تبلیغات
خواندنی ها+برق، قدرت، کنترل، الکترونیک، مخابرات، کامپیوتر، مهندسی پزشکی، ابزار دقیق، الکتروتکنیک، هوش مصنوعی، آی تیIT(فناوری اطلاعات)، مکاترونیک، رباتیک، فتونیک، اویونیکAvionic، فیزیک - سنسورهای الکترونیکی(گاز،رطوبت،شتاب،co2و...)

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


در آدرس زیر اطلاعات کامل موجود می باشد همراه با شکل

http://sensors.blogfa.com/

سنسورهای نم و رطوبت

سنسورهای مقاومتی نقطه شبنمDewpoint مانند سنسورهای رطوبت Humidity و نم Moisture در زمره سنسورهای شیمیایی محسوب شده واغلب بر اساس تکنولوژی فیلم ضخیم یا نازک ساخته میشوند. این سنسورها براساس میزان بخار آب جذب شده در لایه متخلخل غیررسانایی که بین دو لایه رسانا بصورت ساندویچ درآمده و برروی یک زیرلایه سرامیکی قرار دارد کار میکنند. در این حالت ظرفیت خازنی بین دو صفحه با توجه به میزان رطوبت محیط تغییر میکند. در حالتی که تغییرات مقاومتی سنسور مد نظر باشد لایه متخلخل روی ساختاری الکترود شکل (IDT) قرار داده میشود و در نتیجه سنسور به سرعت به تغییرات نم موجود در لایه متخلخل واکنش نشان داده و مقاومت بین دو لایه رسانا را تغییر میدهد (مقاله ای از ساینس دایرکت در مورد سنسور رطوبت مقاومتی با ماده متخلخل از جنس ZnCr2O4-LiZnVO4 را از اینجا دانلود کنید).



فایده اصلی تکنیک فیلم ضخیم سادگی، ارزانی، قابلیت ساخت سیستم الکترونیکی بهمراه سنسور، و امکان توسعه مواد با خواص الکتریکی متفاوت مانند پیزورزیستیو، پیزوالکتریک، مگنتورزیستیو، ترموالکتریک، و پیروالکتریک و ... برروی سابستریت یا زیر لایه است.

بطور کلی سه گروه از مواد برای ساخت سنسورهای نم و رطوبت استفاده میشوند: الکترولیتها، پلیمرهای ارگانیکی، و سرامیکها. سنسورهای تجاری رطوبت اغلب از فیلمهای پلیمری و سرامیکهای متخلخل ساخته میشوند. از طرفی سنسورهای پلیمری رطوبت و نم از مشکلات هیسترزیس، زمان پاسخ آهسته، رانش و افت در پاسخ بویژه هنگام تماس طولانی مدت با بعضی از حلالها رنج میبرند.

با توجه به اینکه سنسورهای رطوبت و نم از خانواده سنسورهای شیمیایی می باشند، مکانیزم حسگری در این سنسورها نیز وابسته به خواص bulk و سطح ماده سرامیکی دارد. خواص الکتریکی و حساسیت سنسور در نهایت توسط میزان تخلخل، متوسط اندازه ذرات ماده حساس به رطوبت، فاصله دو لایه رسانه، ابعاد سنسور و ... تعیین میشود.

این مطلب در روزهای آینده کاملتر خواهد شد.

هر گونه نقل قول یا اقتباس از مطالب این وبلاگ تنها با ذکر منبع مجاز میباشد.

مراجع:

Thick-film humidity sensors

Thick-film humidity sensor based on porous MnWO4 material


+ نویسنده :سنسور ,Sat 6 Feb 2010 , 4:28 PM | 3 توصیه
بیوسنسورهای نوری (قسمت دوم)

بنــــــــــام خـــــدا

سنسورهای شیمیایی فیبر نوری یا بطورخلاصه FOCS در انواع بسیار مختلفی ارائه میشوند که میتوانند غلظت نمونه های بیولوژیک طبیعی یا دارای بارالکتریکی را اندازه بگیرند. یکی از مهمترین سنسورهای شیمی تجزیه سنسور pH است، دراینجا عملکرد این سنسور FOCS را مورد بررسی قرار میدهیم.

این سنسور شامل سه بخش اصلی است: منبع نور، اُپترود، و دتکتور. قسمت اصلی سنسور در واقع اُپترود است که شامل نشانگری است که تغییرات خواص نوری آن وابسته به ماده مورد تجزیه (آنالیت) است. در اغلب موارد، بکارگیری نشانگر ضروری است چونکه آنالیت بخودی خود تغییرات صورت درگرفته در نوربازتابیده را نشان نمی دهد. نشانگر میتواند بسته به نوع کاربرد عوض شود، مثل نشانگر شدت فلورسانس یا نشانگر شدت جذب نور. برای داشتن بیشترین دامنه حساسیت، طول موج منبع نور با طول موج نشانگر یکی انتخاب میشود. بخش دتکتور که معمولاً یک فوتودیود یا PMT است، سیگنال نوری را به سیگنال الکتریکی برای پردازش در مرحله بعد تبدیل میکند. شکل زیر (یک) عملکرد کلی یک سنسور pH براساس جذب نوری را نشان میدهد (برای مشاهده عملکرد یک PMT به اینجا بروید یا از این لینک بازدید کنید).



