در دنیای امروزه تقریباً تمام فعالیت های انسان به صورت خودکار انجام می شود (یعنی ماشینی شدن کارها، یا همان اتوماسیون) عملکرد سنسورها و قابلیت اتصال آنها به دستگاه های مختلف از جملهPLC باعث شده تا سنسور بخشی از اجزای جدا نشدنی دستگاه کنترل اتوماتیک باشد.
سنسور (sensor) به معنی حس کننده و از کلمه ی sens به معنی حس کردن اتخاذ شده، سنسور گونهای مبدل است. سنسور می تواند کمیت هایی مانند فشار، حرارت، رطوبت، دما، و غیره را به کمیت های الکتریکی پیوسته (آنالوگ) یا غیرپیوسته (دیجیتال) تبدیل کند. همیشه در علم الکترونیک این نکته وجود دارد که برای این که بتوان الکترونیک را در هر جایی مورد استفاده قرار داد، باید پدیده ها را به زبان ولتاژ و جریان تبدیل کرد. سنسورها برای همین موضوع ساخته شده اند. سنسورها در انواع دستگاه های اندازه گیری، سیستم های کنترل آنالوگ و دیجیتال مانند PLC مورد استفاده قرار می گیرند. عملکرد سنسورها و قابلیت اتصال آنها به دستگاه های مختلف از جمله PLC باعث شده است که سنسور بخشی از اجزای جدا نشدنی دستگاه کنترل اتوماتیک باشد.
سنسورها در انواع مختلف بسته به موارد مورد نیاز در دسترس است. نکته ی مهم این که همه ی سنسورها پدیده مورد بررسی را به یک سیگنال الکتریکی تبدیل می کنند یا این که بر سر راه یک مدار بسته می شوند. سنسورها بر اساس نوع و وظیفه ای که برای آنها تعریف شده است اطلاعات را به سیستم کنترل کننده می فرستند و سیستم طبق برنامه تعریف شده عمل می کند .سنسورها به عنوان اعضای حسی یک سیستم، وظیفه ی جمع آوری و تبدیل اطلاعات به صورتی که برای یک سیستم کنترل و با اندازه گیری قابل تجزیه و تحلیل باشد به عهده دارند. آنها اطلاعات مختلف از وضعیت اجزای متحرک سیستم را به واحد کنترل ارسال نموده و باعث تغییر وضعیت عملکرد دستگاه ها می شوند.
به طور کلی سنسور المان حس کننده ای است که کمیت های فیزیکی همانند: فشار، حرارت، رطوبت، دما، و غیره را بررسی کرده و در دستگاه های اندازه گیری، سیستم های کنترل آنالوگ و دیجیتال مانند PLC مورد استفاده قرار می گیرند. عملکرد سنسورها و قابلیت اتصال آنها باعث شده است که سنسور بخشی از اجزای جدا نشدنی دستگاه کنترل اتوماتیک باشد. سنسورها اطلاعات مختلف از وضعیت اجزای متحرک سیستم را به واحد کنترل ارسال نموده و باعث تغییر وضعیت عملکرد دستگاه ها می شوند.
اکثر سنسورهایی که امروزه مورد استفاده قرار می گیرند، در واقع قادر به برقراری ارتباط با دستگاه الکترونیکی است که در حال اندازه گیری و ضبط است. امروزه می توان سنسورها را در طیف گسترده ای از دستگاه های مختلفی که به طور مرتب استفاده می شود، پیدا کرد. در زندگی روزمره از sensor استفاده های متعددی می شود. صفحه نمایش لمسی که در گوشی خود دارید شامل این سخت افزار مهم است.
سنسورها در مدل های مختلفی تولید و روانه ی بازار شده و با توجه به نیاز مشتری در اختیار آنها قرار می گیرد. برای انتخاب یک سنسور مناسب باید مواردی همچون: روش کار، شرایط محیط، نوع خروجی، مشخصه ها، نوع مدار فرمان و موارد ضروری دیگر را مورد بررسی قرار دهیم. زمانی که قصد خرید سنسور را داریم، ابتدا باید این سوال ها مورد بررسی قرار گیرد که: آیا سنسور باید با قطعه ی مورد نظر تماس داشته باشد یا خیر؟ آیا محل و روش نصب و شکل ظاهری آن تعیین شده است؟ قرار است سنسور برای اندازه گیری یا تشخیص چه کمیت و جسمی مورد استفاده قرار گیرد؟ محل مناسب برایbچگونه جایی است و این محل از نظر آلودگی و محیطی به چه صورت است و موارد دیگر.
