سنسور ها

سنسور ها

اسلاید 1: به نام خالق هستی

اسلاید 2: سنسور چیست؟ سنسور یک تبدیل کننده ی فنی است که یک مقدار فیزیکی را (مانند دما,فشار,فاصله) به مقدار متفاوت دیگر که برای ارزیابی آسان تر است تبدیل می کند.این معمولا یک سیگنال الکتریکی از قبیل ولتاژ,جریان,مقاومت یا فرکانسی از نوسان است.تعریف های دیگری از سنسور نیز وجود دارد مانند تشخیص دهنده,رمزگذار و یا مبدل. سنسور ترموکوپل برای اندازه گیری درجه حرارت بالا

اسلاید 3: ترانسديوسر تغيير مكان بروش القائي (Variable Inductance Transducer) اصول كار سنسورهاو يا ترانسديوسرهاي القائي در شكل هاي زير بوضوح نشان داده شده است. اين نوع وسيله در دو نوع ساخته ميشود و داراي يك عدد سيم پيچ هستند

اسلاید 4: سنسورهاي اثرهال Hall Effect Sensors در حالت ويا مورد اول سيم پيچ به دور محور وسطي قاب E شكل پيچيده شده است و حركت صفحه مقابل قاب فوق ميزان فلوي مغناطيسي حاصله در آنرا تغيير ميدهد و موجب تغيير جريان عبوري در سيم پيچ ميگردد. در حالت و يا مورد دوم سيم پيچ به دو قسمت مساوي تقسيم شده است و هسته آهني در بين اين سيم پيچ حركت ميكند؛ كه در حالت وسط خروجي صفر است در حقيقت دو قسمت تقسيم شده­ی سيم پيچ دو بازو و يا دو عضو از يك پل مغناطيسي را تشكيل ميدهند

اسلاید 5: يك عنصر هال از لايه نازكي ماده هادي با اتصالات خروجي عمود بر مسير شارش جريان ساخته شده است وقتي اين عنصر تحت يك ميدان مغناطيسي قرار مي گيرد، ولتاژ خروجي متناسب با قدرت ميدان مغناطيسي توليد مي كند. اين ولتاژ بسيار كوچك و در حدود ميكرو ولت است. بنابراين استفاده از مدارات بهسازي ضروري است. اگر چه سنسور اثرهال، سنسور ميدان مغناطيسي است ولي مي تواند به عنوان جزء اصلي در بسياري از انواع حسگرهاي جريان، دما، فشار و موقعيت و … استفاده شود. در سنسورها، سنسور اثر هال ميداني را كه كميت فيزيكي توليد مي كند و يا تغيير مي دهد حس مي كند.

اسلاید 6: تاریخچهاثرهال توسط دکتر ادوین هال در سال 1897 در حالی در حالي كشف شد كه او دانشجوي دكتراي دانشگاه در بالتيمرانگليس بود.هال درحال تحقيق بر تئوري جريان الكترون كلوين بود كه دريافت زماني كه ميدان يك آهنربا عمود بر سطح مستطيل نازكي از جنس طلا قرار گيرد كه جرياني از آن عبور مي كند، اختلاف پتانسيل الكتريكي در لبه هاي مخالف آن پديد مي آيد.او دريافت كه اين ولتاژ متناسب با جريان عبوري از مدار و چگالي شار مغناطيسي عمود بر مدار است. اگر چه آزمايش هال موفقيت آميز و صحيح بود ولي تا حدود 70 سال پيش از كشف آن كاربردي خارج از قلمرو فيزيك تئوري براي آن بدست نيامد.با ورود مواد نيمه هادي در دهه 1950 اثرهال اولين كاربرد عملي خود را بدست آورد. درسال 1965 براي توليد يك سنسور حالت جامد كاربردي وكم هزينه از ميان ايده هاي متفاوت اثرهال را انتخاب نمودند. علت اين انتخاب جا دادن تمام اين سنسور بر روي يك تراشه سيليكن با هزينه كم و ابعاد كوچك بوده است اين كشف مهم ورود اثر هال به دنياي عملي و پروكاربرد خود درجهان بود.

