سنسور چيست ؟

مقدمه

سنسور چيست ؟

سنسور المان حس كنندهاي است كه كميت هاي فيزيكي مانند فشار ، حرارت ، رطوبت ، دما  و . . . را به كميتهاي پيوسته (آنلوگ) يا غير پيوسته (ديجيتال) تبديل مي كند.

اين سنسورها در انواع دستگاههاي اندازه گيري ،ربات ها ،  سيستم هاي كنترل آنالوگ و ديجيتال مانند PLC  باعث شده است كه سنسور بخشي از اجزاي جدا نشدني دستگاه كنترل اتوماتيك باشد.

سنسورها اطلاعات مختلف از وضعيت اجزاي متحرك سيستم را به واحد كنترل ارسال نموده و باعث تغيير وضعيت عملكرد دستگاهها مي شوند.

مزاياي سنسورهاي بدون تماس :

سرعت سويچينگ زياد

سنسورها در مقايسه با كايدهاي مكانيكي از سرعت سويچينگ بالايي برخوردارند،  بطوري كه در برخي از سنسورها تا سرعت سويچينگ 25KHZ كار مي كنند.

طول عمر زياد

به دليل نداشتن كنتاكت مكانيكي و عدم نفوذ آب ، روغن ، گرد و غبار و . . . داراي طول عمر زيادي هستند.

عدم نياز به نيرو و فشار

با توجه به عملكرد سنسور هنگام نزديك شدن قطعه ، به نيرو  و  فشار نيازي نيست.

قابل استفاده در محيط هاي مختلف با شرايط سخت كاري

سنسورها در محيط هاي با فشار زياد ، دماي بالا ،اسيدي ، روغني ،‌ آب و . . . قابل استفاده مي باشند.

به دليل استفاده از نيمه هادي ها در طبقه خروجي Bouncing noise ايجاد نمي‌شود

عدم ايجاد نويز در هنگام سويچينگ

به دليل استفاده از نيمه هادي ها در طبقه خروجي ، نويزهاي مزاحم Bouncing noise ايجادنمي شود.

برخي پارا مترها در سنسورها

فركانس  سو يچينگ:

حداكثر تعداد قطع و وصل يك سنسور ئر يك ثانيه مي باشد . (اين واحد بر حسب هرتزHZ بيان مي شود.)

اين پارامتر طبق استاندارد DIN EN 50010 با اين شرايط‌اندازه‌گيري مي شود.

فاصله سويچينگ S :

فاصله بين قطعه استاندارد و سطح حساس سنسور بهنگام  عمل سويچينگ مي باشد.

فاصله سويچينگ نامي Sn :

فاصله اي است كه در حالت متعارف و بدون در نظر گرفتن پارامترهاي متغير از قبيل حرارت ، ولتاژ و . . . تعريف شده است .

فاصله سوييچينگ موثر :Sr

فاصله سويچينگ تحت شرايط ولتاژ نامي و حرارت 20C مي باشد . در اين حالت تلرانسها و پارامترهاي متغيير نيز در نظر گرفته شده اند.        0.9  < Sr  <  1.1  Sn

فاصله سويچينگ مفيد Su  :

فاصله اي است كه در رنج حرارت و ولتاژ مجاز ، عمل سويچينگ انجام مي شود.

0.81 Sn < Su <1.21 Sn

 فاصله سويچينگ عملياتي Sa  :

فاصله اي است كه تحت شرايط مجاز ، عملكرد سنسور گارانتي شده است .0 < Sa < 0.81 Sn

سنسورهاي القايي                  Inductive proximity switches          

سنسورهاي القايي سوئيچ هاي بدون تماسي هستند كه در اثر نزديك شدن قطعات فلزي عمل سوئيچ را انجام مي دهند. برخي از اين سنسورها ميتوانند در خروجي ولتاژ و  يا جريان آنالوگ متناسب با فاصله قطعه از سنسور به وجود آورند. اين سنسورها جايگزين مناسبي براي سوئيچ مكانيكي هستند.

