Senzori

vi pitate e-škola odgovara
projekti
zadaci i testovi
kućni eksperimenti
fizika na mreži
fizika svemira
PC kutak
pročitali smo za vas
fizika svakodnevnih stvari
interaktivna fizika
informacije

Savjeti i upute o tome koje senzore koristiti za mjerenje odgovarajućih fizičkih veličina, kao i važne napomene (i upozorenja) kojih se treba pridržavati prilikom spajanja senzora na ulaze glazbene kartice nalaze se na ovoj stranici...

Senzori

Kako bi registrirali i izmjerili fizičke veličine tijekom izvođenja nekog pokusa potrebno je koristiti odgovarajuće senzore. Takva osjetila trebaju fizičke pojave pretvoriti u električne signale prilagođene naponskim nivoima i impedanciji ulaza glazbene kartice. Gotovo sve glazbene kartice imaju dva ulaza koji su lako dostupni izvana (najčešće se nalaze na stražnjoj strani PC-a): LineIn i MicIn, te treći CDIn koji je dostupan samo iz unutrašnjosti PC-a, a može se koristiti kao ulaz ako već nije iskorišten za audio izlaz CD-ROM-a. Njihove najčešće karakteristike su:

Naziv ulaza	Broj kanala	Maksimalni ulazni napon	Ulazna impedancija	Frekvencijski opseg
*LineIn*	2 (stereo)	do 2 V peek-to-peek do 700 mV efektivno	od 10kOhm do 47kOhm	5 Hz - 20 kHz
*MicIn*	1 (mono)	do 100 mV peek-to-peek do 35 mV efekt.	oko 600 Ohm	20 Hz - 16 kHz
*CDIn*	2 (stereo)	do 2 V peek-to-peek do 700 mV efek.	od 10kOhm do 47kOhm	5 Hz - 20 kHz

Potrebno je napomenuti kako je moguće spojiti na navedene ulaze senzore koji imaju i izlazne naponske nivoe nešto više od navedenih (npr. dvostruko više), ali je tada potrebno u audio mikseru smanjiti odgovarajući potenciometar: Mixer, Options - Properties, Recording (OK).

Za izvođenje pokusa opisanih u uvodnom poglavlju, najčešće se koriste akustički i optički senzori. Navedeni senzori, ako su dobro postavljeni, ne bi trebali ometati tijek fizičkog pokusa, već samo prikupljati relevantne podatke.

VAŽNE NAPOMENE

Nikad ne spajajte na ulaze glazbene kartice izvore napajanja kojima niste provjerili visinu napona jer možete trajno oštetiti sklopove u glazbenoj kartici i računalu. Provjerite je li naponski nivoi odgovaraju onima specificiranim u dokumentaciji glazbene kartice!

Pored toga, opasno je spajati i električne uređaje koji nisu galvanski odvojeni (izolirani) od računala na kojem radite. Naime, vrlo je vjerojatno da postoji razlika između naponskih nivoa na kojem rade unutrašnji sklopovi računala i na kojem radi nekakav senzorski uređaj s vlastitim napajanjem. Naponska razlika može iznositi nekoliko desetaka volti istosmjerno i/ili izmjenično, pa čak i oko 100 volti - ako je posljedica lošeg uzemljenja, što može uništiti sklopove u računalu! Kako bi bili sigurni, prvo izmjerite voltmetrom razliku napona između metalnog kućišta računala i priključaka senzorskog uređaja.

Izbjegavajte rad u blizini jakih elektromagnetskih polja, jer ona predstavljaju opasnost kako za računalo, tako i za vas. Prema tome, bez suradnje stručnog osoblja ne upuštajte se u samostalno izvođenje pokusa u blizini: elektrolučnog zavarivanja, visokonaponskih postrojenja, jakih antenskih sustava i slično.

Smanjite rizik od statičkog elektriciteta. Uhvatite radijator, naslonite se na zid ili jednostavno držite metalno kućište računala jednom rukom, a drugom spajajte senzor na ulaz u glazbenu karticu.

KAKO SPOJITI SENZORE NA ULAZE GLAZBENE KARTICE

Gotovo sve glazbene kartice imaju ženske 3,5 mm stereo priključke za LineIn i MicIn ulaze, iako je većina MicIn ulaza mono. Potrebno je zapamtiti da je primarni ulaz lijevi kanal. Kako se većina mjerenja provodi samo s jednim senzorom - potrebno je izlaze senzora spojiti samo na lijevi kanal (L) i masu (M) - vidjeti sliku, te prilikom snimanja uključiti mono-opciju.

Senzore treba povezati odgovarajućim kabelom koji na strani glazbene kartice završava s muškim 3,5 mm stereo priključkom (jack). Takav kabel možete izraditi sami, ali možda je jednostavnije kupiti ga - ako nigdje drugdje onda u trgovini "Sve po 1x kuna". Na primjer, kupite slušalice dubiozne kvalitete, njih odrežete, a kabel s 3,5 mm jackom iskoristite! U pravilu vrijedi sljedeća mnemotehnika za boje vodiča: crvena je desni kanal (eng. Red = Right). Međutim nije na odmet i to provjeriti ukoliko je kabel kupljen u "Sve po 1x kuna".