اسلاید 7: تئوری اثر هال : اگر يك ماده هادي يا نيمه هادي كه حامل جريان الكتريكي است در يك ميدان مغناطيسي به شدت B كه عمود برجهت جريان عبوري به مقدار I مي باشد قرار گيرد، ولتاژي به مقدار V در عرض هادي توليد مي شود

اسلاید 8: ويژگيهای عمومی سنسورهای اثرهال: حالت جامدعمر طولاني 100KHZ عمل با سرعت بالا-پاسخ فركانسي بالاي Zero Speed Sensor عمل با ورودي ثابت اجزاي غير متحركLogic Compatible input and output ورودي و خروجي سازگار با سطح منطقي-40°C ~ +150°C بازه دمايي گسترده Highly Repeatable Operation عملكرد تكرار پذيرعالي يك عيب بزرگ اين است كه در اين سيستمها پوشش مغناطيسي مناسب بايد در نظرگرفته شود، چون وجود ميدان هاي مغناطيسي ديگر باعث مي شود تا خطاي زيادي در سيستم اتفاق افتد.

اسلاید 9:

اسلاید 10: اين خاصيت در مواد نيمه هادي داراي مقدار بيشتري نسبت به مواد ديگر است و از اين خاصيت در قطعات اثرهال تجارتي استفاده ميشود. ولتاژها به اين علت پديد مي آيد كه ميدان مغناطيسي باعث مي شود تا نيروي F=q(V´Bلرنتز برجريان عمل كند و توزيع آنرا برهم بزند نهايتا حاملهاي جريان مسير منحني را مطابق شكل بپيمايند

اسلاید 11: حاملهاي جريان اضافي روي يك لبه قطعه ظاهر مي شوند، ضمن اينكه در لبه مخالف كمبود حامل اتفاق مي افتد. اين عدم تعادل بار باعث ايجاد ولتاژ هال مي شود، كه تا زماني كه ميدان مغناطيسي حضور داشته و جريان برقرار است باقي مي ماند.

اسلاید 12: سنسورهای سرعت و شتاب سرعت، یکی از کمیت های مکانیکی است که اندازه گیری آن در صنعت بسیار متداول است.شتاب نیز از کمیت هائی است که اندازه گیری مستقیم آن در برخی کاربردها مورد نیاز است.

اسلاید 13: سنسورهای سرعت اینکودرهای خطی:

اسلاید 14: توضیحات کلی: شهرت بیشتر سنسورهای سرعت خطی (lvt) به این نوع از سنسورها می‌باشد. این نوع از سنسورها شامل انواع هسته‌ثابت و سیم پیچ ثابت می باشد. در نوع سیم‌پیچ ثابت هسته در داخل سیم‌پیچ در حال حرکت می‌باشد و هسته با شیئی که می‌خواهیم سرعت آن را اندازه‌گیری کنیم در تماس است. هنگامی که هسته در داخل سیم‌پیچ حرکت می‌کند در داخل سیم‌پیچ خطوطی مغناطیسی ایجاد می‌شود. بنابراین نیرومحرکه القاء شده در سیم‌پیچ متناسب با سرعت هسته مغناطیسی می‌باشد. و سنسورهای هسته ثابت از یک سیم‌پیچ تشکیل شده که به جسم در حال حرکت متصل است و یک مغناطیس دائم توسط دو فنری که آن را احاطه کرده‌اند بین سیم‌پیچ نگه داشته شده است. در حالتی که سرعت فرکانس نوسانات شیء و به دنبال آن هسته آنقدر باشد که از فرکانس سیستم مکانیکی تجاوز کند هسته عملاً بدون حرکت باقی می‌ماند. بنابراین ولتاژ ایجاد شده در سیم‌پیچ در اثر حرکت آن در طول میدان مغناطیسی متناسب با سرعت شئء تغییر می‌کند. شکلهای ساده این دو نوع سنسور را در شکلهای زیر مشاهده می کنید.‌

اسلاید 15: این سنسور از یک نوار تشکیل شده که بر روی آن در نقاط مختلف حساسه‌هایی نسبت به نور، وجود دارد. این نوار به جسمی که می‌خواهیم سرعتش را اندازه‌گیری کنیم متصل می‌شود. در بیرون توسط یک شمارنده می‌توانیم پالسهایی را که در حساسه‌ها ایجاد می‌کنند دریافت کرده و با شمارش آنها موقعیت جسم متحرک را تعیین کنیم. در نظر گرفتن موقعیت سیستم در زمان نیز سرعت جسم را به ما می‌دهد. از این نوع از سنسورها در اندازه‌گیری سرعت‌های خطی کمتر استفاده می‌شود. هم به خاطر رنج کم و هم به خاطر مدار بهسازی سنگین‌تر از انواع دیگر کاربرد صنعتی کمتری داشته و بیشتر در حد یک ایده باقی مانده است.

