سنسورها در رباتیک

[آبجی]

سنسورها اغلب براي درک اطلاعات تماسي، تنشي، مجاورتي، بينايي و صوتي به‌کار مي‌روند. عملکرد سنسورها بدين‌گونه است که با توجه به تغييرات فاکتوري که نسبت به آن حساس هستند، سطوح ولتاژي ناچيزي را در پاسخ ايجاد مي‌کنند، که با پردازش اين سيگنال‌هاي الکتريکي مي‌توان اطلاعات دريافتي را تفسير کرده و براي تصميم‌گيري‌هاي بعدي از آن‌ها استفاده نمود.

سنسورها را مي‌توان از ديدگاه‌هاي مختلف به دسته‌هاي متفاوتي تقسيم که در ذيل مي‌آيد:

a. سنسور محيطي: اين سنسورها اطلاعات را از محيط خارج و وضعيت اشياي اطراف ربات، دريافت مي‌نمايند.

b. سنسور بازخورد: اين سنسور اطلاعات وضعيت ربات، از جمله موقعيت بازوها، سرعت حرکت و شتاب آن‌ها و نيروي وارد بر درايورها را دريافت مي‌نمايند.

c. سنسور فعال: اين سنسورها هم گيرنده و هم فرستنده دارند و نحوه کار آن‌ها بدين ترتيب است که سيگنالي توسط سنسور ارسال و سپس دريافت مي‌شود.

d. سنسور غيرفعال: اين سنسورها فقط گيرنده دارند و سيگنال ارسال شده از سوي منبعي خارجي را آشکار مي‌کنند، به‌ ‌همين دليل ارزان‌تر، ساده‌تر و داراي کارايي کمتر هستند.

[آبجی]

سنسورها از لحاظ فاصله‌اي که با هدف مورد نظر بايد داشته باشند به چند قسمت تقسيم مي‌شوند:

الف- سنسور تماسي: اين نوع سنسورها در اتصالات مختلف محرک‌ها مخصوصا در عوامل نهايي يافت مي‌شوند و به دو بخش قابل تفکيک‌اند.

i. سنسورهاي تشخيص تماس
ii. سنسورهاي نيرو-فشار

ب- سنسورهاي مجاورتي: اين گروه مشابه سنسورهاي تماسي هستند، اما در اين مورد براي حس کردن لازم نيست حتما با شي در تماس باشد. عموما اين سنسورها از نظر ساخت از نوع پيشين دشوارترند ولي سرعت و دقت بالاتري را در اختيار سيستم قرار مي‌دهند.

دو روش عمده در استفاده از سنسورها وجود دارد:

i. حس کردن استاتيک: در اين روش محرک‌ها ثابت‌اند و حرکت‌هايي که صورت مي‌گيرد بدون مراجعه لحظه‌اي به سنسورها صورت مي‌گيرد.به عنوان مثال در اين روش ابتدا موقعيت شي تشخيص داده مي‌شود و سپس حرکت به سوي آن نقطه صورت مي‌گيرد.

ii. حس کردن حلقه بسته: در اين روش بازوهاي ربات در طول حرکت با توجه به اطلاعات سنسورها کنترل مي‌شوند. اغلب سنسورها در سيستم‌هاي بينا اين‌گونه‌اند.

[آبجی]

حال از لحاظ کاربردی با نمونه‌هایی از انواع سنسورها در ربات آشنا می‌شویم:


a. سنسورهای بدنه (Body Sensors) : این سنسورها اطلاعاتی را درباره موقعیت و مکانی که ربات در آن قرار دارد فراهم می‌کنند. این اطلاعات نیز به کمک تغییر وضعیت‌هایی که در سوییچ‌ها حاصل می‌شود، به دست می‌آیند. با دریافت و پردازش اطلاعات بدست آمده، ربات می‌تواند از شیب حرکت خود و این‌ که به کدام سمت در حال حرکت است آگاه شود. در نهایت هم عکس‌العملی متناسب با ورودی دریافت شده از خود بروز می‌دهد.

b. سنسور جهت‌یاب مغناطیسی (Direction Magnetic Field Sensor): با بهره‌گیری از خاصیت مغناطیسی زمین و میدان مغناطیسی قوی موجود، قطب‌نمای الکترونیکی هم ساخته شده است که می‌تواند اطلاعاتی را درباره جهت‌های مغناطیسی فراهم سازد. این امکانات به یک ربات کمک می‌کند تا بتواند از جهت حرکت خود آگاه شده و برای تداوم حرکت خود در جهتی خاص تصمصم‌گیری کند. این سنسورها دارای چهار خروجی می‌باشند که هرکدام مبین یکی از جهت‌ها است. البته با استفاده از یک منطق صحیح نیز می‌توان شناخت هشت جهت مغناطیسی را امکان‌پذیر ساخت.

