معرفی مرجع سنسورها!!!

[am in 25041]

شايد با كلمه التراسونيك يا Ultrasonic بر خورد كرده باشيد.التراسونيك به معناي مافوق صوت است.فركانسهاي اين محدوده را ميتوان بين 40 كيلو هرتز تا چندين مگا هرتز در نظر گرفت.امواجي با اين فركانسها كه كاربردهايي چون سنجش ميزان فاصله،سنجش ميزان عمق يك مخزن،تعيين فشار خون يك بيمار،همگن كردن مواد مذاب،استفاده در دريلها جهت ايجاد ضربه و كارائي بيشتر دريل،تست قطعات صنعتي از نظر كيفي جهت تشخيص شكافها و سوراخهاي ريز و غيره اشاره كرد.

جهت استفاده از اين امواج يك سري سنسورهاي مخصوص طراحي شده كه ميتوان اين سنسورها را به دو دسته صنعتي و غير صنعتي تقسيم بندي كرد.سنسورهاي غير صنعتي در فركانسهايي در حدود 40 كيلو هرتز كار ميكنند و در بازار با قيمتهاي پايين در دسترس هستند. در اين سنسورها دقت كار بالا نبود و فقط در حد تشخيص يك فاصله يا عمق يك مايع ميتوان از آنها استفاده كرد.اما در سنسورهاي صنعتي كه در فركانسهاي در حد مگا هرتز كار ميكنند به دليل همين فركانس بالا ما دقت زيادي را خواهيم داشت.به طور نمونه ما در اينجا بلوك دياگرام طرح اندازه گيري ميزان فاصله توسط ميكروكنترلرavr را براي شما آورده ايم.

 

[am in 25041]

همانطور كه مي دانيد امروزه استفاده از سنسورهاي تشخيص حركت رونق پيدا كرده است ، چه در مباحث حفاظتي و امنيتي و چه در مسائل كنترل مصرف و بهينه سازي مصرف انرژي .

سنسور هاي PIR يا Pyroelectric Infrared Detectors سنسورهايي هستند كه طول موج Infrared محيط اطراف را دريافت مي كنند .

هر جسمي كه دمايش بالاتر از صفر درجه مطلق باشد داراي تشعشعات Infrared يا مادون قرمز است . اما اين موج داراي طول موج هاي مختلف براي درجه حرارتهاي متفاوت است .

كاري كه اين سنسور انجام مي دهد در واقع دريافت اين امواج در رنج بدن انسان و تشخيص آن است .

بدين وسيله شما يك آشكارساز حركت داريد كه فقط به حركات بدن انسان حساس است .

در مسائل امنيتي ، مثل سنسورهاي حركت دزدگيرها مفيد است و در مسائل مربوط به بهينه سازي مصرف انرژي در بخش كنترل روشنايي در اثر وجود/عدم وجود انسان در محيط كاربرد دارد .

مدار مرسومی که برای سنسورهای تشخیص بدن انسان به کار می رود شامل سه قسمت است :

 

• خود سنسور
  
• تقویت کننده
  
• مقایسه کننده
  

نمونه ای از مدار عملی آن را در شکل زیر می بینید .

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

[am in 25041]

تصدیق اثر انگشت به روش اتوماتیک مقایسه بین اثرانگشتهای مختلف اطلاق می شود. شناسایی با اثر انگشت یکی از روشهای بایومتریک Biometric شناسایی افراد است.

 

 

یک حسگر اثرانگشت قطعه ای الکترونیکی است که تصویری دیجیتالی را از اثر انگشت می گیرد. این تصویر گرفته شده "مرور زنده" یا Live Scan نامیده می شود. این تصویر سپس بطور دیجیتالی پردازش می شود تا یک الگوی بایومتریک را برای ذخیره و انطباق آتی ایجاد نماید.

معروفترین حسگرهای اثر انگشت ، حسگرهای نوری (مرئی) – که شبیه یک دوربین فیلم برداری عمل می کنند–،آلتراسونیک – که بر پایه آلتراسونوگرافی پزشکی کار میکنند – و خازنی (پسیو و اکتیو) هستند.

برای تطبیق تصویر گرفته شده با تصاویر موجود در حافظه از الگوریتمهای انطباقی نظیر PBA یا IBA (بترتیب یعنی الگوریتم بر مبنای الگوی اثرانگشت Pattern-Based-Algorithm و الگوریتم بر مبنای تصویر انگشت Image-Based-Algorithm ) و الگوریتم پیچیده تری بنام MBA الگوریتم اجزای ناچیزیا Minutia-Based-Algorithm استفاده میشود.

در الگوریتم PBA طرح اثرانگشت شامل خم، پیچش و حلقه با نمونه های حافظه مقایسه میشود. برای این منظورباید تصاویر در یک جهت معین قرار گیرند که الگوریتم نقطه مرکزی را در تصویر اثر انگشت یافته و آنرا با اثر انگشت ورودی هم مرکز میکند. هر الگو در این الگوریتم شامل نوع، اندازه و جهت طرحواره های تصویر تراز شده اثر انگشت است.

در الگوریتم MBA چندین قسمت مختلف از اجزای اثرانگشت موجود در حافظه نظیر لبه های انتهایی هر خط موجود در اثر انگشت، انشعابات در خطوط و شیارهای کوتاه بین خطوط با اثر انگشت ورودی مقایسه می شوند. این روش همچنین مانند روش قبلی نیاز به تصویری تراز شده از اثر انگشت دارد. تفاوت در این روش این است که بجای انطباق مراکز از یک قاب مرجع Reference Frame استفاده میشود. هر نقطه اجزای اثرانگشت در این الگوریتم بصورت یک بردار در طرحواره اثرانگشت ذخیره می شود.

