پروژه و تحقیق-سنسورهای نوری و کاربرد آنها- در 54 صفحه-docx

دسته بندي : فنی و مهندسی » مکانیک
سنسور چیست؟ نوری الکترونی به صورت یک سیگنال الکتریکی تبدیل کند. بنابراین سنسور را می‌توان به عنوان یک زیر گروه از تفکیک کننده‌ها که وظیفه‌ی آن گرفتن علائم ونشانه‌ها از محیط فیزیکی و فرستادن آن به واحد پردازش به صورت علائم الکتریکی است تعریف کرد. البته سنسوری مبدلی نیز ساخته شده‌اند که خود به صورت IC می‌باشند و به عنوان مثال (سنسورهای پیزوالکترونیکی، سنسورهای نوری). وقتی ما از سنسوری مجتمع صحبت می‌کنیم منظور این است که تکیه پروسه آماده‌سازی شامل تقویت کردن سیگنال، فیلترسازی، تبدیل آنالوگ به دیجیتال و مدارات تصحیح‌ می‌باشند، در غیر این صورت سنسوری که تنها سیگنال تولید می‌کند به نا سیستم موسوم هستند. در نوع پیشرفته به نام سنسور هوشمند یک واحد پردازش به سنسور اضافه شده است تا خورجی آن عاری از خطا باشد منطقی‌تر شود. واحد پردازش سنسور که به صورت یک مدار مجتمع عرضه می‌شود اسمارت (Smart) نامیده می‌شود. یک سنسور باید خواص عمومی زیر را داشته باشد تا بتوان در سیستم به کار برد که عبارتند از: حساسیت کافی، درجه بالای دقت و قابلیت تولید دوباره خوب، درجه بالای خطی بودن، عدم حساسیت به تداخل و تاثیرات محیطی، درجه بالای پایداری و قابلیت اطمینان، عمر بالای محصول و جایگزینی بدون مشکل. امروزه با پیشرفت صنعت الکترونیک سنسوری مینیاتوری ساخته می‌شود که از جمله مشخصه‌ی آن می‌توان به موارد زیر اشاره کرد: سیگنال خروجی بدون نویز، سیگنال خروجی سازگار با باس، احتیاج به توان پایین. سنسور (sensor)یعنی حس کننده,و از کلمه sens به معنی حس کردن گرفته شده

مقدمه :

سنسورها از نظر کیفی مرحله جدیدي را در استفاده هرچه بیشتر از همه امکاناتی که توسط علم میکرو الکترونیک بوجود آمده است، بویژه در زمینه پردازش اطلاعات عرضه می کند. سنسورها رابط بین سیستم  کنترل الکتریکی از یک طرف و محیط، عملیات، رشته کارها یا ماشین از طرف دیگر هستند. درگذشته تکامل سنسور قادر به هم گامی با سرعت تکامل در صنعت میکروالکترونیک نبوده است. در واقع در اواخر دهه1970 و اوایل دهه 1980 تکامل سنسور در سطح بین المللی بین سه و پنج سال عقب تر از تکامل علم میکروالکترونیک در نظر گرفته می شد. این حقیقت که ساخت عناصر میکروالکترونیک غالباً بسیار ارزانتر از وسائل اندازه گیري کننده اي (سنسورهائی) بود که آنها احتیاج داشتند یک مانع جدي در ازدیاد و متنوع نمودن کاربرد میکرو الکترونیک پردازشگر اطلاعات در گستره وسیعی از عملیات و رشته کارها بود. چنین اختلافی بین علم میکرو الکترونیک مدرن و تکنولوژي اندازه گیري کننده کلاسیکی تنها توانست به واسطه ظهور تکنولوژي سنسورهاي مدرن برطرف شود. به این دلیل، امروزه سنسورها به عنوان یکی از عناصر کلیدي جهت تکامل پیوسته و شتابان علم میکروالکترونیک شمرده می شوند.

کار تحقیقاتی و تکاملی گسترده در شاخه هاي مختلف تکنولوژي سنسور در سطح بین المللی آغاز شد.

حاصل این فعالیت آنست که امروزه تجارت سنسور از یکی از بالاترین نرخهاي رشد سالانه بهره مند میباشد ( بین10 و20 درصد ). از آنجا که سنسورها وسیله اساسی براي بدست آوردن همه اطلاعات لازم در

رابطه با وضعیت هاي مختلف عملیات و محیط هستند (در مفهوم عام کلمه)، بنابراین آنها در امکانات کاملا جدیدي را به روي اتوماسیون طیفی از عملیات در صنعت، منزل، کارخانه، کاربردهاي طبی، و سایر بخش هامی گشایند .این مثال ها براي کارخانه هاي تمام اتوماتیک و مجتمع آینده تنها میتواند به کمک سنسور ها تحقق یابد .

اگر چه سنسورها به همراه علم میکرو الکترونیک پردازشگر اطلاعات یک گام مهم رو به جلو را عرضه میدارد لیکن این تنها اولین قدم است .در این مرحله سنسورها از تعدادي از عناصر میکروالکترونیک موجود،براي مثال به شکل پردازشگرها، حافظه ها، مبدل هاي آنالوگ به دیجیتال یا تقویت کننده ها براي آماده نمودن سیگنال خروجی استفاده می کنند در عین حال، سنسور باید یک خروجی الکترونیکی تولید کند که به آسانی پردازش می شود .در حالت ایده آل این سیگنال به شکل یک سیگنال دیجیتالی، سازگار با باس میباشد .