c. سنسورهای فشار و تماس (Touch and Pressure Sensors) : شبیه‌سازی حس لامسه انسان کاری دشوار به نظر می‌رسد. اما سنسورهای ساده‌ای وجود دارند که برای درک لمس و فشار مورد استفاده قرار می‌گیرند. از این سنسورها در جلوگیری از تصادفات و افتادن اتومبیل‌ها در دست‌اندازها استفاده می‌شود. این سنسورها در دست‌ها و بازوهای ربات‌ هم به منظورهای مختلفی استفاده می‌شوند. مثلا برای متوقف کردن حرکت ربات در هنگام برخورد عامل نهایی با یک شی. همچنین این سنسورها به ربات‌ها برای اعمال نیروی کافی برای بلند کردن جسمی از روی زمین و قرار دادن آن در جایی مناسب نیز کمک می‌کند.

با توجه به این توضیحات می‌توان عملکرد آن‌ها را به دسته های زیر تقسیم کرد:

1- رسیدن به هدف، 2- جلوگیری از برخورد، 3- تشخیص یک شی.

[آبجی]

سنسورهای گرمایی (Heat Sensors): یکی از انواع سنسورهای گرمایی ترمیستورها هستند. که قبلا در مورد اینها بحث شد و در لینک زیر می توانید آن را مطالعه کنید
viewtopic.php?f=10&t=83

این سنسورها مقاومتشان متناسب با دمایشان تغییر می‌کند. بسته به اینکه در اثر گرما مقاومتشان افزایش یا کاهش می‌یابد، برای آن‌ها به ترتیب ضریب حرارتی مثبت یا منفی را تعریف می‌کنند. نوع دیگری از سنسورهای گرمایی ترموکوپل‌ها هستند که آن‌ها نیز در اثر تغییر دمای محیط ولتاژ کوچکی را تولید می‌کنند. در استفاده از این سنسورها معمولا یک سر ترموکوپل را به دمای مرجع وصل کرده و سر دیگر را در نقطه‌ای که باید دمایش اندازه‌گیری شود، قرار می‌دهند.

e. سنسورهای بویایی (Smell Sensors): تا همین اواخر سنسوری که بتواند مشابه حس بویایی انسان عمل کند، وجود نداشت. آنچه که موجود بود یک‌سری سنسورهای حساس برای شناسایی گازها بود که اصولا هم برای شناسایی گازهای سمی کاربرد داشتند.
ساختمان این سنسورها به این صورت است که یک المان مقاومتی پسیو که از منبع تغذیه‌ای مجزا، با ولتاژ 5+ ولت تغذیه می‌شود، در کنار یک سنسور قرار دارد که با گرم شدن این المان حساسیت لازم برای پاسخ‌گویی سنسور به محرک‌های محیطی فراهم می‌شود.
برای کالیبره کردن این دستگاه ابتدا مقدار ناچیزی از هر بو یا عطر دلخواه را به سیستم اعمال کرده و پاسخ آن را ثبت می‌کنند و پس از آن این پاسخ را به عنوان مرجعی برای قیاس در استفاده‌های بعدی به کار می‌‌برند. اصولا در ساختمان این سیستم چند سنسور، به طور همزمان عمل می‌کنند و سپس پاسخ‌های دریافتی از آن‌ها به شبکه‌ عصبی ربات منتقل شده و تحلیل و پردازش لازم روی آن صورت می‌گیرد. نکته مهم درباره کار این نوع سنسورها در این است که آن‌ها نمی‌توانند یک بو یا عطر را به طور مطلق انداره‌ بگیرند. بلکه با اندازه‌گیری اختلاف بین آن‌ها به تشخیص بو می‌پردازند.


