انواع سنسورها و به‌کارگیری عملی آن‌ها در صنایع مختلف

انواع سنسورها و به‌کارگیری عملی آن‌ها در صنایع مختلف

سنسورها به‌عنوان پلی بین پدیده‌های فیزیکی و تصمیم‌گیری دیجیتال عمل می‌کنند. آن‌ها دما، فشار، حرکت، نور، گازها و سیگنال‌های زیستی را به خروجی‌های الکتریکی تبدیل می‌کنند که سیستم‌ها می‌توانند آن‌ها را پردازش کنند. ازآنجاکه نیازها بسیار متفاوت هستند—مانند دقت، سرعت پاسخ، دوام، مصرف انرژی و هزینه—مهندسین برای کارهای مختلف اصول حسگری متفاوتی را انتخاب می‌کنند. بخش‌های بعدی این متن، دسته‌های اصلی سنسورها را بررسی کرده و نشان می‌دهند که هر کدام در عمل در کجا استفاده می‌شوند.

حسگرهای دما و رطوبت
اندازه‌گیری دما اغلب به کمک ترموکوپل‌ها، شناساگرهای دمای مقاومتی یا ترمستورها انجام می‌شود. در توزیع واکسن، ثبت مداوم دما از بیولوژیک‌های ظریف در برابر فساد محافظت می‌کند. مراکز داده از این سنسورها برای جلوگیری از گرم‌شدن بیش از حد سرورها استفاده می‌کنند، در حالی که کوره‌های صنعتی برای کنترل فرآیند به پروب‌های مقاوم در برابر دمای بالا وابسته‌اند. سنسورهای رطوبت، که معمولاً خازنی یا مقاومتی هستند، رطوبت را در اتاق‌های تمیز، موزه‌ها و گلخانه‌ها نظارت می‌کنند. در سیستم‌های تهویه مطبوع، خوانش‌های همزمان دما و رطوبت برای حفظ آسایش و بازده انرژی به کار می‌روند.

سنسورهای فشار و جریان
سنسورهای فشار، نیروی واردشده بر واحد سطح را با استفاده از روش‌های پیزو مقاومتی، خازنی یا نوری به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل می‌کنند. سیستم‌های نظارت بر فشار باد لاستیک در خودروها هشدار می‌دهند که فشار باد لاستیک کم است. پمپ‌های تزریق دارو در کاربردهای پزشکی از سنسورهای فشار برای جلوگیری از انسداد یا تجویز بیش از حد دارو استفاده می‌کنند. وسایل نقلیه زیرآبی از سنسورهای فشار برای کنترل عمق استفاده می‌کنند و نیروگاه‌های صنعتی با رصد کاهش فشار، نشتی را شناسایی می‌کنند. سنسورهای جریان — از نوع اولتراسونیک، الکترومغناطیسی یا حرارتی — سرعت جریان مایعات یا گازها را اندازه‌گیری می‌کنند. شرکت‌های تأمین آب از این سنسورها برای شناسایی نشتی و محاسبه قبض‌ها استفاده می‌کنند، در حالی که دستگاه‌های تنفسی (ورنتیلاتورها) برای تأمین ایمن حمایت تنفسی، به اندازه‌گیری دقیق جریان وابسته‌اند.

سنسورهای حرکت و نزدیکی
شتاب‌سنج‌ها و ژیروسکوپ‌ها شتاب، شیب، چرخش و لرزش را ردیابی می‌کنند. گوشی‌های هوشمند از آن‌ها برای تنظیم جهت صفحه نمایش و شمارش گام استفاده می‌کنند. خودروها از آن‌ها در کنترل الکترونیکی پایداری و تشخیص تصادف بهره می‌برند. در صنعت، نظارت بر لرزش می‌تواند خرابی‌های یاتاقان را پیش از وقوع قطعی شدن پیش‌بینی کند. سنسورهای نزدیکی اشیاء مجاور را بدون تماس تشخیص می‌دهند. انواع القایی آن‌ها فلز را در اتوماسیون کارخانه‌ای حس می‌کنند؛ انواع خازنی آن‌ها صفحه‌نمایش‌های لمسی و شیرهای بدون تماس را فعال می‌سازند؛ و انواع اولتراسونیک آن‌ها در پارکینگ و ناوبری ربات‌ها کمک می‌کنند. این سنسورها ایمنی و تعامل کاربر را در محیط‌های مصرفی، خودروسازی و تولیدی بهبود می‌بخشند.

