Vivemos em um mundo de sensores. Você pode encontrar diferentes tipos de Sensores em nossas casas, escritórios, carros, etc. trabalhando para facilitar nossas vidas acendendo as luzes, detectando nossa presença, ajustando a temperatura ambiente, detectando fumaça ou fogo, fazendo um delicioso café, abrindo portas de garagem assim que nosso carro está perto da porta e muitas outras tarefas.

Todas essas e muitas outras tarefas de automação são possíveis por causa dos Sensores. Antes de entrar nos detalhes sobre o que é um sensor, quais são os diferentes tipos de sensores e aplicações desses diferentes tipos de sensores, vamos primeiro dar uma olhada em um exemplo simples de um sistema automatizado, que é possível por causa dos sensores (e muitos outros componentes também).

APLICAÇÃO DE SENSORES EM TEMPO REAL

O exemplo de que estamos falando aqui é o Sistema de Piloto Automático em aeronaves. Quase todas as aeronaves civis e militares possuem o recurso de sistema de controle automático de voo ou às vezes chamado de piloto automático.

Um sistema de controle de voo automático consiste em vários sensores para várias tarefas, como controle de velocidade, monitoramento de altura, rastreamento de posição, status de portas, detecção de obstáculos, nível de combustível, manobras e muito mais. Um computador pega os dados de todos esses sensores e os processa comparando-os com valores pré-projetados.

O computador então fornece sinais de controle para diferentes partes como flaps, lemes, motores etc. que ajudam em um vôo suave. A combinação de Sensores, Computadores e Mecânica torna possível operar o avião no Modo de Piloto Automático.

Todos os parâmetros, ou seja, os Sensores (que fornecem entradas para os Computadores), os Computadores (os cérebros do sistema) e a Mecânica (as saídas do sistema como motores e motores) são igualmente importantes na construção de um sistema automatizado de sucesso.

Esta é uma versão extremamente simplificada de um sistema de controle de vôo. Na verdade, existem centenas de sistemas de controle individuais que executam tarefas únicas para uma viagem segura e tranquila.

Mas neste tutorial, estaremos nos concentrando na parte Sensores de um sistema e veremos diferentes conceitos associados a Sensores (como tipos, características, classificação etc.).

O QUE É UM SENSOR?

Existem inúmeras definições sobre o que é um sensor, gostaríamos de definir um Sensor como um dispositivo de entrada que fornece uma saída (sinal) em relação a uma quantidade física específica (entrada).

O termo “dispositivo de entrada” na definição de um Sensor significa que ele é parte de um sistema maior que fornece entrada para um sistema de controle principal (como um Processador ou um Microcontrolador).

Outra definição única de Sensor é a seguinte: É um dispositivo que converte sinais de um domínio de energia para domínio elétrico. A definição do Sensor pode ser melhor compreendida se considerarmos um exemplo.

O exemplo mais simples de um sensor é um LDR (Light Dependent Resistor) ou um sensor de luminosidade. É um dispositivo, cuja resistência varia de acordo com a intensidade da luz ao qual é submetido. Quando a luz que incide em um LDR é maior, sua resistência se torna muito menor e quando a luz é menor, bem, a resistência do LDR se torna muito alta.

Podemos conectar este LDR em um divisor de tensão (junto com outro resistor) e verificar a queda de tensão no LDR. Esta tensão pode ser calibrada para a quantidade de luz que incide no LDR. Portanto, um sensor de luz.

Agora que vimos o que é um sensor, prosseguiremos com a classificação de Sensores.

CLASSIFICAÇÃO DE SENSORES

Existem várias classificações de sensores feitas por diferentes autores e especialistas. Alguns são muito simples e alguns são muito complexos. A seguinte classificação de sensores pode ser usada por um especialista no assunto, mas é uma classificação de sensores muito simples.

Na primeira classificação dos sensores, eles são divididos em Ativos e Passivos. Sensores Ativos são aqueles que requerem um sinal de excitação externo ou um sinal de potência. Sensores passivos, por outro lado, não requerem nenhum sinal de alimentação externa e geram resposta de saída diretamente.

O outro tipo de classificação é baseado no meio de detecção utilizado no sensor. Alguns dos meios de detecção são elétricos, biológicos, químicos, radioativos etc.

A próxima classificação é baseada no fenômeno de conversão, ou seja, a entrada e a saída. Alguns dos fenômenos de conversão comuns são fotoelétricos, termoelétricos, eletroquímicos, eletromagnéticos, termoópticos, etc.