شکل یک: نمایش عملکرد سنسور pH براساس نشانگر جذب نور

پالسهای نور توسط یک LED کوپل شده به فیبرنوری به یک غشای (membrane) حساس به pH فرستاده میشود (دیود پایینی در شکل زیر). غشای حساس مقدار جذب شوندگی نور را (یا به عبارت بهتر رنگ آنرا) متناسب با میزان pH تغییر میدهد. اگر میزان نور جذب شده خیلی کم باشد نور تقریباً با همان طیف ارسال شده مجدداً به فوتودیود (دیود بالایی) بازمیگردد. وقتی pH نمونه تغییر کند جذب نور غشا حساس افزایش یافته در نتیجه شدت پالس برگشتی کمتر میشود (شکل دو).



شکل دو: تغییر در pH محلول باعث تغییر شدت پالس برگشتی میشود.

نور معمولاً بصورت موج مربعی مدوله میشود تا از اثرات نور محیط روی اندازهگیری حذف شده و میزان سیگنال به نویز سیستم افزایش یابد.

سنسورهای اُپترود بعلاوه میتوانند براساس بکارگیری نشانگر فلورسانس ایموبلیز شده (immobilized) در غشای سنسور ساخته شوند. در این حالت منبع نور فلورسانس مولکولهای نشانگر را تهییج میکند تا نوری با طول موج متفاوت را منتشر سازند (شکل سه). در این حالت ماده تحت آنالیز (آنالیت) میتواند برروی شدت تشعشع فلورسانس، که دامنهی متفاوتی نسبت به پالسهای برگشتی دارد، تاثیر گذارد (شکل چهار).



شکل سه: اُپترود براساس نشانگر فلورسانس



شکل چهار: تغییر pH محیط در سنسور شکل سه


هر گونه نقل قول یا اقتباس از مطالب این وبلاگ تنها با ذکر منبع مجاز میباشد.
+ نویسنده :سنسور ,Fri 25 Dec 2009 , 2:42 PM | 4 توصیه
بیوسنسورهای نوری (قسمت اول)

بنــــــــــــام خدا

اُپتود یا اُپتــرُد Optode / Optrode سنسوری است که توسط تشعشع نور خواص ماده ای مشخص را بکمک مبدلی شیمیایی می سنجد. یک اپتود برای اینکه کار کند نیاز به سه مولفه دارد: یک ماده شیمیایی که به آنالیت پاسخ میدهد، یک پلیمر برای ایموبلیز (ثابت) کردن مبدل شیمیایی، و دست آخر تجهیزاتی مانند فیبر نوری، منبع نور، آشکارساز و سایر تجهیزات الکترونیکی مورد نیاز.



اپتودها معمولاً شامل ماتریس پلیمریی هستند که روی سر فیبر نوری پوشانده میشود ولی در مورد اپتودهای موج محو شونده و ناپایدار، پلیمر روی بخشی از فیبر که بدون روکش است پوشانده میشود.

تعریف موج محوشونده: این موج یک موج ایستای میدان نزدیک است که شدت آن با فاصله از لبه ای که موج در آن ایجاد شده است بصورت نمایی کاهش میآبد.

اپتودها مدلهای اندازه گیری نوری مختلفی مانند انعکاس، جذب، موج محوشونده، لومینانس (فلورسانس، فسفرسانس)، نورتابی شیمیایی (chemiluminescence)، رزونانس سطحی پلاسمون surface plasmon resonance را بکار میبرند. معروفترین متد بکاررفته در اپتودها استفاده از لومینانس است.

لومینانس در حلال از رابطه خطی استرن-وُلمر Stern-Volmer پیروی میکند. فلورسنس یک مولکول توسط آنالیتهای معینی خاموش میشود، مثلاً فلورسنس ترکیبات روتنیوم توسط اکسیــــژن حذف میشود. وقتی فسفر درون ماتریس پلیمری ایموبلیز (بی تحرک) میشود ریزمحیطهای بیشماری را ایجاد میکند. این ریزمحیطها تغییرات ضرائب نفوذ آنالیت را منعکس میکنند. اینکار منجر به ایجاد یک رابطه غیر خطی بین فلورسنس و خاموشگر (آنالیت) میشود. این رابطه با روشهای زیادی مدل میشود و معروفترین آنها مدل دو مکانی جیمز دیماس (Two Site Model, James Demas) از دانشگاه ویرجینیا است.

سیگنال فلورسنس به نسبت اکسیژن خطی نیست و اُپتود بیشترین حساسیت را در غلظت پایین اکسیژن دارد، به بیان دیگر حساسیت با افزایش غلظت اکسیژن کاهش میآبد. در هر صورت سنسورهای اُپتود در تمام ناحیه 0 تا 100 درصدی اکسیژن حل شده در آب کار میکنند.

اُپتو سنسورها با توجه به قیمت بسیار پایین، توان بسیار کم، و پایداری طولانی مدت رشد بسیار سریعی داشته و از محبوبیت بسیار زیادی برخوردارند. این سنسورها قابلیتهای بیشتری نسبت به سنسورهای برپایه الکترود و تجهیزات تحلیلی پیچیده تر از خود نشان میدهند و بازار قابل توجهی را بخود اختصاص داده اند.

