خواندنی ها+برق، قدرت، کنترل، الکترونیک، مخابرات، کامپیوتر، مهندسی پزشکی، ابزار دقیق، الکتروتکنیک، هوش مصنوعی، آی تیIT(فناوری اطلاعات)، مکاترونیک، رباتیک، فتونیک، اویونیکAvionic، فیزیک


دایره المعارف برق(اطلاعات عمومی برق)iman.sariri@yahoo.com

 

به نام خدا

    علاقمندی به توسعه ی سنسورهای اکسیژن ارزان قیمت از آنجا ناشی می شود که این سنسورها کاربردی ویژه ای در نمایش و نظارت -یا مونیتور کردن- گازهای خروجی موتورهای احتراق داخلی مانند موتور اتومبیل دارند.

    در چنین محیط هایی تغییرات همزمان در فشار جزیی اکسیژن (PPO یا Partial Pressure of Oxygen ) و سایر گازها بصورت نسبت هوا به سوخت در ترکیب احتراق عمل می کند. به نسبت هوا به سوخت ضریب لامدا یا نسبت لامدا Lambda Ratio نیز می گویند و از این رو به چنین سنسورهای اکسیژنی، سنسور لامبدا نیز گفته می شود. کاربرد ویژه ی چنین سنسورهایی بازخواهد گشت به عملکرد سیستم در ناحیه ی سوخت کم یا Fuel Lean Region . این ناحیه در واقع ناحیه ای است که در آن احتراق سوخت داخلی موتور در نسبت هوا به سوخت بالای 65:1 صورت می گیرد. در حالت ایده آل در این ناحیه هیچ سوختی نباید وجود داشته باشد که بالطبع از نظر عملی غیر ممکن است.

    سنسورهای لامبدا در واقع به تغییرات فشارجزیی اکسیژن در دمای بالای 700 درجه سانتیگراد با ایجاد موازنه بین ترکیب گازهای موجود و استویکیومتری Stoichiometry حجم سنسور پاسخ می دهند. رابطه ی بین فشار جزیی اکسیژن و هدایت الکتریکی بصورت زیر در یک سنسور با مکانیزم حجم بیان میشود:

σ = Aexp(EA/kT )PO2 1/N

     که در آن σ هدایت الکتریکی ، A ثابت (مقدار هدایت الکتریکی اولیه σo ) و T دمای محیط بر حسب کلوین،  K  ثابت بولتزمن ، EA  انرژی فعال سازی برای هدایت ، PO2 فشار جزیی اکسیژن و سرانجام N ثابتی است که توسط نوع حجم در گیر شده در موازنه بین اکسیژن و سنسور تعیین می شود.  

   این معادله نشان می دهد که سنسور با مقدار N کمتر ، حساسیت هدایت الکتریکی بیشتری را به تغییرات فشار جزیی اکسیژن از خود نشان خواهد داد. همین طور  EA  کمتر باعث حساسیت کمتر پاسخ به تغییرات دما خواهد شد. اولین ماده ای که بطور جدی بعنوان سنسور اکسیژن موازنه حجم بکار رفت، دی اکسید تیتانیوم بود که ماده ای از نوع n است (1983). سنسورهای حساس به اکسیژنی که بصورت تکنولوژی Thick - Film با TiO2 ساخته شدند سادگی بیشتر و پاسخ انتقال سریعتری نسبت به سنسورهای تجاری اکسید زیرکونیوم ZrO2 داشتند.

شکل یک:نمونه ای از سنسورهای مکانیسم حجم که در بینی های الکترونیکی E-Nose استفاده می شوند. 

شکل دو: سنسور گاز اکسیژن (لامبدا سنسور ) شامل یک فیلمان هادی که توسط یک لایه ی کاتالیتیک پوشیده شده و توسط جریان الکتریکی گرم می شود. این سنسور با تکنولوژی میکروماشین ساخته شده که به فیلمان اجازه می دهد تا بسیار کوچک ساخته شود و بصورت معلق بالای زیرلایه قرار گیرد. در نتیجه توان مصرفی بسیار پایین می آید. گازهای ناشی از احتراق با سطح کاتالیتیک واکنش صورت داده و منجر به آزادی گرما و در نتیجه تغییر در مقاومت فیلمان می شوند.

 

+ نویسنده :سنسور ,Mon 7 May 2007 , 6:20 AM | آرشیو نظرات

 

به نام خدا

      دوستان زیادی از طریق ایمیل درخواست کرده بودند که فایلهای IEEE را بگونه ای در دسترسشان قرار دهم که بتوانند آنها را دانلود کنند.