کمپانی های لیدر در سنسورهای اثر انگشت فوجیتسو Fujitsu آوتن Authen و اتمل Atmel هستند. یک سنسور اثرانگشت MBF200 فوجیتسو شامل یک سنسور 500 دی پی آی (Dot Per Inches) هشت بیتی خازنی است. این مجموعه بصورت دوبعدی شامل 256 ردیف 300 پیکسلی است که بصورت تکنولوژی CMOS استاندارد ساخته شده اند. کل سطح سنسور ابعادی بطول 15 و عرض 12.8 میلیمتر را شامل میشود. هر پیکسل از یک الکترود فلزی ساخته شده که بصورت یک صفحه خازن عمل میکند. تماس انگشت با سطح سنسور صفحه دوم خازن را ایجاد میکند. لایه پسیویشن Passivation Layer روی سطح قطعه ، لایه دی الکتریکی بین انگشت و پیکسلها می سازد و محل سایش انگشت و مقاومت شیمیایی را بوجود می آورد. تصویر اثرانگشت با محاسبه ظرفیت خازنی هر پیکسل وتبدیل دیتا به یک تصویر 8 بیتی سیاه و سفید ایجاد می گردد. شکل زیر بلوک دیاگرام این سنسور را نشان می دهد. برای مشاهده ی بهتر تصویر آنرا Save کنید.

 

 

قلب و هسته ی اصلی یک سیستم تشخیص اثر انگشت بخش پردازش سیگنال دیجیتال است که بر مبنای الگوریتمهای مختلف اثر انگشت موجود را با مدلهایی که در حافظه دارد مطابقت می دهد. شکل زیر بلوک دیاگرام کلی یک سیستم شناسایی اثر انگشت را نشان می دهد.

 

 

تکنولوژیهای فعلی در زمینه حسگرهای اثرانگشت شامل طیف بسیار وسیعی از MEMS تا نانو تکنولوژی می شود. بعنوان مثال این مقاله سنسور الکترومکانیکال اثرانگشتی را معرفی میکند که با وضوح بسیار زیاد تصویر اثر انگشت را می سازد.

همچنین آخرین مقاله ارائه شده در IEEE در خصوص سیستمهای تصدیق بایومتریک مربوط به سال 2006 است که آنرا میتوانید از اینجا دانلود کنید.

در هر حال خوانندگان محترمی که مطالب تخصصی تری در خصوص این سنسورها نیاز دارند می توانند به منابع معتبر بسیار مراجعه کنند.

[am in 25041]

سنسورهاي القائي ، سنسورهاي بدون تماس هستند كه تنها در مقابل فلزات عكس العمل نشان مي دهند و مي توانند فرمان مستقيم به رله ها ، شيرهاي برقي ، سيستم هاي اندازه گيري و مدارات كنترل الكترونيكي ( مانند PLC ) ارسال نمايند.

اساس كار و ساختمان سنسورهاي القائي

 

قسمت اساسي اين سنسورها از يك اسيلاتور با فركانس بابلا تشكيل يافته كه مي تواند توسط قطعات فلزي تحت تاثير قرار گيرد . اين اسيلاتور باعث به وجود آمدن ميدان الكترومغناطيسي در قسمت حساس سنسور مي شود . نزديك شدن يك قظغه فلزي باعث به وجود آمدن جريان هاي گردابي در قطعه گرديده و اين عمل سبب جذب انرژي ميدان مي شود و در نتيجه دامنه اسيلاتور كاهش مي يابد . از آنجا كه طبقه دمدولاتور آشكارساز دامنه اسيلاتور است در نتيجه كاهش دامنه اسيلاتور توسط اين قسمت به طبقه اشميت تريگر منتقل مي شود . كاهش دامنه اسيلاتور باعث فعال شدن خروجي اشميت تريگر گرديده و اين قسمت نيز به نوبه خود باعث تحريك طبقه خروجي مي شود .

[am in 25041]

سنسورهای امپدانس مغناطیسی یا Magneto-Impedance Sensor و یا بطور خلاصه MI Sensor همانطوریکه از نامشان پیداست بر پایه اثر امپدانس مغناطیسی کار میکنند. بر این اساس، امپدانس یک مادۀ مغناطیسی بیشکل – یعنی بدون ساختار معیّن – نسبت به شدّت جریان میدان مغناطیسی خارجی وقتی با فرکانس بالا اعمال شود، تغییر میکند. معادله زیر ارتباط بین این امپدانس با سایر پارامترهای مادۀ مغناطیسی را نشان می دهد:

 

در این معادله

z= امپدانس ماده مغناطیسی

a= قطر ماده مغناطیسی

ρ= مقاومت نسبی

Rdc= مقاومت جریان مستقیم

ω = فرکانس جریان اعمال شده

µ= نفوذپذیری مغناطیسی محیط

Hex= میدان مغناطیسی خارجی

ارزیابی حساسیت سنسورهای MI بدلیل وابستگی آن به تغییرات امپدانس مادۀ مغناطیس شونده در فرکانس بالا بسیار مهم است. در این سنسورها، امپدانس در فرکانسهای پایین بسیار کم است و با افزایش فرکانس بسرعت تغییر میکند (شکل زیر). بدین لحاظ یک سنسور MI باید حساسیت و قدرت تفکیک پذیری بسیار بالایی داشته باشد.

 

 

سنسورهای MI را با تکنیک فیلم ضخیم میتوان ساخت.در انواع تجاری، سر این سنسورها شامل یک سیم از جنس مادۀ بیشکل است که بهرحال این ساختار از مینیاتور سازی آنها جلوگیری میکند. بهمین سبب مطالعه برروی سنسورهای MI از نوع فیلم نازک از سال 1998 بشکلی جدّی آغاز شد. در این نوع سنسورهای MI، امپدانس فیلمهای مغناطیسی بر پایه اثرپوستی و تغییر نفوذپذیری مغناطیسی نسبت به میدان خارجی اعمال شده به فیلم نازک تغییر میکند.

