مقاله انواع سنسورها و اهمیت كاربرد آنها تحت pdf

توضیحات

 مقاله انواع سنسورها و اهمیت كاربرد آنها تحت pdf دارای 72 صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد مقاله انواع سنسورها و اهمیت كاربرد آنها تحت pdf  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی مقاله انواع سنسورها و اهمیت كاربرد آنها تحت pdf،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد

بخشی از متن مقاله انواع سنسورها و اهمیت كاربرد آنها تحت pdf :

انواع سنسورها و اهمیت كاربرد آنها
1-1- مقدمه :
با پیشرفت سریع تكنیك اتوماسیون و پیچده تر شدن پروسه های صنعتی و كاربرد روز افزون این شاخه از تكنیك نیاز شدیدی به كاربرد سنسورهای مختلف كه اطلاعات مربوط به عملیات تولید را درك و بر اساس این اطلاعات مقتضی صادر گردد ، احساس می شود .
سنسورها به عنوان اعضای حسی یك سیستم، وظیفه جمع آوری و با تبدیل اطلاعات را به صورتی كه برای یك سیستم كنترل و با اندازه گیری قابل تجزیه و تحلیل باشد به عهده دارند . در سالهای اخیر سنسورها به صورت یك عنصر قابل تفكیك سیستمهای مختلف صنعتی مورد استفاده قرار گرفته و پیشرفت سریعی در جهت جوابگویی به تقاضاهای صنعت در این شاخه از علم الكترونیك انجام پذیرفته است .

سنسورها جهت تبدیل عوامل فیزیكی مانند حرارت ، فشار ، نیرو ، طول ، زاویه چرخش ، دبی و غیره به سیگنالهای الكتریكی بكار برده می شوند و به همین منظور سنسورهای مختلفی كه قابلیت ‌تبدیل این عوامل را به جریان برق دارا می باشند، ساخته شده اند .

یك سنسور را می توان با خصوصیات زیر تعریف نمود .
– سنسور به عنوان تبدیل كننده اطلاعات فیزیكی به سیگنالهایی، كه می توان از آنها به عنوان سیگنالهای كنترل استفاده نمود . عمل می كنند .
– یك سنسور نباید حتماً یك سیگنال الكتریكی تولیدنماید . مانند سنسورهای پنیوماتیكی و;
– سنسورها در دو نوع مختلف وجود دارند .

الف )با تماس مكانیكی مانند كلید قطع و وصل ، تبدیل كننده های فشاری و;
ب) بدون تماس مكانیكی مانند سنسورهای نوری و یا حرارتی و ;
– سنسورها می توانند بعنوان چشمهای كنترل كننده یك سیستم مورد استفاده قرار گرفته و وظیفه مراقبت از پروسه و اعلام خرابی و یا نقص یك سیستم را به عهده بگیرند .
در كنار كلمه سنسور با واژه های زیر نیز در صنعت روبرو هستیم .
1- عنصر سنسور
قسمتی از سنسور را تشكیل می دهد . كه عامل فیزیكی را حس كرده ، ولی بدون ، كمك قسمت آماده سازی سیگنال قادر به انجام وظیفه نیست .

2- سیستم سنسور ی(Sensor system)
مجموعه ای از عناصر اندازه گیری تبدیل و آماده سازی سیگنال را یك سیستم سنسوری می نامند .

3- سیستم مولتی سنسور
سیستم هایی كه دارای چندین سنسور از یك نوع و یا از انواع مختلف می باشند سیستم مولتی سنسور می نامند .
2-1- انواع خروجیهای متداول سنسورها
در استفاده از سنسورها می بایستی با انواع سیگنالهای خروجی الكتریكی آشنا بود می توان خروجیها را در پنج رده مختلف دسته بندی نمود .
نوع A:
سنسورهایی با ماهیت قطع و و صل خروجی ( باینری ) مانند سنسورهای نزدیكی ، فشار ، اندازه گیری سطح مایعات و ..
این نوع سنسورها را عمدتاٌ می توان بطور مستقیم به دستگاه P.L.C متصل نمود .
نوع B:
سنسورهایی كه سیگنال خروجی آنها بصورت پالسی می باشند ؛ مانند سنسورهای اندازه گیری میزان چرخش و با طول و ..
این نوع سنسورها اكثراٌ توسط یك Interface قابل وصل به دستگاه P.L.C می باشند.
P.L.C. می بایستی دارای شمارنده نرم افزاری و سخت افزاری باشد .
نوع C :
سنسورهایی كه سیگنال خروجی آنها بصورت آنالوگ بوده ولی دارای بخش تقویت كننده و یا تبدیل كننده نمی باشند . این سیگنالها خیلی ضعیف بوده (در حد ملی ولت) و قابل استفاده مستقیم در دستگاههای كنترل نمی باشند، مانند سنسورهای Piezoelectric و با سنسورهای Hall.
نوع D:
سنسورهایی كه سیگنال خروجی آنها بصورت آنالوگ بوده و واحد الكترونیك (‌تقویت كننده تبدیل كننده ) در خود سنسور تعبیه شده است . در این نوع سنسور خروجیها را می توان بطور مستقیم جهت استفاده در دستگاههای كنترل استفاده نمود .
محدوده خروجی سیگنالها عموماً به شرح زیر می باشند:
0….10V
-5….+5V
1…5V
0…20mA
-10…+10mA
4…20mA

نوع E
سنسورهایی كه سیگنالهای خروجی آنها مطابق با استانداردهای صنعتی می باشند مانند RS-485,RS-422-A,RS-232-C و با جهت Fieldbus مانند ASI,Profibus و.. در نظر گرفته شده اند .