      به استحضار آندسته از علاقمندان سنسورهای اثر انگشت می رسانم که جدیدترین مقالات IEEE مربوط به این سنسورها با عناوین A touch of Money با حجم 5.3 مگابایت و Novel Surface Structure and Its Fabrication Process for MEMS Fingerprint Sensor   با حجم 1.23 مگا بایت را می توانید به ترتیب از اینجا و اینجا   (سایت sensors.persiangig.com ) دانلود کنید.

      همچنین علاقمندان به مبحث سنسورهای مادون قرمز IR-Sensors می توانند مقاله ای را با عنوان Electro-optical sensors overview  در این خصوص یا مستقیما از سایت IEEE در اینجا و یا از طریق sensors.persiangig.com از اینجا دانلود کنند.

 

 

به نام خدا

مقدمه:

همه نیمه هادیها به نوعی عملکردی سنسور گونه دارند. تغییرات موبیلیتی حاملهای اقلیت با دما در نیمه هادیها کاملا شناخته شده است. لذا می توان از این اصل کمک گرفت و یک سنسور حرارت ساخت و آنرا در رنج مشخصی کالیبره نمود. بنابراین با نگاهی دقیق به عملکرد نیمه هادی و بکمک مواد جدید می توان سنسورهایی با قابلیت بمراتب بهتر ساخت.

سنسورهای آکوستیک برای تعیین دامنه ، فاز، میزان پلاریزاسیون، طیف و سرعت امواج بکار می روند. از سنسورهای مغناطیسی و الکتریکی میتوان برای کنترل موقعیت، تشخیص میدان مغناطیسی، بار ، جریان، پتانسیل ، شار ، رسانایی و نفوذ پذیری مغناطیسی کمک گرفت.

Acoustic Emission Process

 

 

 

شکل یک: نمونه ای از طرز کار یک سنسور آکوستیک. موج صوتی دریافتی از منبع صوت توسط سنسور به المان ابزار دقیقی آکوستیک اعمال میشود و سپس اندازه گیری ، ثبت ، تفسیر، و ارزیابی میگردد.

 

 

 

Multi-platform cooperative operations utilizing a variety of acoustic sensors

شکل دو: نمونه ای از کاربرد سنسورهای آکوستیک. اصطلاحاً به سنسورهایی که برای ردیابی زیردریایی ها استفاده میشود سونار سنسور Sonar Sensor گفته میشود. 

drawing of fluxgate

شکل سه: یک سنسور شار الکتریکی بر اساس تئوری معادلات مغناطیسی قادر به تشخیص میزان شار الکتریکی در ناحیه ی اندازه گیری است.

سنسورهای مکانیکی  برای تشخیص موقعیت، سرعت ، شتاب (خطی و زاویه ای)، نیرو، کشش و تنش Strain and Stress، چگالی جرم، گشتاور پیچشی و چرخشی، سرعت سیال، شکل ، سختی، زبری، جهت، ویسکوزیتی Viscosity ، سفتی ، و ساختار مواد بکار میروند. ازسنسورهای نوری در سیستمهای دید در شب Night-Vision و در وسایلی نظیر دوربینهای فیلم برداری و عکاسی استفاده میشود. همچنین این سنسورها کاربرد وسیعی در اندازه گیری های دقیق و تعیین موقعیت و فاصله دارند.

و بهمین ترتیب سایر سنسورها نظیر سنسورهای حرارتی و شیمیایی که دومی در سیستمهای تشخیص بیولوژیکی و بایومس Biomass کاربرد زیادی دارد.

همچنین در حال حاضر سازندگان و محققان در حوزه سنسور توجه بسیار زیادی را به قطعات حساس به گازهای موجود در محیط اطراف معطوف داشته اند. حساسیت به این حوزه از وجود گازهای سمی و خطرناک و نیز لزوم کنترل و ایمنی آنها نشأت میگیرد. همچنین تقاضای زیادی از سوی سازندگان وسایل نقلیه برای بهینه سازی مصرف سوخت درون موتور ، یکی دیگر از علل این توجه شده است. این سنسورها بعلاوه قادر به تشخیص میزان و نوع گازهای تولید شده در کوره ها بوده و در نتیجه می توانند در پروسه کنترل سوخت و جلوگیری از خروج گازهای مضر نقشی فعال ایفا کنند.

