سنسور مسطح چیست و چه کاربردی دارد؟

سنسور (sensor) یعنی حس کننده، و از کلمه sens به معنی حس کردن گرفته شده و می‌تواند کمیت‌هایی مانند فشار، حرارت، رطوبت، دما، و … را به کمیت‌های الکتریکی پیوسته (آنالوگ) یا غیرپیوسته (دیجیتال) تبدیل کند. سنسور‌ها در انواع دستگاه‌های اندازه گیری، سیستم‌های کنترل آنالوگ و دیجیتال مانند PLC مورد استفاده قرار می‌گیرند.

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 باشد. سنسور‌ها بر اساس نوع و وظیفه‌ای که برای آن‌ها تعریف شده اطلاعات را به سیستم کنترل کننده می‌فرستند و سیستم طبق برنامه تعریف شده عمل می‌کند.

سنسور مسطح:

سنسورهای مسطح به دو نوع سنسور تماسی و غیر تماسی تقسیم می شوند که هر یک مزایا و معایبی را داراست.

سنسورهای تماسی:

برای سنجش دمای محیط مورد استفاده قرار می گیرند. سنسورهای تماسی دمای خود را مورد سنجش قرار داده و با تماس این سنسور به جسم مورد نظر دیگر و یا قرار گرفتن سنسور در محیط، تعادل گرمایی بین سنسور و محیط ایجاد می شود و مورد سنجش قرار می گیرد.

سنسورهای غیرتماسی:

سنسورهایی هستند که با نزدیک شدن یک جسم یا قطعه، آن را حس کرده و فعال می شوند.

مزایای سنسورهای غیرتماسی:

* سرعت سوئیچینگ زیاد

* عدم ایجاد نویز در هنگام سوئیچینگ

* عدم نیاز به نیرو و فشار

* طول عمر زیاد

* قابل استفاده در محیط های مختلف با شرایط سخت کاری

گستره سنسورها بسیار زیاد و رو به رشد است. در ابتدا فقط سنسورهای دما و رطوبت و از این دست وجود داشتند.. امروزه سنسورها Sensors دسته بندی‌های متنوعی دارند. مانند سنسورهای بیومتریک از جمله حسگر اثر انگشت، حسگر عنبیه چشم و... حسگرها با نوع خروجی‌شان هم دسته بندی می شوند. مثلاً حسگرهایی با خروجی دیجیتال و حسگرهایی با خروجی آنالوگ که تأثیر عوامل محیطی را در خروجی با ولتاژ آنالوگ نمایان می‌کنند. استفاده از Sensor در رباتیک و اینترنت اشیاء iot بسیار پر کاربرد است. در این بخش ماژول‌های کاربردی را بر اساس نوع حسگر به کار رفته دسته بندی کرده‌ایم.

انواع سنسور:

1. سنسورهای تشخیص حرکت

2. سنسورهای شتاب سنج

3. سنسور ژیروسکوپ

4. سنسورهای رطوبت

5. سنسورهای نوری

سنسورهای تشخیص حرکت:

سنسور تشخیص حرکت وسیله‌ای الکترونیکی است که برای تشخیص حرکت فیزیکی یک جسم یا انسان در یک منطقه معین استفاده می‌شود و حرکت را به یک سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کند.تشخیص حرکت نقش مهمی در صنعت امنیت دارد. از این سنسورها در مناطقی استفاده می‌کنند که در آنجا هیچ حرکتی نباید شناسایی شود و بتوان متوجه حضور شخص یا جسم خاصی شد.

این سنسورها در درجه اول برای سیستم‌های تشخیص نفوذ، کنترل درب اتوماتیک، تشخیص موانع، دوربین هوشمند، سیستم‌های پارکینگ اتوماتیک، خشک کن دست اتوماتیک، سیستم‌های مدیریت انرژی و غیره مورد استفاده قرار می‌گیرند. از طرف دیگر این سنسورها می‌توانند انواع مختلفی از حرکات را رمزگشایی کرده و در برخی صنایع مفید باشند به گونه‌ای که مشتری بتواند با تکان دادن دست یا با انجام یک عمل مشابه با سیستم ارتباط برقرار کند.

سنسورهای شتاب سنج:

یک مبدل است که برای اندازه‌گیری شتاب فیزیکی که توسط یک جسم به دلیل نیروهای اینرسی ایجاد شده است استفاده می‌شود و حرکت مکانیکی را به یک خروجی الکتریکی تبدیل می‌کند. این سنسور بر اساس نرخ تغییر سرعت نسبت به زمان عمل می‌کند.

سنسورهای شتاب سنج اکنون در میلیون‌ها دستگاه نظیر تلفن‌های هوشمند موجود هستند. کاربردهای آنها شامل تشخیص لرزش‌ها، کج شدن و به طور کلی اندازه‌گیری شتاب اجسام است. این سنسور برای نظارت بر شتاب رانندگی یا استفاده از یک گام شمار هوشمند فوق‌العاده است. در بعضی موارد از آنها به عنوان نوعی محافظ در برابر سرقت استفاده می‌شود زیرا در صورت جابجایی شی که باید ثابت بماند، می‌تواند از طریق سیستم هشدار ارسال کند.

سنسورهای شتاب سنج به طور گسترده در دستگاه‌های سلولی و رسانه‌ای، اندازه‌گیری لرزش، کنترل و تشخیص اتومبیل، ردیابی سقوط آزاد، هواپیما و صنایع هواپیمایی، تشخیص حرکت، نظارت بر رفتار ورزشکاران، برق مصرفی، اماکن صنعتی و ساختمانی و غیره مورد استفاده قرار می‌گیرند.