اُپتود اکنون بعنوان بهترین تکنیک ساخت بیوسنسورها شناخته میشوند.

هر گونه نقل قول یا اقتباس از مطالب این وبلاگ تنها با ذکر منبع مجاز میباشد.

+ نویسنده :سنسور ,Sat 5 Dec 2009 , 6:5 PM | 2 توصیه
اخبار سنسورها (نوامبر تا دوم دسامبر 2009)

بنــــــــــــام خدا

آخرین اخبار از دنیای سنسورها

دوم دسامبر 2009:

شرکت ابزاردقیق دایترن دو مدل جدید سنسور شتاب را روانه بازار کرد. مدلهای 3200BM و 3200BT سری جدید شتابسنجهای کریستال – شوک هستند که شوک مکانیکی تا دامنه صدهزار شتاب ثقل جاذبه (100,000 g) را اندازه میگیرند. آی سی تقویت کننده داخلی سیگنالهای ولتاژ امپدانس بالای ناشی از کریستالهای کوارتز را به امپدانس خیلی پایینتر تبدیل میکند و اجازه میدهد تا این وسیله به سیمهای بلندی مجهز شود. این سنسور برای اتصال نیاز به یک کابل 10-32 کواکسیال در سر دارد و برای نصب از سرپیچ M6 در مدل BM و سر پیچ 10-32 در مدل BT بهره میبرد. وزن این سنسور تنها 6 گرم است. مدل قبلی (3200B) مجهز به سرپیچ 1/4-32 برای نصب و کانکتور 10-32 بود.



اول دسامبر 2009:

شرکت Measurement Specialist پرابهای سنسور حرارتی با قطر کوچک و پاسخ سریعی را ارائه کرده است که در مکانهای بسیار محدود و محصور قابل استفاده است. پرابهای قابل استفاده در صنایع حرارتی، برودتی، و تهویه این شرکت دارای پاسخی کمتر از یک ثانیه در دمای بین – 40 تا + 125 درجه سانتیگراد است. این سنسورها از یک ترمیستور با ضریب حرارتی منفی (NTC) لحیم شده به یک کابل که درون لایه نازکی از یک فیلم پلی استری قرار گرفته اند، ساخته شده اند.

27 نوامبر 2009:

شرکت Impress Sensors and Systems ترانسمیتر فشار DS یی را روانه بازار کرده است که علاوه بر اینکه یک ترانسمیتر فشار است ، مجهز به Pressure Switch بوده و قادر به نمایش فشار است. این وسیله 3 در یک (Three in One) چندکاره بعلاوه به یک سیگنال کاندیشنر Signal Conditioning مجهز است که خروجی های سیگنال جریان یا ولتاژ را بهمراه 1، 2، و یا 4 سوئیچ خروجی ترانزیستور مستقل میتوان از آن دریافت کرد. رنج فشار قابل اندازه گیری در مدل DS210 تا 10 میلی بار است در حالیکه مدل DS200 میزان فشار قابل اندازه گیری به 600 بار نیز میرسد. از این ترانسدیوسر برای اندازه گیری فشار شامل هوا، روغن، مایعات و فشار هیدرولیک میتوان استفاده کرد. تصویری از این ترانسدیوسر را در شکل زیر مشاهد کنید:



26 نوامبر 2009:

شرکت آمریکایی سنسور تکنولوژی سنسور، مبدل و ترانسدیوسر فشار AST4000 چهار پینه مطابق با استاندارد DT04 (آلمان) و سرپیچ نصب M12x1 (استاندارد اروپا Eurofast) را به بازار ارائه کرده است. اتصالDT04 آلمان مشابه اتصال سری 150 استاندارد Packard Metripack است. سرپیچ M12x1 این وسیله را قادر میسازد تا در شرایط ارتعاش و شوک مکانیکی مانع بروز اشکال در اتصالات الکتریکی آن شود. خروجی های ولت، میلی ولت و میلی آمپر 4 تا 20 را از این وسیله میتوان دریافت کرد. تصویری از این سنسور در شکل زیر دیده میشود.



شرکت City Technology ، یکی از بزرگترین تولید کنندگان سنسورهای گاز، سنسور گاز NO برای کاربردهای پزشکی را به بازار ارائه کرده است. گاز NO که توسط این سنسور میتواند آشکار شود شامل رنج وسیع 0 تا5000ppm است. این سنسور به لایه فیلتر داخلی مجهز است تا اثر جریان دی اکسید سولفور بر سنسور را بکاهد. سیگنال خروجی سنسور 0.05 میکروآمپر بر ppm و دارای تلرانسی در حدود 20 درصد است.

