دانلود پروژه : بررسی و ساخت انواع سنسورها وسنسور پارک
فهرست
مقدمه ……………………………………………………………………………………………………………………7
فصل 1 : سنسور چيست ؟……………………………………………………………………………………… 8
فصل 2 : تكنيك هاي توليد سنسور……………………………………………………………………………11
فصل 3 : سنسور سيليكاني ………………………………………………………………………………………13
3_1 : خواص سيليكان ……………………………………………………………………………………..15-13
3_2 : مراحل توليد در تكنولوژي سيليكان……………………………………………………………16-15
3_3 : سنسور درجه حرارت ……………………………………………………………………………………17
3_4 : سنسور درجه حرارت مقاومتي …………………………………………………………………………17
3_5 : سنسور حرارت اينترفيس ………………………………………………………………………………..19
3_6 : سنسورهاي حرارتي ديگر و كاربرد آنها……………………………………………………………..20
3_7 : سنسورهاي فشار…………………………………………………………………………………………….21
3-8 : اثر پيزو مقاومتي …………………………………………………………………………………………….22
3-9 : سنسورهاي فشار پيزو مقاومتي ………………………………………………………………………..23
3_10 : اصول سنسورهاي فشار جديد………………………………………………………………………..25
3_11 : سنسورهاي نوري …………………………………………………………………………………………26
3_12 : مقاومت هاي نوري ……………………………………………………………………………………..27
3_13 : ديودهاي نوري و ترانزيستورهاي نوري…………………………………………………………..28
3-14 : سنسورهاي ميدان مغناطيسي ………………………………………………………………………….30
فصل 4 : مولدهاي هال و مقاومتهاي مغناطيسي…………………………………………………………….31
4_1 : كاربردهاي ممكن سنسورهاي ميدان مغناطيسي……………………………………………………32
فصل 5 : سنسورهاي ميكرومكانيكي …………………………………………………………………………..34
5-1 : سنسورهاي شتاب / ارتعاش …………………………………………………………………………….35
5_2 : سنسورهاي ميكروپل ………………………………………………………………………………………37
فصل 6 : سنسورهاي فيبر نوري ………………………………………………………………………………..39
6_1 : ساختمان فيبر ها ……………………………………………………………………………………………40
6_2 : سنسورهاي چند حالته ……………………………………………………………………………………41
6_3 : سنسورهاي تك حالته …………………………………………………………………………………….44
6_4 : سنسورهاي فيبر نوري توزيع شده ……………………………………………………………………46
فصل 7 : سنسورهاي شيميايي ………………………………………………………………………………….52
7_1 : بيو سنسورها ………………………………………………………………………………………………….56
7_2 : سنسورهاي رطوبت ………………………………………………………………………………………..58
فصل 8 : سنسورهاي رايج و كاربرد آن ………………………………………………………………………60
8_1 : سنسورهاي خازني ………………………………………………………………………………………….60
فصل 9 : سنسور ويگاند…………………………………………………………………………………………….62
فصل 10 : سنسورهاي تشديدي………………………………………………………………………………….66
10_1 : سنسورهاي تشديدي كوارتز……………………………………………………………………………67
10_2 : سنسورهاي موج صوتي سطحي ……………………………………………………………………..69
فصل 11 : سنسورهاي مافوق صوت …………………………………………………………………………..71
فصل 12 : سنسور پارك ……………………………………………………………………………………………79
12-1: پتاسیومترها …………………………………………………………………………………………………..79
12-2 : خطی بودن پتاسیومترها …………………………………………………………………………………80
12-3 : ریزولوشن پتاسیومترها …………………………………………………………………………………82.