روش طراحی این سنسورها بدین شکل است که ابتدا بعنوان مثال از یک سیم پیچ مسی در ابعاد کمتر از 10 میکرون بخش اولیه سیم پیچ (این بخش را سیم پیچ بایاس می نامند) ایجاد و سپس برروی آن لایه نازکی از مادۀ عایق – معمولاً Al2O3 – نشانده شده و سپس لایه نازکی از مادۀ MI بعنوان هسته مغناطیسی (معمولاً ترکیب NiFe بصورت %81 نیکل و %19 آهن) به ضخامت 1 تا 5 میکرون نشانده شده و مجدداً روی آن ماده عایق و سرانجام ثانویه سیم پیچ (بعنوان سیم پیچ فیدبک منفی) نشانده میشود. ابعاد هسته مغناطیسی NiFe میتواند از 200 تا 1500 میکرون درطول و 2 تا 15 میکرون در عرض و 0.5 تا 5 میکرون در ضخامت تغییر کند. همچنین نسبت ابعاد را میتوان بصورت کلی 2000:200:2 (ضخامت:عرض:طول) نشان داد.

از جمله کاربردهای این سنسورها میتوان به یافتن مکان جغرافیایی وسائل نقلیه بکمک میدان مغناطیس زمین، سیستم اندازه گیری حرکت دندانه ای، محرکها و نوارهای نقاله، متال دیتکتورها در معادن،اندازه گیری نفوذ پذیری مغناطیسی اجسام و ... اشاره کرد.

[am in 25041]

مقدمه

 

يك عنصر هال از لايه نازكي ماده هادي با اتصالات خروجي عمود بر مسير شارش جريان ساخته شده است وقتي اين عنصر تحت يك ميدان مغناطيسي قرار مي گيرد، ولتاژ خروجي متناسب با قدرت ميدان مغناطيسي توليد مي كند. اين ولتاژ بسيار كوچك و در حدود ميكرو ولت است. بنابراين استفاده از مدارات بهسازي ضروري است. اگر چه سنسور اثرهال، سنسور ميدان مغناطيسي است ولي مي تواند به عنوان جزء اصلي در بسياري از انواع حسگرهاي جريان، دما، فشار و موقعيت و … استفاده شود. در سنسورها، سنسور اثر هال ميداني را كه كميت فيزيكي توليد مي كند و يا تغيير مي دهد حس مي كند.

ويژگيهاي عمومي

 

ويژگيهاي عمومي سنسورهاي اثرهال به قرار زير مي باشند:

1 - حالت جامد ؛

2 - عمر طولاني ؛

3 - عمل با سرعت بالا-پاسخ فركانسي بالاي 100KHZ ؛

4 - عمل با ورودي ثابت (Zero Speed Sensor) ؛

5 - اجزاي غير متحرك ؛

6 - ورودي و خروجي سازگار با سطح منطقيLogic Compatible input and output ؛

7 - بازه دمايي گسترده (-40°C ~ +150°C) ؛

8 - عملكرد تكرار پذيرعالي Highly Repeatable Operation ؛

9 - يك عيب بزرگ اين است كه در اين سيستمها پوشش مغناطيسي مناسب بايد در نظرگرفته شود، چون وجود ميدان هاي مغناطيسي ديگر باعث مي شود تا خطاي زيادي در سيستم اتفاق افتد.

تاريخچه

 

اثرهال توسط دكتر ادوين هال (Edvin Hall) درسال 1879 در حالي كشف شد كه او دانشجوي دكتراي دانشگاه Johns Hopkins در بالتيمر(Baltimore) انگليس بود.

هال درحال تحقيق بر تئوري جريان الكترون كلوين بود كه دريافت زماني كه ميدان يك آهنربا عمود بر سطح مستطيل نازكي از جنس طلا قرار گيرد كه جرياني از آن عبور مي كند، اختلاف پتانسيل الكتريكي در لبه هاي مخالف آن پديد مي آيد.

او دريافت كه اين ولتاژ متناسب با جريان عبوري از مدار و چگالي شار مغناطيسي عمود بر مدار است. اگر چه آزمايش هال موفقيت آميز و صحيح بود ولي تا حدود 70 سال پيش از كشف آن كاربردي خارج از قلمرو فيزيك تئوري براي آن بدست نيامد.

با ورود مواد نيمه هادي در دهه 1950 اثرهال اولين كاربرد عملي خود را بدست آورد. درسال 1965 Joe Maupin ,Everett Vorthman براي توليد يك سنسور حالت جامد كاربردي وكم هزينه از ميان ايده هاي متفاوت اثرهال را انتخاب نمودند. علت اين انتخاب جا دادن تمام اين سنسور بر روي يك تراشه سيليكن با هزينه كم و ابعاد كوچك بوده است اين كشف مهم ورود اثر هال به دنياي عملي و پروكاربرد خود درجهان بود.

تئوري اثرهال

 

اگر يك ماده هادي يا نيمه هادي كه حامل جريان الكتريكي است در يك ميدان مغناطيسي به شدت B كه عمود برجهت جريان عبوري به مقدار I مي باشد قرار گيرد، ولتاژي به مقدار V در عرض هادي توليد مي شود.

 

 

اين خاصيت در مواد نيمه هادي داراي مقدار بيشتري نسبت به مواد ديگر است و از اين خاصيت در قطعات اثرهال تجارتي استفاده ميشود. ولتاژها به اين علت پديد مي آيد كه ميدان مغناطيسي باعث مي شود تا نيروي لرنتز برجريان عمل كند و توزيع آنرا برهم بزند(F=q(V´B . نهايتا حاملهاي جريان مسير منحني را مطابق شكل بپيمايند.

