıcaklığa dayanıklı ICP ivme ölçerler (High Temperature ICP
Accelerometers)................................................................................................................25
7.1.7 Yüksek sıcaklık yük modu ivmeölçerler (High Temperature Charge
ModeAccelerometers). ......................................................................................................26
7.1.8 Düşük Maliyetli İvmeölçerler (Low Cost Series Accelerometers)............................26
7.1.9 Zor endüstriyel uygulamalar için ivmeölçerler (Industrial Ruggedized
Accelerometers)................................................................................................................26
7.1.10 Düşük profilli ICP ivme ölçerler (Low Profile Series ICP Accelerometers) .............26
7.1.11 Halka İvmeölçerler (Ring-Shaped Accelerometers) ..............................................26
7.1.12 Sismik ICP İvmeölçerler (Seismic ICP Accelerometers) .......................................27
7.1.13 Şok İvme ölçerler (Shock Accelerometers)...........................................................27
7.1.14 Üç Eksenli İvmeölçerler (Triaxial Accelerometers)................................................27
7.1.15 Sıkıştırılmış Kuvarz ICP İvmeölçerler (Quartz Compression Mode ICP
Accelerometers)................................................................................................................27
7.2
KUVVET ALGILAYICILARI ..............................................................................................27
7.2.1
Darbe kuvarz kuvvet algılayıcısı (Impact Quartz Force Sensors)..........................28
7.2.2
Halka Kuvvet Algılayıcıları (Ring Quartz Force Sensors)......................................28
7.2.3
Genel Amaçlı Kuvarz Kuvvet Algılayıcıları (General Purpose Quartz Force
Sensors) ...........................................................................................................................29
7.2.4
Nüfuz Etme Testleri İçin Kuvarz Kuvvet Algılayıcıları (Penetration Testing Quartz
Force Sensors) .................................................................................................................29
7.2.5
Minyatür Yüksek Hassasiyetli Kuvarz Kuvvet Algılayıcıları (Miniature High
Sensitivity Quartz Force Sensors) .....................................................................................29
7.2.6 Bağlantı Kuvarz Kuvvet Algılayıcıları (Link Quartz Force Sensors) ........................30
7.2.7 Endüstriyel Presler İçin Kuvarz Kuvvet Algılayıcıları (Press Monitoring Quartz Force
Sensors) ...........................................................................................................................30
7.3
BASINÇ ALGILAYICILARI ...............................................................................................30
7.3.1 Genel Amaçlı Kuvarz Basınç Algılayıcıları (General Purpose Quartz Pressure
Sensors) ...........................................................................................................................31
7.3.2 Yüksek Hassasiyetli Basınç Algılayıcıları (High Sensitivity Pressure Sensors).......31
7.3.3 Yüksek Frekans Şok/Dalga/Patlama Basınç Algılayıcıları (High Frequency Shock
Wave/Blast/Explosion Pressure Sense).............................................................................31
7.3.4 Balistik Basınç Algılayıcıları (Ballistic Pressure Sensors) ......................................31
7.3.5 İçten Yanmalı Motorlar İçin Basınç Algılayıcıları (Engine combustion Pressure
Sensors) ...........................................................................................................................32
7.3.6 Yüksek Sıcaklık ve Çok Düşük Sıcaklık Basınç Algılayıcıları (High Temperature and
Cryogenic Pressure Sensors)............................................................................................32
7.3.7 Minyatür Basınç Algılayıcıları (Miniature Pressure Sensors) .................................32
7.3.8 Roket Motoru Basınç Algılayıcıları (Rocket Motor Pressure Sensors)....................32
7.4
AKUSTİK TEST SİSTEMLERİ ..........................................................................................32
8
BASINÇ ALGILAYICILARI ...............................................................................................34
8.1
8.2
8.3
8.4
8.5
8.6
8.7
8.8
8.9
8.10
8.11
8.12
9
ENDÜSTRİYEL/OEM BASINÇ ALGILAYICILARI ..................................................................35
ISITMA, HAVALANDIRMA VE SOĞUTMA ALGILAYICILARI .....................................................35
TEST VE ÖLÇÜM .........................................................................................................35
ULTRA-HIGH PURITY……...…………………….…………………………...…………....35
BAROMETRİK BASINÇ ÖLÇERLER…...…………………………..……………………..35
TIBBİ, FARMAKOLOJİK, HİJYENİK BASINÇ ÖLÇERLER .......................................................36
SAYISAL GÖSTERGELER, ÖLÇÜM ALETLERİ VE MANOMETRELER ......................................36
AKSESUARLAR............................................................................................................36
SAYMA ÖLÇEKLERİ .....................................................................................................36
LABORATUAR TARTILARI..............................................................................................36
GAZ DOLDURMA .........................................................................................................36
MASS MONİTOR™......................................................................................................36
UYGULAMALAR VE ÖRNEKLER....................................................................................37
9.1
KOKU ALGILAYICILARI ..................................................................................................37
9.2
DOKUNMA VE BASINÇ ALGILAYICILARI ...........................................................................40
9.2.1 Basınç Algılayıcıları ..............................................................................................40
9.2.2 Dokunma Algılayıcıları..........................................................................................41
9.2.3 Dokunma Ekranları...............................................................................................42
9.3
SES TEMELLİ MESAFE ALGILAYICILARI ..........................................................................44
9.3.1 Ultrason Temelli Mesafe Ölçümleri .......................................................................45
9.3.2 Ultrason Görüntüleri .............................................................................................46
9.4
TEMEL YÖN BULMA SİSTEMLERİ ...................................................................................46
9.4.1 Dünya Yer Bulma Sistemleri (GPS) ......................................................................46
9.5
ATALET ALGISI ...........................................................................................................47
9.5.1 İntegral alınması...................................................................................................48
9.6
GÖRÜNTÜ ALGILAYICILAR VE IŞIK ALGILAYICILARI ...........................................................49
9.6.1 Polarize Işık Algılayıcıları......................................................................................50
9.6.2 Yansımaya Dayalı Optik Algılayıcılar ....................................................................50
9.6.3 Kızıl Ötesi Algılayıcılar..........................................................................................51
9.6.4 Görüntü Algılayıcılar .............................................................................................52
10
SONUÇ ............................................................................................................................52
11
REFERANSLAR...............................................................................................................53
1 GİRİŞ
Algılayıcılar ("duyarga" da denmektedir) fiziksel ortam ile endüstriyel amaçlı
elektrik/elektronik cihazları birbirine bağlayan bir köprü görevi görürler. Bu
cihazlar endüstriyel proses sürecinde kontrol, koruma ve görüntüleme gibi çok
geniş bir kullanım alanına sahiptirler.
Günümüzde üretilmiş yüzlerce tip algılayıcıdan söz edilebilir. Mikroelektronik
teknolojisindeki inanılmaz hızlı gelişmeler bu konuda her gün yeni bir buluş ya da
yeni bir uygulama tipi geliştirilmesine olanak sağlamaktadır
Teknik terminolojide Sensor ve Transducer terimleri birbirlerinin yerine sık sık
kullanılan terimlerdir. Transducer, genel olarak enerji dönüştürücü olarak
tanımlanır. Sensor ise çeşitli enerji biçimlerini elektriksel enerjiye dönüştüren
cihazlardır. Ancak 1969 yılında ISA (Instrument Society of America) bu iki terimi
eş anlamlı olarak kabul etmiş ve "ölçülen fiziksel özellik, miktar ve koşulların
kullanılabilir elektriksel miktara dönüştüren bir araç" olarak tanımlamıştır.
Endüstride en sık kullanılan algılayıcılar için ölçülen büyüklükler ve çıkış
büyüklüklerine ait bilgiler Tablo 1'de verilmiştir.
ÖLÇÜLEN BÜYÜKLÜKLER
1
İvme
21
2
Hava Hızı
22
3
Attitude
23
4
Akım
24
5
Öteleme
25
6
Akış Hızı
26
7
Kuvvet
27
8
Isı Akısı
28
9
Nem
29
10 Ani Sarsıntı
30
11 Işık
31
12 Sıvı Seviyesi
32
13 Nükleer Radyasyon 33
14 Basınç
34
15 Hız
35
16 Ses Basıncı
36
17 Gerilme
37
18 Sıcaklık
38
19 Tork
39
20 Mutlak Değer
40
Açı
Kızılötesi
Yoğunluk
Doğruluk
Kütle
Parlaklık
Fark
Yüzey
Toplam
Miktar
Kapasitif
Elektromagnetik
Endüktif
Fotokondaktif
Fotovoltik
Piezoelektrik
Potansiyometrik
Rezistif
Gerilme Kuvveti
Termoelektrik
Tablo 1
ÇIKIŞ BÜYÜKLÜĞÜ
1
AC Çıkış
2
DC Çıkış
3
Kapsül
4
Diyafram
5
Frekans Çıkışı
6
Sayısal Çıkış
7
Yarı İletken
8
Servo
9
Anahtar
10 Ultrasonik
11 Titreşen Element
2 ALGILAYICILARIN SINIFLANDIRILMASI
Algılayıcıları birbirinden farklı birçok sınıfa ayırmak mümkündür. Ölçülen
büyüklüğe göre, çıkış büyüklüğüne göre, besleme ihtiyacına göre vb… Aşağıda
bu sınıflardan bazılarına değinilecektir.
İnsan duyuları, yüzyıllardan beri algılayıcıların tasarlanması için bir temel niteliğe
sahip olmuştur. İnsanoğlu günümüze kadar keşfettiği veya tasarladığı sensor ve
transducerlar için temel olarak kendi duyu organları ile algıladığı çevresel
faktörlere göre tasarımlar yapmıştır.
Her algılamada bir süreç vardır. Bu süreçler insanlar için,
Görme: Gözler aracılığıyla gerçekleştirilir. Optik süreçler bu duyuda rol oynar.
Duyma: Kulaklar aracılığıyla olur. Akustik süreçler sonunda gerçekleşir.
Dokunma: Deri ile merkezi değil dağınık olarak algı ile gerçekleşir. Temel
mekanik ve ısı algılamaları mekanizmayı oluşturur.
Koku: Burun aracılığı ile gerçekleşir. Gaz fazındaki bazı kimyasal süreçler ile
olur.
Tat: Dil aracılığı ile olur. Sıvı fazdaki bazı kimyasal süreçler ile oluşur.
Altıncı His: Kendini hissetme olarak adlandırabileceğimiz bu duyu eklemler
aracılığı ile elde edilir.
Birden fazla duyumuz sadece kendi görevlerinin yanısıra vücudumuz için de
gerekli bazı unsurlarda belirleyici rol oynamaktadır. Ayrıca elektronikte meydana
gelen bazı olguları da insanlar algılayabilmektedir. Örneğin; elektriksel alan,
manyetik alan, elektromanyetik ışıma…
Algılama aşağıdaki döngü ile açıklanabilen bir geri beslemeli sistemdir.
Birkaç algılayıcı türü aşağıda örnekleriyle açıklanmaktadır.
2.1 Giriş Büyüklüklerine Göre
Algılayıcılarla ölçülen büyüklükler 6 gruba ayrılabilir. Bunlar;
1. Mekanik : Uzunluk, alan, miktar, kütlesel akış, kuvvet, tork (moment),
Basınç, hız, ivme, pozisyon, ses dalga boyu ve yoğunluğu
2. Termal:Sıcaklık, ısı akısı
3. Elektriksel : Voltaj, akım, yük, direnç, endüktans, kapasitans, dielektrik
katsayısı, polarizasyon, elektrik alanı ve frekans
4. Manyetik : Alan yoğunluğu, akı yoğunluğu, manyetik moment, geçirgenlik
5. Işıma : Yoğunluk, dalga boyu, polarizasyon, faz, yansıtma, gönderme
6. Kimyasal : Yoğunlaşma, içerik, oksidasyon/redaksiyon, reaksiyon hızı, pH
miktarı
2.2 Çıkış Büyüklüklerine Göre
Öte yandan analog çıkışlara alternatif olan dijital çıkışlar ise bilgisayarlarla
doğrudan iletişim kurabilirler. Bu iletişimler kurulurken belli bazı protokoller
kullanılır. Bunlardan seri iletişim protokollerine, aşağıda kısaca değinilmiştir.
RS232C: Bu protokol başlangıçta telefon veri iletişimi için tasarlanmıştır. Daha
sonra birçok bilgisayar sistemi bunu sıkça kullanmaya başlamış ve sonuçta
RS232 standart bir iletişim protokolü haline gelmiştir. RS232C'nin çalışması tek
sonlamalıdır(single ended). Lojik 1 = -15,-3 arasında ve lojik 0 = +3,+15
arasındadır. Algılayıcılar verileri bitler halinde ve seri iletişim protokolüne uygun
olarak bilgisayara gönderir. RS232C bir single ended ara yüz olduğundan alıcı ve
gönderici arasındaki uzaklık dış çevreden gelen olumsuz faktörlerin (EMI,RFI
enterferanslar) azaltılması açısından kısa tutulmalıdır.
RS422A : Bu protokol Differantial ended bir ara yüze sahiptir. Alıcı verici
arasındaki uzaklık yeterince en uzak seviyededir. Hatlarda bu mesafe sebebiyle
olabilecek zayıflama 200mV seviyesine kadar azalsa da sistem iletişime devam
eder. Diferansiyel ara birim sayesinde sinyaldeki zayıflama ihmal edilebilir
düzeye çekilir ve oldukça yüksek bir veri hızıyla haberleşme sağlanabilir.
Algılayıcı ve bilgisayar arasındaki iletişimde Twisted Pair (Bükülmüş kablo)
kullanıldığından dış etkilerden etkileşim azdır.
RS485 : Standart 422A protokolü genişletilerek oluşturulmuş bir protokoldür. Bu
protokol ile birlikte çalışabilen 32 adet alıcı vericinin tek bir kabloyla veri iletişimi
sağlanabilir. RS485 protokolü kablodaki iletişim problemlerini ortadan
kaldırmaktadır.
Çıkış Arabirim Tipi Max Kablo Uzunluğu Max Veri hızı İletişim Tipi
RS232C Single Ended Voltage 15 mt 20Kbps Point to point
RS422A
Differantial
Voltage
1,2
Km
10Mbps
Point
to
point
RS485A
Differantial
Voltage
1,2
Km
10Mbps
MultiDrop
(32
Node)
2.3 Besleme İhtiyacına Göre
Algılayıcılar besleme ihtiyacına göre iki sınıfa ayrılabilir. Bunlar ;
2.3.1 Pasif Algılayıcılar
Hiçbir şekilde dışardan harici enerji almadan (besleme gerilimine ihtiyaç
duymadan) fiziksel ya da kimyasal değerleri bir başka büyüklüğe çevirirler. Bu
algılayıcı tipine örnek olarak Termocouple (T/C) ya da anahtar gösterilebilir. T/C
aşağıda etraflıca anlatılacaktır. Anahtar ise bilindiği gibi mekanik bir hareketi
elektriksel bir kontağa dönüştürmektedir.
2.3.2 Aktif Algılayıcılar
Çalışmaları için harici bir enerji beslenmesine ihtiyaç duyarlar. Bu algılayıcılar
tipik olarak zayıf sinyalleri ölçmek için kullanılırlar. Aktif algılayıcılarda dikkat
edilmesi gereken nokta giriş ve çıkışlardır. Bu tip algılayıcılar dijital ya da analog
formatta elektriksel çıkış sinyali üretirler. Analog çıkışlılarda, çıkış büyüklüğü
gerilim ya da akımdır. Gerilim çıkışı genellikle 0-5V aralığında oldukça yaygın
kullanılmaktadır. Ancak 4-20mA akım çıkışı da artık endüstride standart haline
gelmiştir. Bazı durumlarda 0-20mA akım çevrimi kullanılmaktadır Ancak
endüstride çoğu zaman hatlarda meydana gelen bozulma kopma gibi durumlarda
sistemin bu durumu kolay algılaması ve veri iletişiminin sağlıklı yapılabilmesi için
4-20mA daha yaygın kullanılır. Çok eski algılayıcılar 10-50 mA akım çıkışlarına
sahiptirler. Endüstride en yaygın kullanılan 4-20 mA çevrim tipinin kullanımı bazı
özel durumlar gerektirmektedir. Bu noktalar;
"Algılayıcıların yerleştirildiği uzak noktalarda elektrik besleme geriliminin
olmaması gereklidir.