شكلهاي زير برخي كاربرد هاي اين سنسورها را نشان مي دهد:

سنسورهاي القايي داراي مشخصات كلي زير هستند:

• در مدل هاي نرمال باز (N.O) و نرمال بسته (N.C) توليد مي شوند.
• نوع ويژه با خروجي (Decout) داراي قابليت اتصال PNP و NPN   و عملكرد N.O و N.C   (يك سنسور با قابليت چهار سنسور)
• كلي سنسورها در مقابل اضافه بار و اتصال كوتاه خروجي محافظت شده اند.
• در انواع shielded و Unshielded (با فاصله سوئيچينگ بيشتر) توليد مي شوند
• نوع آنالوگ براي اندازه گيري فاصله قطعه كار از سنسور

جدول زيرانواع سنسورهاي القائي و فاصله عملكرد آنها را به اختصار نشان مي دهد :

:

سنسورهاي لوميناس       Opto-electronic Luminescence sensors

  سنسورهاي لوميناس براي تشخيص علائم فسفري قابل رويت و غير قابل رويت ، بااستفاده از نور ماوراءبنفش ، بكار مي روند.

اين سنسورها جهت تشخيص نقطه مرجع لوميناس حتي بر سطوح كاملا انعكاسي مانند سراميك ، فلزات و يا شيشه هاي آيينه اي بكار مي روند.

شكل زير نمونه اي از كاربرد اين سنسور را در صنايع كاشي و سراميك براي خطوط “سورتينگ“ را نشان مي دهد . در ميان خطوط كاشي ها پس از علامت گذاري توسط ماژيكهاي فسفري از نظر كيفيت توسط اين سنسورها دسته بندي مي شوند.

كاربرد:

·         توليد وسايل آرايشي       

·         صنايع داروسازي: تشخيص وجود برچسب بر روي شيشه هاي دارو

·         صنايع بسته بندي : براي تشخيص كاغد و چسب

·         صنايع پارچه بافي : براي تشخيص نواحي برش

·         صنايع ماشين سازي : براي تشخيص وجود رنگ و يا روغن هاي  فلورسنتي

·         صنايع بسته بندي : براي تشخيص كاغذ و چسب

سنسورهاي كنتراست            Opto-electronic Contrast sensors

 سنسورهاي كنتراست (اغلب مشهور به سنسورهاي تشخيص دهنده علائم رنگي ) سنسورهاي يكطرفه مي باشند ، اما با اينكه وجود و يا عدم وجود اجسام مقابل را تشخسص مي دهند مي توانند دو سطح با درجه متفاوت از هم را نيز تشخص دهند، به عنوان مثال تشخيص علائم رنگي بر روي كاغذهاي بسته بندي ، منبع نور نور تابيده مي تواند نورقرمز-سبز و يا سفيد باشد.اگر منبع نور سفيد باشد مي توان كنتراستهاي خيلي كم را نيز تشخيص داد .

كاربرد اين سنسور در صنايع مختلف از جمله صنايع بسته بندي ، صنايع پتروشيمي ، صنايع چاپ، صنايع رنگ و . . . . مي باشد.

شكل زير يكي از كاربرد هاي اين سنسورها را را نشان مي دهد.

سنسورهاي خازني                    Capacitive Proximity Switches

سنسورهاي خازني سنسورهاي بدن تماسي هستند كه قادر به آشكارسازي اجسام فلزي و غير فلزي (مانند جامدات ، مايعات ، مواد پودري و  . . . ) مي باشند.

شكل هاي زير برخي از كاربردهاي اين سنسورها را نشان مي دهد.

از مشخصه هاي سنسورهاي خازني مي توان به موارد زير اشاره كرد.

• بدنه فلزي
• خروجي حفاظت شده در مقابل اتصال كوتاه و اضافه بار
• نوع NPNو PNP
• كابل دار و سوكت دار
• تنظيم فاصله حساسيت توسط پتانسيومتر 20 دور
• نوع ويژه (self monitoring)
• اين سنسور داراي پالس هايي اضافه شده در خروجي است كه جهت كنترل سالم بودن سنسور استفاده مي شود . مواردي پيش مي آيد كه كابل سنسور قطع مي شود و يا سنسور به دليل خرابي قادر نمي باشد در صورت وجود قطعه در مقابل آن ، ار خود عكس العمل نشان دهد ،در صورت وجود پالس هايي مي تواند خرابي سنسور را مشخص نمايد كه در بعضي از اوقات از وقوع حوادث ناگوار جلوگيري مي كند.

شكل زير چند نمونه از اين سنسورها را نشان مي دهد .

