سنسور المان حس کننده ای است که کمیتهای فیزیکی مانند فشار، حرارت، رطوبت، دما، و ... را به کمیتهای الکتریکی پیوسته (آنالوگ) یا غیرپیوسته (دیجیتال) تبدیل می کند. این سنسورها در انواع دستگاههای اندازه گیری، سیستمهای کنترل آنالوگ و دیجیتال مانند PLC مورد استفاده قرار می گیرند. عملکرد سنسورها و قابلیت اتصال آنها به دستگاههای مختلف از جمله PLC باعث شده است که سنسور بخشی از اجزای جدا نشدنی دستگاه کنترل اتوماتیک باشد.

سنسورها اطلاعات مختلف از وضعیت اجزای متحرک سیستم را به واحد کنترل ارسال نموده و باعث تغییر وضعیت عملکرد دستگاهها می شوند.
سنسورهای بدون تماس
سنسورهای بدون تماس سنسورهائی هستند که با نزدیک شدن یک قطعه وجود آنرا حس کرده و فعال می شوند. این عمل به نحوی که در شکل زیر نشان داده شده است می تواند باعث جذب یک رله، کنتاکتور و یا ارسال سیگنال الکتریکی به طبقه ورودی یک سیستم گردد.
کاربرد سنسورها
1- شمارش تولید: سنسورهای القائی، خازنی و نوری
2- کنترل حرکت پارچه و ...: سنسور نوری و خازنی
3- کنترل سطح مخازن: سنسور نوری و خازنی و خازنی کنترل سطح
4- تشخیص پارگی ورق: سنسور نوری
5- کنترل انحراف پارچه: سنسور نوری و خازنی
6- کنترل تردد: سنسور نوری
7- اندازه گیری سرعت: سنسور القائی و خازنی
8- اندازه گیری فاصله قطعه: سنسور القائی آنالوگ
مزایای سنسورهای بدون تماس
سرعت سوئیچینگ زیاد: سنسورها در مقایسه با کلیدهای مکانیکی از سرعت سوئیچینگ بالائی برخوردارند، بطوریکه برخی از آنها (سنسور القائی سرعت) با سرعت سوئیچینگ تا 25KHz کار می کنند.
طول عمر زیاد: بدلیل نداشتن کنتاکت مکانیکی و عدم نفوذ آب، روغن، گرد و غبار و ... دارای طول عمر زیادی هستند.
عدم نیاز به نیرو و فشار: با توجه به عملکرد سنسور هنگام نزدیک شدن قطعه، به نیرو و فشار نیازی نیست.
قابل استفاده در محیطهای مختلف با شرایط سخت کاری: سنسورها در محیطهای با فشار زیاد، دمای بالا، اسیدی، روغنی، آب و ... قابل استفاده می باشند.
عدم ایجاد نویز در هنگام سوئیچینگ: به دلیل استفاده از نیمه هادی ها در طبقه خروجی، نویزهای مزاحمBouncing) (Noiseایجاد نمی شود.
سنسورهای القائی
سنسورهای القائی سنسورهای بدون تماس هستند که تنها در مقابل فلزات عکس العمل نشان می دهند و می توانند فرمان مستقیم به رله ها، شیرهای برقی، سیستمهای اندازه گیری و مدارات کنترل الکتریکی *مانند: PLC *ارسال نمایند.
اساس کار و ساختمان سنسورهای القائی
ساختمان این سنسورها از چهار طبقه تشکیل می شود: اسیلاتور، دمدولاتور، اشمیت تریگر، تقویت خروجی. قسمت اساسی این سنسورها از یک اسیلاتور با فرکانس بالا تشکیل یافته که می تواند توسط قطعات فلزی تحت تاثیر قرار گیرد. این اسیلاتور باعث بوجود آمدن میدان الکترومغناطیسی در قسمت حساس سنسور می شود. نزدیک شدن یک قطعه فلزی باعث بوجود آمدن جریانهای گردابی در قطعه گردیده و این عمل سبب جذب انرژی میدان می شود و در نتیجه دامنه اسیلاتور کاهش می یابد. از آنجا که طبقه دمدلاتور، آشکارساز دامنه اسیلاتور است در نتیجه کاهش دامنه اسیلاتور توسط این قسمت به طبقه اشمیت تریگر منتقل می شود. کاهش دامنه اسیلاتور باعث فعال شدن خروجی اشمیت تریگر گردیده و این قسمت نیز به نوبه خود باعث تحریک طبقه خروجی می شود.