" Algılayıcılar gerilim sinyalinin sınırlı olabileceği durumlarda tehlikeli
uygulamalarda kullanılmalıdır.
" Algılayıcıya giden kablolar iki ile sınırlanmalıdır.
" Akım çevrim sinyali göreceli olarak gürültü geriliminin ani sıçramalarına karşı
korumalıdır. Ancak bunu uzun mesafe veri aktarımında yapamaz.
" Algılayıcılar, ölçüm sisteminden elektriksel olarak izole edilmelidir. Dünyada en
yaygın kullanım alanı bulan sıcaklık ve titreşim ölçümleri hakkında kısa bilgiler
vererek algılayıcı konusuna devam edelim.
3 DİNAMİK ÖLÇÜMLER İÇİN ALGILAYICILAR
3.1 İvme Ölçerler
İvme ölçerler, genel amaçlı mutlak hareket ölçümlerinde, şok ve titreşim
ölçümlerinde kullanılırlar.Bir yapının ya da bir makinenin ömrü,çalışma sırasında
maruz kaldığı ivmenin şiddeti ile orantılıdır. Bir yapının çeşitli noktalarındaki
titreşimin genliği ve fazı, bir model analiz yapılabilmesine izin verir. Yapılacak
olan bu analiz sonucunda dinamik olarak çalışacak parçaların çalışma modları
belirlenerek tüm sistemin dinamik karakteri ortaya konabilmektedir.
Sismik ivmeölçerler ile yer, bina, köprü üzerinde deprem, inşaat, madencilik
çalışmaları, büyük nakliye vasıtaların yol açtığı titreşimler ölçülebilir. Yüksek
frekanslı ivmeölçerler ile çarpma testleri, çok yüksek devirli motorların testleri
yapılabilir. İvmeölçerler ölçme tekniğine göre de farklı sınıflara ayrılırlar.
En fazla kullanılan ve bilinen ivme ölçer tipleri şunlardır.
• Mikro mekanik yapıda olanlar
• Silikon basınçla değişen dirençli yapıdakiler
• Sarsıntı ölçerler
• Yerçekimi ölçerler
• Sismometreler
• Piezoelektrik ivme ölçerler
• Kapasitif ivme ölçerler
3.1.1 Piezoelektrik İvme ölçerler
Piezoelektrik ivmeölçerler çok düşük frekanslı sismik uygulamalardan, çok
yüksek frekansta doğrusal çalışma aralığı gerektiren çarpma testlerine kadar
birçok ölçme uygulamasında kullanılan, küçük boyutlu, yüksek sıcaklık aralığında
çalışabilen,
endüstriyel
standartlarda
kılıf
içinde
yapılandırılmış
dönüştürücülerdir.
Kuvarz ya da seramik kristaller bir kuvvet altında kaldığında picocoulomb
seviyesinde elektrik yükü üretirler. Bu elektrik yükünün kristal üzerindeki değişimi
yer çekimi ivmesinin değişimi ile doğru orantılıdır. İvmeölçerlerdeki sismik
kütlenin ivme altında maruz kaldığı atalet kuvveti piezoelektrik kristale etkir ve
ivme ile doğru orantılı bir elektrik sinyali çıkışı verir.
Bir yongaya (Mikro Elektronik devre/chip) sahip Piezoelektrik ivmeölçerlerin
içinde sinyali taşınabilir voltaj sinyaline çeviren bir sinyal koşullayıcı devre vardır
(Integrated Electronics Piezoelectric - IEPE). Bu tip Algılayıcılar gürültüden
minimum etkilenirler. Üzerinde çevirici elektronik devre olmayan (Charge Mode)
Algılayıcılar harici bir çevirici (Charge Amplifier) ile kullanılırlar. Charge Mode
Algılayıcılar yüksek sıcaklıktaki uygulamalarda kullanılmak için idealdirler.
3.1.2 Kapasitif İvme ölçerler
Kapasitif ivmeölçerler düşük seviyeli ve düşük frekanslı titreşimleri, statik ivmeleri
ölçmede kullanılırlar. Karşılıklı yerleştirilmiş kapasitör şeklinde çalışan iki plaka
arasındaki kapasitansın değişmesi prensibi ile ölçüm yaparlar. Bu plakalar
arasındaki mesafe ve dolayısı ile kapasitans ivme altında değişir ve ivme ile
doğrusal bir sinyal doğururlar. Bu tip Algılayıcılar özel bir sinyal koşullama
gerektirmezler. 12VDC ya da 24 VDC ile beslenmek sureti ile çalışırlar. Özellikle
robotik, otomotiv sürüş kalite testleri, bina dinamiği ölçümü gibi yerlerde
kullanılırlar.
3.2 Basınç Algılayıcıları
3.2.1 Dinamik Basınç Algılayıcıları
Dinamik basınç algılayıcıları, piezoelektrik etkiyi kullanırlar. 400kHz gibi çok
yüksek bir frekans aralığında doğrusal çıkış verebilir ve büyük statik basınç
değerlerinin üzerindeki yüksek frekanslı fakat küçük genlikli dalgalanmaları
ölçebilirler.
Endüstride pompa basıcının, hidrolik ve pnömatik basınç hatlarının izlenmesi ve
kontrolü; akış kaynaklı titreşimlerin incelenmesi, kavitasyon, su darbesi,
pulsasyon, akustik ölçümler, havacılık testleri, valf dinamiği, patlayıcı ve silah
testleri, içten yanmalı motor testleri bu algılayıcılar kullanılarak yapılabilmektedir.
3.2.2 Statik Basınç Algılayıcıları
Hassas rezistif diyaframı kullanan bu Algılayıcılar endüstride statik basıncın
sürekli olarak izlenmesi gereken uygulamalar için geliştirilmiştir. Tank
seviyelerinin izlenmesinde, endüstriyel proseslerin geri besleme kontrol
sistemlerinde ve ısıtma soğutma klimatizasyon sistemlerinde kullanılmaktadır.
3.3 Dinamik Kuvvet Algılayıcıları
Piezoelektrik etkiyi kullanan kuvars kuvvet algılayıcıları, sıkışma, çekme
gerilmeleri, darbe, tepki ve etki kuvvetlerini ölçen sağlam, uzun ömürlü, dinamik
algılayıcı elemanlardır. Uygulama alanları arasında; tüm soğuk ve sıcak plastik
şekil verme işlemleri, pres kuvveti ölçümü, talaşlı imalatlar, kaynak işlemleri ve
test işlemleri gelmektedir.
Üzerine uygulanan kuvveti birbirine dik üç eksende ayrı ayrı veren üç bileşenli
kuvvet algılayıcıları özellikle takım tezgahlarının kesici uçlarının uyguladığı
kuvvetin ölçülmesinde, kuvvet dinamometresi uygulamaları, biyomekanik
uygulamalarında kullanılmaktadır.
3.3.1 Piezoelektrik Özellik
"Piezo" kelimesi Yunanca sıkmak anlamına gelmektedir. Piezoelektrik elemanlar
bir dış kuvvet altında kaldıkları zaman, karşılıklı yüzeyleri üzerinde bir elektrik
yükü oluşur.
Şekil 1'de gösterilen büyük daireler silikon atomlarını, küçük olanlar ise oksijen
atomlarını belirtmektedir. Doğal ya da işlenmiş kuvartz kristali en hassas ve
kararlı piezoelektrik malzemelerden biridir. Doğal malzemelerin yanı sıra yüksek
teknolojilerle üretilen polikristalin ve piezoseramik gibi malzemeler de yüksek
elektrik alana maruz bırakıldıklarında piezoelektrik özellik kazanmaları
sağlanabilmektedir. Bu kristaller çok yüksek değerde yük çıkışı üretirler. Bu
özellikleri sayesinde de özellikle düşük genlikli sinyallerin ölçülmesinde
kullanılırlar. Tablo 1'de piezoelektrik malzemelerin karşılaştırması verilmiştir.
Şekil 1
Tablo 2
Şekil 2'de gözüktüğü gibi piezoelektrik Algılayıcılarda farklı boyut ve şekillerde
piezoelektrik malzemeler kullanılabilir.
1. Basma kuvvetini temel alan tasarım yüksek bir rijitlik göstermektedir.
Bu özelliği sayesinde yüksek frekanslı basınç ve kuvvet ölçümlerinde
kullanılmaktadır. Olumsuz bir özelliği sıcaklık değişimlerine gösterdiği
hassasiyettir.
2. Basit bir tasarım olan eğilmeli (flexural) tasarım, düşük frekans aralığı
ve düşük darbe dayanımı nedeni ile dar bir kullanım sahasına sahiptir.
3. Kayma gerilmesi (shear) tasarımı geniş frekans aralığı, düşük eksen
kaçıklığı hassasiyeti, ısıl değişimlerden az etkilenmesi gibi olumlu
özellikleri sayesinde ivmeölçerlerde yaygın olarak kullanılmaktadır.
Şekil 2
104 E9 [N/m2] gibi birçok metale yakın bir sertlik derecesine sahip olan
piezoelektrik malzemeler, çok küçük bir yer değişimi altında bile büyük bir çıkış
verirler. Bir diğer deyişle piezoelektrik malzemeler fiziksel olarak kalıcı bir
değişime uğramazlar. Bu sebeple piezoelektrik algılayıcılar çok sağlam bir kılıfta
korunur ve geniş bir genlik aralığında mükemmel bir doğrusallık gösterirler.
Doğru seçilmiş bir sinyal koşullama sistemi ile birlikte kullanıldığında, bu tip
algılayıcılar 120 dB gibi çok geniş bir genlik aralığına sahip olmaktadırlar.
Uygulama açısından bu özellik, aynı piezoelektrik ivme ölçer ile 0,0001 g'dan
100 g'a kadar geniş bir aralıkta ölçüm yapılabilir anlamına gelmektedir:
Piezoelektrik malzemelerden bahsederken üzerinde önemle durulması gereken
diğer bir nokta da bunların sadece dinamik ya da diğer bir değişle değişen
durumları ölçebildiğidir. Piezoelektrik algılayıcılar, yerçekimi ivmesi, barometrik
basınç, ağırlık kuvveti gibi statik, yani zamanla değişmeyen büyüklükleri
ölçemezler. Bu sabit olaylar ilk anda bir çıkış doğururlar fakat bu sinyal,
piezoelektrik malzemenin ve algılayıcının bağlı olduğu elektronik devrenin zaman
sabitine bağlı olarak, zamanla yok olacaktır. Bu zaman sabiti, cihazın üzerindeki
kapasitans ve direncin oluşturduğu, birinci dereceden yüksek frekans geçiren
filtreden kaynaklanmaktadır. Bu filtre cihazın ölçebileceği en düşük frekansı
belirlemektedir.
3.3.2 Algılayıcının yapısı
Kuvvet, basınç ve ivme algılayıcılarının yapıları Şekil 3'te görülmektedir. Bu şekil
üzerinde gösterilen gri renkli kısımlar test edilen cismi, mavi renkli kısımlar
algılayıcı muhafazasını, kırmızı kısımlar piezoelektrik malzemeyi, siyah kısımlar
şekil değişimi gösteren kristalin üzerinde oluşan yükün toplandığı elektrotları ve
sarı renkli kısım da elektrik yükü şeklindeki sinyalin voltaj sinyaline çevrildiği
mikro-devreyi belirtmektedir. İvmeölçerde ayrıca yeşil renkle gösterilen sismik
kütle vardır. Görüldüğü gibi, bu üç tip algılayıcının iç yapıları birbirinden çok farklı
değildir. Hareket ölçen ivme ölçerlerdeki kristallerin üzerine oturan sismik kütle,
algılayıcının üzerine takıldığı cismin hareketini izlemek zorundadır. Kristallerin
üzerine etkiyen kuvvet Newton'un İkinci Hareket Kanunu uyarınca, ( F=m * a )
kolayca hesaplanır. Kuvvet ve basınç algılayıcıları neredeyse aynı özellikleri
taşırlar. Aralarındaki temel fark basınç algılayıcılarının basıncı toplamak için bir
diyafram kullanmasıdır.
Şekil 3
3.3.3 Sinyal Koşullama
Algılayıcı eleman elektriksel bir çıkış ürettikten sonra, bu sinyalin osiloskop,
analizör, kayıt edici, gibi bir cihaz tarafından okunabilmesi için koşullanması
gerekmektedir. Bu sinyal koşullama temel olarak aşağıdaki işlevlere sahiptir.
" Sinyalin taşınabilir ve ölçülebilir düşük empedanslı voltaj sinyaline çevrilmesi
" Sinyal güçlendirilmesi ve zayıflatılması
" Filtreleme
Bu sinyal koşullama iki farklı şekilde yapılabilir. (Şekil 4)
" IEPE algılayıcılarda algılayıcının içindeki Mikroelektronik devre yardımıyla
" Yük modu algılayıcılarda algılayıcının dışında takılan bir çevirici yardımıyla
IEPE olarak tanımlanan algılayıcılar ICP® tescil markasıyla PCB Piezotronics
firması tarafından1967 yılında geliştirilmiştir. Algılayıcının içindeki minyatür
devreler yük ya da voltaj amplifikatörleridir. 18-30 VDC arasında değişen bir
besleme voltajı ve 2mA sabit akım kaynağı ile beslenirler. Bu sistemin temel
özellikleri aşağıda sıralanmıştır.
" Algılayıcıya monte edilmiş Mikroelektronik devreler, birçok sinyal okuma cihazı
ile uyumlu, düşük empedanslı voltaj sinyali üretmektedir.
" Kanal başına maliyeti düşüren, kullanımı kolay sabit akım sinyal koşullayıcısı
gerektirirler.
" Sinyal uzun kablolama ile zorlu ortamlardan, sinyal kalitesinde bir düşme
yaşanmadan aktarılabilir.
" Çalışma sıcaklığı tipik olarak 120 °C, (en fazla 155 °C) ile sınırlandırılmıştır.
" Kolay bulunabilen koaksiyel kablolar ile çalışabilir. Ekonomiktir.
" Hassasiyet ve frekans aralığı gibi özellikleri besleme geriliminden bağımsız
olarak her algılayıcı için sabittir.
Yük tipi algılayıcılar, mekanik ve algılayıcı eleman olarak ICP® algılayıcılardan
farklı değildir. Tek farklılıkları sinyal koşullama devresinin algılayıcının dışında
olmasıdır. Yük tipi algılayıcılar genellikle yüksek sıcaklığın var olduğu
uygulamalarda kullanılırlar. Bu algılayıcıların özellikleri aşağıda sıralanmıştır.
" Algılayıcının çıkışı mutlaka koşullanması gereken yüksek empedanslı bir
çıkıştır.
" Harici bir sinyal koşullama gerekmektedir.
" Algılayıcının çıkışındaki sinyal, kabloların hareket etmesinden, elektromanyetik
sinyallerden, radyo frekans dalga girişimlerinden kaynaklanan gürültülere açıktır.
" 540 °C gibi yüksek sıcaklıklarda çalışabilirler.
" Düşük gürültülü özel kablolara ihtiyaç duyulur.
" Algılayıcının hassasiyet, frekans aralığı gibi özellikleri değişkendir. Bu özellikler
kablo uzunluğu ya da sinyal koşullayıcının ayarları ile değişebilir.
4 YER DEĞİŞİMİ VE HAREKET ALGILAYICILARI
Mekanikteki en temel ölçü uzunluk ölçüsüdür. Konum, hareket, yer değişimi
terimleri birbirine çok yakın durmaktadır. Konum algılayıcı (Position Sensor) ya
da hareket dönüştürücü (Motion Transducer) terimlerine sık sık rastlanmaktadır.
Yer değişimi dönüştürücüleri (Displacement Transducer), teknik olarak en doğru
ifade sayılabilir. Temel olarak lineer ve açısal yer değişimi algılayıcı olarak ikiye
ayrılırlar.
Yer değişim Algılayıcıları ölçme teknikleri açısından aşağıdaki gibi
sınıflandırılabilir.
