سنسور چیست؟

سنسور یا حسگر (sensor) از ریشه کلمه sens به معنی حس کردن می‌باشد و کمیت‌های فیزیکی مانند: دما، فشار، رطوبت، حرارت، نور و … را به کمیت‌های الکتریکی تبدیل می‌نماید. سنسورها یکی از اجزای جدانشدنی پروژه‌های صنعتی هستند و با پیشرفت علم و تکنولوژی استفاده از آن‌ها هر روز بیش از پیش گسترش می‌یابد و مدل‌های مختلفی از آن مثل ifm سنسور وارد بازار می‌شود. بنیان و آغازگر یک سیستم کنترلی سنسورهای آن سیستم می‌باشند. سنسورها بر اساس مکانیزمی که برای آن طراحی شده‌اند کمیت مورد نظر را حس کرده و نتیجه را به وسیله سیگنال به سیستم کنترلی ارسال می‌نمایند و سیستم کنترل نیز مطابق با برنامه‌ها و هدفی که برای آن تنظیم شده است عملیات مورد نظر را به انجام می‌رساند.

انواع سنسورها از نظر کلی

1. سنسورهای تماسی
2. سنسورهای غیر تماسی

1. سنسورهای تماسی

سنسورهایی هستند که با تماس با المان فیزیکی و یا اجسام، آن را مورد سنجش و ارزیابی قرار داده و نتیجه را به صورت سیگنال الکتریکی ارسال می‌نمایند.

مانند: ترموکوپل‌ها که برای اندازه‌گیری دما مورد استفاده واقع می‌شوند و یا سنسورهای سوئیچینگ یا میکروسوئیچ‌ها که برای سوئیچینگ مکانیکی در خطوط تولید مورد استفاده قرار می‌گیرند و با توجه به این که قابلیت تشخیص وجود و یا عدم وجود فشار را دارند حتما می‌بایست بوسیله فشار مکانیکی مورد تحریک قرار بگیرند.

2. سنسورهای غیر تماسی

نیز همانطور که مشخص است بدون تماس با المان فیزیکی و یا اجسام مورد نظر به انجام وظیفه خود می‌پردازند.

مزیت‌های سنسورهای بدون تماس

مزیت‌های سنسورهای بدون تماس عبارت است از:

1. سرعت سوئیچینگ بالا
2. عدم نیاز به نیرو و فشار
3. طول عمر بالا
4. قابلیت استفاده در محیط‌های کاری با شرایط سخت

در ادامه هر یک از موارد فوق را بررسی خواهیم کرد.

1. سرعت سوئیچینگ بالا

سنسورهای غیر تماسی در مقایسه با کلیدهای مکانیکی از سرعت سوئیچینگ بالایی برخوردارند به طوری که برخی از آن‌ها مثل سنسورهای القایی با سرعت 25 کیلو هرتز عمل می‌کنند.

2. عدم نیاز به نیرو و فشار

هنگام نزدیک شدن جسم مورد نظر، سنسور نیرو و فشاری را متحمل نمی‌شود.

3. طول عمر بالا

سنسورهای غیر تماسی به واسطه نداشتن کنتاکت مکانیکی و ایزوله بودن و محافظت در مقابل نفوذ گرد و غبار، روغن و آب و دیگر عوامل آسیب رسان دارای طول عمر بالایی هستند.

4. قابلیت استفاده در محیط‌های کاری با شرایط سخت

سنسورهای غیر تماسی به واسطه ایزوله بودن قابل استفاده در شرایط کاری سخت همچون حرارت بالا، فشار بالا، رطوبت بالا، محیط‌های روغنی و اسیدی می‌باشند.

انواع سنسورها بر اساس المان مورد اندازه‌گیری

انواع سنسورها بر اساس المان مورد اندازه‌گیری عبارت است از:

1. سنسور فشار
2. سنسور دما
3. سنسور نوری یا فتوالکتریک
4. سنسور وزن
5. سنسور صوتی
6. سنسور موقعیت
7. سنسور شتاب
8. سنسور رطوبت
9. سنسور گازی و …

انواع سنسورها بر اساس مکانیزم عملکرد

انواع سنسورها بر اساس مکانیزم عملکرد عبارت است از:

1. سنسور مقاومتی
2. سنسور ولتاژی
3. سنسور قطع و وصل
4. سنسور خازنی
5. سنسور CCD

اکنون به ارائه توضیح در خصوص برخی از پرکاربردترین سنسورها در صنعت می‌پردازیم.

1. سنسورهای مقاومتی

سنسورهایی هستند که با تغییر شرایط محیط، مقاومت آن‌ها تغییر می‌کند و قاعدتا می‌بایست سیستم و مداری برای آن‌ها در نظر گرفته شود که این تغییرات را برای ما قابل فهم کند.

2. سنسورهای ولتاژی

سنسورهایی هستند که با تغییر شرایط محیطی، ولتاژ خروجی آن‌ها تغییر می‌کند. ولتاژ این سنسورها در حد میلی ولت است و برای ارتباط آن‌ها با پردازشگر این ولتاژ می‌بایست تقویت شود.

3. سنسورهای قطع و وصل

سنسورهایی هستند که تنها دو حالت دارند یا قطع یا وصل و صفر و یک منطقی را می‌توان از تغییر آن‌ها استنباط کرد. این سنسورها معمولا مستقیما به پردازشگر متصل می‌شوند.

