هرآنچه باید از سنسور بدانید

سنسورها، دستگاه‌هایی هستند که توانایی تشخیص و اندازه‌گیری ورودی‌های فیزیکی مثل حرارت، نور، فشار، حرکت، صوت و غیره را دارند. این ابزارها به عنوان حسگر یا همان سنسور در بسیاری از دستگاه‌های الکترونیکی مورد استفاده قرار می‌گیرند و در حفظ کیفیت، کنترل فرآیندها و اندازه‌گیری دقیق در صنایع مختلف بسیار حائز اهمیت هستند.

طبقه بندی سنسورها

سنسورها را می توان به روش های مختلفی دسته بندی کرد. یکی از روش های رایج این است که آنها را به دو دسته فعال یا غیرفعال طبقه بندی کنیم. سنسور فعال سنسوری است که به یک منبع تغذیه خارجی نیاز دارد تا بتواند به ورودی های محیطی پاسخ دهد و خروجی تولید کند.

به عنوان مثال، حسگرهای مورد استفاده در ماهواره های آب و هواشناسی اغلب به منبعی از انرژی برای ارائه داده های هواشناسی در مورد جو زمین نیاز دارند.

از طرف دیگر، یک سنسور غیرفعال برای تشخیص ورودی محیطی به منبع تغذیه خارجی نیاز ندارد. بر قدرت خود به خود محیط متکی است و از منابعی مانند نور یا انرژی حرارتی استفاده می کند. یک مثال خوب دماسنج شیشه ای مبتنی بر جیوه است. جیوه در پاسخ به نوسان دما منبسط و منقبض می شود و باعث می شود که سطح مایع در لوله شیشه ای بالا و پایین شود.

برخی از انواع حسگرها مانند حسگرهای لرزه ای و نور مادون قرمز به دو صورت فعال و غیرفعال در دسترس هستند. محیطی که سنسور در آن مستقر می شود معمولاً تعیین می کند که کدام نوع سنسور مناسب تر است.

پی وی سی چیست؟

روش دیگری که می توان حسگرها را طبقه بندی کرد از طریق آنالوگ یا دیجیتال بودن آنها بر اساس نوع خروجی تولید شده است. سنسورهای آنالوگ ورودی محیطی را به سیگنال های آنالوگ خروجی تبدیل می کنند که پیوسته و متغیر هستند.

ترموکوپل هایی که در آبگرمکن های گازی استفاده می شوند نمونه خوبی از سنسورهای آنالوگ هستند. چراغ راهنمای آبگرمکن به طور مداوم ترموکوپل را گرم می کند. اگر چراغ راهنما خاموش شود، ترموکوپل خنک می شود و سیگنال آنالوگ متفاوتی ارسال می کند که نشان می دهد گاز باید خاموش شود.

برخلاف حسگرهای آنالوگ، سنسورهای دیجیتال ورودی محیطی را به سیگنال‌های دیجیتال مجزا تبدیل می‌کنند که در قالب دودویی (۱s و ۰s) ارسال می‌شوند. سنسورهای دیجیتال در تمام صنایع بسیار رایج شده اند و در بسیاری از موقعیت ها جایگزین حسگرهای آنالوگ می شوند. به عنوان مثال، اکنون از سنسورهای دیجیتال برای اندازه گیری رطوبت، دما، فشار اتمسفر، کیفیت هوا و بسیاری از انواع دیگر پدیده های محیطی استفاده می شود.

مانند سنسورهای فعال و غیرفعال، برخی از انواع حسگرها مانند سنسورهای حرارتی یا فشاری نیز به دو شکل آنالوگ و دیجیتال موجود هستند. در این مورد نیز، محیطی که سنسور در آن استفاده می شود، معمولاً تعیین می‌کند که بهترین گزینه کدام است.

کاربرد سنسور در سقف متحرک

سنسورها به فراوانی در سقف متحرک استفاده می شوند. از سنسورهای حرارتی برای باز شدن به موقع سقف در گرما یا سرما استفاده می شود. یک نمونه بازر استفاده عربستان از این سنسورها در سقف متحرک آلاچیق های بخش هایی از کعبه است که به محض اینکه دما به درجه مشخصی می رسد بصورت اتوماتیک باز می شوند.

سنسورها قابلیت های سقف متحرک را دو چندان می کنند. با استفاده از آنها دیگر نیاز به باز و بسته کردن دستی این سقف ها نیست و با تنظیمات متناسب هر فضا، بصورت خودکار عمل می کنند.

عملکرد سنسورها

سنسورها می‌توانند به دو صورت آنالوگ و دیجیتال عمل کنند. سنسورهای آنالوگ اطلاعات معنایی را به شکل مستقیم به صورت پیوسته توسط سیستم‌های پردازشی مورد استفاده قرار می‌دهند.
سنسورهای دیجیتال در ابتدا اطلاعات فیزیکی را به شکل آنالوگ اندازه‌گیری می‌کنند و سپس با استفاده از روش‌های تبدیل، آن را به داده دیجیتال تبدیل می‌کنند. این اطلاعات دیجیتال به شکل کد نمایش داده می‌شوند.