1. Kapasitif
2. Endüktif
3. Relüktans
4. Potansiyometrik
5. Strain-Gage
6. Elektro-Optik
7. Açısal ve Doğrusal Enkoderler
8. Ultrasonik
9. Konum Şalterleri
4.1 Takometreler ve Hız Algılayıcıları
Elektromanyetik Doğrusal Hız Algılayıcıları genellikle periyodik olarak değişen
hızları ölçmekte kullanılır. Bu cihaz bir sargı içinde hareket edebilen sabit bir
mıknatıstan oluşur. Bu şaft hareket ettikçe bir elektromanyetik kuvvet (emf)
endüklenir. Hareket ne kadar hızlı olursa o kadar yüksek bir emf oluşur.
4.1.1 Elektromanyetik Takometre Jeneratörler
Takometre olarak üç farklı jeneratör kullanılabilir.
• DC takometre jeneratörler,
• AC endüksiyon takometreler
• AC sabit mıknatıslı takometreler
4.1.2 Dişli Rotorlu Elektromanyetik Takometreler
Üzerinde dişliye benzeyen, ferromanyetik malzemeden çıkıntılar olan bir rotora
sahiptir. Hall etkisi, eddy-current ya da endüktif tip bit yaklaşım algılayıcısı ile
beraber kullanılırlar. Hissedici sistem olarak en çok elektromanyetik etki kullanılır.
Bu sistemde bir bobin kullanılır. Dişli rotor bobinin önünden geçtikçe manyetik
akının şiddeti değişmektedir. Bu akı değişikliği bobinde bir elektromotor kuvvet
endüklemektedir. Bu emk bir puls (darbe) şeklinde oluşmaktadır. Bu pulsların
sayılması sonucunda açısal hız bilinebilmektedir.
4.1.3 Elektro-optik Takometre
Elektro optik bir algılayıcıdan bir ışık huzmesi gönderilir. Dönen cismin üzerindeki
bir noktadan periyodik olarak geri dönen ışık toplanır. Bu ışığın periyodu dönen
cismin periyodu ile aynıdır.
4.2 İvmeölçerler
İvmeölçerler, ivme, titreşim ve mekanik şok değerlerini ölçmede kullanılırlar. Tüm
ivmeölçerlerde bir sismik kütle, yay ve damper sistemi vardır. Sismik kütlenin
üzerine etkiyen atalet kuvvetinin yarattığı ivme ölçülür.
Kapasitif İvmeölçer de kapasitif iletim prensibi kullanılır. Sismik kütle olarak bir
diyafram kullanılır. Bir ivme etkidiği zaman sabit elektrod ile sismik elektrod
arasındaki mesafe değişir. Mesafenin değişmesiyle kapasitans değişir ve ivme ile
orantılı bir çıkış elde edilir
Piezoelektrik İvmeölçer Piezoelektrik etkinin kullanıldığı bu tip algılayıcılarda,
sismik kütle bir piezo kristal malzeme üzerine bir kuvvet uygular ve bunun
neticesinde bir elektrik yük oluşturulur. Piezoelektrik ivmeölçerler hakkında daha
detaylı bilgiyi "Dinamik Ölçümler" bölümünde bulabilirsiniz.
4.3 Kuvvet Algılayıcıları
Kuvvet Algılayıcıları genellikle uygulanan kuvveti elastik bir elemanın
deformasyonuna çevirirler. En yaygın olarak kullanılan kuvvet Algılayıcıları Strain
Gage Kuvvet Algılayıcılarıdır. Yük hücresi ( load cell ) olarak da adlandırılırlar. Bu
dönüştürücüler hem basma hem de çekme yönünde çalışabilirler. Ölçme
aralıkları 10 N ile 5MN arasında değişebilir. Gelişmiş tasarımlarda mekanik
olarak aşırı yük sınırlamaları bulunmaktadır.
Piezoelektrik Kuvvet Algılayıcıları özellikle dinamik olarak değişen kuvvetlerin
ölçülmesinde kullanılmaktadır. Bu dönüştürücüler hakkında ayrıntılı bilgi Dinamik
Ölçümler bölümünde bulunabilir.
4.4 Tork Algılayıcıları
Tork ölçen elemanlar genellikle güç üreten şaft ile gücü tüketen şaft arasına seri
olarak bağlanırlar. Tork bu silindirik yapıdaki dönüştürücünün üzerine etkidiğinde
bir buruluma etkisi yaratacaktır ve tork ile doğru orantılı bir açı oluşacaktır. İkinci
tip tork Algılayıcıları ise tepki torkunu ölçer. Bu sistemde tork üreten rotorun
dönmesi engellenir ve oluşan tork bir kuvvet dönüştürücünün yardımıyla ölçülür.
4.4.1 Fotoelektrik Tork Dönüştürücü
Burulma sonucu oluşan açısal değişim miktarı, optik kaynaklar ve optik
Algılayıcıları vasıtası ile okunur. Yapı olarak optik enkoderlere benzerler.
4.4.2 Strain Gage Tork Dönüştürücü
Uygulanan torkun yarattığı birim şekil değişiminin strain gageler ile okunması ve
tork bilgisinin elde edilmesi prensibine dayanır. En sık kullanılan tork
algılayıcılarıdır.
4.5 Akış Algılayıcıları
4.5.1 Diferansiyel Basınç Akış Ölçümü
Debi yaygın olarak bir akışkanın bir boru içerisindeki kısıtlanmış bölmeden
geçirilmeye zorlanması ile ölçülür. Bu zorlanma ile hız değişir ve debi ile orantılı
basınç oluşur.Borunun yarı kesiti büyüdükçe akışkanın hızı azalır ve basınç artar.
Yarı kesit küçüldükçe hızı artar basınç azalır. İki basınç farkı diferansiyel basınç
algılayıcı ile ölçülür.
4.5.2 Mekanik Akış Ölçümü
Mekanik elemanlar sıvı akışına yer değiştirerek yada belli bir hız oranında
dönerek cevap verecek şekilde dizayn edilmişlerdir. Viskozitesi 500 Cp'a kadar
olan temiz akışkanların, asitlerin, bazların, solventlerin ölçümünde kullanılır.
4.5.3 Isıl Akış Ölçümü
Hareket eden sıvı içerisinde 2 nokta arasında taşınan ısı miktarı akan kütle ile
doğru orantılıdır.
4.5.4 Magnetik Akış Ölçümü
Elektromotor güce sahip olan manyetik alan içerisinden geçen iletken sıvı, hızıyla
artan bir elektromotor kuvvet indükler. Manyetik akış ölçerler, ölçüm sırasında
debi düşümü yaratmazlar, akışkanın viskozite, basınç, sıcaklık değişimden
etkilenmezler. Yatay ve dikey şekilde montaja uygundurlar ve ölçüm sırasında
akışı engellemediğinden kimya, ilaç, gıda, kağıt hamuru, su ve benzeri
uygulamalar için uygundurlar.
4.5.5 Salınımlı Akış Ölçer
Salınımlı akış ölçümünde akışın içine yerleştirilen bir engel üzerinde oluşan
vorteks kaynaklı titreşimler algılanır ve Titreşimin frekansı akışkanın hızı ile doğru
orantılıdır.
4.5.6 Ultrasonik Akış Ölçümü
Ultrasonik akış dönüştürücüler Doppler efektinden faydalanır. Akışkanın içine
gönderilen frekansı bilinen bir ultrasonik ses, akışkanın içindeki partiküller, hava
kaparcıklarından yansıyarak geri döner. Dönen sinyalin frekansındaki değişiklik
akışkanın hızı ile orantılıdır. Bir diğer yöntemde, bir ultrasonik dalga sıvı
içerisinden gönderilir. Alıcı algılayıcı bu dalgayı alır almaz ikinci bir dalga
gönderir. İki dalganın arasındaki varış süresi farkından akışkanın hızı çıkarılabilir.
4.5 Nem Algılayıcıları
Nem algılama için 4 tip metod kullanılır. Higrometreler direkt olarak %RH ile
kalibre edilen bir çıkış verir. Psikometreler iki sıcaklık değeri ölçüp bir grafik
aracılığı ile bu değerlerini nem veya %RH ile ilişkilendirmek zorundadırlar.
Yoğunlaşma noktası algılayıcı eğer gösterilmesi istenen özellik yoğunlaşma
noktası değil ise nem oranının bir tablo aracılığıyla sıcaklık ölçümünden
çıkarılmasını sağlar. Son olarak uzaktan algılama sistemleri nemi kütle ya da
hacim olarak ölçebilir.
4.6 Seviye Algılayıcıları
Sıvı seviyeyi çoğunluk uzunluk boyutuyla, sıvı yüzeyinin her hangi bir referans
noktasına göre yüksekliği olarak verilir. Sıvı seviye ölçümleri ile ilgili hesaplar
rahatlıkla bir mikroçip tarafından yapılabilir. Böylece eğer tankın geometrisi ve
ölçüleri biliniyorsa sıvının hacmi, eğer ağırlığı da biliniyorsa özkütlesi bulunabilir.
İletkenlik ile Seviye Ölçümü:
Elektriği ileten bir sıvının seviye ölçümü kontakt halindeki iki elektrodun
arasındaki rezistans değişimi izlenilerek ölçülebilir. Bu yol ile sürekli seviye
ölçümlerinde de ayrık seviye ölçüleri gibi ölçülebilir. Hatta eğer tankın duvarları
metal ise İki elektrot olarak kullanılabilir.
Kapasitif Seviye Ölçümü :
Bir sıvının dielektrik sabiti hava, gaz veya diğer sıvılardan farklıdır. Eğer bir veya
daha çok çift elektrot bir sıvıya batırılırsa, dielektrik sıvı seviyesindeki artma veya
azalmalara bağlı olarak çeşitlilik gösterir ve bu elektrot çiftleri arasında
kapasitans farkı oluşturur. Bu prensip ile hem sürekli seviye hem nokta seviye
algılanması yapılır. Eğer birden fazla çift elektrot kullanıldıysa algılayıcı element
alternatif tüplü iki ya da dört koaksiyel tüp ile beraber çalıştırılabilir Çoğunlukla bir
kolu seviye algılamayı yapan bir element ile oluşturulan dört kollu ac köprü
network kullanılır.
4.8 Basınç Algılayıcıları
Basınç elastik bir mekanik eleman üzerinden ölçülür.
4.8.1 Kapasitif Basınç Dönüştürücü
Basınç statik bir diyafram üzerine etkir.
4.8.2 Endüktif Basınç Algılayıcıları
Üzerine basınç düşen metalik diyaframın bir bobinin öz endüktansını değiştirme
etkisi kullanılır.
4.8.3 Relüktif Basınç Algılayıcıları
iki temel tip relüktif element içerir. LDVT ve çift bobinli endüktans köprüsü. İlki
algılama elementleri olarak körükleri, kapsülleri ve Bourdon tüplerini kullanırken
diğeri diyaframları ya da Bourdon tüplerini kullanır.
4.9 Sıcaklık Algılayıcıları
Sıcaklık hissedici elemanlar genellikle sıcaklığı ölçülecek olan yüzeye temas
etmek suretiyle çalışırlar. Temassız sıcaklık dönüştürücüler de mevcuttur.
4.9.1 Termoelektrik Sıcaklık Algılayıcıları
Seebeck Etkisi olarak adlandırılan "Farklı iki iletken bir devre oluşturuyorsa ve
devrenin iki noktası arasında bir sıcaklık farkı var ise bu devreden bir akım
geçer." Prensibini kullanır. Bu algılayıcılar termik çift ( thermocouples ) olarak da
adlandırılır.
4.9.2 Rezistif Sıcaklık Algılayıcıları
İletkenlerin iletkenliği sıcaklık ile değişir. RTD olarak da bilinen bu dönüştürücüler
bu prensibi kullanmaktadır. Yarıiletkenlerin kullanıldığı tiplerine genellikle
termistör denir. Pirometreler temassız olarak sıcaklık ölçen cihazlardır. Cisimlerin
sıcaklıklarını yaydıkları ısıdan ölçer. Ölçme aralıkları 3000 °C dereceye kadar
çıkabilmektedir.
5 DİĞER ALGILAYICI TÜRLERİ VE ALGILAMA YAPILARI
5.1 Temaslı Algılayıcılar
Temel prensibi iki farklı yapıdaki cismin genellikle birbirine teması ya da temas
edecek ve tolare edilebilecek kadar yakın mesafeden karşıt (değişik) özellikleri
kullanılarak algılama yapmasıdır.
5.1.1 Thermocouples
Bir thermocouple iki farklı metalin birleştirilmesiyle oluşturulur. Doğru alaşım
seçimi ile ölçülebilir ve kestirilebilir bir sıcaklık-gerilim ilişkisi elde edilir.
Thermocouple'larla ilgili en sık yanlış anlaşılan konulardan biri de gerilimin tam
olarak nerede oluştuğudur. Çoğu kimse bu gerilimin iki metalin birleşim
noktasında var olduğunu düşünür; ancak gerçekte çıkış gerilimi bimetal üzerinde
uzunlamasına (sıcaklık değişimi yönünde) oluşur. Thermocouple’ların ürettiği
gerilim seçilen metallerin cihaz bağlantı noktasında var olan termoelektrik
enerjilerinin farkıdır. Bu kestirilebilir gerilim gerçek işlem (Proses) sıcaklığıyla
ilişkilendirilebilir.
Bu algılayıcıların geniş bir çalışma aralığı vardır ve yüksek sıcaklık uygulamaları
için idealdirler. Soy metal alaşımlarından yapılmış olan thermocouple'lar 1700 C
a kadar olan sıcaklıkları izleme ve kontrol için kullanılabilirler. T/C lar özellikle
minyatür algılayıcı tasarımları için de idealdir. Basit yapıları olumsuz ortam
koşullarına (aşırı şok, vibrasyon gibi) dayanıklı olmalarını sağlar.
Thermocouple'lar sıcaklık değişimlerine ani değişiklik göstermek üzere küçük
boyutlarda
düzenlenebilirler.
T/C'lar pek çok şekil ve boyutta olabilirler. Yalıtımlı en çok kullanılan tiptir
Bu tip bir T/C de tel haline getirilmiş metal alaşımlar yalıtım malzemesiyle
kaplanır; bu malzeme thermocouple alaşımları arasında hem fiziksel hem de
elektriksel yalıtım sağlar. Yalıtım malzemeleri 1260 C'a kadar olan sıcaklıklarda
işlevlerini sürdürebilirler. Termocouple'lar kısa dönemli ölçümler için ekonomiktir.
5.1.2 RTD
Bunlar hassas sıcaklık algılayıcılardır. Hassaslık, uzun süreli elektriksel direnç
kararlılığı, eleman doğrusallığı ve tekrarlanabilirliği gibi özellikler isteyen
uygulamalarda kullanılırlar. Çok geniş bir sıcaklık aralığında ölçüm alabilirler
(Bazı platin algılayıcılar -164 C ; +650 C arasında çalışabilir)
RTD' lerde bulunan algılama elemanı genellikle bir platin tel sargısı veya
seramiğe
uygulanmış
ince
bir
metalik
tabakadır.
Bu gün 0.0025 C kararlılığa sahip hassas termometre üretilebilmektedir.
Endüstriyel modeller yılda (<0.1 C) civarında kayma gösterebilirler. Platin ve
bakır elemanlara sahip RTD'ler T/Clara ve pek çok termistöre göre daha doğrusal
bir davranış gösterirler. T/C'dan farklı olarak bir RTD cihaz bağlantıları için bakır
kullanır ve dolayısıyla "cold junction compensation" gerektirmez. Bu da sistem
maliyetinin düşmesini sağlar. RTD nin dezavantajları ise, daha yavaş tepki, şok
ve vibrasyona duyarlılık, sıcaklık değişimlerinde küçük direnç değişimi (düşük
duyarlılık), ve düşük taban direncidir. Bu sorunu üstesinden gelebilmek için 3
veya 4-kablolu devreler kullanılır. Bu yöntem sıcaklığa bağlı direnç değişimlerini
ölçmede bir çeşit köprü devresi etkisi yaratır. Tel uzunluğuna bağlı hatalar da en
aza indirilir; çünkü direnç değişimi RTD algılama noktasında oluşur. Ölçümün
hassaslığı öncelikle kontrol veya ölçüm cihazındaki sinyal koşullama devresine
bağlıdır. Nokta ölçümler genel olarak rağbet görse de hatalara sebep olmaktadır.
