تبلیغات اینترنتیclose
سنسورها

سنسورها وسایلی هستند که کمیات غیر الکتریکی را به کمیات الکتریکی تبدیل می کنند امروزه سنسورها نقش بسیار مهمی در بسیاری از جنبه های زندگی روزانه ما بر عهده دارند .

آنها در محصولات مصرفی ،اتومبیلها ،تجهیزات پزشکی، هواپیماها بکار برده میشوند. نظارت وکنترل عملیات نمی تواند بدون بکارگیری انواع زیادی از این عناصر تحقق پذیرد.

علی رغم اهمیت فراوانی که سنسور دارد هنوز هم فاقد تعریف دقیقی است ؛می توان آنرا دریک کلمه مترادف همه جانبه برای احساس کردن،تبدیل،ثبت یا نمایش مقادیر اندازه گیری به حساب آورد.

اقسامی ازسنسورهای پر مصرف:

1- سنسورهای جابجایی

1-1- مقاومت متغییر

2-1- تفاضلی

3-1- جابجایی دیجیتال

4-1- یونشی

2- سنسورهای نوری

1-2- اثرات فتو الکتریک

2-2- نور رسانا

3-2- سلول فتو ولتایی

3- میدان مغناطیسی

1-3- سیم پیچ جستجو گر مغناطیس سنج

2-3- سنسور اثر هال

4- سنسورهای فشار

1-4- پیزوالکتریک

2-4- فشار سنج بریجمن

3-4- فشارسنج رسانندگی گرمایی

کمیتهای فیزیکی که توسط یک سنسور به سیگنال الکتریکی تبدیل می شوند :

- سیگنالهای گرمایی

- سیگنالهای مکانیکی

- سیگنالهای تشعشع الکترومغناطیسی

- سیگنالهای مغناطیسی

- کمیتهای شیمیایی

اصطلاح تکنولوژی سنسور به کل سنسور یا سیستم سنسور به همراه آماده سازی آن و پردازش سیگنالها به اشکال سخت افزاری و نرم افزاری مربوط اشاره می کند .

سنسورها به منظور جلب توجه کاربرها باید چندین نقش عمومی را به طور 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 منجر به ویژگیهای خاصی می شود . از جمله عبارتند از :

- سیگنال خروجی بدون نویز

- سیگنال خروجی سازگار با باس

- احتیاج به توان پایین

اگر سنسور و الکترونیک با یکدیگر جمع شوند در اینصورت ویژگیهای بیشتری باید برآورده شود . از آنجمله عبارتند از قابلیت مینیاتور سازی و قابلیت سازگاری هزینه با میکرو الکترونیک .

سنسورها از نظر کیفی مرحله جدیدی را در استفاده هرچه بیشتر از همه امکاناتی که توسط علم میکرو الکترونیک به وجود آمده است به ویژه در زمینه پردازش اطلاعات عرضه می کند .

سنسورها رابط بین سیستم کنترل الکترونیکی از یک طرف و محیط عملیات یا ماشین از طرف دیگر هستند . اگرچه سنسورها به همراه علم میکروالکترونیک پردازشگر اطلاعات یک گام مهم رو به جلو را عرضه می دارد ولیکن این تنها اولین قدم است . در این مرحله سنسورها از تعدادی عناصر میکروالکترونیک موجود، برای مثال به شکل پردازشگر، حافظه ، مبدلهای آنالوگ به دیجیتال یا تقویت کننده ها ، برای آماده نمودن سیگنال خروجی استفاده می کنند . در عین حال سنسور باید یک خروجی الکترونیکی تولید کند که به آسانی پردازش می شود .

تکنولوژی میکروالکترونیک توسعه تکنیکهای جدید را ممکن ساخته و شکی نیست که میکرو مکانیک نیز امکانات جدیدی را ایجاد کرده است . علاوه بر این قابلیت تحلیل اطلاعات با میکروالکترونیک نقش قابل ملاحظه ای را برای تمایل به توسعه استفاده از عناصر معمول اندازه گیری ، ایفا می کند .

اگر خروجی سنسور قادر به ایجاد علائم الکتریکی صحیح در بخشی از بازه اطلاعات باشد با استفاده از الگوریتم نرم افزاری مناسب می توان اطلاعاتی را که قبلا غیر قابل دسترس بودند را بدست آورد .