3-1-سنسورهای باینری و آنالوگ
سنسورهای باینری مانند كلید قطع و وصل كار نموده و در صورت تحریك شدن سنسور كه توسط عوامل فیزیكی صورت می گیرد . سیگنال وصل و یا قطع می گردد .در این نوع سنسورها فقط دو حالت «0» و «1» وجود دارد . در سنسورهای آنالوگ عوامل فیزیكی با توجه به شدت و تأثیر آنها به سیگنالهای آنالوگ ولتاژ و یا جریان تبدیل می شوند .
2- سوئیچهای بدون تماس
تحت این لفظ می توان سنسورهایی را طبقه بندی نمود ،كه وظیفه اصلی آنها اعلام حضور یك قطعه در یك محل خاص می باشد .این نوع سوئیچها( سنسورها) دارای خروجی «0» و «1» منطقی بوده و دارای انواع مختلف می باشد كلیدهای بدون تماس بعلت استفاده فراوان در صنعت دارای اهمیت خاص بوده و در صنعت به نامهای مختلفی مانند میكروسوئیچ،كلیدهای انتهای مسیر و; معروف می باشند .

مزایای سوئیچهای بدون تماس عبارتند از :
1- بعلت عدم كنتاكت مكانیكی دارای طول عمر بیشتری هستند
2- می توان خیلی دقیق موقعیت قطعه را تعیین نمود .
3- بدون داشتن تماس با قطعه ، می تواند سیگنال مربوطه را ارسال دارد .
4- دارای سرعت عكس العمل سریع و بدون اشتباه می باشد
5- تعداد قطع و وصل تقریباً بی نهایت است.

6- می توان انواعی از این سنسورها را در شرایط كاری خیلی مشكل ( مانند رطوبت و یا حرارت بالا ) و یا خطرناك مانند ( محیط های قابل انفجار ) استفاده نمود .
سنسورهای علاوه بر داشتن سرعت انتقال بالای اطلاعات ، كنترل یك پروسه را آسان و زمان توقف دستگاه را در صورت خرابی بسیار كوتاه می نمایند . توسط سنسورها می توان محل و نوع خرابی ماشین را سریعاً تشخیص داده وتعمیرات لازم را انجام داد .
انواع سوئیچهای بدون تماس در جدول صفحه بعد نشان داده شده اند .

سنسورهای بدون تماس عموماً با ولتاژ مستقیم با 24 ولت كار می كنند محدوده كار این سنسورها بین 10 تا 30 ولت و 10 تا 55 ولت می باشد در كشورهای آسیای جنوبی و آمریكای شمالی و جنوبی همچنین استرالیا و آفریقای جنوبی حدود 30 درصد از سنسورهای القائی و نوری با جریان متناوب كار می كنند .
سنسورهای بدون تماس القائی ، خازنی و نوری در دو نوع ، با تغذیه DC‌ و تغذیه AC، ساخته می شوند . ولتاژ متداول جهت جریان متناوب 24 ولت ، 110 ولت ،120 ولت و یا 220 ولت می باشد .

مدلهایی هم از این سنسورها وجود دارند كه هم با جریان متناوب ، و هم با جریان مستقیم قابلیت كار را داشته و محدوده ولتاژ كاری برای جریان مستقیم 12 ولت تا 240 ولت و برای جریان متناوب 24 ولت تا 240 ولت می باشند . نام دیگر این سوئیچها (Universal Current)U.C می باشند .

3- سنسورهای بدون تماس مغناطیسی
1-3- Reed سوئیچ
این نوع سوئیچها به میدان مغناطیسی حاصل از یك آهنربای دائمی و یا آهنربای الكتریكی حساس می باشند میدان مغناطیسی باعث اتصال دو زبانه كه از جنس فرو مغناطیس ( آلیاژی از Fe-Ni,Ni-Fe) و در داخل یك كپسول شیشه ای می باشند . می شود . در داخل این كپسول شیشه ای گاز N2 كه درمقابل اشتعال و فعل و انفعالات شیمیایی مقاوم می باشند پر شده است .

برخی از مشخصات فنی این نوع سنسورها به شرح جدول صفحه بعد می باشد .
12V…27/V DC or AC Switching Voltage
±01mm Switching accuracy
40W Max.Contact rating
0.16mT Max . magn . interference induction
2A Max.switching current
500Hz Max. Switching frequency
2ms Switching time
0.1 Conductance
Contact service life
5.106Switching cycles (With prctectiv circuit)
IP66 Protection class to IEC 529.Din 40 050
-20°C…60°C Ambient operating temperature
Table 3.1: Technical characteristics or reed proximity sansors

درشكل 2-3 ساختمان Reed سوئیچ كه به یك مقاومت از نوع سیم پیچ وصل شده است . نشان داده شده است دیودهای نوری نشاندهنده وضعیت قطع و وصل سوئیچ به همراه یك مقاومت وظیفه محافظت مدار را در مقابل ولتاژ بالای حاصل از قطع و وصل یك سیم پیچ را بر عهده دارند .

Reed كنتاكت ها می توانند با توجه به وضعیت قرار گرفتن میدان مغناطیسی یك آهنربای دائمی محدوده های مختلفی جهت فعال شدن داشته باشند در شكل 3-3 این محدوده ها رسم شده اند .

در محیط كاری Reed سوئیچ ها شدت میدان مغناطیسی مزاحم نباید بیشتر از 016 تسلا باشد . در این صورت بیاد این سنسورها را در مقابل میدانهای مزاحم ایزوله نمود .و حداقل فاصله بین دو Reed سوئیچ بایستی 60 ‌میلی متر باشد .
2-3- سنسورهای بدون تماس و فاقد كنتاكت (‌تیغه )
1-2-3- سنسورهای القایی – مغناطیسی

در این سنسورها نوسان ساز LC‌وجود داشته كه دارای یك هسته سیم پیچی شده مغناطیسی بسته می باشد با نزدیك نمودن یك میدان مغناطیسی این هسته مغناطیسی اشباع گردیده و این امر باعث تغییر جریان برق جاری شده در داخل سیم پیچ می شود بوسیله یك تقویت كننده این اختلاف جریان حس و سپس جهت فعال كردن سنسور از آن استفاده می شود . این نوع از سنسورها فقط در مقابل میدانهای مغناطیسی حساس بوده و در مقابل فلزات از خود عكس العملی نشان نمی دهند .
2-2-3- سنسورهای بدون تماس بر اساس خاصیت Magnetorsistive

