سنسور چیست و چطور کار می‌کند؟

سنسور چیست؟

حسگر وسیله ای است که نوعی ورودی از محیط فیزیکی را تشخیص می دهد و به آن پاسخ می دهد. ورودی می تواند نور، گرما، حرکت، رطوبت، فشار یا هر تعداد دیگر از پدیده های محیطی باشد. خروجی به طور کلی سیگنالی است که به یک صفحه نمایش قابل خواندن توسط انسان در محل حسگر تبدیل می شود یا به صورت الکترونیکی از طریق شبکه برای خواندن یا پردازش بیشتر منتقل می شود.

حسگرها نقشی اساسی در اینترنت اشیا ( IoT ) دارند. آنها امکان ایجاد یک اکوسیستم برای جمع آوری و پردازش داده ها در مورد یک محیط خاص را فراهم می کنند تا بتوان آن را به راحتی و کارآمدتر نظارت، مدیریت و کنترل کرد. حسگرهای اینترنت اشیا در خانه ها، خارج از زمین، در اتومبیل، در هواپیما، در محیط های صنعتی و در محیط های دیگر استفاده می شوند. حسگرها شکاف بین دنیای فیزیکی و دنیای منطقی را پر می کنند و به عنوان چشم و گوش برای یک زیرساخت محاسباتی عمل می کنند که داده های جمع آوری شده از حسگرها را تجزیه و تحلیل و عمل می کند.

انواع سنسورها:

سنسورها را می توان به روش های مختلفی دسته بندی کرد. یکی از رویکردهای رایج این است که آنها را به عنوان فعال یا غیرفعال طبقه بندی کنیم. سنسور فعال سنسوری است که به یک منبع تغذیه خارجی نیاز دارد تا بتواند به ورودی های محیطی پاسخ دهد و خروجی تولید کند. به عنوان مثال، حسگرهای مورد استفاده در ماهواره های آب و هوا اغلب به منبعی از انرژی برای ارائه داده های هواشناسی در مورد جو زمین نیاز دارند.

از سوی دیگر، یک حسگر غیرفعال برای تشخیص ورودی محیطی به منبع تغذیه خارجی نیاز ندارد. برای قدرت خود به خود محیط متکی است و از منابعی مانند نور یا انرژی حرارتی استفاده می کند. یک مثال خوب دماسنج شیشه‌ای مبتنی بر جیوه است. جیوه در پاسخ به نوسان دما منبسط و منقبض می شود و باعث می شود که سطح در لوله شیشه ای بالاتر یا پایین تر باشد. علامت‌های خارجی یک سنج قابل خواندن برای انسان برای مشاهده دما ارائه می‌کنند.

برخی از انواع حسگرها مانند حسگرهای لرزه ای و نور مادون قرمز به دو صورت فعال و غیرفعال در دسترس هستند. محیطی که سنسور در آن مستقر می شود معمولا تعیین می کند که کدام نوع برای برنامه مناسب‌تر است.

روش دیگری که حسگرها را می توان از طریق آنالوگ یا دیجیتال بودن آنها طبقه بندی کرد، بر اساس نوع خروجی سنسورها. سنسورهای آنالوگ ورودی محیطی را به سیگنال های آنالوگ خروجی تبدیل می کنند که پیوسته و متغیر هستند. ترموکوپل هایی که در آبگرمکن های گازی استفاده می شوند نمونه خوبی از سنسورهای آنالوگ هستند. چراغ راهنما آبگرمکن به طور مداوم ترموکوپل را گرم می کند. اگر چراغ راهنما خاموش شود، ترموکوپل خنک می شود و سیگنال آنالوگ متفاوتی ارسال می کند که نشان می دهد گاز باید خاموش شود.

برخلاف حسگرهای آنالوگ، سنسورهای دیجیتال ورودی محیطی را به سیگنال‌های دیجیتال مجزا تبدیل می‌کنند که در قالب دودویی (۱s و ۰s) ارسال می‌شوند. سنسورهای دیجیتال در تمام صنایع بسیار رایج شده اند و در بسیاری از موقعیت ها جایگزین حسگرهای آنالوگ شده اند. به عنوان مثال، اکنون از سنسورهای دیجیتال برای اندازه گیری رطوبت، دما، فشار اتمسفر، کیفیت هوا و بسیاری از انواع دیگر پدیده های محیطی استفاده می شود.

مانند سنسورهای فعال و غیرفعال، برخی از انواع حسگرها – مانند سنسورهای حرارتی یا فشاری – به دو شکل آنالوگ و دیجیتال موجود هستند. در این مورد نیز، محیطی که سنسور در آن کار خواهد کرد، معمولا تعیین می‌کند که بهترین گزینه کدام است.

