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

دایره المعارف تاسیسات برق (اطلاعات عمومی برق)

آیا قصد خرید یک سنسور شتاب سنج دارید؟ اغلب مشتریان وقتی با تکنولوژی ها و اشکال گوناگون، اندازه و گستره حساسیت شتاب سنج ها در کاتالوگ شرکت سازنده یا وب سایت آن مواجه میشوند دچار تشویش و نگرانی در نوع انتخاب میشوند. در این مطلب قصد آن داریم تا بشما کمک کنیم تا شتاب سنج بهینه مرتبط با کاربرد مورد نیازتان را انتخاب کنید.



انتخاب تکنولوژی



اولین قدم در پروسه انتخاب یک سنسور تعیین نوع اندازه گیری است که باید توسط سنسور صورت پذیرد. سه نوع تکنولوژی محبوب برای سنسورهای شتاب سنج موجودند:



شتابسنج های پیزوالکتریکی PE: این نوع تکنولوژی بطور گسترده ای در اندازه گیری شتاب کاربرد دارد. گستره فرکانسی اندازه گیری توسط این سنسورها از حدود چند هرتز تا 30 کیلوهرتز، گستره وسیعی از حساسیت، وزن، اندازه، و شکل انتخاب مناسبی را در اختیار کاربر قرار می دهد. شنابسنجهای PE با خروجی جریان و ولتاژ در دسترس بوده و برای اندازه گیری ضربه و ارتعاش مناسبند.



شتابسنج های پیزومقاومتی PR: از این شتابسنج ها بعلت حساسیت کمی که دارند بیشتر برای اندازه گیری ضربه و تکان استفاده میشود تا اندازه گیری ارتعاش. از این سنسورها همچنین بصورت گسترده ای در تست تصادف وسایل نقلیه استفاده میشود. شتابسنج های PR پهنای باندی در حدود چند صد هرتز تا 130 kHz دارند و پاسخ فرکانسی آنها در حدود صفر هرتز است ( پاسخ DC) در نتیجه آنها میتوانند پاسخ گذرای طولانی مدّت را اندازه بگیرند.



شنابسنج های خازنی VC: این دسته از شتابسنج ها نسبت به سایرین دارای تکنولوژی جدیدتری هستند. مانند PRها، پاسخ شتابسنجهای VC از نوع DC است. حساسیت بالا، پهنای باند باریک (15 تا 3000 هرتز)، و پایداری حرارتی عالی از مشخصات این سنسورهاست. حساسیت حرارتی این سنسورها کمتر از 1.5 درصد در گستره حرارتی 180 درجه سلسیوس است. از این قطعات برای اندازه گیری ارتعاشات فرکانس پایین، جنبش، و شتاب حالت پایدار استفاده میشود.



نوع اندازه گیری



ابتدا میخواهیم انواع اندازه گیری ابتدایی را توضیح دهیم. بنا بر اهدافی که این مقاله در پی آن است، اندازه گیری شتاب را به موارد زیر تقسیم کرده ایم:



ارتعاش – به جسمی که در محدوده یک وضعیت متعادل نوسان کند گفته میشود که ارتعاش دارد. ارتعاش یا لرزش را می توان در حمل و نقل، جو زمین، و محیطهای صنعتی یافت.

شوک یا ضربه – تحریک ناگهانی و زودگذر یک ساختار باعث ایجاد رزونانس ساختاری میشود. یک پالس ضربه می تواند در نتیجه انفجار، ضربه یک چکش، یا تصادف یک وسیله نقلیه ایجاد شود.

جنبش – عبارتست از حرکت آهسته یک رویداد مانند حرکت بازوی یک روبات.

سیزمیک (لرزش وابسته به زمین لرزه) – این رویداد بیشتر شبیه یک حرکت کند یا ارتعاش با فرکانس پایین است. اندازه گیری این کمیت به شتاب سنج ویژه با دقت تفکیک بالا و نویز کم نیاز دارد. از شتاب سنجهای سیزمیک برای اندازه گیری حرکت پلها، سطوح، و زمین لرزه استفاده میشود.

http://sensors.blogfa.com/8801.aspx

سنسورهای فیبر نوری قطعاتی بر پایه تکنولوژی فیبر هستند که برای سنس کمیت هایی نظیر دما و کشش مکانیکی Strain از آنها استفاده میشود. البته گاهی از این سنسورها نیز میتوان برای سنس میزان ارتعاش، فشار Pressure، شتاب، و یا حتی تعیین غلظت یک ماده شیمیایی استفاده نمود.