اسلاید 16: نوع سیم پیچ ثابت ،نوع هسته ثابت.

اسلاید 17: Rotational Sensorsسنسور سرعت چرخشی انواع سنسورهای سرعت: تاکومتر (تاکو ژنراتور)DC ـ تاکومتر دو فازـ تاکومتر AC ـ تاکومتر با روتور دندانه ایـ اینکودر نوری (Shaft Encoder ) یا تاکومتر فتوسلیـ Resolver

اسلاید 18: این دسته از سنسورها به سنجش سرعت زاویه‌ای می‌پردازند. این نوع به نظر در صنعت کاربرد بیشتری در مقایسه با سنسورهای سرعت خطی دارد و در صنعت به وضوح قابل مشاهده می‌باشد. این نوع از سنسورها عموماً به اسم تاکومتر شناخته می‌شوند هر چند در عالم واقع منظور از تاکومتر نوع خاصی از سنسورهای سرعت می باشد ‌

اسلاید 19: سنسورهای سرعت تاکومتر DC :ـ تاکتومتر DC ( یا تاخو) یک ژنراتور DC آهنربای دائم ساده و کوچکی است که رابطه خطی بین ولتاژ ترمینال آن و سرعت دوران محور آن برقرار است که در آن به ضریب تاکومتر گوئیم. ـ استاتور تاکتومترهای DC معمولاً آهنربای دائم است. پلاریته ولتاژ خروجی با تغییر جهت سرعت عوض می شود. ویژگی ها: سادگی ، ارزانی ، خطی بودن، محدوده سرعتی پائین، دقت تا حد1. 0 در صد ، اتصال به محور با کوپلینگ فلاکسیبلدستگاه تاکومتر تماسی و غیر تماسی مدل CT100، اندازه گیری دقیق سرعت چرخش و تعیین دور موتور

اسلاید 20: سنسور سرعت تاکومتر دو فاز

اسلاید 21: سنسورهای سرعت تاکومتر دو فاز: معایب اصلی این تاکومتر:1) خطای اندازه گیری در اثر لرزش شافت و تنشهای مکانیکی 2) نویزهای محیط گذار بر دامنه3) خاصیت اشباع شوندگی و غیر خطی مدار مغناطیسی

اسلاید 22: به این تاکومتر، تاکومتر دامنه نیز گویند.ـ دارای دو سیم پیچی تحریک و خروجی و یک روتور استوانه ای تو خالی است.ـ سیم پیچی تحریک توسط ولتاژ 50 هرتز AC تغذیه می شود. این سیم پیچی یک جریان eddy در روتور ایجاد می کند.ـ جریانeddy یا گردایی بوجود آمده میدان ثانویه ای بوجود می آورد که سبب القای ولتاژ در سیم پیچی خروجی می شود که دامنه آن متناسب با سرعت چرخش روتور است. فاز ولتاژ نیز بسته به جهت چرخش 90 درجه پیشفاز یا پسفاز است.ـ فرکانس ولتاژ القانی در سیم پیچ خروجی برابر با فرکانس تغذیه سیم پیچی تحریک است.