RTD'ler geniş bir alana yayılarak pek çok noktadan ölçüm alabilirler ve bunların
ortalamasını vererek daha az hatalı sonuçlar eldesini sağlarlar. T/C'larla bunun
uygulanması pek mümkün değildir. RTD üzerindeki gerilim düşüşü T/C
çıktısından çok daha kuvvetli bir işaret üretir.
5.1.3 Termistörler
Bu algılayıcılar küçük sıcaklık değişikliklerine karşı duyarlıdırlar. Düşük sıcaklık
uygulamaları için (sınırlı sıcaklık aralıklarında) uygundurlar. Fiziksel boyutları
küçüktür. Nokta tipi algılayıcılar için boyutları bir iğne ucu kadar olabilir.
Termistörler kullanıldıkça daha kararlı hale gelirler. Termistörün derecesine ve
fiyatına bağlı olarak performansı düşük doğruluktan kaliteli RTD'lerle boy
ölçüşebilecek yüksek doğruluğa kadar değişebilir. Termistörler bir işlem
değişkeninin yarım veya bir dereceye kadar olan sıcaklık aralığındaki kontrolüne
olanak tanırlar. Pek çok termistör RTD'lerden daha ucudur; ancak koruyucu
kılıflarla bu fiyat aralığı daralır. Termistörlerin ana direnci binlerce ohm olabilir. Bu
da aynı ölçüm akımı ile RTD'lerden daha büyük bir gerilim değişikliği sağlar; ve
kablo direnci problemlerini ortadan kaldırır. Termistörlerle çalışırken akıma dikkat
edilmelidir çünkü termistörler sıcaklığa RTD'lerden daha duyarlıdırlar. Yeni
termistörlerden bazıları bunu engellemek için farklı bazı düzeneklere sahiptirler
ancak fiyatları da ona göre yüksektir.
Termistörlerin dezavantajlarına gelince bunlar algılayıcının kırılgan yapısı, sınırlı
sıcaklık aralığı, yüksek sıcaklıklarda dekalibrasyondur. Termistörler birbirleriyle
değiştirilebilirler ve ek bir devre eklenmediği sürece devre açmalarına karşı bir
güvenlik sağlayamazlar. Ayrıca termistörler RTD'ler ve thermocouple'larla aynı
seviyede endüstri standartlarına sahip değildirler.
5.2 Temassız Algılayıcılar
Bir IR cihazı nesne tarafından yayılan enerjinin bir kısmını toplar ve onu nesnenin
bilinmeyen sıcaklığı ile ilişkilendirir. IR algılayıcılar birçok avantaja sahiptirler ve
temaslı algılayıcıların uygun olmadığı her yerde kullanılabilirler. IR algılayıcı ısı
kaynaklarından uzağa monte edilerek bunların ölçüm değerlerini etkilemesi
önlenebilir, kirli veya patlayıcı ortamdan izole edilmeleri tavsiye edilmektedir.
Bazı IR Algılayıcıları özel IR sıcaklık kontrolleri ile kullanılabilir. Bu seri veri
iletişimi ve kaydı seçenekleri ile kapalı devre temassız bir sıcaklık kontrol sistemi
sağlar.
Bir tip bir algılayıcı secimi gerektiğinde aşağıdaki noktalara dikkat edilmesi
gereklidir
"Sıcaklık okuma hassasiyeti
" Ölçüm yapılacak sıcaklık aralığı
" Maksimum sıcaklık seviyesine karşı duyarlılık sınırı
" Sıcaklık değişikliğine karşı verilen tepki hızı ve algılama doğruluğu
" Kararlılık ve doğruluğun devam etme süresi
" Ortam sınırlamalarının düzeyi
Doğru sıcaklık algılayıcısını seçmekte dikkate alınması gereken bir başka nokta
uygulamanın doğruluk derecesine ve cihazın monte ediliş şekline göre farklılık
gösteren bütçe ve fiyattır.
Yukarıda belirtildiği gibi fiziksel büyüklüklerdeki değişimler her biri farklı yapıya
sahip algılayıcılar tarafından algılanırlar. Algılanan bu değişimler gerektiğinde
uygun bir sinyal koşullama cihazı tarafından bilgisayarın algılayabileceği
seviyeye gelebilmesi için bir dizi işlemden geçirilir. Bilgisayardaki veri toplama
kartı tarafından algılanan bu tür büyüklükler uygun analiz yazılımı tarafından
işlenerek amaca uygun elektriksel işaretlere çevrilir. Sayısal ya da İşaretsel
olarak üretilen bu çıkış işaretleri otomasyonun amacına uygun olarak seçilen ve
elektriksel işaretleri fiziksel büyüklüklere dönüştüren cihazlara gönderilir. Servo
ya da Step motoru, Direnç, Ampul, Piezoelektrik, Katı hal ışık kaynağı, elektro
mıknatıs vb tanımlanan bu tip cihazlar Actuator olarak tanımlanır. Bu cihazlara ait
detay bilgi Hareket kontrolü bölümünde verilmiştir.
Endüstride Endüktif, Kapasitif ya da Ultrasonik yaklaşım anahtarı, Foto Elektrik
algılayıcı, T/C (Termocouple) Yük hücresi (LoadCell), Gaz ya da sıvı akış miktarı
algılayıcıları (Flow meters), Mekanik anahtarlar gibi onlarca algılayıcı tipi sıklıkla
kullanılmaktadır. Bu algılayıcıların kullanılması ve uygulanması diğer bazı
algılayıcıya göre daha basit sayılır.
Endüstride kullanım alanı bulan algılayıcılara diğer tip bir örnek olarak
kullanımının biraz daha karmaşık ve önemli olması ve bir miktar özel bilgi
gerektirmesi açısından Piezoelektrik yapısallığındaki İvme ölçerler verilebilir.
Aşağıda bu tip algılayıcılara ait bilgiler yer almaktadır.
6 ALGILAYICI SEÇİMİ
Bu kadar çok algılayıcı çeşidi varken yapılacak uygulama için uygun algılayıcının
belirlenmesi büyük önem kazanır. Algılayıcı seçimi statik ve dinamik
karakteristikler yanında ortam etkileri ve işlevsellik gibi birkaç önemli faktöre de
bağlıdır. Algılayıcı seçimi ile ilgili bilgiler Tablo 2 ile aşağıda sunulmuştur.
Tablo 3
6.1 Ölçüm Koşulları
" Ölçümün temel amacı nedir?
" Ölçülen büyüklük nedir?
" Ölçüm aralığı nedir?
" Ölçümün doğruluk seviyesi ne olacaktır?
" Ölçülen büyüklüğün dinamik karakteristiği nedir?
" Ölçüm sırasında ölçüm aralığının aşılması ne ölçüde olacaktır?
" Ölçülen büyüklük bir akışkan ise fiziksel ve kimyasal özellikleri nedir?
" Dönüştürücü nereye ve nasıl monte edilecektir?
" Dönüştürücünün maruz kalacağı çevresel etkiler nelerdir?
6.2 Veri Toplama Sistemi Koşulları
" Veri toplama sistemi analog mu yoksa dijital mi?
" Veri toplama sisteminin sinyal koşullama, çoğullaştırma, analog-dijital çevirme
özelliği,
" Transfer öncesi tampon bellek (buffering) özellikleri
" Veri kaydı ve işleme özellikleri
" Veri toplama sisteminin doğruluk, frekans cevabı özellikleri
6.3 Bulunabilirlik Koşulları
" Tüm istekleri yerine getiren dönüştürücü piyasadan bulunabiliyor mu?
" Aksi taktirde
-Varolan bir dönüştürücüde küçük değişiklikler yapmak yeterli olacak mı?
-Yeni bir tasarım yapmak mı gerekecek?
-Bu işi üstlenebilecek üreticiler kimlerdir?
-Dönüştürücü zamanında teslim edilebilecek mi?
6.4 Maliyet Faktörleri
" Önerilen dönüştürücünün maliyeti göstereceği fonksiyon ile orantılı mı?
" Seçilen dönüştürücünün sebep olacağı test, periyodik kalibrasyon, kurulum gibi
ekstra masraflar nelerdir?
" Veri toplama sisteminde yapılması gerekecek olan düzenlemeler nelerdir?
7 PIEZOTRONICS ALGILAYICILAR
Kur dönemi sırasında, erkek bukalemunlar, baykuş sesine benzeyen sesler
çıkararak dişileri çağırırlar. Ancak sonradan üzerinde bulundukları dalları
titreştirerek haberleşmelerine ve/veya anlaşmalarına devam ederler. 150 Hz
civarındaki bu sinyaller ilk defa bir PCB Piezotronics firmasının 35B65 koduyla
ürettiği ivmeölçer ile kaydedilmiştir. Araştırmacılar bu modelin seçiminde düşük
genlikli sinyallerin algılanabilmesindeki hassasiyet ve doğruluk kriterlerini dikkate
alınmıştır.
Bu tip Algılayıcıların seçimi bir miktar uzmanlık gerektirir. Konunun daha iyi
anlaşılabilmesi için aşağıdaki yazımızda somut örnekler verilerek anlatım
kolaylaştırılmaya çalışılmıştır.
Anlatılanlar 4 ana başlıkta toplanmıştır:
İVME ÖLÇERLER (Accelerometers)
KUVVET ALGILAYICILARI (Force Sensors)
BASINÇ ALGILAYICILARI (Pressure Sensors)
AKUSTİK TEST ÜRÜNLERİ (Sound & Vibration Sensing Systems
7.1 İvmeölçerler
Hassas ölçümler için çok geniş bir piezoelektronik titreşim ve şok ivmeölçer
çeşidi vardır. Bu tasarımlara örnek olarak kuvarz, ICP, cryogenic, çevresel
gerilme önlemeli, yüksek frekanslar için, minyatür, darbe, piroşok, halka şeklinde,
üç eksenli, uçuş testleri için, düşük profilli, yüksek sıcaklığa dayanıklı, sismik,
düşük maliyetli ve endüstriyel tipler sayılabilir.
7.1.1 Hassas Kuvarz ICP İvme ölçerler (Precision Quartz Shear ICP
Accelerometers)
Elektronik donanıma sahip olan bu kuvarz ICP ivme ölçerler ile
laboratuarda, fabrikada ve çalışılması zor ortamlarda hassas ölçümler
yapılabilir.
Genel amaçlı ölçümler
Isıl dengesizliklerin bulunduğu ortamlarda test imkanı
Yapısal testler
7.1.2 Cryogenic Kuvarz ICP İvmeölçerler (Cryogenic Quartz Shear
ICP Accelerometers)
Normal gerilim modu Algılayıcılarının çalışmasının mümkün olmadığı -50
°C 'nin altındaki sıcaklıklarda uygulamalar için tasarlanmıştır.
Roket motorlarının yapısal testleri
Süper iletkenlerin analizinde
Soğukta çalışan (cryogenic) pompaların izlenmesinde
7.1.3 Çevresel Gerilme Önlemeli (ESS) İvme ölçerler (Environmental
Stress Screened Accelerometers)
Isıl yorulmaya karşı dayanıklı mikrohibrid elektronik elemanlar ile kuvarz
duyaçlarının birleştirilmesiyle ortaya çıkmıştır. Teorik çevrimlerin kontrolü gibi ısıl
dengesizliklerin hakim olduğu ortamlarda kullanılmak üzere tasarlanmıştır.
Isıl-titreşim kombinasyonlarının analizi
Isıl çevrimlerin incelenmesi
Kalite laboratuarlarındaki uygulamalar
7.1.4 Havacılık Testleri İçin İvmeölçerler (Flight Tested
Accelerometers)
Bu ivme ölçerler Uluslararası havacılık Kurulunun hazırladığı havacılık
standartlarına uyum testlerinin yapılmasında kullanılır.
Yük taşıyan alanlarda yapısal titreşim analizleri
Roket yakıt hücrelerinde titreşim cevabı incelenmesi
Uzay araçlarının kalkışlarındaki düşük frekanslı titreşimlerin analizi
Uçuş sırasındaki mod ve titreşim analizleri
7.1.5 Yüksek Frekans Minyatür İvmeölçerler (High Frequency
Miniature Accelerometers)
Bu tip ivme ölçerler test edilen ortamda, kütle artışına yol açmamak için
hafif üretilmişlerdir. Yüksek frekans cevabı karakteristikleri son derece
iyidir.
Baskı devre kartlarının yapısal testleri
Yüksek hız dişli kutularının analizi
7.1.6 Yüksek sıcaklığa dayanıklı ICP ivme ölçerler (High Temperature
ICP Accelerometers)
Bu tip ivme ölçerler içten güçlendirilen tipik ivme ölçerlerin çalışamayacağı
kadar yüksek sıcaklıklarda ( >150 °C) titreşimleri, yüksek hassasiyetle
izleyebilirler.
Motor titreşimlerinin incelenmesi
Egzoz sistemlerinde titreşimlerinin incelenmesi
Sıcak şekil verme makinelerinin analizleri
Yüksek sıcaklıktaki üretimlerin testleri
7.1.7 Yüksek sıcaklık yük modu ivme ölçerler (High Temperature
Charge ModeAccelerometers)
Yüksek çıkış gerilimi üreten seramik bir duyaç elemana sahiptirler ve 254
°C 'ye kadar ölçme kabiliyetini korur.
Motor manifoldunun izlenmesi
Jet motorlarının titreşim analizleri
Buhar türbinleri testleri
7.1.8 Düşük Maliyetli İvmeölçerler (Low Cost Series Accelerometers)
Bu tip ivme ölçerler düşük maliyet ön planda tutularak üretilmiş basit bir
yapıya sahip, tek nokta kalibrasyonuna izin verirler.
Düşük bütçeli uygulamalar
Eğitim amaçlı testler
Geniş kapsamlı uygulamalar
7.1.9 Zor endüstriyel uygulamalar için ivme ölçerler (Industrial Ruggedized
Accelerometers)
Bu tip ivme ölçerler kaba ve ağır çalışma şartlarına uygundur. Çift seviyeli,
dayanıklı ve paslanmaz çelik gövdeye sahiptir. Bu gövde radyo ve
elektromanyetik dalgaların oluşturacağı parazitlere karşı iyi bir yalıtım
sağlar.
Sualtı pompaları için titreşim izlenmesi
Yataklama hataları analizleri
Makine ömrü izlenmesi
7.1.10 Düşük profilli ICP ivme ölçerler (Low Profile Series ICP
Accelerometers)
Bu tip ivme ölçerler patentli kuvarz destek teknolojisi sayesinde, bu küçük ivme
ölçerden yüksek bir çıkış sinyali elde etmek mümkündür. Ayrıca bu ivme ölçer
montaj sırasında ve ısıl değişmelerden kaynaklanan gerilmelere karşı çok az
duyarlıdır.
Rüzgar tüneli testleri
Sınırlı alanlarda montaj kolaylığı
Uzay araçlarının yapısal testleri
7.1.11 Halka İvmeölçerler (Ring-Shaped Accelerometers)
Bu tip ivme ölçerler kendi etrafında 360° dönebilir ve elektrik bağlantılarını
kolaylaştırır. Genellikle düşük profillidir.
Sınırlı alanlarda montaj kolaylığı
Hava akışı kaynaklı titreşimlerin izlenmesi
Genel amaçlı titreşim testleri
7.1.12 Sismik ICP İvmeölçerler (Seismic ICP Accelerometers)
Bu tip ivme ölçerler, binalar, köprüler ve diğer büyük yapılar üzerinde oluşan çok
düşük genlikli ve düşük frekanslı titreşimleri ölçer. Ağır olmaları sayesinde
çözünürlükleri büyüktür ve uzun kablolar boyunca bozulmadan gidebilen yüksek
voltajlı düşük empedanslı çıkış üretirler.
Bina titreşim izlenmesi
Deprem tespiti çalışmaları
Köprülerin yapısal testleri
Jeolojik çalışmalar
7.1.13 Şok İvme ölçerler (Shock Accelerometers)
Bu tip ivme ölçerler darbe testleri sırasında oluşan yüksek ivmelenmeleri ölçebilir.
0,1 saniye süren anlık olayları izleyebilecek şekilde tasarlanmıştır.