12-4 : مسائل نویزالکتریکی در پتاسیومترها………………………………………………………………..84
12-5 : ترانسدیوسرهای جابه جایی القایی …………………………………………………………………85
12-6 : ترانسدیوسرهای رلوکتانس متغیر……………………………………………………………………..85
12-7 : ترانسفورمورهای تزویج متغیر: LDTوLVDT ………………………………………………89
12-8 : ترانسدیوسرهای تغییرمکان جریان ادی…………………………………………………………… 94
12-9 : ترانسدیوسرهای تغییرمکان خازنی ……………………………………………………………….. 96
12-10 : رفتارخطی ترانسدیوسرهای تغییرمکان خازنی ………………………………………………. 99
12-11: سنسورهای حرکت ازنوع نوری …………………………………………………………………..100
12-12 : ترانسدیوسرهای تغییرمکان اولتراسوند …………………………………………………………101
12-13 : سنسورهای پرآب هال سرعت چرخش وسیتم های بازدارنده
(کمک های پارکینگ ) ………………………………………………………………………………………….104
12-14 : سیستم های اندازه گیری تغییرمکان اثرهال …………………………………………………..105
12-15 : سنسوردوبل پارک ……………………………………………………………………………………106
12-16 : آی سی 555 درمواد ترانسمیتر……………………………………………………………………107
مقدمه:
امروز وابستگي علوم كامپيوتر، مكانيك و الكترونيك نسبت به هم زياد شده‌اند و هر مهندس و با محقق نياز به فراگيري آنها دارد، و لذا چون فراگيري هر سه آنها شكل به نظر مي‌رسد حداقل بايد يكي از آنها را كاملاً آموخت و از مابقي اطلاعاتي در حد توان فرا گرفت. اينجانب كه در رشته مهندسي مكانيك سیالات تحصيل مي‌كنم، اهميت فراگيري علوم مختلف را هر روز بيشتر حس مي‌كنم و تصميم گرفتم به غير از رشته تحصيلي خود ساير علوم مرتبط با خودرو را محك بزنم. مي‌دانيم كه سال‌هاست علوم كامپيوتر و الكترونيك با ظهور ميكروچيپ‌ها پيشرفت قابل ملاحظه‌اي كرده‌اند و اين پيشرفت دامنگير صنعت خودرو نيز شده است، زيرا امروزه مردم نياز به آسايش، ايمني، عملكرد بالا از خودرو خود توقع دارند. از نشانه‌هاي ظهور الكترونيك و كامپيوتر در خودرو پيدايش سنسورها در انواع مختلف، و سيستم‌هاي اداره موتور و سايرتجهيزات متعلقه مي باشد. اين تجهيزات روز و به روز تعدادشان بيشتر و وابستگي علم مكانيك به آن ها بشتر مي‌شود. در ادامه سعي دارم نگاهي به توليد وسنسورهاي موجود در بازار بياندازيم و زمينه را براي ساخت يك سنسور پارك مهيا كنم، تا از ابزارهاي موجود حداكثر بهره را برده وعملكرد مطلوب ارائه داد.
فصل اول
سنسور چيست؟
امروزه بحث سنسور به اهميت مفاهيمي از قبيل ميكروپرسسور (پردارزش گر)، انواع مختلف حافظه وساير عناصر الكترونيكي رسيده است، با اين وجود سنسور هنوز هم فاقد يك تعريف دقيق است همچنانكه كلمات الكترونيكي از قبيل پروب، بعدسنج، پيك آپ يا ترنسديوسر هنوز هم معاني لغوي ندارند. جدا از اين‌ها كلمه سنسور خود ريشه بعضي كلمات هم خانواده نظير المان سنسور، سيستم سنسور، سنسور باهوش و تكنولوژي سنسور شده است كلمه سنسور يك عبارت تخصصي است كه از كلمه لاتين Sensorium، به معني توانايي حس كرد، يا Sensus به معني حس برگرفته شده است. پيش از آن كه بحث را ادامه دهيم لازم است عبارت سنسور را در صنعت الكترونيك تعريف كنيم:
يك سنسور هم كميت فيزيكي معين را كه بايد اندازه‌گيري شود به شكل يك كميت الكتريكي تبديل مي‌كند، كه مي‌تواند پردازش شود يا به صورت الكترونيكي انتقال داده شود. مثلاً يك سنسور رنگ مي‌تواند تغيير در شدت نور را به يك پروسه تبديل نوري الكتروني به صورت يك سيگنال الكتريكي تبديل كند. بنابراين سنسور را مي‌توان به عنوان يك زير گروه از تفكيك كننده‌ها كه وظيفه‌ي آن گرفتن علائم ونشانه‌ها از محيط فيزيكي و فرستادن آن به واحد پردازش به صورت علائم الكتريكي است تعريف كرد. البته سنسوري مبدلي نيز ساخته شده‌اند كه خود به صورت IC مي‌باشند و به عنوان مثال (سنسورهاي پيزوالكترونيكي، سنسورهاي نوري).
وقتي ما از سنسوري مجتمع صحبت مي‌كنيم منظور اين است كه تكيه پروسه آماده‌سازي شامل تقويت كردن سيگنال، فيلترسازي، تبديل آنالوگ به ديجيتال و مدارات تصحيح مي‌باشند، در غير اين صورت سنسوري كه تنها سيگنال توليد مي‌كند به نا سيستم موسوم هستند.