اسلاید 23: سنسورهای سرعت تاکومتر AC:این تاکتور در واقع یک ژنراتور است و فرکانس ولتاژ از رابطه زیر بدست می آید

اسلاید 24:

اسلاید 25: سنسورهای سرعت تاکومتر با روتور دندانه ای: روتور این تاکومتر بصورت دندان اره ای و از فلز فرومغناطیس ساخته می شود .ـ استاتور نیز از یک آهنربای دائم و یک سیم پیچی تشکیل شده است.ـ هنگامیکه یک دندانه به نزدیکی آهنربا می رسد رلوکتانس مدار مغناطیسی کاهش یافته و شار افزایش می یابد. افزایش و کاهش شار میدان موجب القاء ولتاژ در سیم پیچ می گردد. با گذشت هر دندانه از مقابل آهنربا یک پالس ولتاژ در سیم بوجود می آید.ـ برای یک روتوری با شکل شش دندانه ، فرکانس پالس ایجاد شده بصورت زیر است:

اسلاید 26:

اسلاید 27:

اسلاید 28: روتور این تاکتور یک دیسک چرخان است که بین منبع نور(فرستنده) و سلول حساس (گیرنده) قرار گرفته است.ـ دیسک از قسمت های متوالی تاریک و روشن قرار گرفته است که مانع عبور نور و رسیدن به گیرنده نور می شود.ـ عبور مناطق تاریک و روشن دیسک از مقابل گیرتده موجب ایجاد پالس هائی در مدارات مربوط می گردد.ـ فرکانس این پالس ها مبین سرعت چرخش دیسک می باشد.هر چه قدر تعداد قسمتهای تاریک و روشن بیشتر باشد، تعداد پالس ها در یک دور چرخش بیشتر می شود.ـ مزایا: رفتار کاملاً خطی، بدون تاثیر از نویزها و نداشتن عیوب تاکوهای دامنهـ معایب: هزینه بیشتر، نیازمند مدارات جانبی بیشترتاكوهاي آنالوگ بطور مستقيم بعنوان فيدبك در حلقه كنترل مي توانند استفاده شوند ولي اينكودرها نيازمند مدارات جانبي بيشتري اند.سنسورهای سرعت اینکودر نوری ( تاکومتر فتوسلی ) یاshaft Encoder

اسلاید 29:

اسلاید 30: اينكودر نوري چند دوري با خروجي كد

اسلاید 31: پیزوالکتریک در کارهای تشخیصی همیشه پرتوهای باریکی از امواج فراصوتی نیاز می باشند. چنین پرتوهایی به وسیله یک صفحه پیزوالکتریک ،که با دو الکترود صفحه ای موازی برانگیخته می شوند ،تولیدمی گردند. یک بلور را می توان با به کارگیری یک ولتاژ با بسامد بسیار بالا انگیخته نموده و مجبور به نوسان کرد . در بلور، بسامدی که بیشترین شدت را تولید می کند بسامد تشدید گفته می شود. تشدید یک ویژگی موج است که در آن شدت موج در حقیقت به علت هم آمیزی موجهای همانند افزایش می یابد. می توان ثابت کرد که تشدید هنگامی رخ میدهد که ضخامت بلور برابر نیمی از طول موج و یا مضرب فردی از طول باشداگر دو رویه بلور ترانسدیوسر را بگونه دو رویه نوسان کننده در نظر بگیریم ،چنانچه فاصله این دو رویه باندازه موج ایجاد شده باشد، موج ایجاد شده به وسیله رویه پشتی، موج ایجاد شده بوسیله رویه جلوئی را تقویت می کند .. این تقویت که بیشترین شدت موج را در بلور بوجود می آورد همان رزونانس طبیعی یا تشدید است.

اسلاید 32: بلور در ترانسدیوسرها می تواند هم به گونه فرستنده امواج فراصوت و هم گیرنده اموا ج کار کند. در حالت گیرنده تپ های ایجاد شده بوسیله بازتابش را دریافت می نماید. این بازتابش است که در ساختن نگاره سونوگرافی بکار می رود. حالت دلخواه هنگامی است که وقتی یک تپ کوتاه مدت موج فراصوت از بلور گسیل شد، بلور در زمانی بسیار بزرگتر پس از آن اماده دریافت بازتابش باشد، در اینجاست که بهترین نگاره برای کارهای بالینی ساخته می شود . اگر بخواهیم الکتریسیته را به بلور وارد کنیم و یا الکتریسیته تولید شده را از آن بیرون ببریم ، باید بوسیله یک رسانا این کار انجام شود. دو طرف بلور دارای پوشش فلزی است که بسیار نازک بوده و برای بردن ولتاژ از آن انجام می شود . الکترودها بوسیله یک پیوند دهنده کابلی به ترانسدیوسر وصل است. توانایی تبدیل دوجانبه فشار مکانیکی و الکتریسیته را به یکدیگر خاصیت پیزوالکتریک

اسلاید 33: بخش نوسانی ترانسدیوسر بلور است . بلور انرژی فراصوتی را برای انتقال به محیط تولید می کند. بزرگی این بلورها می تواند به رویه دلخواه به هر اندازه ای اختیار شود، ولی هر چه نازکتر باشد با بسامد بیشتری نوسان می کند. بخش پشتی بلور با یک ماده میراکننده یا خفه کننده و برای جلوگیری از تابش انرژی بلور در رویه پشتی پر شده است .