Zbog redukcije smetnji kabel mora biti oklopljen. Oklop (bakreni širm) pojedinog vodiča je masa, tj. minus (-) priključak, dok su izolirani vodiči (crveni i bijeli) "živi", to jest plus (+) priključak. Korisno je na kraj kabela (suprotno od jacka) trajno zalemiti metalne kvačice (krokodile), kako bi spajanje različitih senzora bilo što jednostavnije.

AKUSTIČKI SENZORI

Mikrofon

MicIn ulaz je prilagođen izlazu dinamičkih mikrofona. Dinamički mikrofoni (dynamic microphone) imaju sljedeće karakteristike: to su aktivni senzori (dakle sami daju električne signale bez dodatnih vanjskih izvora napajanja), relativno visoki izlazni naponski nivo (oko 20 mV efektivno), impedancija oko 500 Ohma, frekvencijski opseg od oko 50 Hz do oko 12 KHz.

Drugi tip mikrofona koji se može spojiti na MicIn ulaz su kondenzatorski mikrofoni (condenser, electret microphone). Radi se o pasivnim senzorima, te je za njih potrebno osigurati izvor napajanja istosmjernim naponom od 3 V do 9 V (bias voltage). Neke glazbene kartice omogućavaju pomoćno napajanje (phantom power) na jednom od kanala MicIn ulaza, npr. SoundBlaster familija glazbenih kartica daje na desnom kanalu MicIn ulaznog priključka 5V preko 2.2 kOhm otpornika, a za aktivni (akustični) ulaz se koristi lijevi kanal (na koji se spaja mikrofonski izlaz). Ova vrst mikrofona može imati znatno širi frekvencijski opseg od dinamičkih.

Većina profesionalnih mikrofona je navedenog tipa, a kako profesionalni mikrofoni imaju vrlo slab izlaz (nekoliko mV efektivno), vrlo često je ugrađeno pretpojačalo u mikrofonskom kućištu. Tada se pomoćno napajanje koristi i za napajanje takvog pretpojačala. Detalje potražiti na sljedećim WEB adresama:

http://www.shure.com/app-soundcard.html
http://www.hut.fi/Misc/Electronics/docs/audio/multimedia_microphones.html

Zvučnik / Slušalice

Na MicIn se mogu spojiti i izlazi iz zvučnika ili slušalica. Navedeni senzori su primjer vrlo česte reverzibilnosti u fizikalnom svijetu: zvučnik ili slušalice pobuđene električnim signalom daju zvučni tlak - odnosno: zvučnik ili slušalice pobuđeni zvučnim tlakom daju električni signal na priključcima. U osnovi to su također dinamički mikrofoni, ali s lošijom frekvencijskom karakteristikom i nižim izlaznim naponom (tj. imaju manju efikasnost naspram dinamičkih mikrofona).

OPTIČKI SENZORI

LED (svjetleća dioda, light-emitting diode)

LED je prvenstveno namijenjen emitiranju svjetlosti, ali i za ovaj senzor vrijedi reverzibilnost: LED pobuđen svjetlošću daje na priključcima električni signal. Ovaj jeftin i svima dostupan senzor ima vrlo dobre karakteristike: brzi odziv (kašnjenje je reda veličine 10 ns), te relativno linearnu ovisnost svjetlosnog toka o struji električnog signala. LED-ova ima raznih boja, pa se prema tome LED može koristiti kao senzor za crvenu, narančastu, žutu, zelenu, pa čak i plavu (vidljivu) svjetlost, a IR LED (infra-red LED) za nevidljivu infracrvenu svjetlost.

Glavni nedostatak LED-a kao senzora je niski izlazni naponski nivo - ili preciznije: vrlo mala izlazna snaga. Npr. crveni LED na oko 10 cm od klasične 60W žarulje na otporniku od 47 kOhma daje napon od oko 12mV - što odgovara snazi od oko (samo) 3nW! Tako mala snaga signala spojena na LineIn ulaz najčešće nije dovoljna da bi ga glazbena kartica uopće registrirala.

Međutim ovakvoj niskoj efikasnosti senzora može se doskočiti ukoliko se zajedno spoji više LED-ova na LineIn ulaz glazbene kartice. Zanimljivo je da se serijskim spojem LED-ova ne dobiva bitno veća snaga, ali se paralelnim spajanjem LED-ova snaga signala multiplicira. Prema tome pogodno je koristiti 7-segmentne pokazivače (7 segment display) - kakvi se mogu naći u starim kalkulatorima s crvenim ekranom:

Potrebno je spojiti sve njihove plus (+) priključke zajedno (svi minus (-) priključci su najčešće već spojeni zajedno) - i time se dobiva dobar optički senzor za crvenu svjetlost. Na primjer, već 3 x 7 segmentni pokazivač (tri "crvene osmice") u svjetlosnim uvjetima poput onih navedenih u prethodnom paragrafu daju oko 220 mV, što je dovoljno jako za LineIn ulaz glazbene kartice.