f. سنسورهای موقعیت مفاصل : رایج‌ترین نوع این سنسورها کدگشاها (Encoders) هستند که هم از قدرت بالای تبادل اطلاعات با کامپیوتر برخوردارند و هم اینکه ساده، دقیق، مورد اعتماد و نویز ناپذیرند. این دسته انکدرها را به دو دسته می‌توان تقسیم کرد:

i. انکدرهای مطلق: در این کدگشا ها موقعیت به کد باینری یا کد خاکستری BCD (Binary Codded Decible ) تبدیل می‌شود. این انکدرها به علت سنگینی و گران‌قیمت بودن و اینکه سیگنال‌های زیادی را برای ارسال اطلاعات نیاز دارند، کاربرد وسیعی ندارند. همانطور که می‌دانیم به‌کار گیری تعداد زیادی سیگنال درصد خطای کار را افزایش می‌دهد و این اصلا مطلوب نیست. پس از این انکدرها فقط در مواردی که مطلق بودن مکان‌ها برای ما خیلی مهم است و مشکلی هم از احاظ بار فابل تحمل ربات متوجه ما نباشد، استفاده می‌شود.

ii. انکدرهای افزاینده: این کدگشا ها دارای قطار پالس و یک پالس مرجع که برای کالیبره کردن بکار می‌رود هستند، از روی شمارش قطارهای پالس نسبت به نقطه مرجع به موقعیت مورد نظر دست می‌یابند. از روی فرکانس (عرض پالس‌ها) می‌توان به سرعت چرخش و از روی محاسبه تغییرات فرکانس در واحد زمان (تغییرات عرض پالس) به شتاب حرکت دورانی پی برد. حتی می‌توان جهت چرخش را نیز فهمید.

[آبجی]

این سنسور دارای فرستنده وگیرنده است و اصل كار به این صورت است كه بین فرستنده وگیرنده نور باید تبادل كنید تا ارتباط حاصل شود. به اصطلاح یك جریان از یك فوتو دیود عبور می كند اگر نور مرئی باشد به آن LED گفته میشود و اگر این نور نا مرئی باشد به مادون قرمز اطلاق میشود .

چند مثال از کاربرد های این سنسور:
AV INSTRUMENTS
AUDIO
TV
VCD
CD PLAYER
HOME APPLIACES ( اسبابهای خانه )
AIR _ CONDITIONER _ FAN _ LIGHT
REMOTE CONTOROL FOR WIRELESS DEVICES (وسایل بی سیمی)
و غیره ....




نمونه هایی از این سنسور :

PIC 1018sd
TSL245
TSL 260 _TSL261 _ TSL 262
TSL 1100
UCC5341
UCC5342
و ..

[آبجی]

سنسورهای رطوبت: توانایی هوا در نگهداشتن آب تاثیر قابل ملاحظه‌ای روی تعداد زیادی از فرایند‌ها كه در اتمسفر عادی انجام می‌گیرند، برحسب تعداد كاربرد‌هایی كه شامل می‌شود، آب ممكن است ماده خیلی مهمی در زندگی روزمره ما باشد و‌آن در هوا، جامدات و سیالات اتفاق می‌افتد. انی در این مواد تشخیص داده می‌شود. با وجودیكه جمله رطوبت معمولاً به آب موجود در هوا اطلاق می‌شود (كه مهمترین كار اندازه‌گیری رطوبت نشان داده می‌شود)، آن اغلب خیلی مفید است كه بتوان محتوای آب جامدات و مایعات را بطور مستقیم تعیین نمود.

وقتی غلظت بخار آب در گازها، اصولاً در هوا، تعیین می‌شود مهم است كه میان موارد زیر فرق گذاشت:

رطوبت مطلق، كه مقدار بخار آب موجود در واحد حجم گاز است و بوسیله گرم بر مترمكعب اندازه‌گیری می‌شود.

رطوبت اشباع، كه مقدار ماكزیمم آب موجود در واحد حجم گاز است و بوسیله گرم بر مترمكعب اندازه‌گیری می‌شود.

رطوبت نسبی، كه نسبت رطوبت مطلق به رطوبت اشباع است و مقدار آن بین 0 و 1 می‌باشد.

همچنین نسبت فشار جزئی بخار آب در دمای اندازه‌گیری به فشار اشباع ممكن در همان دما استفاده شود. عموماً،‌ آن رطوبت نسبی است كه مهمترین مقدار اندازه‌گیری ده را نشان می‌دهد یك اندازه قابل استفاده غالباً نقطه تراكم می‌باشد. این دمایی است كه در آن رطوبت اتمسفر كه قابل ملاحظه است فرض می‌شود كه رطوبت نسبی در آن مقدار 1 را دارد. وقتی كه دما زیر این نقطه بیافتد بخار آب شروع به تراكم می‌كند.