اسلاید 34: كرنش مكانيكي عبارتهاي تنش وكرنش غالباً د رموقع استفاده با يكديگر اشتباه مي شوند و بنابراين لازم است در اينجا تعريف روشني از اين دوكلمه بيان شود.كرنش نتيجه تنش است و به صورت تغيير نسبي ابعاد يك شي بيان مي شود، بدين معني كه تغيير بعد تقسيم بر بعد اصلي مي شود، به گونه اي كه به عنوان مثال، از نظر طولي كرنش تغييرات طول تقسيم بر طول اصلي است. در مقابل، تنش، عبارتست از تقسيم مقدار نيرو بر مقدار سطح. همانگونه كه در مورد يك سيم و يك ميله در تنش كششي و يا فشاري، به عنوان مثال، تنش كششي عبارت از نيروي وارده تقسيم بر سطحي كه نيرو به آن وارد مي شود، كه آن سطح، سطح مقطع سيم و يا ميله است. در مورد موادي مانند مايعات و يا گازها، كه مي توانند در تمام جهات به طور يكنواخت فشرده شوند،

اسلاید 35: تنش كلي نيرو بر واحد سطح است، كه همان فشار وارده است و كرنش تغيير حجم تقسيم بر حجم اصلي است. عمومي ترين ترانسديوسرهاي كرنش از نوع تنش مكانيكي كششي(Tensile mechanical stress) هستند. اندازه گيري كرنش، اجازه مي دهد كه مقدار تنش با دانستن مدول الاستيك (Elastic modulus) قابل محاسبه باشد. تعريف هر نوع از ضريب كشساني كرنش/ تنش است، ( كه داراي واحد تنش است، چون كرنش واحد فيزيكي ندارد) و كاربردي ترين مدول الاستيك، مدول خطي يانگ، مدول برشي (پيچش) و مدول بولك (فشار) است.براي مقادير كوچك كرنش، مقدار كرنش متناسب با تنش است و مدول الاستيك كميتي است كه نسبت كرنش/ تنش را در ناحيه الاستيك، بيان مي كند، (قسمتي از نمودار كرنش- تنش كه خطي است). به عنوان مثال، مدول يانگ نسبت كرنش كششي/ تنش كششي، به طور نمونه براي هر ماده به شكل سيم اندازه گيري مي شود. روش اندازه گيري كلاسيك، هنوز هم در آزمايشگاه مدارس مورد استفاده قرار مي گيرد و در آن از يك زوج سيم بلند استفاده ميشود، كه يكي از آنها به بار وصل شده و به سيم ديگر يك ورنيه مدرج نصب مي شود.

اسلاید 36: آشكارسازي و تبديل تنش كششي در برگيرنده اندازه گيري تغييرات خطي كوچك طول يك نمونه است. اين به وسيله اثر تغييرات دما، كه ايجاد انبساط و يا انقباض مي كند كامل مي شود. براي تغييرات حدود c90-0 كه دماي محيط اطراف ماست، انبساط و انقباض طول در همان حدود اندازه تغييراتي كه توسط مقادير زيادي فشار ايجاد مي شود خواهد بود. بنابراين هر سيستمي براي آشكارسازي و اندازه گيري كرنش بايستي به نحوي طراحي شود كه اثرات دما بتواند جبران سازي شود.