برخی از عناصر مانند InSb.Wi در میدان مغناطیس ،‌مقاومت الكرتیكی خود را تغییر می دهند و از این اصل برای ساخت این نوع از سوئیچ ها استفاده می كنند .
3-2-3- سنسورهای بدون تماس بر اساس خاصیت HALL
وقتی كه یك نیمه رسانا مانند InSb در یك میدان مغناطیسی قرار گیرد ، در جهت عمود بر این میدان ولتاژی بر روی این نیمه رسانا ایجاد می شود كه به ولتاژ Hall ‌معروف می باشد این نیمه رسانا باید بصورت ورقه‌نازكی كه طول و عرض آن نسبت به ضخامت آن بزرگ بوده ، ساخته شود در روی این ورقه ها می توانند ولتاژی تا 15 ولت ایجاد شود .
4-2-3- سنسور Wiegand

سیم Wiegand آلیاژی از وانادیم (Vanadium) كبالت (Cobalt) و آهن است خاصیت آلیاژ wiegand این است كه وقتی شدت یك میدان مغناطیسی از حد مشخصی تجاوز نماید ، جهت مغناطیسی محدوده Wiss بصورت ناگهانی تغییر می كند بطوریكه اگر یك سیم پیچ در دور سیم Wiegand قرار گیرد این تغییر ناگهانی به صورت جریان القایی در این آن قابل اندازه گیری می باشد .
و ولتاژی تا 3 ولت در سیم پیچ ایجاد می شود به همین خاطر اكثر این سنسورها احتیاجی به منبع تغذیه خارجی ندارند .
برخی از مشخصات عمومی سنسورهای القایی – مغناطیسی در جدول زیر نشان داده شده است .

10…30 V Operating voltage
200 mA Max. Switching current
2…35 mt Min. response induction
1 mT Max. magn. Interference induction
2A Response travel
7…17 mm (Dependent on field strength and cylinder)
0.1…15mm Hysteresis
0.1 mm
Switching point accuracy
Voltage drop

3V (at max. switching ctrrent)
6.5mA mex Current consumption
-20°C…70°C Operating remperature
1000Hz Switchingn frequency
IP 67 Protection to IEC 529, DIN 40 050
integrated Protective circuit for inductive
Technical data on an inductive- megnrtic proximity sensor (example)

سنسورهای مغناطیسی – القایی دارای مزایای زیر نسبت به Reed سوئیچ ها می باشند:
– نداشتن كنتاكت ( تیغه )
– از بین نرفتن كنتاكت های فلزی
– در صورتیكه محور مغناطیسی به صورت مطلوب قرار گرفته باشد فقط در یك محدوده فعال می شوند .
همانند سایر سنسورهای مغناطیسی می بایستی در محیط كار به عوامل اختلال گر در كار این نوع سوئیچ ها توجه گردد . مانند میدان مغناطیسی خارجی و با دستگاههایی كه این میادین را ایجادمی نمایند .

4- سنسورهای القایی
یك سنسور القائی از یك نوسان ساز ( LC) ، یك Demodulator ، یك تقویت كننده و قسمت خروجی تشكیل شده است

توسط شكل خاص نوسان ساز ، میدان مغناطیسی از طریق دریچه نیمه بازی در یك جهت معین منتشر می شود بطوریكه میدان مغناطیسی تولید شده در یك محدوده مشخصی فعال بوده و فقط در این منطقه امكان قطع و وصل سنسور وجود دارد .
هنگامی كه جریان برق سنسور وصل میگردد . نوسان ساز شروع به نوسان نموده و جریان مشخصی از آن عبور می كند اگر یك جسم هادی جریان الكتریكی در میدان مغناطیسی وارد گردد ، در آن جریان گردابی بوجود آمده و قسمتی از انرژی اسیلاتور را جذب می كند كه این خود باعث تغییر میزان جریان مصرفی در نوسان ساز می گردد . این تغییرات در یك قسمت الكترونیكی تجزیه و تحلیل و خروجی سنسور قطع و یا وصل می شود .

با استفاده از سنسورهای القائی فقط اجسام هادی جریان برق قابل حس می باشند . این سنسورها با خروجیهای N.O, N.C عرضه می گردند . فاصله ای كه در آن یك سنسور تغییر حالت می دهد ( بسته شده و یا باز می گردد) به عنوان فاصله سوئیچ معروف می باشند .
هر قدر سیم پیچ بكار رفته بزرگتر باشد ( در نتیجه سنسور هم بزرگتر خواهد بود ) فاصله‌سوئیچ هم بیشتر می گردد .برای فاصله سوئیچ 250 میلی متر نیز سنسورهای القائی وجود دارند .جهت تعیین فاصله سوئیچ از ورقه های استاندارد كه از جنس فلز ST37 هستند استفاده می شود كه ضخامت آن یك میلی متر بوده و بصورت ورقه های مربع شكل می باشند .
طول ضلع این مربع باید برابر :

1- قطر دایره منطقه اكتیو سنسور باشد
و یا
2- سه برابر فاصله سوئیچ باشد
بزرگتر بودن ابعاد این ورقه فقط باعث ایجاد تغییرات خیلی جزئی در مقدار اندازه گرفته شده ، خواهد شد . اما كوچك بودن ابعاد باعث بدست آمدن فاصله سوئیچ كمتری می باشد در صورت استفاده از فلزات دیگر بغیر از ST37 باعث كمتر شدن فاصله سوئیچ خواهد شد .
هنگام نصب سنسورهای القائی در داخل نگهدارنده های فلزی می بایستی توجه نمود كه بعلت وجود اجسام فلزی در طراف آن كاركرد سنسورها مختلف نگردد . از نظر تكنولوژی نصب دو نوع سنسور القایی وجود دارد :

1- در اولین نوع كه در شكل3 نشان داده شده است میدان مغناطیسی در اطراف سنسور پراكنده نبوده ، بلكه به علت شكل خاص ساخت آن میدان الكترومغناطیسی فقط در ناحیه جلوی سنسور وجود دارد . به همین علت نگه دارنده فلزی سنسور اختلالی در كاركرد سنسور بوجود نمی آورد .
اگر سنسور القایی دیگری در مجاورت سنسور القایی نصب گردد ، میبایستی در بین آنها حداقل فاصله ای برابر با قطر حساس سنسور وجود داشته باشد . منطقه‌آزاد كه در بالای سنسورها می باشد حد فاصل بین سنسور و اجسام موجود د رجلوی سنسور بوده و این اشیاء نمی بایستی در میدان مغناطیسی سنسور داخل و توسط سنسور حس گردند . طول منطقه آزاد سه برابر فاصله‌سوئیچ می باشد .

