مقاله در مورد سنسورها و ادوات ها

word قابل ویرایش
22 صفحه
4700 تومان

سنسورها و ادوات ها

ادوات ورودی ( سنسورها ، ترانسدیوسرها و ترانسمیترها
:
ادوات ورودی ( سنسورها ، ترانسدیوسرها و ترانسمیترها
سنسورها ، ترانسمیترها و ترانسمیترها اجزای یک پروسه صنعتی هستند که کاربردهای فراوانی در پروسه های متنوع دارند.
کاربرد عمده این قطعات در ارزیابی عملکرد سیستم و ارائه یک فیدبک با مقدار و وضعیت مناسب است که بدین ترتیب کنترلر سیستم متوجه وضعیت کارکرد آن و جگونگی حالت خروجی خواهد شد .
یک سنسور بنا به تعریف ، قطعه ای است که به پارامترهای فیزیکی نظیر حرکت ، حرارت ، نور ، فشار ، الکتریسیته ، مغناطیس و دیگر حالات انرژی حساس است و در هنگام تحریک آنها از خود عکس العمل نشان می دهد .
یک ترانسدیوسر بنا به تعریف ، قطعه ای است که وظیفه تبدیل حالات انرژی به یکدیگر را برعهده دارد ، بدین معنی که اگر یک سنسور فشار همراه یک ترانسدیوسر باشد ، سنسور فشار پارمتر را اندازه می گیرد و مقدار تعیین شده را به ترانسدیوسر تحویل می دهد ، سپس ترانسدیوسر آن را به یک سیگنال الکتریکی قابل درک برای کنترلر و صد البته قابل ارسال توسط سیم های فلزی ، تبدیل می کند .بنابراین همواره خروجی یک ترانسدیوسر ، سیگنال الکتریکی است که در سمت دیگر خط می تواند مشخصه ها و پارامترهای الکتریکی نظیر ولتاژ ، جریان و فرکانس را تغییر دهد ، البته به این نکته باید توجه داشت که سنسور انتخاب شده باید از نوع شنشورهای مبدل پارامترهای فیزیکی به الکتریکی باشد و بتواند مثلأ دمای اندازه گیری شده را به یک سیگنال بسیار ضعیف تبدیل کند که در مرحله بعدی وارد ترانسدیوسر شده و سپس به مدارهای الکترونیکی تحویل داده خواهد شد .
برای درک این مطلب به تفاوتهای میان دو سنسور انداره گیر دما می پردازیم : ترموکوپل و درجه حرارت جیوه ای ، دو نوع سنسور دما هستند که هر دو یک عمل را انجام می دهند ، اما ترموکوپل در شمت خروجی سیگنال الکتریکی ارائه می دهد ، در حالی که درجه حرارت جیوه ای خروجی خود را به شکل تغییرات ارتفاع در جیوه داخلش نشان می دهد .
ترانسمیتر وسیله ای است که یک سیگنال الکتریکی ضعیف را دریافت کرده و به سطوح قابل قبول برای کنترلرها و مدارهای الکترونیکی تبدیل می کند ، مثلأ یک حلقه فیدبک سیگنالی در سطح ماکروولت یا میلی ولت یا میلی آمپرتولید می کند و این سیگنال ضعیف می تواند با عبور از ترانسمیتر به سیگنالی در سطوح صفر تا ده ولت و یا ۴ تا ۲۰ میلی آمپر تبدیل شود. ترانسمیترها عمومأ از قطعاتی مثلop-amp برای تقویت و خطی کردن این سطوح ضعیف سیگنال استفاده می کند .

سنسورها و ملحقات آنها مثل ترانسدیوسرها را در گروه های بزرگی تحت عنوان ابزار دقیق قرار داده و آنها را بر اساس نوع انرژی قابل استفاده و روشهای تبدیل ، دسته بندی می کنند .
حسگر – سنسور
حسگر یک وسیله الکتریکی است که تغییرات فیزیکی یا شیمیایی را اندازه گیری می کند و آن را به سیگنال الکتریکی تبدیل می نماید.حسگرها در واقع ابزار ارتباط ربات با دنیای خارج و کسب اطلاعات محیطی و نیز داخلی می باشند. انتخاب درست حسگرها تأثیر بسیار زیادی در میزان کارایی ربات دارد. بسته به نوع اطلاعاتی که ربات نیاز دارد از حسگرهای مختلفی می توان استفاده نمود:
– فاصله
– رنگ
– نور
– صدا
– حرکت و لرزش

