بررسی و ساخت انواع سنسورها و سنسور پارک

فهرست

مقدمه ....................................................................................................................................7

فصل 1 :  سنسور چیست ؟................................................................................................... 8

فصل 2 : تكنیك های تولید سنسور.......................................................................................11

فصل 3 : سنسور سیلیكانی ...................................................................................................13

3_1 : خواص سیلیكان ..................................................................................................15-13

3_2 : مراحل تولید در تكنولوژی سیلیكان.....................................................................16-15

3_3 : سنسور درجه حرارت ................................................................................................17

3_4 : سنسور درجه حرارت مقاومتی ....................................................................................17

3_5 : سنسور حرارت اینترفیس ............................................................................................19

3_6 : سنسورهای حرارتی دیگر و كاربرد آنها.......................................................................20

3_7 : سنسورهای فشار..........................................................................................................21

3-8 : اثر پیزو مقاومتی ..........................................................................................................22

3-9 : سنسورهای فشار پیزو مقاومتی ...................................................................................23

3_10 : اصول سنسورهای فشار جدید...................................................................................25

3_11 : سنسورهای نوری ......................................................................................................26

3_12 : مقاومت های نوری ..................................................................................................27

3_13 : دیودهای نوری و ترانزیستورهای نوری....................................................................28

3-14 : سنسورهای میدان مغناطیسی .....................................................................................30

فصل 4 : مولدهای هال و مقاومتهای مغناطیسی......................................................................31

4_1 : كاربردهای ممكن سنسورهای میدان مغناطیسی............................................................32

فصل 5 : سنسورهای میكرومكانیكی ......................................................................................34

5-1 : سنسورهای شتاب / ارتعاش ........................................................................................35

5_2 : سنسورهای میكروپل ...................................................................................................37

فصل 6 : سنسورهای فیبر نوری ............................................................................................39

6_1 : ساختمان فیبر ها .........................................................................................................40

6_2 : سنسورهای چند حالته ................................................................................................41

6_3 : سنسورهای تك حالته .................................................................................................44

6_4 : سنسورهای فیبر نوری توزیع شده ..............................................................................46

فصل 7 : سنسورهای شیمیایی ..............................................................................................52

7_1 : بیو سنسورها ................................................................................................................56

7_2 : سنسورهای رطوبت .....................................................................................................58

فصل 8 : سنسورهای رایج و كاربرد آن .................................................................................60

8_1 : سنسورهای خازنی .......................................................................................................60

فصل 9 : سنسور ویگاند..........................................................................................................62

فصل 10 : سنسورهای تشدیدی..............................................................................................66

10_1 : سنسورهای تشدیدی كوارتز.......................................................................................67

10_2 : سنسورهای موج صوتی سطحی ................................................................................69

فصل 11 : سنسورهای 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 وابستگی علوم كامپیوتر، مكانیك و الكترونیك نسبت به هم زیاد شده‌اند و هر مهندس و با محقق نیاز به فراگیری آن‌ها دارد، و لذا چون فراگیری هر سه آنها شكل به نظر می‌رسد حداقل باید یكی از آن‌ها را كاملاً آموخت و از مابقی اطلاعاتی در حد توان فرا گرفت. اینجانب كه در رشته مهندسی مكانیك سیالات تحصیل می‌كنم، اهمیت فراگیری علوم مختلف را هر روز بیشتر حس می‌كنم و تصمیم گرفتم به غیر از رشته تحصیلی خود سایر علوم مرتبط با خودرو را محك بزنم. می‌دانیم كه سال‌هاست علوم كامپیوتر و الكترونیك با ظهور میكروچیپ‌ها پیشرفت قابل ملاحظه‌ای كرده‌اند و این پیشرفت دامنگیر صنعت خودرو نیز شده است، زیرا امروزه مردم نیاز به آسایش، ایمنی، عملكرد بالا از خودرو خود توقع دارند. از نشانه‌های ظهور الكترونیك و كامپیوتر در خودرو پیدایش سنسورها در انواع مختلف، و سیستم‌های اداره موتور و سایرتجهیزات متعلقه می باشد. این تجهیزات روز و به روز تعدادشان بیشتر و وابستگی علم مكانیك به آن ها بشتر می‌شود. در ادامه سعی دارم نگاهی به تولید وسنسورهای موجود در بازار بیاندازیم و زمینه را برای ساخت یك سنسور پارك  مهیا كنم، تا از ابزارهای موجود حداكثر بهره‌ را برده وعملكرد مطلوب ارائه داد.