همچنین احتیاج به کاهش وزن و حجم وجود دارد.دومین گام عبارت از اتّصال سنسور -سیستم میکرو

الکترونیک – بخش مکانیکی می باشد .اطلاعات حاصل شده توسط سنسور در رابطه با حالت یا پیشرفت ی

پروسه با عبور از یک طبقه پردازشگر سیگنال الکترونیکی وارد بخش مکانیکی (بطور کلاسیکی یک کنترل

کننده ) شده و به پروسه باز خوانده می شود.زنجیره سنسور – سیستم میکروالکترونیک – بخش مکانیکی تنها در صورتی کار می کند که همه طوط رابط سازگار باشند .این امر منجر به توصیف یک معیار مهمتر به ویژه تا جایی که به سنسور مربوط است میشود .علی رغم آگاهی گسترده در رابطه با اهمیت سنسور به عنوان یکی ازعناصرکلیدي در فرایند توماسیون، کسب اطلاعات جامع و مقایسه اي درباره وضعیت تکنولوژي سنسور و پیشرفت هاي حاصل شده در این زمینه مشکل است .این امر داراي چند دلیل زیر است:

1) سنسورهائی براي اندازه گیري بیش از 100 کمیت فیزیکی وجود دارد .اگر اندازه گیري کمیت هاي

شیمیائی را نیز به حساب بیاوریم این رقم به چندین صد رقم بالغ می شود

2 ) تقریبا 2000 نوع اصلی از سنسورها را میتوان طبقه بندي کرد . بین 60000 و 100000 سنسور براي اندازه گیري در حالِ پروسه ها از نظر تجاري در دنیاي غرب وجود دارد.

3 ) بر طبق گزارش پایگاه داده هاي INSPEC هر ساله بیش از 10000 نشریه در رابطه با سنسورها منتشر می شود .

4) به سخن عام، ظهور سنسورها یا تکنولوژي هاي سنسور جدید تخمینا 5 الی 15 سال طول می کشد ، و همچنین فرآیندي بسیار هزینه بر می باشد.

با این وجود، دقیقا به این دلیل است که بسیار ضروري بنظر می رسد که هم سازندگان و هم مصرف کنندگان سنسورها در جریان تاریخچه اي از آنچه قبلا وجود داشته است و پیشرفت هائی که انتظار می روددر آینده رخ دهد قرار بگیرند .بنابراین اگر چه یک سازنده سنسور که در زمینه خاص کار می کند ممکن است موارد مورد علاقه خودش را بطور خیلی گذرا یا با توضیح ناکافی مشاهده کند، لیکن او باید برانگیخته شود تا افکارخود را به ماوراي مرزهاي رشته خودش بکشاند.

بحث سنسور داراي مشخصه چند گانگی علمی بسیار زیادي است .از سازنده سنسور گرفته تا استفاده کننده آن تخصص هاي خیلی زیادي متجلی میشود .این حقیقت مزایاي خودش را دارد؛ براي مثال کاربرد ترکیبی یک یا چند اصل سنسور مجاز شمرده می شود .با این وجود معایبی نیز مشاهده می شود از قبیل میزان مقاومتی که در رابطه با معرفی ایده هاي جدید و ناشناخته وجود دارد.

فصل اول

سنسورها و انواع آن

بخش (1-1 ) تعریف عبارت سنسور :

واژه سنسور از سنس یعنی احساس کردن، گرفته شده است .سنسور یعنی چیزي که می تواند احساس

کند. همیشه در علم الکتروینک این نکته وجود دارد که براي اینکه بتوانید الکترونیک را در هر جایی مورد

استفاده قرار بدهید، باید پدیده ها را به زبان ولتاژ و جریان تبدیل کنید .سنسورها هم براي همین ساخته

شده اند؛ سنسورها در انواع مختلف بسته به نیاز مورد استفاده ساخته شده اند ، منتها همه ي 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 سلولهاي نوري که به نور حساسند : شما وقتی از سنسور نوري استفاده می کنید درحقیقت 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 اي 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 .براي راه اندازي یک رله و ..تفاوت سنسورها در اینکه جنس و تحریک پذیري 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 .. سنسورهاي حساس به دود که با موارد راداکتیو ساخته می شوند و کارکردن با آنها نیاز به حساسیت بیشتري دارد بر اثر دود تحریک می شوند و باز هم یک سیگنال الکتریکی تولید می کنند .سنسورهاي 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 عنصرهاي مختلف (در از دست دادن یا گرفتن الکترون ) ترکیباتی ساخته که دریک محفظه قرار داده می شود وبه نام سنسور در جاهاي مختلف ازآنها استفاده می شود.

به طور کلی سنسور المان حس کننده اي است که کمیتهاي فیزیکی مانند فشار، حرارت، رطوبت، دما، و… را به کمیتهاي الکتریکی پیوسته (آنالوگ) یا غیرپیوسته (دیجیتال) تبدیل می کند .این سنسورها در انواع مورد استفاده قرار میگیرند . PLC دستگاههاي اندازه گیري، سیستمهاي کنترل آنالوگ و دیجیتال مانند باعث شده است که سنسور PLC عملکرد سنسورها و قابلیت اتصال آنها به دستگاههاي مختلف از جمله بخشی از اجزاي جدا نشدنی دستگاه کنترل اتوماتیک باشد .