حسگرها دستگاه‌های پیچیده‌ای هستند که اغلب برای شناسایی و پاسخ به سیگنال‌های الکتریکی یا نوری استفاده می‌شوند. این دستگاه یک پارامتر فیزیکی (دما، فشار خون، رطوبت، سرعت) را به سیگنالی تبدیل می کند که می تواند توسط دستگاه اندازه گیری شود.
طبقه بندی سنسورها در این مورد ممکن است متفاوت باشد. چندین پارامتر اساسی برای توزیع دستگاه های اندازه گیری وجود دارد که بیشتر مورد بحث قرار خواهد گرفت. اساساً این جدایی ناشی از عمل نیروهای مختلف است.
توضیح این موضوع با استفاده از اندازه گیری دما به عنوان مثال آسان است. جیوه در یک دماسنج شیشه ای، مایع را منبسط کرده و فشرده می کند تا دمای اندازه گیری شده را تبدیل کند، که می تواند توسط یک ناظر از یک لوله شیشه ای مدرج خوانده شود.
معیارهای انتخاب
هنگام طبقه بندی سنسور باید ویژگی های خاصی را در نظر گرفت. آنها در زیر فهرست شده اند:
- دقت.
- شرایط محیطی - معمولاً سنسورها محدودیت هایی در دما و رطوبت دارند.
- محدوده - محدوداندازه گیری حسگر.
- کالیبراسیون - برای اکثر ابزارهای اندازه گیری با تغییر قرائت ها در طول زمان لازم است.
- هزینه.
- تکرارپذیری - قرائت های متغیر به طور مکرر در یک محیط اندازه گیری می شوند.
توزیع بر اساس دسته
طبقه بندی حسگرها به دسته های زیر تقسیم می شوند:
- تعداد پارامترهای ورودی اولیه.
- اصول انتقال (با استفاده از اثرات فیزیکی و شیمیایی).
- مواد و فناوری.
- مقصد.
اصل transduction یک معیار اساسی برای جمع آوری اطلاعات موثر است. به طور معمول، معیارهای لجستیکی توسط تیم توسعه انتخاب می شود.
طبقه بندی حسگرها بر اساس ویژگی ها به شرح زیر توزیع می شود:
- دما: ترمیستورها، ترموکوپل ها، دماسنج های مقاومتی، میکرو مدارها.
- فشار: فیبر نوری، خلاء، گیج سیالات انعطاف پذیر، LVDT، الکترونیک.
- جریان: الکترومغناطیسی، فشار دیفرانسیل، جابجایی موقعیتی، جرم حرارتی.
- حسگرهای سطح: فشار دیفرانسیل، فرکانس رادیویی اولتراسونیک، رادار، جابجایی حرارتی.
- مجاورت و جابجایی: LVDT، فتوولتائیک، خازنی، مغناطیسی، اولتراسونیک.
- بیوسنسورها: آینه رزونانس، الکتروشیمیایی، تشدید پلاسمون سطحی، پتانسیومتری قابل آدرس دهی نور.
- تصویر: CCD، CMOS.
- گاز و شیمی: نیمه هادی، مادون قرمز، رسانایی، الکتروشیمیایی.
- شتاب: ژیروسکوپ، شتاب سنج.
- سایر: سنسور رطوبت، سنسور سرعت، جرم، سنسور شیب، نیرو، ویسکوزیته.
این گروه بزرگی از زیربخش ها است. قابل ذکر است که با کشف فناوری های جدید، بخش ها به طور مداوم پر می شوند.
تخصیص طبقه بندی حسگر بر اساس جهت استفاده:
- کنترل، اندازه گیری و اتوماسیون فرآیند تولید.
- استفاده غیر صنعتی: حمل و نقل هوایی، تجهیزات پزشکی، خودرو، لوازم الکترونیکی مصرفی.
حسگرها را می توان بر اساس نیازهای برق طبقه بندی کرد:
- حسگر فعال - دستگاه هایی که نیاز به برق دارند. به عنوان مثال، LiDAR (تشخیص نور و فاصله یاب)، سلول نوررسانا.
- سنسور غیرفعال - حسگرهایی که نیازی به برق ندارند. برای مثال، رادیومترها، عکاسی فیلم.