یک سنسور خوب باید: از حساسیت کافی برخوردار باشد، درجه ی بالای دقت و قابلیت تولید دوباره ی خوب و دارای درجه ی بالای خطی و درجه ی بالای پایداری بوده و قابل اطمینان باشد، گستره دینامیکی خوب، عدم حساسیت به تداخل، تأثیرات محیطی، امید به زندگی طولانی و جایگزینی بدون مشکل از دیگر ویژگی های یک سنسور خوب است.
سنسورها در رده های مختلفی طبقه بندی می شوند که در زیر به آنها اشاره می کنیم:
این نوع سنسورها در اتصالات مختلف محرکها مخصوصاً در عوامل نهایی یافت میشوند و به دو بخش قابل تفکیکاند. سنسورهای تشخیص تماس و سنسورهای نیرو - فشار
سنسورهای بدون تماس به سنسورهایی گفته می شود که با فاصله از جسم و بدون اتصال به آن عمل می کند، به عنوان مثال وقتی که یک قطعه به آن نزدیک می شود وجود آن را حس کرده و فعال می شوند. این عمل می تواند باعث جذب یک رله، کنتاکتور و یا ارسال سیگنال الکتریکی به طبقه ورودی یک سیستم شود.
سیگنال خروجی این نوع سنسورها از نوع آنالوگ است. یعنی یک سیگنال خروجی مداوم نسبت به مقدار اندازه گیری شده است. یک سیگنال آنالوگ مقداری پیوسته در زمان است که نوعی از اطلاعات را منتقل میکند.
سیگنال خروجی این سنسورها از نوع دیجیتال است. این سنسورها دارای انواع مختلفی است که هر کدام از آنها دارای ساختمان و عملکرد خاص خود است.
سنسورهای فعال به دسته ای از سنسورها گفته می شود که نیاز به یک سیگنال محرک خارجی یا سیگنال قدرت دارند. از سوی دیگر سنسورهای منفعل، هیچ سیگنال قدرت خارجی را نیاز ندارند و به طور مستقیم پاسخ خروجی تولید می کنند. نوع دیگری از طبقه بندی بر حسب نوع استفاده سنسور در ابزار های شناسایی اعم از برق، بیولوژیکی، شیمیایی، رادیواکتیو و غیره مطرح می شود.
سنسور القایی که زیر مجموعه سنسورهای مجاورتی قرار میگیرد، برای تشخیص اجسام فلزی به کار میرود و حضور جسم غیر فلزی را تشخیص نمیدهد. به سنسور القایی، سنسور حساس به فلز یا سنسور الکترو مغناطیسی هم گفته میشود. سنسورهای القایی AC و DC رسا برد با ویژگیهای فنی و ظاهری متفاوتی تولید میشوند که به هنگام خرید باید به آنها توجه کرد.
مشخص کردن جسم مورد سنجش و نوع کمیت از مهمترین و ابتدای ترین نکته در انتخاب سنسور است. در سنسورها نوع مواد تشکیل دهنده، نوع تغذیه، اندازه گیری موادی همچون: سرعت، حرارت، سطح مایعات، سطح جامدات. توجه به محل نصب، همجواری با سنسورهای دیگر، خروجی سنسورها، مشخصه ی کاری سنسور و غیره از مهمترین موارد انتخاب سنسور با کیفیت و مناسب با استانداردهای جهانی است. در ادامه به طور مختصر به این موارد می پردازیم:
از سنسور مادون قرمز بدون حساسيت به نور محيط می توان هم برای تشخیص وجود مانع استفاده کرد و هم برای تشخیص رنگ سیاه از سفید. فرستنده و گیرنده مدار را می توان رو به روی هم قرار داد که با این کار اگر مانعی در بین این دو باشد تشخیص داده می شود و هم می توان هر دو را کنار هم قرار داد.
از لحاظ فاصلهای که سنسورها باید با هدف مورد نظر داشته باشند به سه قسمت سنسور تماسی، سنسورهای مجاورتی و سنسورهای بدون تماس تقسیم میشوند. سنسور تماسی در اتصالات مختلف محرکها مخصوصاً در عوامل نهایی یافت میشوند و به دو بخش قابل تفکیکاند. سنسورهای نوری، القایی و خازنی از این نوع است.( سنسورهای القایی فقط اجسام رسانی مغناطیسی را حس می کنند و قدرت آشکارسازی جسم آنها به اندازه دامنه میدان تولید بستگی دارد). سنسورهای مجاورتی مشابه سنسورهای تماسی است، اما در این مورد برای حس کردن لازم نیست حتماً با شیء در تماس باشد.