کاربردهای سنسورها:

سنسورها همچنین معمولا بر اساس نوع عوامل محیطی که نظارت می کنند طبقه بندی می شوند. در اینجا چند نمونه رایج آورده شده است:

• شتاب سنج. این نوع سنسور تغییرات شتاب گرانشی را تشخیص می دهد و امکان اندازه گیری شیب، ارتعاش و البته شتاب را ممکن می سازد. سنسورهای شتاب سنج در طیف گسترده ای از صنایع، از لوازم الکترونیکی مصرفی گرفته تا ورزش های حرفه ای گرفته تا هوافضا و هوانوردی استفاده می شوند.
• شیمیایی. حسگرهای شیمیایی یک ماده شیمیایی خاص را در یک محیط (گاز، مایع یا جامد) تشخیص می‌دهند. یک حسگر شیمیایی می تواند برای تشخیص سطوح مواد مغذی خاک در یک مزرعه، دود یا مونوکسید کربن در یک اتاق، سطح pH در بدن آب، میزان الکل در نفس فرد یا در هر تعداد سناریو دیگر استفاده شود. به عنوان مثال، یک سنسور اکسیژن در سیستم کنترل انتشار خودرو، نسبت بنزین به اکسیژن را، معمولا از طریق یک واکنش شیمیایی که ولتاژ تولید می‌کند، نظارت می‌کند. یک کامپیوتر در محفظه موتور ولتاژ را می خواند و اگر مخلوط بهینه نباشد، نسبت را دوباره تنظیم می کند.
• رطوبت. این سنسورها می توانند سطح بخار آب موجود در هوا را برای تعیین رطوبت نسبی تشخیص دهند. سنسورهای رطوبت اغلب شامل خوانش دما هستند زیرا رطوبت نسبی به دمای هوا بستگی دارد. سنسورها در طیف وسیعی از صنایع و تنظیمات، از جمله کشاورزی، تولید، مراکز داده، هواشناسی و گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع ( HVAC ) استفاده می‌شوند.
• مرحله. سنسور سطح می تواند سطح یک ماده فیزیکی مانند آب، سوخت، خنک کننده، دانه، کود یا زباله را تعیین کند. برای مثال، رانندگان برای اطمینان از اینکه در کنار جاده گیر نخواهند کرد، به حسگرهای سطح گاز خود تکیه می‌کنند. سنسورهای سطح نیز در سیستم های هشدار سونامی استفاده می شوند.
• حرکت – جنبش. آشکارسازهای حرکتی می توانند حرکت فیزیکی را در یک فضای تعریف شده (حوزه تشخیص) حس کنند و می توانند برای کنترل چراغ ها، دوربین ها، دروازه های پارکینگ، شیرهای آب، سیستم های امنیتی، درب بازکن های اتوماتیک و سیستم های متعدد دیگر استفاده شوند. سنسورها معمولا نوعی انرژی را ارسال می کنند – مانند امواج مایکروویو، امواج مافوق صوت یا پرتوهای نور – و می توانند تشخیص دهند که جریان انرژی با ورود چیزی به مسیر خود قطع می شود.
• نوری. حسگرهای نوری که به آن ها حسگر نوری نیز گفته می شود ، می توانند امواج نور را در نقاط مختلف طیف نور از جمله نور ماوراء بنفش، نور مرئی و نور مادون قرمز تشخیص دهند. سنسورهای نوری به طور گسترده در گوشی‌های هوشمند ، روباتیک ، پخش‌کننده‌های بلوری، سیستم‌های امنیتی خانه، دستگاه‌های پزشکی و طیف گسترده‌ای از سیستم‌های دیگر استفاده می‌شوند.
• فشار. این حسگرها فشار یک مایع یا گاز را تشخیص می دهند و به طور گسترده در ماشین آلات، خودروها، هواپیماها، سیستم های HVAC و سایر محیط ها استفاده می شوند. آنها همچنین با اندازه گیری فشار اتمسفر نقش مهمی در هواشناسی دارند. علاوه بر این، از سنسورهای فشار می توان برای نظارت بر جریان گازها یا مایعات استفاده کرد، اغلب به طوری که جریان را می توان تنظیم کرد.
• نزدیکی. حسگرهای مجاورت وجود یک شی را تشخیص می دهند یا فاصله بین اشیاء را تعیین می کنند. مانیتورهای مجاورت در آسانسورها، خطوط مونتاژ، پارکینگ ها، فروشگاه های خرده فروشی، خودروها، روباتیک و بسیاری از محیط های دیگر استفاده می شوند.
• درجه حرارت. این حسگرها می توانند دمای یک محیط مورد نظر اعم از گاز، مایع یا هوا را شناسایی کنند. سنسورهای دما در طیف گسترده ای از دستگاه ها و محیط ها مانند لوازم خانگی، ماشین آلات، هواپیما، خودروها، کامپیوترها، گلخانه ها، مزارع، ترموستات ها و بسیاری از دستگاه های دیگر استفاده می شوند.
• دست زدن به. دستگاه‌های حسگر لمسی تماس فیزیکی را روی سطح نظارت شده تشخیص می‌دهند. حسگرهای لمسی به طور گسترده در دستگاه‌های الکترونیکی برای پشتیبانی از فناوری‌های صفحه لمسی و صفحه لمسی استفاده می‌شوند . آنها همچنین در بسیاری از سیستم‌های دیگر مانند آسانسور، روباتیک و دستگاه‌های پخش صابون استفاده می‌شوند.

موارد فوق تنها برخی از انواع مختلف حسگرهایی هستند که در محیط‌ها و دستگاه‌ها استفاده می‌شوند. با این حال، هیچ یک از این دسته بندی ها به شدت سیاه و سفید نیستند. به عنوان مثال، سنسور سطحی که سطح یک ماده را ردیابی می کند، ممکن است یک سنسور نوری یا فشار نیز در نظر گرفته شود. انواع دیگری از سنسورها نیز وجود دارد، مانند حسگرهایی که می توانند بار، کرنش، رنگ، صدا و انواع شرایط دیگر را تشخیص دهند. در واقع، حسگرها آنقدر رایج شده اند که اغلب به سختی به استفاده از آنها توجه می شود.