مقاله درباره سنسور

اختصاصی از رزفایل مقاله درباره سنسور دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 56

پهنای باند، سطح نویز، حساسیت محوری، drift، خطی بودن، محدوده دینامیک، قابلیت ابقا شوک و مصرف توان می باشد. فرکانس رزونانس نیز مهم است زیرا محدوده مفید فرکانس بالای سنسور معمولاً کسری از فرکانس رزونانس است، در حالی که حساسیت و جابجایی به ازای هر g شتاب را تعیین می کند.

به طوری که :

dg : جابجایی به ازای هر g

M و Ksp: جرم و ثابت فنر قطعه

g : 9.8

Wo : فرکانس رزونانس زاویه ای

عموماً جابجایی عنصر حسگر بخش ضروری فرآیند حس کردن می باشد و dg بخش بهره حلقه باز سنسور است، بنابراین منجر به رابطه شدیداً معکوس بین حساسیت و پهنای باند برای هر کلاسی از سنسورها می شود.

نویز در شتاب سنج ها مشکلاتی بوجود می آورد. برای خود سنسور، برای خروجی الکترونیکی اش، برای damping مکانیکی و همه مقاومت های الکتریکی، سنسورهای MEMS خیلی کوچک هستند بنابراین نویز جانسون مقاومتهای مکانیکی باید در نظر گرفته شوند، در حالی که در سنسورهای بزرگتر این مشکل وجود ندارد.

تنها یک باکتری یا گرده خاک می تواند نیروی بزرگی را روی اجزا MEMS ایجاد کند. نیروی Brownian عبارتست از :

F B =

که باعث حرکت Brownian می شود ( X B ) :

= X B

در حالی که :

D = ضریب Damping جرم مرجع که به وسیله ثابت فنر تأمین می شود. پاسخ به شتابی که حرکت یکسانی را تولید می کند، X B :

Q

W0 =

g =

نویز شتابی معادل Brownian را می دهد.

g n,B

از معادله بالا می بینیم که یک جرم بزرگ و Q بزرگ (damping کم ) در به دست آوردن سطح نویز کم کمک می کند. برای دستیابی به جرم بزرگی در یک سنسور میکروماشین شده نوعاً به یک ویفری که یک جرم مرجع ضخیمی بیرون آن تراشیده شده است، نیاز است. برای نویز خیلی کم، ثابت damping باید وسیله معلق کردن جرم مرجع در یک خلا از فنرهای الاستیک خالص کاهش یابد. فیدبک از دور زدن در حوالی فرکانس رزونانس جلوگیری می کند.

میکرو سنسور شتاب

میکرو شتاب سنج ها یکی دیگر از ادوات مهم MEMS هستند. همه سنسورهای شتاب دارای یک جسم سنگین هستند که تقریباً معلق است و از یک یا چند طرف با میله هایی به یک قاب وصل شده است. تحت تأثیر شتاب، اینرسی جسم باعث می شود که نیرویی به آن وارد شود و کمی جابجا شود. شتاب با خواندن تنش وارده شده به میله ها که روی آنها piezo-resistor ها هستند، اندازه گیری می شود، اولین میکرو شتاب سنج ها 1970 ساخته شدند و از همان آغاز برای اندازه گیری استرس وارد شده به پایه های جسم معلق، از مقاومت پیزو استفاده شد. برای جلوگیری از انحراف بیش از حد جسم معلق می توان صفحات محفظه را با فاصله کمی از جسم ساخت یا این که جسم معلق را در محفظه ای پر از روغن قرار داد.

شکل 3 – 6

شتاب سنج ها دو دسته هستند. یک دسته حساسیت کمی دارند و شتاب های زیاد را اندازه می گیرند. از این شتاب سنج ها در سیتم ترمز ( Antilok Brake System )، سیستم تعلیق ( Automatic Balance Control ) و سیستم کیسه هوایی خودروها می توان استفاده کرد. نوع دیگر حساسیت زیادی دارند و می توان از آنها در ربات ها، سیستم هدایت اتومبیل و نیز ناوبری هواپیما و فضا پیما و زیر دریایی ها استفاده کرد. لازم به ذکر است که هر شتاب سنج، شتاب را فقط در یک جهت اندازه می گیرد و برای اندازه گیری شتاب در دستگاه مختصات سه بعدی باید از سه شتاب سنج عمود بر هم استفاده کرد.

علاوه بر شتاب سنج های ساخته شده با میکروماشینینگ توده ای که در دهه 1980 به بازار آمدند ( از طرف IC Sensor, Lucas Nova Sensor )، شتاب سنج های ساخته شده با میکروماشینینگ سطحی نیز اخیراً برای کاربرد سیستم کیسه هوایی خودروها وارده بازار شده اند. ( ADXL50 از Analog Devices، MMAS40G از Motorolla ) سیستم باز کردن کیسه هوایی، یکی از کاربردهای نسبتاً جدید میکرو شتاب سنج ها ست. در این سیستم ها هنگامی که خودرو، شتاب منفی زیادی پیدا می کند، به کیسه هوایی فرمان باز شدن داده می شود. سنسورهای بکار رفته در این سیستم ها باید دارای اندازه کوچک، کیفیت بالا و قیمیت کم باشند. قیمت هر یک از این سنسورها در سال 97 حدود 4 دلار بوده که در سال 2000 به 2 دلار رسید.

این نسل های جدید شتاب سنج ها برای کارایی بیشتر، شامل یک مدار مجتمع پیچیده نیز هستند. سنسورهای بر مبنای اینرسی شامل سنسورهای شتاب و ژیروسکوپ های ناوبری در سال 2000 بازاری حدود 7/2 میلیارد دلار داشتند.

3 – 2 – 1 – سنسور شتاب مبتنی بر مقاومت پیزو

طرز کار این سنسورها قبلاً توضیح داده شد و ساختار و روش ساخت آن نیز شبیه سنسورهای فشار مبتنی بر مقاومت پیزو است. طرح ساده یک نمونه آن که دارای 4 پایه است در شکل زیر دیده می شود.

شکل 3 – 7

3- 2 – 2 – سنسور شتاب خازنی

طرز کار و ساختار این سنسور ها شبیه فشار سنج های خازنی است. به این ترتیب که یکی از صفحات خازن در نقش جسم معلق است و در اثر شتاب، حرکت می کند. در شکل زیر، یک نمونه از این سنسورها دیده می شود که دارای توانایی تفکیک ( Resolution ) 1µg در فرکانس 1HZ است و برای ناوبری بکار می رود.

شکل 3- 8

موتورلا نیز یک سنسور شتاب خازنی ساخته است که محدوده عمل آن تا 50g و حساسیت آن 40mv/g در محدوده فرکانس 0.6Hz – 1KHz است. این شتاب سنج برای کاربرد در سیستم کیسه هوایی طراحی شده است.

این سنسورها با هر دو فرآیند میکروماشینینگ توده ای و سطحی قابل ساخت هستند. البته با فرآیند دوم اندازه آن کوچکتر می شود و مدار جانبی نیز به طور یکپارچه روی آن قابل ساخت است. در حالی که در میکرو شتاب سنج خازنی که با فرآیند میکروماشینینگ توده ای ساخته شده، مدار روی یک چیپ دیگر ساخته شده و با چیپ سنسور بسته در یک بسته ( Package ) قرار می گیرد.