24 نوامبر 2009:

شرکت نروژی SICK ترانسمیتر فشار جدیدی را روانه بازار کرده است که برای اندازه گیری دقیق فشار در صنایع غذایی و آبجوسازی، داروسازی و آرایشی قابل استفاده است (تصویر زیر). سری PHT قابلیت اندازه گیری فشار مطلق، گیج، و مرکب را دارد. بدنه سنسور از استیل ضدزنگ 1.4435 ساخته شده که آنرا مقاوم در برابر خوردگی میکند. این سنسور از نظر بهداشتی تاییدیه EHEDG را دارد و هوزینگ آن براحتی تمیز میشود. این سنسور دارای خروجیهای ولت، میلی ولت و میلی آمپر 4 تا 20 است. سری سنسورهای PHT میتوانند کاربردهای فشار پایین 0 تا 0.25 بار (مانند فشار مایعات در تانکها) و 0 تا 25 بار (مانند فشار پمپهای پرکننده بطریها و ...) را تحت پوشش دهد.



12 نوامبر 2009:

شرکت فنلاندی تکنولوژی VTI رنج جدیدی از سنسورهای مرکب شتاب زاویه ای (Gyro-AccelerometerCombo) برای کاربردهای صنعتی با کیفیت بالا را روانه بازار کرد. درون بسته بندی این محصول سه سنسور محوری شتاب سنج بهمراه یک سنسور زاویه سنج قرار گرفته است. این محصول بر مبنای تکنولوژی 3D MEMSساخته شده که آنرا بسیار مقاوم، پایدار و نویز پایین میسازد. شکل زیر تصویری از مدل SCC-1120 (مدل قدیمیتر) را نشان میدهد.




هر گونه نقل قول یا اقتباس از مطالب این وبلاگ تنها با ذکر منبع مجاز میباشد.

+ نویسنده :سنسور ,Thu 3 Dec 2009 , 5:47 PM | توصیه شما
استفاده از فرساب لیزری یا Laser Ablation Technique in Gas Sensors

بنـــــــــام خدا

مقدمه:

فرساب لیزری یا Laser Ablation تکنیکی است در فرآیند آماده سازی مواد که از زمان اختراع لیزر در 1960 شناخته شده بوده است. پس از اختراع اولین نوع لیزر، مطالعات عملی و تئوری زیادی روی روش فرساب یا کنده کاری توسط لیزر صورت پذیرفت و پس از چند سال مشخص شد که با این روش امکان نشاندن لایه نازک مواد بر روی زیرلایه وجود دارد. این روش بکارگیری فرساب لیزری بنام Pulsed Laser Deposition یا اختصاراً PLD نامیده میشود. اولین رسوب گذاری موفق توسط این روش در فیلمهای نازک ابررسانای دمای بالا YBCO (ایتریوم-باریوم-مس اکساید) در سال 1987 انجام شد و بلافاصله پس از آن خاصیت ابررسانایی این ماده گزارش شد (توضیح درباره YBCO: این ماده که در حقیقت فرمول شیمیایی YBa2Cu3O7 دارد اولین ماده ی ابررسانایی است که در دمای بالای نقطه جوش نیتروژن (-196 °C یا 77 K) ساخته شد).

ساختار یک سیستم PLD در شکل یک ارائه شده است. عمل اولیه در این تکنیک بکارگیری پالسهای لیزر توان بالاست (مثلاً توسط یک Excimer یا یک لیزر Nd:YAG) تا مقدار بسیار کمی از ماده را از سطح ماده هدف بخار کند.



شکل یک: ساختار PLD

(توضیح درباره Excimer وNd:YAG - اکسایمر که مخفف Excited Dimer است یک مولکول شکل گرفته توسط دو مولکول کوچکتر است که طول عمر بسیار کوتاهی در حد نانوثانیه دارد. Nd:YAG یا neodymium-doped yttrium aluminium garnet با فرمول Nd:Y3Al5O12 کریستالی است که بعنوان یک محیط لیزینگ برای لیزرهای نیمه هادی استفاده میشود و برای اولین بار در 1964 در ازمایشگاه Bell ارائه شد).



چگالی انرژی جذب شده آنقدر هست که بتواند هر پیوند شیمیایی بین مولکولهای ماده را بشکند. آنچه پس از آن در واقع بوجود میاید گاز فشار بالایی است که در لایه سطحی ماده هدف ایجاد میشود. در نتیجه ی گرادیان فشار، یک جت مافوق صوت از ذرات از سطح ماده هدف خارج میشود. عملاً پروسه صورت گرفته بسیار پیچیده تر از این مطلبی است که در بالا گفتم. ابر تشکیل شده توسط ذرات انرژی عظیمی را پرتو لیزر جذب کرده و درون محفظه پلاسمای داغ یا Plume را ایجاد میکند (Plume عبارتست از مقدار زیادی گاز یا دود که از جسم یا سطحی بطرف خارج ساطع میشود). مقدار توان آستانه مورد نیاز برای ایجاد پلاسمای داغ به نوع ماده هدف، مورفولوژی آن، و طول موج و مدت زمان اعمال لیزر وابسته است، اما ممکن است این مقدار در حدود 10 تا 500 میلی وات بر سانتی متر مربع برای پالسهای لیزر اکسایمر با طول موج ماورای بنفش (UV) و دوره 10 نانو ثانیه باشد. هنگام اعمال لیزر به سطح ماده هدف باید هدف و زیرلایه را توسط موتورهایی چرخاند تا از پدیده سوراخکاری Drilling در هدف جلوگیری شود و همچنین نحوه رشد فیلم روی زیرلایه بصورت یکنواخت در سطح آن درآید.