قطعه استاندارد: یک قطعه مربعی شکل از فولاد ST37 است که از آن بمنظور تست فاصله سوئیچینگ استفاده می شود. استاندارد IEC947-5-2 ضخامت قطعه 1mm و طول ضلع این مربع در اندازه های زیر می تواند انتخاب شود:
- به اندازه قطر سنسور
- سه برابر فاصله سوئیچینگ نامی سنسور 3*Sn
ضرایب تصحیح: فاصله سوئیچینگ با کوچکتر شدن ابعاد قطعه استاندارد و یا با بکارگیری فلز دیگری غیر از فولاد ST37 تغییر خواهد کرد. در جدول زیر ضرایب تصحیح برای فلزات مختلف نشان داده شده است.
ضریب تصحیح (KM) برای فولاد ST37 برابر 1.0
ضریب تصحیح (KM) برای نیکل برابر 0.9
ضریب تصحیح (KM) برای برنج برابر 0.5
ضریب تصحیح (KM) برای مس برابر 0.45
ضریب تصحیح (KM) برای آلومینیوم برابر 0.4
بعنوان مثال هرگاه یک سنسور در مقابل فولاد از فاصله 10mm عمل سوئیچینگ را انجام دهد، همان سنسور در مقابل مس از فاصله 4.5mm عمل خواهد کرد.
فرکانس سوئیچینگ: حداکثر تعداد قطع و وصل یک سنسور در یک ثانیه می باشد. بر حسب Hz این پارامتر طبق استاندارد DIN EN 50010 با شرایط زیر اندازه گرفته می شود:
فاصله سوئیچینگ S(Switching Distance): فاصله بین قطعه استاندارد و سطح حساس سنسور به هنگام عمل سوئیچینگ می باشد.**استاندارد EN 50010**
فاصله سوئیچینگ نامی Sn(Nominal Switching Distance): فاصله ای است که در حالت متعارف و بدون در نظر گرفتن پارامترهای متغیر از قبیل حرارت، ولتاژ تغذیه و غیره تعریف شده است.
فاصله سوئیچینگ موثر Sr (Effective Switching Distance): فاصله سوئیچینگ تحت شرایط ولتاژ نامی و حرارت 20 درجه سلسیوس می باشد. در این حالت تلرانسها و پارامترهای متغیر نیز در نظر گرفته شده اند. 0.9Sn
فاصله سوئیچینگ مفید Su (Useful Switching Distance): فاصله ای است که در محدوده حرارت و ولتاژ مجاز، عمل سوئیچینگ انجام می شود. 0.81Sn
فاصله سوئیچینگ عملیاتی Sa (Operating Switching Distance): فاصله ای است که تحت شرایط مجاز، عملکرد سنسور تضمین شده است. 0
هیسترزیس H: فاصله بین نقطه وصل شدن (هنگام نزدیک شدن قطعه به سنسور) و نقطه قطع شدن (هنگام دورشدن قطعه از سنسور) می باشد. حداکثر این مقدار 10% مقدار نامی می باشد. **استاندارد EN 60947-5-2**
قابلیت تکرارR (Repeatability): قابلیت تکرار فاصله سوئیچینگ مفید تحت ولتاژ تغذیه V و در شرایط زیر اندازه گیری می شود: حرارت محیط: 23 درجه سلسیوس؛ رطوبت محیط: 50 الی 70 درصد؛ زمان تست: 8 ساعت. (مقدار تلرانس برای این پارامتر طبق استاندارد EN 60947-5-2 حداکثر +-0.1Sr می باشد.(
پایداری حرارتی (Temperature Drift): تغییرات فاصله موثر سوئیچینگ در اثر تغییرات دما طبق استاندارد EN 60947-5-2 و در محدوده دمای 20 درجه سلسیوس زیر صفر تا 60 درجه سلسیوس بالای صفر حداکثر 10% است.
حرارت محیطTa (Ambient Temperature): محدوده حرارتی است که در آن محدوده، عملکرد سنسور تضمین شده است.
کلاس حفاظتی: IP67 (DIN 40050).
نحوه نصب سنسورهای القائی: هرگاه دو یا چند سنسور القائی در مجاورت هم و یا در مقابل هم نصب شوند، شرایط زیر باید رعایت شود:
الف) نحوه نصب سنسورهای القائی Flush: سنسورهای Flush (Shielded) سنسورهائی هستند که قسمت حساس سنسور توسط پوسته فلزی محصور شده است.

