سنسور چیست؟ انواع سنسور و عملکردهای آن ها

به بیان دیگر سنسورها زمانی به سیستم های کنترل کیفیت و کنترل کننده اضافه شدند که نسبت به بررسی و تحلیل داده های بخش های مختلف یک دستگاه و مقایسه با حالت معیار، احساس نیاز ایجاد شد. بنابراین سنسورها با اندازه گیری متغیرهای مختلف و تبدیل آنها به واحدهای قابل اندازه گیری و سپس ارسال به سمت واحد کنترلر، حلقه کنترل را تکمیل کردند. امروزه هیچ سیستم و دستگاهی را نمی توان بدون وجود سنسور تصور کرد. در ادامه به منظور آشنایی بیشتر با سنسورهای الکترونیکی و انواع آنها و شیوه کار به جزئیات هر یک خواهیم پرداخت.

سنسور چیست؟

واژه سنسور به معنای حس کننده است و در قطعات الکترونیکی به قطعه ای اشاره دارد که کمیت های فیزیکی مختلف را دریافت کرده (اصطلاحا Sense کرده) و به کمیت های الکتریکی پیوسته یا گسسته به شکل آنالوگ یا دیجیتال تبدیل می سازد. بدون سنسورها ما قادر به کمی سازی پارامترها و متغیرهای مختلف نخواهیم بود و بر همین اساس امکان تعیین حالت استاندارد و معیار برای هر متغیر در شرایط کاری مختلف نخواهیم بود تا اختلاف اندازه گیری های انجام شده را با حالت استاندارد بسنجیم. در ادامه با انواع سنسورها از نظر فاکتورهای مختلف آشنا خواهید شد.

 

خرید قطعات الکترونیک اورجینال از فروشگاه اینترنتی لیون الکترونیک 

انواع سنسور الکترونیکی

سنسورهای الکترونیکی را می توان برحسب پارامترهای گوناگون تقسیم بندی کرد که در ادامه به معرفی و بررسی آنها می‌پردازیم.

• نوع خروجی:

سنسور الکترونیکی را می توان براساس نوع خروجی به دو نوع آنالوگ و دیجیتال تقسیم بندی کرد. سنسورهای الکترونیکی با خروجی آنالوگ به سنسورهایی گفته می‌شود که سیگنال خروجی آن پیوسته است و معمولا جنس این سیگنال ولتاژ، جریان یا فرکانس است.

در مقابل سنسورهای الکترونیکی با خروجی دیجیتال را داریم که داده های دیجیتالی آنها با از طریق پروتکل‌های ارتباطی به شکل سریال یا پارالل منتقل می‌شود

مکانیسم عملکرد:

سنسور الکترونیکی براساس مکانیسم عملکرد به انواع جریانی، خازنی، مقاومتی، شیمیایی، حرارتی، ولتاژی، نوری و لیزری، مغناطیسی و القایی و ... تقسیم بندی می شود که هر کدام وظایف مشخصی دارند. به عنوان مثال عملکرد سنسورهای جریانی وابسته به وضعیت سیال یا سرعت جریان یک سیال بستگی دارد. سنسورهای حرارتی نیز وظیفه دارند با کمک تغییرات درجه حرارت محیط، تغییرات لازم را از طریق سیستم کنترلی اعمال کنند.

• پارامتر مورد اندازه گیری:

در دسته بندی دیگر سنسور الکترونیکی را برحسب پارامتری که اندازه گیری می کنند تقسیم بندی می سازند. از جمله این سنسورها می توان به سنسور دما، فشار، نور، سنسور الکترونیکی و رطوبت اشاره کرد. هر کدام از این سنسورها پارامتر مدنظر را اندازه گیری نموده و خروجی متناسب با پارامتر مورد اندازه‌گیری را تولید می‌کند.

