Kahkaha

Bayıldım

Cool

Kızgın

Mahcup

Öğretici

Şaşkın

Suskun

Tatlı

Üzgün

Süper

Sensörler Hakkında Geniş ve Detaylı Bilgi

Ana Sayfa » Bilim » Sensörler Hakkında Geniş ve Detaylı Bilgi
Sensörler Hakkında Geniş ve Detaylı Bilgi

Sensör Nedir?

Elektronik uygulamalarda algılama işlemini yapan sistem yada elemanlara sensör denir. Ayrıca algılayıcı yada duyarga olarak da bilinmektedir.

Sensörler, fiziksel ortam ile elektronik cihazları birbirine bağlayan bir köprü görevi görürler. Sistemdeki sensör veya sensör grupları yapısı hangi değişkene duyarlı ise sistem dışındaki değişkeni algılar ve elde ettiği değerleri sistemin karar verme birimine yollar.

Elde edilen bu verilerin insanoğlu tarafından anlaşılması gerekir. Bundan dolayı sensörlerin yapısı çeşitli değişkenlere göre çalışır ve kullanacağımız alana en uygun sensör veya sensör guruplarını seçmek zorundayız. Değişkenler çeşitli birimlerle ifade edilir ve bu birimler aslında sensörün ne amaçla kullanılacağını gösterir. Bu değişkenler sensörlerin giriş büyüklükleri başlığı altında sıralanmıştır.

Sensörlerin Giriş Büyüklükleri

Mekanik Sensörler : Uzunluk, alan, miktar, kütlesel akış, kuvvet, tork (moment), Basınç, Hız, İvme, Pozisyon, Ses dalga boyu ve yoğunluğu gibi mekaniksel değişken değerlerini ölçülebilir.

Termal Sensörler: Sıcaklık, ısı akısı gibi değişkenler ölçülebilir.

Elektriksel Sensörler : Voltaj, akım, direnç, endüktans, kapasitans, dielektrik katsayısı, polarizasyon, elektrik alanı ve frekans gibi elektriksel değerler ölçülebilir.

Manyetik Sensörler : Alan yoğunluğu, akı yoğunluğu, manyetik moment, geçirgenlik gibi manyetik alana bağlı değişkenlerin değerleri ölçülebilir.

Işıma Sensörleri : Yoğunluk, dalgaboyu, polarizasyon, faz, yansıtma, gönderme gibi ışık etkili sensör çeşitlerindendir.

Kimyasal Sensörler : Yoğunlaşma, içerik, oksidasyon/redaksiyon, reaksiyon hızı, pH miktarı gibi kimyasal değerlerin ölçüldüğü sensör türleridir.

Sensör Çeşitleri

Kullanıcılar yani bizler değişik alanlardaki farklı değerleri kontrol etmek isteriz. Bundan dolayı pek çok sensör çeşitleri vardır. Ayrıca sensör çeşitlerini etkileyen faktörlerden biri besleme gerilimidir. Besleme gerilimine göre sensörler iki farklı yapıda incelenirler. Bunlar, pasif sensörler ve aktif sensörlerdir.

Besleme Gerilimine Göre Sensörler

Pasif Algılayıcılar

Sinyal üretebilmek için dışarıdan harici hiçbir güç kaynağına ihtiyaç duymayan fiziksel yada kimyasal değerleri istenilen çıkış değişkenine dönüştürebilen sensörlerdir. Bu pasif sensör çeşitlerine en basit örnek ise buton ve anahtardır. Bunlardan farklı olarak potansiyometre, limit anahtarları, ısı sensörleri ( PTC ve NTC), basınç sensörleri, LDR,fototransistörler, fotodiyotlar ve mikrofonlar örnek olarak söylenebilir. Bu sensörlerin çalışması için harici hiçbir enerjiye ihtiyaç yoktur. Bu sensörler sadece giriş değişkenlerini ölçerek tepki verirler.

Aktif Algılayıcılar

Sinyal üretebilmesi için dışarıdan harici bir güç kaynağına ihtiyaç duyan sensörlere aktif sensör denilir. Bu sensörlerin en önemli özelliklerinden biri düşük sinyalli ölçmelerde kullanılmasıdır. Bundan dolayı oldukça hassas ölçüm yapabilirler.