سنسور صوت

همنطور که می دانید وظیفه سنسورها (حسگرها) اندازه گیری کمیت های فیزیکی است و هر یک از حسگرها بر مبنای خاصی طراحی می شوند و هر کدام کاربرد خاص خود را خواهند داشت.

طراحی سنسورها بر اساس مطالعه پدیده های فیزیکی صورت میگیرد. بوسیله مطالعه رفتاری فرایندهای طبیعی و فیزیکی و مطالعه سیستمی و آزمایشگاهی میتوان بصورت دقیق رفتارهای انواع پدیده ها و فرایندهای فیزیکی را شناسائی کرده و از این اطلاعات در زمینه مهندسی استفاده کرد. یکی از این کاربردها میتواند در سیستم های اندازه گیری کمیتهای فیزیکی باشد و در بهبود سنسورها و ارائه سنسورهای جدید با کیفیت بسیار بالاتر مورد استفاده قرار داد. مثلا در مورد سنسورهای صوتی که قرار است در اینجا در مورد آن صحبت کنیم. قبل از همه برای درک انواع مختلف سنسورهای صوتی، نیاز است مطالعه ای بر روی دینامیک لرزش و اکوستیک صوت گیرد و این واقعیت را درک کنید که صورت بوسیله لرزش و ارتعاشات ذره ها انتقال پیدا میکند و مسلما برای آشکارسازی آن نیز نیاز است از سیستم های آشکارساز لرزش استفاده شود. (برای درک بهتر موضوع سیستم گوش و پرده گوش را توضیح میدهیم)

در سیستم گوش، با لرزش پرده گوش بواسطه امواج صوتی در آن لرزش تولید شده و بوسیله استخوانها به قسمت اصلی آن یعنی قسمت هلزونی شکل، که وظیفه تمرکز زدائی انرژی لرزش را دارد، انتقال میدهد و در نهایت بوسیله عصبهای شنوائی به سیگنالهای الکتریکی تبدیل می شود.

بطور کلی اساس حسگرهای صوتی آشکارسازی لرزش است و بدین منظور میتوان انواع راهکارهای متفاوتی را ارئه داد. چند نمونه معروف از این حسگرها استفاده از سیم پیچ القائی، خازن متغیر بواسطه تغیرات فاصله ایجاد شده از لرزش و نوع دیگر که قادر است فرکانسهای خیلی بالا را آشکار کند، اولتراسونیک (بوسیله قطعات سرامیک) میباشد

اساس کار حسگرهای فراصوت مشابه رادار یا ردیاب صوتی، تشخیص ویژگی‌های هدف از طریق تحلیل بازتاب امواج رادیویی یا صوتی می‌باشد. حسگرهای فراصوت امواج صوتی با فرکانس بالا ایجاد می‌کنند و موج بازتاب شده را دریافت و تحلیل می‌کنند. این حسگرها با محاسبهٔ زمان بین فرستادن سیگنال و گرفتن بازتاب، فاصلهٔ جسم را محاسبه می‌کنند. از این فناوری می‌توان در اندازه‌گیری سرعت و جهت باد یا میزان پر بودن یک مخزن استفاده کرد. برای اندازه‌گیری سرعت و جهت، یک دستگاه از چندین گیرنده استفاده می‌کند و از روی فاصلهٔ نسبی آنها سرعت را اندازه می‌گیرد. برای اندازه‌گیری میزان مایع داخل یک مخزن نیز کافیست فاصله از سطح مایع اندازه گرفته شود. کاربردهای دیگر شامل ردیابهای صوتی(sonar)، بخورها (Humidifier)، فراوانگاری (سونوگرافی فراصوت)، دزدگیرها و آزمایشات غیر مخرب(Nondestructive testing) می‌شود. به طور معمول از فرستنده و گیرنده‌هایی استفاده می‌شود که با تبدیل انرژی الکتریکی به صوتی امواج صوتی بالاتر از ۲۰ کیلوهرتز ایجاد می‌کنند و با دریافت بازتاب امواج صوت را بار دیگر به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کنند تا قابل اندازه‌گیری و نمایش باشند. مشکلات عمدهٔ این فناوری شکلهای گوناگون سطوح اجسام و چگالی یا غلظت مواد است. به عنوان مثال وجود کف در سطح یک مایع این عمل را مختل می‌کند.

