تبلیغات
برق. قدرت. کنترل. الکترونیک. مخابرات. تاسیسات. - سنسورهای حرکتی Motion Sensorsوسنسور خورشیدی یا Sun Sensor

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

دایره المعارف تاسیسات برق (اطلاعات عمومی برق)

دینامیک وضعیت و کنترل موقعیت اجسام

موقعیت و وضعیت یک جسم بنابه تعریف عبارتست از جهت یابی جسم بصورت مشاهده آن در یک چهارچوب مرجع، مانند برداری که معرف موقعیت یک هواپیما در صفحه رادار است. عبارت دینامیک بیانگر مدل شرایط متغییر بر حسب نیروهای اعمال شده بر جسم است و منظور از کنترل دستکاریِ با هدف این نیروهای خارجی است تا موقعیت جسم (مثلاً هواپیما یا کشتی) تعیین گردد.

کنترل موقعیت

عبارت کنترل موقعیت اصطلاحاً به کنترل جهتیابی یک کشتی، هواپیما یا سایر وسایل نقلیه پرنده اطلاق میشود؛ خواه مسیر حرکت آن تحت تاثیر نیروهای فلکی یا جاذبه زمین قرار گرفته باشد. برای نیل به هدف کنترل موقعیت این وسیله سه عامل اساسی مورد نیاز است:

1. سنسور: برای تعیین موقعیت فعلی وسیله

2. اکچویتر یا محرک: برای اعمال نیروی لازم جهت تغییر مسیر یا اصلاح مسیر به یک مسیر دلخواه

3. الگوریتم: که شامل مجموعه ای از محاسبات و تابع ریاضی و هندسه مکان یابی نقاط از موقعیت قبلی، فعلی، و موقعیت مورد نظر آتی است تا به اکچویتر اعمال شود.

سنسورهای مورد استفاده در سیستم کنترل و آشکارسازی موقعیت وسیله نقلیه عموماً شامل سنسورهای زیر هستند:

1. ژیروسکوپ Gyroscope یا گردش نما: شامل وسایلی با قابلیت ادارک "چرخش" یا "دوران" یک جسم در فضای سه بعدی بدون اتکا بر ملاحظات سایر اشیا خارجی می باشد. به عبارت ساده تر ژیروسکوپ بطور خودکار قادر به تعیین گرای نجومی شی هدف می باشد. نوع کلاسیک آن شامل یک جرم فنری است و در انواع جدیدتر مانند " ژیرو لیزرها" از بازتابش یک منبع نور همگرا پیرامون یک مسیر بسته برای یافتن جهت گردش جسم استفاده میشود.



شکل یک - یک ژیروسکوپ کلاسیک (راست) در مقابل یک GyroMEMS (چپ)

2. آشکارساز سطح افق Horizon Indicator یا افق سنج: عبارتست از یک وسیله اندازه گیری نوری که نور حاصل ازلبه اتمسفر زمین که در واقع همان سطح افق است را آشکار می سازد. معمولاً در ساختار این سنسورها برای آشکارسازی از نور مادون قرمز استفاده میشود تا بتواند در طرف تاریک زمین نیز بخوبی عمل کند. این وسیله ،جهت افق را نسبت به زمین بصورت دو محور عمود بر هم مشخص می کند. این وسیله کمترین دقت را در بین سنسورهای نجومی بخود اختصاص داده است.



شکل دو - افق سنج

3. سنسورهای حرکتی Motion Sensors: این سنسورها امروزه بیشتر بر اساس تکنولوژی MEMS ساخته می شوند و کابردهای وسیعی در صنعت را بخود اختصاص داده اند. از جمله کاربردهای آنها می توان به استفاده در جرثقیلهای بزرگ و وسایل چرخنده نظیر آسیابها اشاره کرد.

4. سنسور خورشیدی یا Sun Sensor: در راستای تعیین موقعیت یک جسم نیاز به داشتن مختصات نقطه یا نقاطی بعنوان مرجع هستیم. یکی از مراجعی که در سیستم کنترل موقعیت وسایل پرنده نظیر شاتلها و هواپیماها می تواند مورد استفاده قرار گیرد جهت وسیله نسبت به خورشید یا اساساً جهت خورشید نسبت به وسیله است. وسیله ای که می تواند برای تعیین جهت خورشید مورد استفاده قرار گیرد Sun Sensor یا سنسور خورشیدی نامیده می شود. یک سنسور خورشیدی میتواند به سادگی یک سلول خورشیدی که با جذب نور خورشید، ولتاژی متناسب با نور دریافتی تولید می کند باشد یا به پیچیدگی سنسورهای شعاعی دو محوره یا یک محوره خورشیدی باشد، که در آنها تغییرات زاویه خورشید (بر حسب درجه) بصورت تغییرات امپدانس یا رسانایی دو سر سنسور قابل اندازه گیری است. یکی از متداولترین انواع سنسورهای خورشیدی، سنسورهای بر مبنای مجموعه دیودهای نوری خطی است. در این تکنولوژی هر سنسور تنها در یک محور (مثلاً x) قادر به شناسایی جهت خورشید است. در این صورت بکمک دو سنسور بصورت عمود بر هم میتوان از یکی برای یافتن جهت خورشید و از دیگری برای یافتن جهت هواپیما استفاده نمود. قلب این نوع سنسور شامل یک لنز استوانه ای شکل است که پرتوهای نور خورشید را بر روی یک مجموعه 512 تایی دیود نوری می تاباند. از یک فیلتر در این سنسورها برای کاهش شدت نور و در نتیجه جلوگیری از به اشباع رفتن آشکار سازهای خروجی استفاده شده است.