Aktif sensörler, ürettiği sinyal türüne göre; Analog veya Dijital sinyal çıkışı vermektedirler. Dijital olarak 0 yada 1 çıkışını vermektedirler.

Çıkış sinyali analog olan sensörler ise gerilimsel yada akımsal çıkış verebilirler. Gerilim sinyali olarak genellikle 0-5V arasında bir gerilim vermektedirler. Akım sinyali olarak ise genellikle 4-20mA arası bir çıkış vermektedirler.

Ölçüm Sistemine Göre Sensörler

Isı Sensörleri

Ortamdaki ısı değişimini algılamamıza yarayan sensör çeşitidir. Sıcaklık sensörleri diyede bilinmektedir. Bu sensörler sıcaklık ile dirençi değişen maddelerden(nikel, bakır veya kobaltın karışımı) imal edilmektedir. Bu maddelere ise termistör denmektedir.

Termistörler ikiye ayrılmaktadır. Sıcaklıkla direnci artan termistörlere PTC, sıcaklıkla direnci azalan elemana ise NTC denmektedir. Isı sensörleri, sıcaklık sensörü olarak da adlandırılmaktadır. Termistörlerin yanı sıra sıcaklık sensörü olarak termostat ve termokupl da kullanılmaktadır. Bu sıcaklık sensörlerinin aralarında çeşitli farklar vardır. Bu farklardan dolayı seçeceğimiz ısı sensörünü ne amaçla kullanacağımızı iyi bilmemiz gerekir.

Potansiyometrik Sensörler

Pek çok uygulamada pozisyon ve seviye belirleme işlemleri oldukça önemlidir. Bu işlem referans olarak seçilen bir cismin koordinatlarının doğrusal yada açısal olarak takip edilmesi işlemi olarak tanımlanabilir. Bir cismin pozisyonu yada seviyesi bir kaç yöntem ile takip edilebilir. Bu yöntemlerden en sık kullanılan yöntem potansiyometrik sensör uygulamalardır. Potansiyometrinin direnç değerini takip ederek mesafe ölçümü yapılır. Örnek olarak gösterilebilecek en iyi sistem hobi amaçlı olan dc servo motorlardır. Bu motorların iç yapısında açısal olarak mesafe ölçümü yapan bir potansiyometre mevcuttur.

Manyetik Sensörler

Bobin yardımıyla elde edilen manyetik alan etkisinden faydalanılarak elde edilen sensör çeşitidir.  Manyetik alan etkisinden faydalanılarak yapılan pek çok sensör vardır. Günlük hayatımızda pek çok alanda kullanılmaktadır.  Bunlara örnek olarak hazine arama detektörü, X-Ray cihazları, tıp elektroniğinde sıkça kullanılmaktadır. Ayrıca endüstride metal algılama amaçlı kullanılmaktadır.

Basınç Sensörleri

Her türlü fiziki basınç ve kuvvet değişimini algılayan ve bu değişikliği elektriksel sinyallere dönüştüren elemanlara basınç sensörleri denilmektedir.

Basınç sensörleri çalışma prensibine göre dört grupta incelenmektedir.

Kapasitif Basınç Ölçme Sensörleri

Adından da anlaşılacağı üzere kondansatör yapıdaki basınç sensörleridir. Kondansatör plakalarının hareketinie göre basınç değerini hesaplarlar.

Strain Gage (Şekil Değişikliği) Sensörler

Direnç değişimini algılayarak basınç değerini hesaplayarak elektriksel sinyal üreten sensör çeşitidir. Ayrıntılı bilgiye ilgili konudan ulaşabilirsiniz.

Load Cell (Yük Hücresi) Basınç Sensörleri

Çalışma prensibleri strain gage ile aynıdır. Algılama işlemini dört ayrı noktaya yerleştirilmiş yük hücreleri yapmaktadır. Piyasada Elektronik terazilerde kullanılmaktadır.