این دو بخش شامل تمام دستگاه های شناخته شده برای علم است.
در برنامه های فعلی، انتساب طبقه بندی حسگر را می توان به صورت زیر گروه بندی کرد:
- شتاب سنج - بر اساس فناوری حسگر میکروالکترومکانیکی. آنها برای نظارت بر بیمارانی که ضربان ساز را روشن می کنند استفاده می شود. و دینامیک خودرو.
- حسگرهای زیستی - بر اساس فناوری الکتروشیمیایی. برای آزمایش غذا، دستگاه‌های پزشکی، آب و شناسایی پاتوژن‌های بیولوژیکی خطرناک استفاده می‌شود.
- حسگرهای تصویر - مبتنی بر فناوری CMOS. آنها در لوازم الکترونیکی مصرفی، بیومتریک، نظارت بر ترافیک استفاده می شوندترافیک و امنیت، و همچنین تصاویر کامپیوتری.
- آشکارسازهای حرکت - مبتنی بر فناوری‌های مادون قرمز، اولتراسونیک و مایکروویو/رادار. مورد استفاده در بازی های ویدئویی و شبیه سازی، فعال سازی نور و تشخیص امنیت.
انواع سنسور
یک گروه اصلی نیز وجود دارد. به شش حوزه اصلی تقسیم می شود:
- دما.
- مادون قرمز.
- فرابنفش.
- سنسور.
- رویکرد، حرکت.
- سونوگرافی.
هر گروه ممکن است شامل بخش های فرعی باشد، اگر این فناوری حتی تا حدی به عنوان بخشی از یک دستگاه خاص استفاده شود.
1. سنسورهای دما
این یکی از گروه های اصلی است. طبقه‌بندی سنسورهای دما همه دستگاه‌هایی را که توانایی ارزیابی پارامترها را بر اساس گرمایش یا سرمایش نوع خاصی از ماده یا ماده دارند، متحد می‌کند.
این دستگاه اطلاعات دما را از یک منبع جمع آوری می کند و آن را به شکلی تبدیل می کند که سایر تجهیزات یا افراد بتوانند آن را درک کنند. بهترین تصویر از یک سنسور دما جیوه در یک دماسنج شیشه ای است. جیوه در شیشه با تغییر دما منبسط و منقبض می شود. دمای بیرونی عنصر شروع برای اندازه گیری نشانگر است. موقعیت جیوه توسط بیننده برای اندازه گیری پارامتر مشاهده می شود. دو نوع اصلی سنسور دما وجود دارد:
- با حسگرها تماس بگیرید. این نوع دستگاه نیاز به تماس فیزیکی مستقیم با جسم یا حامل دارد. آنها در کنترل هستنددمای جامدات، مایعات و گازها در محدوده دمایی وسیع.
- حسگرهای مجاورت. این نوع سنسور نیازی به تماس فیزیکی با جسم یا محیط اندازه گیری شده ندارد. آنها جامدات و مایعات غیر بازتابنده را کنترل می کنند، اما به دلیل شفافیت طبیعی برای گازها بی فایده هستند. این ابزارها از قانون پلانک برای اندازه گیری دما استفاده می کنند. این قانون به گرمای ساطع شده از منبع برای اندازه گیری معیار مربوط می شود.
کار با دستگاه های مختلف
اصل عملکرد و طبقه بندی سنسورهای دما به استفاده از فناوری در سایر انواع تجهیزات تقسیم می شود. اینها می‌توانند داشبورد خودرو و واحدهای تولیدی ویژه در مغازه‌های صنعتی باشند.
- ترموکوپل - ماژول ها از دو سیم (هر کدام از آلیاژها یا فلزات همگن متفاوت) ساخته شده اند که با اتصال در یک انتها یک انتقال اندازه گیری را تشکیل می دهند. این واحد اندازه گیری برای عناصر مورد مطالعه باز است. انتهای دیگر سیم با یک دستگاه اندازه گیری خاتمه می یابد که در آن محل اتصال مرجع تشکیل می شود. جریان از مدار عبور می کند زیرا دمای دو اتصال متفاوت است. ولتاژ میلی ولت حاصل برای تعیین دما در محل اتصال اندازه گیری می شود.