 

 

حاملهاي جريان اضافي روي يك لبه قطعه ظاهر مي شوند، ضمن اينكه در لبه مخالف كمبود حامل اتفاق مي افتد. اين عدم تعادل بار باعث ايجاد ولتاژ هال مي شود، كه تا زماني كه ميدان مغناطيسي حضور داشته و جريان برقرار است باقي مي ماند.

 

 

براي يك قطعه نيمه هادي يا هادي مستطيل شكل با ضخامت t ولتاژهايV توسط رابطه زير بدست مي آيد:

 

KHضريب هال براي ماده مورد نظر است كه بستگي به موبيليته بار و مقاومت هادي دارد.

آنتيمونيد ايريديم تركيبي است كه در ساخت عنصر اثرهال استفاده مي شود و مقدار KH براي آن 20 است.

ولتاژهال در رنج 7 ميكرو ولت در سيليكن بوجود مي آيد و تقويت كننده براي آن حتمي است. سيليكن اثر پيز و مقاومتي دارد و بنابراين براثر فشار مقاومت آن تغيير مي كند. در يك سنسور اثر هال بايد اين خصوصيت را به حداقل رساند تا دقت و صحت اندازه گيري افزوده شود. اين عمل با قرار دادن عنصر هال بريك IC براي به حداقل رساندن اثر فشار و با استفاده از چند عنصر هال انجام ميشود. بطوري كه بر هر يك از دو بازوي مجاور مدار پل يك عنصر هال قرار گيرد، در يكي جريان بر ميدان مغاطيسي عمود است و ولتاژ هال ايجاد مي شود و در ديگري جريان موازي با ميدان مغناطيسي مي باشد و ولتاژ هال ايجاد نمي‌شود. استفاده از 4 عنصر هال نيز مرسوم مي باشد.

 

 

اساس سنسورهاي اثرهال

 

عنصرهال، سنسور ميدان مغناطيسي است. باتوجه به ويژگيهاي ولتاژ خروجي اين سنسور نياز منديك طبقه تقويت كننده و نيز جبران ساز حرارتي است. چنانچه از منبع تغذيه با ريپل فراوان استفاده كنيم وجود يك رگولاتور ولتاژ حتمي است.

رگولاتور ولتاژ باعث مي شود تا جريان I ثابت باشد بنابراين ولتاژ هال تنها تابعي از شدت ميدان مغناطيسي مي باشد.

اگر ميدان مغناطيسي وجود نداشته باشد ولتاژي توليد نمي شود. با وجود اين اگر ولتاژ هر ترمينال اندازه گيري شود مقداري غير ا ز صفر به ما خواهد داد. اين ولتاژ كه براي تمام ترمينال ها يكسان است با CMV) Common Mode Voltage) شناخته مي‌شود. بنابراين تقويت كننده بكار گرفته شده مي بايست يك تقويت كننده تفاضلي باشد تا تنها اختلاف پتانسيل را تقويت كند.

 

 

سنسورهاي هال ديجيتال

 

در اين سنسورها وقتي بزرگي ميدان مغناطيسي به اندازه مطلوبي رسيد سنسور ON مي شود و پس از اينكه بزرگي ميدان از حد معيني كاهش يافت سنسور خاموش مي شود. لذا در اين سنسورها خروجي تقويت كننده تفاضلي را به مدار اشميت تريگر مي دهند تا اين عمل را انجام دهد، براي جلوگيري از پرش هاي متوالي از تابع هسترزيس زير استفاده مي كنند.

 

 

سنسورهاي آنالوگ

 

سنسورهاي آنالوگ ولتاژ خروجي خود را متناسب با اندازه ميدان مغناطيسي عمود بر سطح خود، تنظيم مي كنند. با توجه به كميت هاي اندازه گيري اين ولتاژ مي تواند مثبت يا منفي باشد. براي اينكه سنسورهاي ولتاژ خروجي منفي توليد نكند و همواره خروجي تقويت كننده تفاضلي را با يك ولتاژ مثبت را پاس مي كنند.

 

 

در شكل بالا توجه داريم كه يك نقطه صفر وجود دارد كه در آن ولتاژي توليد نمي شود . از ويژگيهاي اثرهال نداشتن حالت اشباع است و نواحي اشباع در شكل مربوط به آپ امپ در سنسور اثر هال مي باشد .

معمولا خروجي تقويت كننده تفاضلي را به ترانزيستور پوش-پول مي د هند.

 

 

كاربرد هاي سنسورهاي اثرهال

 

 

• سنسور موقعیت تشخیص پره ( Vane Operated Position Sensor)
  
• سنسور ترتيبی ( Sequence Sensor )
  
• سنسور مجاورتی ( Proximity Sensor )
  
• سنسور ماشین های اداری
  
• سنسور موقعیت چندگانه (Multiple position sensor)
  
• سنسور غیر لغزشی ( Anti-Skid sensor )
  
• سنسور موقعیت پیستون (Piston detection sensors)
  

[am in 25041]

سنسور ترتيبي Sequence Sensor

شكل زير را در نظر داشته باشيد.

 

 

تعدادي ديسك آهني بر روي يك شفت قرار گرفته اند. اين ديسكها از فاصله هوايي سنسورهاي پره (Vane Sensor) عبور مي كنند. شكل هر كدام از اين ديسكها بگونه اي است كه يك مجموعه از آنها منجر به توليد كدهاي خاصي مي شود. سنسور پره در اثر حضور ديسك در فاصله هوايي خروجي را صفر و در اثر عدم حضور آن خروجي را يك مي گويند. به اين ترتيب كد حاصل از اين روش موقعيت يا وضعيت شفت را نشان مي دهد. به جاي استفاده از ديسك ها و سنسورهاي پره مي توان از آهنرباي حلقه اي متصل به شفت و سنسورهاي اثرهال دو قطبي (bipolar) استفاده نمود.

