سنسور يا حسگر چيست؟
حسگر يا سنسور المان حس کننده اي است که کميتهاي فيزيکي مانند فشار، حرارت،، رطوبت، دما، و ... را به کميتهاي الکتريکي پيوسته (آنالوگ) يا غيرپيوسته (ديجيتال) تبديل مي کند. در واقع آن يك وسيله الكتريكي است كه تغييرات فيزيكي يا شيميايي را اندازه گيري مي كند و آن را به سيگنال الكتريكي تبديل مي نمايد.

سنسورها در انواع دستگاههاي اندازه گيري، سيستمهاي کنترل آنالوگ و ديجيتال مانند PLC مورد استفاده قرار مي گيرند. عملکرد سنسورها و قابليت اتصال آنها به دستگاههاي مختلف از جمله PLC باعث شده است که سنسور بخشي از اجزاي جدا نشدني دستگاه کنترل اتوماتيک و رباتيک باشد.

سنسورها اطلاعات مختلف از وضعيت اجزاي متحرک سيستم را به واحد کنترل ارسال نموده و باعث تغيير وضعيت عملکرد دستگاهها مي شوند.

حسگرهاي رطوبت حسگر حرکت

زوج حسگر اولتراسونيک(مافوق صوت)

براي خواندن ادامه مقاله به برويد

سنسورهاي بدون تماس

سنسورهاي بدون تماس سنسورهائي هستند که با نزديک شدن يک قطعه وجود آن را حس کرده و فعال مي شوند. اين عمل به نحوي است که مي تواند باعث جذب يک رله، کنتاکتور و يا ارسال سيگنال الکتريکي به طبقه ورودي يک سيستم گردد.

مثال هايي از کاربرد سنسورها

1-شمارش توليد: سنسورهاي القائي، خازني و نوري

2-کنترل حرکت پارچه و ...: سنسور نوري و خازني

3-کنترل سطح مخازن: سنسور نوري و خازني و خازني کنترل سطح

4-تشخيص پارگي ورق: سنسور نوري

5-کنترل انحراف پارچه: سنسور نوري و خازني

6-کنترل تردد: سنسور نوري

7-اندازه گيري سرعت: سنسور القائي و خازني

8-اندازه گيري فاصله قطعه: سنسور القائي آنالوگ

مزاياي سنسورهاي بدون تماس يا همجواري

سرعت سوئيچينگ زياد:
سنسورها در مقايسه با کليدهاي مکانيکي از سرعت سوئيچينگ بالائي برخوردارند، به طوريکه برخي از آنها (سنسور القائي سرعت) با سرعت سوئيچينگ تا 25KHz کار مي کنند.

طول عمر زياد:
بدليل نداشتن کنتاکت مکانيکي و عدم نفوذ آب، روغن، گرد و غبار و ... داراي طول عمر زيادي هستند.

عدم نياز به نيرو و فشار:
با توجه به عملکرد سنسور هنگام نزديک شدن قطعه، به نيرو و فشار نيازي نيست.

قابل استفاده در محيطهاي مختلف با شرايط سخت کاري:
سنسورها در محيطهاي با فشار زياد، دماي بالا، اسيدي، روغني، آب و ... قابل استفاده مي باشند.

عدم ايجاد نويز در هنگام سوئيچينگ:
به دليل استفاده از نيمه هادي ها در طبقه خروجي، نويزهاي مزاحم (Bouncing Noise) ايجاد نمي شود.

سنسورهاي القائي

سنسورهاي القائي سنسورهاي بدون تماس هستند که تنها در مقابل فلزات عکس العمل نشان مي دهند و مي توانند فرمان مستقيم به رله ها، شيرهاي برقي، سيستمهاي اندازه گيري و مدارات کنترل الکتريکي (مانند PLC) ارسال نمايند.

اساس کار و ساختمان سنسورهاي القائي

ساختمان اين سنسورها از چهار طبقه تشکيل مي شود: اسيلاتور، دمدولاتور، اشميت تريگر، تقويت خروجي.

اسيلاتور:
قسمت اساسي اين سنسورها از يک اسيلاتور با فرکانس بالا تشکيل يافته که مي تواند توسط قطعات فلزي تحت تاثير قرار گيرد. (توضيحات بيشتر در ساير مقالات سايت ميکرو رايانه) اين اسيلاتور باعث بوجود آمدن ميدان الکترومغناطيسي در قسمت حساس سنسور مي شود. نزديک شدن يک قطعه فلزي باعث بوجود آمدن جريانهاي گردابي در قطعه گرديده و اين عمل سبب جذب انرژي ميدان مي شود و در نتيجه دامنه اسيلاتور کاهش مي يابد. از آنجا که طبقه دمدلاتور، آشکارساز دامنه اسيلاتور است در نتيجه کاهش دامنه اسيلاتور توسط اين قسمت به طبقه اشميت تريگر منتقل مي شود. کاهش دامنه اسيلاتور باعث فعال شدن خروجي اشميت تريگر گرديده و اين قسمت نيز به نوبه خود باعث تحريک طبقه خروجي مي شود.