بعد از چندصد یا چندین هزار پالس لیزر، ذرات فرساب شده یا Ablate شده روی سطح زیرلایه ای که درطرف مقابل هدف قرار دارد به اصطلاح "چگال" یا Condense میشود و فیلم نازکی از ماده هدف را تشکیل میدهد. چگالی انرژی پالس-لیزر که با Fluence نشان داده میشود و بر حسب J/cm2 سنجیده میشود یکی از مهمترین پارامترهای فرساب لیزری است.

(توضیح درباره fluence: در فیزیک فلواِنس میزان شار تابشی بوجود آمده در واحد زمان است که بر اساس تعداد ذراتی که در واحد سطح یکدیگر را قطع کرده اند معین میشود. از این واحد بویژه برای نشان دادن شدت میدان تشعشی استفاده میشود).

وقتی میزان فلواِنس بالاست، سرعت بالای تبخیر ماده در لایه نازکی از سطح بوجود میاید که بویژه در انتقال استوکیومترى stoichiometric ماده از روی یک هدف چند عنصره بسیار مفید است. PLD را میتوان هم در محیط خلاء و هم در محیطی با گازهای رقیق کننده موثر در ترکیب فیلم استفاده کرد. در صورتیکه هدف ایجاد فیلمهای اکسیدی (نظیر لایه اکتیو در سنسورهای گاز) است، اکسیژن بهترین گاز زمینه است. تحت پارامترهای مناسب پروسه (مانند فشار گاز زمینه، دمای زیرلایه، و فلواِنس لیزر)، فیلم بصورت اپیتَکسی epitaxially رشد میکند و شکل، ترکیب، میزان اتمها، خواص شیمیایی و ... فیلم (که همه اینها به اختصار استوکیومتری نامیده میشود) دقیقاً با ماده هدف یکی خواهد بود. پارامترهای پروسه همچنین بر نرخ رشد فیلم تاثیر دارند ولی وقتی فلواِنس و فاصله زیرلایه تا هدف بهینه شده باشند این نرخ تقریباً ثابت باقی میماند (تقریباً یک انگستروم بر پالس برای اکسیدهایی نظیر YBCO). در ادامه این مطلب همه مراحل پروسه PLD شامل فعل و انفعال بین لیزر و هدف، تشکیل پلاسمای داغ یا Plume، و چگالش فیلم روی زیرلایه را بصورت مشروح مرور خواهم کرد. همچنین پروژه ای را در دست دارم که بخشی از آن باید با PLD انجام شود، سعی خواهم کرد از تجربیات خود نیز در این باره بنویسم.

برای نوشتن این مطلب از بخشهایی از مقاله زیر و همچنین یادداشتهای فنی دانشگاه هلسینکی فنلاند استفاده کرده ام.

Z.W. Chen et al. Nucleation and growth of SnO2 nanocrystallites prepared by pulsed laser deposition, Appl. Phys. A 81, 959–962 (2005)


هر گونه نقل قول یا اقتباس از مطالب این وبلاگ تنها با ذکر منبع مجاز میباشد.




+ نویسنده :سنسور ,Fri 13 Nov 2009 , 1:47 PM | 4 توصیه
تلفات الکتریکی در سنسورهای گاز - قسمت دوم

بنام خـــــــــــدا

قسمت اول را در اینجا بخوانید


همانطوریکه در پستهای قبلی نیز گفته شد، کنترل هوای آلوده محیط اطراف یکی از دغدغه های مهندسین محیط زیست است. هوا ترکیبی از گازهای متفاوت است که با توجه به محیط سنجش ممکن است شامل گازهایی نظیر ساکس (SOx – خانواده اکسید سولفور مانند SO، SO2 و ...)، ناکس (NOx – خانواده اکسید نیتروژن مانند اکسید نیتریک NO، دی اکسید نیتروژن NO2، تری اکسید دی نیتروژن N2O3، اکسید نیتروژن N2O و ...)، آمونیاک (NH3)، سولفید هیدروژن (H2S)، منواکسیدکربن (CO) و یا ترکیباتی مانند فرّار آلی باشد. در این بین CO یکی از مهمترین گازهایی است که در عرصه تحقیق سنسورهای گاز مورد استفاده محققان قرار گرفته است. بعلاوه، ساخت سنسورهای گاز با حداقل قیمت و در دسترس قرار داشتن آن برای همه یکی از مهمترین موضوعات تحقیق است.

در این بین سنسورهای گاز فیلم ضخیم سهولت ساخت و در نتیجه قیمت بسیار پایینی را بهمراه خود دارند. اما مشکل اساسی در توان بالای هیتر این سنسورهاست، بطوریکه بعنوان مثال برای تشخیص یکی از گازهای فوق نیاز به تولید دمای بیش از 250 درجه سانتیگراد توسط هیتر است. در نتیجه در بهترین حالت طراحی و با حداقل هزینه، تلفات توان هیتر به حدود 450 میلی وات میرسد (این محاسبه برای میندری Meander از جنس پلاتین که در سطحی معادل 4 در 7 میلیمتر، بطول متوسط 36 میلیمتر و به ضخامت متوسط 10 میکرومتر روی یک زیرلایه از جنس آلومینا به ضخامت 250 میکرون پرینت و در دمای هزار درجه سانتیگراد فایر شده صورت گرفته است – مقاومت هیتر در دمای اتاق در حدود 2±33 اهم اندازه گیری شد) و این یعنی نیاز به 150 میلی آمپر جریان برای ولتاژ 5 ولتی هیتر.