اساس کار این قطعات مبتنی بر ارسال یک پرتو نور از منبع لیزری (اغلب نور لیزر تک فرکانسی) یا یک منبع فوق درخشان (Super-luminescent) درون یک فیبر نوری است. خواص نور ارسال شده در طول فیبر با توجه به عوامل و اثرات فیزیکی وارد به آن تغییر یافته و سرانجام در سوی دیگر فیبر به یک دتکتور یا آشکارساز میرسد. از مزایای این روش اندازه گیری نسبت به سایر روشها میتوان به موارد زیر اشاره کرد:

1. سنسورهای مبتنی بر فیبر نوری از مواد عایق الکتریکی ساخته شده اند و به کابل برق نیاز ندارند لذا در محیطهایی که تحت ولتاژ بسیار بالایی هستند براحتی میتونند بکار گرفته شوند.

2. این سنسورها نسبت به تداخلات الکترومغناطیسی (EMI) و حتی رعد و برق مصون هستند و خود نیز هیچ تداخل الکتریکی برای سایر وسایل ایجاد نمیکنند.

3. از مواد شیمیایی بی اثر (Chemically Passive) ساخته میشوند لذا مشمول خوردگی و یا آلوده کردن محیط پیرامون نمیشوند.

4. در محیطهای با قابلیت انفجار نظیر پالایشگاههای گاز، فراوری بنزین و ... قابل استفاده اند، چرا که جرقه الکتریکی ندارند حتی اگر معیوب شوند.

5. این قطعات گستره وسیعی از دمای کار را شامل میشوند که تقریباً هیچ قطعه الکترونیکی دیگری مانند آنها نیست.

6. سنسورهای مختلف مبتنی بر فیبر نوری توانایی بکارگیری همزمان در یک رشته فیبر را دارند.

تئوری کار این سنسورها بر اساس شبکه فیبر Bragg است (این شبکه در اصطلاح FBG یا Fiber Bragg Grating نامیده میشود). شبکه برَگ شامل اختلالات تناوبی یا غیر تناوبی ضریب شکست موثر Effective Refractive Index در هسته یک فیبر نوری است (شکل یک). این تداخلات تقریباً در طول معینی از فیبر به اندازه مثلاً چند میلیمتر یا چند سانتیمتر تناوبی است و دوره تناوب آن معمولاً توانی از صد نانومتر یا بیشتر است.



شکل یک: ساختار FBG. هسته فیبر دارای تغییرات تناوبی ضریب شکست بر حسب طول فیبر است. قطر روکش معمولاً 125 میکرمتر و قطر هسته در حدود 8 تا 10 میکرون است.

بر این اساس، تداخلات ضریب شکست منجر به انعکاس نور (منتشر شده در طول فیبر) در گستره بسیار کمی از طول موج میشود. این طول موج (که گاهاً از آن بعنوان طول موج حداکثر بازتابی یا Maximum Reflectivity Wavelength یاد میشود) نتنها به دوره ی تناوب شبکه Bragg بلکه به دما و کشش مکانیکی وارده به فیبر نیز رابطه دارد ( تغییرات دما و کشش باعث تغییر در طول جزیی شبکه فیبر برَگ میشود). در واقع اثر مستقیم کشش مکانیکی یا Strain به کاهش ضریب شکست منجر میشود. همچنین دما نیز اثر مستقیمی بر ضریب انبساط دمایی خواهد گذارد. این اثرات که مستقیماً منجر به تغییر طول موج فیبر میشوند را میتوان با تکنیکهایی مختلف تشخیص داد و کمیت مورد نظر را اندازه گیری کرد(شکل دو).



شکل دو - تغییرات طیف بازتابش نوردر برابر تغییرات ضریب شکست در FBG بطول 5.4 میلیمتر

اساس کار سنسور حرارتی فیبر نوری مبتنی بر منبع نوری در یک سر فیبر است که نور را درون فیبرنوری منتشر میکند تا در انتهای دیگر فیبر، سنسوری که به فیبر متصل است آنرا دریافت کند. در اینصورت سر سنسور باید دارای محفظه ی قابل اتصال به فیبر نوری باشد. یک سطح فلزی صیقلی به محفظه در نزدیکی انتهای فیبر متصل است تا یک فضای خالی با طول مشخص بین سطح صیقلی و فیبر نوری را شکل دهد. همچنین سیستم آشکارسازی به فیبر نوری متصل میشود تا دمای سنسور، ناشی از نور بازتابیده به سطح صیقلی را تعیین کند. تغییرات دمای محیط نهایتاً باعث تغییر طول موج نور منتشر شده درون فیبر شده و سنسور تعبیه شده در انتهای فیبر این تغییرات را سنس کرده و سپس در سیستم پردازشگر و نمایشگر میزان تغییرات دما بنمایش در میآید (شکل سه).