اسلاید 37: اندازه گيري سرعت سيالات بوسيله لوله پيتوت و آشنايي با آنرنج دبي : رنج دبي مي تواند عموما تا 2 اينچ يا 55 mm باشد ضمنا تشابه عملكرد ان همچون كاركرد اريفيس مي باشد .در سال 1732 هنري دي پيتوت با توجه به تحقيقيات گسترده اي كه در رابطه با سرعت انواع سيال ها داشت توانست به وسيله ي لوله اندازه گيري كه پيتوت ناميده شد جريان سرعت يك سيال را اندازه گيري نمايد دستگاه اختراع شده توسط پيتوت قادر مي باشد سرعت جريان سيال را در هر نقطه ي دلخواه به صورت لحظه اي و يا متوسط اندازه گيري نمايد از مزاياي ان نسبت به موارد مشابه قيمت ارزان ان و دقت بالاي ان در رنج هاي بالا و همچنين فشارها ي بالا و توانايي درج دقيق پارامتر ها به وسيله ي سنسورهاي تعبيه شده در سيال هاي بسيارداغ مي باشد و همچنين از معايب ان مي توان به دقت پايين در رنج هاي پايين و محدوديت براي مايعات تميز و پاك اشاره كرد

اسلاید 38: گازها يا سيالهايي كه به صورت بخار مي باشند داراي مقاومت پاييني هستندروند عملكرد يك پيتوت براي اندازه گيري جريان سيال به صورت تئوري زير بيان مي شود Pt=p+pvدر فرمول فوق: Pt : مجموع فشارهايي است كه مي تواند فرستاده شود به سمت لوله اندازه گيري P : فشار استاتيكي در سيال Pv : فشار ديناميكي سيال

اسلاید 39: دوپلرسرعت‌سنجي دوپلري ليزري LDA/LDV روشي دقيق براي اندازه‌گيري سرعت ذرات در جريان شاره‌هاست. اساس اين روش اثر دوپلر و پراکندگي Mie نور از ذرات است. محدوده سرعت‌هاي قابل اندازه‌گيري به اين روش از حدود چند ميکرومتر بر ثانيه با چند برابر سرعت صوت است. به دليل غير تماسي بودن اين روش و قابليت آن در اندازه‌گيري روي جريان‌هاي اغتشاشي و برگشتي، امکان اندازه‌‌گيري به صورت ايستا و هم پويا و نيز پاسخ سريع آن، اين روش بسيار مورد توجه قرار گرفته است. به علاوه LDA و PDA روشي براي اندازه‌سنجي ذرات ارائه مي‌دهند.پویانمایی برای توصیف اثر داپلر. با حرکت ماشین به سمت چپ، طول موج حاصل از صدای ماشین در سمت چپ کاهش و در سمت راست افزایش می‌یابد.

اسلاید 40: سنسورهای اولتراسونیک سنسورهای اولتراسونیک یا حسگرهای مافوق صوت از جمله پرمصرف ترین سنسورها در رباتیک می باشند.یكی از مسائل مطرح در رباتیك ایجاد درك نسبت به محیط خارجی برای جلوگیری از برخورد نامطلوب به اشیاء موجود در محیط حركت است. از سوی دیگر ممكن است نیاز داشته باشیم كه ربات بتواند دركی از فاصله ها بدون تماس فیزیكی داشته باشد. برای این منظور از سنسورهای مافوق صوت یا Ultrasonic استفاده می كنند. با وجود اینكه رویكردهای زیادی در این زمینه وجود دارد ولی می توان آنها را در دو بخش تقسیم بندی كرد:دسته اول شامل ابزارهای انفعالی می باشند ،نظیر سیستمهای فاصله سنجی swept-focus و یا stereoscopic دسته بعد سیستم های فعال یا Active می باشند نظیر سیستمهای ماكروویو ، لیزر و مافوق صوت.این سنسورها از دو قسمت تشكیل شده است.