 

 

[am in 25041]

سنسورهاي خازني سنسورهاي بدون تماس و بدون كنتاكت الكتريكي هستند كه در مقابل فلزات و اغلب غير فلزات عمل مي نمايند . اين سنسورها براي كنترل سطوح در مخازني كه از مواد پودري ، مايع و با دانه دانه پر شده اند مناسب مي باشند . همچنين از آنها مي توان به عنوان مولد پالس به منظور كنترل وضعيت برنامه ماشين آلات براي شمارنده ها و آشكارسازي تقريبا تمام مواد فلزي و غير فلزي استفاده كرد .

 

عملكرد

 

ساختمان اساسي اين سنسورها از چهار قسمت تشكيل شده است :

قسمت اساسي اسيلاتور از دو قطعه فلزي تشكيل شده است . وضعيت قرارگيري اين قطعات فلزي نسبت به هم طوري است كه باعث ايجاد يك ظرفيت خازني مي شود . هرگاه قطعه اي با ضريب الكتريكي E به صفحه حساس نزديك گردد باعث تغيير ظرفيت خازني بين صفحات مي شود . اين تغيير ظرفيت خازني باعث تغيير دامنه خروجي اسيلاتور مي شود .

دمدولاتور دامنه اسيلاتور را آشكار مي كند و اين مقدار را با سطح مرجع مقايسه مي نمايد . هرگاه دامنه اين مقدار از دامنه مرجع بيشتر باشد ، خروجي سنسور تحريك مي شود . آمپلي فاير خروجي وظيفه تامين جريان بار را به عهده دارد.

نمونه تصويري كاربرد اين سنسورها را در تصاوير زير مشاهده مي نمائيد:

در اينجا به سه کاربرد ديگر اين نوع سنسورها اشاره اي مي شود.

کنترل فاصله هد از سطح

 

در سيستم کنترل يك هد که مي بايست با فاصله معيني روي يك سطح با سرعت و دقت بالا در حرکت باشد ، نياز به يك سنسور با حساسيت و پهناي باند بالا مي باشد که بتواند تغييرات موقعيت هد را به سرعت و با دقت حس کند.

يكي از انواع سنسورهايي که امروزه به طور متداول براي اين کار مورد استفاده قرار مي گيرند ، سنسورهاي خازني مي باشند که حساسيت و پهناي باند بالايي دارند. به عنوان مثال براي کنترل موقعيت يا فاصله هد هارد ديسک از سطح ديسک يا

 

هد روباتي که براي ساخت بردها و وسايل ظريف الکترونيکي به کار مي رود ، از اين نوع سنسورها استفاده مي شود. در اين کاربردها ، يك سنسور را به هد متصل مي کنند که با تغيير فاصله هد با سطح ، ظرفيت خازني سنسور تغيير مي کند.

 

در واقع در اينجا probe به عنوان صفحه متغيير خازن به کار مي رود. با تغيير موقعيت هد ، probe نيز جابجا مي شود و همين باعث تغيير ظرفيت خازن و تغيير ولتاژ خروجي سنسور مي گردد. البته تصوير فوق زياد گويا نيست و فقط شماتيک روش را بيان مي کند.

سيستم وزن کردن در حرکت براي وسايل نقليه

 

روش متداول براي وزن کردن وسايل نقليه ، وزن کردن استاتيک مي باشد که وسيله را روي يک ترازو (کرنش سنج متداول) متوقف مي کنند ؛ اين روش دقت زيادي دارد ولي وزن هر محور را نمي توان به طور مجزا تعيين نمود ، همچنين در بعضي کاربردها مطلوب نيست که وسيله نقليه را متوقف کرد.

اين سيستم با نام( WIM(Wiegh In Motion معرفي شده است. يک روش بري اندازه گيري وزن خودرو در حال حرکت ، استفاده از سنسور خازني است که البته با خازنهاي معمولي تفاوت دارد.

 

اين ساختار نسبت به تداخل الكترومغناطيسي حساسيت کمتري دارد.

اين روش وزن کردن نسبت به روشهاي قبلي خيلي سبک تر و راحت تر است و نياز به توقف کامل وسيله نقليه براي اندازه گيري وزن آن نيست.

در جدول زير نتايج حاصل از آزمايش با سرعتهاي مختلف را داريم.

 

در زير نيز پاسخ سنسور به عبور يك وسيله نقليه را مي بينيم.

 

اندازه گيري ضخامت مواد عايق

 

در اين روش دو صفحه خازن ثابت هستند و دي الکتريک بين آنها تغيير مي کند. از آنجايي که تغيير ظرفيت ، متناسب با تغيير ضخامت عايق بين صفحات است ، از اين روش مي توان براي تعيين ضخامت مواد عايق استفاده کرد.

 

روش فوق فقط براي تعيين ضخامت يک ماده خاص به کار مي رود و سنسور براي همان ماده کاليبره شده است. در روش ديگر سنسور نسبت به تغيير جنس ماده عايق بين صفحات واکنش بيشتري نشان مي دهد که اين روش بيشتر براي کنترل کيفيت مواد ساخته شده به کار مي رود.

در نهايت با توجه به کاربردهاي فوق ، متداول ترين روش استفاده از سنسورهاي خازني ، تغيير فاصله بين صفحات آن مي باشد که بيشتر براي اندازه گيري نيرو ، فشار يا هر تنش ديگري به کار مي رود. روشهاي ديگر بر اساس تغيير سطح مشترک صفحات خازن و يا ماده دي الکتريک بين صفحات به کار مي روند.

