فهرست

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

فصل 1 : سنسور چيست ؟................................................................................................... 8

فصل 2 : تكنيك هاي توليد سنسور.......................................................................................11

فصل 3 : سنسور سيليكاني ...................................................................................................13

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

3_2 : مراحل توليد در تكنولوژي سيليكان.....................................................................16-15

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

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

3_5 : سنسور حرارت اينترفيس ............................................................................................19

3_6 : سنسورهاي حرارتي ديگر و كاربرد آنها.......................................................................20

3_7 : سنسورهاي فشار..........................................................................................................21

3-8 : اثر پيزو مقاومتي ..........................................................................................................22

3-9 : سنسورهاي فشار پيزو مقاومتي ...................................................................................23

3_10 : اصول سنسورهاي فشار جديد...................................................................................25

3_11 : سنسورهاي نوري ......................................................................................................26

3_12 : مقاومت هاي نوري ..................................................................................................27

3_13 : ديودهاي نوري و ترانزيستورهاي نوري....................................................................28

3-14 : سنسورهاي ميدان مغناطيسي .....................................................................................30

فصل 4 : مولدهاي هال و مقاومتهاي مغناطيسي......................................................................31

4_1 : كاربردهاي ممكن سنسورهاي ميدان مغناطيسي............................................................32

فصل 5 : سنسورهاي ميكرومكانيكي ......................................................................................34

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

5_2 : سنسورهاي ميكروپل ...................................................................................................37

فصل 6 : سنسورهاي فيبر نوري ............................................................................................39

6_1 : ساختمان فيبر ها .........................................................................................................40

6_2 : سنسورهاي چند حالته ................................................................................................41

6_3 : سنسورهاي تك حالته .................................................................................................44

6_4 : سنسورهاي فيبر نوري توزيع شده ..............................................................................46

فصل 7 : سنسورهاي شيميايي ..............................................................................................52

7_1 : بيو سنسورها ................................................................................................................56

7_2 : سنسورهاي رطوبت .....................................................................................................58

فصل 8 : سنسورهاي رايج و كاربرد آن .................................................................................60

8_1 : سنسورهاي خازني .......................................................................................................60

فصل 9 : سنسور ويگاند..........................................................................................................62

فصل 10 : سنسورهاي تشديدي..............................................................................................66

10_1 : سنسورهاي تشديدي كوارتز.......................................................................................67

10_2 : سنسورهاي موج صوتي سطحي ................................................................................69

فصل 11 : سنسورهاي 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 وابستگي علوم كامپيوتر، مكانيك و الكترونيك نسبت به هم زياد شده‌اند و هر مهندس و با محقق نياز به فراگيري آن‌ها دارد، و لذا چون فراگيري هر سه آنها شكل به نظر مي‌رسد حداقل بايد يكي از آن‌ها را كاملاً آموخت و از مابقي اطلاعاتي در حد توان فرا گرفت. اينجانب كه در رشته مهندسي مكانيك سیالات تحصيل مي‌كنم، اهميت فراگيري علوم مختلف را هر روز بيشتر حس مي‌كنم و تصميم گرفتم به غير از رشته تحصيلي خود ساير علوم مرتبط با خودرو را محك بزنم. مي‌دانيم كه سال‌هاست علوم كامپيوتر و الكترونيك با ظهور ميكروچيپ‌ها پيشرفت قابل ملاحظه‌اي كرده‌اند و اين پيشرفت دامنگير صنعت خودرو نيز شده است، زيرا امروزه مردم نياز به آسايش، ايمني، عملكرد بالا از خودرو خود توقع دارند. از نشانه‌هاي ظهور الكترونيك و كامپيوتر در خودرو پيدايش سنسورها در انواع مختلف، و سيستم‌هاي اداره موتور و سايرتجهيزات متعلقه مي باشد. اين تجهيزات روز و به روز تعدادشان بيشتر و وابستگي علم مكانيك به آن ها بشتر مي‌شود. در ادامه سعي دارم نگاهي به توليد وسنسورهاي موجود در بازار بياندازيم و زمينه را براي ساخت يك سنسور پارك مهيا كنم، تا از ابزارهاي موجود حداكثر بهره‌ را برده وعملكرد مطلوب ارائه داد.

 

فصل اول

 

سنسور چيست؟

امروزه بحث سنسور به اهميت مفاهيمي از قبيل ميكروپرسسور (پردارزش گر)، انواع مختلف حافظه وساير عناصر الكترونيكي رسيده است، با اين وجود سنسور هنوز هم فاقد يك تعريف دقيق است همچنانكه كلمات الكترونيكي از قبيل پروب، بعدسنج، پيك آپ يا ترنسديوسر هنوز هم معاني لغوي ندارند. جدا از اين‌ها كلمه سنسور خود ريشه بعضي كلمات هم خانواده نظير المان سنسور، سيستم سنسور، سنسور باهوش و تكنولوژي سنسور شده است كلمه سنسور يك عبارت تخصصي است كه از كلمه لاتين Sensorium، به معني توانايي حس كرد، يا Sensus به معني حس برگرفته شده است. پيش از آن كه بحث را ادامه دهيم لازم است عبارت سنسور را در صنعت الكترونيك تعريف كنيم:

يك سنسور هم كميت فيزيكي معين را كه بايد اندازه‌گيري شود به شكل يك كميت الكتريكي تبديل مي‌كند، كه مي‌تواند پردازش شود يا به صورت الكترونيكي انتقال داده شود. مثلاً يك سنسور رنگ مي‌تواند تغيير در شدت نور را به يك پروسه تبديل نوري الكتروني به صورت يك سيگنال الكتريكي تبديل كند. بنابراين سنسور را مي‌توان به عنوان يك زير گروه از تفكيك كننده‌ها كه وظيفه‌ي آن گرفتن علائم ونشانه‌ها از محيط فيزيكي و فرستادن آن به واحد پردازش به صورت علائم الكتريكي است تعريف كرد. البته سنسوري مبدلي نيز ساخته شده‌اند كه خود به صورت IC مي‌باشند و به عنوان مثال (سنسورهاي پيزوالكترونيكي، سنسورهاي نوري).