- آشکارسازهای دمای مقاومتی (RTDs) انواعی از ترمیستورها هستند که برای اندازه گیری مقاومت الکتریکی با تغییرات دما ساخته می شوند. آنها گرانتر از هر دستگاه تشخیص دما دیگری هستند.
- ترمیستور. آنها نوع دیگری از مقاومت های حرارتی هستند که در آنها بزرگ استتغییر مقاومت متناسب با تغییر کوچک دما است.
2. سنسور IR
این دستگاه تشعشعات مادون قرمز را برای تشخیص فاز خاصی در محیط ساطع یا تشخیص می دهد. به عنوان یک قاعده، تابش حرارتی از همه اشیاء در طیف مادون قرمز ساطع می شود. این حسگر نوع منبعی را که با چشم انسان قابل مشاهده نیست تشخیص می دهد.
ایده اصلی استفاده از LED های مادون قرمز برای انتقال امواج نور به یک جسم است. دیود IR دیگری از همان نوع باید برای تشخیص موج منعکس شده از جسم استفاده شود.
اصل عملیات
طبقه بندی سنسورها در سیستم اتوماسیون در این جهت رایج است. این به دلیل این واقعیت است که این فناوری امکان استفاده از ابزارهای اضافی برای ارزیابی پارامترهای خارجی را فراهم می کند. هنگامی که یک گیرنده مادون قرمز در معرض نور مادون قرمز قرار می گیرد، اختلاف ولتاژ بین سیم ها ایجاد می شود. از خواص الکتریکی اجزای حسگر IR می توان برای اندازه گیری فاصله تا یک جسم استفاده کرد. هنگامی که یک گیرنده مادون قرمز در معرض نور قرار می گیرد، اختلاف پتانسیل بین سیم ها رخ می دهد.
در صورت امکان:
- ترموگرافی: طبق قانون تابش اجسام، با استفاده از این فناوری می توان محیط را با نور مرئی یا بدون آن مشاهده کرد.
- گرمایش: مادون قرمز را می توان برای پختن و گرم کردن مجدد غذا استفاده کرد. آنها می توانند یخ را از بال های هواپیما جدا کنند. مبدل ها در صنعت محبوب هستندزمینه هایی مانند چاپ، قالب گیری پلاستیک و جوش پلیمری.
- طیف‌سنجی: این تکنیک برای شناسایی مولکول‌ها با تجزیه و تحلیل پیوندهای تشکیل‌دهنده استفاده می‌شود. این فناوری از تابش نور برای مطالعه ترکیبات آلی استفاده می کند.
- هواشناسی: اندازه گیری ارتفاع ابرها، محاسبه دمای زمین و سطح در صورت مجهز بودن ماهواره های هواشناسی به رادیومترهای روبشی امکان پذیر است.
- Photobiomodulation: برای شیمی درمانی در بیماران سرطانی استفاده می شود. علاوه بر این، از این فناوری برای درمان ویروس تبخال استفاده می شود.
- اقلیم شناسی: نظارت بر تبادل انرژی بین جو و زمین.
- ارتباط: یک لیزر مادون قرمز نور را برای ارتباطات فیبر نوری فراهم می کند. این انتشارات همچنین برای ارتباط از راه دور بین وسایل جانبی موبایل و کامپیوتر استفاده می شود.
3. سنسور UV
این حسگرها شدت یا قدرت تابش فرابنفش برخوردی را اندازه گیری می کنند. نوعی از تشعشعات الکترومغناطیسی طول موج بیشتری نسبت به اشعه ایکس دارد، اما همچنان کوتاهتر از تابش مرئی است.
یک ماده فعال به نام الماس پلی کریستالی برای اندازه گیری قابل اعتماد اشعه ماوراء بنفش استفاده می شود. ابزارها می توانند اثرات زیست محیطی مختلف را تشخیص دهند.
معیار انتخاب دستگاه:
- محدوده طول موج بر حسب نانومتر (nm) که توسط حسگرهای فرابنفش قابل تشخیص است.
- دمای کاری.
- دقت.
- وزن.
- محدودهقدرت.