[am in 25041]

امروزه سه نوع مختلف از سنسورهای دربهای اتوماتیک در بازار وجود دارد:

1- سنسورهای مادون قرمز اکتیو: این دسته از سنسورها ی استاتیک تنها اشخاص و اشیایی را تشخیص میدهند که باعث شکسته شدن پرتو نور ماودون قرمز شوند. محل تشخیص شامل نقاطی وابسته به یک سطح وسیع است که روی فواصل مرکزی نوری لنزهای فرستنده و گیرنده قرار میگیرند. این سنسورها امروزه در دو دسته ی مجزا تقسیم بندی میشوند:

حذف زمینه: این دتکتورها در قسمتهای متحرک مانند دربهای گردان یا چرخان استفاده میشوند (دقت کنید بنا بر چرخشی بودن درب امکان ایجاد زمینه Background وجود ندارد). بنابراین این سیستم نیازی به زمینه مانند دیوار یا سطح زمین ندارد.

آنالیز کننده زمینه: این نوع دتکتورها به سیگنالی از زمینه نیاز دارند تا بتوانند خروجی داشته باشند. در این سیستمها (1) سنسور نصب شده نیاز به بک گراند دارد (دیوار یا کف زمین). (2) سطح مورد نظر برای اسکن شدن درون فواصل ممکن از پیش تعریف شده بصورت مکانیکی تنظیم می شود. (3) هر شیئ درون این ناحیه بصورت استاتیکی نمایان میشود.

سنسور اکتیو مادون قرمز نصب شده در بالای درب

 

 

 

ناحیه تحت اسکن

 

 

 

2-سنسورهای مادون قرمز پسیو: طرز کار این نوع سنسورها بسیار شبیه دوربین های مادون قرمزی است که برای یافتن تلفات حرارتی ساختمانها بکار میروند. سنسورهای حساس به مادون قرمز تصویری حرارتی از محل مشخص شده را بوجود می آورند. پس از یک زمان تنظیم اولیه – حدوداً 20 ثانیه – تصویر مادون قرمز ذخیره می شود. در مرحله ی بعد اگر تصویر حرارتی Heat Image تغییر کرد (حرکتی اتفاق افتاد) سنسور به خروجی سیستم سوئیچ می کند. در این حال باید دو شرط زیر را در نظر گرفت:

 

• حتماً باید اختلاف دمای +/- (1.8) فارنهایت یا +/- (-16.8) سانتیگراد بین زمینه و شئ مورد نظر وجود داشته باشد.
  

 

• شئ مورد نظر باید سرعت جابجایی حداقل 4 اینچ یا ده سانتیمتر بر ثانیه داشته باشد.
  

این میزان اختلاف دما بین شئ و بک گراند همواره سیستم تشخیص فوق را برای تشخیص موجودات زنده گارانتی میکند ولی برای بعضی از اشیاء ممکن است نتیجه خوبی بهمراه نداشته باشد.

سنسورهای دربهای لولایی یک طرفه باید بتوانند هر دو سوی درب را اسکن کنند.

 

 

 

3-میکروویو: امواجی الکترومغناطیسی منتشر شده بیشتر از یک گیگاهرتز بکمک آنتن های متحرک را براحتی میتوان ارسال و بدون مشکل آنها را از طریق کف زمین، دیوار و سایر سطوح به گیرنده برگشت داد. اگر هیچ حرکتی در محل تحت نظارت وجود نداشته باشد، فرکانس ارسال و دریافت یکسان باقی می ماند ( که بدین مفهوم است که محل عاری از هر جنبده ای است). با قرار گرفتن هر موجود زنده یا غیر زنده در محل تحت پوشش، فرکانس برگشتی در نتیجه برخورد به شئ با فرکانس ارسالی متفاوت بوده و این اختلاف توسط سیستم الکترونیکی آشکار شده و باعث فعال شدن سوئیچ خروجی میگردد. توان سنسورهای مایکروویو مورد استفاده از هر نظر برای انسانها وحیوانات ایمن است.

 

 

تفاوت ناحیه ی تحت پوشش توسط مایکروویو و سنسور مادون قرمز اکتیو

 

 

 

حذف تداخلات: عواملی نظیر باران، برف، لامپهای فلورسنت، لرزش ناشی از محرکهای درب (نظیر موتورها و اکچویترها)، تلفنهای موبایل، تجهیزات رادیویی و اشعه ایکس را بطور کلّی الکترواسماگ Electrosmog یا غبار الکترونیکی می نامند [برای مطالعه بیشتر در این مورد اینجا را کلیک کنید]. برای عملکرد بهینه سنسورهای دربهای اتوماتیک در مقابل این تداخلات نیاز به مدارات الکترونیکی بهینه ساز می باشد. این مدارات الکترونیکی را می توان بطور مجزا یا بهمراه سنسور درب تهیه نمود. برای سیستمهای ساده ای نظیر باز و بسته شدن درب شاید نیازی به تهیه این مدارات جانبی نباشد.

سنسورهای دربهای اتوماتیک شامل دربهای کشویی، تاشو، چرخان و گردان می توانند تنها یک سنسور ساده برای تشخیص جسم متحرک باشند. اما امروزه سنسورهای پیشرفته تری برای دربهای اتوماتیک ساخته شده اند که حتی میتوانند حرکت عرضی اشیاء از مقابل درب را نادیده بگیرند و تنها برای حرکتی سوئیچ کنند که مستقیماً بطرف درب می آید. این پیشرفت واقعاً باعث خوشحالی بسیاری از مدیران هتل ها و سایر مراکزی است که از باز و بسته شدنهای بی مورد درب عذاب می کشیدند. سنسورهای اکتیو مادون قرمز اکنون چنین نقشی را بعهده گرفته اند، بطوریکه تا شخصی روبروی مسیر ورود بطرف درب قرار نگرفته باشد عمل نمی کنند.