Piezoelektrik Basınç Ölçme Sensörleri

Piezoelektrik özellikli algılayıcılarda kuartz (quartz), roşel (rochelle) tuzu, baryum, turmalin gibi kristal yapılı maddeler kullanılır. Bu elemanlar üzerlerine gelen basınca göre küçük değerli bir elektrik gerilimi ve akımı üretir. Bu elektrik akımının değeri basıncın değeri ile doru orantılıdır. Piezoelektrik özellikli elemanlar hızlı tepki verdiklerinden ani basınç değişikliklerini ölçmede yaygın olarak kullanılır.

Optik Sensör

Fotosel olarak da bilinmektedir. ışık şiddetine prensibine göre çalışan sensörlere optik sensör denir. Bunlara örnek olarak ise; LDR(Foto direnç), foto diyot, foto transistör ve opto kuplör(opto izalatör)leri örnek olarak gösterebiliriz. Bu sönsörler ışık şiddetlerine göre dirençlerini artması veya azalması prensibine göre çalışmaktadır.

Ses Sensörleri

Havadaki basınç değişikliğini algılayarak sesi elektrik sinyale dönüştürün sensörlere mikrofon(ses sensörleri) denilmektedir. Mikrofonlar yapısına göre beşe ayrılmaktadır.

Dinamik mikrofonlar

Dinamik mikrofonlar en çok kullanılan mikrofon türüdür. Dinamik mikrofonlar ses dalgaları ile hareket eden diyaframa bağlı bobinin sabit bir mıknatıs içinde hareket etmesinden dolayı bobin uçlarında oluşan gerilim değişimine bağlı olarak çalışır.

Kapasitif mikrofonlar

Kapasitif mikrofonlar şarjlı bir kondansatörün yükü değiştirildiğinde elektrik akımının elde edilmesi esasına dayalı olarak çalışır.

Şeritli (bantlı) mikrofonlar

Çalışmaları dinamik mikrofonlar gibi manyetik alan esasına dayalı mikrofonlardır.

Kristal mikrofonlar

Kuartz (quartz), roşel (rochelle) tuzu, baryum, turmalin gibi kristal yapılı maddelerin basınç etkisinden yaralanılarak ses titreşimlerini elektriksel sinyallere dönüştürmektedir.

Karbon tozlu mikrofonlar

Karbon tozlu mikrofonlar bir hazne içinde doldurulan karbon tozu zerrecikleri ve esnek diyafram sistemleri ile çalışmaktadır. Fakat karbon tozlarının zamanla bitmesi ile ses kalitesi bozulduğundan günümüzde pek kullanılmamaktadır.

FİBER OPTİK SENSÖRLER

Fiber optik sensör sistemi, uzaktaki bir sensöre veya yükseltece bağlı fiber optik kablodan oluşur. Sensör ışığı alır, yayar ve ışık enerjisini elektriksel sinyale dönüştürür.

Kablo, sensöre uzak olan yada sensörün girmesinin mümkün olmadığı yerlerde ışığı taşıyan mekaniksel bir komponenttir.

Fiber optik kablo, kaplama maddesi ile sarılmış plastik veya cam çekirdek içerir. Bu iki maddenin arasındaki yoğunluk farkı kablonun tam yansıma prensibi ile uyumlu çalışmasını sağlar.

Fiberler:

Basamak indisli çok modlu fiberler

Gradyan indisli çok modlu fiberler

Tek modlu fiberler

FİBER OPTİK SENSÖRLERİN ÇALIŞMA PRENSİBİ

Fiber optik içindeki ışığın iletimi tamamen tam yansıma prensibine dayanır. Bu nedenle ışık enerjisi hiçbir kayba uğramaz.

Tam yansıma prensibi

Bu prensip iki koşul sağlandığında gerçekleşir; Kritik açı gelme açısından daha küçük olmalıdır. (kritik açı fiberin kılıf ve çekirdek maddelerine bağlıdır.) Kılıf maddesinin yoğunluğu çekirdek maddesinin yoğunluğundan daha az olmalıdır

Snell kanunu:

– nisinθi = ntsinθt

Tam yansıma:

– Kritik açı yansıma açısının 90° olduğu gelme açısıdır.