اندازه‌گیری مستقیم محتوای آب مایعات و جامدات خیلی مشكل است چون آن بندرت ممكن است كه محتوای آب یك محصول بعنوان یك اندازه‌گیری جداگانه انجام شود. در جامدات این مقدار براحتی بوسیله وزن كردن محصول، خشك كردن آن و سپس دوباره وزن كردن آن بدست می‌آید. اگرچه، تعدادی منبع خطا در ارتباط با این روش، برای مثال تجزیه شدن پروب، طول مدت خشك كردن و نوع پیوند آب وجود دارد.

سیستم‌های اندازه‌گیری موثق از زمان‌های طولانی برای تعیین مقدار رطوبت وجود داشته است. این شامل روش‌های مكانیكی از قبیل رطوبت‌سنج مو، پسی‌كرومتر و شناساگر رطوبت LiCl كه در آن مقاومت سطح سنجیده می‌شود. یك ولتاژ A.C در الكترود شماره 3 بكار برده می‌شود. این موجب جاری شدن یك جریان از میان LiCl و گرم كردن محلول LiCl می‌گردد. در نتیجه آب از محلول بخار می‌شود. بزودی تمام آب بخار می‌شود، هدایت و با آن جریان ما بین الكترودها بسرعت تنزل و دما سقوط می‌كند. رطوبت‌سنج LiCl حالا قادر به جذب آب از هوا است. هدایت آن افزایش یافته و جریان دوباره موجب تبخیر آب می‌شود. در این روش دما خودش را به حالت تعادل مابین توان الكتریكی بكار گرفته شده و انرژی گرمایی مورد نیاز برای تبخیر تنظیم می‌كند. این تعادل بطور انحصاری بستگی به فشار بخار آب هوای اطراف دارد و بنابراین میزانی از رطوبت مطلق است. دما در تعادل بوسیله اندازه‌گیری مقاومت (1) ثبت می‌شود و سپس بعنوان یك كمیت الكتریكی عمل می‌كند. اندازه‌گیری رطوبت نسبی 90-15% در دمای °C 60-0 ممكن است. زمان پاسخ برحسب دقیقه می‌باشد اهمیت تكنیكی این آشكارگرهای كلاسیك امروزه كه سنسورهای قابل كوچك كردن، چیپر هستند، تندتر و بعضی اوقات خیلی صحیح است. سه روش وجود دارد.

[آبجی]

سه روش: نوع اولتغییرات در مقاومت، بویژه در مقاومت سطح، اساس یك نوع از سنسورهاست.
این شامل رطوبت‌سنج‌های سرامیكی است كه همچنین جذب سطحی آب در سطح داخلی مواد سرامیكی خلل و فرج‌دار استفاده می‌شود كه از پودر سینتر شده است. سرامیك‌های مورد استفاده ZnCr2O-LiZnVO4,MgCr2O4-TiO2-V2O5 و پرووسكیت است. سنسورهای ساخته شده از MgCr2O4-TiO4 بطور تجارتی در اجاق‌های میكرویو استفاده می‌شود. آنها دارای زمان پاسخ حدود 20S و میزان رطوبت در حدود 90-30% می‌باشند. دیگر سنسور براساس مقاومت شامل پلی‌استایرین سولفونه شده یا پودر كربن سوسپانسه شده در سلولز ژلاتین می‌باشد. هدایت سطح این سنسورها وقتی آنها آب می‌گیرند تغییر می‌كند. موادی از قبیل تركیب‌های LiF/Al2O3، فسفات‌های زیركونیوم و سیلكیات‌ها، پلی‌سیكلو اكسان‌ها با گروه‌های آب‌دوست و پلیمرهای معین برای این دسته از سنسور مساعد هستند. پلیمرها باید به رطوبت حساس و در همان زمان غیرقابل حل در آب باشند. پلی‌وینیل پیریدین متصل شده بطور رایج برای این نیاز مناسب است.

نوع دوم تغییراتی را در ظرفیت ایجاد می‌كند. بطور كلی، این سنسورها برد وسیعی از رطوبت‌ها را ثبت می‌كنند و از سنسورهایی كه برپایه روش مقاومت قرار دارند بسیار صحیح‌تر هستند.