نهایتاً اینکه هر سیستم الکترونیکی تابع ضوابط و استانداردهایی است و صد البته سنسور دربهای اتوماتیک و سیستمهای وابسته به آنهم نیز تابع استاندارد است.

[am in 25041]

شكل زير راه حلي را براي كنترل نيروي ترمز يك چرخ نشان ميدهد. هدف اين است بدون اينكه چرخ به اصطلاح قفل شود اتومبيل درحداقل زمان ممكن متوقف شود.

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

 

 

در اين سيستم سنسور بگونه اي قرار گرفته است كه يك چرخ دنده داخلي را حس مي كند. زمان عكس العمل سيستم توقف بر مبناي فركانس سيگنالي كه سنسور توليد مي كند تخمين زده مي شود.

[am in 25041]

دستگاههاي فتوكپي ، فاكس ، پرينترهاي كامپيوتر از اين سنسورها مي توانند استفاده كنند.

براي مثال پرينتر ، جهت دريافت وجود كاغذ و نيز جريان كاغذ از سوئيچ هاي اثرهال استفاده مي كنند.

 

 

ويژگي

 

 

• بدون تماس
  
• بدون اعمال نيروي اضافي
  
• عمر طولاني
  

[am in 25041]

در دو طرح زير 4 سنسور اثرهال با خروجي ديجيتالي كه بر يك صفحه آلومينيومي قرار گرفته اند نشان داده شده است .در شكل اول سنسورها تك قطبي و در شكل دوم سنسورها دو قطبي هستند.

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

[am in 25041]

اين سنسورها در مجاورت میدان مغناطیسی عمل مي نمايند .هرگاه يك قطعه آهنربا در مقابل اين سنسور قرار گيرد كنتاكت آن عمل خواهد كرد .

 

 

در صورتي كه بار سلفي به اين نوع سنسورها وصل گردد ، به منظور حفاظت و عمر طولاني بهتر است از تركيب C و R طبق شكل زير استفاده كرد .

 

 

كاربرد

 

اين سنسورها كاربردهاي وسيعي در صنايع مختلف دارند . به طور نمونه مي توان به موارد خاصي چون تشخيص و كنترل سطح مايعات ، تشخيص موقعيت پيستون در داخل سيلندر ، اندازه گيري سرعت و ... اشاره كرد :

[am in 25041]

در شكل مقابل روشي جهت موقعيت سنجي پيستون در يك سيلندر غير آهني داده شده است. درحالت نخست آهنربا هايي را در درون پيستون به گونه اي قرار مي دهند تا توسط چند سنسور اثرهال با خروجي خطي دريافت شوند.

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

 

 

در حالت دوم از يك پيستون آهني و آهنربا و سنسور اثرهال استفاده مي شود. در اين حالت نياز است تا مشخصات سيستم مغناطيسي بطور مطلوبي در دسترس باشد.

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

 

 

برقراري هاي استفاده از اثرهال در اين موقعيت سنجي به شرح زير مي باشد:

1- ابعاد كوچك سنسورها

2 - عدم نياز به منبع قدرت خارجي براي آهنرباها

3 - رنج دمايي بزرگ از °40 تا 150°

4 - توانايي عمل در محيط كثيف و آلوده

[am in 25041]

شكل زير سنسور اثرهال را در كنار 3 مقايسه كننده ولتاژ نشان مي دهد اين سنسور چندگانه داراي 3 خروجي ديجيتالي است.

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

 

 

[am in 25041]

سنسور نخ جهت تشخيص پارگي انواع نخ طراحي گرديده است و در ماشين هاي نساجي ، دستگاه هاي بافندگي و ريسندگي مورد استفاده قرار مي گيرد .

سنسور نخ در صورت پارگي نخ ، دستگاه مورد نظر را سريعا متوقف مي سازد تا از خسارت و اتلاف وقت جلوگيري گردد .

عملكرد سنسور نخ هنگامي كه نخ در داخل شيار قرار دارد خروجي سنسور در حالت غير فعال مي باشد . در صورت پارگي نخ ، خروجي به رله فرمان توقف دستگاه را مي دهد .

[am in 25041]

فوتو سنسورها، سنسورهای آپتیک و یا سنسورهای نوری بطور کلی بر حسب وظیفه ای که برای درک یک اثر به آنها واگذار شده است به سه گروه عمده تقسیم می شوند. این دسته بندی در مثلث معروفی خلاصه می شود که به مثلث SIS معروف است. این سه حرف مخفف کلمات Spatial ، Intesisty ، Spectral می باشند. هر گوشه ی این مثلث نوع پارامتری را نشان می دهد که باید اندازه گیری شود و اطلاعات اندازه گیری شده را ارسال نماید.

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

 

 

از آنجاییکه سنسورهای نوری در زمره ی حس کننده های راه دور بشمار میروند - یعنی تماس فیزیکی با کمیت مورد اندازه گیری ندارند- لذا دسته بندی کاملتری برای آنها می توان ایجاد نمود که بطور خلاصه در شکل زیر ارائه شده است.

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

 

 

با جلوتر رفتن در شاخه های درختواره ی انواع سنسورها، به دو شاخه ی اصلی Image Plane و Object Plane در سنسورهای نوری می رسیم. بسته به اینکه کجا پرتوهای نور همگرا میشوند در شکل زیر این دو شاخه ی اصلی مورد بررسی قرار گرفته اند:

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

 

 

 

دسته بندی دیگری نیز در درختواره ی سنسورهای راه دور برای سنسورهای نوری وجود دارد. این دسته بندی به اسکن کردن یا عدم اسکن کمیت یا شیء مورد نظر بستگی دارد. از آنجاییکه عملکرد سنسورهای نوری به طول موج نور دریافتی بستگی داشته و نیاز به دانش اولیه در فیزیک نور دارد، علاقمندان می باید قبل شروع به کار در این زمینه از سنسورها به مطالعه ی کافی در زمینه ی فیزیک نور بپردازند.