-sinθc = nt /ni

-Çekirdek kılıftan daha büyük kırılma indisine sahiptir.

fiberoptik sistem

Bir fiber optik sistem;

Fiber optik kablo

Yükselteç

Efektif sezici alandan oluşur

Bununla beraber, çok modlu fiberlerde yayılan modların fazları ve kutuplanma durumları arasındaki çoğunlukla rastgele ilişkiler ve mod çiftlenimi (kublaj) faz yada kutuplanma modülasyonunun kullanılmasını önler. Böylece aktif çok modlu fiber sensörler, daima genlik modülasyonunu kullanır.

Diğer taraftan, tek modlu fiberlerde, faz ve kutuplanma modülasyonunun her ikisi de mümkün olur. Faz modülasyonu, son derece yüksek duyarlılıklar sunabilen fiber temelli interferometrik sensörlerin kullanılmasın imkan sağlar. Aslında aktif fiber sensörlerine dahil edilebilen bir üçüncü tüp sensör ‘sönen alanlı (evanescant)’ sensördür

Pasif fiber optik sensörlerde algılama, fiberin dışındaki bir bölgede, algılanacak niceliğin ışık üzerinde yapacağı modulasyonun ölçülmesiyle yapılır. Modülasyon, ışık üzerinde ya doğrudan veya bir modülator kullanarak dolaylı olarak yapılır. Optik fiberler sadece ışığı taşımada (yani kaynaktan algılama bölgesine ve algılama bölgesinden dedektöre) kullanılır.

Yansıtıcı veya çoğu kez fotonik sensör olarak adlandırılan düzenlemede ışık, hedefi aydınlatmak için fiberler vasıtasıyla taşınır. Hedeften geri yansıyan ve geri dönüş fiberleri ile alınan ışık, fiber uçları ve hedef arasındaki mesafenin bir fonksiyonudur. Böylece, hedefin konumu veya yer değiştirme bir optik alıcıda kaydedilir.

Fiber optik sensörlerin avantajları

Optik fiber hareketli parça veya elektrik devresi içermez ve bu nedenle bütün elektriksel parazitlerden bağımsızdır.

Kıvılcım saçma olasılığı yoktur ve bu da sensörün yağ rafinerilerinde,madencilikte,eczacılıkta ve kimyasal işlemlerde güvenle kullanılmasını sağlar Ayrıca kırılmış fiberi onaran kişi için de elektriksel şok tehlikesi yoktur

Güvenlik mekanizmaları kablosuz sensör ağlarında da birçok probleme çözüm olmakla birlikte veri gizliliği bu cihazların açık haberleşme yapısına sahip olmalarından dolayı tam olarak adreslenememiştir. Haberleşmeye konu olan dataların güvenliği ve gizliliği haberleşme içerinde ne kadar sağlanabiliyor ve bu algoritmalarının bu konudaki avantaj ve dezavantajlarının neler olduğu bu çalışmada ortaya konulmuştur.

Sensör ağlarda en çok kullanılan dolaşım algoritmaları flooding ve tek-yol algoritmalarıdır. Bu algoritmaların kullanım tercihi karakteristik özellikleri olan kurulumlarının kolaylığı ve/veya haberleşmede ki sadeliklerine göre yapılır. Bu algoritmaların yöntemleri ve kablosuz sensör ağlarında ne kadar güvenli oldukları ilerleyen bölümlerde ele alınacaktır. Flooding datayı koruma özelliğine sahip olmakla birlikte oldukça masraflı ve zahmetli bir yapıya sahiptir. Tam tersine, tek-yol algoritması çok daha az bir yükle çalışmakta ancak data güvenliğini sağlamakta yetersiz kalmaktadır. Sensörler oldukça düşük kapasiteli cihazlardır.

Sınırlı enerji kapasiteleri, kısıtlı bellekleri uygulamalarda karşılaşılan en önemli kısıtlamalar olarak karşımıza çıkmaktadır. Bu cihazlarla gerçekleştirilecek her türlü uygulamanın güç tüketimine hassas olması dikkate alınmalıdır. Bu çalışmada veri gizliliği araştırmalarının yanında kullanılan algoritmaların sisteme getirdikleri yükler de incelenmiştir. Algoritmaların çalışma prensiplerini ve güvenirliliklerini incelemeden önce veri gizliliği tanımlanacak ve ağlarda gizlilik çalışmaları özetlenecektir.