Uzay araçlarındaki ayrılmaların incelenmesi
Balistik darbe testleri
Patlayarak şekil verme işlemleri
Pres makinelerinin karakteristiklerinin incelenmesi
7.1.14 Üç Eksenli İvmeölçerler (Triaxial Accelerometers)
Bu tip ivme ölçerler birbirine dik üç doğrultuda titreşimlerini ölçer.
Motor titreşimlerinin incelenmesi
Yatak titreşimlerinin izlenmesi
Uzay araçlarındaki yapısal testler
7.1.15 Sıkıştırılmış Kuvarz ICP İvmeölçerler (Quartz Compression
Mode ICP Accelerometers)
Bu tip ivme ölçerler rutin laboratuar testleri ve uygulama alanı için geniş ölçüde
kullanılır. Basit ve sağlam yapıları, tercih edilmelerinin sebebidir.
Yapısal titreşim ölçümleri
Rutin laboratuar ve sanayi alan testleri
Makine ömrü izlenmesi
7.2 Kuvvet Algılayıcıları
Kuvarz kuvvet Algılayıcıları, sıkışma, çekme gerilmeleri, darbe, tepki ve etki
kuvvetlerini ölçen sağlam, uzun ömürlü, dinamik hissedici elemanlardır.
Uygulama alanları arasında; tüm soğuk ve sıcak plastik şekil verme işlemleri,
talaşlı imalatlar, kaynak işlemleri ve test işlemleri gelmektedir.
Kuvarz kuvvet Algılayıcılarının bazı özellikleri aşağıdaki gibi özetlenebilir :
• Çelikle kıyaslanabilecek kadar yüksek rijitlik.
• Yüksek voltaj-düşük empedanslı çıkış. (ICP tip algılayıcılar için)
• Hızlı yüksek frekans cevabı.
• Küçük boyutlarda büyük kuvvet sinyallerini algılama özelliği.
• Büyük statik yükler üzerindeki küçük kuvvet dalgalanmalarını ölçme
yeteneği.
• Rijid konstrüksiyonu sayesinde dayanıklı ve uzun ömürlüdür.
Çok iyi doğrusallık, sabitlik ve tekrarlanabilirlik.
• Sanki-statik cevap sayesinde statik kalibrasyon yapılabilir ve sabit ısıl
şartlar altında sanki-statik ölçümler yapılabilir.
Kuvvet Algılayıcılarının tipik kullanım alanları
• Darbe kuvvetlerinin izlenmesi
• Çarpışma testleri
• Pres kuvvetlerinin izlenmesi
• Kuvvet kontrollü zorlanmış titreşimlerin izlenmesi
• Mekanik empedans
• Talaşlı imalat
• Düşürme testleri
• Titreşim uyaranları
• Nüfuz etme (penetrasyon) testleri
• Mukavemet testleri
• Kopma noktası testleri
Kuvvet Algılayıcılarını seçerken test edilen ortamın özellikleri mutlaka göz
önünde tutulmalıdır.
7.2.1 Darbe kuvarz kuvvet algılayıcısı (Impact Quartz Force Sensors)
Düşük profilli bu kuvvet Algılayıcıları, rijitliikleri sayesinde dinamik sıkıştırma ve
darbe testleri için idealdir.
10 mikrosaniye gibi hızlı cevap süresine ve 5 V'a ulaşan yüksek gerilim-düşük
empedans çıkışına sahiptir
Düşük profili sayesinde montaj kolaylığı sağlarlar. Statik kalibrasyonla ve kısa
süreli statik cevap
Darbe izlenmesi
Çarpışma testleri
Presleme
7.2.2 Halka Kuvvet Algılayıcıları (Ring Quartz Force Sensors)
Bu tip kuvvet Algılayıcıları, soğuk şekil verme, talaşlı imalat işlemleri sırasında
ortaya çıkan dinamik basma, çekme gerilme ölçmeleri için uygundur. Çeliğe
yakın rijitliğe sahiptirler. Hava sızdırmazlık sağlayan kaynak sayesinde elverişsiz
ortamlarda güvenle kullanılabilirler. Statik kalibrasyon ve kısa süreli statik ölçme
özellikleri vardır. Yüksek doğrusallık ve tekrar edilebilirlik özellikleri oldukça iyidir.
Presleme izlenmesi
Kuvvet kontrollü zorlanmış titreşimler
Mekanik empedans testleri
7.2.3 Genel Amaçlı Kuvarz Kuvvet Algılayıcıları (General Purpose
Quartz Force Sensors)
Bu algılayıcılar ile 44 kN'a kadar basma kuvvetini ve 3 kN'a kadar çekme kuvveti
ölçülebilir.
Çekme, basma ve darbe kuvvetlerini ölçebilir ve yüksek statik kuvvetlerdeki
küçük değişmeler ölçülebilir.Yüksek gerilim (5V), düşük empedans (100 ohm)
çıkışa sahiptir.
Sabit kalibrasyona ve yüksek rijitliğe sahiptir.
Talaşlı imalat
Malzeme testleri
Düşürme testleri
Kuvvetleri model analizi
Titreşim uyaranları
7.2.4 Nüfuz Etme Testleri İçin Kuvarz Kuvvet Algılayıcıları
(Penetration Testing Quartz Force Sensors)
Bu tip kuvvet algılayıcılar Malzeme özelliklerinin belirlendiği testlerde, numuneyi
kesmeden karakteristik değerleri ölçülebilir. Özellikle enjeksiyon dökümden çıkan
polimer bazlı malzemelerin akma ve kopma gerilme değerlerinin hesaplanması
ve benzer şekilde sıcak form verilen plastiklerin karakteristik özelliklerinin
belirlenmesi için tasarlanmıştır.
Mukavemet testleri
Düşürme testleri
Plastik malzemelerin testi
7.2.5 Minyatür Yüksek Hassasiyetli Kuvarz Kuvvet Algılayıcıları
(Miniature High Sensitivity Quartz Force Sensors)
Çok küçük (gram seviyesinde) kuvvetleri izlemek için tasarlanmıştır. Bu tip
Algılayıcıların kendine ait güçlendiricisi vardır. Çok yüksek çıkış verir (5mV/gmf).
Çok küçük basma veya çekme gerilmelerinin ortaya çıktığı uygulamalar.
Malzemelerin kopma noktası belirlenmesi testleri
Nüfuz etme kuvvetlerinin hesaplanması
7.2.6 Bağlantı Kuvarz Kuvvet Algılayıcıları (Link Quartz Force
Sensors)
Fabrikalarda ve üretim ortamlarındaki elverişsiz koşullarda, çekme ve basma
gerilmelerini ölçebilen; gerilim ve yük modunda çıkış verebilen algılayıcılardır.Bu
Algılayıcıların montajı basit ve kolaydır. Sürekli çalışmaya uygundur.
Basınç kuvveti izlenmesi
Yorulma testi
Endüstriyel ortamlar
7.2.7 Endüstriyel Presler İçin Kuvarz Kuvvet Algılayıcıları (Press
Monitoring Quartz Force Sensors)
Kartuş kapsüllerinin presle üretilmesi sırasında oluşacak kuvvetin izlenmesi için
geliştirilmiştir. Bu algılayıcılar, presleme kuvvetini izler ve normal üretim ile hatalı
üretimi ve kalıpların aşınmasını belirleyebilir.
7.3 Basınç Algılayıcıları
Piezoelektrik basınç algılayıcıları ile iç basınç, darbe, balistik ölçümler, patlama,
içten yanmalı motorlarda, şok ve patlama dalgaları, yüksek şiddetli ses ve diğer
akustik ve hidrolik prosesler gibi 0,001 psi'den 100 psi'ye kadar dinamik basınç
ölçümleri yapılabilir.
Piezoelektronik Basınç Algılayıcılarının bazı Karakteristikleri aşağıdaki gibi
özetlenebilir.
" Diyaframlar yüksek frekanslı ve rezonant olmayan darbe ve patlama
dalgalarının cevaplarını yüksek doğruluk ile ölçer.
" ICP basınç Algılayıcıları kirli ortamlarda, sualtında, uzun standart koaksiyel
kablolar yolu ile herhangi bir sinyal kaybına uğramadan ve parazit almadan sinyal
gönderebilirler.
" Kuvarz basınç Algılayıcılarının dinamik çalışma aralığı çok geniştir. Bir
piezoelektrik kuvarz algılayıcının ölçme aralığına ulaşması için dar bantlı birçok
gerilme ya da piezo dirençli tip algılayıcı gerekecektir.
" Çalışma sıcaklıkları yaklaşık -240 °C'dan 300 °C'a kadar geniş bir aralıktadır.
" Dayanıklı ve rijit konstrüksiyonu sayesinde, şiddeti yerçekimi ivmesinin
onbinlerce katına ulaşan şok darbelerine ve titreşimlere dayanabilir.
" Metrik ya da İngiliz ölçme sistemine göre konfigürasyon yapılabilir.
Dinamik Basınç Algılayıcılarının Tipik Uygulama Alanları
• İçten yanmalı motorlar
• Akış kaynaklı gürültüler
• Balistik ölçmeler
• Kavitasyon
• Kompresörler
•
•
•
•
•
•
•
Darbeler
Pompa ve valf dinamik davranışları
Hidrolik ve pnömatik uygulamalar
Su darbesi
Türbülans
Rüzgar tünelleri
Gaz ve buhar türbinleri
7.3.1 Genel Amaçlı Kuvarz Basınç Algılayıcıları (General Purpose
Quartz Pressure Sensors)
Bu algılayıcılar ile sıkıştırma, yanma, patlama, darbe, kavitasyon, pnömatik ve
hidrolik basınçların ölçülmesi mümkündür.
Endüstriyel pompa basıncı izlenmesi
Hidrolik ve pnömatik basınç hattı izlenmesi
Akış kaynaklı titreşimler
Darbeler, dalgalanmalar, su darbesi, kavitasyon
7.3.2 Yüksek Hassasiyetli Basınç Algılayıcıları (High Sensitivity
Pressure Sensors)
Bu bölümdeki tüm algılayıcılar, akustik, türbülans ve yüksek yoğunluklu ölçmeler
için mikrofonlar ve basınç algılayıcılar. titreşim hassasiyetini azaltmak üzere ivme
kompensasyonu elemanları ile donatılmıştır.
Akustik
Türbülans
Yüksek şiddetli ses
Uçuş testleri
Valf dinamiği
7.3.3 Yüksek Frekans Şok/Dalga/Patlama Basınç Algılayıcıları (High
Frequency Shock Wave/Blast/Explosion Pressure Sense)
Bu tip basınç Algılayıcıları seramik ya da turmalin duyaç elemanlara sahip çok
yüksek frekansları ölçmek için tasarlanmaktadır. şok dalgaları, yanma, patlama
ölçümleri; yörünge hızı tespiti, açık alan ve sualtı patlatma testleri tipik kullanım
alanlarıdır.Tüm bu uygulamalar yüksek frekans cevabı ve dayanıklılık
gerektirmektedir.
7.3.4 Balistik Basınç Algılayıcıları (Ballistic Pressure Sensors)
Bu algılayıcılar cephane ve silah testlerinde, patlayıcı testlerinde, silahlardaki geri
tepmenin ölçüldüğü testlerde ve çok yüksek frekanslı patlamaların testinde
kullanılan çok dayanıklı basınç ölçerlerdir
7.3.5 İçten Yanmalı Motorlar İçin Basınç Algılayıcıları (Engine
combustion Pressure Sensors)
Bu tip basınç Algılayıcıları ile motordaki yanma olayının incelenmesi mümkündür.
Yanma sürecinin izlenmesi, sıkışma, vuruntunun izlenmesi, termodinamik
analizler ve tepe basıncının izlenmesi tipik uygulama alanlarıdır.
7.3.6 Yüksek Sıcaklık ve Çok Düşük Sıcaklık Basınç Algılayıcıları
(High Temperature and Cryogenic Pressure Sensors)
Bu tip basınç Algılayıcıları reaktörlerdeki, kompresörlerdeki, motorlardaki,
türbinlerdeki, ısı değiştiricilerindeki, buhar borularındaki ve yanma odalarındaki
dinamik basınçları ölçmektedir.
Çok düşük sıcaklık (cryogenic) basınç Algılayıcılarının rijit yapıları şoklara ve
aşırı yüklenmelere karşı dayanıklıdır. İçerdiği özel düşük sıcaklık mikroelektronik
elemanlar ile gaz ve akışkan dinamiğinde, akışkan dengesizliklerinin
ölçülmesinde, darbelerin ve akış kaynaklı gürültülerin izlenmesinde
kullanılmaktadır.
7.3.7 Minyatür Basınç Algılayıcıları (Miniature Pressure Sensors)
Bu alt gruptaki algılayıcılar sınırlı monte alanının olduğu ya da diyafram çapının
kritik olduğu uygulamalarda kullanılmaktadır. Isıl dengenin olduğu akışkan
dinamiği uygulamalarında kullanılırlar.
7.3.8 Roket Motoru Basınç Algılayıcıları (Rocket Motor Pressure
Sensors)
Bu algılayıcılar roket motorunun çıkışındaki ısıl akış kaynaklı dinamik basınçların
ölçülmesi amacı ile özel olarak üretilmiştir. Soğuk helyum gazı akışı kullanılarak
algılayıcı soğutulmaktadır. Bu şekilde tasarlanan bu algılayıcı çıkışındaki yüksek
sıcaklığa dayanabilmektedir.
7.4 Akustik Test Sistemleri
" Model Olarak Kalibre Edilmiş Darbe Çekiçleri (Modally Tuned Impact Hammers)
" Sinyal Koşullayıcı Sistemler (Signal Conditioning Systems)
" Mikrofonlar
" 3D Sonic Digitizer
Model Olarak Kalibre Edilmiş Darbe Çekiçleri
Birçok uygulama alanı olan bu test cihazları ile yapısal dinamik ve mekanik
titreşim sorunlarını çözmek; rezonans frekansların tespit etmek, deneysel tasarım
ve model analiz yapmak mümkündür. Model analiz için FFT analizörleri ve PC
veri toplama kartları ile uyumlu çalışır.
Bazı Kullanım Alanları:
•
•
•
•
Bilgisayar sabit diskleri, baskı devre levhaları, türbin kanatları, fren diskleri
gibi hafif yapılar.
Otomobil gövdeleri, motorlar ve makine elemanları, pompalar, türbinler
gibi orta ağırlıkta yapılar.
Büyük makine gövdeleri, lokomotifler, gemiler, binalar gibi ağır yapılar.
Büyük binalar, köprüler gibi çok ağır yapılar.
Sinyal Koşullayıcı Sistemler
Sinyal koşullayıcı sistemler; titreşim, ses basıncı ve kuvvet hisseden cihazları
koordine eden, ayarlayan, koşullayan kompakt sistemlerdir. Bu tip sinyal
koşullayıcılar piezoelektronik algılayıcılar için güç sağlamaktadır. Bu üniteler
batarya ya da hat gücü ile tek ya da çoklu kanal konfigürasyonu ile kazanç ayarlı
ya da ayarsız olarak üretilirler. Bu modüler sistemde gövde, güç kaynağı ve takçalıştır algılayıcı sinyal koşullama elemanları bulunmaktadır. Bu modüller her
türlü testin sinyal koşullama sistemlerini gerçekleştirmek üzere farklı
kombinasyonlarda birleştirilebilir. Çoklu kanallı sinyal koşullayıcılar ile tek bir
kompakt üniteden bir seri algılayıcıya güç sağlanabilmektedir. Bu sistemler
özellikle mod analizi testinde araç testlerinde, akustik testlerinde kullanışlı
olmaktadır. Tek tek kablolar yerine çoklu-pin kablolar kullanarak kablolama
kolaylaşmakta ve bu sayede kablolamadan kaynaklanan problemler
azalmaktadır.
ICP Mikrofon Dizisi
Ses basıncı haritalarının çıkartılmasında, akustik mod analizinde, ses gücünün
bulunmasında kullanılır. İvme ölçerler ile birlikte kullanıldığında vibro-akustik
ölçme sistemleri kurulabilir. Kolay kalibre edilebilir. Bir dizi halinde kullanıldığı
zaman ekonomik, hızlı ve güvenilir data toplanabilir. Bu tip sistemler genellikle
uçak, otomotiv, motor ve beyaz eşya sektöründe sıklıkla kullanılmaktadır.