این نوع سنسور ها دارای این مزیت هستند كه خیلی ساده و كم حجم ؛ قابل نصب می باشند . ولی دارای فاصله سوئیچ كمتری نسبت به سنسورهای القائی نوع 2 می باشند .
2- در این نوع سنسور های القایی میدان الكترومغناطیسی نه تنها در مقابل سر حساس سنسور ، بلكه در اطراف و حول و حوش آن بصورت جانبی نیز منتشر می گردد . در نوع اخیر كه درشكل 6-4 نشان داده شده است . باید هنگام نصب ابعاد ذكر شده رعایت گردد . تا نگه دارنده فلزی سنسور تأثیر منفی و اختلالی در كار سنسور بوجود نیاورد .

5- سنسورهای خازنی
اساس كار سنسورهای خازنی بر پایه‌تغییرات ظرفیت یك خازنی می باشد كه در یك مدار نوسان ساز RC قرار گرفته است سنسورهای خازنی نسبت به سنسورهای القایی این مزیت را دارند ، كه علاوه بر اجسام هادی ، اشیاء عایق را نیز حس می كنند .
در این نوع از سنسور جهت ایجاد میدان الكتریكی از دو الكترود استفاده می شود .كه یكی از الكترودها فعال بوده ودیگر به زمین متصل می باشد همچنین الكترود خنثی كننده ای وجود دارد كه اثر رطوبت هوا را برروی خازن از بین می برد اجزاء این سنسور در شكل 1-5 نشان داده شده است

اگر فلز ، مواد مصنوعی ، شیشه ، چوب ؛ آب و ; وارد محدوده فعال سنسور گردد
( محدوده‌انتشار میدان الكتریكی نشتی خازن ) باعث تغییر ظرفیت آن گردیده كه مقدار این تغیرات به عوامل زیر بستگی دارد .
1- فاصله جسم از سنسور 2- ابعاد جسم 3- ضریب دی الكتریك جسم
توسط یك پتانسیومتر قابل تنظیم می توان فاصله سوئیچ را تنظیم نمود . و از این خاصیت جهت حس نمودن اجسام معینی استفاده می گردد . برای مثال می توان سطح یك مایع را داخل یك بطری پلاستیكی تعیین نمود . بدون اینكه بطری پلاستیكی خود باعث بكار افتادن سنسور گردد .
در جدول 1-5 فاصله سوئیچ برای ورقه مقوا در ارتباط با ضخامت ورقه نشان داده شده است ابعاد ورقه 30 میلی متر می باشد .

Switching distance
Material thickness
—– 1.5mm
0.2mm 3.0mm
1.0mm 4.5mm
2.0mm 6.0mm
2.3mm 6.0mm
2.5mm 9.0mm
2.5mm 10.5mm

Table5.1: Variation of Switching distance as a function of the material thicknees using a cardboard strip (width =30mm)
در جدول 2-5 فاصله سوئیچ برای اجسام مختلف نشان داده شده است . همانطور كه در این جدول مشاهده می شود فاصله سوئیچ برای تمام فلزات یكسان می باشد همچنین در جدول 3-5 برخی از مشخصات فنی سنسورهای خازنی جهت اطلاع نوشته شده است .
Reduction factor
Material
1.0 All metals
1.0 Water
0.3…05 Glass
0.3…06 Plastic
0.3…05 Cardboard
0.2…07 Wood (dependent on humidity)
0.1…03 Oil

Table 5.2 Guide Values for reduction factor

typ.10…30 V DC
Or 20…250 V AC Operating voltage
typ. 5…20mm
max.60mm(usually variable,adjustablevia potentiometer) Nominal switching distance
all materials with dielectric constant>1 Object material
max 500 mA DC Switching current
-25°C…+70°C Ambient operating temperature
Sensitive Sensitivity to dirt

very long Service life
up to 300 Hz Switching frequency
Cylindrical
e.g.M18× 1,M30×1
Upto30mm,block-shaped Design
Up to IP67 Protection to IEC 529,DIN40 050
Table5.3: Technical data of capscitive proximitySensors

سنسورهای خازنی نسبت به كثیف شدن خیلی حساس بوده و حساسیت آنها به رطوبت بخاطر بالا بودن ضریب دی الكتریك آب ( ( زیاد می باشد همچنین امكان حس كردن اجسام در پشت یك دیواره هم وجود دارد . و جهت این كار می بایستی حس گردد .( در پشت مانع ) حدود 4 برابر ضریب دی الكتریك دیواره باشد جنس دیواره نباید از فلز باشد .
برای حس كردن اجسام فلزی بجای سنسورهای خازنی از سنسورهای القایی استفاده می گردد ، زیر سنسورهای القائی در مقایسه با سنسورهای خازنی ارزانتر می باشند . برای حس كردن اجسام غیر فلزی نیز اكثراً از سنسورهای نوری استفاده می گردد . مورد استفاده سنسورهای خازنی بیشتر و تشخیص سطح مایعات در ظروف پلاستیكی و امثالهم و یا اجسام غیر فلزی در داخل یك محفظه می باشد .