Bilgisayar Ağlarında Veri Gizliliği

Privacy, gizlilik son yıllarda haberleşmede en öne çıkan konulardan birisidir. Ağlarda gizlilik en yalın haliyle haberleşmenin her yönünün yetkisiz ve izinsiz varlıklardan saklanması olarak tarif edilebilir. İnsan hayatı kadar eski olan gizlilik kavramı haberleşme alanında da ilk günden beri dikkate alınmakla birlikte özellikle kablosuz ağların popülaritesinin artmasıyla çok öne çıkmıştır.

Ağ haberleşmesinde gizliliğin sağlanması; iki noktanın birbiriyle yaptığı görüşmede katılımcıların kimliklerinin, haberleşmede geçen konunun, haberleşmenin yeri ve zaman bilgilerinin hepsinin yada kimilerinin bilinçli yada bilinçsiz olarak istenmeyen kişiler tarafından öğrenilmesi tehdidin önlenmesidir. Bu noktada üç tehdit öne çıkmaktadır, bunları özetlerken tehditlerde bulunan kişi yada varlıkları düşman diye adlandıracağız;

İçerik Gizliliği: Mesaj içeriğinin yetkisiz kişiler tarafından anlaşılması tehdidinin engellenmesinin sağlanmasıdır. İçerik gizliliği sadece mesajın okunmasının engellenmesiyle sağlanamaz; birçok zaman düşman için gerçek mesajın varlığını tespit etmesi içeriğini anlamasına yetecektir. Örneğin, bir ofisle ilgili bilgiler aktaran ağda mesajın varlığı düşman tarafından odada bir kişinin bulunduğu bilgisini anlamasına yetecektir.

Kimlik Gizliliği: Haberleşme de bulunanların kimlik bilgilerinin düşmanlar tarafından elde edilmesinin engellenmesidir. Örneğin Ali ile Ayşe birbirleriyle görüşmekteler ve Ali’yi dinleyen düşmanların Ayşe’yle görüştüğünü anlamaları, birçok uygulamada önemli bir tehdittir.

Kaynak Gizliliği: Tarafların Fiziksel konumu olsun yada elektronik adres bilgileri birçok zaman düşmanlar tarafından elde edilmek istenen bilgidir. Özellikle askeri sistemlerde yer konum bilgilerinin tespit edilmesi çok önemlidir. Haberleşmeye katılan tüm noktalarla birlikte haberleşmeyi başlatan noktaların fiziksel yada elektronik adresi korunmak istenmektedir.

Bu gizliliklerin sağlanmasını engelleyecek tehditlerin ne hepsinin birlikte gerçekleşmesi ne de ayrı ayrı gerçekleşmesi gerekliliği vardır. Bir noktada haberleşmeyi dinleyen bir düşman görüşen tarafların kim olduğunu anlayamadan veya tespit edemeden ve de bu tarafların yerlerinin tam olarak bilemeden görüşmenin içeriğini anlayabilir. Öte yandan, çok iyi şifrelenmiş ve gizlenmiş bir içeriği anlayamamasının yanında tarafları çok kolay bir şekilde tespit edebilir yada bu gizliliklerin hepsini tehdit ederek bütün bilgilere sahip olabilir.

Bu tehditlere karşı geleneksel güvenlik mekanizmaları haberleşmeyi özellikle de kablolu ağlarda çeşitli varyasyonları ile oldukça fazla korumuştur. Kablosuz ağlarda özellikle sensör ağlarında da gizlilik (confidentiality), bütünlük (integrity), availability (erişebilirlik), encryption (şifreleme), anonymity (anonimlik) gibi çok tercih edilen güvenlik mekanizmaları içerik gizliliğini ve kimlik gizliliğini korumayı adreslemektedir. Ancak kaynak gizliği tam olarak adreslenememekte sadece anonimlik bazı uygulamalarda bu gizliliği sağlamaktadır. [8]

