تعریف سنسور
واژه سنسور از سنس یعنی احساس کردن، گرفته شده است .سنسور یعنی چیزی که می تواند احساس کند. همیشه در علم الکتروینک این نکته وجود دارد که برای اینکه بتوانید الکترونیک را در هر جایی مورد استفاده قرار بدهید، باید پدیده ها را به زبان ولتاژ و جریان تبدیل کنید .سنسورها هم برای همین ساخته شده اند؛ سنسورها در انواع مختلف بسته به نیاز مورد استفاده ساخته شده اند ، منتها همه ی سنسورها پدیده مورد بررسی را به یک سیگنال الکتریکی تبدیل می کنند یا اینکه بر سر راه یک مدار بسته می شوند؛ مثلا فتو سل ها یا سلولهای نوری که به نور حساسند : شما وقتی از سنسور نوری استفاده می کنید در حقیقت تاثیر نور را در یک فضا باآن قطعه مورد بررسی قرار می دهید .
وقتی نور به فتوسل برسد یک سیگنال الکتریکی تولید می کند بررسی اینکه چه اتفاقی می افتد مربوط می شود به جنس ماده ای که در این سلولها استفاده می شود منتها نتیجه اینکه این سیگنال توسط یک مدار الکترونیکی تقویت و یا کنترل می شود در نهایت می تواند یک پالس الکتریکی باشد .برای راه اندازی یک رله و ..تفاوت سنسورها در اینکه جنس و تحریک پذیری متفاوتی دارند مثلا سنسور حرارتی یا ترما سنس که به حرارت حساس است وقتی حرارت محیط به یک درجه معین برسد بازهم همان سیگنال را تولید می کند و یا اینکه مثل یک کلید راه جریان را قطع و یا وصل می کند .
سنسورهای حساس به دود که با موارد راداکتیو ساخته می شوند و کار کردن با آنها نیاز به حساسیت بیشتری دارد بر اثر دود تحریک می شوند و باز هم یک سیگنال الکتریکی تولید می کنند .سنسورهای صوتی و حتی حساس به امواج نیز وجود دارند .در ساخت و استفاده از سنسورها این نکته وجود دارد که کدام پدیده را توسط سنسور شناسایی کنیم . در ساخت و طراحی سنسورها باید به ذکر این نکته پرداخت که از خاصیت مواد مختلف استفاده می شود و بر اساس عکس العمل مواد و عنصر های مختلف )در از دست دادن یا گرفتن الکترون ( ترکیباتی ساخته که دریک محفظه قرار داده می شود وبه نام سنسور در جاهای مختلف ازآنها استفاده می شود.
به طور کلی سنسور المان حس کننده ای است که کمیتهای فیزیکی مانند فشار، حرارت، رطوبت، دما، و… 01 دستگاههای اندازه گیری، سیستمهای کنترل آنالوگ و دیجیتال مانند PLCمورد استفاده قرار میگیرند .عملکرد سنسورها و قابلیت اتصال آنها به دستگاههای مختلف از جمله PLCباعث شده است که سنسور بخشی از اجزای جدا نشدنی دستگاه کنترل اتوماتیک باشد .سنسورها اطلاعات مختلف از وضعیت اجزای متحرک سیستم را به واحد کنترل ارسال نموده و باعث تغییر وضعیت عملکرد دستگاهها می شوند.
سنسورهای بدون تماس
سنسورهای بدون تماس سنسورهائی هستند که با نزدیک شدن یک قطعه وجود آنرا حس کرده و فعال می شوند .این عمل به نحوی که در شکل زیر نشان داده شده است می تواند باعث جذب یک رله ، کنتاکتور و یا ارسال سیگنال الکتریکی به طبقه ورودی یک سیستم گردد.
کاربرد سنسورها
- شمارش تولید : سنسورهای القائی ، خازنی و نوری
- کنترل حرکت پارچه و … : سنسور نوری و خازنی
- کنترل سطح مخازن : سنسور نوری و خازنی و خازنی کنترل سطح
- تشخیص پارگی ورق : سنسور نوری
- کنترل انحراف پارچه : سنسور نوری و خازنی
- کنترل تردد :سنسور نوری
- اندازه گیری سرعت :سنسور القائی و خازنی
- اندازه گیری فاصله قطعه :سنسور القائی آنالوگ
مزایای سنسورهای بدون تماس
سرعت سوئیچینگ زیاد
سنسورها در مقایسه با کلیدهای مکانیکی از سرعت سوئیچینگ بالایی برخوردارند ، بطوریکه برخی از آنها )سنسور القائی سرعت( با سرعت سوئیچینگ تا 25 KHz کار می کنند .
