برق. قدرت. کنترل. الکترونیک. مخابرات. تاسیسات.

دایره المعارف تاسیسات برق (اطلاعات عمومی برق)

خطای مجاز سنسورهای یک شبکه - Fault Tolerance Sensor Networks


به نام خدا

 یک شبکه سنسور شامل انواع مختلفی از سنسورها می باشد که با اندازه گیری کمیتهای متفاوتی نظیر دما، رطوبت، فشار و ... و ارسال آن به واحد پردازش شبکه اطلاعات مورد نیاز را ثبت میکند.

پیشرفتهای جدید در تکنولوژی ساخت سنسورها نظیر MEMS این فرصت را ایجاد نموده است تا بهمراه المان سنسور، میکروکنترلر و سیستم فرستنده و گیرنده ای روی همان بستر طراحی و ساخته شود. گسترش این بخشها باعث شده است که سنسورها بصورت گره هایی Nodes کوچک و با توان مصرفی کم قابلیت ساخت یابند. یک شبکه سنسور بیسیم در واقع متشکل از تعداد بسیار زیادی از این گره های کوچک است. شبکه های موجود در حال حاضر شامل صدها گره کوچک می باشند که با توسعه تکنولوژی ساخت سنسورها و کمتر کردن توان مصرفی آنها ( و یا استفاده از سنسورهای پسیو) در آینده انتظار میرود تعداد گره های یک شبکه سنسور به میلیونها گره بالغ شود.

شکل یک - یک شبکه سنسور نمونه

کاربردهایی نظیر استفاده از شبکه های سنسور در بیمارستانها برای چکاپِ آنلاین بیماران بستری شده (شامل سنسورهای دما، فشار، رطوبت و ...) و یا استفاده از آنها در جنگلها برای جلوگیری از خطر آتش سوزی (شامل سنسورهای دود، گاز، حرارت، رطوبت و...) - شکل دو - باعث توسعه روز افزون این تکنولوژی شده است.

شکل دو - شبکه ای از سنسورها برای اعلام وقوع آتش سوزی

توجیه اقتصادی بهمراه توسعه شبکه های خبره باعث رونق بازار شبکه های سنسور شده است. از دیگر مزایای این شبکه ها میتوان به کاهش عملیات تعمیر و نگهداری و همچنین سرعت بالای پاسخ سیستم اشاره کرد.

در کنار این مزایا، مشکلاتی نظیر فالتی شدن Faulty هر یک از گره ها بدلایلی فیزیکی (مانند قطع شدن ارتباط، تداخل کمیتهای تحت اندازه گیری و تاثیر آنها بر عملکرد سنسورهای مختلف و ...) و یا دلایلی نظیر اشکال در برنامه نویسی شبکه وبازخوانی اطلاعات دریافتی از تک تک گره ها ... باعث شده است تا عملکرد شبکه های سنسور را تحت الشعاع قرار دهد.

در این پست برای آندسته از علاقمندان که خواهان تحقیق بیشتر در زمینه خطای مجاز در سنسورهای شبکه بی سیم هستند چند مقاله تدارک دیده شده است که میتوانند با کلیک روی نام هریک آنرا دانلود کنند:

۱. Fault Tolerance Sensor Network

۲. Fault-Tolerant Clustering of Wireless Sensor Networks

۳. Fault Tolerance In Sensor Networks Using Self-Diagnosing Sensor Nodes

۴. Deploying Sensor Networks with Guaranteed Capacity and Fault Tolerance

منت

 

پیشرفتها در اندازه گیری دما به روش  IR (Infra-Red)

 

سالهاست که صاحبان صنایع از تکنولوژی IR برای اندازه گیری و کنترل دما با موفقیت استفاده می کنند. اگرچه این تکنولوژی فواید اثبات شده ی بسیاری دارد؛ اما تولید کنندگان تجهیزات ابزار دقیق در جهت بهبود دقت، قابلیت اطمینان، و بکارگیری آسان این تجهیزات مطابق با نیاز محیطهای تولیدی ، توسعه تولیدات جدید را ادامه می دهند.

 

توسعه نقش IR

برای کارخانه داران، دما نمایشگر بحران شرایط یک فرآیند، محصول، یا بخشی از ماشین آلات است. نظارت دقیق دما کیفیت محصول را بهبود می بخشد و بهره وری را بالا می برد. زمانهای توقف تولید بدلیل اینکه فرآیند تولید بدون وقفه و تحت شرایط بهینه می تواند پیش رود کاهش می یابد. کارخانجات تولیدی و محیطهای صنعتی از ترمومترهای IR برای اندازه گیری دقیق دما در رنج وسیعی از کاربردهای اتوماسیون بهره می برند. این وسایل می توانند بدون دخالت فیزیکی در محصول یا هدف دیگری دما را اندازه بگیرند. این توانایی بر پایه قانون پلانک در تابش جسم سیاه است، که می گوید هر شیء انرژی تابشی را منتشر میکند که شدت آن تابعی از دمای شیء است. سنسور بطور ساده شدت تشعشع را اندازه می گیرد و به سبب آن دمای شیء اندازه گیری می شود (شکل یک).