اصل عملیات
حسگر فرابنفش یک نوع سیگنال انرژی را دریافت می کند و نوع دیگری از سیگنال را ارسال می کند. برای مشاهده و ثبت این جریان های خروجی، آنها را به یک کنتور الکتریکی می فرستند. برای ایجاد نمودارها و گزارش ها، قرائت ها به یک مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC) و سپس به یک کامپیوتر با نرم افزار منتقل می شوند.
مورد استفاده در لوازم زیر:
- فتولوله‌های UV حسگرهای حساس به اشعه هستند که تصفیه هوای UV، تصفیه آب UV و قرار گرفتن در معرض خورشید را کنترل می‌کنند.
- حسگرهای نور - شدت پرتو فرودی را اندازه گیری کنید.
- حسگرهای طیف UV دستگاه‌های همراه با شارژ (CCD) هستند که در تصویربرداری آزمایشگاهی استفاده می‌شوند.
- آشکارسازهای نور UV.
- آشکارسازهای میکروب کش UV.
- سنسورهای پایداری عکس.
4. حسگر لمسی
این گروه بزرگ دیگری از دستگاه ها است. طبقه بندی سنسورهای فشار برای ارزیابی پارامترهای خارجی مسئول ظاهر ویژگی های اضافی تحت عمل یک جسم یا ماده خاص استفاده می شود.
حسگر لمسی با توجه به محل اتصال آن مانند یک مقاومت متغیر عمل می کند.
حسگر لمسی شامل:
- یک ماده کاملا رسانا مانند مس.
- مواد واسطه ای عایق شده مانند فوم یا پلاستیک.
- مواد نیمه رسانا.
در عین حال، جدایی سختی وجود ندارد. طبقه بندی سنسورهای فشار با انتخاب یک سنسور خاص، که ولتاژ ظهور را در داخل یا خارج جسم مورد مطالعه ارزیابی می کند، ایجاد می شود.
اصل عملیات
مواد نیمه رسانا با جریان جریان مخالف است. اصل رمزگذار خطی این است که وقتی طول ماده ای که جریان از آن عبور می کند بیشتر باشد، جریان جریان مخالف بیشتری در نظر گرفته می شود. در نتیجه، مقاومت ماده با تغییر موقعیت تماس آن با یک جسم کاملا رسانا تغییر می‌کند.
طبقه بندی سنسورهای اتوماسیون کاملاً بر اساس اصل توصیف شده است. در اینجا، منابع اضافی در قالب نرم افزارهای توسعه یافته ویژه درگیر می شوند. به طور معمول، نرم افزار با حسگرهای لمسی همراه است. وقتی حسگر غیرفعال است، دستگاه ها می توانند «آخرین لمس» را به خاطر بسپارند. آنها می توانند به محض فعال شدن حسگر، «اولین لمس» را ثبت کنند و تمام معانی مرتبط با آن را درک کنند. این عمل شبیه حرکت ماوس کامپیوتر به انتهای دیگر ماوس پد برای حرکت مکان نما به سمت دورتر صفحه است.
5. سنسور مجاورت
به طور فزاینده ای، وسایل نقلیه مدرن از این فناوری استفاده می کنند. طبقه بندی سنسورهای الکتریکی با استفاده از ماژول های نور و حسگر در بین سازندگان خودرو محبوبیت پیدا کرده است.
حسگر مجاورت وجود اجسامی را که تقریباً بدون هیچ هستند تشخیص می دهدنقاط تماس از آنجایی که هیچ تماسی بین ماژول ها و جسم درک شده و هیچ قطعه مکانیکی وجود ندارد، این دستگاه ها عمر طولانی و قابلیت اطمینان بالایی دارند.
انواع مختلف حسگرهای مجاورتی:
- سنسورهای مجاورت القایی.
- حسگرهای مجاورت خازنی.
- سنسور مجاورت اولتراسونیک.
- سنسورهای فوتوالکتریک.
- حسگرهای هال.
اصل عملیات
حسگر مجاورت یک میدان الکترومغناطیسی یا الکترواستاتیک یا پرتوی از تابش الکترومغناطیسی (مانند مادون قرمز) منتشر می کند و منتظر سیگنال پاسخ یا تغییرات در میدان است. شی مورد شناسایی به عنوان هدف ماژول ثبت نام شناخته می شود.