طول عمر زیاد
بدلیل نداشتن کنتاکت مکانیکی و عدم نفوذ آب، روغن، گرد و غبار و … دارای طول عمر زیادی هستند.
عدم نیاز به نیرو و فشار: با توجه به عملکرد سنسور هنگام نزدیک شدن قطعه، به نیرو و فشارنیازی نیست. قابل استفاده در محیطهای مختلف با شرایط سخت کاری: سنسورها در محیطهای با فشار زیاد،دمای بالا، اسیدی، روغنی، آب و … قابل استفاده می باشند.
عدم ایجاد نویز در هنگام سوئیچینگ: به دلیل استفاده از نیمه هادی ها در طبقه خروجی، نویزهای مزاحم ( (Bouncing Noiseایجاد نمی شود .
امروزه کلمه سنسور به هیچ وجه از مفاهیمی مانند میکروپرسسور، ترانسپیوتر، انواع مختلف حافظه و سایر عناصر الکترونیکی به عنوان یکی از لغات وابسته به دنیای نوآوری های تکنولوژی اهمیت کمتری راندارد .با وجود این سنسور هنوز هم فاقد یک تعریف دقیق است همچنان که عباراتی از قبیل “پروب” ، ” بعد سنج ” ، ” پیک آب ” یا ترنسدیوسر ” مدتها چنین بودهاند . بنابراین جای تعجب از اینکه انتشاراتی که با سنسورها سر و کار دارند غالبا بحث خود را با تعریفی از سسنسور می گشایند .کوشش های زیادی به عمل آمده است تا این کثرت تعاریف را محدود نماید .جدا از کلمه سنسور ما اصطلاحاتی از قبیل المان سنسور، سیستم سنسور، سنسور باهوش یا آگاه، تکنولوژی سنسور و غیره مواجه می شویم .چه چیزی است که در پشت کلمه سنسور نهان شده است؟ کلمه سنسور یک کلمه تخصصی است که از کلمه لاتین SENSORIUNبه معنی توانایی ”حس کردن ” یا ، senseusبه معنی “حس” بر گرفته شده است . پس از آشنایی با منشا مفهوم سنسور، تاکید کردن بر تشابه بین سنسورهای تکنیکی و اندام های حس انسانی واضح به نظر می رسد . شکل زیر این تشابه را نشان می دهد با وجود این ایده سنسور فراتر از این تشابه حرکت نموده و یک کلمه مترادف همه جانبه برای احساس کردن، تبدیل و ثبت مقادیر اندازه گیری شده به حساب می آید .
یک سنسور یک کمیت فیزیکی معین را که باید اندازه گیری شود به شکل یک کمیت الکتریکی تبدیل می کند ) تغییر میدهد ( که می تواند پردازش شود یا بصورت الکترونیکی انتقال داده شود.بعد های فیزیکی را میتوان بر اساس دیاگرام شکل زیر طبقه بندی کرد . جدول زیر مثال هایی از بعد های فیزیکی را که سنسورها می توانند اندازه گیری کنند نشان می دهد.می توان سنسور را به یک زیر بخش عنصر حس کننده تفکیک کرد که، به عنوان نمونه ، فشار را به صورت انحراف یک غشا نیمه هادی، یا تغییری در شاخص انکسار بصورت کاهشی در شدت نور در یک فیبر نوری ثبت کند ؛ به علاوه یک عنصر تغییر دهنده یا مبدل داریم که انحراف غشا نیمه هادی ، که در آن مقاومت ها به شکل پل ساخته شده اند، را بصورت یک ولتاژالکتریکی تبدیل می نماید یا تغییری در شدت نور را با استفاده از یک پروسه تبدیل نوری الکترونی بصورت یک سیگنال الکتریکی تبدیل میکند .