3D Sonic Digitizer
3D Sonic digitizerler, üç boyutlu bir cismin kartezyen koordinatlarını kolaylıkla
belirleyip bir dosya olarak bilgisayara gönderebilir. Böylece kullanmakta olan
sonlu elemanlar yöntemi, CAD sistemleri ve yapısal dinamik testleri ultrasonik
koordinat ölçerlerle gerçekleştirilebilir
Akustik test sistemlerinin kalibratörleri, amplifikatörleri, güç kaynakları gibi diğer
bileşenlerin seçimi sistemin yapısallaştırılmasında son derece önemlidir. Bu
bileşenlerin doğru seçilmesi ayrı bir uzmanlık konusudur.
• dönüştürücünün temelleri
• Dönüştürücü seçim kriterleri
• Yer değişimi ve hareket algılayıcıları
• Takometre ve hız algılayıcıları
• İvmeölçerler
• Gerilme algılayıcıları
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Kuvvet algılayıcıları (Yük hücreleri)
Tork algılayıcıları
Akış algılayıcıları
Nem algılayıcılar
Sıvı seviyesi ölçer
Basınç ölçer
Mikrofonlar
Vizkozmetreler
Sıcaklık ölçerler
Bu bölümde ölçüm sistemlerinin temelini oluşturan algılayıcılar incelenecektir.
Ölçüm sistemlerinde aynı kavram birçok farklı terim ile anlatılmaktadır.
Endüstride algılayıcı, dönüştürücü, transmitter, detektör, prob, metre terimleri
birbirinin yerine kullanılmaktadır.
Algılayıcı kelimesi hissetmek anlamına gelen İngilizce "to sense" kelimesinden
gelmektedir. Türkçe'de algılayıcı yerine "duyarga" kelimesi de kullanılmaktadır.
Algılayıcı, bir ölçüm sistemine giriş sinyali gönderen cihaz olarak
tanımlanmaktadır. Bu tanıma göre basit bir limit şalteri, bir akım ölçer, bir gerilim
bölücü ya da karmaşık bir kütle spektrometresi algılayıcı olmaktadır.
Dönüştürücü ölçülen bir büyüklüğü, özelliği ya da durumu kullanılabilir bir
elektriksel büyüklüğe çevirir. Dönüştürücü Algılayıcıların bir alt grubu olarak
görülebilir.
Transmitter petrokimya gibi proses endüstrilerinde (örneğin basınç transmitteri)
dönüştürücü yerine kullanılan bir terimdir. Dedektör terimi özellikle elektro-optik
dönüştürücüler (örneğin IR dedektörü) yerine kullanılmaktadır. Prob terimi, bir
akışkan içine daldırılabilen (örneğin sıcaklık probu) - dönüştürücüler için
kullanılmaktadır. Metre eki, ölçülen bazı büyüklüklerin sonuna eklenebilmektedir.
(örneğin debimetre, takometre).
Bu makale boyunca dönüştürücü terimi kullanılacaktır. Dönüştürücüler ölçüm ve
kumanda sistemlerinde hissedici eleman olarak kullanılırlar. Ölçüm sistemleri bir
ya da birden çok nicel büyüklük ölçülmesini ve elde edilen bu bilginin
gösterilmesini sağlar. Kumanda sistemleri ise bir değişkenin istenen bir değerde
durmasını sağlar. Ölçülen büyüklük nicel bir değişken, bu değişkenin bir özelliği
ya da bir durumu olabilir.
8 BASINÇ ALGILAYICILARI
Dünyanın önde gelen üretici firmalarından birisi olan Setra Systems, Inc.1967
yılında kurulmuş; basınç algılayıcıları, ivmeölçerler, hassas tartı sistemleri ve
basınç ölçüm sistemleri üreten bir firmadır. Setra, National Quality Asurance
tarafından verilen ISO 9001 sertifikasına sahiptir.
Setra basınç dönüştürücüleri basit tasarımları, yüksek hassasiyetleri, ve uzun
ömürleri ile tanınmaktadır. Bu sensörler kapasitif özelliğe sahiptir. İçerdiği özel
devre sayesinde güçlü bir analog sinyal üretir. Setra HVAC/R (Isıtma,
havalandırma, iklimlendirme ve soğutma) uygulamalarında, çevresel ve test
amaçlı ölçümlerde, gıda ve ilaç sektöründe, yarı iletken endüstrilerinde
kullanılmaktadır.
Setra,1982'den beri hassas tartı cihazları üretmeye başlamış, ve bu konuda
sektöründe ulaştığı yüksek hassasiyet ile ayrıcalıklı bir yere sahip olmuştur.
Ürünleri arasında, laboratuar tartıları, miktar hesaplama tartıları da
bulunmaktadır.
8.1 Endüstriyel/OEM Basınç Algılayıcıları
Setra' nın dayanıklı, endüstriyel basınç dönüştürücüleri yüksek doğruluk ve
kararlılığa sah iptir. OEM uygulamalarda kullanılmak üzere tasarlanmış bu
dönüştürücüler, 200g şok ve 20g, 50-2000 Hz vibrasyonda çalışabilmektedirler.
EMI/RFI korumasına sahip pek çok Setra ürünü gibi bu dönüştürücüler de geniş
bir çalışma sıcaklığının üzerinde mükemmel termal kompanzasyona sahiptir.
8.2 Isıtma, Havalandırma ve Soğutma Algılayıcıları
Bu basınç dönüştürücüleri HVAC/R ekipmanlarında, proses kontrolünde, enerji
yönetiminde; OEM ürünlerde ve sıvı seviye ölçümü uygulamalarında kullanılır.
Çalışma aralığı ±0.1 in.WC ile 10,000 psig arasında olup doğruluğu tam ölçeğin
%± 0.11' idir. (Model 280E/C280E' de doğruluk tam ölçeğin %0.073' ine kadar
çıkmaktadır.)
8.3 Test ve Ölçüm
Yüksek çıkış sinyali, yüksek doğruluk ve hassasiyetin hızlı dinamik cevapla
birleştiği bu ürünler bir çok endüstriyel, HVAC, Tıbbi, Laboratuar ve Uzay
uygulamaları için idealdir.
8.4 Ultra-High Purity
Bu ürünler yarıiletken endüstrisinin kritik ihtiyaçlarına cevap vermektedir.
Islanabilir tüm parçalar VAR 316L paslanmaz çeliğiyle 7Ra (10 Max.) elektro
kaplama yapılmakta ve her sensör kütle spektrometresinde 1 x 10-9 ATM.CC/sec
de helyum sızdırmazlık testinden geçirilmektedir.
8.5 Barometrik Basınç Ölçerler
Kararlılıklarını uzun süre koruyabilen Setra barometrik basınç dönüştürücüleri
için Çevresel Test & Ölçüm uygulamaları ideal kullanım alanlarıdır. Bu
dönüştürücüler tam ölçeğin %±0.02' si doğruluğu ve tam ölçekte %0.01
tekrarlanabilirliğiyle birçok kritik uygulamanın vazgeçilmez ihtiyacıdır.
8.6 Tıbbi, Farmakolojik, Hijyenik Basınç Ölçerler
Bu basınç dönüştürücüleri CIP/SIP kurulumları için doğrudan montaj gereken
uygulamalara g öre tasarlanmıştır. PCB tipi kuruluma uygundur ve boru içindeki
sıvı veya gazların basınçlarının sürekli ölçümünde kullanılabilirler.
8.7 Sayısal Göstergeler, Ölçüm Aletleri ve Manometreler
Setra' nın LCD sayısal göstergeleri bir hatta yada basınç dönüştürücü veya
transmitterleri ile birlikte kullanılabilirler. Datum 2000 manometresi model 204,
204D veya 239' dan birini içeren, kullanıcı dostu bir seçim menüsü olan tam bir
sistemdir.
8.8 Aksesuarlar
Güç kaynakları
Model 264 Koruyucu Muhafazalar
8.9 Sayma Ölçekleri
Doğruluğu yüksek sayma ölçeklerinin yetenekleri çok geniştir. Her ölçek
kullanıcıya özel etiket üretme, ölçek kontrolü, sayma doğruluğu ve barkodlama
gibi ileri yetenekler sunar. Örneğin ; tek bir pirinci tartarak bir paketteki pirinç
sayısını bulabilirsiniz.
8.10 Laboratuar Tartıları
Düşük fiyatlı ve yüksek hassasiyetli laboratuar tartıları parlak LED göstergelere,
standart bidirectional RS-232 arabirime ve aşırı yük korumasına sahiptir.
Sağlamlığı ve dayanıklılığı ile üstün performansını yıllarca sürdürebilir.
8.11 Gaz Doldurma
Yüksek doğruluktaki, gaz tüplerini doldurma ölçekleri özel gazların hassas
miktarlarda alınıp karıştırıldığı uygulamalar için idealdir. Özel güvenlik
önlemlerine sahip güç kaynağı ile tehlikeli ortamlarda kullanabilirsiniz.
8.12 Mass Monitor™
Sağlam , yüksek çözünürlüklü moment hassasiyetli yük hücreleri gösterge ve
bidirectional RS-232 arabirimi ile birliktedir. Özellikle OEM tartım
uygulamalarında yaygın olarak kullanılmaktadır.
9 UYGULAMALAR VE ÖRNEKLER
9.1 Koku Algılayıcıları
Şu an için piyasada insan koku algısına yaklaşan algılayıcılar bulunmamaktadır.
Buna en yakın görülebilecek ürün, katı hal temelli ev içi kullanımına uygun gaz
kaçaklarını algılayan algılayıcılardır. Japonya’da şu an için bu algılayıcıların
kullanımı zorunludur.
Metan, propan, karbon monoksit ve uçucu hidrokarbonlar bu algılayıcıların
hassas olduğu gaz gruplarıdır. Bu tip gazlar bir çok çözücünün uçması sonucu
ortama yayılabilirler. Genelde bu tip ürünlerdeki algılayıcılar, yakıtlar ve
yükseltgenler gibi indirgeyici gazlara hassastırlar. Ayrıca alkoller de yakıt
olduğundan ve merkaptanlarda (kötü kokulu kimyasal bileşikler) alkollerle
mukayese edilebildiğinden
bu tipte algılayıcıların da merkaptanlara duyarlı olmasını bekleyebiliriz. Bu durum
aynı tipte katı hal algılayıcılarının alkol ölçüm cihazlarında da kullanılması
ile de desteklenmektedir.
En sık rastlanan katı hal algılayıcısı Taguchi Gaz Algılayıcısıdır. (TGS) Bu
eklenmiş metal oksittir. Gazları fark etmesini sağlayan şey, metal oksit yüzeyde
indirgenen bir gazın emilmesidir, bu sırada elektriksel geçirgenliği değişir ve
algılama sağlanır. En sık rastlanan TGS de kalay oksittir. (SNo2) Genelde bu
oksit, kısmi indirgenmiş bir durumda üretilir ve bu haliyle bir yarı iletkendir.
Eğer bu algılayıcı 400 derece gibi yüksek bir sıcaklığa çıkarılırsa, göreceli oksijen
yokluğunda tanecik sınırlarının arasından elektronlar kolayca akabilir. Açık
havada ise oksijen kalay dioksit yüzeyde emilir ve parçacık sınırları arasında
potansiyel bir engel oluşturur. Sonuç olarak diyebiliriz ki, artan oksijen kısmi
basıncı ile elektriksel direnç artar ve indirgeyen gazın kısmi basıncının artmasıyla
da direnç düşer.
Detaylar çalışma koşullarına da bağlıdır. Algılayıcının sıcaklığı, oksidin fiziksel
işlenmesi, tane boyu, paketleme, materyalin kimyasal işlenmesi özel
reaksiyonları katalizleyen diğer metallerin eklenmesi gibi. Genelde bu tip detaylar
farklı algılayıcıların farklı modellerde satılmasına yol açar. Her biri farklı
bir gaz için en iyileştirilmiş veya daha genel bir gaz ailesine tepki verecek
şekilde genelleştirilmişlerdir. Başarı şansı da bu şekilde, bir sıra, genel amaçlı
algılayıcıların bir arada tutulması ile arttırılabilir.
Bir üretim veya çalışma parametresine sahip olarak hepsi sınırlı bir seçiciliğe
sahiptirler. Göreceli olarak daha yüksek bir seçiciliği elde edebilmek için bir
tanımlama algoritması gereklidir. Genelde problem, tepki fonksiyonlarının uç
noktada lineerlikten uzak oluşları ve sıklıkla görülen çapraz duyarlılıkların
oluşmasıdır.
Gaz A’ya olan duyarlılık Gaz B ’ye bağlıdır. Bu da yapay sinir ağlarının eğitilmesi
gibi algılayıcı ayarlamalarının yapılmasını son derece zor kılmaktadır.
Huzur evlerinde dışkı tutamama problemi ile karşılaşan hastalara yardımcı
olmak için tasarlanan deneysel bir yapay burun tasarımı da şu şekildedir. Bu
şekildeki hastalarda, özellikle geceleri uzun süre dışkı ile olan deri teması deri
problemlerine yol açmakta, bunu engelleyebilecek personelin de sürekli
bulunamaması bu tarz bir aracın işlevselliğini arttırmaktadır.
Öncelikle tanımlanması gereken kokuyu bir araya getiren gazların tanımlanması
gereklidir. Bu örnekte bu gazlar indole, skatole dimetil disülfid, hidrojen sülfittir.
Ölçüme müdahale eden gazlar da huzur evlerinde sıklıkla kullanılan amonyak,
çamaşır suyu, iyot gibi maddelerdir. Amonyağın durumu iki açıdan ilginçtir,
Çünkü hem temizlik maddesi olarak hem de idrarın parçalanmasında ortaya
çıkan bir madde olarak karşımıza çıkmaktadır.
Hazırlanan aracın ana bileşenleri hava akış kontrolu, örnek buhar üreteci
ve incelticisi, bilgisayar tabanlı veri derleyici ve ana kontrol ünitesidir. Temel
ihtiyaç bu noktada bilinen koku ile ilişkili parçalara sahip havanın yaratılması
ve algılayıcılara ulaştırılmasıdır.
Bu konuda verilebilecek diğer örnek karıncalarda gerçekleşen kemotaksi
süreçleri üzerine Avusturalya’da yapılan simulasyon çalışmalarıdır. (Russel Thiel,
Mackay-Sim 1994) Araştırmacılar karınca tavrını birebir taklit edebilen, hem
feromon yayabilen, hem de bunu takip edebilen robotlar geliştirmişlerdir.
Kimyasal bir izi takip edebilen bu sistemler, güvelere karşı kullanılan kafur
maddesinden oluşturulan izlere kendilerini uydurabilmektedirler. Uygulama
yöntemi oldukça direktir, uçucu bir madde olan kafur içeren keçeli kalemleri
kullanarak iz bırakan robotlar, bir santimlik bir iz bırakarak ilerlemektedirler.
İzlerin takip edilebilmesi iz bırakmaya oranla daha karmaşık bir süreçtir.
Algılamaya yarayan gereçler birbirinden 50 mm uzaklıktaki iki algılayıcı
kafasından olusur. Bir giriş aracılığı ile algılayıcının hemen altında yer alan hava
kütlesi gravimetrik bir dedektör kristalinin üzerinden alınır. Girişin hemen
etrafındaki aşağı yönelen bir hava akımı, gelen hava kütlesinin hemen
algılayıcının altından kaynaklandığından emin olunmasını sağlar. Dedektör
kristali kafuru absorbe edebilecek bir kaplama ile kaplanır, ve kütlesi arttıkça
kristalin resonant frekansı eklenen kafur miktarı ile orantılı olarak değişir.
Bir algoritma yardımı ile koku izi, iki algılayıcı arasında tutulur ve bu şekilde
1,5 saat sonra bile izin sürülebilmesi sağlanmıştır.
9.2 Dokunma ve Basınç Algılayıcıları
9.2.1 Basınç Algılayıcıları
Piezoelektrik sözcüğü piezen kelimesi kökenlidir, basınca bağlı voltaj farklılığı
anlamına gelir. Dokunma ile çalışan bir algılayıcının sahip olması gereken
özelikler şunlardır: Uyumlu ve dayanıklı bir yüzeye sahip olması, gerekli işleve
uygun yüzeysel çözünürlüğe sahip olması, gereken işleve uygun kuvvet duyarlılı
ğına sahip olması, dinamik bir menzil, tekrar kullanılabilirlik, kararlılık, ardıl izlem
bırakmazlık, sabit tepki ve işleve yönelik zaman çözünürlüğü.