برای آندسته از علاقمندانی که قصد فراگیری مطالب بیشتری در زمینه سنسورهای نوری دارند فایلی به زبان انگلیسی تهیه شده است که می توانند آنرا از

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

دانلود کنند. همچنین فایلی با حجم حدوداً500 کیلوبایت و با فرمت pdf در خصوص کالیبره کردن یک سنسور نوری نیز از

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

قابل دانلود کردن است.

[am in 25041]

سنسورهای بارکد سری OBTC شامل یک فوتو ترانزیستور تک امیتره اند که نور بازتابیده به نوارهای بارکد بوسیله فوتو دیود داخلی را از طریق یک لنز دریافت می کنند. در OBTC-0480 فوتو دیود داخلی نور مادون قرمزی با طول موج 940نانومتر را منتشر می سازد. در حالیکه OTBC-0490 دارای نوری مرئی با طول موج 660 نانومتر است. در مدل OTBC-0482 نور بازتابیده به بیس فوتو ترانزیستور از ابتدا یک ***** عبور میکند. هدف از بکارگیری ***** در این نوع سنسور بارکد استفاده از آن در محیطهای با شدت نور بسیار بالاست. ولتاژ تغذیه هر سه مدل 5 ولت در توانی معادل 100 میلی وات است.

مدار شکل یک بکمک یک سنسور بارکد سری OTBC-04XX طراحی و شبیه سازی شده است. خروجی سنسور توسط اولین طبقه تقویت کننده (U2)، که یک تقویت کننده از نوع Transimpedance Amplifier است، تقویت میشود. ولتاژ پایه ی ورودی منفی U2 توسط پتانسیومتر متصل به آن در حدود 750 میلی ولت تنظیم شده است. زوج U3 و U4 بصورت تقویت کننده پوش پول با قابلیت تثبیت گین ولتاژ بکار رفته اند. سیگنال خروجی پوش پول در تقویت کننده ی فیدبک U5 تقویت و سرانجام توسط تقویت کننده تک ترانزیستور Q1 آنرا میتوان به مصارف مختلف رسانید.

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

مدار آشکار ساز بار کد بکمک سنسور بارکد سری OTBC-04XX

 

 

 

باید توجه داشت که بجای عنصر بارکد استفاده شده در شکل یک باید از شماتیک ارائه شده در شکل دو استفاده کنید. در این شکل بعلاوه شماره پایه های سنسور بارکد OTBC-04XX نیز ارائه شده است. در اینصورت خروجی متناسب با عرض خطوط بارکد بصورت شکل شماره سه را دریافت خواهید کرد. مدار فوق توسط نرم افزار EWB10 طراحی و سیموله شده است.

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

 

 

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

نحوه اتصال سنسور بارکد

 

 

 

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

خروجی مدار در کلکتور ترانزیستور Q1 (قهوه ای) نسبت به خروجی U2 (سبز)

[am in 25041]

اين سنسورها گاهاً تحت عنوان سنسورهاي پره شناخته مي شوند و شامل يك آهنربا و يك سنسور اثرهال با خروجي ديجيتالي مي باشند. شكل زير اين دو بخش را در يك بسته نشان ميدهد.

 

 

اين سنسور داراي يك فاصله هوايي ميان آهنربا و سنسور اثرهال مي باشد و توانايي موقعيت سنجي خطي و نيز موقعيت سنجي زاوايه اي را نيز دارد.

اساس عملكرد

 

شكل مقابل را در نظر بگيريد. وقتي كه پره در فاصله هوايي بين اهنربا وسنسور اثرهال قرار گيرد خطوط شار مغناطيسي پراكنده مي شوند و توسط سنسوراثر هال احساس نمي شوند، بنابراين خروجي سنسور در سطح منطقي صفر (OFF) قرار مي گيرد.

شكل بالا نشان ميدهد كه وقتي كه يك پره ميان اين سنسور مي رود چه اتفاقي مي افتد. درحركت از چپ به راست وقتي لبه جلوي پره به ناحيه b مي رسد، آنگاه سنسور از حالت ON به حالت OFF تغيير وضعيت مي دهد و اين حالت تا زماني كه لبه انتهايي پره به ناحيه d برسد ادامه پيدا مي كند تا در آن لحظه از OFF به ON تغيير وضعيت دهد. بنابراين مدت زماني كه خروجي سنسور OFF است برابر با فاصله بين d ,b بعلاوه پهناي پره مي باشد. درحركت از راست به چپ نيز وضعيت كاملاً مشابه است. در اكثر مواقع پره ها بصورت به هم پيوسته مي باشند. اين حالت در شكل زير در نظر گرفته شده است.

 

 

توجه كنيد كه اين دو حالت هيچ تفاوتي باهم ندارند.

رابطه بين مدت زمان OFF ,ON براي حالت پره دندانه اي به پيوسته در جدول زير خلاصه شده است.

 

 

نمونه هايي از اين سنسور ها در زير آمده است .

 

• 2AV series
  

 

• 4AV series
  

 

• SR 17 / 16 series
  

[ehsan-h 12]

خیلی خیلی ازت ممنونم،واقعا عالی بود،یه سوال دارم،کفتی بدون تماس مستقیم،این سنسور به کجای سیم ما وصل میشه و خروجیش به صورت ولتاژه یا جریا

ن؟ قطعا خروجیش به صورتAC هستش،برای خوندنش با یه میکرو هم باید یکسوش کرد و هم ولتاژش(البته اگه خروجیش ولتاژه) رو پایین آورد؟:icon_pf (44):