سنسور ژیروسکوپ

سنسور یا دستگاهی که برای اندازه‌گیری سرعت زاویه‌ای استفاده می‌شود، به عنوان سنسورهای Gyro شناخته می‌شود. سرعت زاویه‌ای برای اندازه‌گیری سرعت چرخش در اطراف یک محور تعریف می‌شود. ژیرسوکوپ وسیله‌ای است که برای هدایت و اندازه‌گیری سرعت زاویه‌ای و چرخشی در جهت‌های 3 محوره استفاده می‌شود. مهمترین کاربرد آنها نظارت بر جهت‌گیری یک شی است.کاربردهای اصلی این سنسورها شامل سیستم‌های ناوبری اتومبیل، کنترلرهای بازی، دستگاه‌های همراه و دوربین، برق مصرفی، کنترل رباتیک، هلیکوپتر، کنترل پهپاد، کنترل وسیله نقلیه و موارد دیگر می‌شود.

سنسور رطوبت

رطوبت، میزان بخار آب در جو، هوا یا سایر گازها تعریف می‌شود. سنسورهای رطوبت معمولاً از حسگرهای دما استفاده می‌کنند زیرا بسیاری از فرآیندهای تولید نیاز به شرایط دمایی مناسب دارند. از طریق اندازه‌گیری رطوبت، می‌توانید اطمینان حاصل کنید که کل فرآیند بدون نقص اجرا می‌شود و در صورت ایجاد تغییر ناگهانی فوراً مطلع شوید زیرا سنسورها تقریباً بطور لحظه‌ای تغییر را تشخیص می‌دهند.

کاربردهای زیادی از این سنسورها را می‌توان در زمینه‌های صنعتی، منازل مسکونی برای کنترل سیستم‌های گرمایشی و تهویه، محافظت از داروها، موزه‌ها، فضاهای صنعتی و گلخانه‌ها، ایستگاه‌های هواشناسی، صنایع رنگ و پوشش، بیمارستان‌ها و صنایع داروسازی مشاهده کرد.

سنسور نوری

سنسوری که میزان اشعه‌های نور را اندازه‌گیری کرده و آن را به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کند که توسط کاربر یا یک وسیله الکترونیکی به راحتی قابل خواندن باشد، سنسور نوری نامیده می‌شود. حسگرهای نوری بسیار مورد علاقه متخصصان IoT قرار گرفته است زیرا آنها برای اندازه‌گیری پدیده‌های مختلف به صورت همزمان استفاده می‌شود. فناوری موجود در این سنسور به آن اجازه می‌دهد انرژی الکترومغناطیسی که شامل برق، نور و غیره است را نیز جذب و آشکار کنند.

با توجه به این واقعیت این سنسورها در مراقبت‌های بهداشتی، نظارت بر محیط‌ زیست، انرژی، هوافضا و بسیاری از صنایع دیگر کاربرد پیدا کرده‌اند. با حضور آنها در شرکت‌های نفتی، شرکت‌های داروسازی و شرکت‌های معدن ضمن حفظ امنیت کارمندان، تغییرات محیطی نیز قابل ردیابی هستند.

از جمله کاربرد اصلی این سنسورها می‌توان به تشخیص نور محیط، سوئیچ‌های نوری دیجیتال، ارتباطات فیبر نوری، کاربردهای نفت و گاز، زمینه‌های عمرانی و حمل ‌و نقل، سیستم‌های شبکه با سرعت بالا، کنترل درب آسانسور، شمارنده‌ های خط مونتاژ و سیستم‌های ایمنی اشاره داشت.

سنسور شیب

سنسورهای شیب ( شیب سنج یا سنسور شیب ) برای اندازه گیری شیب زاویه ای افقی و عمودی با دقت بالا طراحی شده اند. سنسورهای شیب از جمله رایج ترین سنسورهایی هستند که در کاربردهای مختلف مورد استفاده قرار می گیرند. از آنها برای اندازه گیری موقعیت شیب  با اشاره به جاذبه و شناسایی تمایل یا جهت گیری یک شیء استفاده می شود.

به عنوان مثال ، یک سنسور شیب کمک می کند تا جهت فعلی هواپیما با توجه به زاویه شیب آن با زمین مشخص شود و به خلبان اجازه می دهد تا به طور مؤثرتری در هنگام پرواز با موانع مقابله کند.

برای استفاده از سنسورها  دو روش عمده وجود دارد:

حس کردن استاتیک:

در این روش محرک‌ها ثابت‌اند و حرکت‌هایی که انجام می شود بدون مراجعه لحظه‌ای به سنسورها صورت می‌گیرد. مثلاً در این روش ابتدا موقعیت شیء تشخیص داده می‌شود و سپس حرکت به سوی آن نقطه صورت می‌گیرد.

حس کردن حلقه بسته: 

در این روش بازوهای ربات در طول حرکت با توجه به اطلاعات سنسورها کنترل می‌شوند. اغلب سنسورها در سیستم‌های بینا از این مدل هستند.

سنسور را می توان با استفاده از چندین ویژگی زیر توصیف کرد:

محدوده: حداکثر و حداقل مقادیری که سنسور می تواند اندازه گیری کند.

حساسیت: حداقل تغییر در پارامتر اندازه گیری شده که باعث تغییر قابل تشخیص در سیگنال های خروجی می شود.

وضوح تصویر: حداقل تغییر در پدیده ای است که سنسور قادر به تشخیص آن است.