سنسورهای گاز از نظر تکنولوژی ساخت و عملکردشان به سه دسته تقسیم می شوند:

  • سنسورهای نیمه هادی (Solid State)
  • سنسورهای طیف نگار (Spectroscopic)
  • سنسورهای نوری (Optics)

از نظر کارکرد، سیستمهای اسپکتروسکوپیک آنالیز مستقیمی از جرم مولکولی و طیف ارتعاشی روی گاز هدف - گازی که باید تشخیص داده شود-  صورت می دهند. این سیستمها قادر به اندازه گیری کیفی و کمی ترکیبات گازهای مختلف با دقت بسیار خوب هستند. طیف سنج جرمی Mass Spectroscopy  و کروماتوگرافی جرمی Mass Chromatography از مهمترین گونه های سیستمهای اسپکتروسکوپی هستند.

شکل چهار: یک سیستم طیف سنج جرمی ابتدا مولکولهای گاز ورودی را یونیزه کرده و به آنها شتاب یکسان می دهد. یونهای شتابدار بر حسب سبکی و سنگینی در حضور میدان مغناطیسی منحرف و جدا میشوند. یونهای سبکتر بیشتر منحرف میشوند و اثر این انحراف بصورت نمودار میزان فراوانی جرم بر بار الکتریکی  نمایش داده میشود.

شکل پنج: نمونه ای از گراف طیف سنج جرمی.

 سنسورهای نوری، طیف جذبی (Absorption Spectrum) یا طول موج نور منبع را بعد از اینکه گاز هدف توسط نور تهییج شد را اندازه گیری می کنند. آنها نیاز به یک سیستم پیچیده اندازه گیری شامل یک منبع محرک نور تک رنگ و یک سنسور نوری برای آنالیز طول موج طیف جذب شده دارند.

تکنیکهای تحلیلی پرهزینه مثل اسپکتروسکوپی مادون قرمز، لامپهای فلورسنت ماورای بنفش، کروماتوگرافی و ... از جمله روشهایی هستند که بجای سنسورهای شیمیایی گاز مورد استفاده قرار می گیرند.

شکل شش: گاز هدف باعث تغییر در طول موج نور منبع می شود. این تغییرات موج متناسب با نوع و میزان گاز موجود در محیط است.

شکل هفت: سیستم کامل تشخیص آلاینده های موجود در احتراق موتور. دیودهای لیزری بعنوان منبع نور تک رنگ بکار گرفته شده اند. طول سیستم ۱۳۰ سانتیمتر است

همه این تکنیکها بسیار دقیق و خبره هستند و نیاز به تکنسین های بسیار ماهر برای کار با دستگاه دارند. از طرف دیگر این سیستمها بسیار گرانقیمت بوده و بدلیل فضای بسیار زیادی که اشغال می کنند قابل استفاده در سیستمهای کوچک نظیر موتور اتومبیلها نیستند.

از این رو تکنولوژی ارزان قیمت نیمه هادی با خصوصیات : قابلیت حمل آسان، کوچکی، توان مصرفی کم، ارزان قیمت، و با قابلیت کار آنلاین که می توانند درکنار سیستمهای دیگر بخدمت گرفته شوند؛ خود نمایی می کنند.

 سنسورهای نیمه هادی گاز بر اساس تغییر در خواص فیزیکی و/یا شیمیایی مواد حسگرشان کار می کنند. این تغییرات در نتیجه حضور گازهای مختلف صورت می پذیرد. در مقایسه با دو سیستم اول تنها معایب این نوع سنسورها فقدان قابلیت تشخیص همزمان چند نوع گاز با هم و پایداری و تثبیت زمانی آنهاست.

در پستهای بعدی به کلیات نحوه کار این سنسورها بطور کامل خواهم پرداخت.

 

 

به نام خدا

       تصدیق اثر انگشت به روش اتوماتیک مقایسه بین اثرانگشتهای مختلف اطلاق می شود. شناسایی با اثر انگشت یکی از روشهای بایومتریک Biometric شناسایی افراد است.  بنابه تقاضای یکی از دوستان خواننده ، در این پست بطور خلاصه درباره ی این حسگرها مطالبی را ارائه می کنم.

               

       یک حسگر اثرانگشت قطعه ای الکترونیکی است که تصویری دیجیتالی را از اثر انگشت می گیرد. این تصویر گرفته شده "مرور زنده" یا Live Scan نامیده می شود. این تصویر سپس بطور دیجیتالی پردازش می شود تا یک الگوی بایومتریک را برای ذخیره و انطباق آتی ایجاد نماید.