شکل سه - مجموعه ای از سنسورهای خورشیدی در زوایای اندازه گیری متفاوت

سرانجام با کمک تجهیزات فوق و با الگوریتمی متناسب امکان اعمال نیرو توسط اکچویتر به وسیله نقلیه فراهم میشود تا آنرا در جهت دلخواه قرار داد.



شکل چهار - کنترل جهت یک ماهواره در سه محور



شکل پنج - محل قرار گیری قطعات سیستم کنترل موقعیت بعنوان نمونه






کاربرد Glass Frit در سنسورهای گاز



بکارگیری پودر شیشه متخلخل Glass Frit در ساخت سنسور گاز

با توجه به اینکه دمای کاری Operating Work یک سنسور گاز معمولاً بین 200 تا 400 درجه سانتیگراد قرار می گیرد و افزون بر آن شرایط محیطی و فعل و انفعالات صورت گرفته در سطح لایه فعال سنسور گاز Active Layer باعث میشود تا این لایه بیشتر در معرض صدمه و جدا شدن از بستر قرار گیرد.

هنگام درست کردن چسب اکسید فلز، موادی را تحت عنوان "اُرگانیک" به پودر اکسید فلز اضافه میکردیم تا در پروسه چاپ، لایه حساس به گاز یا لایه اکتیو به سطح بستر و روی الکترودها کاملاً بچسبد. این مواد سپس در مرحله خشک کردن Drying و فایرینگ Firing کاملاً از بین میرفتند. بنابراین برای استحکام بیشتر لایه اکتیو سنسور نیاز به چسبی داریم که دائمی باشد.



شکل یک - ترکیبات گلس فریت کاربردهای متنوعی برای چسبندگی در صنایع دارند

پودر شیشه متخلخل یا Glass Frit از دیر باز برای چسباندن لایه های مختلف اجسام به یکدیگر استفاده می شده است. این پودر که شامل ترکیباتی نظیر اکسیدهای سرب، سیلیکون، برون، آلومینیوم، ایتریوم، مس، بیسموت و حتی روی است؛ با نسبتهای متفاوت با پودر اکسید فلز لایه اکتیو (بعنوان مثال اکسید قلع یا تنگستن) ترکیب و در مرحله فایرینگ (معمولاً دمای 500 تا 600 درجه سانتیگراد) بصورت چسبی محکم، لایه اکتیو را به بستر می چسباند. بنابراین بکارگیری پودر شیشه برای داشتن چسبندگی قابل قبول از ملزومات سنسورهای گاز است.

اما در کنار این کاربری، مشکلاتی که در نتیجه افزودن پودر شیشه بوجود می آیند شامل تغییر در حساسیت لایه فیلم (بدلیل چسباندن ذرات لایه فعال بهمدیگر و تشکیل لایه ای کامپکت روی بستر)، تغییر در مشخصه رسانایی و افزایش دمای کار قطعه (در نتیجه نیاز به توان بالاتر) و ... می باشند.

از طرفی در مواردی نظیر آشکارسازی گاز NO افزودن ترکیبی شامل اکسید بیسموت بعنوان پودر شیشه متخلخل میتواند به حساسیت بیشتر سنسور منجر شود (این بدلیل خاصیت کاتالیستی بسیموت نسبت به گاز NO است).



شکل دو - سطح لایه فعال بدون (راست) و با (چپ) افزودن گلس فریت. پودر شیشه اضافه شده معمولاً کمتر از دو درصد نسبت به پودر اکسید فلز است. در تصویر سمت چپ این میزان به ده درصد افزایش یافته و منجر به کاهش قابل ملاحظه سطح دسترسی بلورهای اکسید فلز در تماس با گاز هدف شده است.

ترکیبات رایج و تقریباً تجاری پودر گِلَس فِریت Glass Frit بصورت زیر ارائه میشوند. خوانندگان محترم باید توجه داشته باشند که نوع و میزان این ترکیبات با توجه به نوع گاز هدف و همچنین ماده لایه فعال ممکن است تغییر کند. لذا در ساخت ترکیب مورد نظر باید نهایت دقت را صورت دهید:

ترکیب اول: اکسید بیسموت (60 تا 85 درصد) اکسید برون (3 تا 10درصد)، اکسید سلیکون (2 تا 15 درصد)، اکسید آلومینیوم (3 تا 7 درصد) و اکسید روی یا اکسید سرب (1 تا 15درصد). یک ترکیب بهینه پودر شیشه برای سنسور SnO2 گازمتان بصورت زیر ارائه شده است:

Bi2O3 (70%), SiO2 8%, ZnO or PbO 10%

B2O3 (7%), Al2O3 5%

ترکیب دوم: شامل اکسید سرب(57.3)، اکسید سلیکون(34.5)، اکسید آلومینیوم و اکسید برون (هر کدام 3.5) و اکسید ایتریوم (1.2).

ترکیب سوم : در این ترکیب از SiO2 به میزان 70%، CaO به میزان 23، اکسید آلومینیوم 3، اکسید منیزیوم 2، نسبت مساوی از دو اکسید Na2O و K2O (سدیم و پتاسیم) به میزان 1.7، و Fe2O3 به میزان 0.3 درصد استفاده شده است.

توجه شود برای آماده سازی ترکیباتی از گلس فریت که شامل اکسیدهای آهن و سدیم هستند گاهی نیاز به کلسینه کردن Calcination پودر شیشه لازم می نماید.

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 :