یک سنسور می تواند به تنهایی از یک عنصر مبدل نیز تشکیل شود )برای مثال یک سنسور پیزوالکترونیکی ، سنسورهای نوری( چنین تعریفی از سنسور ها هیچ محدودیتی برروی اندازه یا شکل وضع آن وضع نمی نماید.
| ماشین | انسان |
 |  |
این شکل مقایسه واضحی بین اندام های حسی که اجازه می دهد انسان ها محیط اطراف خودشان را استنباط کنند و سنسورهائی که توسط تکنولوژی تولید شده است وجود دارد .هر چند اختلاف های زیادیدیده میشود، اغلب شباهت های قابل ملاحظه ای نیز وجود دارد .آنچه که برای هر دو مورد مشترک استعبارتست از اینکه سنسور یا اندام حسی اغلب چیز زیادی برای ارائه به ما ندارد .این سیستم هوشیار است که اطلاعات را می آفریند.
تفاوت واقعی بین ابزارهای اندازه گیری کلاسیکی و سنسورها در مرحله دوم دیده می شود، یعنی درآماده سازی و پردازش سیگنالهای الکتریکی که همیشه هدف یک سنسور است .نتیجه آنکه در اهدافی که ابزارهای اندازه گیری کلاسیکی و سنسورها باید آنها را برآورده سازند تفاوت اساسی وجود دارد.این موضوع استفاده از عبارت سنسور را موجه جلوه میکند، البته هر چند همیشه کم و بیش هم پوشانی معنائی وجود خواهدداشت. مرحله آماده سازی سیگنال به عنوان مثال شامل تقویت کردن، فیلتر سازی، تبدیل آنالوگ – دیجیتال یا موارات تصحیح ساده می باشد .مدارات الکترونیکی اجرا کننده مراحل آماده سازی سیگنال می تواند یا با سنسور بطور یکجا ساخته شوند یا از نظر مکانی از آن جدا باشند .در حالت نخست ما از سنسورهای مجتمع صحبت می کنیم .در غیر اینصورت سنسور و مدارات الکترونیکی آماده کننده سیگنال تواما اغلب به نام سیستم سنسور موسوم هستند.این وجه تمایز در شکل زیر تشریح شده است .
- ابعاد مکانیکی اجسام : جامد – فاصله – شتاب – کشسانی – چگالی – ضخامت – گشتاور – سرعت – چرخش – فشار قطر –شکل - پر شدگی – سطح – سرعت – وزن – توان – طول – ارتفاع – جرم – جهت – عبور- تنش – مسافت زاویه ای - و غیره
- ابعاد مکانیکی مایعات و گازها : چگالی فشار- ویسکوزی – ته -حجم – سرعت عبور سیال – عبور و غیره
- ابعاد حرارتی : درجه – حرارت – جریان – گرما – تشعشع حرارتی – تشعشع نوری – شدت – نور -طول – موج – پلاریزاسیو – انعکاس – رنگ و غیره
- ابعاد اکوستیکی : صدا – فشار- سرعت – انتشار- جذب – شدت فرکانس – صوت وغیره
- تشعشع هسته ای : انرژی تابنده – درجه یونیزاسیون – شار- تابنده و غیره
- سیگنالهای شیمیائی : مقدار – - PHغلظت – نوع مولکول یا یون – اندازه و شکل ذره – سرعت عکس العمل – رطوبت
- سیگنالهای مغناطیسی و الکتریکی : اندوکتانس – ظرفیت – مقاومت – فرکانس -فاز – جریان -ولتاژ پرمیتویته – شدت میدان مغناطیسی
- ابعاد مهم دیگر : تعداد – عرض پالس – زمان و غیره
با وجود این، اصطلاح ” سیستم سنسور” می تواند به اتصال چندین سنسور از انواع یکسان یا مختلف نیزاشاره کند .در مورد برخی از سنسورها )برای مثال، لامسه ای یا نوری( ، اصطلاح آرایه غالبا برای توصیف همین حالت دوم بکار برده می شود .اگر طبقه الکترونیکی از پروسسورهایی استفاده می کند که بکارگیریالگوریتم های تصحیح، عملیات عیب یابی، آزمایش یا گزینش انتخابی سنسورهای مختلف را مجاز می کند،در اینصورت ما از سنسورهای هوشیار صحبت می کنیم .هر چند ایده هوشیاری در مقایسه با توانایی انسان تا حدود زیادی مورد مبالغه واقع شده است، لیکن خود آن از یک پردازش سیگنال بالنسبه سطح بالائی برخوردار نیست .
چنین توانائی احتیاج به یک نرم افزار به حد کافی باهوش دارد، که معمولا به نام اسمارت نامیده می شود.