 

       معروفترین حسگرهای اثر انگشت ، حسگرهای نوری (مرئی) – که شبیه یک دوربین فیلم برداری عمل می کنند–،آلتراسونیک – که بر پایه آلتراسونوگرافی پزشکی کار میکنند – و خازنی (پسیو و اکتیو) هستند.

 

       برای تطبیق تصویر گرفته شده با تصاویر موجود در حافظه از الگوریتمهای انطباقی نظیر PBA یا IBA (بترتیب یعنی الگوریتم بر مبنای الگوی اثرانگشت Pattern-Based-Algorithm و الگوریتم بر مبنای تصویر انگشت Image-Based-Algorithm ) و الگوریتم پیچیده تری بنام MBA الگوریتم اجزای ناچیزیا Minutia-Based-Algorithm استفاده میشود.

 

       در الگوریتم PBA طرح اثرانگشت شامل خم، پیچش و حلقه با نمونه های حافظه مقایسه میشود. برای این منظورباید تصاویر در یک جهت معین قرار گیرند که الگوریتم نقطه مرکزی را در تصویر اثر انگشت یافته و آنرا با اثر انگشت ورودی هم مرکز میکند. هر الگو در این الگوریتم شامل نوع، اندازه و جهت طرحواره های تصویر تراز شده اثر انگشت است. 

 

       در الگوریتم MBA چندین قسمت مختلف از اجزای اثرانگشت موجود در حافظه نظیر لبه های انتهایی هر خط موجود در اثر انگشت، انشعابات در خطوط و شیارهای کوتاه بین خطوط با اثر انگشت ورودی مقایسه می شوند. این روش همچنین مانند روش قبلی نیاز به تصویری تراز شده از اثر انگشت دارد. تفاوت در این روش این است که بجای انطباق مراکز از یک قاب مرجع Reference Frame استفاده میشود. هر نقطه اجزای اثرانگشت در این الگوریتم بصورت یک بردار در طرحواره  اثرانگشت ذخیره می شود.

 

       کمپانی های لیدر در سنسورهای اثر انگشت فوجیتسو Fujitsu  آوتن Authen و اتمل Atmel  هستند. یک سنسور اثرانگشت MBF200 فوجیتسو شامل یک سنسور 500 دی پی آی (Dot Per Inches) هشت بیتی خازنی است. این مجموعه بصورت دوبعدی شامل 256 ردیف 300 پیکسلی است که بصورت تکنولوژی CMOS استاندارد ساخته شده اند. کل سطح سنسور ابعادی بطول 15 و عرض 12.8 میلیمتر را شامل میشود. هر پیکسل از یک الکترود فلزی ساخته شده که بصورت یک صفحه خازن عمل میکند. تماس انگشت با سطح سنسور صفحه دوم خازن را ایجاد میکند. لایه پسیویشن Passivation Layer روی سطح قطعه ، لایه دی الکتریکی بین انگشت و پیکسلها می سازد و محل سایش انگشت و مقاومت شیمیایی را بوجود می آورد. تصویر اثرانگشت با محاسبه ظرفیت خازنی هر پیکسل وتبدیل دیتا به یک تصویر 8 بیتی سیاه و سفید ایجاد می گردد. شکل زیر بلوک دیاگرام این سنسور را نشان می دهد. برای مشاهده ی بهتر تصویر آنرا Save کنید.

 

قلب و هسته ی اصلی یک سیستم تشخیص اثر انگشت بخش پردازش سیگنال دیجیتال است که بر مبنای الگوریتمهای مختلف اثر انگشت موجود را با مدلهایی که در حافظه دارد مطابقت می دهد. شکل زیر بلوک دیاگرام کلی یک سیستم شناسایی اثر انگشت را نشان می دهد.

 

       همچنین در شکل زیر بلوک دیاگرام یک سنسور اثر انگشت ۱۹۲ در ۱۶ پیکسلی از کمپانی Authen ارائه شده است.

 

      تکنولوژیهای فعلی در زمینه حسگرهای اثرانگشت شامل طیف بسیار وسیعی از MEMS تا نانو تکنولوژی می شود. بعنوان مثال این مقاله سنسور الکترومکانیکال اثرانگشتی را معرفی میکند که با وضوح بسیار زیاد تصویر اثر انگشت را می سازد.

      همچنین آخرین مقاله ارائه شده در IEEE در خصوص سیستمهای تصدیق بایومتریک مربوط به سال 2006 است که آنرا میتوانید از اینجا دانلود کنید.