6- سنسورهای نوری
سنسورهای نوری با سافتاده از نور و قطعات الكترونیكی كاركرده و از نور قرمز و با مادون قرمز بهره می جویند . منبع تولید نرو قرمز و یا مادون قرمز ، دیودهای نوری (‌LEDS) می باشد این دیودها ارزان ،مقاوم و دارای طول عمر زیادی بوده و می توان نور آنها را به راحتی مدوله نمود . در گیرنده از فتودیود و یا فتوترانزیستور استفاده می‌گردد نور قرمز از این جهت مناسب می باشد كه اولاً قابل رویت بوده و می توان با چشم محور انتشار آنرا تنظیم نمود . و دوماً اینكه نور قرمز براحتی در فیبرهای نوری قابل انتقال می باشد و ضریب میرایی در فیبرنوری برای طول موج نور قرمز كمتر
می باشد .

نور مادون قرمز قابل رویت نمی باشد و در مواردی استفاده می شود كه به توان بالای نوری جهت مسافت های طولانی احتیاج باشد همچنین تأثیر اختلالات نوری محیط اطراف برروی نور مادون قرمز كمتر می باشد .
در هر نوع از سنسورها از یك واحد الكترونیكی جهت مدوله كردن نور استفاده می شود تا نور محیط اختلالی در كار سنسور بوجود نیاورد . گیرنده نوری برروی فركانس مدولاسیون تنظیم شده تا فقط نور مدوله شده را دریافت نماید . در سنسورهای نوری یك مسیره از سیستم ذكر شده جهت از بین بردن تأثیر نورهای دیگر استفاده نگردیده .بلكه از فیلتر میان گذر ( Bandpass) استفاده شده است همچنین اگر فیلترهای نوری كه بتوانند اثر نور آفتاب ، را خنثی نمایند استفاده گردد ضریب اطمینان سنسورهای نوری بالا می رود در شكل 1-6 ساختمان داخلی یك سنسور نوری نشان داده شده است .

مثالی جهت سنسورهای نوری
• فرستنده سنسورهای نوری بدون استفاده از فیبر نوری
– دیود نوری از جنس GaAlAS
– طول موج 880 نانومتر ( غیر قابل رویت )
• فرستنده سنسورهای نوری با استفاده از فیبر نوری
– دیود نوری از جنس GaAlAS

– طول موج 660 نانومتر ( ‌نور قابل رویت )
* گیرنده
– فتو ترانزیستور از جنس سیلیسیوم
سنسورهای نوری را می توان به دو دسته تقسیم نمود :
1- سنسورهای نوری یك مسیره ( بدون بازتاب )
2- سنسورهای نوری انعكاسی
هر كدام از سنسورهای بالا می توانند به دو طریق فعال گردند :
1)فعال شدن توسط نور

در این سنسور خروجی هنگامی وجود خواهد داشت كه مانع از مسیر نور كنار رفته ونور توسط گیرنده دریافت گردد . به همین جهت به حالت عادی باز و یا Normally Open معروف می باشند بنابراین در سنسورهای نوری یك مسیره مادامی كه جسمی در مسیر نور فرستاده شده قرار گرفته است مانع از رسیدن آن به گیرنده گردیده و خروجی سنسور قطع می باشد .
2) وصل توسط تاریكی
این نوع سنسور برعكس حالت قبلی عمل كرده و با قطع شدن اشعه نور توسط یك مانع ، خروجی فعال می گردد به همین جهت به حالت عادی بسته و با Normally Closed معروف می باشند .
1-6- ساختمان سنسور نوری
یك سنسور نوری از دو قسمت اصلی تشكیل شده است ،1- فرستنده 2- گیرنده
البته با توجه به انواع مختلف سنسورها می توان اجزای دیگری مانند هدایت كننده نور و یا منعكس كننده و امثالهم را هم به آن اضافه نمود .
فرستند و گیرنده می توانند در یك واحد متمركز باشند ، كه در اینصورت به‌ سنسورهای نوری انعكاسی معروف می باشند . یا در دو واحد مجزا بوده كه بعنوان سنسورهای نوری یك مسیره شناخته می شوند . در فرستنده یك منبع تولید نور جهت نور قرمز و یا مادون قرمز قرار دارد كه بر طبق قوانین اپتیك در یك خط راست نور را ساطع كرده و در گیرنده نور دریافتی فیلتر شده و سپس توسط مدارهای الكترونیكی تحلیل می گردد .

در داخل بدنه سنسورها لایه‌ایزولاسیون وجود داشته و قطعات الكترونیكی داخل آن توسط پوشش پلاستیكی مذاب محافظت گردیده اند . در انتها سنسور پناسیومتر قابل تنظیم جهت تغییر حساسیت سنسور وجود دارد همچنین یك لامپ LED در روی سنسور وجود داشته كه در حالت فعال بودن سنسور روشن می گردد.
سنسورهای نوری حساس به عواملی مانند گرد وغبار ، روغن و كثیف بودن محیط كاری بوده ودر اینگونه شرایط كار آن مختلف می گردد برای مثال در سنسورهای یك مسیره كه نور ساطع شده ، فاصله‌بین فرستنده و گیرنده را طی می نماید بر اثر گرد و غبار و یا عوامل دیگر امكان دارد كه نور فرستاده شده به گیرنده نرسیده و سنوسر این اختلال را بعنوان وجود یك جسم تفسیر نماید و یا در صورت كثیف شدن لنز فرستنده توان نور فرستاده شده ضعیف گردیده و برای مثال در سنسورهای انعكاسی نور برگشتی دیگر انرژی لازم جهت تحلیل در گیرنده را نخواهد داشت .

برای سنسورهای نوری ضریب كاری تعریف شده كه این ضریب با كلمه ( بتا ) نمایش داده شده و برابر خارج قسمت توان نور دریافتی یك سنسور ( PE) به حداقل توان نور دریافتی كه باعث قطع ووصل سنسور می گردد ( PS) تعریف شده است .