• منبع توان:

دسته دیگری از سنسورهای الکترونیکی براساس منبع توان خود به دو دسته فعال و غیر فعال تقسیم بندی می شوند. سنسورهای فعال یا اکتیو به دسته ای از سنسورها گفته می شود که برای اندازه گیری یک کمیت، سیگنال مشخصی را ارسال کرده و پالس های منعکس شده را دریافت می کنند. به عبارتی در این حالت، سنسور نقش دریافت کننده و گیرنده دارد. سنسورهای سنجش کشش در این دسته هستند. در مقابل سنسورهای پسیو یا غیر فعال، دریافت کننده سیگنال های تحریک از منابع خارجی هستند. پس سنسورهای پسیو به منبع توان خارجی نیاز دارند و براساس سیگنال دریافتی خواص فیزیگی خود مثل مقاومت را تغییر می دهند.

• تکنولوژی ساخت:

سنسورها الکترونیکی از لحاظ تکنولوژی ساخت به دو نوع سنسورهای نرمال و سنسورهای MEMS تقسیم می‌شوند. در سنسورهای MEMS (سیستم های میکروالکترومکانیکی). کل ساختار سنسور را در اندازه های کوچک می‌توان به دست آورد، بنابراین حسگرهای MEMS دارای:اندازه کمتر، مصرف برق پایین‌تر، هزینه تولید کمتر، حساسیت بالاتر، دقت بالاتر و تولید سریع‌تر هستند. ولی سنسورهای نرمال و سنسورهای MEMS از لحاظ عملکردی، تفاوتی با هم ندارند.

• نوع ساختمان بدنه:

انواع سنسور الکترونیکی را براساس مدل ساختمان به دو دسته دارای محافظ و بدون محافظ تقسیم بندی می کنند.

محل نصب:

در دسته بندی دیگر، سنسور الکترونیکی را براساس محل نصب به دو دسته سنسورهای  داخلی و محیط آزاد تقسیم می کنند.

• نوع ابزار تشخیص به کار رفته:

سنسورها براساس تشخیص و حس کردن متغیرهایی که برای آنها تعریف شده نیازمند ابزارهای تشخیصی هستند. بر همین اساس برای خرید انواع سنسور الکترونیکی با ابزار تشخیص بیولوژیکی، شیمیایی، الکتریکی و غیره داریم.

• از نظر تماس و میزان فاصله با هدف:

دسته بندی رایج دیگری که برای تقسیم بندی سنسور الکترونیکی استفاده می کنند، براساس تماس و میزان فاصله با هدف است. بر همین اساس سنسورها به دو دسته تماسی یا کانتکت و غیر تماسی یا مجاورتی (Proximity) تقسیم بندی می گردند. سنسورهای تماسی در اثر تشخیص تماس و نیرو و فشار عمل می کنند مثل کلید قطع و وصل که در اثر نیرو – فشار کار می کند.

 سنسورهای غیر تماسی که با فاصله از جسم عمل می کنند به عنوان مثال با نزدیک شدن جسم کار می کنند. سنسور الکترونیکی غیر تماسی سرعت و دقت بیشتری دارد و بخاطر طول عمر بالا، سوئیچینگ پر سرعت و عملکرد بدون نیاز به تماس، کاربردهای زیادی در صنایع پیدا کرده اند.

دسته بندی های گفته شده پرکاربردترین نوع دسته بندی برای سنسورهای الکترونیکی هستند که در هر مورد با ذکر مثال به روشن تر شدن موضوع کمک کردیم. در ادامه قصد داریم چند مورد از سنسورهای الکترونیکی را همراه با ذکر جزئیات و شیوه عملکرد توضیح دهیم.

 انواع سنسور الکترونیکی

برخی از سنسورهای الکترونیکی برحسب درجه اهمیت، کاربرد در صنایع مختلف و جنبه های گوناگون، نسبت به سایر سنسورها شناخته شده تر هستند. این سنسورها به دلیل اهمیت بالای خود سهم بیشتری در بین سایر حسگرها دارند که در ادامه به توضیح هر یک می پردازیم:

• سنسور غیر لمسی یا مجاورتی (Proximity Sensor):

این نوع سنسور الکترونیکی، قادر به تشخیص اجسام نزدیک و ارسال سیگنال واضح و مشخص به سمت کاربر یا دستگاه الکترونیکی ساده است. معمولا روش کار این نوع سنسورها براساس یکی از فناوری های مادون قرمز، لیزر، اولتراسونیک، هال افکت، خازنی و غیره است.