در نتیجه استفاده از این تکنولوژی ساخت تنها در مرحله تحقیق – برای بررسی فوری پاسخ سنسور نسبت به مواد استفاده شده در لایه اکتیو – و در محلی که تلفات توان چندان مهم نیست و یا دمای محیط در حد دمای مورد نیاز برای کار سنسور – مانند اگزوز اتومبیل – و ... است، باقی می ماند. در عین حال ترکیب این تکنولوژی با تکنولوژیهای رایج دیگری مانند فیلم نازک می تواند به کاهش مطلوب تلفات هیتر منجر شود.

در پستی در مورد ساختار سنسورهای گاز بر مبنای تکنولوژی MEMS توضیح دادم. در این پست قصد دارم تا بخشی از تجربیات خویش در زمینه بکارگیری بیشتر این تکنیک در ساخت سنسور گاز را ارائه کنم.

همانطوریکه قبلاً هم گفته شد، سنسورهای گاز که بر اساس ماشینکاری بر روی زیرلایه Si ساخته میشوند بواسطه سازگاریشان با پروسه ساخت ICها بسیار امیدبخش هستند. این تکنولوژی برای اولین در دهه 90 میلادی و با ساخت نخستین میکرو صفحات داغ MHP یا Micro-Hot-Plate توسط گروه NIST و با چاپ مقاله ای در 1993 آغاز شد. در یک دهه گذشته فعالیت پیرامون ساخت سنسورهایی با حداقل توان مصرفی موضوع روز تحقیقات شد. یکی از مشکلات پیش رو در این زمینه ساختار شکننده غشای بسیار نازک دی الکتریکی بود که باید MHP را از بقیه اجزای چیپ جدا میکرد.

کلاً اکسیدهای نیمه هادی مانند دی اکسید قلع SnO2 و تری اکسید ایندیوم In2O3 در زمره مواد عالی از نقطه نظر شیمیایی مقاوم برای تشخیص گاز می باشند. سنسورهای گاز فیلم ضخیم SnO2 جزو ارزان قیمت ترین سنسورهای گازند که پاسخی بسیار عالی در مواجهه با گازهای متنوع دارند. البته این پاسخ بسته به نوع دوپینگ و دمای کار سنسور فرق خواهد کرد و در نتیجه بعد از ساخت سنسور نیاز به مشخص کردن دمای کار سنسور برای تشخیص گاز مورد نظر است.

همچنین خود SnO2 این قابلیت را دارد که با تغییر دمای Sintering یا کلوخه سازی از 550 تا 1150 درجه سانتیگراد (مثلاً در بازه های 100 درجه ای) ساختار و فرم کریستالیش تغییر کند و در نتیجه حساسیت های متفاوت نسبت به گازهای متفاوت در آن ایجاد شود. بطور خلاصه میتوان عوامل موثر بر قدرت انتخاب و یا Selectivity سنسورهای بر پایه اکسید قلع را بصورت زیر برشمرد:

ماده دوپینگ و میزان آن، دمای کار، تغییر در کریستال و مورفولوژی SnO2، نوع و شکل IDT (کنتاکتها)، نوع و ضخامت لایه فیلتر و کاتالیست، ضخامت لایه اکتیو (موثر در جذب سطحی Adsorption یا جذب در حجم Bulk و سپس دفیوز Defuse به سطح) و ...

اما برای اینکه از بحث اصلی که طراحی سنسور گاز MEMS است دور نشویم، بطور خلاصه متذکر میشوم که این سنسور شامل هیتری پلاتینی با ساختار MHP و لایه ای حساس به گاز از جنس SnO2 است که مانند سایر انواع سنسورهای گاز کانداکتیو بر روی الکترودهایی از جنس طلا با ساختار IDT (Interdigitated Electrode) نشانده شده است. کل مجموعه فوق در مرکز یک غشای بسیار نازک دی الکتریک قرار گرفته است.

برای ساخت این سنسور، هفت ماسک متفاوت نیاز است که بترتیب عبارتند از: حفره بالایی، MHP، عایق، الکترود، کنتاکتها، لایه حسگر، و سرانجام حفره زیرین.

از آنجایی که این ساختار تقریباً مشابه ساختاری است که قبلاً در مورد آن توضیح دادم، از این رو میتوانید به همان تصویر استناد کنید.