‌اگر دو مقدار Ps , PE برابر باشند . در اینصورت مقدار بتا برابر1 خواهد بود و در اینصورت رزرو كاری برای سنسور وجود ندارد و اگر بتا برابر 15 باشد ، در اینصورت 50% رزرو كاری موجود می باشد این ضریب بسته به فاصله فرستنده و گیرنده در سنسورهای نوری یك مسیره و با فاصله فرستنده از منشور منعكس كننده در سنسورهای نوری انعكاسی و با فاصله فرستنده از جسم مورد نظر در سنسورهایی كه بر اساس نور انعكاسی از سطح اجسام كاركرده می باشد كه این فاصله با s‌نمایش داده می شود نمودار ارتباط با S سنسور های نوری مختلف با همدیگر تفاوت داشته و منحنی آنها در شكلهای 3-6 الی 5-6 نشان داده شده است .

هر قدر محیط كاری نامناسبتر باشد ، می بایستی ضریب كاری نیز بزرگتر در نظر گرفته شود .برای هر سنسور از طرف كارخانه سازنده منحنی كاری آن نیز داده می شود و برای هر فاصله می بایستی از روی نمودار ضریب كاری مربوطه را انتخاب نمود جهت وارت نمودن شرایط نامساعد كاری ضریب بعنوان ضریب انتقال در نظر گرفته می شود كه مفهوم این ضریب بدین صورت می باشد :
نشان دهنده اینست كه محیط كاری كاملاً مساعد و بدون آلودگی می باشد و نشانگر این می باشد كه یك دهم توان نوری سنسور به گیرنده می رسد و به همین جهت می بایستی بتا بزرگتر از 10 انتخاب گردد .
اگر منحنی در دسترس نباشد می بایستی این نمودار را توسط آزمایش بدست آورد وجود یك لامپ چشمك زن در روی سنسور جهت اعلام وضعیت ضریب كاری مطلوب خواهد بود .در صورت آلودگی بیش از حد سنسور و پایین رفتن این ضریب لامپ روشن خواهد شد همچنین این لامپ می تواند در صورت كثیف شدن سنسور به مرور زمان شخص را متوجه كثیف بودن سنسور بنماید . روشن شدن این لامپ اعلام می تواند علل دیگری بغیر از شرایط نامساعد كار داشته باشد
برای مثال :
– فاصله گیرنده و فرستنده از همدیگر خیلی دور باشد
– تنظیم ناصحیح سنسور
– ضعیف شدن دیود نوری فرستنده
– شكستگی در فیبر نوری انتقال اشعه نور
2-6- انواع سنسورهای نوری
در نمودار شكل 6-6 انواع سنسور ها نمایش داده شده است
Optical Proximity Sensors
Diffuse Through – beam sensors
Designs
With
Fibre –optica cable Retro
Reflective
Sensors Design
With
Fibre-optic cable
Fig-6-6 Variants of opticality proximity Sensors
در سنسورهای نوری یك مسیر فرستنده و گیرنده در دو واحد مجزا قرار گرفته و به همین جهت فاصله S می تواند طولانی باشد قطع نور بعنوان وجود مانع تفسیر می گردد اجسام حس شده باعث می گردند كه شعاع نوری به گیرنده ونرسیده و یا در مورد اجسام نسبتاٌ شفاف مقدار نور رسیده خیلی ناچیز باشد .

در جدول 1-6 برخی مشخصات فنی این نوع از سنسورها نشان داده شده اند .

گیرنده دارای خروجی ترانزیستوری از نوع NPN , PNP بوده ودر بعضی از انواع آن نیز خروجی رله ای بكار رفته است .

محدوده نوری كه در آن امكان حس اشیاء وجود دارد كاملاً‌دقیق بوده و به روزنه تابش بستگی دارد به همین جهت حركت اشیاء در موازات شعاع نوری امكان پذیری
می‌ باشد ( شكل 8-6)

مزیت سنسورهای نوری یك مسیره عبارتند از :
– برد زیاد سنسور
– اشیاء كوچك در فاصله های زیاد قابل تشخیص می باشند .
– برای شرایط كاری غیر مطلوب نیز قابل استفاده می باشند .
– سنسور می تواند اجسام صیقلی شفاف و غیر صیقلی را حس بنماید
– قابلیت تنظیم دقیق
– قابلیت اطمینان زیاد به خاطر دریافت دائمی نور توسط گیرنده در حالت عادی
معایب این سنسور عبارتند از :
– بعلت وجود گیرنده و فرستنده در دو واحد مجزا ، احتیاج سخت افزاری سیستم دو برابر می باشد .
– برای اجسام كاملاً شفاف نمی توان از آن استفاده نمود( در مورد اجسام شفاف می توان توان فرستنده را طوری تنظیم نمود كه پس از برخورد به جسم شفاف ، دیگر نور رسیده به گیرنده قابل حس نباشد ).
– از كار افتادن فرستنده به عنوان وجود یك مانع تفسیر گردیده كه این امر رد مسائل ایمنی بسیار مهم می باشد .
1-2-6- سنسورهای نوری انعكاسی ( از نوع بازتاب از روی منشور انعكاس )
در این نوع از سنسورها فرستنده و گیرنده در یك واحد متمركز می باشند همچنین به یك منعكس كننده جهت برگشت دادن نور فرستاده شده نیز احتیاج می باشد قطع شعاع نوری باعث عملكرد سنسور می گردد . در این نوع از سنسور می بایستی به این نكته توجه نمود كه شی مورد نظر نورتابیده شده را از سطح خود دوباره به گیرنده انعكاس ندهد ، در غیر اینصورت وجود این جسم حس نمی گردد .
سنسورهای نوری انعكاسی از نوع بازتاب از روی منشور انعكاسی نسبت به سنسورهای نوری انعكاسی كه بازتاب نور آنها توسط اشیاء صورت می گیرد دارای این مزیت می باشند كه برد كاری آنها بیشتر می باش در شكل 11-6 ساختمان كاری آن نشان داده شده است