Gizlilik, sadece içeriğin istenen taraflar tarafından anlaşılmasını sağlayan yöntemdir. Bütünlük ise mesajlaşmanın değişmesi durumunda dahi alıcı tarafından anlaşılabilmesinin garanti altına alınmasıdır. Anonimlikte haberleşmede tarafların kimlik, yer, zaman vb. bilgilerin yetkisiz ellere geçmesini haberleşmeyi anonim tutarak engelleyen bir yöntemdir. [9]

Kablosuz Sensörlerde Veri Gizliliği

Günümüz hayatına oldukça yoğun bir şekilde giren sensör uygulamaları haberleşmelerinde en yaygın kullanılan dolaşım algoritmalarının kaynak konum verisini gizlemedeki etkinliklerini ortaya koymak amacıyla bir simülasyon çalışması gerçekleştirildi. Bu çalışmada flooding ve tek-yol algoritmaları incelendi. Simülasyon ortamının özellikleri ve varsayımlar belirtilerek bu algoritmaların genel çalışma şekilleri detaylandırılıp, algoritmalarla ilgili sonuçlar verilmektedir.

Geniş bir alana yayılmış bir sensör ağı kurularak (n> 10.000) çevredeki nesnelerin hareketleri ve davranışlarını izlemek üzere bir simülasyon ortamı tasarlanmıştır. Sensörler oluşturdukları mesajları ağ üzerinden merkeze (sink’e) ulaştırarak çevrenin görüntülenmesini sağlamaktadırlar. Ağın çalışması ve ağ üzerinde ki varsayımlar;

– Algılama yapılır yapılmaz sensör algılama zamanı ve konum bilgisini içeren bir mesaj oluşturmaktadır.

– Mesajlar şifrenmiş şekilde iletilerek içerik güvenliği sağlanmıştır.

– Ağ içerisindeki trafiğin mesajların merkeze ulaşmasını etkilemeyecek kadar az olduğu varsayılmaktadır.

Simülasyonda haberleşmeyi takip eden ve güvenliği tehdit eden düşman rolünde tehdit ediciler bulunmaktadır. Düşmanlarla ilgili varsayımlar;

– Mesajların şifresini kıramazlar, bu şekilde mesaj içeriklerinin anlaşılması engellenmiştir.sensor-7

– Düşmanlar ağın genel yapısını ve haberleşmeyi bozacak aktivitelerde bulunamazlar.

– Düşman duyduğu bir mesajdan bu mesajı gönderen sensörün kim olduğunu anlayabilme yeteneğine sahiptir.

– Düşmanlar hareketli olup, sınırsız kaynağa sahiptirler.

Simülasyonda özellikle geleneksel güvenlik mekanizmalarının çözüm sunmadığı kaynak verisi gizliliğinin sağlanması üzerine yoğunlaşılmıştır. Sensörler, algılayıcı ve haberleşmeye katkıda bulunanlar olarak iki ayrı aktivitede bulunmaktalar. Algılayıcılar, algılamada bulunur bulunmaz mesaj oluşturarak göndermekteler; diğerleri bu mesajı aldıktan sonra önceden bu mesajı iletmedilerse dolaşım algoritmasına göre bu mesajı merkeze yönlendirmektedirler.

Sensörler Hakkında Geniş ve Detaylı Bilgi - Yorumlar

YORUMLARINIZI PAYLAŞIN

 

Yapılan Yorumlar

BENZER İÇERİKLERİlginizi çekebilecek diğer içerikler

SOSYAL MEDYADA BİZSitemizin sosyal medya hesapları

RASTGELE KONULAR

Cumhuriyet İle İlgili Akrostiş Şiirler Günümüzdeki Salgın Hastalıkların bulaşma Yöntemi ve Korunma Okulda ve sınıfta huzurlu, mutlu ve başarılı olmak için olması gereken kurallar Farabi’nin Hayatı Ve Eserleri Hemşirenin Hastasına Karşı Görevleri Ve Sorumlulukları Necip Fazıl Kısakürek Hayatı ve Eserleri

FACEBOOK'TA BİZ

BizimKulis - Tum Hakları Saklıdır.