     در هر حال خوانندگان محترمی که مطالب تخصصی تری در خصوص این سنسورها نیاز دارند می توانند به منابع معتبر بسیار مراجعه کنند و یا درخواست مورد نظر خود را ارائه دهند. امیدوارم این مطلب کوتاه کمکی هر چند ناچیز به کسانی باشد که در مورد این حسگرها تحقیق می کنند.

  • اندازه گیری و آشکارسازی
  • تکنولوژیهای پدیدار شدن و کاربردهای آن (Emerging)
  • سیستمهای خبره جاسازی شده (Intelligence Embeded Systems )
  • سنسورهای بیسیم
  • سنسورهای کم مصرف

    همچنین مقالات مربوط به حسگرهای گاز در روز آخر این کنفرانس ارائه خواهند شد. نکته جالب در مورد  کنفرانس امسال حضور انتشاراتی رسمی Sensor Magazine در محل کنفرانس است که باعث راحتی کار کسانی که قصد انتشار مقاله در این مجله ی معتبر را دارند خواهد شد.

     در نمایشگاه امسال بیش از ۱۳۰ شرکت معتبر در زمینه ی سنسور حضورخواهند داشت. امیدوارم که بتوانم گزارش مبسوطی از کل کنفرانس و چکیده ی مقالات ارائه شده در آن در آینده ارائه دهم.

     نکته ی مهم در برگزاری این کنفرانس نظم حاکم بر فضای کنفرانس است. بگونه ای که از هم اکنون شما با مراجعه به غرفه هر شرکت کننده  قادر به کسب اطلاعات در مورد محل و حتی فضای غرفه خواهید بود. مسئله ای که هرگز در هیچیک از همایشهای علمی و نمایشگاه هایی که در ایران برگزار میشوند ، دیده نمی شود. 

    بهر حال علاقمندان به شرکت در این کنفرانس برای برخورداری از تخفیف ویژه باید هرچه سریعتر اقدام نمایند.

 

به نام خدا

سنسورهای گاز بر پایه ی  فیلم ضخیم Gas Sensor Based Thick-Film مرکب از شش بخش اصلی هستند.

 اولین بخش زیرلایه یا Substrate است که میتواند آلومینا Al2O3 یا اکسید سیلیکون SiO2 و یا هر ماده ی مناسب دیگری باشد.

 بخش دوم شامل الکترودهای فلزی Metal Electrods معمولا از جنس طلاست که باعث تغییرات رسانایی در آن بخاطر تاثیر گاز می شود.

گاز هدف در دمای مناسبی می تواند باعث انجام فعل و انفعال شیمیایی و اثرگذاری بر الکترودها شود. لذا بخش سوم شامل هیتر و در نتیجه بخش چهارم شامل مقاومتی برای اندازه گیری و کنترل این دماست. مواد مناسب برای این بخشها پلاتین هستند.

 این اجزای الکتریکی برای ارتباط با سایر قطعات نیازمند اتصالات هستند که معمولا از طلا ساخته میشوند و بخش پنجم را شکل می دهند.

 و سرانجام ماده ای ارگانیک که بنام فانکشنال متریال Functional Material خوانده میشود و بر روی الکترودها گسترده شده است بعنوان اصلی ترین بخش یعنی جزء ششم وظیفه ی واکنش با گاز هدف و در نتیجه تغییر در موبیلیتی حاملها و بالتبع آن تغییر در رسانایی الکترود را داراست.

 

آشکارسازی گاز هدف تنها توسط این ماده ی ارگانیک تعیین میشود و از این رو در روند طراحی سنسورهای گاز مهمترین نقش را داراست. این مرحله از ساخت سنسور بنام اکتیو فازActive Phase  یا فاز فعال خوانده میشود.

شکل زیر طرح اولیه الکترود ها (به رنگ قرمز) ، هیتر و مقاومت کنترل کننده ی حرارت (در پایینی ترین قسمت شکل) را نشان می دهد. 

                                                                                       

مطلب بعدی که این وبلاگ به آن خواهد پرداخت در مورد اساس سنسورهای گاز و نحوه کار آنها خواهد بود.

صفحات جانبی

نظرسنجی

    لطفاً نظرات خود را درمورد وبلاگ با اینجانب در میان بگذارید.(iman.sariri@yahoo.com)نتایج تاکنون15000مفید و 125غیرمفید. با سپاس


  • آخرین پستها

+++++

آمار وبلاگ

  • کل بازدید :
  • بازدید امروز :
  • بازدید دیروز :
  • بازدید این ماه :
  • بازدید ماه قبل :
  • تعداد نویسندگان :
  • تعداد کل پست ها :
  • آخرین بازدید :
  • آخرین بروز رسانی :