در نوع پيشرفته به نام سنسور هوشمند يك واحد پردازش به سنسور اضافه شده است تا خورجي آن عاري از خطا باشد منطقي‌تر شود. واحد پردازش سنسور كه به صورت يك مدار مجتمع عرضه مي‌شود اسمارت (Smart) ناميده مي‌شود. يك سنسور بايد خواص عمومي زير را داشته باشد تا بتوان در سيستم به كار برد كه عبارتند از:
حساسيت كافي، درجه بالاي دقت و قابليت توليد دوباره خوب، درجه بالاي خطي بودن، عدم حساسيت به تداخل و تاثيرات محيطي، درجه بالاي پايداري و قابليت اطمينان، عمر بالاي محصول و جايگزيني بدون مشكل.
امروزه با پيشرفت صنعت الكترونيك سنسوري مينياتوري ساخته مي‌شود كه از جمله مشخصه‌ي آن مي‌توان به موارد زير اشاره كرد:
سيگنال خروجي بدون نويز، سيگنال خروجي سازگار با باس، احتياج به توان پايين…
.
.
سنسورهاي در بعد حرارت:
در بعد حرارت يكي از مهمترين كميت‌هاي فيزيكي مي‌باشد. بسياري از اصول مربوطه به اندازه‌گيري درجه حرارت از دتها پيش شناحته شده‌اند، از قبل پديدة انبسطا مكانيكي، ترموكوپل، ترمومتر و … پيشرفت‌هاي حاصل شده در علم مواد در دهه 1950 سبب پيدايش مقاومت‌هايي با ضريب درجه حرارت مثبت (PTC) يا منفي (NTC) شد، بر طبق سنسورهاي موجود مي‌توان سنسورهاي موجود حرارتي را به 1- سنسورهاي مقاومتي 2- سنسورهاي درجه حرارت اينزفيس طبقه‌بندي كنيم.
سنسورهاي درجه حرارت مقاومتي:
چنين سنسورهايي از وابستگي درجه جرارت انتقال عامل استفاده مي‌كند. اصلاح مقاومت توزيعي، از روش براي سنجش مقاومت ويژة يك نيمه هادي با استفاده از روش تك پروپي ناشي مي‌شود.
سنسوريهاي سيليكاني داراي اين مزيت هستند كه مي توانند با اطمينان بيشتر و با سطوح قابل تحمل پايين‌تر دوباره توليد شوند. H-si بطور عمده در كاربردهاي تكنيكي به كار برده مي‌شود.
طول كنارة زمينه mm2-1، ضخامت تقريباً mm200 است. كل قطر dداراي مقداري به اندازه mm50-10 مي‌باشد. ابعاد كوچك و زمان پاسخ دهي كوتاه باعث كاربرد آن شده است مثلاً سنسور نوع (ValVo) KTY 84 يك سنسور NTC در محدوده درجه حرارت بين 50- تا 300 درجه سانتي‌گراد است.
سنسورهاي حرارتي اينترفيس:
اين نوع سنسور بطور عمده از وابستگ حرارتي انتقال عامل با استفاده از اتصالات p-n به پاياي ديودها، ترانزيستورها يا تركيبات ترانزيستوري بهره‌برداري مي‌كند. اثرات اصلاح وابستگي حرارتي پلاويتة انيترفيس مخازن‌هاي Mos با تغذيه AC نيز مي‌تواند توسط اين نوع سنسور بكار برده شود. هر دو اثر در مبدل‌هاي حرارتي- فركانسي بكار برده مي‌شوند. مثال‌هاي تجارتي از اين نوع سنسور حرارتي عبارت است از انواع AD 590 (دستگاه‌هاي آنالوگ) هستند.
