Prof.Dr.Gözde Bozdağı AKAR

ORTADOĞU TEKNIK ÜNIVERSITESI

Sensörler ve algılama teknolojisi günlük yaşamımızda önemli bir rol oynamaktadır.   Son zamanlarda, farklı uygulamalar için akıllı sensör sistemleri geliştirmek için önemli miktarda araştırma yapılmaktadır. Bu konudaki araştırmalar daha iyi performans, daha yüksek entegrasyon ve çok parametreli algılama, yerleşik zeka ve güvenli ve emniyetli ağ oluşturma gibi konular üzerine yoğunlaşmıştır (Gassmann ve Kottmann, 2002),(Sensor Trends, 2014).  Sensörler, aydınlatma koşulları, gürültü seviyeleri, nem, araç hareketleri, mekanik gerilme seviyeleri, belirli tür nesnelerin varlığı ve yokluğu gibi farklı parametreleri izlemek için kullanılır (Şekil 1). Farklı yazarlar ve uzmanlar tarafından yapılan sensörlerin çeşitli sınıflandırmaları vardır. Sensörlerin ilk sınıflandırmasında Aktif ve Pasif olarak ayrılırlar. Aktif Sensörler, harici bir uyarma sinyali veya bir güç sinyali gerektirenlerdir. Pasif Sensörler ise harici güç sinyali gerektirmez ve doğrudan çıktı tepkisi oluşturur. Diğer sınıflandırma tipi, sensörde kullanılan algılama araçlarına dayanmaktadır. Tespit araçlarından bazıları Elektrik, Biyolojik, Kimyasal, Radyoaktif vb. Bir sonraki sınıflandırma, girdi ve çıktıya dayanmaktadır. Yaygın dönüşüm tekniklerinden bazıları Fotoelektrik, Termoelektrik, Elektrokimyasal, Elektromanyetik, Termo-optik ve benzerleridir. Sensörlerin son sınıflandırması ise Analog ve Dijital Sensörlerdir. Analog Sensörler, bir analog çıkışı, yani ölçülen miktara göre sürekli bir çıkış sinyali üretir. Dijital Sensörler, Analog Sensörlerin aksine, ayrı veya dijital verilerle çalışır. Dönüştürme ve aktarma için kullanılan dijital sensörlerdeki veriler, doğada dijitaldir.

Akıllı sensörler ise IEEE 1451 tarafından işlemciyle ve veri ağı ile iletişimi sağlayabilen küçük hafızalı ve standartlaştırılmış fiziksel bağlantıya sahip sensörler olarak tanımlanır. Akıllı sensör platformları ise harici sensör verilerini toplamak için sensörün ve işlemenin özel bir mimariyle birleşimi olarak tanımlanır. Akıllı sensör sistemlerine ihtiyaç duyulan çok farklı alanlar vardır. Sağlık yönetim sistemlerinde, akıllı sensör bileşenleri, insanların genel sağlık durumunun teşhisini gerçekleştirmek için gereken dağıtılmış zekanın sağlanmasında kilit rol oynamaktadır. Akıllı sensör düğümleri, WSN modüllerinin de yapı taşlarıdır. Bunlar çevrelerinden bilgi algılayabilir, ölçebilir ve toplayabilir ve kullanıcı tanımlı bir karar sürecine dayanarak, yararlı verileri dış dünyaya aktarabilirler. Akıllı sensörler fabrikaları akıllı hale getirmede de kilit unsurdur. IoT, işlevi sıcaklık, basınç, kuvvet, yerçekimi, akış vb. gibi fiziksel bilim parametrelerini elektrik sinyaline dönüştüren sensörlerin kullanımını artıracaktır. Bir algılama sisteminin temelinde ölçülen miktara bağlı olarak çıktısını değiştiren sensör elemanı vardır. Bir ön işleme ünitesinde, sensör sinyali yeterli miktarda yükseltilmiş ve filtrelenmiş sinyale dönüştürülür.  Dijital sinyal işleme teknolojileriyle de ölçülen miktar üretim farkı, etki faktörleri ve yaşlanma süreçleri de dikkate alınarak hesaplanabilir. Akıllı sistemlerde ise bunlara ek olarak çoklu sensör etkileşimi, yerleşik zeka, gerçek zamanlı işleme gibi öğeler de bulunmaktadır (Şekil 2)

Akıllı sensörler gömülü yazılıma sahip elektronik kartlar aracılığıyla farklı uygulamalarda kullanılabilirler. Bu tür uygulamalarda bir mikro denetleyici bulunduğundan, sensörlerin temel işlevlerinin fonksiyonel olarak takip edilmesi yanı sıra algoritma kullanarak farklı sensörlerden gelecek bilgilerin gerçek zamanlı olarak kural motorlarında değerlendirilmesi ile birbirine entegre akıllı sistemlerin oluşturulabilmesi mümkündür. Sensörler kullanılarak oluşturulacak sistemlerin birbirleriyle veya daha büyük sistemlerle bağlantılı olduğu iletişim ağı ile nesnelerin interneti üzerinden birlikte çalışabilmesi ve bu sayede küçük parçaların toplamından daha büyük değerler oluşturulması (sinerji) sağlanabilecektir. Bu sinerji ile sensörler, PLC’ler, SCADA’lar, akıllı cihazlar, sistemler, insanlar bağlantılı hale gelecektir. Bu ilişki ağına iş süreçlerinin de entegre edilmesiyle aşağıdaki hedeflere ulaşılabilecektir:

• Artan Verimlilik ve Kalite
• Kısa Ürün Yaşam Döngüsü
• Esnek Üretim

Endüstri 4.0 uygulamaları kapsamında sensörlerin kullanımı ile oluşturulabilecek başlıca uygulamalar için örnek alınması gereken temel başlıklar:

• IOT: Nesne, Servis, İnsan, Sistem, Herşey’in İnterneti
• Büyük Veri
• Siber Güvenlik
• Akıllı Fabrikalar
• Otonom Robotlar
• Siber Fiziksel Sistemler/Simulasyon
• Kendi kendine öğrenen sistemler

Karmaşık sistemlerin analizi için semantik sistemler