قطعه استاندارد:
يک قطعه مربعي شکل از فولاد ST37 است که از آن به منظور تست فاصله سوئيچينگ استفاده مي شود. (استاندارد IEC947-5-2). ضخامت قطعه 1mm و طول ضلع اين مربع در اندازه هاي زير مي تواند انتخاب شود.

1- به اندازه قطر سنسور

2- سه برابر فاصله سوئيچينگ نامي سنسور 3*Sn

ضرايب تصحيح:
فاصله سوئيچينگ با کوچکتر شدن ابعاد قطعه استاندارد و يا با بکارگيري فلز ديگري غير از فولاد ST37 تغيير خواهد کرد. در زير ضرايب تصحيح براي فلزات مختلف نشان داده شده است:

ضريب تصحيح (KM) براي فولاد ST37 برابر 1.0
ضريب تصحيح (KM) براي نيکل برابر 0.9
ضريب تصحيح (KM) براي برنج برابر 0.5
ضريب تصحيح (KM) براي مس برابر 0.45
ضريب تصحيح (KM) براي آلومينيوم برابر 0.4

به عنوان مثال هرگاه يک سنسور در مقابل فولاد از فاصله 10mm عمل سوئيچينگ را انجام دهد، همان سنسور در مقابل مس از فاصله 4.5mm عمل خواهد کرد.

فرکانس سوئيچينگ:
حداکثر تعداد قطع و وصل يک سنسور در يک ثانيه مي باشد. (بر حسب Hz). اين پارامتر طبق استاندارد DIN EN 50010 با شرايط زير اندازه گرفته مي شود:

فاصله سوئيچينگ Switching Distance) S):
فاصله بين قطعه استاندارد و سطح حساس سنسور به هنگام عمل سوئيچينگ مي باشد. (استاندارد EN 50010)

فاصله سوئيچينگ نامي Nominal Switching Distance) Sn):
فاصله اي است که در حالت متعارف و بدون در نظر گرفتن پارامترهاي متغير از قبيل حرارت، ولتاژ تغذيه و غيره تعريف شده است.

فاصله سوئيچينگ موثر Effective Switching Distance) Sr):
فاصله سوئيچينگ تحت شرايط ولتاژ نامي و حرارت 20 درجه سلسيوس مي باشد. در اين حالت تلرانسها و پارامترهاي متغير نيز در نظر گرفته شده اند. 0.9Sn<1.1SN>

فاصله سوئيچينگ مفيد Useful Switching Distance) Su):
فاصله اي است که در محدوده حرارت و ولتاژ مجاز، عمل سوئيچينگ انجام مي شود. 0.81Sn<1.21SN

فاصله سوئيچينگ عملياتي Operating Switching Distance) Sa):
فاصله اي است که تحت شرايط مجاز، عملکرد سنسور تضمين شده است. 0<0.81SN

هيسترزيس H:
فاصله بين نقطه وصل شدن (هنگام نزديک شدن قطعه به سنسور) و نقطه قطع شدن (هنگام دورشدن قطعه از سنسور) مي باشد. حداکثر اين مقدار 10% مقدار نامي مي باشد. (استاندارد EN 60947-5-2)

قابليت تکرار Repeatability) R):
قابليت تکرار فاصله سوئيچينگ مفيد تحت ولتاژ تغذيه V و در شرايط زير اندازه گيري مي شود: حرارت محيط: 23 درجه سلسيوس؛ رطوبت محيط: 50 الي 70 درصد؛ زمان تست: 8 ساعت. (مقدار تلرانس براي اين پارامتر طبق استاندارد EN 60947-5-2 حداکثر +-0.1Sr مي باشد.)

پايداري حرارتي (Temperature Drift):
تغييرات فاصله موثر سوئيچينگ در اثر تغييرات دما طبق استاندارد EN 60947-5-2 و در محدوده دماي 20 درجه سلسيوس زير صفر تا 60 درجه سلسيوس بالاي صفر حداکثر 10% است.

حرارت محيط (Ambient Temperature) Ta:
محدوده حرارتي است که در آن محدوده، عملکرد سنسور تضمين شده است.