اما آنچه در این پست مد نظر است و در واقع مهمترین بخش این نوع از سنسور گاز است ساخت هیتر آن میباشد، چرا که کنترل و توزیع دمای مورد نیاز برای Reaction در سطح نیمه هادی به این المان بستگی دارد. رنج دمای مورد نیاز برای سنسورهای گاز بر اساس SnO2 معمولاً کمی کمتر از 450 درجه سانتیگراد است که البته به نوع گاز مورد هدف بستگی دارد. در نتیجه لازم است هیتری طراحی شود که قادر باشد در رنج گسترده دمای اتاق تا 450 درجه سانتیگراد کار کند. برای این منظور به ماده ای نیاز است که دارای ضریب انبساط حرارتی قابل قبولی بوده، بعلاوه مقاومت الکتریکی آن با تغییر دما خیلی تغییر نکند. مواد مناسب برای اینکار پلاتین و اکسید روتنیوم Ru2O یا Ruthenium Oxide مناسبترین مواد هستند [مقاله بسیار مفید در مورد سنسور گاز با هیتر روتنیومی را از اینجا دانلود کنید. همچنین در سال 2005 دانشگاه دیوک آمریکا نیز از نانو وایرهای RuO2 برای ساخت سنسور گاز اکسید نیتریک استفاده کرد.]. در این طرح برای ساخت هیتر از پلاتین استفاده شده است. بدین ترتیب که هیتر پلاتینی درون غشای Si3N4 قرار گرفت.

این مطلب در حال کامل شدن است.


هر گونه نقل قول یا اقتباس از مطالب این وبلاگ تنها با ذکر منبع مجاز میباشد.





+ نویسنده :سنسور ,Mon 19 Oct 2009 , 9:50 PM | 4 توصیه
کالیبراسیون سنسورهای گاز

بنام خـــــــــــدا

سنسورهای گاز باید بطور منظم کالیبره و چک شوند تا از میزان دقت سنسور و سیستم قرائت آن اطمینان حاصل شود. برای تست منظم سنسورهای گاز ، بهتر است آنها را در مکانی نصب کرد که دسترسی به آنها آسان باشد. معمولاً زمان بازدید و کالیبره کردن سنسورها توسط سازنده سنسور در کاتالوگ آن ارائه شده است. اما بهر حال تجربه نشان میدهد که در بازه زمانی 30 روزه بعد از نصب سنسور بهتر است سنسور بطور مرتب مانیتور و چک شود، چرا که میزان تطابق پذیری یا Adaptability سنسور با محیطی که در آن نصب شده است در همین مدت 30 روز مشخص خواهد شد.

مسائل و مشکلاتی مانند اثر حرارت مستقیم، میزان رطوبت، و لرزش محل نصب تاثیر خود را براحتی در طی این سی روز نشان میدهد. در صورتیکه قصد چکاپ سنسور گاز بعد از نصب را دارید بهترین برنامه تست چهار روز درمیان سنسور در سی روز اول است.

کالیبریشن سنسورهای گاز در محل بسیار ساده تر از روش کالیبراسیون آزمایشگاهی است و کلاً شامل دو مرحله میشود: ا. ابتدا صفر Zero تنظیم میشود و 2. سپس محدوده قرائت یا اندازه گیری Span کالیبره میشود.

1. تنظیم صفر: بسیاری بر این عقیده اند که برای تنظیم صفر سنسور گاز بهترین کار اعمال نیتروژن یا ترکیبی از هوای تمیز - با رطوبت معین - به سنسور و سپس اندازه گیری سیگنال خروجی سنسور است. البته این روش برای محیطهایی نظیر آزمایشگاههای مواد غذایی، بیمارستانها و ... ممکن است کاربرد داشته باشد اما در محیطهای صنعتی این روش ، روش جالبی نیست چرا که محیط نرمال در چنین اماکنی دارای حداقل گازهایی است که میتوان از آنها بعنوان شاخص صفر استفاده کرد. همچنین باید میزان رطوبت نرمال محیط را مد نظر داشت. در این صورت تنظیم صفر سنسور بسیار واقع گرایانه می نماید.

2. تنظیم Span: تنظیم محدوده عملکرد سنسور گاز هم میتواند بسیار ساده باشد و هم بسیار پیچیده. در حالتی که سنسور گاز برای مانیتور کردن گازهای بیخطر و نرمال بکار میرود، تنظیم محدوده عملکرد سنسور با ایجاد و اعمال یک زمینه یا Background از ترکیبی از گازهای هدف به میزان مشخص میتواند منجر به تعیین محدوده عملکرد سنسور شود. از طرفی اگر سنسور گاز بعنوان مثال سنسور هیدروژن یا H2S باشد در اینصورت ریسک و خطر کالیبره کردن سنسور بسیار بالا میرود. بعضی از مهندسین توصیه میکنند که در این مواقع سنسور را کالیبره کردن به آزمایشگاه انتقال داد و سپس در محیط ایمن نسبت به تست آن اقدام کرد. این روش البته بسیار دقیق و با ریسک بسیار پایین است اما هزینه بر و زمان بر است. در اینصورت استفاده از کیسه های پلاستیکی Gas Sampling Bag حاوی مقدار بسیار اندکی از گاز هدف (تصویر یک) و یا بکارگیری ظروف کالیراسیون Calibration Can (تصویر دو) جایگزین مناسبی هستند تا سنسور را در محل کالیبره کرد.



تصویر یک - کیسه کالیبراسیون سنسور گاز



تصویر دو - قوطی کالیبراسیون گاز از شرکت Microcan

هر گونه نقل قول یا اقتباس از مطالب این وبلاگ تنها با ذکر منبع مجاز میباشد.