شکل سه - اجزای سنسور فیبر نوری

برای تهیه این مطلب از منابع زیر کمک گرفته شده است:

Fiber optic temperature sensor

Fiber-optic Sensors

سنسورهای بیوالکتریکی Biosensors

بیوسنسورها طی سالهای اخیر مورد توجه بسیاری از مراکز تحقیقاتی قرار گرفته است. بیوسنسورها یا سنسورهای بر پایه مواد بیولوژیکی اکنون گستره ی وسیعی از کاربردها نظیر صنایع دارویی، صنایع خوراکی، علوم محیطی، صنایع نظامی بخصوص شاخه Biowar و ... را شامل میشود.

توسعه بیوسنسورها از 1950 با ساخت الکترود اکسیژن توسط لی لند کلارک در سین سیناتی آمریکا برای اندازه گیری غلظت اکسیژن حل شده در خون آغاز شد. این سنسور همچنین بنام سازنده ی آن گاهی الکترود کلارک نیز خوانده میشود. بعداً با پوشاندن سطح الکترود با آنزیمی که به اکسیده شدن گلوکز کمک میکرد از این سنسور برای اندازه گیری قند خون استفاده شد. بطور مشابه با پوشاندن الکترود توسط آنزیمی که قابلیت تبدیل اوره به کربنات آمونیوم را داراست در کنار الکترودی از جنس یون NH4++ بیو سنسوری ساخته شده که میتوانست میزان اوره در خون یا ادرار را اندازه گیری کند. هر کدام از این دو بیوسنسور اولیه از ترنسدیوسر متفاوتی در بخش تبدیل سیگنال خویش استفاده میکردند. در نوع اول میزان قند خون با اندازه گیری جریان الکتریکی تولید شده اندازه گیری میشد (آمپرومتریک) در حالیکه در سنسور اوره اندازه گیری غلظت اوره بر اساس میزان بار الکتریکی ایجاد شده در الکترودهای سنسور صورت می پذیرفت (پتنشیومتریک Potentiometric).

ممکن است روزی فرا رسد که بیمار بدون نیاز به مراجعه به پزشک و تنها بر مبنای اطلاعاتی که توسط یک COBD یا Chip-on-Board-Doctor فراهم میشود نوع بیماری تشخیص داده شده و سپس داروهای مورد نیاز مستقیماً درون خون تزریق شود. این مسئله باعث خواهد شد که دوز مصرفی دارو بسیار پایین آمده و ضمناً از میزان اثرات جانبی دارو Side-Effect بطرز فاحشی کاسته شود، چرا که دارو مستقیماً به محل مورد نیاز در بدن ارسال میشود.

کاری که یک بیوسنسور انجام میدهد تبدیل پاسخ بیولوژیکی به یک سیگنال الکتریکی است و شامل دو جزء اصلی: پذیرنده Receptor و آشکارکننده Detector است. قابلیت انتخابگری یک بیوسنسور توسط بخش پذیرنده تعیین میشود. آنزیمها، آنتی بادی ها، و لایه های لیپید (چربی) مثالهای خوبی برای Receptor هستند.

وظیفه دتکتور تبدیل تغییرات فیزیکی یا شیمیایی با تشخیص ماده مورد تجزیه (Analyte) به یک سیگنال الکتریکی است. کاملاً واضح است که دتکتورها قابلیت انتخاب در نوع واکنش صورت گرفته را ندارند. انواع دتکتورهای (یا ترانسدیوسرها یا مبدلها یا آشکارسازها) مورد استفاده در بیوسنسورها شامل: الکتروشیمیایی، نوری، پیزوالکتریک و حرارتی میباشند. در نوع الکتروشیمیای عمل تبدیل به یکی از صورتهای: آمپرومتریک، پتانشیومتریک، و امپدانسی صورت میپذیرد. متداولترین الکترودهای مورد استفاده در نوع پتانشیومتریک شامل: الکترود شیشه ای Glass Electrode، الکترود انتخابگر یونی Ion-Selective، و ترانزیستور اثرمیدان حساس یونی Ion-sensitive FET یا ISFET هستند.

بطورکلی یک بیوسنسور شامل یک سیستم بیولوژیکی ایستا Immobilized نظیر یک دسته سلول، یک آنزیم، و یا یک آنتی بادی و یک وسیله اندازه گیری است. در حضور مولکول معینی سیستم بیولوژیکی باعث تغییر خواص محیط اطراف میشود. وسیله اندازه گیری که به این تغییرات حساس است، سیگنالی متناسب با میزان و یا نوع تغییرات تولید میکند. این سیگنال را سپس میتوان به سیگنالی قابل فهم برای دستگاههای الکترونیکی تبدیل کرد.