ساخـتمان سنسورها

گونه های مختلف سنسورها عموما از جنس سیلیکان هستند . استفاده از اثرات مختلف سیلیکان در سنسورها احتیاج به اصلاح بسیار گسترده پارامترهای کل ماده تک کریستالی یا لایه های سیلیکانی دارد . این پارامترها می تواند شامل غلظت ناخالصی ها ، خلوص شبکه ها ، اندازه دانه تک یا چند سیلیکان و سطح تقویت باشد .

سیلیکان یک ماده مناسب برای تکنولوژی سنسور است به شرط آنکه اثرات فیزیکی ، شیمیایی کافی با قدرت قابل قبولی نشان دهد .

یکی از پیامدهای استفاده از سیلیکان این است که خواص فیزیکی سیلیکان می تواند مستقیما برای اندازه گیری کمیت اندازه گیری شونده مطلوب بکار برده شود .علاوه بر این سیلیکان میتواند برای مثال هنگام استفاده به عنوان زمینه برای سنسورهای لایه نازک فوق العاده مهم باشد . حتی هنگامی که مدارات الکترونیکی پردازش کننده اطلاعات مجتمع باشند ، تحت شرایط معینی ، اصلاح قسمتهای سیلیکانی در الکترونیک نیمه هادی ساخت انواع سنسورها را ممکن می سازد . سنسورهای نوری از قبیل دیودهای نوری ، سنسورهای شیمیایی از قبیل ISFET مثالهایی از آن هستند .

آینده سنسور

در آینده نزدیک تکنولوژی سنسور از تکنولوژی میکروالکترونیک استفاده هرچه بیشتری خواهد کرد . یعنی سنسورهای بیشتر و بیشتری بر پایه میکروالکترونیک از قبیل تکنولوژی نیمه هادی و فیلم ضخیم وجود خواهند داشت . همچنین در آینده سنسورهای میکرومکانیکی نقش مهمی ایفا خواهند کرد و واحد سنسور و بخش تحلیل گر الکترونیکی و راه انداز همگی روی تراشه واحدی قرار داده می شوند . انتظار می رود که فیبرهای نوری و تکنولوژی تولید آنها کم هزینه تر شود . همچنین با پیشرفتی که در زمینه سیستمهای نوری مجتمع روی خواهد داد و با ادغام سایر تکنولوژی ها از قبیل میکرو مکانیک کاربردهای جدید و قابل توجهی در زمینه فیبرهای نوری ایجاد خواهد شد .

توسعه در زمینه سنسورها فقط توسط تکنولوژیهای مختلف روی نمی دهد بلکه از مواد جدید از قبیل پلیمرها ، سرامیکها ، نیمه هادیهای مخصوص و شیشه های فلزی نیز بهره می برد .

سیستم آشکار سازمافوق صوت سطح مایع

برای اطلاع از موقعیت مایع در مجاری و لوله ها نیازمند طرح یک اسباب اندازه گیری هستیم . سیستم آشکار ساز سطح مایع Ultrasonic از امواج مافوق صوتی / صوتی استفاده می کند که از میان جامدات و مایعات عبور کرده تا سطح مایع را مشخص کند . در این سیستم تکنیک انعکاس پالس ( Pulse – echo ) استفاده می شود که از یک سنسور بهره می برد .

نتایج آزمایشات انجام شده توسط Ultrasonic با نتایج بدست آمده از روشهای رایج و یا روشهای فیزیکی آشکار سازی سطح مایع کاملا مطابقت می نماید .

توصیف فناوری ابداعی

سیستم آشکار ساز سطح مایع Ultrasonic به وسیله لابراتوار Pacific Northwest National طراحی و ساخته شده است . این فناوری از ادوات مبدل مافوق صوت (UT) انعکاس صدا با طراحی الکترونیکی ویژه برای آشکارسازی سطح آزاد مایعات در ظروف استوانه ای ، مخازن و لوله ها استفاده می کند .

سیستم آشکار ساز سطح مایع Ultrasonic قابلیت آشکارسازی الکترونیکی سریع و ساده و مطلق (بله یا خیر) موقعیت مایع را فراهم می نماید .

توانایی مایعات در پیوند و تقویت امواج صوتی ، اصل بکاررفته در تشخیص سطوح مایع است . مقداری ماده ژلاتینی چسبناک بکار می رود تا سنسور را بر روی بدنه ظرف مورد نظر بچسباند . دیواره فلزی ، امپدانس صوتی مشابهی با ماده ژلاتینی دارد . این ترکیب امپدانس صوتی با میرایی اندک ، امواج صوتی را به طرف دیگر جدار ظرف هدایت می کند . اگر مخزن حاوی آب یا مایعی با امپدانس صوتی مشابه باشد آنگاه موج دیواره داخلی از این واسط عبور کرده و به مایع می پیوندد ؛ مایع موج را در طول قطر مخزن به سوی دیگر عبور می دهد ؛ جایی که بخشی از موج انعکاس می یابد .