 

شکل یک – مشخصات طیفی تابش جسم سیاه blackbody radiation

 

تکنولوژی IR پدیده جدیدی نیست ولی ابداعات جدید باعث کاهش هزینه ها، افزایش قابلیت اطمینان و توانایی اندازه گیری با وضوح بیشتر در آن شده است. همه این عوامل اندازه گیری دما بکمک IR را بسمت کاربردهای جدید سوق داده است.

 

ملاحظات عملی

اگرچه اندازه گیری دما بروش IR فوائد زیادی در عملیات صنعتی بهمراه دارد، اما باید خصایص ذاتی این تکنولوژی را وقتی در دنیای واقعی بکارمی رود، درک کرد. مثلاً میزان IR  اهداف تحت اندازه گیری باید بصورت نوری برای سنسور قابل رویت باشد. موانعی مانند یک دیواره ی فلزی یک مخزن بسته باعث می شوند که اندازه گیری دما درون مخزن بصورت محلی و نه IR صورت پذیرد. بعلاوه، نور یک سنسور IR باید از ذرات بسیار ریز و مایعات غلیظ محافظت شود.

 

لذا چندین عامل مهم را هنگام اندازه گیری دمای بصورت IR باید درنظر داشت. بعضی از مهمترین این عوامل بشرح زیر می باشند.

 

تفکیک نوری: سیستم نوری یک ترمومتر IR انرژی منتشر شده ی IR را از نقطه اندازه گیری بصورت حلقه های هم مرکز جمع می کند. هدف مورد نظر باید کاملاً این نقطه را بپوشاند در غیر اینصورت سنسور سایر تشعشعات حرارتی زمینه را " می بیند" و مقدار نادرستی را اندازه می گیرد. تفکیک نوری ترمومترهای IR با نسبت D:S مشخص می شود، که با مقایسه ی فاصله ی شیء هدف تا سنسور (D) نسبت به اندازه (قطر) نقطه تحت اندازه گیری روی هدف، تعیین میگردد. مقادیر بزرگتر این نسبت نشانه رزولوشن یا قدرت تفکیک نوری بهتر سنسور و در نتیجه کوچکترشدن نقطه ی هدف است که می توان دمای آنرا از فاصله دورتری اندازه گیری کرد (شکل دو). بعنوان مثال نقطه ای یک اینچی روی یک هدف اندازه گیری شده در فاصله ی 10 اینچی نسبت D:S مساوی 10:1 دارد.  

 

شکل دو – تفکیک نوری ترمومترهای IR که با نسبت D:S معین شده است

سنسورهای IR  در فروشگاهها امروزه دارای نسبت D:S از 2:1 (رزولوشن کم) تا بیش از 300:1 (رزولوشن زیاد) می باشند. هر چقدر میزان رزولوشن سنسور بیشتر شود بالطبع قیمت آن نیز بالاتر خواهد رفت.

در بعضی از مراکز صنعتی، بخار، غبار، و دود باعث بلوکه کردن مسیر دوربینهای نوری IR شده و مانع از اندازه گیری دقیق IR می شوند. نویز، میدانهای مغناطیسی، یا ارتعاش نیز بر کارآیی سنسور تاثیر نامطلوب می گذارند.

 

دیدن هدف و اندازه گیری دمای آن بکمک دوربین

 

حسگرهای حرارتی غیر تماسی IR از تکنیکهای مختلف "دید نوری" استفاده میکنند. در ترمومترهای ساده، بدلیل اینکه در آنها مکانیسم دید وجود ندارد، حرارت اجسام یا بطور کلی پروسه تعیین دما با تماس فیزیکی این نوع سنسورها با سطح جسم هدف امکان پذیر میشود. اما با دور شدن از هدف تحت اندازه گیری، نیاز به سنسورهای IR بیشتر و بیشتر می شود. در بعضی از موارد بویژه در کوره هایی که تحت هوای فشرده (اکسیژن) مواد مذاب درون کوره را در حرارت بالا نگه می دارند و وجود پاشش ناشی از مواد مذاب درون کوره مانع از دید در فاصله ی نزدیک و همچنین استفاده از روشهای اندازه گیری تماسی می شود، بکارگیری IR در فاصله ی دور کاربردی تر می گردد. نظیر چنین کوره هایی در فرآیند اکسیداسیون و احیای فلز مذاب در صنایع ریخته گری، تحت عنوان " کوره های مبدل" Converter Furnace کاربرد گسترده ای دارد. در چنین فضایی عملاً بکارگیری ترمومترهای تماسی غیر ممکن است و المان حسگر دما در سیستم کنترل ابزار دقیق از نوع تشعشی Radiation یا سایر حسگرهای غیرتماسی انتخاب میشود.

 

اندازه گیری دمای هدف توسط ترمومترهای IR شامل رنج وسیعی از پرتوهای باریک یکپارچه تا پرتوهای نوری تفکیک پذیر میشود. نشانه گیر لیزری این ترمومترها تک پرتویی را تولید میکند که بطور دقیق یا مرکز سطح هدف را نشانه می رود و یا دایره ای پیرامون آن میکشد. این پرتو نوری در روشنایی طبیعی روز و در محیطهای روشن و یا در اندازه گیریهای با فاصله ی زیاد ممکن است قابل رویت نباشد. اکنون اپراتور مانند یک دوربین فیلمبرداری معمولی، از درون لنز ترمومتر نقطه هدف را نشانه رفته و می بیند.