طبقه بندی سنسورها بر اساس اصل عملکرد و هدف به شرح زیر خواهد بود:
- دستگاه های القایی: یک نوسانگر در ورودی وجود دارد که مقاومت تلفات را به نزدیکی یک محیط رسانای الکتریکی تغییر می دهد. این دستگاه ها برای اشیاء فلزی ترجیح داده می شوند.
- حسگرهای مجاورت خازنی: این حسگرها تغییر در خازن الکترواستاتیک بین الکترودهای تشخیص و زمین را تبدیل می کنند. این هنگام نزدیک شدن به یک جسم نزدیک با تغییر در فرکانس نوسان رخ می دهد. برای تشخیص یک جسم نزدیک، فرکانس نوسان به یک ولتاژ DC تبدیل می شود که با آستانه از پیش تعیین شده مقایسه می شود. این وسایل برای اشیاء پلاستیکی ترجیح داده می شوند.
طبقه بندی تجهیزات اندازه گیری و حسگرها به توضیحات و پارامترهای بالا محدود نمی شود. با ظهورانواع جدید ابزار اندازه گیری، کل گروه در حال افزایش است. تعاریف مختلفی برای تمایز بین سنسورها و مبدل ها تایید شده است. حسگرها را می‌توان به عنوان عنصری تعریف کرد که انرژی را حس می‌کند تا بتواند یک نوع انرژی را در همان یا شکل متفاوتی از انرژی تولید کند. سنسور مقدار اندازه گیری شده را با استفاده از اصل تبدیل به سیگنال خروجی مورد نظر تبدیل می کند.
بر اساس سیگنال های دریافتی و ایجاد شده، اصل را می توان به گروه های زیر تقسیم کرد: الکتریکی، مکانیکی، حرارتی، شیمیایی، تابشی و مغناطیسی.
6. سنسورهای اولتراسونیک
حسگر اولتراسونیک برای تشخیص وجود یک جسم استفاده می شود. این امر با انتشار امواج اولتراسونیک از سر دستگاه و سپس دریافت سیگنال اولتراسونیک منعکس شده از جسم مربوطه به دست می آید. این به تشخیص موقعیت، حضور و حرکت اجسام کمک می کند.
از آنجایی که حسگرهای اولتراسونیک برای تشخیص به جای نور به صدا متکی هستند، آنها به طور گسترده در اندازه گیری سطح آب، روش های اسکن پزشکی و در صنعت خودرو استفاده می شوند. امواج مافوق صوت می توانند اشیاء نامرئی مانند شفافیت ها، بطری های شیشه ای، بطری های پلاستیکی و شیشه های ورقه ای را با حسگرهای بازتابی خود تشخیص دهند.
اصل عملیات
طبقه بندی سنسورهای القایی بر اساس دامنه استفاده از آنها است. در اینجا مهم است که خواص فیزیکی و شیمیایی اجسام را در نظر بگیریم. حرکت امواج اولتراسونیک بسته به شکل و نوع محیط متفاوت است.به عنوان مثال، امواج اولتراسونیک مستقیماً از یک محیط همگن عبور می کنند و منعکس شده و به مرز بین رسانه های مختلف منتقل می شوند. بدن انسان در هوا باعث بازتاب قابل توجهی می شود و به راحتی قابل تشخیص است.
این فناوری از اصول زیر استفاده می کند:
- بازتاب چندگانه. بازتاب چندگانه زمانی اتفاق می‌افتد که امواج بیش از یک بار بین سنسور و هدف منعکس شوند.
- منطقه محدود. حداقل فاصله سنجش و حداکثر فاصله سنجش قابل تنظیم است. این منطقه حد نامیده می شود.
- منطقه تشخیص. این فاصله بین سطح سر حسگر و حداقل فاصله تشخیص به دست آمده با تنظیم فاصله اسکن است.
دستگاه های مجهز به این فناوری می توانند انواع مختلفی از اشیاء را اسکن کنند. منابع اولتراسونیک به طور فعال در ساخت وسایل نقلیه استفاده می شود.