برخی از مشخصات فنی این نوع از سنسور ها در جدول 6-2 آورده شده است .
typ.10…30 V DC
Or 20…250 V AC Operating voltage
Up to 10 m
(usually adjustable) Range
(dependent on reflector)
any, problems with reflecting objects Object material
100…500 mA DC Switching current (transistor output)
0°C…60°C Ambient operating temperature
Sensitive Sensitivity to dirt
Long (approx. 100 000 h) Service life
10…1000 Hz Switching frequency
Cylindrical ,block-shaped Design
Up to IP67 Protection to IEC 529,DIN 40 050
Table 6.2: Technical data of retro-reflective sensors
مزایای این سنسور ها عبارتند از :
– قابلیت اطمینان زیاد بخاطر دریافت دائمی نور توسط گیرنده در حالت عادی
– نصب اسان و قابلیت تنظیم ساده
– برد نسبتاً زیاد
عیب این نوع سنسور حس نكردن اجسام شفاف و یا روشن می باشد .
دركاربرد با این سنسور می بایستی به نكات زیر توجه نمود :
– می توان با كم كردن توان نور فرستنده اجسام شفاف را هم حس نمود .
– اجسامی كه دارای سطح بازتابی می باشند می بایستی طوری در مسیر نور قرار گیرند كه نور انعكاس یافته از سطح آنها به گیرنده نرسد ( عمود بر مسیر انتشار نور قرار نگیرند .)
– برای اجسام خیلی كوچك می توان از شكافهای مخصوصی جهت عبور نور فرستنده استفاده نمود.
– از كار افتادن فرستنده به عنوان وجود یك شی تحلیل می گردد .
– منعكس كننده ها می توانند كثیف شده و یا بر اثر حرارت تغییر فرم پیدا نموده ودر نتیجه راندمان كاری بسیار پایین آید .
2-2-6- سنسور نوری بازتابی بر اساس انعكاس نور از روی اجسام
در این نوع از سنسور فرستنده و گیرنده در یك واحد متمركز می باشند قسمتی از نور ساطع شده از فرستنده توسط اجسام مورد نظر انعكاس یافته و به گیرنده رسیده و باعث فعال شدن آن می شود
فاصله ای كه در آن می توان اجسام را حس نمود معمولاً كوتاه( در حد چند دسیمتر ) بوده كه باندازه نوع سطح ، شكل ، رنگ و عوامل جنبی بسیاری بستگی دارد . همچنین می بایستی در صورت عدم حضور یك جسم در مسیر نور فرستنده ؛ نور ساطع شده از دیواره ها ویا از اطراف به گیرنده نرسیده و باعث فعال گشتن سنسورنگردند .
در جدور 3-6 برخی از مشخصات فنی این نوع از سنسور نشان داده شده است
typ.10…30 V DC
Or 20…250 V AC Operating voltage
max. 50 mm up to 2 m (usually adjustable) Sensing range
any Object material
100…500 mA DC Switching current (transistor output)
Or- 25°C…80°C Ambient operating temperature
Sensitive Sensitivity to dirt
Long (approx. 100 000 h) Life cycle
10…1000 Hz Switching frequency
Cylindrical ,block-shaped Design
Up to IP67 Protection to IEC 529,DIN 40 050
Table 6.3: Technical data of Sensors

درجدول فوق برد سنسور را برای یك ورقه‌سفید كه عمود بر راستای انتشار نور می باشد ، تعیین نموده اند . همچنین در شكل 10-6 می توان دید كه برای فاصله های نزدیك سطح كوچك برای فواصل طولانی سطوح منعكس كننده نور نیز به همان نسبت بزرگتر خواهند بود

مزیت های این سنسور ها به شرح زیر می باشند
– احتیاجی به منشور منعكس كننده نمی باشد
– وجود اجسامی در مقابل مسیر نور حس می گردد كه بتوانند نور كافی به گیرنده برسانند
– بر خلاف سنسورهای نوری یك مسیره كه حتماً اجسام شعاع نور تابش یافته را قطع و از رسیدن آن به طور كامل به گیرنده جلوگیری می كردند در این نوع از سنسور می تواند یك جسم بصورت موازی و در امتداد شعاع نور ساطع شده قرار داشته باشد .
– می توان با تنظیم توان سنسور اجسام مختلفی كه در مقابل یك دیواره قرار دارند بطور انتخابی حس نمود
– عیب این سنسور در دقیق نبودن مرز منطقه فعال آن می باشد و همچنین از كار افتادن سنسور به عنوان عدم وجود جسم تفسیر می گردد(‌مسئله ایمنی پرس )
3-2-6- سنسورهای نوری با استفاده از فیبرهای نوری
از این نوع خاص از سنسورهای نوری جهت انتقال شعاع نوری از فیبرهای نوری استفاده می گردد. این سنسورها در مواردی به كار می روند كه بعلت كمبود جا نمی توان دستگاه سنسور را بطور مستقیم بر روی دستگاه نصب نمود و یا در محیط های كاری كه امكان انفجار وجود دارد نمی توان دستگاه سنسور را كه با جریان برق كار كرده و امكان ایجاد جرقه رد هنگام قطع و وصل وجود دارد ، استفاده نمود . همچنین توسط فیبرهای نوری می توان اشیاء خیلی كوچك را هم حس نمود .
اساس كار این سنسور مانند سنسورهای نوری یك مسیره می باشد و بخاطر قابلیت انعطاف رشته های فیبر نوری می توان تقریباً به دلخواه سنسور را نصب نمود.
مزایای این سنسورها عبارتند از :
– تشخیص اجسام در مكانهائی كه امكان دسترسی به آنها دشوار میباشد
– امكان نصب در محیط كاری خطرناك و یا غیر مطلوب
– تشخیص اجسام كوچك
– امكان تغییر مكان فیبرهای نوری با توجه به نوع كاری وجود دارد
فیبرهای نوری را می توان به دو دسته تقسیم نمود :
1- فیبرهای نوری از حنس پلیمر
2- فیبرهای نوری از جنس شیشه
هر كدام از این انواع مزایای خاص خود را داشته كه می توان به شرح زیر آنها را نام برد :
فیبرهای نوری از جنس پلیمر مقاومتر از نوع شیشه ای بوده و می توان در طولهای مختلف آنها را تهیه نمود زیرا براحتی قابل برش با وسیله تیزی می باشد همچنین نسبت به نوع شیشه ای ارزان می باشند .
فیبرهای نوری از جنس شیشه برای محیط های كاری با حرارت بالا مناسب بوده و ضریب میرایی برای نور جاری شده در داخل آنها خیلی كم می باشد همچنین دارای طول عمر بیشتری نیز می باشند .
فیبرهای نوری در مقابل نورهای مزاحم حتی الامكان ایزوله می باشند . ولی نورهای شدیدی مانند نور فلاش ، نورافكن و یا نور شدید خورشید می تواند در كار آنها اختلال بوجود آورد .
7- سنسورهای صوتی
اساس كار سنسورهای صوتی بر پایه ایجاد فرستادن وسپس دریافت انعكاس امواج صوتی میباشد
انعكاس بر اثر برخورد این امواج به سطح اجسام ایجاد می گردد . هوا عامل انتقال امواج صوتی می باشد این سنسور از سه بخش تشكیل شده است (شكل 1-7)