عموماً این سنسورها از نظر ساخت از نوع پیشین سخت تر است ولی سرعت و دقت بالاتری را در اختیار سیستم قرار میدهند. سنسورهای بدون فاصله از جسم و بدون اتصال به آن عمل می کند؛ مثلاً نزدیک شدن یک قطعه وجود آن را حس کرده و فعال می شوند. این عمل می تواند باعث جذب یک رله، کنتاکتور و یا ارسال سیگنال الکتریکی به طبقه ورودی یک سیستم گردد. در انتخاب سنسور دیجیتال، نوع مواد تشکیل دهنده دارای اهمیت فراوانی است.
با توجه به محل نصب، سنسورها در مدل های مختلفی همچون: استوانه ای، شیاردار، مکعبی، حلقه ای و غیره در اندازه های مختلف تولید می شود. شکل ظاهری سنسور به غیر از محل نصب به فاصله و مواد تشکیل دهنده ی جسم هم بستگی دارد. سنسور نوع استوانه ای و مکعبی برای محل هایی مناسب است که فاصله کم باشد و امکان برخورد جسم با قسمت حساس سنسور وجود دارد. از سنسور مدل شیار دار یا حلقه ای برای مشخص کردن وضعیت اجسام که دارای شرایط و سرعت خاص هستند استفاده می شود.
خروجی سنسورها با توجه به نقش سنسور در مدار فرمان انتخاب می شود. این خروجی در مدل های مختلفی مانند: ولتاژی، جریانی، پالس، تحت شبکه و قطع و وصل به صورت نرمال بسته، قطع و وصل به صورت چنج آور و قطع و وصل به صورت نرمال باز وجود دارد.
در این روش محرکها به صورت ثابت قرار دارند و حرکتهایی که انجام می شود بدون مراجعه لحظهای به سنسورها صورت میپذیرد.
در این روش بازوهای ربات در طول حرکت با توجه به اطلاعات سنسورها کنترل میشوند. بیشتر سنسورها در سیستمهای بینا از این مدل است.
طبق المان سنسور، سنسورها را میتوان بسته به نحوه کارکردشان به گروههای مختلفی طبقهبندی کرد. به عبارتی سنسورها میتوانند خواص فیزیکی از قبیل تغییر در مقاومت الکتریکی، تغییر در ظرفیت خازن، القای الکتریکی، اثر ترمو الکتریکی، اثر پیزو الکتریک، اثر فتوالکتریک، اثر هال را اندازه بگیرند. یک تاکومتر که از دو آهنربا و یک سنسور اثر هال تشکیل شده است.
سنسورها همچنین میتوانند بر اساس پدیده ی فیزیکی که اندازه میگیرند نیز طبقهبندی شوند. برای مثال: سنسور موقعیت سنسورهایی است که اندازهگیری موقعیت را می سنجد، مانند: لیمیت سوئیچ ها، سنسورهای مجاورتی، پتانسیومترهای خطی یا دورانی، اینکودر، سونار. انواع دیگر آن: سنسور مادون قرمز، سنسورهای ترموکوپل و دما، سنسور فراصوت، سنسور ژیروسکوپ و شتابسنج، سنسور فشار، سنسور اثر هال، لودسل، سنسور نور، سنسور رنگ، سنسور تاچ لمس، سنسور ویبره و دتکتور حرکت PIR، دتکتور فلز، سنسور ضربان و جریان آب، سنسور سطح و جریان، سنسور دود، مه، گاز، اتانول و الکل، سنسور باران و رطوبت خاک و سنسور رطوبت.
- شمارش تولید : سنسورهای القائی، خازنی و نوری
- کنترل حرکت پارچه و غیره : سنسور نوری و خازنی
-تشخیص پارگی ورق : سنسورنوری
- کنترل سطح مخازن : سنسور نوری و خازنی و خازنی کنترل سطح
- کنترل انحراف پارچه : سنسور نوری و خازنی
- اندازه گیری سرعت : سنسور القائی و خازنی
- کنترل تردد : سنسور نوری
-اندازه گیری فاصله قطعه : سنسور القائی آنالوگ
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.
سنسورهای مسطح به دو نوع سنسور تماسی و غیر تماسی تقسیم می شوند که هر یک مزایا و معایبی را داراست.
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.
سنسورهایی هستند که با نزدیک شدن یک جسم یا قطعه، آن را حس کرده و فعال می شوند.
* 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.
1. سنسورهای تشخیص حرکت
2. سنسورهای شتاب سنج
3. سنسور ژیروسکوپ
4. سنسورهای رطوبت
5. سنسورهای نوری
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.
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 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.
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.
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.
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.
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.
در این روش بازوهای ربات در طول حرکت با توجه به اطلاعات سنسورها کنترل میشوند. اغلب سنسورها در سیستمهای بینا از این مدل هستند.
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.