مزایای بیوسنسورها بر سایر دستگاههای اندازه گیری موجود را میتوان بطور خلاصه بصورت زیر بیان کرد:
مولکولهای غیرقطبی زیادی در ارگانهای زنده شکل میگیرند که به بیشتر سیستمهای موجود اندازه گیری پاسخ نمی دهند. بیوسنسورها میتوانند این پاسخ را دریافت کنند.
مبنای کار آنها بر اساس سیستم بیولوژیکی ایستا Immobilized تعبیه شده در خود آنهاست، در نتیجه اثرات جانبی بر سایر بافتها ندارند.
کنترل پیوسته و بسیار سریع فعالیتهای متابولیسمی توسط این سنسورهای امکان پذیر است.

 

چند نکته در مورد سنسورهای گاز:

1. سنسورهای گاز را همچون بسیاری از انواع دیگر سنسورها بر اساس پارامترهای اصلی: میزان پایداری (Stability)، میزان حساسیت (Sensitivity) و قابلیت یا قدرت انتخاب (Selectivity) توصیف یا کرکتریزه (Characterize) میکنند. پارامترهایی نظیر زمان پاسخ (Response Time) و زمان بازیافت (Recovery Time) جزو پارامترهای ثانویه در توصیف سنسور گاز محسوب میشوند.

2. اندازه گیری الکتریکی پارامترهای سنسور تحت تست (DUT یا Device Under Test) در حضور گازهای مخلفی نظیر خانواده الکل (در حالت بخار)، CH4، CO، NOx، NH3، و ... صورت می گیرد.

3. توصیف نمایی سنسور (Characterization) باید در دماهای مختلف هیتر آن صورت پذیرد. معمولاً سنسورهای گازی که با تکنولوژی فیلم ضخیم یا نازک ساخته میشوند در دماهای متفاوتی از 150 تا 500 درجه سانتیگراد کار میکنند.

4. رطوبت محیط تحت اندازه گیری (معمولاً یک تست چمبر Test Chamber) باید کنترل شود. بهر حال رطوبت محیط و وجود ذرات بخار آب باعث تغییر در واکنش صورت گرفته بین گاز هدف و لایه اکتیو سنسور میشود. معمولاً سنسورهای گاز را در رطوبتی نسبی بین 35 تا 65 درصد توصیف نمایی میکنند.



نمونه بسیار ساده ای از تست چمبر شامل شیرهای برقی ورودی و خروجی گاز، فن و هیتر که با ماده پلی اکریلیک ساخته شده است. حجم این چمبر در حدود 6250 سانتیمتر مکعب است و هر بار امکان تست همزمان هشت سنسور گاز را با هم دارد. برای دیدن تصویر بزرگتر اینجا را کلیک کنید.

5. پودرهای اکسید فلز پایه (نظیر SnO2 یا WO3) تاثیری مستقیم بر حساسیت به نوع گاز هدف دارند. بعنوان مثال از اکسید قلع میتوان برای آشکار ساختن گازهای خطرناک (Toxic) و قابل اشتعال (Inflammable) استفاده کرد. در این راه افزودن ناخالصی یا دوپینگ دادن پودر با ناخاصی هایی نظیر CuO یا Ba2O3 و ... منجر به افزایش قدرت انتخاب (Selectivity) میشود. با افزودن فلزات گرانبها Nobel Metal نظیر پالادیوم، نقره، پلاتین و ... در قالب یک لایه کاتالیست میتوان قدرت انتخاب را به مراتب بیشتر کرد.

6. ترکیبات SnO-MoOx بر اساس شیمی کاتالیست کمک کننده بسیار قوی در آب زدایی Dehydration و هیدروژن زدایی Dehydrogenation الکل است. (رجوع کنید به Gaigneaux et al, “Butanol over SnO2-MoO3 Catalyst”, American Chemical Society, Symposium Series Book, 1996, pp. 330-355)

7. دقیقاً همین عمل Dehydration–Dehydrogenation روی الکل است که باعث محبوبیت ترکیبات اکسید مولیبدن - قلع در ساخت سنسورهای سلکتیو گاز شده است.

مراجعی که میتوانید برای ترکیبات SnO2-MoO3 مورد استفاده در سنسورهای حساس به خانواده الکل به آنها مراجعه کنید:

* SnO2/MoO3-nanostructure and alcohol detection

* Ethanol sensing properties of Au-doped SnO2-MoO3 Gas Sensors

http://sensors.blogfa.com/8708.aspx


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 :