این موج منعکس شده به سمت جدار نزدیکتر بازمیگردد ؛ جایی که سنسور مورد نظر این موج را به عنوان طنین صدا مشخص می کند .

در حالت اسکن ، سنسور به طور فیزیکی در طول یک محور بازرسی حرکت می کند . اگر محتویات مخزن از مایع به هوا تغییر یابد آنگاه طنین صدای بازگشتی ناپدید می شود . این محل سطح مایع می باشد . اسباب ، این نقطه را به وسیله روشن کردن یک LED که نشانگر عدم وجود مایع می باشد آشکار می کند . با خاموش شدن LED وجود مایع مشخص می شود . اجسام و مواد سفت و جامد مانند لجن ها در این اندازه گیری اثری ندارند و نتیجه ای مانند وجود هوا دارند . بنابراین ، این اسباب به مواردی که حاوی مایعات هستند محدود می شود.

دو وسیله مشابه که از سیستم آشکار ساز سطح مایع مافوق صوت استفاده می کنند عبارتند از : " آزمونگر تانک/بشکه و آزمونگر لوله "

مدل آزمونگر تانک از یک مبدل 1 مگاهرتزی استفاده می کند و برای مخازن تک جداره استیل با ضخامت حداقل 3/0 تا حداکثر 3 متر(1 تا 10 فوت) مورد نظر می باشد .

مدل آزمونگر لوله از یک مبدل 5 مگاهرتزی استفاده می کند و برای لوله هایی با ضخامت حداقل 10 تا حداکثر 25 سانتی متر (4 تا 10 اینچ) قابل استفاده می باشد .

هر دو وسیله از یک منبع پالس تحریک ولتاژ بالا (385 ولت) برای ارسال پالس مافوق صوت استفاده می کنند . پهنای پالس ولتاژ بالا متناسب با فرکانس مبدل می باشد .

این اسباب با یک باطری 12 ولتی جداگانه تغذیه می شود و برای حداقل 4 ساعت کار می کند . یک شارژر AC ضمیمه نیز برای شارژ شبانه باطری موجود و در دسترس است .

حسگر‌های القايی خازنی

اين دسته از سوئيچها جزء سوئيچهاي الكتريكي بدون نياز به تماس مكانيكي مي‌باشند كه بطور عمومي مي‌توانند مواد جامد اعم از فلزي و غير فلزي و كليه مواد مايع را احساس و سيگنال الكتريكي از خود ارسال نمايد. پيچ تنظيم بر روي بدنه اين سوئيچها بگونه‌‌اي طراحي گرديده كه بوسيله آن مي‌توان ميزان حساسيت را در فاصله دلخواه مشخص نمود بعنوان مثال:

در مخازن غير فلزي اعم از پلاستيكي، فايبرگلاس و سراميكي مي‌توان اين سوئيچ را در كناره خارجي ديواره مخزن جاسازي و سطح مايع داخل مخزن را مشخص نمود بدون اينكه ضخامت جداره تأثيري بر عمل حس الكتريكي داشته باشد.

از مشخصات بارز اينگونه سوئيچها:

● عدم نياز به تماس و اعمال فشار، نيرو و ضربه.

● عدم تأثير عوامل محيطي از قبيل رطوبت، گردو غبار و عوامل خارجي از قبيل روغن و آب.

● عمل سوئيچينگ با سرعت زياد.

بخش های سيستم های اندازه گيری به طريقه اولتراسونيك

اجزاء اصلي در بيشتر سيستم هاي اندازه گيري اولتراسونيك عبارتند از: 1- قطعه اندازه گيري يا measurement cell

2- مولد موج الكتريكي يا signal generator 3- مبدل يا transducer، 4- اسيلوسكوپ .
ساده ترين و گسترده ترين تكنيك مورد استفاده در اولتراسونيك، تكنيك- pulse echo (پالس- اكو) است. مولد موج الكتريكي يك پالس الكتريكي با فركانس و دامنه مشخص را توليد مي كند. سپس مبدل، پالس الكتريكي را به پالس اولتراسونيك تبديل مي كند. اين پالس از نمونه موجود در قطعه اندازه گيري عبور مي كند و پس از برخورد با ديواره داخلي قطعه منعكس شده و به مبدل، جائي كه در آن تشخيص داده مي شود باز مي گردد.