سنسورهای لمسی یا مجاورتی در صنایعی مثل خودروسازی، موبایل و غیره کاربرد زیادی دارند. به عنوان مثال سنسورهای لمسی در موبایل باعث می شود تا با نزدیک کردن گوشی به سمت صورت، صفحه نمایش خاموش شود. در خودروها سنسور الکترونیکی مجاورتی هنگام دنده عقب گرفتن با تشخیص موانع و ایجاد صدا به ما کمک می کند.

 

ثبت سفارش برای واردات قطعات الکترونیک ازچین 

 

• سنسور لمسی (Touch Sensor):

سنسورهای لمسی، کانتکتی یا تاچ به دو نوع مقاومتی و خازنی تقسیم بندی می شوند ولی به دلیل دقت بیشتر و نسبت بالای سیگنال به نویز مدل های خازنی، اکثریت سنسورهای الکترونیکی لمسی از نوع خازنی هستند. همانطور که از اسم سنسور الکترونیکی تماسی واضح است براساس اتصال فیزیکی یا تماس بین سنسور و شئ مدنظر عمل می کنند. سنسورهای تماسی یا لمسی بدون اینکه متوجه باشیم بخش زیادی از زندگی ما را تشکیل می دهند و زندگی بشر بدون آنها مختل خواهد شد.

• سنسور صدا (Sound Sensor or Microphone):

عموما سنسورهای صدا را به عنوان میکروفون می شناسند که بر اساس میزان صدای تشخیص داده شده، میزان مشخصی از صدا و ولتاژ را تولید کرده و ارسال می کنند. به عنوان مثال می توان به کمک سنسور الکترونیکی صدا، باعث حرکت یک ربات کوچک براساس صدای دریافتی از محیط شد.

طراحی این سنسورها پیچیده است و تقریبا براساس مکانیسم گوش انسان طراحی شده اند. سنسورهای صدا دارای دیافراگمی هستند که ارتعاشات را به سیگنال تبدیل می کنند و نسبت به صدا بسیار حساس عمل می کنند. از سنسورهای صدا در وسایل الکترونیکی مثل گوشی های موبایل، کامپیوترها و سیستم های موسیقی، سیستم های امنیتی و نظارتی، دستگاه های هوشمند خانگی که با کف زدن یا سوت زدن سیستم روشنایی منزل را روشن می کنند و غیره استفاده می کنند.

• سنسور شار (Flux Sensor):

مهمترین نوع سنسورهای شار، سنسور الکترونیکی شار حرارتی است. این نوع سنسورها در واقع یک نوع ترنسدیوسر (Transducer) هستند که بسته به میزان حرارت اعمال شده بر سطح آنها، سیگنال الکتریکی مناسب ایجاد می کنند. سپس میزان حرارت اندازه گیری شده بر مساحت سطح سنسور تقسیم می گردد تا میزان شار به دست بیاید. از سنسورهای شار در کشاورزی، فیزیک ساختمان، مطالعات پزشکی، صنایع محیط زیست، هوافضا و غیره اسفاده می کنند.

• سنسور دما (Temperature Sensor):

سنسورهای دمایی وظیفه تبدیل دما به یک کمیت یا متغیر فیزیکی با قابلیت سنجش را دارند. از این سنسورها در طیف گسترده ای از صنایع، از صنایع تولید موبایل گرفته تا کامپیوترها، خودروها و غیره استفاده می کنند. این سنسورها وظیفه گزارش تغییرات دمایی در تجهیزات هدف را دارند.

 مقاومت این نوع سنسورها با تغییر دما نوسان می کند مثل ترمیستورها که در دماهای مختلف مقاومت متفاوتی دارند این نوع سنسورهای دمایی، آنالوگ هستند. نمونه دیگر سنسور الکترونیکی دمایی، ترموکوپل ها هستند که اختلاف دما در دو سمت آن باعث تولید جریان الکتریکی در مسیر شده و تغییرات دمایی را اندازه گیری می کند.