روش‌های فیلم نازك از آن بعنوان سوبسترا (شیشه،‌ سرامیك) استفاده كردند چون آنها ساختمان ساده دارند و لایه‌ها جمع و جور است. در كنار Al2O3 اكسید تانتالیوم و اكسید تیتانیوم استفاده می‌شوند. اخیراً پلیمرهای با یك DC نسبی 15-2 بطور روزافزونی انتخاب می‌شوند. این مواد درجه بالایی از پایداری مدت ـ طولانی و شامل استات‌ سلولز، پلی استایرن، پلی‌ایمید‌ا هستند كه می‌توانند داخل لایه‌ها، حساس با استفاده از روش‌های پوشش قالبی، بخوبی پلیمرهای تولید شده بوسیله پلیمریزاسیون تخلیه گرم تشكیل شوند. ظرفیت می‌تواند هم در صفحه جاذب شبه ـ فیلم یا حالت عمودی آن اندازه‌گیری شود. در مورد دوم، ساختمان «ساندویچی» یكی از دو الكترود باید به رطوبت تراوا باشد. عموماً این بوسیله استفاده از یك فیلم طلایی صورت‌می‌گیرد كه ضخامت آن یك سازیشی مابین پایدری عنصر (فیلم ـ ضخیم) و زمان پاسخ پائین (فیلم ـ نازك) را نشان می‌دهد.

این نوع از سنسور رطوبت براساس ـ پلیمر، برای مثال برای اندازه‌گیری رطوبت نسبی از روی برد كامل مقادیر در دماهای مابین °C 60- و °C 30+ استفاده شوند. در این متال ارزیابی الكترونیك‌ها شامل یك پل اندازه‌گیری HF با خطی نمودن بعدی مقادیر علامت می‌باشد. كاربردهای دیگر با استفاده از ASICها انجام می شود.

خازن، سنتسورهای رطوبتی پلیمر در حال حاضر با دریافت پائین و زمان عمر چندین سال ساخته می‌شود. یك درجه بالایی از برگشت‌پذیری می‌توان بدست آید. آنها بعضی اوقات می‌توانند برای تعیین محتوای آب مواد مایع از قبیل محلول‌های آلی یا سوخت استفاده شوند.

نوع سوم سنسور رطوبت سنتسور نقطه تراكم می‌باشد. نقطه تراكم، همانطور كه تعریف آن پیشنهاد می‌كند، بوسیله سرد نمودن سطح آزمایش و مشاهده متراكم شدن یا تشكیل لایه مایع بعنوان تابعی از دما می‌تواند اندازه‌گیری شود. این مشاهده برای مثال، می‌تواند بطور نوری انجام شود. اگر سطح آزمایش صاف و صیقلی باشد آن بوسیله ته‌نشینی آب تیره شده و انعكاس پرتور نور پحش می‌شود. این اثر برای تشخیص آسان است. غالباً روش‌های اندازه‌گیری خازن یا هدایت مورد استفاده قرار می‌گیرد. یك الكترود با استفاده از علم تكنیك فیلم ـ نازك بعنوان یك خازن با یك ظرفیت بكار می‌رود كه وقتی مایع روی آن می‌نشیند تغییر می‌كند.

هیچ سنسور كوچك شده برای اندازه‌گیری محتوای آب جامدات وجود ندارد. روش‌های كلاسیك اندازه‌گیری هدایت الكتریكی همراه با جذب میكرویو مادون قرمز تعیین كننده است.

[آبجی]

روش‌های حس اندازه‌گیری نم و رطوبت را به چهار روش می‌توان تقسیم كرد: 1ـ استفاده و كاربرد در نم‌سنج‌ها كه مستقیماً خروجی حس‌كننده نم روی rh% تنظیم می‌شود. 2ـ كاربرد در بخارسنج‌ها كه دو دما تولید و خوانده می‌شود و جهت جمع‌آوری این قرائت‌ها از نقشه‌ای همرا با rh% و رطوبت استفاده شده است. 3ـ كاربرد دیگر در حسگرهای نقطه شبنم است كه از آن نقطه مقدار رطوبت بدست می‌آید. 4ـ در نهایت فقط كاربرد در سیستم های حس از راه دور نم كه میزان رطوبت با استفاده از امواج الكترومغناطیسی خوانده می‌شود.



روش‌های حس در نم‌سنج‌ها

ساده‌ترین عناصر اندازه‌گیری نم عناصر مكانیكی هستند كه با افزایش نم طول آنها تحت تاثیر قرار می‌گیرد. بعضی از مواد پلاستیكی این خاصیت مهم را دارا می‌باشند. در حال حاضر با پیشرفت تكنولوژی از عناصر مكانیكی به جهت سنجش رطوبت در رطوبت‌سنج‌ها بهره گرفته نمی‌شود، اما هنوز این عناصر به جهت سادگی در گستره وسیعی برای آشكارسازی رطوبت استفاده می‌شوند، در ادامه به بررسی و جزئیات بیشتر عناصر مختلف نم‌سنج می‌پردازیم.