انواع سنسورها بر اساس نوع اندازه‌گیری

سنسورها بر اساس نوع اندازه‌گیری به چهار دسته‌ی عمده تقسیم می‌شوند:

1. سنسورهای حرارتی: این سنسورها برای اندازه‌گیری دما استفاده می‌شوند. برخی از آنها شامل ترموکوپل‌ها و رزیستورهای حرارتی هستند.
2. سنسورهای نوری: برای اندازه‌گیری شدت نور ورودی استفاده می‌شوند. سه نوع این سنسورها عبارتست از: فتودیودها، فتورزیستورها و سلول‌های خورشیدی.
3. سنسورهای فشار: این سنسورها برای اندازه‌گیری فشار و فشار سنجی مورد استفاده قرار می‌گیرند. برخی از سنسورهای فشار شامل فشارسنج¬های مکانیکی، سیمانتیک‌ها و میکرودیاژرم‌ها هستند.
4. سنسورهای حرکت و حسگرهای مکانیکی: این سنسورها عموماً برای تشخیص حرکت و تغییر شی در یک محیط استفاده می‌شوند. مثال‌هایی از این سنسورها شامل سوئیچ اثر هال، سنسورهای توپ سنجی و حسگرهای جریان هستند.

اصول عملکرد سنسورها

سنسورها بر اساس اصول مختلفی کار می‌کنند. که در ادامه برخی از اصول مهم عملکرد سنسورها را بررسی می‌کنیم:

اصل عملکرد الکتریکی 

بسیاری از سنسورها بر اساس تغییر نشانه برقی خود به واقعیت‌های فیزیکی پاسخ می‌دهند. به عنوان مثال، سنسورهای حرارتی بر اساس تغییر مقاومت الکتریکی در پاسخ به تغییر در دما عمل می‌کنند. همچنین، سنسورهای نوری می‌توانند تغییر شدید در مقدار جریان الکتریکی را در پاسخ به شدت نور تشخیص دهند.

اصل عملکرد مکانیکی

بعضی از سنسورها از اصل عملکرد مکانیکی استفاده می‌کنند. مثلاً در سنسورهای فشارسنج، تغییر در اعمال فشار موجب تغییر دیفرانسیل آیرودینامیکی داخل سنسور می‌شود و این تغییر به یک سیستم الکترونیکی تبدیل می‌شود.

اصل عملکرد نوری

تعدادی از سنسورها بر اساس تابش یا جذب نور عمل می‌کنند. به عنوان مثال، سنسورهای نوری می‌توانند شدت نور را اندازه‌گیری کرده و آن را در قالب سیگنال الکتریکی به سیستم‌های الکترونیکی بفرستند.

اصل عملکرد الکترومغناطیسی 

سنسورهای مغناطیسی می‌توانند تغییر قدرت و جهت میدان مغناطیسی را درگیر کنند. اصل عملکرد این سنسورها بر اساس ایجاد یک جریان الکتریکی یا ولتاژ الکتریکی در پاسخ به تغییرات میدان مغناطیسی است.

سقف متحرک آلومینیومی

اصل عملکرد اپتیکی

بعضی از سنسورها بر اساس تعامل با پرتوهای نوری عمل می‌کنند. به عنوان مثال، سنسورهای اثر هال بر اساس جهت جریان الکتریکی در سیستم مغناطیسی-اپتیکی کار می‌کنند.

سایر کاربردهای سنسور

سنسورها در بسیاری از صنایع و کاربردها استفاده می‌شوند. به طور کلی، کاربردهای سنسورها عبارتند از:

صنایع خودروسازی

در خودروها از سنسورها برای کنترل سیستم‌های ترمز، روشنایی، دوران، فشار لاستیک و غیره استفاده می‌شود.

صنایع الکترونیکی و مخابرات

در صنایع الکترونیکی و مخابرات از سنسورها برای اندازه‌گیری دما، شدت نور، ورودی‌های الکتریکی و غیره استفاده می‌شود.

پزشکی

سنسورها در حوزه‌هایی مانند پیگیری قلبی، اندازه‌گیری فشار خون، نظارت بر تنفس و کنترل قند خون استفاده می‌شوند.

روباتیک و هوش مصنوعی

سنسورها در روبات‌ها و سیستم‌های هوش مصنوعی برای تشخیص مانع، تعامل با محیط و تشخیص موقعیت استفاده می‌شوند.

صنعت نفت و گاز

در این صنعت از سنسورها برای اندازه‌گیری سطح، فشار و دما استفاده می‌شود.

نتیجه‌گیری

سنسورها به علت کاربردهای فراوانشان در حفظ کیفیت و کنترل فرآیندها، بخش مهمی از دستگاه‌ها و صنعت به‌شمار می‌روند. در این مقاله، با مفهوم سنسورها آشنا شدیم، انواع مختلف آن را در چند دسته عمده معرفی کردیم و به توضیح مختصری از عملکرد هر یک از این دسته‌ها پرداختیم. با این اطلاعات ، شما می‌توانید بهترین سنسور را بر اساس نیازهای خود انتخاب کرده و از کارایی بیشتر سیستم‌ها و دستگاه‌ها لذت ببرید.