سنسورهاي نوري انعكاسي(يك طرفه)                    

  در اين سنسورها ، كه جزو ارزانترين و ساده ترين سنسورها   مي باشند، گيرنده و فرستنده در يك بدنه قرار دارند .

نور ارسال شده از فرستنده توسط جسم گيرنده برميگردد(بدون اسفاده از رفلكتور) ، نور ارسال شده                 مي تواند قرمز مرئي – مادون  قرمز و يا ليزري باشد. نوع خاص اين سنسورها با فيبر نوري نيز وجود دارند.

اما از آنجا كه در اين سنسورها ، سيگنال دريافتي ضعيف مي باشد در نتيجه ميزان Excess-Gain كاهش مي يابدو فاصله عملكرد كمتري را حداكثر  تا دو متر خواهيم داشت (فاصله بستگي به مقدار انعكاس جسم دارد).

شكل هاي زير برخي از كاربردهاي  اين سنسورها را نشان مي دهد.

سنسورهاي يك طرفه در نوع هاي مختلف با فاصله سوئيچينگ متفاوت ساخته مي شوند. جدول زير انواع سري ساخت و فاصله سوئيچينگ آنها را نشان مي دهد.

سنسورهاي نوري دو طرفه      Optoelectronic Through-beam Sensor

اين سنسورها به صورت دو طرفه مي باشند . در يك طرف فرستنده و در طرف ديگر گيرنده قرار دارد.

در اين سنسورها از نور مرئي – مادن قرمز و با ليزر استفاده مي شود . امواج توليد شده، توسط فرستنده ارسال مي شود گيرنده در مقابل فرستنده نصب مي شود. هر گاه مابين گيرنده و فرستنده مانعي وجود نداشته باشد اين امواج به گيرنده مي رسند در صورت وجود مانع اين امواج ديگر به گيرنده نخواهند رسيد.

شكل هاي زير برخي از كاربرد هاي اين سنسورها را نشان مي دهد.

جدول زير انواع سنسورهاي دو طرفه توليد شده با فاصله سويچينگ آنها را نشان مي دهد.

سنسورهاي ليزري                              Laser sensors        

سنسورهاي ليزري در انواع يكطرفه ، دو طرفه ، دفلكتوري پلاريزه شده ، خطي و نوع يكطرفه با اثر حذف زمينه طبق جدول زير توليد مي شوند.

شكل هاي زير نمونه اي از كاربرد اين سنسورها را نشان مي دهد.

سنسورهاي سطح                          Area Sensors

 اين سنسورها  با ايجاد يك سطح نوري دو بعدي ، توانايي آشكار سازي و اندازه گيري ابعاد اجسام را دارند. اين سنسورها در دو سري DS1 و DS3 ساخته مي شوند . سري DS1 نوع ساده تر و ارزانتر و سري DS3 گرانتر و با قابليت هاي بيشتر مي باشد.

شكل هاي زير برخي از كاربرد ها ي اين سنسور ها را نشان مي دهد.

ويژگيهاي اسكنرهاي سطح و يا سنسورهاي جاروب كننده سطح Area Scanners

• اندازه گيري ارتفاع قطعات به صورت مطلق، به كمك خروجي آنالوگ
• اندازه گيري ارتفاع نسبي به كمك خروجي آنالوگ
• آشكار سازي فيلم ترانسپرت و ديدن قطعات از پشت كاغذ هاي ترانسپرت
• امكان كار به صورت اشعه موازي با رزوليشن 6mm
• امكان كار به صورت اشعه هاي منقطع

مشخصات سنسورهاي سطح:

سنسورهاي تشخيص رنگ

سنسورهاي تشخيص رنگ در خطوط و اسمبلي براي شناسايي اجسام خاص ، مورد استفاده قرار مي گيرند .مهمترين مساله در اين سنسورها تشخيص رنگ هاي نزديك هم و يا بسيار براق مي باشد.

به عنوان مثال متاليك مورد استفاده در صنعت اتو مبيل ، تشخيص رنگ را دچار مشكل مي نمايد.

كارآيي سنسور تشخيص رنگ توسط تعداد رنگ هاي كه مي توانند تشخيص دهند،توانايي درسرعت تغيير دادن پارامتر ها و يا شناسايي چند رنگ به طور همزمان مشخص مي گردد.