نم‌سنج خازنی ـ اصول و اساس كار عناصر نم‌سنج خازنی مبتنی بر اصل اكترود ثابت و دی‌الكتریك متغییر است كه جزئیات این طرح كه یك لایه نازكی از دی‌الكتریك بین دو الكترود بالا و پایین قرار گرفته و علاوه بر آن متخلخل بودن الكترود بالائی است كه به آب اجازه عبور می‌دهد تا به لایه دی‌الكتریك برسد و به محض رسیدن آن به دی‌الكتریك مشخصات و پارامترهای آن تغییر كرده و در نهایت ظرفیت بین الكترود بالائی و پائینی تغییر و تحت تاثیر قرار می‌گیرد كه همین تغییرات حاصله معرف رطوبت موجود است.


نم‌سنج مقاومتی ـ عناصر نم‌سنج مقاومتی كاربرد گسترده‌ای پیدا كرده‌اند و شكل‌هائی بصورت ویفر و استوانه دارند. كلاً در اولین نم‌سنج مقاومتی از لایه نم نما با 2 تا 5% لیتیوم كلراید مایع استفاده شده كه دارای دو الكترود است و مقاومت هر لایه همراه با تغییرات رطوبت است. دو الكترود سیمی روی یك محور پیچیده‌ شده‌اند (نوعی پلی‌استرن) و با الكتورد‌هائی به شكل تراشه و بصورت زیگزاگ روی ماده‌ای بعنوان زیربنا قرار می‌گیرد كه با لایه‌ای از نمك رطوبت‌نما پوشیده شده است در عناصر رطوبت‌سنج مشابه، از تغییرات مقاومت زیربنا بدون بهره‌گیری از لایه رطوبت نما (حساس به رطوبت) جهت آشكارسازی رطوبت استفاده می‌شود.

[آبجی]

سنسورهای هوشمند: این سنسور كه ساخت شركت AMETEK می باشد، دارای تكنولوژی Magnetostrictive بوده و بدین ترتیب یك موقعیت سنج خطی مطلق می باشد. از خصوصیات بارز آن می توان به مواردی چون دقت بالا، دارای صفر و زمان قابل برنامه ریزی ، تنظیم اتوماتیك و غیر تماسی بودن اشاره نمود. ضمناً این سنسورها ارزان قیمت و در اندازه كوچك موجود می باشد .

قابلیت تكرار پذیری این سنسور 1 0/ 0 درصد رنج اندازه گیری بوده و خروجی آن می تواند صفر تا10VDC یا 4-20mA یا ±10VDC باشد.

یك قابلیت منحصر بفرد این سنسور استفاد ه از LED جهت تعیین حالتهای مختلف می باشد. بطوریكه اگر LED سبز باشد، نشان دهنده میدان مغناطیسی مناسب و فعال بودن برنامه است .هنگامی كه LED قرمز می شود، ازنبود میدان مغناطیسی و یا خارج شدن از رنج اندازه گیری و قرار گرفتن در ناحیه مرده (dead zone) ما را مطلع می سازد. هنگامی كه LED زرد باشد، نشان دهنده این است كه ما هنوز در رنج اندازه گیری مطلوب هستیم اما ازناحیه فعال برنامه ریزی شده خارج شده ایم .

این سنسور بصورت عمودی و یا افقی قابل نصب بوده و مغناطیس آن می تواند یك Slider باشدكه یك مسیر مشخصی را طی می كند و یا یك مغناطیس شناور (Float magnet) كه در بالای سنسوری نصب شده باشد.

كاربرد این سنسور در سیستمهای فید بك پیوسته كم هزینه بوده كه در این موارد جایگزین خوبی برای سنسورهای مجاورتی ، پتا سیومترها، محدودكننده ها می باشد. چند نمونه از کاربردهای این سنسور به شرح زیر است. این سنسور در دستگاههای پرس ، چاپ ، قالب زنی ، انفصال موقعیت یابی غلتك و بسیاری موارد صنعتی دیگر استفاده می شود.

در اتوماسیون سخت(Hard Automation) که درآن یک ماشین وظیفه مشخص را همان‌گونه که در صنعت مورد نیاز است انجام می‌دهد، نیازی به هوشمند بودن سیستم نیست. اما برای رسیدن به اتوماسیون هوشمند (Inteligent Automation) به دو جز کلیدی نیازمندیم: هوش‌مصنوعی و سیستم سنسوری.