4. سنسورهای خازنی

سنسورهایی هستند که از دو صفحه موازی که فاصله کمی از هم دارند تشکیل شده‌اند، با تغییر فاصله صفحات ظرفیت خازن دستخوش تغییر شده و این تغییرات پس از تقویت پردازش خواهند گردید.

5. سنسورهای CCD

سنسورهایی هستند که معمولا در دوربین‌های دیجیتال، CD رام ها، موس‌های اپتیکال و … مورد استفاده قرار می‌گیرند. این سنسورها از سلول‌های ریزی که کنار هم چیده شده تشکیل یافته‌اند.

6. سنسورهای نوری

سنسورهای نوری از پرکاربردترین سنسورها در صنایع مختلف هستند که همانطور که از نام آن‌ها پیداست با استفاده از المان نور نسبت به اندازه‌گیری و پردازش هدف مورد نظر اقدام می‌نمایند. این سنسورها از مواد حساس به نور ساخته می‌شوند و با تابش نور مسیر حرکت الکترون‌ها متناسب با شدت نور دچار تغییر می‌شود به عنوان مثال در فتوسل‌ها منجر به تغییر مقاومت، در فتودیودها تغییر میزان گذردهی جریان و در فتوترانزیستورها نور به عنوان پایه بیس عمل می‌نماید. سنسورهای نوی بر اساس نیمه‌هادی دارای اهمیت زیادی در زمینه اندازه‌گیری و تکنولوژی اتوماسیون هستند. با این وجود، این سنسورها بندرت برای اندازه گیری خود نور مورد استفاده قرار می‌گیرند. در عوض، آن‌ها عموما بعنوان ابزاری برای اندازه گیری سایر کمیت‌ها از قبیل موقعیت یا مسیرحرکت بکار برده می‌شوند، نور نقش محیط انتقال اطلاعات را در بسیاری از سنسورها ایفا می‌کند.

سنسورهای مجاورتی (proximity sensor)

این سنسور نوعی از حسگر‌ھا است که قادر به تشخیص وجود اجسام نزدیک بدون تماسی فیزیکی است. یک سنسور مجاورتی اغلب یک میدان الکترومغناطیسی یا الکترواستاتیکی و یا پرتویی از تشعشعات الکترومغناطیسی (به عنوان مثال، پرتو مادون قرمز) از خود ساطع نموده و منتظر تغییر در محیط یا سیگنال‌های برگشتی می‌ماند.

انواع سنسور‌های مجاورتی

انواع سنسور‌های مجاورتی عبارت است از:

سنسور مجاورتی القایی (inductive proximity sensor)

کار اصلی را در این سنسورها یک نوسان ساز انجام می‌دهد بطوری که میدانی الکترومغناطیسی با فرکانس بالا تولید می‌نماید، این میدان توسط سیم پیچی که در نزدیکی سطح بیرونی سنسور است بوجود می‌آید. هنگامی که شی فلزی وارد این میدان الکترومغناطیسی می‌شود جریان‌های هادی درون آن افزایش می‌یابد. این جریان‌ها میدانی را بوجود می‌آورند که خلاف میدان خود سنسور است و دامنه سیگنال میدان سنسور را کاهش می‌دهد. مدار تریگر کاهش دامنه را تشخیص داده و سیگنال خروجی سنسور دچار تغییر می‌شود.

سنسور مجاورتی خازنی (capacitive proximity sensor)

طرز کار این سنسورها شبیه به سنسورهای مجاورتی القایی است با این تفاوت که بجای تولید میدان الکترومغناطیسی، میدان الکترواستاتیکی ایجاد می‌نماید. در نتیجه بر خلاف سنسورهای مجاورتی القایی که فقط برای اجسام فلزی قابل استفاده بودند این سنسورها قابلیت تشخیص اجسام از مواد دیگر همچون مایعات، کاغذ، پارچه و … را نیز دارا می‌باشند. زمانی که جسم وارد میدان الکترواستاتیکی ناشی از دو الکترود سنسور می‌شود ظزفیت خازن را تغییر می‌دهد. سپس نوسان ساز شروع به نوسان می‌نماید مدار تریگر خروجی نوسان ساز را تشخیص داده و آن را می‌خواند و زمانی که به مقدار معینی می‌رسد خروجی سنسور تغییر کرده و با دور شدن شی مقدار دامنه کاهش یافته و خروجی مجددا به حال اولیه باز خواهد گشت.

سنسور مجاورتی مافوق صوت یا آلتراسونیک (ultrasonic proximity sensor)

این سنسورها از یک مبدل برای ارسال و دریافت سیگنال‌های صوتی با فرکانس بالا بهره می‌برند. زمانی که جسم وارد محیط می‌شود سیگنال صوت به سنسور برگشت داده شده و خروجی متناسب با آن دچار تغییر می‌شود. معمولا یک صفحه پیزوالکتریک درون سنسور قرار داده می‌شود که می‌تواند پالس‌های فرکانس بالا را ارسال و دریافت کند. در این سنسورها برای یافتن فاصله از سیستمی مشابه با قابلیت خفاش استفاده می‌شود. فرکانس فراصوت فرستاده شده و پس از برخورد با جسم و بازگشت بسته به سرعت صوت و زمان دریافت فاصله محاسبه خواهد گردید.