1- تبدیل كننده امواج صوتی
2- تحلیل كننده سیگنالها
3- قسمت خروجی
قسمت تولید امواج صوتی از یك كریستال كوارتز تشكیل شده كه بر اثر عبور جریان برق مرتعش گردیده و پالسهای كوتاه مدت صوتی ایجاد می نماید فركانس امواج تولید شده در محدوده فركانس 30-300KHZ كه برای گوش انسان غیر قابل شنیدن بوده می باشد در اكثر این سنسورها بعد از ارسال امواج صوتی فرستنده تبدیل به گیرنده امواج (‌میكروفن ) گردیده و منتظر دریافت امواج انعكاسی می ماند همچنین فیلترهای خاصی در سیستم وجود دارند كه امواج مزاحم را نادیده گرفته . فقط امواج انعكاسی را از جسم مورد نظر به داخل سنسور راه می یابند . شكل 2-7 امواج تولید شده و انعكاس یافته را نشان می دهد.

سنسورهای صوتی به خاطر سرعت انتشار امواج در محیط با فركانسی در حدود یك الی صد هرتز بسته به نوع سنسور ، امواج ارسالی را تكرار می كنند
توسط این سنسور ها می توان مواد مختلف را حس نموده و عوامل جنبی مانند گرد و غبار ، بخار آب و دود وذرات دیگر معلق در هوا در كار این سنسور تأثیر نمی گذارند همچنین فرم ، شكل ظاهر و رنگ اجسام نیز تأثیری برروی كار این سنسور نداشته و مواد در سه حالت جامد ؛ مایع ، گاز قابل حس می باشند فقط می بایستی اجسام جذاب امواج صوتی مانند سطوح متخلخل ، لباس و پشم شیشه ، امثالهم در مسیر امواج نباشد .
در سنسورهای صوتی غالباً فرستنده و گیرنده در یك واحد متمركز بوده ولی سنسورهای صوتی با گیرنده و فرستنده‌جدا از هم نیز وجود دارد از این سنسور ها غالباً در صنایع غذایی ، سیستمهای انتقال اشیاء، كارخانه های تولید شیشه ، مواد مصنوعی و فلز ، انبار كالا و امثالهم استفاده می گردد .
مزیت این سنسورها به شرح زیر می باشند :
1- برد آنها زیاد می باشد ( چندین متر )
2- اشیاء بی رنگ نیز قابل حس می باشند
3- اجسام شفاف را برعكس سنسورهای نوری می توان تشخیص داد
4- در مقابل آلودگی هوا و كثیف شدن حساس نیستند
5- در محیط های باز قابل استفاده می باشند .
6- امكان تشخیص اجسام بدون تماس در یك فاصله كاملاً دقیق امكان پذیر باشد
در مقابل مزیت های ذكر شده می توان معایب زیر را برای این نوع از سنسورها برشمرد
1- در صورت قرار گرفتن یك جسم بصورتی كه امواج انعكاسی به جهتی دیگر بغیر از جهت سنسور فرستاده شود امكان دریافت امواج وجود نداشته و به همین جهت سطوح منعكس كننده می بایستی عمود بر محور انتشار امواج قرار گیرد .
2- سرعت عكس العمل این سنسور نسبتاً كم می باشد و محدوده فركانس قطع ووصل 1 الی 125 هرتز می باشد
3- سنسور های صوتی گرانتر از سنسورهای نوری می باشند
درجدول 1-7 برخی از مشخصات فنی این سنسورها جهت اطلاع ذكر گردیده است .
typ.24 V DC
Operating voltage
Up to 10 m
Nominal switching distance
(usually adjustable)
any, With the exception of sound- absorbing materials Object material
100…400 mA DC Switching current (transistor output)
0°C…70°C, partly as low as – 10°C Ambient operating temperature
moderate Sensitivity to dirt
Long Service life
30 kHz… 300kHz Ultrasonic frequency
1…125 Hz Switching frequency
Cylindrical ,block-shaped Design
typ. IP 65
max. up to IP 67 Protection to IEC 529,DIN 40 050
Table 7.1: Technical data of ultrasonic sensors

در سنسورهای صوتی علاوه بر یك دیود نوری ، پتانسیومتر قابل تنظیمی كه محدوده كاری سنسور را مشخص می نماید تعبیه شده است همچنین نوع دیگری از این سنسور كه قابل برنامه ریزی می باشد . و دارای یك مدار الكترونیكی می باشد. وجود داشته كه می توان محدوده كاری را از قبل در آن برنامه ریزی نمود و سپس انتخاب كرد. همچنین در بعضی از این سنسورها ورودی سینكرون وجود داشته كه در صورت استفاده از چند سنسور صوتی كه در كنار هم، اختلالی در كار یكدیگر ایجاد ننمایند. در صورتی كه این واحد ورودی وجود نداشته باشد. می بایستی حداقل فاصله بین سنسورها رعایت گردد كه جدول زیر محدوده كاری و فاصله سنسورها از همدیگر را نشان می دهد. ( جدل 2-7)

برای دریافت اینجا کلیک کنید