 

صرف نظر از خط دید، هدفگیری غلط ترمومتر IR منجر به نتیجه گیری اشتباه و کنترل غلط حرارت فرآیند می شود. این مسئله یک مشکل عمومی در نصب و بکارگیری ترمومترهای IR است که باید در رفع آن کوشید.

 

متغییر قابلیت انتشار 

 

قابلیت انتشار بصورت "میزان توانایی یک جسم در انتشار انرژی IR"  تعریف میشود که توسط این انرژی میتوان دمای جسم را تعیین کرد. به عبارت دقیق تر، نسبت انرژی منتشر شده توسط یک جسم به انرژی منتشر شده توسط یک جسم سیاه Black Body در همان دما را قابلیت انتشار یا قابلیت انتشار نسبی می گویند. در این تعریف جسم سیاه عبارت است از شئی که قابلیت جذب همه طول موجهای تشعشع الکترومغناطیس را دارد.  قابلیت انتشار میتواند از مقدار "صفر" (آیینه براق) تا "یک" (جسم سیاه) تغییر کند و بصورت یک کمیت نسبی و بدون واحد شناخته میشود. اغلب موجودات زنده، سطوح رنگ شده و اجسام اکسید شده قابلیت انتشاری در حدود 0.95 دارند (شکل سه - برای دیدن بهتر تصاویر آنها را کپی و ذخیره کنید):

 

        

             شکل سه- نمودار توزیع قابلیت انتشارنسبی اجسام مختلف در برابر طول موج

اجسام میتوانند انرژی را منعکس، منتقل، و یا منتشر کنند، ولی فقط انرژی منتشر شده دمای جسم را مشخص میکند. وقتی ترمومترهای IR دمای سطح یک هدف را می سنجند در واقع آنها هر سه نوع انرژی فوق را حس می کنند. خطاهای اندازه گیری در ترمومترهای IR معمولاً ناشی از انرژی منعکس شده توسط منابع نور میشود. بنابراین قویاً توصیه میشود هنگام بکارگیری این نوع ترمومترها از نصب صحیح و عدم دخالت پرتوهای اضافی و سرگردان – مانند منابع روشنایی درون کارگاه یا کارخانه – در قرائت دما اطمینان حاصل کنید.

ساختار ترمومتر IR

همانطوریکه قبلاً هم اشاره شد، این نوع ترمومترها دما را بکمک انرژی تابشی منتشر شده جسم سیاه Blackbody Radiation (در اینجا مادون قرمز) اندازه میگیرند. اگر بجای اشعه ی مادون قرمز از لیزر استفاده شود،  آنها را ترمومتر لیزری نیز می نامند. در واقع اصطلاح ترمومتر غیرتماسی یا Non-Contact Thermometer بهترین واژه برای توصیف این وسایل اندازه گیری دما از راه دور است.

ترمومتر IR شامل لنزی است که انرژی مادون قرمز منتشر شده توسط شئ هدف (یا سطحی از آن) را روی یک آشکارکننده که آنرا به سیگنال الکتریکی تبدیل می کند، متمرکز میسازد. این سیگنال بعد از جبران سازی ِ تغییرات دمای محیط، روی صفحه نمایش بعنوان دمای شئ هدف بنمایش درمیآید.   

بطور کلی یک IRT (Infrared Thermometer) مدرن دارای ساختاری مرکب از بلوکهای اصلی زیر است (شکل چهار- برای بهتر دیدن تصویر آنرا کپی و ذخیره کنید):

1.     بلوک پردازشگر و حافظه

2.     واحد تولید پالس ساعت بلادرنگ

3.     بلوک تنظیم کننده لنز و فاصله تا هدف

4.     بلوک صفحه کلید برای ورود اطلاعات و دیتای مورد نیاز

5.     بلوک ارتباط با کامپیوتر هاست Host Computerبرای ارتباط با سایر کامپیوترهای موجود در شبکه سنسورها

6.     بلوک صفحه نمایشگر دما (و در انواع بسیار پیشرفته فاصله تا هدف، زاویه نسبت به افق، و ...)

7.     خروجی ولتاژ یا جریان در محدوده ی استاندارد ابزار دقیق (مثلاً 4 تا 20 میلی آمپر)

8.     بلوکهای منبع تغذیه و مبدل آنالوگ به دیجیتال

9.     لیزر دیود (یا هر نوع دیود مادون قرمز)

10. آشکار کننده وجود سیگنال دیود

11.  آشکارساز تشعشع برگشتی سیگنال دیود از سطح هدف

12.  لنز

شکل چهار – ساختمان داخلی یک ترمومتر لیزری مدرن

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 :
  • تعداد نویسندگان :
  • تعداد کل پست ها :
  • آخرین بازدید :
  • آخرین بروز رسانی :