سنسورها

سنسورها با ورود خود به دنیای صنعت توانستند تغییرات زیادی را در این فضا ایجاد کنند. در این مطلب قصد داریم تا شما را بیشتر با سنسورها آشنا کنیم و پاسخی مناسب به سوالاتی مثل سنسور چیست و چه کاربردهایی دارد ارائه کنیم. سنسورها در حقیقت یک وسیله الکتریکی هستند و می‌توانند تغییرات پارامترهای فیزیکی مانند دما، فشار، رطوبت و ... را ، به سیگنال‌های آنالوگ یا دیجیتال تبدیل کند. این سیگنال آنالوگ یا دیجیتال به گیرنده ارسال شده و طبق آن تصمیمات مناسب اتخاذ می‌شود. برای مثال سنسور از طریق سیگنال الکتریکی گزارش می‌دهد که دمای محیط در حال افزایش است و مرکز پردازش دستور به روشن شدن سنسور حرکتی و اسپری آب در‌ محیط برای کاهش دما می‌دهد. یا ترموستات دیجیتال نمونه دیگری است که می‌توان به آن اشاره کرد. به عبارت دیگر طراحی سنسورها به نحوی است که تغییر پارامتری که سنسور برای اندازه‌گیری آن طراحی شده، سبب تغییر سیگنال الکتریکی خروجی سنسور خواهد شد.

آموزش سنسورها با مکتب خونه 

احتمالا خودتان حدس می‌زنید که آموزش سنسورها برای مهندسین و فعالان صنعتی، به خصوص آن گروهی که در حوزه کنترل دستگاه‌ها و محیط صنعتی فعالیت می‌کنند، نکته‌ای مهم است. و البته کاربرد فراوان سنسورها در حوزه رباتیک هم این ابزار را به عنصری مهم برای علاقه مندان به مکاترونیک و ربات تبدیل کرده است. در حقیقت انواع سنسورها، تغییرات متغیرهای فیزیکی را به ما گزارش می‌دهند و این موضوع می‌تواند برای اطمینان از شرایط مطلوب محیط، سنجش نتیجه تغییرات در اثر استفاده از فاکتوری تازه (برای مثال فرض کنید شما سیستم تهویه محیط صنعتی را تعویض کرده‌اید و دوست دارید بدانید که این تغییر تا چه میزان روی تغییرات دما و رطوبت تاثیر دارد)، اتخاذ تصمیمات جدید، طراحی سیستم‌های صنعتی نوین و... مورد استفاده قرار گیرد.

آموزش سنسورها شاید در نگاه اول با توجه به گستردگی زمینه  و انواع مختلف سنسورها کاری بسیار پیچیده به نظر برسد. اما با توجه به تعریف سنسور و کارکرد مشترک تمام آنها (تبدیل پارامترهای فیزیکی به سیگنال آنالوگ و دیجیتال) این موضوع، آنقدر سخت نیست. شما فقط به درک صحیح ماهیت سنسور و یک طبقه بندی منظم از انواع سنسورها نیاز دارید. ماهیت انواع سنسورها را در چند سطر پیش با هم مرور کردیم‌. اما در مورد دسته بندی و لیست انواع سنسورها باید گفت که سنسورها را می‌توان از دیدگاه‌ها مختلفی دسته بندی کرد، برای مثال سنسورها از نظر عوامل زیر دسته بندی کرد:

• نوع سیگنال ارسالی 
• طریقه عملکرد
• نوع پارامتری که اندازه می‌گیرند 
• منبع توان 
• نوع تکنولوژی 
• محل نصب سنسور
• و غیره

انواع سنسور 

برای آموزش سنسورها مانند هر حوزه دیگری باید انواع مختلف و دسته بندی سنسورها را شناخت. اگرچه در دسته بندی های علمی و معتبر کلماتی مانند سنسور صنعتی یا سنسور الکترونیکی دیده نمی‌شود، اما این عبارات در بسیاری از نوشته‌ها تکرار می‌شوند. در حقیقت ما با شناخت سنسورهای مختلف، انواع سنسورهای صنعتی یا الکترونیکی را هم می‌شناسیم. در بخش قبل بیان کردیم که سنسورها را می‌توان از نظرهای  های مختلفی دسته بندی کرد. اولین دیدگاهی که سراغ آن می‌رویم، طبقه بندی سنسور بر اساس سیگنال خروجی است.

سنسورها بر اساس سیگنال خروجی

سنسورها بر اساس سیگنال خروجی خود، به دو دسته آنالوگ و دیجیتال تقسیم بندی می‌شوند. سیگنال سنسورهای آنالوگ معمولا از نوع ولتاژ یا جریان است، برای مثال تغییر دمای محیط با افزایش جریان خروجی از سنسور نمایش داده می‌شود. این نوع سنسور برای سنجش مقادیر فیزیکی آنالوگ مثل دما و فشار و سرعت و غیره مورد استفاده قرار می‌گیرند. سنسورهای گروه دوم که سیگنال‌های دیجیتال را به مرکز پردازش ارسال می‌کنند، مدرن‌تر هستد و معمولا برای سنجش مقادیر دو حالته، مثل خاموش و روشن یا درست و غلط مورد استفاده قرار می‌گیرند فشار سنج دیجیتال نمونه‌ای از سنسورهای این گروه است.