– دما
– دود
– و…
اما چرا از حسگرها استفاده می کنیم ؟ همانطور که در ابتدای این گفتار اشاره شد حسگرها اطلاعات مورد نیاز ربات را در اختیار آن قرار می دهند و کمیتهای فیزیکی یا شیمیایی موردنظر را به سیگنالهای الکتریکی تبدیل می کنند.مزایای سیگنالهای الکتریکی را می توان بصورت زیر دسته بندی کرد:
– پردازش راحتتر و ارزانتر
– انتقال آسان
– دقت بالا
– سرعت بالا
– و…
حسگرهای مورد استفاده در رباتیک:
در یک دسته بندی کلی حسگرهای مورد استفاده در رباتها را می توان در یک دسته خلاصه کرد:
– حسگرهای تماسی ( Contact )
مهمترین کاربردهای این حسگرها به این شرح می باشد:
– آشکارسازی تماس دو جسم
– اندازه گیری نیروها و گشتاورهایی که حین حرکت ربات بین اجزای مختلف آن ایجاد می شود .
در شکل یک میکرو سوئیچ یا حسگر تماسی نشان داده شده است. در صورت برخورد تیغه فلزی به مانع و فشرده شدن کلید زیر تیغه همانند قطع و وصل شدن یک کلید ولتاژ خروجی سوئیچ تغییر می کند.
– حسگرهای هم جواری (Prox

imity )
آشکارسازی اشیا نزدیک به روبات مهمترین کاربرد این حسگرها می باشد. انواع مختلفی از حسگرهای هم جواری در بازار موجود است از جمله می توان به موارد زیر اشاره نمود:
– القایی
– اثرهال
– خازنی
– اولتراسونیک
– نوری
– حسگرهای دوربرد ( Far away)
کاربرد اصلی این حسگرها به شرح زیر می باشد:
– فاصله سنج (لیزو و اولتراسونیک)
– بینایی (دوربینCCD)
در شکل یک زوج گیرنده و فرستنده اولتراسونیک (ماورا صوت) نشان داده شده است. اساس کار این حسگرها بر مبنای پدیده داپلر می باشد.
– حسگر نوری (گیرنده-فرستنده)
یکی از پرکاربردترین حسگرهای مورد استفاده در ساخت رباتها حسگرهای نوری هستند. حسگر نوری گیرنده- فرستنده از یک دیود نورانی (فرستنده) و یک ترانزیستور نوری (گیرنده) تشکیل شده است.
خروجی این حسگر در صورتیکه مقابل سطح سفید قرار بگیرد ۵ ولت و در صورتی که در مقابل یک سطح تیره قرار گیرد صفر ولت می باشد. البته این وضعیت می تواند در مدلهای مختلف حسگر برعکس باشد. در هر حال این حسگر در مواجهه با دو سطح نوری مختلف ولتاژ متفاوتی تولید می کند.
در زیر یک نمونه مدار راه انداز زوج حسگر نوری گیرنده فرستنده نشان داده شده است. مقادیر مقاوتهای نشان داده شده در مدلهای متفاوت متغییر است و با مطالعه دیتا شیت آنها می توان مقدار بهینه مقاومت را بدست آورد.
سنسورهای بدنه (BodySensors) : این سنسورها اطلاعاتی را درباره موقعیت و مکانی که ربات در آن قرار داردفراهم می‌کنند. این اطلاعات نیز به کمک تغییر وضعیت‌هایی که در سوییچ‌ها حاصل می‌شود، به دست می‌آیند. با دریافت و پردازش اطلاعات بدست آمده ربات می‌تواند از شیب حرکت خود و این‌که به کدام سمت در حال حرکت است آگاه شود. در نهایت هم عکس‌العملی متناسب با ورودی دریافت شده از خود بروز می‌دهد.
سنسور جهت‌یاب مغناطیسی(Direction Magnetic Field Sensor): با بهره‌گیری از خاصیت مغناطیسی زمین و میدان مغناطیسی قوی موجود، قطب‌نمای الکترونیکی هم ساخته شده است که می‌تواند اطلاعاتی را درباره جهت‌های مغناطیسی فراهم سازد. این امکانات به یک ربات کمک می‌کند تا بتواند از جهت حرکت خود آگاه شده و برای تداوم حرکت خود در جهتی خاص تصمصم‌گیری کند. این سنسورها دارای چهار خروجی می‌باشند که هرکدام مبین یکی از جهت‌ها است. البته با استفاده از یک منطق صحیح نیز می‌توان شناخت هشت جهت مغناطیسی را امکان‌پذیر ساخت.