A classificação final dos sensores são Sensores Analógicos e Sensores Digitais. Os Sensores Analógicos produzem uma saída analógica, ou seja, um sinal de saída contínuo (geralmente tensão, mas às vezes outras grandezas como Resistência, etc.) em relação à grandeza que está sendo medida. Os Sensores Digitais, ao contrário dos Sensores Analógicos, trabalham com dados discretos ou digitais. Os dados em sensores digitais, que são usados ​​para conversão e transmissão, são de natureza digital.

DIFERENTES TIPOS DE SENSORES

A seguir está uma lista de diferentes tipos de sensores que são comumente usados em várias aplicações. Todos esses sensores são usados para medir uma das propriedades físicas como temperatura, resistência, capacitância, condução, transferência de calor etc.

1. Sensor de temperatura
2. Sensor de proximidade
3. Acelerômetro
4. Sensor IR (Sensor Infravermelho)
5. Sensor de pressão
6. Sensor de luz
7. Sensor ultrasônico
8. Sensor de fumaça, gás e álcool
9. Sensor de toque
10. Sensor de cor
11. Sensor de umidade
12. Sensor de posição
13. Sensor magnético (sensor de efeito Hall)
14. Microfone (Sensor de Som)
15. Sensor de inclinação
16. Sensor de fluxo e nível
17. Sensor PIR
18. Sensor de toque
19. Sensor de Tensão e Peso

Veremos alguns dos sensores acima mencionados resumidamente. No final de cada seção haverá um link para um artigo completo sobre aquele tipo de sensor, caso deseje saber mais. 

SENSOR DE TEMPERATURA

Um dos sensores mais comuns e populares é o Sensor de Temperatura. Um sensor de temperatura, como o nome sugere, detecta a temperatura, ou seja, mede as mudanças na temperatura.

Existem diferentes tipos de sensores de temperatura, como ICs de sensores de temperatura (como LM35, DS18B20), termistores, termopares, RTD (dispositivos resistivos de temperatura), etc.

Os sensores de temperatura podem ser analógicos ou digitais. Em um Sensor de Temperatura Analógico, as mudanças na Temperatura correspondem a mudanças em sua propriedade física como resistência ou tensão. O LM35 é um sensor de temperatura analógico clássico.

Chegando ao Sensor de Temperatura Digital, a saída é um valor digital discreto (geralmente, alguns dados numéricos após a conversão do valor analógico para o valor digital). DS18B20 é um sensor de temperatura digital simples.

Sensores de temperatura são usados em todos os lugares como computadores, telefones celulares, automóveis, sistemas de ar condicionado, indústrias etc.

SENSORES DE PROXIMIDADE

Um sensor de proximidade é um sensor do tipo sem contato que detecta a presença de um objeto. Sensores de Proximidade podem ser implementados usando diferentes técnicas como Óptica (como Infravermelho ou Laser), Som (Ultrassônico), Magnético (Efeito Hall), Capacitivo, etc.

Algumas das aplicações dos Sensores de Proximidade são Celulares, Carros (Sensores de Estacionamento), indústrias (alinhamento de objetos), Proximidade do solo em aeronaves, etc.

SENSOR INFRAVERMELHO (SENSOR IR)

Sensores IR ou Sensor Infravermelho são sensores baseados em luz que são usados em várias aplicações como Proximidade e Detecção de Objetos. Sensores IR são usados como sensores de proximidade em quase todos os telefones celulares.

Existem dois tipos de sensores infravermelhos: tipo transmissivo e tipo reflexivo. No Sensor IR do Tipo Transmissivo, o Transmissor IR (geralmente um LED IR) e o Detector IR (geralmente um Foto Diodo) são posicionados um de frente para o outro para que, quando um objeto passar entre eles, o sensor detecte o objeto.

O outro tipo de sensor IR é um sensor IR do tipo reflexivo. Neste, o transmissor e o detector são posicionados adjacentes um ao outro de frente para o objeto. Quando um objeto vem na frente do sensor, a luz infravermelha do transmissor IR é refletida do objeto e é detectada pelo receptor IR e, portanto, o sensor detecta o objeto.

Diferentes aplicações onde o sensor IR é implementado são telefones celulares, robôs, montagem industrial, automóveis etc.

SENSOR ULTRASSÔNICO

Um sensor ultrassônico é um dispositivo do tipo sem contato que pode ser usado para medir a distância e a velocidade de um objeto. Um Sensor Ultrassônico funciona com base nas propriedades das ondas sonoras com frequência maior que a faixa audível humana.

Usando o tempo de voo da onda sonora, um Sensor Ultrassônico pode medir a distância do objeto (semelhante ao SONAR). A propriedade Doppler Shift da onda sonora é usada para medir a velocidade de um objeto.