در حقيقت مبدل به صورت يك دريافت كننده عمل كرده و پالس اولتراسونيك برگشتي را به يك پالس تبديل مي كند كه بر روي اسيلوسكوپ آشكار مي‌شود. از آنجائي كه بخشي از پالس منعكس شده و بخش از آن عبور مي كند يك سري از اكوها روي نوسان نما (اسيلوسكوپ) مشاهده مي شود سرعت و ضريب تضعيف امواج اولتراسونيك با استفاده از اين اكوها تعيين مي شود.
هر اكو مسافتي معادل دو برابر طول سلول (d) بيشتر از اكوي قبلي طي مي كند و بنابراين، سرعت با اندازه گيري زمان تأخير (t) بين اكوهاي متوالي محاسبه مي شود:
از طرفي در صورتيكه سرعت اولتراسونيك در نمونه مشخص گردد، ضخامت آن را مي توان تعيين كرد.

كاربردهای اولتراسوند در فرايند مواد غذايی

presence / absence detection
وجود يا عدم وجود يك ماده در ميان يك جفت مبدل يا بين يك مبدل و يك صفحه رفراكتومتر را مي توان با اندازه گيري دامنه موج الكتريكي تعيين كرد. در صورتيكه ماده‌اي وجود داشته باشد دامنه موج الكتريكي كاهش خواهد يافت. اين تكنيك براي شمارش تعداد موادي كه از يك نقطه مشخص بر روي نوار نقاله عبور مي كنند مفيد است. در صورتيكه سرعت نوار نقاله مشخص باشد اندازه اشياء را نيز مي توان تعيين كرد.

اولتراسوند مي تواند براي تشخيص وجود يا عدم وجود يك ماده در قوطي، لوله، تانك و غيره نيز بكار برده شود.

مبدل اولتراسونيك بر روي بخش خارجي ديواره آنها قرار داده شده و دامنه يك اكوي منعكس از قسمت داخلي ديواره اندازه گيري مي شود اين دامنه بستگي به مقاومت صوتي ماده موجود در تانك دارد. در صورتي كه ماده اي در ظرف وجود نداشته باشد (امپدانس صوتي كم) دامنه اكوي دريافتي بيشتر از حالتي خواهد شد كه ماده اي وجود داشته باشد.
اين نوع سنسور مي تواند براي تعيين اينكه آيا ميزان مايع موجود در تانك پايين تر يا بالاتر از حد بحراني شده است يا نه، و براي تعيين وجود بقاي ماده در لوله بكار برده شود و مخصوصاً در رابطه با وسايل و ظروفي كه مشاهده داخل آنها امكان پذير نيست مفيد مي باشد.
مزيت اين روش نسبت به ساير روش هاي تجارتي اين است كه در اين جا تنها لازم است به يك طرف ظرف يا ماده مورد آزمايش دسترسي داشته باشيم.

تعيين ضخامت
يك مبدل اولتراسونيك در يك طرف ماده قرار گرفته و مدت زماني كه يك پالس عرض ماده را طي كرده و بر مي گردد اندازه گيري مي شود. در صورتيكه سرعت اولتراسوند در ماده مشخص باشد، مسافت طي شده با استفاده از 2d=ct محاسبه مي شود.
اولتراسوند مخصوصاً در رابطه با تعيين ويژگي هاي موادي كه دسترسي به آنها با روش هاي مرسوم مشكل است، مانند تعيين ضخامت لوله در صورتي كه فقط دسترسي به قسمت بيروني لوله امكان پذير است مفيد مي باشد. هم چنين براي اندازه گيري ضخامت لايه هاي مخصوص در سيستم هاي چند لايه نيز مي تواند بكاربرده شود.

تعيين ضخامت لايه هاي چربي و گوشت بي چربي دربافت حيواني مشهورترين كاربرد اولتراسوند در صنايع غذايي در حال حاضر است و تعدادي دستگاه تجارتي براي درجه بندي كيفيت گوشت وجود دارد. اين كاربرد بر اساس اندازه گيري فواصل زماني بين پالس هاي اولتراسونيك منعكس شده از مرزهاي ميان لايه هاي چربي، بافت گوشت بي چربي و استخوان است مزيت اين تكنيك ارزان بودن نسبي آن، كاربرد آسان آن و پيش بيني كيفيت گوشت حيوانات زنده مي باشد.
ساير نمونه هاي تعيين ضخامت شامل تعيين سطح و وجود و يا عدم وجود مايع در تانكها، تعيين ميزان مايع موجود در كنسرو، تعيين ضخامت پوشش هاي فرآورده هاي قنادي مانند ضخامت لايه شكلات در شيريني جات و تعيين پوسته تخم مرغ مي باشند.