 

سنسورهای فشار و تماس (Touch and Pressure Sensors) : شبیه‌سازی حس لامسه انسان کاری دشوار به نظر می‌رسد. اما سنسورهای ساده‌ای وجود دارند که برای درک لمس و فشار مورد استفاده قرار می‌گیرند. از این سنسورها در جلوگیری از تصادفات و افتادن اتومبیل‌ها در دست‌اندازها استفاده می‌شود. این سنسورها در دست‌ها و بازوهای ربات‌ هم به منظورهای مختلفی استفاده می‌شوند. مثلا برای متوقف کردن حرکت ربات در هنگام برخورد عامل نهایی با یک شی. همچنین این سنسورها به ربات‌ها برای اعمال نیروی کافی برای بلند کردن جسمی از روی زمین و قرار دادن آن در جایی مناسب نیز کمک می‌کند. با توجه به این توضیحات می‌توان عملکرد آن‌ها را به چهار دسته زیر تقسیم کرد: ۱- رسیدن به هدف، ۲- جلوگیری از برخورد، ۳- تشخیص یک شی.
سنسورهای گرمایی (Heat Sensors) : یکی از انواع سنسورهای گرمایی ترمینستورها هستند. این سنسورها المان‌های مقاومتی پسیوی هستند که مقاومتشان متناسب با دمایشان تغییر می‌کند. بسته به اینکه در اثر گرما مقاومتشان افزایش یا کاهش می‌یابد، برای آن‌ها به ترتیب ضریب حرارتی مثبت یا منفی را تعریف می‌کنند. نوع دیگری از سنسورهای گرمایی ترموکوپل‌ها هستند که آن‌ها نیز در اثر تغییر دمای محیط ولتاژ کوچکی را تولید می‌کنند. در استفاده از این سنسورها معمولا یک سر ترموکوپل را به دمای مرجع وصل کرده و سر دیگر را در نقطه‌ای که باید دمایش اندازه‌گیری شود، قرار می‌دهند.

سنسورهای بویایی (SmellSensors) : تا همین اواخر سنسوری که بتواند مشابه حس

بویایی انسان عمل کند، وجود نداشت. آنچه که موجود بود یک‌سری سنسورهای حساس برای شناسایی گازها بود که اصولا هم برای شناسایی گازهای سمی کاربرد داشتند. ساختمان این سنسورها به این صورت است که یک المان مقاومتی پسیو که از منبع تغذیه‌ای مجزا، با ولتاژ ۵+ ولت تغذیه می‌شود، در کنار یک سنسور قرار دارد که با گرم شدن این المان حساسیت لازم برای پاسخ‌گویی سنسور به محرک‌های محیطی فراهم می‌شود. برای کالیبره کردن این دستگاه ابتدا مقدار ناچیزی از هر بو یا عطر دلخواه را به سیستم اعمال کرده و پاسخ آن را ثبت می‌کنند و پس از آن این پاسخ را به عنوان مرجعی برای قیاس در استفاده‌های بعدی به کار می‌‌برند. اصولا در ساختمان این سیستم چند سنسور، به طور همزمان عمل می‌کنند و سپس پاسخ‌های دریافتی از آن‌ها به شبکه‌ عصبی ربات منتقل شده و تحلیل و پردازش لازم روی آن صورت می‌گیرد. نکته مهم درباره کار این سنسورها در این است که آن‌ها نمی‌توانند یک بو یا عطر را به طور مطلق انداره‌ بگیرند. بلکه با اندازه‌گیری اختلاف بین آن‌ها به تشخیص بو می‌پردازند.