الف
ب
ج
الف) سیستم سنسور با ساختار گسسته
ب ) سیستم سنسور با سیستم مجتمع
ج ) سیستم سنسور هوشمند یا سنسور هوشمند
اصطلاح تکنولوژی سنسور به کل سنسور یا سیستم سنسور به همراه آماده سازی آن و پردازش سیگنالها به اشکال سخت افزاری و نرم افزاری مربوطه اشاره می کند .سنسورها به منظور جلب توجه استفاده کنندگانشان باید چندین نقش عمومی را بطور کامل اجرا کنند.
یک سنسور خوب باید مشخصات زیر را داشته باشد
حساسیت کافی
درجه بالای دقت و قابلیت تولید دوباره خوب؛
درجه بالای خطی بودن
گستره دینامیکی خوب
عدم حساسیت به تداخل و تاثیرات محیطی؛
درجه بالای پایداری و قابلیت اطمینان
امید به زندگی طولانی و جایگزینی بدون مشکل
ترکیب سنسور و الکترونیک سنسور منجر به ویژگی های خاصی می شود، از جمله عبارتند از:
سیگنال خروجی بدون نویز
سیگنال خروجی سازگار با باس
احتیاج به توان پائین
اگر سنسور و الکترونیک با یکدیگر مجتمع شوند در اینصورت ویژگی های بیشتری باید برآورده شود ، از آن جمله عبارتند از قابلیت مینیاتور سازی و قابلیت سازگاری هزینه با میکروالکترونیک.
تکنیک هایی در تولید سنسور
تکنولوژی سنسور امروزی هنوز هم بر اساس تعداد نسبتا زیادی از سنسورهای غیر مینیاتوری استوار شده است. ایت امر با بررسی ابعاد هندسی سنسورهائی برای اندازه گیری فاصله، توان، شتاب، سرعت، سیال عبوری، فشار و غیره مشاهده می شود. برای اکثر سنسورها این ابعاد از 10 سانتیمتر تجاوز می کند. اغلب ابعاد سنسور توسط خود سنسور تعیین نمی شود بلکه بوسیله پوشش خارجی آن مشخص می گردد. با اینوجود، حتی در چنین مواردی خود سنسورها از نظر اندازه در حد چند سانتی متر هستند. چنین سنسورهائی، که می توانند گاهی خیلی گرانبها باشند، در آینده مهم باقی خواهند ماند، برای مثال در زمینه اندازه گیری پروسه، تکنولوژی تولید و ربات ها. با این وجود، بطور موازی با این مسئله می توان تکامل دیگری را مشاهده کرد که بوسیله پیشرفت هائی در میکروالکترونیک شروع شده است.
تکنولوژی میکروالکترونیک ظهور و تکامل سنسورهائی را بر انگیخته است که قابل مینیاتور سازی هستند و برای امکان تولید انبود مناسب می باشند. این امر یقینا به معنی آن نیست که تکنولوژی سنسور با همان آهنگ میکروالکترونیک تکامل خواهد یافت. هدف از مینیاتور سازی ارائه یک سری مزایا می باشد. برای مثال، اثر یک سنسور مینیاتوری بر روی پارامترهای اندازه گیری شده ضعیف است. این به معنی آنست که چنین سنسوری درجه کمتری از تداخل را ایجاد می کند و بنابراین درجه بالاتری از دقت اندازه گیری حاصل می شود . اینرسی سنسور کاهش می یابد و سنسور توان الکتریکی کمتری را نسبت به سنسورهای کلاسیکی مصر می کند .
تکنولوژی های میکروالکترونیک زیر اکثرا بکار برده می شوند
تکنولوژی سیلیکان
تکنولوژی لایه نازک
تکنولوژی لایه ضخیم/ هیبرید
سایر تکنولوژی های نیمه هادی ) نیمه هادی های ( III –V ، II – VI
پروسه های دیگری نیز در تولید سنسور بکار برده می شود، از قبیل تکنولوژی های فویل ) با چکش کاری یا غلطاندن، فلزی را به شکل یک صفحه نازک در آوردن ( و سینتر ) با گرم کردن یک ماده پودر مانند را به شکل یک جسم سفت درآوردن( ، تکنولوژی فیبر نوری، مکانیک دقیق، تکنولوژی لیزر نوری، تکنولوژی میکرو ویو و تکنولوژی های بیولوژی . بعلاوه ، تکنولوژی هائی از قبیل پلیمرها، آلیاژهای فلزی یا مواد پیزوالکتریکی نیز نقشی در تولید سنسور بازی می کنند.
منبع :سایت برق دات کام