PSR’ler basınca duyarlı dirençlerdir. Bu dirençlerin temel özelliği sıkılma
anında alanın ve uzunluğun değişerek direnci değiştirmesidir, dokunma dirençleri
ise kontak noktalarında alanın değişmesi prensibine dayanır. Ancak yüzey
temelli dirençlerde gürültü miktarı, hacim temellilere oranla daha fazladır. En
basit haliyle daha düşük boyutta hata oranı daha fazladır.
Genelde basınç ve sıcaklık ile oluşan elektrik her zaman bir aradadır. Bunun
sebebi elektriksel yüklerin materyal düzenleme esnasında ayrılmasıdır. Kayıplar
yüzünden bu etki geçişlidir, sistemi kararlı kılmak için kayıplar kasten arttırılır,
bu şekilde aracın dp=dt e tepki vermesi sağlanır. Yüksek gerilimde akım geçmez
ve giriş aşamasında direnç yüksek olur, bu da ölçülmesi güç bir büyüklüktür.
Basınç ölçen algılayıcıların çalışma prensipleri basınç-voltaj, gerilim-şekil
değiştirme şeklindedir. Bu algılayıcılarda pratik olarak kullanılan malzemeler
şunlardır:
Quartz kristal eksenlerden kesilerek piezo elektrik etkisi artırılırken pyro elektrik
etkisi en aza indirgenir. Az ama kararlı bir etkisi vardır.
ZnO gibi çeşitli seramikler, özellikle mikro ve mini büyüklüklerde imal edilmiş
ürünlerde kullanılırlar.
Polivinildene difluoride gibi plastikler, özellikle denizaltı sonar ileticilerinde
kullanılır.
Bu yöntemlerle 10 A mertebesinde bir gerilim elde etmek mümkündür ancak
yüksek empedanslı araçlarla çalışmak gereklidir.
9.2.2 Dokunma Algılayıcıları
Dokunmaya dayalı algılama iki konuda yarar sağlamaktadır. Tanımlama ve yer
bulma. İlki dokunarak bir cismin varolan cisimlerle karşılaştırılması iken, ikinci
yöntemde uzakta bir cismin yerinin tespit edilmesi söz konusudur. Bu konuda
önemli bir tartışma vardır, ancak tanımlama için görüşün daha gelişmiş ve
temelde daha uygun bir algı olduğu söylenebilir. Göreceli yer bulma konusunda,
dokunma algısı uygun bir algıdır. Bu sebepten bir kez daha kayma algısı zor
oluşuna rağmen gerçekleştirilmesi gereken bir algı tipidir.
Yakın alan hissi algılayıcıları, dokunma algılayıcılarının yokluğu yüzünden
yaratılmış, genelde japon kökenli araçlardır, 1 cm’nin altında tarama yaparak
cisim tanıma amaçlı kullanılırlar. Dört ayrı şekilde üretilmiş şekilleri bulunabilir.
Kapasitifler Dielektrik ve yalıtkan materyallerin tanınması için en uygun yapıda
olanlardır.
Endüktifler Metaller ve geçirgenler için kullanımı uygundur.
Optik Temelliler Basit bir alıcı verici düzeneğinden oluşurlar.
Akustik Temelliler Daha uzun menzil için kullanılabilecek yapıdadırlar.
Bunların haricinde bu tip algılayıcıların fiber optik yığınları ve cd player parçaları
kullanarak odaklanma temelli çalışan ürünler gibi daha az kabul görmüş
şekilleri de vardır.
9.2.3 Dokunma Ekranları
Bu yönde yapılan literatür, robotlar ve tıp alanında gelişmiştir. Bu şekilde bir
sistemin ihtiyacı bir kontrol döngüsünün kapatılması ve uzaktaki bir kullanıcıya
geri bildirim yapılmasıdır.
Dokunma Ekranlarının çalışma prensiplerini aktarmadan önce ekranlar ile
algılama arasındaki gerekliliklerin belirtilmesi gerekir. Burada kullanılabilecek
iki örnek vardır. Televizyon ve telefon analojisinde doğal görüntü, yaratılan
algılayıcıya ikincildir. Elden geldiğince iyi bir hoparlör yapılır ve buna uygun
mikrofon en iyileştirilir. Televizyonda da benzer biçimde alıcı olabildiğince iyi
yapılır, ondan sonra kamera en iyileştirilir. Bu bugüne kadarki yaklaşımdır,
bilgisayar teknolojisinin değişmesi ile bu yaklaşım da değişmektedir.
Radar ve sonar analojisi ise bundan farklıdır. Bu durumda elde edilen
görüntü güçlü bir algılayıcıya oranla ikincildir. İlk elde edilen ham veri tepeler,
zaman sinyal düzleminde sarsıntılardan oluşur. İnsan merkezli göstergelerin
geliştirildiği döneme kadar uzmanlar tarafından bu görüntüler incelenerek
çıkarımlar yapılıyordu. Dokunma ekranları deriyi uyararak dokunma hissi
yaratırlar. Deri, özelikle salınımlara, basınç dağılımlarına ve sıcaklık
değişimlerine duyarlıdır. Bu yöndeki ilk çalışmalar görme engelliler için okuma
yardımı olarak üretilmişti.
Titreşimler, yüzey desenini, kaymaları, çarpmayı ve delinme hissini verebilirler.
Genelde kullanılan yöntemler piezoelektrikler, selenoidler, şekil hafıza
alaşımlarıdır. Basınç dağılımları ise uzaysal dağılımları verirler.Algısal çözünürlük
için önemlidirler. Ancak ufak bir alana fazla miktarda yerleştirmek zordur.
Diğer dokunma ekranı modelleri ısısal olanlar ve kayma etkileri için dönen
disklerdir. Kayma algısı, bu tip algılayıcılarda gerçekleştirilmesi arzu edilen
bir özellik olmasına rağmen yeterince iyi tanımlanamamıştır. Kayma öncesi
uygulanan kuvvet kullanılarak bu kısmen de olsa sağlanabilir. Optik olarak
elastik bir derinin gerilmesinin ölçülmesi umut verici bir yöntem olsa da şu an
için yeterli görülmemektedir.
9.3 Ses Temelli Mesafe Algılayıcıları
Duyma eşiği, kulağın fark edebileceği en düşük basınç değişikliğine verilen addır,
bu değer atmosfer basıncına 10-9 bir orana sahiptir. Acı eşiği ise bunun 105
katı büyüklüğünde ancak yine de atmosferik basıcın binde biridir. Bu sınır
geçildiğinde kalıcı sağırlık gerçekleşir. Duyma algısının bu denli geniş bir alana
yayılmış olması yüzünden ölçümler logaritmik bir cetvelle desibel mertebesinde
yapılır.
Ses gücü her yönde harcanan ses gücünün toplamıdır. Watt cinsinden ölçülür.
Ses yoğunluğu ise bir birim alan üzerindeki enerji akışına verilen addır. Birden
fazla kaynak olduğunda logaritmik toplama işlemi yapılır, buna uygun olarak
iki eş kaynak ses gücü seviyesinde 3 db lik bir artışa yol açarlar.
Ses kullanarak mesafe ölçümleri yapılması mümkündür. Bunun için önce
bunun altında yatan temel prensiplere bakılmalıdır. Fark edilen sinyal, yayınlanan
sinyal ile dedektörün impuls tepkisine eşittir. Noktasal bir kaynaktan yayılan
enerji 1=z2 ile yayılır. Dalga genliği ise 1=z şeklindedir.
Çizgisel bir kaynakta ise enerji 1=z ile yayılırken dalga genliği 1=z2’ dir.
Alansal bir kaynaktan yayılırken ise eneri ve dalga genliği mesafeden
bağımsızdır.
Ancak uzak mesafeden belli bir alana sahip bir kaynak, noktasal kaynak gibi
algılanır ve 1=z2 yine geçerli olur. Uzun mesafelerde sinyal noktasalmışçasına
değer kaybeder.
Bunlara ek olarak uzak mesafelerden sonlu bir kaynağın dalga sınırı yüzeysel
dalgalar gibidir. Kısa mesafe değişiklikleri için sinyal mesafeden bağımsızdır.
9.3.1 Ultrason Temelli Mesafe Ölçümleri
Bu tip sistemlerde bir alıcı ve bir verici veya bazen iki işlevi birden gören
bir alıcı-verici olacaktır. Elektrostatik bir çalışma prensibi olan bir membran
(Polaroid makinalarda buna benzer bir düzenek vardır ve 50 ile 6 khz arası
çalışır) gereklidir. Buna alternatif bir yöntem olarak basınçla-değişir-elektriksel
polimerler (pvdf) veya seramikler kullanılabilir.
Bu sistemde birden fazla sefer paketler yayımlanır ve ekonun alındığı zaman
ölçülür. Bu zamana uçuş zamanı da denir. Bu zamanın mesafelerin
ölçümünde kullanılmasında ses hızının bildiğimiz değerinin değişmediği ya da
çevresel sıcaklığa bağlı olarak ihmal edilebilir bir biçimde değiştiği varsayılır.
Genelde tam ölçüm yapabilmek için uyan bir filtre kullanılması gereklidir ancak
genelde bu yöntem kullanılmaz ve belli bir sınır geçtiği zaman ekonun tespit
edildiği bir yöntem tercih edilir.
Genelde bu yöntemle duvarlar kırık yaylar olarak gözükecektir. Eğer uyan
bir filtre kullanılırsa gelen ve giden sinyallerin birleşimi alınır. Bu şekilde bir
görüntü elde edilir. Ancak bu sıklıkla başvurulmayan bir yöntemdir. Bu sistemde
karşılaşılacak objeler şunlardır:
Duvarlar ve düz dikey yüzeyler: duvarlar akustik yansıtıcılar olarak davranırlar.
Köşeler: duvarların buluştuğu içbükey dihedral dik açılar. Tekli enerji ileten
bir araç köşeleri duvarlardan ayıramaz.
Kenarlar: dışbükey dihedral dış açılar. Çizgisel kaynaklara karşı alan kaynakları
gibi davranırlar.
Ultrasonla mesafe ölçümünde deki ana dezavantaj nesnelerin yüzeyinden
gerçekleşen yansıma ile ile ilgili problemlerdir. Buna aynasal yansıma adı da
verilir. Yansıma yönü gelen ses dalgasının yüzeyle yaptığı açıyla ve yüzeyin
şekliyle ilgilidir. Geliş açısı ne kadar ufak olursa, sesin yansıma yapmadan yüzeyi
sıyırması ihtimali o kadar yükselir, ve bu şekilde hatalı bir uzak mesafe ölçümü
yapılır. Bu duruma aynasal denmesi sebebiyse, kaygan yüzeyler, yansıtıcı
özellikleri ile bu sorunun büyümesine yol açarlar. Daha kaba yüzeylerde ise
düzensiz yansımalardan birinin geri dönme ihtimali daha yüksektir.
Uzak mesafelerde ise ölçümlerin kesinliği büyük oranda düşecektir, bunun
sebebi yanlış ölçümlerin dönmesi ihtimalinin yüksek olmasıdır. Bu
dezavantajlarına rağmen ultrason ölçümleri hareketli robot uygulamalarında
sıklıkla uygulanmaktadır, bu uygulamalar arasında iç mekan ve dış mekan
haritalarının çıkarılması da yer almaktadır.
Ultrason kullanarak mesafe ölçümleri yapma fikri temelini doğadan alır.
Yarasalar yer tayin etmekte, görüntü yerine ultrason kullanılır buna ekolokasyon
denir, ağızlarında veya bazen burunlarında (nal burunlu yarasalar) bulunan bir
organ yardımıyla insan yapımı sonarlara oranla son derece karmaşık bir şekilde,
yönlerin tayin ederler. Bu şekilde yuvalarını yaptıkları mağaralarda, yüzlerce
hemcinsleri arasında yönlerini bulabildikleri gibi, deniz yüzeyine santimetre
mertebesinde bir yakınlıkla uçan bir kelebeği bile tespit edebilirler.
9.3.2 Ultrason Görüntüleri
Sesin kan ve vücutta yol alırken hızı sabit değildir, dolayısı ile üretilmiş araçlar
aracılığı ile kesin ölçümü de makul değildir. Ancak ortalama değerler ile çalışmak
bile doyurucu sonuçlar verebilir. Bu kıvalitatif ölçümler, hastalık teşhisi için
kullanılır. Ancak kesinlikle görüntü tabanlı beyin cerrahisi için kullanılmaz, bu
tarz bir iş için 1 mm mertebesinde hareket kesinliği ve 0.1 mm mertebesinde
uç nokta hassasiyeti gereklidir. Dokuların, derinin, yağın ve kasların akustik
özelliklerinin göz ardı edilmesi bunu mümkün kılmamaktadır.
Ultrason ölçümlerinde özel bir bölge incelenip duruma uygun ayarlama
imkanlarının olup olmadığına bakılabilir. Burada çıkacak sorun birden fazla
paralel homojen katman varlığı, bir katmanda sesin hızının belirlenmesi zorluğu
ve kalınlığı azalan katmanlardır.
9.4 Temel Yön Bulma Sistemleri
Tarihten günümüze bir çok yön bulma yöntemi geliştirilmiş ve kullanılmıştır.
Bunlar temel olarak iki gruba ayrılabilir, kerteriz noktaları kullanmak ve içsel
metodlara başvurmak. Kerteriz noktaları son derece kesin olabilirler, ancak
çoğunlukla erişilebilir değildirler. İçsel metodlar, yer değiştirmeye yönelik ve
açısal ivmelerin kaydının tutulması yöntemleridir, avantajı her aman erişilebilir
olmaları iken dezavantajı hataların birikmesidir. Sürüklenme denen durumda
sistematik hatalar lineer olarak birikir ve bu da gürültüye oranla daha fazladır.
Gürültü zamanın kökü ile birikir. Burada dikkat edilmesi gereken hareket
edilmese bile sürüklenmenin birikmesidir.
Kerteriz noktalarının kullanımı oldukça eski bir fikirdir, önce yer işaretleri
ardından da deniz fenerleri bu iş için kullanılmıştır. Şu anda da kullanılan
uzun mesafe yön bulma sistemleri vardır. (LORAN) Bunun için ikili senkronize
vericiler kullanılır birisi efendi, biri köle görevi görürler.
İkili vericilerden gelen mesajlar arasındaki zaman farkı yeri bulunmak istenen
nesneyi bir hiperbol üzerine yerleştirir. Bir diğer ikili, bulunabileceği nokta
sayısını 4’e indirir. Önceki bilgiler veya bir diğer ikili yardımı ile kesin yer
bulunabilir.
Bu yöntem amerikan kıyılarında uygulanır ve 0.25 millik bir alanda
kesindir, 50 metrede bir de tekrar edilebilir.
9.4.1 Dünya Yer Bulma Sistemleri (GPS)
GPS Amerika’nın 1960’da başlattığı 24 uydudan oluşan bir sistemdir. Her bir
uydu yedekleri ile birlikte 12 saatlik yörüngelerde bulunur. Zaman ve kimlik
bilgileri ile yörünge parametreleri hakkında düzenli yayın yaparlar, Böyle bir
sistem her uyduda son derece iyi saatlerin olmasını gerekli kılar. Uyduların
kimlikbilgilerinden de yörüngeye dair bilgiler kolayca alınabilir. Eğer bir GPS
aygıtı üç uydu ile iletişim kurabilirse enlem, boylam ve zaman bilgisi alabilir.
Bir dördüncü ile yükseklik bilgisi de alınabilir.
Ana üsleri colorado da olan 3 yer anteni ile, dünya çevresindeki 5 gözlem
istasyonu sayesinde bu sistem çalışmaktadır. Bu üsler yörüngeye dair
parametreler ile ilgili ölçümler yapıp düzeltmeler yüklerler. Bu amerikan resmi
saati ile uydulardaki saatlerin senkronizasyonunu sağlar.