کلاس حفاظتي: (IP67 (DIN 40050

نحوه نصب سنسورهاي القائي

هرگاه دو يا چند سنسور القائي در مجاورت هم و يا در مقابل هم نصب شوند، شرايط زير بايد رعايت شود:

الف) نحوه نصب سنسورهاي القائي Flush:
سنسورهاي (Flush (Shielded سنسورهائي هستند که قسمت حساس سنسور توسط پوسته فلزي محصور شده است. هرگاه دو يا چند عدد از اين سنسورها همسطح روي بدنه فلزي دستگاه نصب شوند رعايت فواصل نصب الزامي مي باشد.

ب) نحوه نصب سنسورهاي القائي Non-Flush:
در سنسورهاي (Non-Flush (UnShielded قسمت حساس سنسور خارج از پوسته فلزي آن مي باشد. فاصله سوئيچينگ اين نوع سنسورها بيشتر از سنسورهاي Flush مي باشد. اما فرکانس سوئيچينگ آن در مقايسه کمتر است.

ج) نحوه نصب سنسورهاي القائي در مقابل هم:
هر گاه دو سنسور القائي در مقابل هم نصب شوند رعايت فاصله حداقل 6Sn الزامي مي باشد

حسگرها در رباتيك

سنسورها در واقع ابزار ارتباط ربات با دنياي خارج و كسب اطلاعات محيطي و نيز داخلي مي باشند. انتخاب درست حسگرها تأثير بسيار زيادي در ميزان كارايي ربات دارد. (در اين مورد به صورت مفصل در بخش روباتيک تالار گفتگو بحث شده است. همچنين براي مطالعه بيشتر به ساير مقالات سايت ميکرو رايانه مراجعه نماييد.) بسته به نوع اطلاعاتي كه ربات نياز دارد از حسگرهاي مختلفي مي توان استفاده نمود:

– فاصله
– رنگ
– نور
– صدا
– حركت و لرزش
– دما
– دود
– و...

حس گرهاي مورد استفاده در رباتيك:

انواع سنسورها در رباتها مورد استفاده قرار مي گيرند:

الف) حس گرهاي تماسي ( Contact )

مهمترين كاربردهاي اين حسگرها به اين شرح مي باشد:

1– آشكارسازي تماس دو جسم
2 – اندازه گيري نيروها و گشتاورهايي كه حين حركت ربات بين اجزاي مختلف آن ايجاد مي شود .

در شكل يك ميكرو سوئيچ يا حسگر تماسي نشان داده شده است. در صورت برخورد تيغه فلزي به مانع و فشرده شدن كليد زير تيغه همانند قطع و وصل شدن يك كليد، ولتاژ خروجي سوئيچ تغيير مي كند.

ب) حس گرهاي هم جواري (Proximity )

آشكارسازي اشيا نزديك به روبات مهمترين كاربرد اين سنسورها مي باشد. انواع مختلفي از سنسورهاي هم جواري نظير: القايي، اثرهال، خازني ، اولتراسونيك ، نوري ممکن است در رباتها مورد استفاده قرار گيرند.

سنسور اثر هال

ج) حسگرهاي دوربرد ( Far away)

كاربرد اصلي اين حسگرها به شرح زير مي باشد:
1– فاصله سنج (ليزو و اولتراسونيك)
2– بينايي (دوربينCCD)

در شكل يك زوج گيرنده و فرستنده اولتراسونيك (ماوراء صوت) نشان داده شده است. اساس كار اين حسگرها بر مبناي پديده داپلر مي باشد.

سنسورهاي اولتراسونيک

د) حسگر نوري (گيرنده - فرستنده)

يكي از پركاربردترين حسگرهاي مورد استفاده در ساخت رباتها حسگرهاي نوري هستند. حسگر نوري گيرنده- فرستنده از يك ديود نوراني (فرستنده) و يك ترانزيستور نوري (گيرنده) تشكيل شده است.

خروجي اين حسگر در صورتيكه مقابل سطح سفيد قرار بگيرد 5 ولت و در صورتي كه در مقابل يك سطح تيره قرار گيرد صفر ولت مي باشد. البته اين وضعيت مي تواند در مدلهاي مختلف حسگر برعكس باشد. در هر حال اين حسگر در مواجهه با دو سطح نوري مختلف ولتاژ متفاوتي توليد مي كند.

سنسور زوج نوري

در زير يك نمونه مدار راه انداز زوج حسگر نوري گيرنده فرستنده نشان داده شده است. مقادير مقاوتهاي نشان داده شده در مدلهاي متفاوت متغيير است و با مطالعه ديتا شيت آنها مي توان مقدار بهينه مقاومت را بدست آورد.