 فصل اول

 سنسور چیست؟

 امروزه بحث سنسور به اهمیت مفاهیمی از قبیل میكروپرسسور (پردارزش گر)، انواع مختلف حافظه وسایر عناصر الكترونیكی رسیده است، با این وجود سنسور هنوز هم فاقد یك تعریف دقیق است همچنانكه كلمات الكترونیكی از قبیل پروب، بعدسنج، پیك آپ یا ترنسدیوسر هنوز هم معانی لغوی ندارند. جدا از این‌ها كلمه سنسور خود ریشه بعضی كلمات هم خانواده نظیر المان سنسور، سیستم سنسور، سنسور باهوش و تكنولوژی سنسور شده است كلمه سنسور یك عبارت تخصصی است كه از كلمه لاتین Sensorium، به معنی توانایی حس كرد، یا Sensus به معنی حس برگرفته شده است. پیش از آن كه بحث را ادامه دهیم لازم است عبارت سنسور را در صنعت الكترونیك تعریف كنیم:

یك سنسور هم كمیت فیزیكی معین را كه باید اندازه‌گیری شود به شكل یك كمیت الكتریكی تبدیل می‌كند، كه می‌تواند پردازش شود یا به صورت الكترونیكی انتقال داده شود. مثلاً یك سنسور رنگ می‌تواند تغییر در شدت نور را به یك پروسه تبدیل نوری الكترونی به صورت یك سیگنال الكتریكی تبدیل كند. بنابراین سنسور را می‌توان به عنوان یك زیر گروه از تفكیك كننده‌ها كه وظیفه‌ی آن گرفتن علائم ونشانه‌ها از محیط فیزیكی و فرستادن آن به واحد پردازش به صورت علائم الكتریكی است تعریف كرد. البته سنسوری مبدلی نیز ساخته شده‌اند كه خود به صورت IC  می‌باشند و به عنوان مثال (سنسورهای پیزوالكترونیكی، سنسورهای نوری).

وقتی ما از سنسوری مجتمع صحبت می‌كنیم منظور این است كه تكیه پروسه آماده‌سازی شامل تقویت كردن سیگنال، فیلترسازی، تبدیل آنالوگ به دیجیتال و مدارات تصحیح‌ می‌باشند، در غیر این صورت سنسوری كه تنها سیگنال تولید می‌كند به نا سیستم موسوم هستند.

در نوع پیشرفته به نام سنسور هوشمند یك واحد پردازش به سنسور اضافه شده است تا خورجی آن عاری از خطا باشد  منطقی‌تر شود. واحد پردازش سنسور كه به صورت یك مدار مجتمع عرضه می‌شود اسمارت (Smart) نامیده می‌شود. یك سنسور باید خواص عمومی زیر را داشته باشد تا بتوان در سیستم به كار برد كه عبارتند از:

حساسیت كافی، درجه بالای دقت و قابلیت تولید دوباره خوب، درجه بالای خطی بودن، عدم حساسیت به تداخل و تاثیرات محیطی، درجه بالای پایداری و قابلیت اطمینان، عمر بالای محصول و جایگزینی بدون مشكل.

امروزه با پیشرفت صنعت الكترونیك سنسوری مینیاتوری ساخته می‌شود كه از جمله مشخصه‌ی آن می‌توان به موارد زیر اشاره كرد:

سیگنال خروجی بدون نویز، سیگنال خروجی سازگار با باس، احتیاج به توان پایین.

 فصل 2

تكنیك های تولید سنسور

 تكنیك‌هایی در تولید سنسور:

تكنولوژی سنسور امروزه براساس تعداد نسبتاً زیادی از سنسورهای غیرمینیاتوری استوار شده است. این امر با بررسی ابعاد هندسی سنسوریهایی برای اندازه‌گیری فاصله، توان، شتاب، سیال عبوری فشار و غیره مشاهده می‌شود. برای اكثر سنسورها این ابعاد از cm10 تجاوز می‌كند. اغلب ابعاد، سنسورها توسط خود سنسور تعیین نمی‌شود بلكه وسیله پوشش خارجی آن مشخص می‌گردد. با این وجود، حتی در چنین مواردی خود سنسورها از نظر اندازه در حد چند سانتی‌متر هستند. چنین سنسوریهایی كه می‌تواند گاهی خیلی گرانبها باشند، برای مثال در زمینة اندازه‌گیری پروسة. تكنولوژی تولید و ربات‌ها، تكنولوژی‌های میكروالكترونیك زیر اكثراً به كار برده می‌شوند:

تكنولوژی سیلیكان، تكنولوژی لایه نازك، تكنولوژی لایه ضخیم/هیبرید، سایر تكنولوژی‌های نیمه هادیپرسوه‌های دیگری نیز در تولید سنسور بكار برده می‌شود، از قبیل تكنولوژی‌های فویل  سینتر، تكنولوژی فیبرنوری، مكانیك دقیق، تكنولوژی لیزر نوری، تكنولوژی مایكروویو و تكنولوژی بیولوژی. بعلاوه، تكنولوژی‌هایی از قبیل پلیمرها، آلیاژهای فلزی یا مواد پیزوالكتریكی نیز نقش حساسی را در تولید سنسور بازی می‌كنند.از آنجایی كه سیلیكان و نیمه هادی‌های دیگر بطور خیلی گسترده در میكروالكترونیك بكار برده می شوند. در ادامه به تشریح این پروسه تولید می‌پردازم.