+ نویسنده :سنسور ,Mon 21 Sep 2009 , 8:4 AM | 5 توصیه
بهبود هوای محیطهای بسته به کمک سنسورهای CO2 (بخش اول)

بنام خـــــــــــدا

ایده اندازه گیری میزان دی اکسید کربن در محیطهای بسته و سپس کنترل و تنظیم سیستمهای تهویه سالهاست که مورد بررسی و استفاده قرار گرفته است. عده ای معتقدند که این روش بیشتر از آنکه سودده باشد آنالیزکننده است. اساس این روش بدین شرح است: بیشتر از آنچه مورد نیاز است از محیط خارج هوا وارد محیط داخل نکنیم، چرا که این هوای اضافی باید خنک شود، گرم شود، رطوبت آن گرفته شود، مرطوب گردد، فیلتر شود و ...

در عوض، میتوان تعداد افراد درون محیط بسته را شمارش کرده و با استفاده از یک وسیله کم مصرف نرخ هوای تازه ی ورودی را کنترل نمود. با توجه به اینکه همه ما در بازدم دی اکسید کربن بیرون میدهیم، اندازه گیری میزان این گاز می تواند تخمین نسبتاً دقیقی از فضای اشغال شده در اتاق و کیفیت هوای آن را ارائه کند. این سیستم که بصورت کنترل تهویه بر اساس میزان تقاضا کار میکند اختصاراً Demand-Control Ventilation System یا DCV نامیده میشود. سیستم DCV در کم کردن اتلاف انرژی بسیار موثر است و تا 15 فوت مکعب بر دقیقه هوای تازه را برای حداکثر میزان فضای اشغال شده ارائه میکند.

استفاده از سنسورهای CO2 تقریباً در بسیاری نقاط بصورت یک اجبار درآمده و قوانین مربوط به آن نیز وضع شده است. ماده 24 کمسیون انرژی کالیفرنیا بر استفاده از سیستم DCV در اماکنی با بیش از 25 نفر بر 1000 فوت مربع تصریح دارد. بند 62 استاندارد ASHRAE (انجمن مهندسی گرمایش، سرمایش، و تهویه هوای آمریکا یا American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers) استفاده از سنسورهای CO2 را برای کنترل میزان تهویه هوا تا جائیکه ضوابط رعایت شوند مجاز میداند. سیستمهای DCV بهترین گزینه برای اماکنی است که بطور متناوب یا بصورت غیر قابل پیش بینی توسط افراد اشغال میشوند نظیر: تالارهای کنفرانس و همایشها، کلاسهای درس، سالنهای سینما، فرودگاهها و ... از دیگر موارد کاربرد این سیستم میتوان به بیمارستانها و حتی کازینوها اشاره کرد که در این دو محیط کنترل حد مجاز CO2 بحرانی تر است (اولی بخاطر شرایط ویژه بیماران و دومی بدلیل تحرک بالاتر و مصرف دخانیات که هر دو باعث افزایش نرخ CO2 میشود).

در ادامه این مطلب در قسمت دوم با خصوصیت سنسورهای CO2 برای این سیستم و همچنین نحوه عملکرد آن آشنا خواهیم شد.

هر گونه نقل قول یا اقتباس از مطالب این وبلاگ تنها با ذکر منبع مجاز میباشد.
+ نویسنده :سنسور ,Sat 22 Aug 2009 , 12:7 PM | 2 توصیه
یک سنسور اثر انگشت ساده

بنام خــــــــــــــــــــدا

سنسور اثر انگشت ارزانی که مستقیماً از روی جریان شیارهای انگشت هنگامی که صفحات حساس را لمس میکنند در اینجا توضیح داده خواهد شد.

همانگونه که میدانید اثر کف پا و انگشت افراد با یکدیگر متفاوت است. این اثر توسط شیارهایی صورت گرفته است که یک شکل نبوده و در افراد مختلف بصورت منحنی هایی است که ابتدا و انتهایی منحصر بفرد دارند. در این راه برای تعیین اثر انگشت ساده ترین راه استفاده از حسگرهای خازنی است. حسگرهای خازنی دارای مزایایی نسبت به سایر حسگرها (نظیر پردازشگرهای تصویری و ...) هستند که بشرح زیر است:

1. آنها خروجی سری ایجاد میکنند که باعث میشود Pattern Recognation در سیگنال بجای پردازش تصویری داشته باشیم.

2. سنسورهای اثر انگشت خازنی بر مبنای تغییرات کانداکتنس ناشی از شیارهای انگشت کار میکنند لذا میزان رطوبت یا روغنی بودن انگشت تاثیر زیادی بر خروجی حسگر ندارد.

3. سطوح متفاوت کانداکتیویتی بین شیارهای انگشت و مواد خارجی نظیر روغن و گریس ، کارآیی بهتر این سنسورها را نسبت به روشهای دیگر ثابت میکند.

4. این سنسورها بسیار ارزان بوده و با تکنولوژی مرسوم 2 میکرومتری خازن MOS کاملاً قابل انجام است.

(این مطلب در روزهای آتی کامل خواهد شد)

هر گونه نقل قول یا اقتباس از مطالب این وبلاگ تنها با ذکر منبع مجاز میباشد.

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 :