سنسورهای موقعیت مفاصل : رایج‌ترین نوع این سنسورها کدگشاها (Encoders) هستند که هم از قدرت بالای تبادل اطلاعات با کامپیوتر برخوردارند و هم اینکه ساده، دقیق، مورد اعتماد و نویز

ناپذیرند. این دسته انکدرها را به دو دسته می‌توان تقسیم کرد:
انکدرهای مطلق: در این کدگشا ها موقعیت به کد باینری یا کد خاکستریBCD (Binary Codded Decible) تبدیل می‌شود. این انکدرها به علت سنگینی و گران‌قیمت بودن و اینکه سیگنال‌های زیادی را برای ارسال اطلاعات نیاز دارند، کاربرد وسیعی ندارند. همانطور که می‌دانیم به‌کار گیری تعداد زیادی سیگنال درصد خطای کار را افزایش می‌دهد و این اصلا مطلوب نیست. پس از این انکدرها فقط در مواردی که مطلق بودن مکان‌ها برای ما خیلی مهم است و مشکلی هم از احاظ بار فابل تحمل ربات متوجه ما نباشد، استفاده می‌شود.

انکدرهای افزاینده: این کدگشا ها دارای قطار پالس و یک پالس مرجع که برای کالیبره کردن بکار می‌رود هستند، از روی شمارش قطارهای پالس نسبت به نقطه مرجع به موقعیت مورد نظر دست می‌یابند. از روی فرکانس (عرض پالس‌ها) می‌توان به سرعت چرخش و از روی محاسبه تغییرات فرکانس در واحد زمان (تغییرات عرض پالس) به شتاب حرکت دوارنی پی برد. حتی می‌توان جهت چرخش را نیز فهمید. فرض کنید سیگنال‌های A و B و C سه سیگنالی باشند که از کدگشا به کنترل‌کننده ارسال می‌شود. B سیگنالی است که با یک چهارم پریود تاخیر نسبت به A. از روی اختلاف فاز بین این دو می‌توان به جهت چرخش پی برد.
اینکودر دستگاهی است الکترونیکی که اطلاعات دریافتی را به صورت کد ( رمز ) ارسال می نماید و در پایانه این اطلاعات توسط دستگاه دیگری به نام دیکودر رمزگشائی و بنا به نیاز پردازش می گردد . در بسیاری از دستگاههای اندازه گیری برای ارسال اطلاعات از اینکودر استفاده می شود که این دستگاه نیز توسط سازندگان آن اینکودر نامیده می شود .
اینکودر ( ENCODER ) وسیله ای برای اندازه گیری میزان جابجائی از نقطه ای به نقطه دیگر است . این وسیله به اشکال و با میزان دقتهای متفاوتی ساخته می شود . اندازه گیری این جابجائی می تواند حول یک محور به صورت دوران یا اندازه گیری مسیر در طول ، عرض ، ارتفاع و یا تلفیقی از حالات ذکر شده باشد .
اینکودرها از طریق یک وسیله مدرج شده متناسب با نوع حرکت ، که انواع آن توضیح داده می شود و دو سنسور A و B ، دو سیگنال تولید می کنند . این سیگنالها به نام سیگنال سنسور A و سیگنال سنسور B نامیده می شوند و با ثابت بودن وسیله مدرج شده و حرکت سنسورها و یا ثابت بودن سنسورها و حرکت وسیله مدرج شده تولید می شوند . هرچه تعداد سیگنالهای تولید شده در یک فاصله ثابت بیشتر باشد واحد اندازه گیری کوچکتر و در نتیجه دقت اندازه گیری بیشتر می شود .
این سیگنالها به دو شکل آنالوگ و یا دیجیتال تولید می شوند و همانگونه که در شکل ۲ مشخص است ( به استثناء سیستم پرچمی FLAG ، اگر مدت زمان یک سیگنال را تا سیگنال بعدی در یک حرکت با سرعت ثابت و تقسیمات ۳۶۰ درجه در نظر بگیریم ، ۱۸۰ درجه سطح پائین ( صفر منطقی ) و ۱۸۰ درجه سطح بالا ( یک منطقی ) می باشند . حال اگر دو سیگنال A و B را با هم مقایسه کنیم شاهد این تقسیمات به چهار منطقه ۹۰ درجه ای خواهیم بود که اختلاف ۹۰ درجه ای این دو سیگنال در هم سطح شدن و پردازش آن می تواند منتهی به تشخیص جهت حرکت شود .