به کمک این دو می‌توان به ربات‌های صنعتی با کاربردهایی در نقاشی، جوشکاری، حمل‌و‌نقل و مونتاژ رسید که قدرت انجام کارهای پیچیده، تشخیص و تفکیک را دارا هستند.

[آبجی]

سنسورهای مادون قرمز پسیو

"سنسورهای مادون قرمز پسیو" وسایل الکترونیکی هستند که تشعشعات اینفرارد از اجسام و اهداف را در میدان دیدش اندازه گیری می کند. به این سنسورها "سنسورهای PIR" گفته می شود که از مخفف Passive InfraRed sensors گرفته شده است.

PIR ها گاهی برای آشکارسازی اهداف متحرک بکار می روند، به این صورت که منبع انتشار اینفرارد با یک دما، مانند بدن، از جلوی منبع اینفرارد دیگر با دمای دیگر، مانند دیوار عبور می کند و بر اساس این تغییر آشکار سازی صورت می گیرد.

همه اشیاء اینفرارد (مادون قرمز) تشعشع می کنند. این تشعشع از دید انسان نامرئی است ولی می تواند با وسایل الکترونیکی که برای این هدف ساخته شده اند، آشکار شود. عبارت "پسیو" در این سنسور به این معنی است که این سنسور از خود هیچ نوع انرژی ساتع نمی کند، و فقط تشعشعات اینفرارد را از قسمت جلوئی سنسور (Sensor Face) دریافت می کند. در هسته یا مرکز PIR یک یا دسته ای از سنسورهای نیمه هادی وجود دارد، که مساحت تقریبی آن یک چهارم اینچ مربع است. این ناحیه از مواد گرما برقی (pyroelectric) ساخته شده است.

سنسورهای فعلی روی چیپ ها از مواد گرما برقی طبیعی یا مصنوعی و معمولا به صورت یک غشا یا لایه نازک ساخته می شوند. بعضی از ترکیبات عبارتند از: گالیوم نیترید (GaN)، کاسیم نیترات (CsNO3)، پلى وينيل فلوراید، مشتقات فنیل پیرازین و لیتیوم تانتالیک (LiTaO3) که مانند کریستال است و خواص پیرو الکتریک و پیزو الکتریک -ويژگى برخى کريستالها که به هنگام اعمال ولتاژ به انها تحت فشار قرار مى گيرند يا به هنگام قرار گرفتن در معرض فشار مکانيکى يک ولتاژ توليد مى کنند- را با هم دارد.

سنسور PIR اغلب به عنوان قسمتی از مدارات مجتمع ساخته می شود و ممکن است شامل یک، دو، سه یا چهار "پیکسل"، شامل مساحتهای مساوی از مواد گرما برقی باشد. ممکن است سنسورها را به صورت جفتهائی به ورودیهای مخالف تقویت کننده های تفاضلی متصل کنند. در چنین ترکیبی اندازه گیریهای PIR ها یکدیگر را خنثی کرده و در نتیجه اندازه متوسط دمای میدان دید از سیگنال الکتریکی برداشته می شود. این به سنسور اجازه می دهد تا در مقابل آشکارسازی خطا که ناشی از تشعشعات نوری یا روشنائی های بزرگ است، مقاومت کند. نورهای روشن پیوسته می تواند این سنسور را اشباع کرده و باعث می شود تا سنسور نتواند اطلاعات بیشتری را ثبت کند. در عین حال این ترکیب تفاضلی، تداخل مد مشترک را مینیمم می کند که مانع از راه اندازی ناشی از میدانهای الکتریکی نزدیک به وسیله می شود. به هر حال این ترکیب نمی تواند دما را اندازه گیری کند و مختص آشکار سازی اشیاء متحرک است.

آشکارسازهای مبتنی بر سنسورهای PIR

در این آشکار سازها معمولا سنسور PIR روی برد مدار چاپی سوار است که دارای تجهیزاتی برای تفسیر سیگنال دریافتی می باشد. مدار اصلی در محفظه ای قرار دارد که در مکانی قرار می گیرد که در میدان دید سنسور قرار نگیرد. اینفرارد می تواند از پنجره به سنسور برسد چون پلاستیک بکار رفته در آن از دید اینفرارد شفاف است و برای حفاظت سنسور از گرد و غبار و حشرات که باعث پوشاندن میدان دید می شوند، بکار می رود.