اسلاید 41: قسمت اول مدار راه انداز آن را تشكیل می دهد و قسمت دیگر دو قطعه (مبدل) گیرنده و فرستنده آن، دقیقا مشابه آن قسمت از دزدگیرهایی كه در خودروها (مقابل شیشه جلو) نصب می شود.دردسر اصلی كار با اینگونه سنسورها مدار راه انداز آن است البته پكیجهای آماده كه كار را بسیار ساده می كنند نیز وجود دارد، مانند مدول مافوق صوت ساخت شركت Texas Instruments . این سنسورها در برخی دوربینها نیز برای تشخیص فاصله و فوكوس مناسب استفاده می شودمكانیزم كلی كار این سنسورها ، فرستادن یك بیم و دریافت انعكاس آن و متعاقبا محاسبه زمان رفت و برگشت. بدین ترتیب می توان فواصل را نیز براحتی با در نظر گرفتن سرعت صوت در دما و فشار محیط ، محاسبه كرد. قدم بعدی بدست آوردن ماتریسی از موانع موجود در محیط است. این كار از دو راه ممكن است.راه اول جاروب كردن محیط با امواج بصورت مكانیكی می باشد. راه دوم استفاده ازچند مبدل ، با توجه به پیچیدگی محیط ، است.

اسلاید 42: بعنوان مثال می توان یك مبدل متحرك با رنج زاویه ای بالا در سر ربات ، یك مبدل ثابت در جلو و رو به پایین برای تشخیص گودی، و دو مبدل با زاویه های 45 درجه در چپ و راست را بعنوان یك تركیب مناسب استفاده كرد. یكی از مهمترین خطاهایی كه در این سنسورها مشاهده می‌شود ، خطای بالقوه در فواصل زیاد است. همانطور كه می دانید امواج مافوق صوت را نمی توان همانند یك بیم لیزر تا باند و انعكاس آن را ثبت كرد. بعنوان مثال در فاصله حدودا 4.5 متری و با زاویه تابش 75 درجه حدود 250 میلیمتر خطا ممكن است پیش آید.برخی از محققین با استفاده از تیوپها ، شیپوره ها و بازتابنده ها و با فوكوس دادن بیم های صوتی سعی در كم كردن زاویه تابش داشته اند ولی تجهیزات مورد نیاز ابعاد سنسور را به ده ها برابر افزایش می دهد. دقت این نوع سنسورها را با افزایش دقت گیرنده نیز می توان افزایش داد. لبه های كناری بیم عموما از شدت كمتری برخوردارند لذا با كم كردن شدت حساسیت گیرنده می توان خطا را تا نصف كاهش داد. البته در مواردی از یك آرایه از داده ها استفاده می شود و پروسسوری وظیفه تشخیص زاویه مناسب را برعهده دارد.

اسلاید 43: اولتراسونيك سنج اين دبي سنج ها جهت تعيين دبي سيال از امواج صوتي استفاده مي كنند . پالس هاي مبدل پيزوالكتريك از سيال متحرك با سرعت صوت عبور كرده و سپس سرعت سيال با روش هايي كه در زير شرح داده شده ، اندازه گيري مي شود . روش اول اندازه گيري ، روش ترانزيت زماني مي باشد . در اين روش دو مبدل مقابل هم قرار گرفته اند و امواج صوتي عبوري از ميان آنها زاويه 45 درجه با جهت سيال درون لوله مي سازند ؛ سرعت صوت از مبدل بالا دست تا پايين دست برابر سرعت ذاتي صوت به اضافه سرعت سيال است. در يك اندازه گيري همزمان در دو طرف لوله ، مقداري كه (به طور الكتريكي) تعيين مي شود بيانگر سرعت سيال است و به طور خطي متناسب با دبي جريان است.در حاليكه روش ترانزيت زماني در اكثر سيالات به خوبي كار مي كند ضروري است كه از گاز يا جامدات به دور باشد تا از پراكندگي امواج صوتي بين مبدل ها جلوگيري شود.