سنسورهای گاز و شیمیایی
حسگرهای گازی با استفاده از اصول الکتروشیمیایی، اکسید فلزی یا مادون قرمز، گازهای خطرناک یا مرتبط را شناسایی می‌کنند. آشکارسازهای مونوکسید کربن در محیط‌های مسکونی از مسمومیت جلوگیری می‌کنند، در حالی که تأسیسات صنعتی برای محافظت از کارگران، متان، سولفید هیدروژن و ترکیبات آلی فرار را زیر نظر دارند. سیستم‌های کیفیت هوا در فضاهای بسته، تهویه را بر اساس سطح دی‌اکسید کربن تنظیم می‌کنند. حسگرهای شیمیایی همچنین در تحلیل نفس، آزمون تازگی مواد غذایی و پایش آلودگی آب نقش دارند. در تشخیص‌های پزشکی، این حسگرها امکان استفاده از دستگاه‌های تشخیصی در محل ارائه خدمات را فراهم می‌کنند که قادر به شناسایی نشانگرهای زیستی از نمونه‌های کوچک هستند.

حسگرهای نوری و زیست‌پزشکی
دیودهای عکسی، سنسورهای تصویری CMOS و لیدار نور و فاصله را اندازه‌می‌گیرند. این قطعات در اسکنرهاي بارکُد، تشخیص محیط خودروهای خودران و تصویربرداری پزشکی به کار می‌روند. سنسورهای زیست‌پزشکی، از جمله سنسورهای فوتولسیتوموگرافی و الکتروشیمیایی قند خون، ضربان قلب، اشباع اکسیژن و سطح قند خون را پایش می‌کنند. پوشیدنی‌ها از این سنسورها برای پایش دور از بیماران استفاده می‌کنند، در حالی که پلتفرم‌های آزمایشگاه-روی-تراشه (lab-on-chip) تشخیص‌های سریع را خارج از بیمارستان‌ها انجام می‌دهند.

سنسورهای مغناطیسی و موقعیت
سنسورهای اثر هال و مقاومت‌مغناطیسی میدان‌های مغناطیسی را تشخیص می‌دهند و امکان اندازه‌گیری سرعت چرخ، تبادل فاز موتور و بازخورد موقعیت در رباتیک را فراهم می‌کنند. کلیدهای رید (Reed) تشخیص نزدیکی ساده را در سیستم‌های امنیتی ارائه می‌دهند. در سیستم‌های محرک خودرویی و صنعتی، این سنسورها کنترل موتورهای الکتریکی با بازده بالا را ممکن می‌سازند. همچنین در گوشی‌های هوشمند برای عملکرد قطب‌نما و در دستگاه‌های پزشکی برای موقعیت‌یابی دقیق اکتوئتورها به کار می‌روند.

نتیجه‌گیری
هیچ حسگر تکی‌ای برای تمام کاربردها مناسب نیست. انتخاب حسگر به کمیت فیزیکی مورد اندازه‌گیری، محیط کار، دقت مورد نیاز و محدودیت‌های ادغام بستگی دارد. در سیستم‌های امروزی، ترکیب چندین حسگر با استفاده از الگوریتم‌های ادغام روزبه‌روز رایج‌تر می‌شود که این امر قابلیت اطمینان و آگاهی از زمینه را بهبود می‌بخشد. با کوچک‌تر، کارآمدتر از نظر انرژی و توانمندتر از نظر پردازش لبه شدن دستگاه‌ها، شبکه‌های حسگر به‌طور فزاینده‌ای در حوزه‌های شهرهای هوشمند، کشاورزی دقیق، پزشکی شخصی‌سازی‌شده و ماشین‌آلات خودران گسترش می‌یابند. نکته اصلی این است که اصل حسگری را با شرایط واقعی جهان هماهنگ کنیم، نه اینکه راه‌حلی یکسان برای تمام موارد اتخاذ کنیم.