GPS’e paralel bir rus sistemi vardır: GLONASS (Global’naya Navigatsionnaya
Sputnikovaya Sistema) bu sistem 53 uydudan oluşur, onlarda GPS uyduları
gibi 12 saatlik yörüngelerde hareket ederler. Piyasada iki sistemi de destekelyen
alıcılar bulmak mümkündür. İki kademeli sinyal edinimi söz konusudur:
CA Kodu Kaba edinim, sivil erişime açıktır, SPS Standart Pozisyon Servisi
olarak adlandırılır. 100 metreye kadar hata yapabilen bir sistemdir, 2
Mayıs 2000 de son verilmiştir.
P Kodu Kesin Pozisyon Servisi PPS olarak adlandırılır ve halkın kullanımına
kapalıdır. Bir kaç santime kadar kesin bilgi verebilmektedir.
P Kodu halka kapalı olmasına rağmen, ilginç bir yöntemle ondan faydalanmak
mümkündür. Bu yöntemde bilinen ve bilinmeyen noktalarda sinyal faz
farkı karşılaştırılır. Gizli L2 ve L1(CA) sinyali kullanılabilir. Sinyali deşifre
etme ihtiyacı olmadığından bu mümkündür. L1-L2 sinyali arası fark başka
türlü düzeltilemeyen iyonosferden kaynaklanan gecikme etkilerini giderebilir.
Bu şekilde 1mm’e kadar kesin bilgi alınabilir. Ancak bu yöntemde yükseklik
tipik olarak daha kötü sonuçlar verecektir çünkü geometri bu tarz üçgenler
kullanarak yapılan yer saptamalarda dikey düzlemde kötü sonuç vermektedir.
GPS de taşınan bilgi miktarı son derece sınırlı olduğundan uydu antenlerine
oranla dar bant kullanarak gürültüden kurtulunabilmektedir. Kodlama yöntemi
ise fazla miktarda ek bilgi içerdiğinden gürültüden oluşan hatalar büyük oranda
tamir edilebilir.
9.5 Atalet Algısı
Atalet algısı iki parçadan oluşmaktadır ivme algılanması ve açısal hız
algılanması.
İvme algısının sağlanması için en sıklıkla örnek kütle adı verilen bir araç
kullanılırken açısal hız belirlenmesi için yatay gözler (ciroskop) kullanılmaktadır.
Lazerler de bu alanda önemlidir. Ring lazerler, fiber optikler ve fiber optik
algılayıcılar da bu alanda kullanılmaktadır.
Tanım olarak atalet algısı, başlangıç pozisyonu verildiği durumlarda pozisyon
ve başlangıç yönünün, hız ve algılayıcılar aracılığı ile bulunmamasıdır.
Algılayıcılar bu yöntemde lineer ivme, pozisyonun değişiminde artışlar, ve açısal
hız bildirmektedir.
Kullanılan yöntemler şunlardır:
9.5.1 İntegral alınması
İvme sayesinde hız düzenlenebilir, hız bilgisi sayesinde de pozisyon bilgisi
düzenlenir.
Açısal hız bilgisi aracılığı ile de yön bilgisi güncel tutulur. Zor olan şey
algılayıcıların ortalaması sıfır olmayan gürültü yüzünden hata yapmalarıdır, ki
kimi zaman bu t3 mertebesinde büyür.
İki sistem kategorisi vardır, bunlardan ilki platform sistemleri diğeri ise bilgisayarlı
sistemlerdir. Birincisinde aracın içerisine yerleştirilmiş olan bir platform
sabit bir durumda kalırken, araç, içerisinde bulunduğu dünyada hareket eder.
Ölçmekten ziyade sabit kalan bu sistemlerde ihtiyaç duyulduğunda araç
ve cisim arasındaki ilişki ölçülebilir.
Diğer sistem de ise parçalar ve mekanik düzenek, yerini soyut bir modele
bırakır. Ancak bu sefer ayarlama ihtiyacı ortaya çıkar. İkisinin de kendine göre
avantajları ve dezavantajları vardır. Platform sistemlerinde parçalar gerçekten
hareket ettiğinden ölçüm yapmak çok daha kolay olacaktır, ancak karşılıklı
duyarlıklar çıkabilir, mesela bir sarkacın herhangi bir açıda durması x-y
düzlemindeki ivmelenmeye daha duyarlı olmasına yol açabilir.
Diğer sistemlerde ise hareket etme meyili algılanır, bu bir kontrol sistemin
iletilir ve bunu karşılayacak bir sistemle dengelenir. Bu karşılıklı duyarlılıkları
giderir, mekanik parçaların varolmasını da gerektirmez ancak ölçüm öncesi iyi
bir kalibrasyon yapılması gereklidir.
9.6 Görüntü Algılayıcılar ve Işık Algılayıcıları
Temel ışık algılayıcıları bir fotoselin üzerine düşen ışık miktarını ölçmektedirler.
Sıklıkla ışık algılayıcıları direnç temelli olarak üretilirler ve ışık miktarı
algılayıcının direncini etkiler. Bu şekilde üretilmiş algılayıcılarda fotoselin direnci
parlakça aydınlatıldığında düşüktür, karanlıkla birlikte artar. Aslında bu şekildeki
ışık algılayıcılarının, karanlık algılayıcıları olduğunu söylemek de mümkündür.
Işık algılayıcıları ışık yoğunluğunu, yani mekanın ne kadar karanlık/aydınlık
olduğunu, farklı fotoseller arasındaki aydınlık farklılığını ve aydınlıktaki ani
değişiklikleri ölçebilirler. Bu ölçümler esnasında dikkat edilmesi gereken ışık
algılayıcılarının
farklı
şekilde
korunabileceği
ve
farklı
noktalara
odaklanabileceğidir.
Bir ışık algılayıcısının yönü ve robot üzerindeki konumu ölçümler üzerinde büyük
etki yapabilmektedir.
Ölçümlerde çevresel
ışık yayınlanan ışıkla karışabildiğinde sorun
çıkartabilmektedir.
Bu problemin üstesinden gelmenin bir yolu modüle edilmiş ışık kullanmaktır, bu
yöntemde yayınlayıcı hızlı bir biçimde açılır ve kapanır. Bu şekilde üretilen
bir sinyalin algılanıp çözümlenmesi, aynı frekansa ayarlanmış bir demodulatör
sayesinde güvenilir ve hızlı bir biçimde yapılabilir. Bir dedektörün ayarlanabilmesi
için peş peşe gelen yanıp sönmeleri tespit etmesi yeterlidir, bu şekilde
kendini karşıdaki ışığın frekansına ayarlayabilir.
Kızıl ötesi ışınların modüle edilmesi fikri sıklıkla kullanılmaktadır, bunun
en iyi örneği evlerde kullanılan uzaktan kumandalardır. Modüle edilmiş ışık
algılayıcıları basit ışık algılayıcılarına oranla daha güvenilir olduklarından, bir
cismin varlığının fark edilmesi, mesafe ölçümü gibi görevlerde tercih
edilmektedirler.
9.6.1 Polarize Işık Algılayıcıları
Polarize ışık algılayıcıları basit fotosellerden yaratılır. “Normal” bir kaynaktan
yayılan ışık polariteye sahip değildir. Ancak bu kaynağın önüne polarize edici
bir filtre konduğunda sadece bu filtreye özgü yüzeyde salınan ışık dalgaları bu
filtreyi geçebilir. Bu şekilde elde edilen ışık tekrardan filtrelenebileceği için
faydalıdır.
Bu tarz bir algılayıcı üretmek için bir yayınlayıcının önüne bir filtre
konur ve aynı tipte veya başka bir filtre de fotoselin önüne yerleştirilir.
9.6.2 Yansımaya Dayalı Optik Algılayıcılar
Yansımaya dayalı optik algılayıcılar bir verici ve bir dedektörden oluşur. Bu
ikisinin birbirine olan yerleşimine bağlı olarak iki tipe ayrılırlar. Yansıma
Algılayıcıları ve Işın Kesilmesi Algılayıcıları. Genelde verici ışık yayan bir diyot,
bir led’dir ve alıcı da bir fotodiyod veya fototransistördür.
Yansıma algılayıcılarında verici ve dedektör yan yana yerleştirilir ve araya
ayırıcı bir yüzey konur. Bu şekilde nesneler onlardan dedektöre yansıyan ışık
sayesinde fark edilebilir. Işın Kesilmesi Algılayıcılarında ise verici ve dedektör
karşılıklı yerleştirilir ve cisimler yayınlanan ışının kesilmesi sonucu fark edilir.
Bu şekilde hazırlanan algılayıcılar nesnelerin fark edilmesinde, nesne
mesafelerinin ölçümünde ve yüzey özelliklerinin algılanmasında kullanılır.
Sonuncudan kasıt yüzeyde yer alan bir bandın veya işaretin takip edilebilmesi ve
bulunmasıdır.
Diğer kullanım olarak da duvar ve sınırların takip edilmesi, bar kod okunması
ve optik olarak dönüşlerin algılanmasıdır. Bu yöntemde de şaftın boyanması
söz konusudur.
Yansımaya dayalı algılayıcılarda karşılaşılabilecek bazı problemler vardır.
Işık yansıması yüzeyin rengine ve bir çok diğer özelliklerine bağlı olarak çeşitlilik
gösterir. Aydınlık bir yüzey, ışığı karanlık bir yüzeye oranla daha iyi yansıtır
ve bu sebepten karanlık yüzeyler algılanamayabilir. Bu yüzden bu yöntemle
karanlık cisimlerin algılanması daha az güvenilir bir yöntem olabilir. Cisim
mesafelerinde ise aydınlık cisimler aynı mesafedeki karanlık cisimlere oranla
daha yakın gözükebilirler.
Bir diğer gürültü kaynağı da çevrede varolan ışıktır. Yapılabilecek en iyi
şey çevredeki ışığın miktarının algılayıcı ölçümünden çıkartılmasıdır. Bu şekilde
çevresel ışığın miktarı değil sadece yansıyan ışığın miktarı ölçülebilir. Daha
iyi ölçümler yapabilmek için iki veya daha fazla algılayıcı kullanılır, bunlardan
sadece birinde ışık yayınlayan bir ünite bulunur. İki ölçüm arasındaki
fark çevresel ışığın miktarını verecektir. Bu işleme algılayıcı ayarlaması denir.
Ç evresel ışık da sürekli değiştiğinden ayarlamaların sıklıkla yapılması
gerekebilir.
Işın kesilmesi algılayıcıları farklı yapıdaki bir basit alıcı ve verici çifti ile
üretilebilir. Bunlar bir fotoğraf flaşı ampulü ve bir fotosel; bir kırmızı LED ve
bir görünen ışığa duyarlı fototransistör veya kızıl-ötesi alıcı-verici çiftleri olabilir.
9.6.3 Kızıl Ötesi Algılayıcılar
Kızıl ötesi algılayıcılar ışık tayfının gözle görünen ışıktan daha büyük dalga
boyuna sahip bölümünde çalışırlar. Bu tip algılayıcılar aktif algılayıcılardır,
bir vericinin varlığı gereklidir. İki şekilde de kullanılabilirler ışın kesilmesi ve
yansıma temelli algılayıcılar olarak. Robot uygulamalarında görülür ışığa tercih
edilmelerinin sebebi, çevresel ışıktan daha az etkilenmeleri daha kolayca modüle
edilebilmeleri ve görünmez olmalarıdır.
Modüle edilmiş kızıl ötesi ışınlar bir seri iletişim şekli olarak kullanılabilirler.
IR modemlerin çalıma prensibi de budur. Bunu iki özel şekli vardır. Bit
çerçeveleri, bu fikirde örnekleme her bitin taşınmasının ortasında gerçekleştirilir,
bu fikirde her bitin aynı miktarda zamanda taşındığı fikri üstüne kurulmuştur.
Bir diğer yöntem de bit aralıkları yöntemidir. Bu yöntem ticari olarak da daha
yaygındır, bu yöntemde örnekleme iniş yapan kenardan alınır, örnekleme
arasında geçen süre bir 1 mi yoksa 0’ın mı var olduğunu söyler.
9.6.4 Görüntü Algılayıcılar
İlk görüntü algılayıcı sistemler gümüş halinde ve diğer bazı tuzların kullanımı
ile yapılan fotografik filmler ile başlamıştır. Daha sonra fotoelektrik etkisi ve
elektron ışını taranması etkileri gelmesi ile yeni algılayıcılar üretilmiştir.
Bunları takip ederek yarıiletken ekranlar, ve elektron ışını taraması fikri ortaya
çıkmıştır. Şu anda da , görüntü yoğunlaştırıcılar gibi ara melez teknolojiler
ortaya çıkmaktadır.
Tamamlayıcı yarı iletken metal oksitler (CMOS) eskiden çıplak hafıza yongaları
olarak kullanılırken yeni hallerinde yonga üzerindeki kamera şeklinde
kullanılmaktadırlar.
10 SONUÇ
Robotlarla ilgili alanlar arasında algılayıcılar son derece geniş bir yer
tutmaktadırlar.
Bu sebepten algılayıcılar ile kapsamlı bir kaynak yaratabilmek bu
metin için mümkün olmamıştır. Bu metnin okuyucuları olarak, bu metinde
yapacağınız iyileştirmeler ve eklemeler bu metnin dinamik bir metin olmasına
büyük katkıda bulunacaktır.
11 REFERANSLAR
Bu hazırlanan metin, Boğaziçi üniversitesi Bilgisayar Mühendisliği öğretim
üyesi Doç. Dr. Levent Akın’ın Cmpe 593 Autonomous Robots derslerinde
sunduğu Algılayıcılar sunumu temel alınarak hazırlanmıştır.
² Ronald C. Arkin, Behavior-Based Robotics, MIT Press, 1998.
² Robot Sunumları, Algılayıcılar, Albert Ali Salah, 25 Ekim 2000, Boğaziçi
üniversitesi
² Carnegie Mellon üniversitesi Robot Enstitüsü, Algılar ve Algılayıcılar
dersi, Mel Siegel tarafından hazırlanan ders notları
² Brooke Clarke, algılayıcılar üzerine hazırladığı kapsamlı site
7 Bağlantılar
² Omega Endüstriyel algılayıcılarla ilgili kapsamlı bir site
² Motorola Sensors - Atalet, basınç ve duman algılayıcıları
² Sentech - Algılayıcı Dağıtıcısı
² Texas Instruments - Calculator Based Laboratory (CBL) -eğitimde kullanılan
bir çok düşük maliyetli algılayıcıların üreticisi.
² Veriner Software - CBL ve genel eğitimde kullanılan algılayıcıların üreticisi
² Sensors Magazine - Tümüyle algılayıcılara ayrılmış olan bir dergi.
² Instrumentation & Control Systems - Endüstriye yöenlik bir dergi ancak
bir çok algılayıcı hakkında da bilgi bulunabilir
² Remote Measurement Systems - Algılayıcı teorisi ve ürünler
² Photonics Spectra - içerisinde son derece değerli bilgiler bulunan bir dergi.
İçerisinde bir sözlük, alışveriş rehberi ve optoelektronik ürünler rehberi
bulunuyor.
² MIT Lincoln Laboratory ile DARPA ortak programları
² Temic (Dalimer - Chrysler) Otomotiv Algılayıcıları
² Sensors and Actuators - Fiziksel algılayıcılar ile ilgili bir dergi
² Handy Board Robotics - Motorola tabanlı genel bir PC anakartı
² LEGO - Mindstorms - Dokunma ve ışık algılayıcıları
² TECHNIC CyberMaster - PC ile iki taraflı kızılötesi iletişimle ilgili bir
bağlantı
² Honeywell Sensors - Çeşitli algılayıcılar
² PC Arayüzle Tomi Engdahl’ın sitesi
² NASA - Instrument and Sensing Technology - Spin-o® Sensor Technology
² Lawrence Livermore National Laboratory
² Allen Bradley (Rockwell) Sensors - Varlık Algısı
² Sensors and Transducers - Bruce Carter
² Cornell Otonom Helikopter Projesi - Dünyanın manyetik alanı ile ilgili
algılayıcılar kullanılıyor
² Russell Bik Design - elektrik alan algılayıcıları, 3 m mesafe ile odadaki
insanların algılandığı bir sistem
² Remote Measurement Systems