سنسورها بر اساس نحوه عملکرد

برای آموزش سنسورها باید نحوه عملکرد انواع آنها را دانست. به عبارت دقیق‌تر باید متوجه شد که چگونه تغییر یک پارامتر خارجی مثلاً دما باعث تغییر سیگنال خروجی سنسور می‌شود. ممکن است این مورد از طریق چینش خاص مقاومت یا خازن در مدار سنسور امکان پذیر باشد یا این تغییرات در اثر فعل و انفعالات میدان مغناطیسی رقم بخورد. سنسورها را از نظر نحوه عملکرد می‌توان به دسته‌های زیر تقسیم بندی کرد:

• سنسور مقاومتی
• سنسور خازنی
• سنسور شیمیایی
• سنسور مغناطیسی
• سنسور جریانی 
• سنسور ولتاژی 
• سنسور حرارتی 
• سنسور لیزری یا نوری
• سنسور القایی

برای مثال در سنسورهای مقاومتی، چینش مقاومت‌ها و البته نوع آنها به گونه‌ای است که افزایش دمای محیط سبب افزایش مقاومت شده و در نتیجه ولتاژ خروجی (سیگنال آنالوگ) تغییر پیدا می‌کند. اما در مورد سنسور  مغناطیسی که به انواع سنسور اثر هال هم معروف هستند، اساس تغییر سیگنال خروجی (ولتاژ)، تغییرات میدان مغناطیسی است. اگر کمی جزئی‌تر وارد این موضوع شویم، هال کشف کرد که با نزدیک کردن آهنربا (تغییر میدان مغناطیسی) به یک ضلع مستطیلی که جریان الکتریکی دارد، در ضلع مقابل اختلاف پتانسیل ایجاد می‌شود. پس نتیجتا تغییر ولتاژ خروجی سنسور که همان سیگنال آنالوگ ماست، در نتیجه فعل و انفعالات مغناطیسی به وجود می‌آید.

سنسورها بر اساس نوع پارامتر اندازه گیری شده 

سنسورها می‌توانند با بهره‌گیری از ساختارهای متفاوت و متنوع، پارامترهای فیزیکی متفاوتی را اندازه بگیرند. بر این اساس می‌توانیم سنسورها را به انواع مختلفی چون موارد زیر دسته بندی کرد:

• سنسور فشار
• سنسور دما 
• سنسور رطوبت 
• سنسور نور
• سنسور جریان 
• سنسور ولتاژ
• سنسور رنگ 
• سنسور شتاب 
• سنسور موقعیت 

 برای مثال در سنسور موقعیت که اکثرا آن را با عنوان سنسور مادون قرمز یا سنسور حرکتی می‌شناسند، سنسور  با تاباندن و دریافت انعکاس نور مادون قرمز یا هر نوع مناسب دیگر، ویژگی‌های محیط اطراف خود را تشخیص می‌دهد.

سنسورها بر اساس منبع توان 

سنسورها از این نظر به دو دسته اکتیو و پسیو تقسیم می‌شوند. اگر بخواهیم این مفهوم را به ساده‌ترین وجه ممکن توضیح دهیم باید بگوییم که سنسورهای پسیو تنها دریافت کننده سیگنال‌هایی هستند که از محیط خارجی ارسال شده‌اند، برای مثال افزایش دما توسط خود سنسور انجام نمی‌شود اما سنسور این سیگنال را دریافت می‌کند.  نوع اکتیو هم فرستنده و هم گیرنده سیگنال هستند، برای مثال به سنسورهای حرکتی توجه کنید. معمولا این سنسورها نوری را به سطح مقابل خود، مثلاً دیوار روبرویی ارسال کرده و انعکاس آن را دریافت می‌کنند. در صورتی که شخصی یا شی خاصی از فضای بین این دو دیوار‌ عبور کند، این ارتباط شکل نخواهد گرفت و سنسور می‌تواند حرکت را تشخیص دهد. یا سنسور سنجش میزان کشش که فشار را به عنوان یک سیگنال ورودی دریافت کرده و سیگنال خروجی آن یعنی ولتاژ با این سیگنال ورودی متناسب است.

سنسورها بر اساس محل نصب

اگر سنسورها در درون محیط نصب شوند به آنها سنسور داخلی و اگر در خارج از آن و در‌ فضای باز نصب شده باشند سنسور خارجی نامیده می‌شوند.

سنسورها بر اساس تکنولوژی ساخت 

انواع سنسورهای الکترونیکی بر اساس نوع ساخت به سه دسته زیر تقسیم می‌شوند:

• سرامیکی 
• فلزی
• سیلیکونی

 نوع سرامیکی به دلیل شکننده بودن برای کار در فشار بالا مناسب نیست. نوع فلزی رایج‌ترین نوع سنسورهاست و در نهایت سنسورهای سیلیکونی بسیار مقاوم بوده و به تغییرات محیط حساسیت بالایی دارد.

لزوم آشنایی با سنسورها

امروزه سنسورها کاربرد وسیعی در حوزه صنعت و طراحی مهندسی دارند و آموزش سنسورها و شناخت انواع آنها، یکی از موارد ضروری و مهمی است که فعالان این حوزه باید آن را فرا بگیرد. برای آشنایی بیشتر با هر یک از این انواع مختلف سنسور و تفاوت نحوه عملکرد آنها مکتب خونه کنار شماست. شما می‌توانید با استفاده از مطالب و دوره‌های مکتب خونه به درک نسبتا جامعی در حوزه آموزش سنسورها دست پیدا کنید.