SENSOR DE LUZ

Às vezes também conhecidos como sensores fotográficos, os sensores de luz são um dos sensores importantes. Um sensor de luz simples disponível hoje é o Light Dependent Resistor ou LDR. A propriedade do LDR é que sua resistência é inversamente proporcional à intensidade da luz ambiente, ou seja, quando a intensidade da luz aumenta, sua resistência diminui e vice-versa.

Usando LDR é um circuito, podemos calibrar as mudanças em sua resistência para medir a intensidade da luz. Existem dois outros sensores de luz (ou sensores fotográficos) que são frequentemente usados em projetos de sistemas eletrônicos complexos. Eles são Photo Diode e Photo Transistor. Ambos analógicos.

Existem também sensores de luz digitais como BH1750, TSL2561, etc., que podem calcular a intensidade da luz e fornecer um valor digital equivalente.

SENSORES DE FUMAÇA E GÁS

Um dos sensores muito úteis em aplicações relacionadas à segurança são os sensores de fumaça e gás. Quase todos os escritórios e indústrias estão equipados com vários detectores de fumaça, que detectam qualquer fumaça (devido a incêndio) e soam um alarme.

Sensores de Gás são mais comuns em laboratórios, cozinhas de grande porte e indústrias. Eles podem detectar diferentes gases como GLP, Propano, Butano, Metano (CH4), etc.

Hoje em dia, sensores de fumaça (que geralmente podem detectar fumaça e gás) também são instalados na maioria das casas como medida de segurança.

A série “MQ” de sensores é um monte de sensores baratos para detectar CO, CO2, CH4, Álcool, Propano, Butano, GLP etc. Você pode usar esses sensores para construir seu próprio Aplicativo de Sensor de Fumaça.

SENSOR DE ÁLCOOL

Como o nome sugere, um sensor de álcool detecta álcool. Normalmente, sensores de álcool são usados em aparelhos de bafômetro, que determinam se uma pessoa está bêbada ou não.

SENSOR DE TOQUE

Não damos muita importância aos sensores de toque, mas eles se tornaram parte integrante da nossa vida. Quer você saiba ou não, todos os dispositivos de tela sensível ao toque (telefones celulares, tablets, laptops, etc.) têm sensores de toque neles. Outra aplicação comum do sensor de toque são os trackpads em nossos laptops.

Sensores de toque, como o nome sugere, detectam o toque de um dedo ou de uma caneta. Muitas vezes, os sensores de toque são classificados em tipo resistivo e capacitivo. Quase todos os sensores de toque modernos são do tipo capacitivo, pois são mais precisos e têm melhor relação sinal-ruído.

SENSOR DE COR

Um sensor de cor é um dispositivo útil na construção de aplicações de detecção de cores no campo de processamento de imagens, identificação de cores, rastreamento de objetos industriais etc. O TCS3200 é um sensor de cores simples, que pode detectar qualquer cor e produzir uma onda quadrada proporcional ao comprimento de onda de a cor detectada.

SENSOR DE UMIDADE

Se você vir os sistemas de monitoramento climático, eles geralmente fornecem dados de temperatura e umidade. Assim, medir a umidade é uma tarefa importante em muitas aplicações e os Sensores de Umidade nos ajudam a conseguir isso.

Freqüentemente, todos os sensores de umidade medem a umidade relativa (uma razão entre o teor de água no ar e o potencial máximo do ar para reter água). Como a umidade relativa depende da temperatura do ar, quase todos os sensores de umidade também podem medir a temperatura.

Os Sensores de Umidade são classificados em Tipo Capacitivo, Tipo Resistivo e Tipo Condutivo Térmico. DHT11 e DHT22 são dois dos sensores de umidade usados com frequência na comunidade DIY (o primeiro é do tipo resistivo, enquanto o último é do tipo capacitivo).

SENSOR DE INCLINAÇÃO

Frequentemente usados para detectar inclinação ou orientação, os sensores de inclinação são um dos sensores mais simples e baratos que existem. Anteriormente, os sensores de inclinação eram compostos de mercúrio (e, portanto, às vezes são chamados de interruptores de mercúrio), mas a maioria dos sensores de inclinação modernos contém uma esfera giratória.

O FUTURO DA TECNOLOGIA DE SENSORES

À medida que a tecnologia se desenvolve, o uso de sensores continuará a se expandir em todos os aspectos de nossas vidas. Engenheiros e cientistas de todo o mundo usarão sensores para aprimorar sistemas de transporte, procedimentos médicos, nanotecnologia, dispositivos móveis, realidade virtual e aumentada e até inteligência artificial (IA).