سنسورهاي تشخيص رنگ  معمولي  ، داراي LED سفيد رنگ با جكالي نور بالا مي باشند كه نور مدوله شده را بر روي هدف مي تاباند. بازتاب نور از سطح شي براي تشخيص رنگ هاي اصلي‌ قرمز

، سبز و آبي مورد آناليز قرار مي كيرد. اين اطلاعات براي اينكه آيا قطعات صحيح مي باشند يا نه

مورد استفاده قرار  مي گيرد . در بعضي از كاربردها ، كاربر دستگاه ، يك رنگ نمونه را در برابر سنسور قرار مي دهد  و آن را براي تشخيص اين رنگ برنامه ريزي مي كند.

در طول عمليات كاربر مي تواند يك بازه نيز براي رنگ تعريف نمايد، بدين ترتيب اشيايي كه رنگشان در اين بازه قرار بگيرد ، تاييد مي شوند. اين عمل و تنظيم نقاط بالا و پاييني به صورت سعي و خطا صورت مي گيرد و از دقت مناسبي برخوردار نمي باشد. برخي از سنسورهاي تشخيص رنگ فقط داراي يك خروجي ، مبني بر تاييد و رد هستند. بدين ترتيب با اتصال به سيستم كنترل ، مشخص مي كنند كه شي عبوري از جلوي سنسور صحيح است يا خير . اما در بسياري از پروسه هاي ديگر تياز به مانيتورينگ عميق تري مي باشد و فقط قبول و يا رد مورد نظر نمي باشد . نسل جديد سنسورهاي تشخيص رنگ 3  خروجي ديگر كه بيان كننده ميزان شدت  رنگ هاي قرمز ، آبي و سبز مي با شد را توليد مي كنند . اين قابليت ، باعث كنترل دقيق تر و هوشمند تر پروسه مي گردد.

كاربردها

از سنسورهاي جديد تشخيص رنگ  براي كاربردهاي كه نياز به سيستم هاي خبره تشخيص رنگ  دارند، مي توان استفاده نمود .

 سيستم هاي خودكار مي توانند از اختلاف آشكار شده توسط سنسور هاي تشخيص رنگ به عنوان ورودي به سيستم كنترل استفاده نمايند.به عنوان مثال در طول پروسه توليد منسوجات ، يكپارچگي رنگ بسيار مهم مي باشد . سطح چگالي هر سه رنگ اصلي مي تواند توسط اين سنسورها به طور پيوسته مانيتور شود و تغييرات كم در رنگ به آرامي تصحيح شود.

منبع

BILL LETTERLE EMX INDUSTRIES , INC

سنسورهاي اولتراسونيك                 Ultrasonic sensors

سنسورهاي اولتراسونيك بر اساس امواج آكوستيكي و بازتابش  اين امواج توسط جسم كار مي كنند.

همچنين از  اين سنسورها براي اندازه گيري فاصله استفاده مي كنند. سيگنال بازتابش شده از هدف به سمت سنسور بر مي گردد و  اندازه گيري  مي شود، زمان بين ارسال و دريافت پالس صوتي با فاصله بين سنسور و هدف متناسب است.

شكلهاي زير برخي از كاربردهاي اين سنسورها را نشان مي دهند:

عملكرد اين سنسورها مستقل از رنگ و صيقلي بئدن سطح جسم مي باشد و قابليت حذف اثر زمينه (Background suppression) در اين سنسورها در حد بسيار عالي است.

خروجي اين سنسورها به صورت آنالوگ (جريان يا ولتا ژ) و يا ديجيتال مي باشد.

در صورت آغشته شدن هد سنسور به روغن ، مواد چسبنده ، گرد و خا ك و . . .  عملكرد سنسور مختل نخواهد شد.

در صورت انحراف قطعه (حداكثر تا 8 درجه ) ، تغييري درمقدار اندازه گيري شده به وجود نمي‌آيد

مزايا:

مشخصات سنسورهاي اولتراسونيك

• نوع ديجيتال بصورت NPNو PNP همزمان
• نوع آنالوگ (0-10) و يا (4-20)
• بدنه M18  : بصورت ِAxialو Redial
• ولتاژ تغذيه 10 – 30 VDC
• ورودي : كابل سوكت دار
• زمان عكس العمل : 4 ميلي ثانيه
• تنظيم: توسط سيم و يا دكمه Teach- In
• دقت اندازه گيري : 0.5 mm
• عملكرد به صورت نرمال باز و يا نرمال بسته