به این ترتیب که اگر سیگنال A اول یک منطقی شود و با اختلاف ۹۰ درجه سیگنال B در سطح یک منطقی قرار گیرد جهت حرکت به یک سو و در صورتی که سیگنال B اول یک منطقی شود و با اختلاف ۹۰ درجه سیگنال A در سطح یک منطقی قرار گیرد ، جهت حرکت مخالف جهت اول تشخیص داده می شود . اینکودرها سیگنال سومی به نام Z دارند که این سیگنال را مرجع ( REFRENC ) می نامند .
اینکودرها بنا به نیاز مصرف برای تولید تعداد سیگنالهای مختلف ساخته می شوند که می توان به انواع یک سیگنال ، ۲ سیگنال ، ۳ سیگنال و ۶ سیگنال اشاره کرد .
نوع ۶ سیگنال آن تشکیل شده از سیگنالهای A و B و Z است که قبلاً به آنها اشاره شد . سه سیگنال بعدی سیگنالهای ” Aو ” Bو ” Z هستند که این سیگنالها دقیقاً مخالف سیگنالهای A و B و Z عمل می کنند . به این ترتیب که وقتی سیگنال Aدر سطح منتفی یک قرار دارد سیگنال ” Aدر سطح منطقی صفر قرار می گیرد . عملکرد سیگنالهای ” Bو ” Zنیز همانند سیگنال ” Aاست .
رایج ترین نوع اینکودرها که برای اندازه گیری میزان جابجائی در سطح مورد استفاده قرار می گیرد ، سخت افزار ماوس ( mouse ) است که روی اکثر میزها در کنار کامپیوترها دیده می شود برای لمس کردن نحوه عملکرد اینکودرها شما می توانید با بازکردن قاب این دستگاه شاهد دو صفحه مدرج دوار ، دو سنسور نوری و مدار الکترونیکی باشید . با حرکت دادن ماوس در سطح ، گوی زیرین به حرکت درآمده و باعث حرکت صفحه مدرج در میان سنسورها می گردد به همین طریق سیگنالهای A و B تولید می شوند . پردازش این سیگنالها میزان جابجائی حول محور X و Y را تعیین می کند .

هر روبات از اجزایی تشکیل شده که کارایی آن را تعیین می کند. اجزای تشکیل دهنده
یک روبات به طور کلی به ۶ دسته زیر تقسیم می شود:

۱٫ساختار بدنه و جزء ثابت روبات: همان گونه که مشخص است، هر روبات و یا کلا هر
وسیله نیاز به چهار چوب و اجزای ثابتی دارد تا بقیه قسمت ها روی آنها سوار شده و
ضمن حفط نظم و انسجام وسیله از بعضی نقاط حساس محافظت به عمل آید. بدن
انسان را به عنوان یک روبات فوق العاده پیچیده در نظر بگیرید. استخوان ها به عنوان
اجزای ثابتی هستند که تمامی قسمتهای دیگر روی آنها سوار شده اند.
ضمنا وظیفه حفاظت از بعضی نقاط مانند مغز نیز به عهده استخوان ها می باشد. در

یک روبات نیز به یک چارچوب که امکان قرارگیری قسمت های مختلف روبات روی آن
وجود داشته باشد نیاز است. در این صورت ما نسبت به کارکرد اساسی و رفع نقایص آن
مطمئن تر خواهیم بود.

۲اجزای متحرک: طبیعی است که برای انجام هدفی از طریق یک روبات نیاز به قسمت
هایی است که بتوانند حرکت کرده و نیاز مورد نظر را انجام دهند. یک وسیله هوشمند
اگر قابلیت تحرک نداشته باشد بیشتر به یک رایانه شبیه است تا روبات. بازوهای
مکانیکی و چرخها از مهمترین اجزای متحرک به شمار می روند.

 

۳.اجزای حرکتی: برای به حرکت در آمدن قسمت های مختلف روبات نیاز به وسایلی
داریم تا نیروی لازم را برای به حرکت در آوردن قسمت های متحرک روبات را فراهم کنند.
موتورهای الکتریکی، پمپ های هیدرولیک، رله های الکترومغناطیسی و … نمونه ای از
این اجزا به شمار می روند.

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
wordقابل ویرایش - قیمت 4700 تومان در 22 صفحه
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد