دانلود تحقیق سنسورهای دیجیتال

سنسور چیست؟
در خودرو سنسورها بعنوان جاسوسهائی عمل میکنند که دایما وضعیت خودرو را حس میکنند و به ecu خبر میدهند و ecu نیز براساس خبرهای دریافتی از وضعیت موتور دستورهایی به مامورهای خود که همان عملگرها acture هستند میفرستد تا آنها براساس دستور دریافتی کارکرد خود را تنظیم کنند.

سنسور در فارسی به معنی حسگر میباشد.

یعنی قطعه ایی که بنا بر طراحی و نحوه ساخت خود میتواند اطاعات مختلفی را به صورت مورد نظر ارسال کند حال این ارسال اطلاعات میواند به صورت آنالوگ و یا دیجتال باشد.

نحوه کار سنسور تا قبل از استفاده رایج نیمه رسانا ها ساده و بر مبنای آنالوگ استوار بود و قالب اطلاعات را به صورت های ابتدایی ارسال میکردند اما امروز به استفاده چشمگیر از نیمه رسانا ها و مدارات مجتمع سنسور ها توانایی ارسال کردن و دهش دقیق داده را در کنار طول عمر و قیمت مناسب دارا هستند.
حسگر یا سنسور المان حس کننده ای است که کمیتهای فیزیکی مانند فشار، حرارت،، رطوبت، دما، و...

را به کمیتهای الکتریکی پیوسته (آنالوگ) یا غیرپیوسته (دیجیتال) تبدیل می کند.

در واقع آن یک وسیله الکتریکی است که تغییرات فیزیکی یا شیمیایی را اندازه گیری می کند و آن را به سیگنال الکتریکی تبدیل می نماید.

سنسورها در انواع دستگاههای اندازه گیری، سیستمهای کنترل آنالوگ و دیجیتال مانند PLC مورد استفاده قرار می گیرند.

عملکرد سنسورها و قابلیت اتصال آنها به دستگاههای مختلف از جمله PLC باعث شده است که سنسور بخشی از اجزای جدا نشدنی دستگاه کنترل اتوماتیک و رباتیک باشد.

سنسورها اطلاعات مختلف از وضعیت اجزای متحرک سیستم را به واحد کنترل ارسال نموده و باعث تغییر وضعیت عملکرد دستگاهها می شوند.

حسگرهای رطوبت حسگر حرکت

زوج حسگر اولتراسونیک(مافوق صوت)
برای شروع یک دسته بندی کلی بر اساس نحوه عملکرد سنسور انجام می دهیم:
سنسور های آنالوگ:
اغلب این سنسور ها به مانند یک میکرو سویچ عمل میکنند و با طراحی خاص و استفاده از عواملی مانند حرکت های مکانیکی در ناحیه مورد نظر یا بود.نبود فشار , یا حتی تغییر چشمگیر حوزه مغناطیس و یا انبساط و انقباض فرامین لازمه را به بخش مورد نظر ارسال میکنند.

از ساده ترین این سنسور ها میتوان به سنسور فشار روغن اشاره کرد که تنها توانایی بیان کردن وجود داشتن یا نداشتن فشار روغن را دارا بود و تونایی نمایش مقدار فشا را ندارد( اگر لامپ روشن باشد فشار وجود ندارد و اگر خاموش باشد فشار وجود دارد.
سنسورهای بدون تماس
سنسورهای بدون تماس سنسورهائی هستند که با نزدیک شدن یک قطعه وجود آن را حس کرده و فعال می شوند.

این عمل به نحوی است که می تواند باعث جذب یک رله، کنتاکتور و یا ارسال سیگنال الکتریکی به طبقه ورودی یک سیستم گردد.

مثال هایی از کاربرد سنسورها
1-شمارش تولید: سنسورهای القائی، خازنی و نوری
2-کنترل حرکت پارچه و...: سنسور نوری و خازنی
3-کنترل سطح مخازن: سنسور نوری و خازنی و خازنی کنترل سطح
4-تشخیص پارگی ورق: سنسور نوری
5-کنترل انحراف پارچه: سنسور نوری و خازنی
6-کنترل تردد: سنسور نوری
7-اندازه گیری سرعت: سنسور القائی و خازنی
8-اندازه گیری فاصله قطعه: سنسور القائی آنالوگ
سنسورهای القائی
سنسورهای القائی سنسورهای بدون تماس هستند که تنها در مقابل فلزات عکس العمل نشان می دهند و می توانند فرمان مستقیم به رله ها، شیرهای برقی، سیستمهای اندازه گیری و مدارات کنترل الکتریکی (مانند PLC) ارسال نمایند.
اساس کار و ساختمان سنسورهای القائی
ساختمان این سنسورها از چهار طبقه تشکیل می شود: اسیلاتور، دمدولاتور، اشمیت تریگر، تقویت خروجی.

سنسورها و ترانسمیترهای دیجیتال گرچه با توجه به مزایای گفته شده در بالا استفاده از سنسورهای نوری و راه حل های کنترلی آنها مفید است، لیکن باید بپذیریم که این روش ها هنوز گران هستند و در این بین ترانسمیترهای دیجیتال می توانند راه حلی اقتصادی و منطقی باشند.

کامپیوترهای قابل برنامه ریزی تحت Mod Bus ساخت کمپانی TMZ ، قابلیت ارسال اطلاعات مربوط به سیگنال جریان یا ولتاژ ترموکوپل و مقاومت های حرارتی را تا32 ورودی توسط یک جفت سیم از نوع فیبر دارد.

سیستم فاکس بورو، دامنه وسیعی از ترانسمیترهای دما را که سیگنالهای ورودی ترموکوپلها، مقاومت های حرارتی، مقاومت و منابع در حد میلی ولت را می پذیرد، ارایه می دهد.

برای مثال ترانسمیترRTT 15 I/A با قابلیت Hart و بر مبنای فیلد باس H1 و پروفی باس PA طراحی شده است.

سری RTT 20 نیز علاوه بر محدوده 4~20mA می تواند تحت خروجی های منطقی مربوط به فاکس قرار گیرد و با اتصال ترمینال های آن به کامپیوتر و یا سری های ورودی و خروجی فاکس بورو فعال شود.

در میان ترانسمیترهای آنالوگ، ترانس میتر Sitranns TF ساخت شرکت زیمنس به چشم می خورد که علاوه بر نمایش محلی مقادیر اندازه گیری شده می تواند با تبدیل این مقادیر به سیگنال مناسب برای ورودی سیستم کنترل مرکزی(DCS) بکار رود.این ترانسمیترها تحت استاندارد IP-65 هستند.

سنسور های دیجیتال: مهمترین مشخصه این سنسور داشتن دامنه وسیع اطلاعات در خروجی میباشد به این گونه که در نوع آنالوگ در قالب موارد دو حالت داشتیم(روشن بودن یا خاموش بودن چراغ) اما در سنسور های دیجیتال تغییرات در دامنه زمانی مورد نظر میباشد(به عنوان مثال رلوکتور).

سنسور اصولا یک مبدل انرژی است.

یعنی قطعه ای است که نوعی از انرژی را به نوع دیگر بتواند تبدیل کند ولی اکثر سنسورها انواع مختلف انرژی مانند گرمایی-مکانیکی-شیمیایی و...

را به انرژی الکتریکی تبدیل میکنند.

بنابراین در اکثر سنسورها ورودی انرژی است که میخواهیم اندازه گیری شود و در خروجی یک سیگنال الکتریکی متناسب با انرژی ورودی داریم.منظور از سیگنال الکتریکی جریان یا ولتاژ است.

تکنولوژی های متفاوتی برای ساخت سنسورها استفاده می شود ولی با توجه به پیشرفت صنعت نیمه هادی امروزه بسیاری از سنسورها با استفاده از قطعات نیمه هادی ساخته می شوند.

اصولا خروجی اکثر سنسورها یک سیگنال پیوسته (همه مقدار) دارد که ما آنها را سنسور آنالوگ میشناسیسم.

اما برای آنکه خواندن اطلاعات خروجی سنسورها توسط سیستمهای دیجیتال (مانند انواع پروسسورها از جمله ای سی یو) راحت تر انجام شود از مدارهای واسطی برای تبدیل خروجی آنالوگ به دیجیتال یا انجام مدولاسیونهای خاص (مانند مدولاسیون فرکانس یا عرض پالس) استفاده میشود.

همانطور که گفته شد ورودی سنسور یک نوع انرژی است.

بر همین اساس سنسورها را میتوان به گونه های زیر تقسیم کرد: ۱- آکوستیک:اندازه گیری سرعت.

دامنه.

فاز.

پلاریزاسیون و قطبش امواج صوتی ۲- بیولوژیک: اندازه گیری چگالی و اجزای جرمهای زیستی ۳- الکتریکی: اندازه گیری جریان.

بار.

پتانسل.

میدان الکتریک.

رسانایی ۴- مغناطیسی: اندازه گیری میدان و فلوی مغناطیسی ۵- مکانیکی:اندازه گیری مکان.

سرعت.

شتاب.

نیرو.

استرس.

فشار.

استرین.

چگالی.

اندازه حرکت.

سرعت شارش.

۶- نوری: اندازه گیری سرعت.

پلاریزاسیون و قطبش امواج الکترومغناطیس ۷- تشعشعی: اندازه گیری نوع تشعشع.

شدت.

انرژی ۸- حرارتی: اندازه گیری دما.

گرمای ویژه.

شارش گرما ۹- شیمیایی: اندازه گیری نوع و چگالی مواد شیمیایی اندازه گیری دما توسط سنسورهای فیبرتوری و دیجیتال در میان روش های اندازه گیری دما که در صنایع شیمیایی وجود دارد، روش هایی که مبتنی برفیبرنوری هستند جزو جدید ترین و جالب ترین روش ها محسوب می شود.

ایمنی در محیط های پرریسک، محافظت در برابرفرکانس های رادیویی و الکترومغناطیسی از نوع RFI و EMI ، سطح پایین اختلال در سیگنال کنترلی و دقت بالا از جمله مزایای استفاده از این روشهاست.

استفاده از سیستم های فیبرنوری باعث کاهش هزینه های مربوط به کنترل نسبت به مدارهای حاوی ترموکوپل ها و مقاومت های حرارتی(RTD) شده است.

فیبرهای نوری می توانند مدت زمان زیادی برای انتقال حرارت و دما از فرآیند کنترل شونده به پیرومتر نوری و یا ترمومتر از نوع مادون قرمز بکار روند.

این موضوع کار اندازه گیری را در فضاهای کوچک آسان می سازد و سبب ایزولاسیون وسیله اندازه گیری مورد استفاده می شود.

نمونه های موجود چنین سیستم هایی از سری SA شبیه ترمومترهای مادون قرمز تولیدی در کمپانی ایرکان (Ircon) است.

در چنین سیستم هایی ابزار مورد نظر توسط یک کابل فیبرنوری- که با لایه محافظی از جنس استیل پوشیده شده - به فرآیند مورد اندازه گیری متصل می شود.

سنسورهای فیبر نوری برخی از طراحان سیستمهای کنترل، طراحی خود را بر پایه کوچک کردن هر چه بیشتر سنسورها قرار داده اند بطوریکه این سنسورها بتوانند در فیبر نوری جمع شوند.

این سیستمها بر مبنای میزان طول موج ارسالی یا منعکس شده به وسیله سنسورها (نه طول موج ارسال شده از منبع) دمای هر بخش را اندازه گیری می کنند.

سال گذشته کمپانی اولوما(Oluma) به سیستم سنسورهای انتشار دهنده درجه حرارت(DTS) دست یافت که از یک رشته فیبرنوری ساده برای اندازه گیری دما با خطایی در حدود0/9 درجه فارنهایت و فاصله100 الی2 هزار متر بهره می برد.

از جمله کاربردهای این سیستم تشخیص نشتی در سیستم لوله کشی و مونیتورینگ بسیار مناسب سیستم مربوط به روغن است.

این سیستم در بستر فرآیند قرار داشته و هر بخش فیبرنوری همانند یک سنسور نسبت به نقاط انعکاسی عمل می کند.

با توجه به آنچه »الوما« ارایه کرده ، این ابزار جدید به اندازه کافی برای استفاده در سیستم های انتشار درجه حرارت، منطقی و مقرون به صرفه است.

کمپانی »دیویدسون« برای اندازه گیری دما در سیستم های فیبرنوری خود از تکنولوژی متفاوتی که بنام سنسورهای Faber-Perot شناخته می شود، بهره می برد.

این سنسورها از دو آینه داخلی برای ایجاد یک حفره رزونانسی استفاده می کنند.

حال اگر فضای موجود بین دو آینه با توجه به تغییرات حرارتی و یا نیروهای اعمال شده تغییر کند، فرکانس رزونانس سیستم تغییر می کند.

این کمپانی از تکنولوژی موسوم به مایکرو الکترومکانیک(MEMS) برای ساخت سنسورهای کوچک سیلیکونی بهره می برد.

می توان گفت ساده ترین ویژگی این سنسورها اندازه گیری دمای32 نقطه از سیستم در ارتفاع47 فوت تا دمای500 درجه فارنهایت است.