Još nekoliko napomena u vezi sa svjetlećim diodama:

Svjetleće diode imaju dva priključka: katodu i anodu. Katoda (-) je na standardnom (valjkastom) kućištu LED-a označena na način da je na tom mjestu kućište ravno:

Standardni LED koji se najčešće koristi kao indikatorska lampica u raznovrsne svrhe (npr. indikator rada PC-a) ima promjer kućišta 5 mm. Za punu svjetlost od oko 3 mCd potrebna je istosmjerna struja od oko 20 mA. Tada je pad napona na LED-u oko 1,6 V. To znači da je za ispravan rad LED-a spojenom na izvor napajanja od 5 V potrebno staviti u seriju otpornik od R=(5-1,6)/0,02 = 170 Ohma. Međutim, LED nije pogodan za spoj na napon gradske mreže (U=230V), jer se tada na otporniku: R = (230-1,6)/0,02 = 11 kOhm disipira čak oko 5 W - što odgovara snazi grijača u npr. aparatićima protiv komaraca.

Infracrveni LED se nalazi u gotovo svim daljinskim upravljačima (za TV, HiFi, autoalarm itd.), u PC mišu, a ima ga i Furby za komuniciranje s drugim Furby-ima. Stoga ako imate "pokojni" miš ili daljinski upravljač - eto Vam IR LED-a!

Solarni elementi

Solarni elementi, kakvi se ugrađuju u tzv. solarne kalkulatore su također jeftini i svima dostupni senzori vrlo visoke efikasnosti, ali imaju lošije frekvencijske karakteristike od LED-a. Npr: solarni element (koji se zapravo sastoji od 4 solarne ćelije spojene u seriju) na oko 10 cm od klasične 60W žarulje na otporniku od 47 kOhma daje napon od oko 3,2V. Solarni elementi registriraju uglavnom samo vidljivu svjetlost, te se ne mogu koristiti za infracrveno područje.

Ostali optički senzori

U ovom paragrafu pomalo nespretnog naziva, želja nam je naglasiti kako postoje raznovrsni optički senzori, te ih je potrebno samo "potražiti". Na primjer, u elektroničkoj bljeskalici postoji optički senzor za mjerenje povratnog svjetla. Prema tome, ukoliko imate na raspolaganju "pokojnu" bljeskalicu, prilika je da iskoristite što se iskoristiti može... Bez obzira je li taj senzor foto-otpornik, foto-dioda, foto-tranzistor itd. vrijedi ga isprobati.

Najbrža proba sastoji se u sljedećem: spojite senzor na LineIn ulaz, a u audio mikseru omogućite slušanje LineIn ulaza preko zvučnika glazbene kartice; zatim senzor prislonite na monitor PC-a - i ako čujete jasno brujanje (frekvencije su od 60 do 100 Hz) - senzor je OK. Ako ne čujete brujanje, prvo provjerite je li selektiran LineIn ulaz u mikseru, a zatim postepeno podižite potenciometar za LineIn do maksimuma. Ako ni tada ne čujete brujanje, najčešće je dovoljno senzoru u seriju spojiti izvor napajanja (npr: jednu alkalnu AA 1,5 V bateriju) i vjerojatno ćete dobiti optički senzor za vidljivu svjetlost!

Nadalje, ako prema senzoru usmjerite daljinski upravljač televizora, pritisnete gumb za npr. prvi program, te čujete isprekidane zvonke zvukove - znači da je Vaš optički senzor dobar i za infracrvenu svjetlost.

OSTALI SENZORI

Na ulaze u glazbenu karticu možete spojiti i ostale senzore kao na primjer:

Audio izlaz iz HiFi sustava - na LineIn ulaz;

Izlaz za slušalice HiFi sustava - na LineIn ulaz;

Audio izlaz iz glazbala (npr. sintesajzera) - na LineIn ulaz;

Izlaz iz gitarskog PickUp-a - na MicIn ulaz;

Izlaz iz gitarskog PickUp-a s pretpojačalom - na LineIn ulaz;

Elektromagnet u svrhu mjerenja brzine okretaja ili pomaka objekta na kojem je permanentni magnet - na LineIn ulaz;

Modelarski elektromotor s permanentnim magnetima kojem se rotor prisilno vrti (tada je elektromotor zapravo generator) - na LineIn ulaz...

Obavezno se pridržavate "VAŽNE NAPOMENE" iz uvoda ovog članka jer ne možemo snositi odgovornost za bilo kakvu štetu na Vašem računalu prouzrokovanu spajanjem neodgovarajućih senzora!

Zadnja promjena: 27.10.1999.