تشخيص ماده خارجي
مواد خارجي نامطلوب مانند قطعات فلز، شيشه، چوب، پلاستيك و غيره ممكن است سبب آلودگي مواد غذايي در طي فرايند گردند. بسياري از مواد غذايي از لحاظ نوري مات هستند و بنابراين روشهائي كه از نور استفاده مي كنند، نمي توانند كاربرد داشته باشند. در صورتيكه پالس اولتراسونيك در داخل يك نمونه منتشر گردد، از هر مانعي كه سد راه آن قرار گيرد منعكس شده و سبب تفاوت نسبتاً زيادي در مقاومت صوتي بين غذا و ماده خارجي مي شود. موادي نظير شيشه، فلز و چوب كه گاهي به داخل ماده غذايي راه مي يابد مقاومتهاي صوتي بزرگتري نسبت به ساير اجزاء غذايي دارند و بنابراين مي توانند به آساني توسط اولتراسوند مشخص شوند.

فاصله ماده خارجي از سطح قوطي با اندازه گيري زمان پالس هاي اولتراسونيك منعكس شده از ماده خارجي و ديواره قوطي تعيين مي شود.
d2=d1.t2/t1
با حركت يك مبدل اولتراسونيك در اطراف نمونه، امكان تعيين اندازه و محل قرار گرفتن ماده خارجي و حتي محل بافت چربي در گوشت وجود دارد. اين تكنيك يك مثال ساده از تكنيك هاي تصوير نگاري بكار برده شده براي تعيين سلامتي و تعيين جنس جنين در رحم مي باشد.

اندازه گيري فلوريت
اندازه گيري فلوريت مواد در لوله ها در طي فرآيند، در بسياري از كارخانجات غذائي حائز اهميت است. انواع مختلفي از سنسورهاي اولتراسونيك در دسترس هستند كه مي توانند براي اندازه گيري فلوريت (سرعت جريان) مايعات بكار برده شوند. فلومترهاي اولتراسونيك ظرفيت تعيين فلوريت هاي در حدود چند متر در ثانيه در سيستم هائي كه ابعاد آنها كمتر از mm1 است (مانند جريان خون در سياهرگها) تا بيشتر از km1 (جريان آب در رودخانه ها) را دارند.

اندازه گيري درجه حرارت
خواص اولتراسونيك مواد نسبت به حرارت حساس مي باشند و بهمين دليل اولتراسوند را مي توان در رابطه با اندازه گيري درجه حرارت نيز بكار برد. ترمومترهاي اولتراسونيك از يك ماده استوانه‌اي شكل تشكيل شده اند كه يك ماده ديگر با امپدانس صوتي متفاوت به انتهاي آن متصل شده است قسمتي از يك پالس اولتراسونيك انتشار يافته در طول استوانه منعكس شده و قسمت ديگر آن در مرز ميان دو ماده عبور مي كند. قسمت انعكاس يافته به سمت مولد بر مي گردد در حاليكه قسمتي كه عبور كرده، قبل از برگشت به مبدل؛ از ميان قطعه نهايي عبور مي كند.

اختلاف در مدت زمان (t) بين دو اكو زماني است كه طول مي كشد تا پالس دو بار طول قطعه نهائي (d) را طي كند. اين زمان بستگي به سرعت اولتراسونيك ماده قطعه نهائي و طول آن دارد كه هر دو با تغيير درجه حرارت، تغيير مي كنند.
سنسورهاي اولتراسوند در مواقعي كه كاربرد سنسورهاي مرسوم حرارتي براحتي امكان پذير نيست مانند اندازه گيري درجه حرارت در محيطهاي مايكروويو يا در محيطهاي با درجه حرارت بالا، مفيد هستند.

صفحه قبل صفحه بعد
نظر شما
نام : *
پست الکترونیک :
وب سایت/بلاگ :
*
:) :( ;) :D
;)) :X :? :P
:* =(( :O @};-
:B /:) =D> :S
کد امنیتی : *


برچسب ها: ,
موضوع : | لينك ثابت
نوشته شده در تاريخ دوشنبه 3 مهر 1391 توسط حميد تلك آبادي