سنسورهای نوع سوم، سنسورهایBrag Grating است که بر پایه جدیدترین نمونه های سیستم Spectro Bay توسط شرکت خدماتی »بایر تکنولوژی« عرضه شده است.

این سنسور می تواند دمای مربوط به30 نقطه مختلف را که حداکثر در فاصله یک هزار متر از آن باشند برپایه بروشورهای منتشر شده توسط شرکت سازنده با خطایی در حد1/2 درجه فارنهایت اندازه گیری کند.

فیبر Brag نوعی تجهیزات نوری است که با یکبار استفاده از لیزر قدرتمند ماورای بنفش ایجاد می شود.

فضای عبور نور انعکاس یافته، تنها5 میلی متر طول دارد که این موضوع باعث می شود تا برخی از نورهای انعکاس یافته بازگردانده شود این فیبر می تواند با توجه به هر نقطه دلخواه در فیبرنوری کنترل شونده تعریف شود.

این مجموعه- یعنی فیبر و سنسورهای آن- توسط کمپانی آلمانی AOS تولید شده است.

در یک سمت فیبرنوری، منبع نوری مادون قرمز وجود دارد که تبدیل های سریع آن توسط سازنده نوری تعریف شده است و در سمت دیگر فیبرنوری یک ذره نوری قرارداردکه آن ذره چرخنده(Circulator) گفته می شود و وظیفه این ذره انتقال و هدایت نور از منبع به فیبر و سپس انتقال موج انعکاس یافته(بازگشتی) به اسپکترومتر است.

سنسورهای مختلف می توانند توسط اسپکترومتر تشخیص داده شوند چرا که هر کدام از فیبرهایBrag برپایه یک طول موج مشخص ساخته شده است و هنگامی که تغییراتی در آن مشاهده می شود نشانگر آنست که حتماً تغییرات دمایی ایجاد شده است.

در این میان آنچه ضروری بنظر می رسدجلوگیری از تداخل طول موج اندازه گیری بین دو مقدار تعریف شده، برای اندازه گیری هر سنسور است.

این سیستم می تواند در هر لحظه حداکثر به6 فیبر مجزا و جدا از هم متصل شود.

اما با توجه به تعریف سیستم، دلیلی برای این محدودیت نداریم و در واقع بایستی پرسید که چرا ما قادر به استفاده از فیبرهای نوری بیشتری نیستیم و یا اینکه چرا نقاط بیشتری از هر فیبر اندازه گیری نمی شوند؟

بر پایه طراحی های انجام شده در صنایع شیمیایی، آنچه فیبرBrag ارایه می دهد، جدید نیست و سیستم پیشنهادی Spectro Bay به مراتب جدیدتر و به نیازهای موجود در صنایع شیمیایی نزدیک تر است.

بر پایه اطلاعات بروشورها، در یک مقایسه اقتصادی، این سیستم به هیچ عنوان با سیستم ساده ای که در آن از ترموکوپل و مقاومت حرارتی بهره می بریم قابل مقایسه نیست.

ویژگی هایی که باعث می شود تا سیستم Spectro Bay مورد توجه قرارگیرد عبارتند از: نیاز به بهره گیری از تعداد زیادی سنسور قابلیت اتصال این سنسورها به یکدیگر قابلیت کار در محیط های پرریسک قابلیت ارتباط با سیستم فیبرنوری که به منظور اندازه گیری همزمان و جمع آوری داده های مربوط به آنها استفاده می شود.

هنگامی که هزینه های مربوط به کابل کشی سیستم ها بسیار بالاتر از حد انتظار شد، جایگزینی سیستم ارزانتر و ساده تر جزو ملزومات قرارگرفت.

سیستم انتقال بدون سیم(Wireless) برمبنای آنچه »کلیف لوئیس« می گوید: »ارزانتر و بدون سوال و ابهام است«.

ترانسمیترهای دمای Accutech که مبتنی بر انتقال بدون سیم است دارای یک باطری با عمر مفید5 سال و محدوده عملکرد از500 تا2000 فوت است و با توجه به مقادیر پروتکل MVP به ترانسمیترهای سیمی معمولی بسیار نزدیک است.

البته زمان پاسخ دهی این ترانسمیترها نسبت به ترانسمیترهای سیمی به میزان1 تا5 ثانیه کندتر است.

این ترانسمیترها در جایی که دسترسی برای نصب و استفاده از ترانسمیترهای سیمی امکان پذیر نیست کاربرد دارند.

برج های بلند، تجهیزات متحرک مانند کوره های دوار و خشک کن ها برخی از این موارد هستند.