معرفی دزدگیر صوتی

زدگیر صوتی

این کیت یک سنسور صوتی حساس است. قابل تنظیم برای صداهای مختلف می باشد با شنیده شدن صدا توسط میکروفن کیت ، آژیر شروع به آلارم می کند.

ولتاژ کار مدار ۶ تا ۹ ولت DC است.

دوست عزیز این کیت در حقیقت یک مدار آژیر حساس به صدا است یعنی با شنیدن هر نوع صدایی (قابل تنظیم می‎باشد) کیت، آژیر می‎کشد. به عنوان دزدگیر در یک محل ساکت قابل استفاده است.
راه اندازی :

توسط یک آداپتور ۶ ولت به مدار ولتاژ دهید. با زدن کف دستانتان به همدیگر صدای آژیر کیت بلند می‎شود. با تغییر پتانسیومتر حساسیت مدار به نوع صدا تغییر می‎کند که می‎تواند از صدای سوت تا سرفه متنوع باشد.

در شب ها و در خانه های بزرگ می تواند سیستم امنیتی بسیار کارآمدی باشد.
شرح کار علمی مدار :

امواج صوتی دریافت شده توسط میکروفن بعد از تنظیم بوسیله پتانسیومتر و عبور از خازن کوپلاژ CB وارد بیس T8 می‎شوند. ترانزیستورهای T8 و T10 بصورت امیتر مشترک قرار گرفته‎اند و بهره جریان و ولتاژ بالایی داشته، سیگنالهای ضعیف ورودی را تقویت می‎کنند. دیودهای D1 و D2 سیگنالهای دریافتی از کلکتور T10 را به شکل پالس در آورده و جهت تقویت مجدد به بیس T9 انتقال می‎دهند. این ترانزیستور به نوبه خود پالس دریافتی را تقویت می‎کند و از طریق کلکتور خود به پایه‎های ۱ و ۱۲ IC انتقال می‎دهد. تنها IC موجود در مدار از دو فلیپ (آلاکلنگ) تشکیل شده که فقط یکی از آنها برای حفظ کردن حالت مدار استفاده می‎شود. پالس ورودی به پایه‎های این IC باعث تحریک فلیپ فلاپ آن شده و ولتاژی برابر ۵V در پایه ۸ آن ظاهر می‎شود. این ولتاژ ترانزیستور T7 را به هدایت در آورده و با ورود سیگنالهای صوتی به مدار همان مراحل فوق در مدار ترانزیستورها تکرار می‎شود، با این تفاوت که وقتی فیلیپ فلاپ IC تحریک شود، ولتاژ ۵V در پایه آن ظاهر می‎شود و ترانزیستور T7 به حالت قطع رفته و خروجی مدار صفر می‎شود در نتیجه ولتاژ قسمت آژیر نیز قطع می‎شود. از آنجائیکه ICهای نوع TTL و از جمله ۷۲۷۲ با تغذیه دقیق ۵V کار می‎کند بنابراین یک دیود زنر ۵٫۱ ولت بین پایه ۱۴ (VCC) 1 (Ground) قرار داده شده تا ولتاژ تغذیه آن را همواره روی ۵V ثابت نگه دارد. T6 و T1 با تولید موجی با فرکانس ۱ HZنوسان صدای اسیلاتور طبقه بعد یعنی T5 و T4 را کنترل می‎کند. در این مدار T5 و T4 تشکیل یک اسیلاتور موج مربعی با فرکانس HZ 2.5 را می‎دهند که در حقیقت VCD مدار هستند و فرکانس توسط R7 و R5 و C5 قابل تغییر است. خروجی توسط T6 و T1 که یک مدار دارلینگتون است تقویت توان شد و به بلندگو داده میشود‎شود.