مکانیسم کوچکی برای متمرکز کردن انرژی اینفرارد دور دست به سطح سنسور بکار می رود. به این صورت که پنجره فوق الذکر را از لنزهای فشرده شده ای می سازند و گاهی اوقات از آینه های سهموی برای این کار استفاده می کنند. همچنین یک پنجره فیلتر برای محدود کردن طول موج ورودی بین 14-8 میکرومتر قرار می گیرد که مهمترین تشعشعات اینفرارد انسان در آن قرار دارد و قویترین آنها 9/4 میکرومتر است.

وسیله PIR می تواند به عنوان یک دوربین بکار رود که می تواند مقدار انرژی متمرکز شده اینفرارد را به سطح خود در خود برای چند لحظه نگه دارد. یک بار که توان به PIR اعمال شد، انرژی برای چند لحظه در حالت سکون می ماند و می تواند یک رله کوچک را تحریک کند. این رله می تواند دسته ای از اتصالات الکتریکی را کنترل کند که به ورودی هشدار یک آشکار ساز متصل است. اگر انرژی تمرکز شده در طول زمان تغییر کند این وسیله حالت هشدار را تغییر می دهد. این رله معمولا یک رله نرمال بسته (NC) یا فرم B است. برای اطلاعات بیشتر در مورد رله این مقاله را مطالعه نمائید.

یک شخص که وارد میدان دید سنسور شده آشکار می شود در صورتیکه انرژی اینفرارد ارسالی بدن متجاوز با قسمتی از مدار که انرژی محیط قبلی دیده شده توسط سنسور را از محیط حفاظت شده را دارد، تداخل پیدا کند. حالا این بخش از تراشه نسبت به وقتیکه شخص وجود نداشت گرمتر شده است. حال اگر متجاوز حرکت کند یک نقطه داغ را روی سطح سنسور توسط آینه متمرکز کننده جابجا می کند. این حرکت انرژی رله را تخلیه و اتصال هشدار را برقرار می کند. به طور عکس اگر شخص سعی کند با گرفتن یک عایق حرارتی از روبروی سنسور عبور کند، یک نقطه سرد را روی سطح سنسور جابجا کرده و انرژی رله را تخلیه و هشدار را فعال می کند. تنها راه این است که عایق هم دما با میدان دید قبلی سنسور باشد.

سازندگان این سنسور پیشنهادات زیادی برای مکان نصب درست، برای جلوگیری از هشدار اشتباه دارند. آنها پیشنهاد می دهند که سنسور PIR را در مسیری که از شیشه دیده شود قرار ندهید. اگر چه طول موجهای حساس دستگاه از شیشه به راحتی نفوذ نمی کنند، ولی منابع اینفرارد قوی مانند موتور ماشینها یا بازتاب نور آفتاب می توانند با گول زدن دستگاه، هشدار اشتباه (بدون متجاوز) را فعال کنند. البته شخصی که بتواند از پشت سنسور عبور کند نیز نمی تواند آشکار شود.

همچنین توصیه شده که سنسور PIR در نزدیکی کانالهای هوا قرار نگیرد. زیرا با اینکه تشعشع اینفرارد هوا بسیار کم است ولی با خنک شدن پلاستیک محافظ و یا لنز می توانند به عنوان هدف خنک تلقی شده و هشدار را اشتباها فعال نمایند.

سنسورهای PIR با ترکیبات مختلف کاربردهای فراوانی دارد. اکثر کاربرد این سنسور در سیستمهای حفاظتی خانه است و رنجی در حدود 10 متر دارند. بعضی PIR های بزرگتر با یک آینه می توانند تغییرات اینفرارد را در 30 متری یا بیشتر حس کنند. همچنین PIR هائی وجود دارند که با آینه های چند جهتی می توانند میدان دید عریض تری در حدود 110 درجه یا برعکس باند باریک را حس کنند.

کنترل کننده های از راه دور حرارتی مبتنی بر سنسورهای PIR

طراحان از خاصیت اندازه گیری از راه دور سنسورهای PIR استفاده کرده و با استفاده از خروجی "غیر تفاضلی" سنسور برای کنترل حرارت استفاده می کنند. سیگنال خروجی با سیگنال کالیبره شده بر اساس جنس و حرارت دیده شده توسط سنسور، مقایسه می شود. بدون کالیبراسیون PIR فقط می تواند تغییرات دمائی را به ما نشان دهد و نمی تواند دمای حقیقی آن را به ما بدهد.