 سنسورهای دمایی دیجیتالی برنامه ریزی شده هم وجود دارد که در داخل سیستم های مختلف به کار می روند تا تغییرات دمایی هر نوع سیستمی را براساس نیاز صنعت کار بسنجند.

• سنسور گاز (Gas Sensor):

به این نوع سنسور الکترونیکی، سنسور گاز و دود (Gas & Smoke Sensor) هم می گویند. این نوع سنسورها جنبه حفظ سلامت و ایمنی افراد را دارند. سنسورهای گاز علاوه بر خانه ها در کلیه ادارات و صنایع استفاده می شوند. به عنوان مثال در اثر سوختن، دود ایجاد می شود که پس از رسیدن به یک حد مشخص، سنسور دود سیگنال را تشخیص داده و زنگ هشدار را فعال می کند.

سنسور گاز بسته به نوع صنایعی که در آن کار می کنند قادر به تشخیص گازهای مختلفی هستند. اما به طور کلی سنسورهای گاز مختلف وجود دارند که هر کدام قادر به تشخیص یک نوع گاز مختلف مانند LPG، بوتان، متان، پروپان بوده و نصب آنها یک نوع اقدام ایمنی محسوب می شوند. به عنوان مثال سنسورهای الکترونیکی مونواکسید کربن از نمونه سنسورهای دود و گاز بسیار پرکاربرد و شناخته شده هستند.

در صنایع مختلف سنسورهای گاز و دود به شکل چسبیده به تجهیزات مختلف یا پرتابل استفاده می شوند که هر یک مزایا و معایب خاص خود را دارند. سنسور الکترونیکی گاز بسته به نوع صنایع کاری هدف، نوع سنسور، بازه اندازه گیری و سایر موارد انواع مختلفی دارند که دقت و کیفیت آنها را تعیین می کند.

جمع بندی مطالب

سنسورهای الکترونیکی که وظیفه تشخیص متغیرها و پارامترهای مختلف محیطی را بر عهده دارند، دارای استفاده فراوانی در صنایع مختلف و منازل مسکونی هستند. با توجه به اینکه این قطعات عمدتا در درون ساختار یک سیستم وجود دارند و مشاهده نمی‌شوند، نسبت به اهمیت بالای آنها بی توجه هستیم یا شناخت کافی نداریم.

سنسور الکترونیکی براساس نوع متغیری که تشخیص می دهند و براساس آن عمل می کنند و همچنین سایر فاکتورهای دسته بندی، به انواع مختلفی تقسیم بندی می شوند. هر کدام از سنسورهای الکترونیکی در بخش های مختلف صنایع به کار می روند که جایگاه و ارزش خاص خود را دارد و نمی توان اهمیت هر کدام از آنها را بیشتر از دیگری دانست.

با اینکه تعداد سنسورهای موجود در دنیا بسیار بیشتر از انواعی بود که در این نوشته توضیح دادیم اما می توان گفت که پرکاربردترین آنها به همین نمونه ها خلاصه می شوند. با توجه به کاربرد گسترده سنسور الکترونیکی در صنایع گوناگون، بهتر است قبل از خرید حتما با کارشناسان مجرب و حرفه ای صحبت نموده و بهترین مدل را خریداری کنید.

منابع:

1. https://en.wikipedia.org/wiki/Heat_flux_sensor
2. https://www.seeedstudio.com/blog/2020/01/03/what-is-a-sound-sensor-uses-arduino-guide-projects/
3. https://thestarsensors.com/how-does-a-sound-sensor-work/
4. https://www.elprocus.com/types-of-sensors-with-circuits/#:~:text=All%20types%20of%20sensors%20can,used%20in%20most%20electronics%20applications.
5. https://www.electronicshub.org/different-types-sensors/#Smoke_and_Gas_Sensors
6. https://www.electricaltechnology.org/2018/11/types-sensors-applications.html
7. https://www.tescaglobal.com/blog/what-is-a-sensor-and-types-of-sensors/#Different_Types_of_Sensors_with_Their_Applications
8. https://www.thomasnet.com/articles/instruments-controls/types-of-sensors/
9. https://components101.com/article/different-types-of-sensors-and-sensing-technologies