آنها مي‌توانند در حد دقتي به اندازه تقريباً 1k براي درجة حرارت‌هايc050- و c0150 به كار برده شوند. اگر چه پيشرفت‌هاي ديگري در حال تجربه هستند، بيشتر آنها هنوز در مرحلة آزمايشگاهي قرار دارند، مبدل‌هاي حرارتي فركانسي بدليل توانائي آن ها براي ايجاد يك سيگنال خروجي فركانسي- آنالوگ جهت غالب ديگري از تكامل را ارائه مي‌دهند. اين مدار متشكل از تعدادي طبقات معكوس كننده با تراتزيستورهاي جانبي (T1) .و عمودي (T2) مي‌باشد ظرفيت اتصال طبقات معكوس‌كنندة انفرادي سبب ايجاد يك تاخير سوپينگ مي‌شود كه، با فرض يك جريان تزريقي معين، فركانس عملياتي نوسان‌ساز حلقه‌اي را تعيين مي‌كند كه با تعداد طبقات معكوس‌كنندة بكار برده شده تغيير مي‌نمايد. وابستگي حرارتي VBE مستقيماً فركانس نوسان ساز را تحت تاثير قرار مي‌دهد. بنابراين براي درجه حرارت‌هايي بين 020 و080 درجه سانتي‌گراد يك وابستگي مغطي بين درجه حرارت و فركانس با يك حساسيت نسبي، به اندازه‌ي تقريباً k 3-10 وجود دارد. اگر چه آيندة چنين سنسورهايي خوب است، ولي آنها هنوز در زمينه قيمت با رقيبان خود قادر به رقابت نيستند.
سنسورهاي حرارتي سيلكوني ديگر وكاربردها:
در درجه حرارت بالا (500 الي 3000 درجه سانتي گراد) غالباً با لومتر به عنوان يك عنصر حس كننده به كاربرده مي‌شود. در اين دستگاه‌ها درجه حرارت در نتيجه‌ي جذب تشعشع گرمايي توسط لايه‌هاي مقاومتي افزايش مي‌يابد. غالباً مقاومتهاي لايه اي سياه فلزي ومقاومت‌هاي لايه‌اي تركيب فلز- اكسيد فلز مورد استفاده قرار مي‌گيرند.
سيليكون اغلب به عنوان زمينه به كار مي‌رود. ترموپيل‌هاي مجتمع علاوه بر كاربردهاي حرارتي كاربردهاي ديگري نيز دارند به عنوان مثال اندازه گيري دبي سيال، آشكار سازي تشعشع ماوراء قرمز و اندازه گيري فشار خلاء از آنجايي كه سيليكان يك هادي گرمايي خوب است، روش‌هاي حكاكي اغلب مي‌تواند به منظور وفق دادن ضخامت و شكل ترموپيل‌ها در كاربردهاي ويژه به كار روند. آفست (offest) كم ترموپيل‌هاي مجتمع يك مزيت بزرگ است. بالابردن سي يك سيليون نيز يك مزين است زيرا سيليكون داراي اثر سي بك (ضريب) بيشتري نسبت به فلزات است از اين رو براي اندازه گيري دماهاي جزئي مورد استفاده قرار ميگيرد (در حد ميكروكلوين).
سنسورهاي فشار:
سنسورهاي سيليكاني در اندازه‌گيري فشار، توان، و شتاب داراي اهميت زيادي هستند تاكنون معمولي‌ترين سنسورهايي را كه در اين زمينه به كار برده مي‌شد داراي اثر پيزوالكتريك بوده است. با به كارگيري مقاومت‌هايي كه سنسورهاي سيليكوني نصب يا پخش مي‌شوند اثر اندازه‌گيري شده را نتيجه مي‌دهد.
. بعلاوه، سنسورهايي كه از اثرا پيزو خازني بهره مي‌برند نقش بطور فزاينده مهمي را، بويژه هنگامي كه نوسانگر يا تقويت‌گرها مي‌توانند بطور يكپارچه برروي يك چيپ منفرد مجتمع شوند، بازي مي‌كنند. سنسورهاي فشار پيزو خازني نسبت به سنسورهاي پيزو مقاومتي حساس‌تر و پايدارتر و كم متاثر نسبت به تغييرات درجة حرارت هستند. با اين وجود توليد روي ساده‌تر و ارزانتر است. آنها در مقايسه با سنسورهاي خازني، يك مشخصة پاسخ تقريباً خطي ارائه مي كنند. همچنين آماده‌سازي سيگنال ساده‌تر است. جديدترين طرح si چند گانه يا MOSFETهاي اصلاح شده مي باشد.
اثر پيزو مقاومتي:
اثر پيزومقاومتي بيانگر تغيير در مقاومت الكتريكي ماده‌اي است كه در معرض يك نيروي مكانيكي همچون كشش يا فشار قرار ميگيرد. اين پديده در كريستال‌هايي كه فاقد محورهاي قطبي هستند رخ مي‌دهد و به خوبي در نيمه هادي‌ها نمودار مي‌شوند.
.
.
.