اسلاید 44: روش ديگر اندازه گيري اين دبي سنج استفاده از اثر دوپلر مي باشد . وسايل اندازه گيري جريان در اين روش از دو نوع المنت مبدل استفاده مي كنند كه در يك طرف لوله قرار گرفته اند. يك موج مافوق صوت با فركانس ثابت توسط يكي از المنت ها به سيال ارسال مي شود و سپس جامدات و حباب هاي درون سيال، موج صوتي را به المنت مقصد منعكس مي كنند. طبق قانون دوپلر در صورت وجود يك حركت نسبي بين المنت ارسال كننده و دريافت كننده موج ، فركانس يا طول موج با يك تغيير مكاني همراه است . در دبي سنج دوپلر ،حركت نسبي اجسام معلق در سيالات ، تمايل به فشردن موج صوتي به طول موج هاي كوتاهتر (فركانس بالاتر) دارند. فركانس دريافتي در المنت مقصد با فركانس ارسال شده مقايسه الكتريكي مي شود تا اختلاف فركانسي را كه مستقيما متناسب با سرعت سيال در لوله است محاسبه شود. در مقايسه با روش ترانزيت زماني، عملكرد صحيح اين روش اندازه گيري مستلزم وجود گازها يا جامدات معلق در جريان مي باشد.با وجود آنكه اندازه گيري به روش Ultrasonic مزاياي زيادي اعم از عدم وجود موانع در لوله ، كم بودن هزينه سنسور دارند ، ولي عملكرد آنها به شدت وابسته به شرايط جريان است به عبارتي دقت آنها به نوع سيال بستگي دارد و همچنين رسوب در لوله باعث كاهش دقت اندازه گيري آنها مي شود.

اسلاید 45: مدار کامل سنسور اولتراسونیک مناسب استفاده در ربات

اسلاید 46: Encoderانکودرانکودر حسگری است که به محور چرخ، چرخ دنده یا موتور وصل می شود و میتواند میزان چرخش را اندازه گیری کند با اندازه گیری میزان چرخش می توانید جا به جایی، سرعت، شتاب یا زاویه چرخشی را تعیین کنید. معمولا انکودرها از نوع نوری می باشند و یک فرستنده و یک گیرنده مادون قرمز در دو سمت یک جسم مکانیکی چرخنده (دیسک شیاردار) قرار می گیرند و پالسهای الکتریکی تولید میکنند. به عبارت دیگر می توان گفت زمانی نور ارسالی توسط فرستنده از شیارهای چرخنده عبور می کند توسط گیرنده دریافت می گردد و مقدار ولتاژ خروجی یک میشود و زمانی که نور ارسالی به پره ها برخورد می کند توسط گیرنده دریافت نمی شود و مقدار ولتاژ خروجی از گیرنده صفر می گردد به این ترتیب پالسهای الکتریکی تولید می شود.

اسلاید 47: رزولوشن يک انکودر توسط تعداد پالس ها در هر گردش محور انکودر تعيين مي شود. رزولوشن کوچکترين مقدار چرخش محور است که انکودر قادر به تشخيص آن مي‌باشد.اگر انکودر 1024 پالس در هر دور چرخش توليد کند، مي تواند زاویه چرخش را با دقت 35/0 درجه تشخیص دهد. فرکانس پالس وابسته به سرعت چرخش و رزولوشن انکودر است و مطابق فرمول زير محاسبه مي شود.

اسلاید 48: انواع انکودرانکودرها سه دسته اند: 1. انکودر نسبی: یه این صورت که یک گیرنده و فرستنده مادون قرمز در دو طرف چرخ شیار دار قرار میگیرد. در این نوع از انکودرها صرفا موقعیت نسبی جسم چرخنده نسبت به موقعیت اولیه اندازه گیری می شود و نمی توان جهت چرخش را مشخص کرد. 2. انکودر افزایشی: در این نوع انکودرها از دو فرستنده و گیرنده مادون قرمز در دو طرف چرخ شیاردار با فاصله مشخص استفاده میشود بنابراین با چرخش چرخ ما دو پالس خروجی داریم که با یکدیگر اختلاف فاز دارند و براساس آن میتوان جهت چرخش را نیز مشخص نمود. 3.انکودر مطلق: در انکودرهای مطلق از یک صفحه شفاف استفاده میشود که بخشهای خاصی از آن سیاه شده اند واز چندین فرستنده گیرنده (به طور مثال 8 جفت) استفاده می شود. در هر لحظه تعدادی از این گیرنده ها صفر و برخی یک را نشان میدهد بدین ترتیب یک عدد باینری میدهد که زاویه بین صفر تا 360 درجه را میتوان محاسبه کرد.

اسلاید 49: استاد :جناب مهندس عزیزان

اسلاید 50: گرد آورندگان :شهــــرام محمــودی نســـب سیـــد غلام خادمــیابوالفضــل باغبــانی علیرضــــــا شجــــــاعیمحمـــــــد نوری قاســمعلی فصـــاحتمحســن آیتـــــــیﭘاییز 91