وقتي ما از سنسوري مجتمع صحبت مي‌كنيم منظور اين است كه تكيه پروسه آماده‌سازي شامل تقويت كردن سيگنال، فيلترسازي، تبديل آنالوگ به ديجيتال و مدارات تصحيح‌ مي‌باشند، در غير اين صورت سنسوري كه تنها سيگنال توليد مي‌كند به نا سيستم موسوم هستند.

در نوع پيشرفته به نام سنسور هوشمند يك واحد پردازش به سنسور اضافه شده است تا خورجي آن عاري از خطا باشد منطقي‌تر شود. واحد پردازش سنسور كه به صورت يك مدار مجتمع عرضه مي‌شود اسمارت (Smart) ناميده مي‌شود.يك سنسور بايد خواص عمومي زير را داشته باشد تا بتوان در سيستم به كار برد كه عبارتند از:

حساسيت كافي، درجه بالاي دقت و قابليت توليد دوباره خوب، درجه بالاي خطي بودن، عدم حساسيت به تداخل و تاثيرات محيطي، درجه بالاي پايداري و قابليت اطمينان، عمر بالاي محصول و جايگزيني بدون مشكل.

امروزه با پيشرفت صنعت الكترونيك سنسوري مينياتوري ساخته مي‌شود كه از جمله مشخصه‌ي آن مي‌توان به موارد زير اشاره كرد:

سيگنال خروجي بدون نويز، سيگنال خروجي سازگار با باس، احتياج به توان پايين.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

فصل 2

تكنيك هاي توليد سنسور

 

تكنيك‌هايي در توليد سنسور:

تكنولوژي سنسور امروزه براساس تعداد نسبتاً زيادي از سنسورهاي غيرمينياتوري استوار شده است. اين امر با بررسي ابعاد هندسي سنسوريهايي براي اندازه‌گيري فاصله، توان، شتاب، سيال عبوري فشار و غيره مشاهده مي‌شود. براي اكثر سنسورها اين ابعاد از cm10 تجاوز مي‌كند. اغلب ابعاد، سنسورها توسط خود سنسور تعيين نمي‌شود بلكه وسيله پوشش خارجي آن مشخص مي‌گردد. با اين وجود، حتي در چنين مواردي خود سنسورها از نظر اندازه در حد چند سانتي‌متر هستند. چنين سنسوريهايي كه مي‌تواند گاهي خيلي گرانبها باشند، براي مثال در زمينة اندازه‌گيري پروسة. تكنولوژي توليد و ربات‌ها، تكنولوژي‌هاي ميكروالكترونيك زير اكثراً به كار برده مي‌شوند:

تكنولوژي سيليكان، تكنولوژي لايه نازك، تكنولوژي لايه ضخيم/هيبريد، ساير تكنولوژي‌هاي نيمه هاديپرسوه‌هاي ديگري نيز در توليد سنسور بكار برده مي‌شود، از قبيل تكنولوژي‌هاي فويل سينتر، تكنولوژي فيبرنوري، مكانيك دقيق، تكنولوژي ليزر نوري، تكنولوژي مايكروويو و تكنولوژي بيولوژي. بعلاوه، تكنولوژي‌هايي از قبيل پليمرها، آلياژهاي فلزي يا مواد پيزوالكتريكي نيز نقش حساسي را در توليد سنسور بازي مي‌كنند.از آنجايي كه سيليكان و نيمه هادي‌هاي ديگر بطور خيلي گسترده در ميكروالكترونيك بكار برده مي شوند. در ادامه به تشريح اين پروسه توليد مي‌پردازم.

 

 

 

 

 

 

 

فصل 3

 

سنسور سيليكاني

استراتژي ترجيح داده شده در ساخت سنسوريها برمبناي سيليكاني جديد بهره‌مند شدن از تكنيك‌ها و پردازش‌هايي هست كه قبلاً در صنعت مدار مجتمع (IC) بر مبناي سيليكان بنا نهاده شده است و به اين طريق مي‌توانذ از تجربيات و نتايج اين بخش صنعتي سود جست

 

 

خواص سيليكان واثرات آن بر سنسور:

سيليكان يك ماده مناسب براي تكنولوژي سنسور است به ظرط آن كه اثرات فيزيكي و شيميايي كافي با قوت قابل قبول نشان دهد كه مي‌تواند در ساختارهاي غيرپيچيده در طول گسترة وسيعي از درجه حرارت‌ها بكار برده شود. استفاده از سيليكان داراي چندين پي آمد براي سنسورها مي‌باشد. نخست آن كه، خواص فيزيكي سيليكان مي‌تواند مستقيماً براي اندازه‌گيري كميت اندازه‌گيري شوند. مطلوب به كار برده شود.

در جديدترين تحولي كه در سال 1980 جلوه‌گر شد، ارتباط تكنولوژي ميكروالكترونيك با تكنيك‌هاي ايجاد شده بويژه براي توليد سنسور است، از قبل برداشتن نم غيريكسان، يا شيشه آندي در اتصال سيليكاني. به اين طريق خواص مكانيكي بسيار خوب سيليكان تك كريستال مي‌تواند براي ساخت سنسورهاي بديع به كار برده شود. اي تكنولوژي كه به نام ميكرومكانيك موسوم است منجر به توليد عناصر سيليكاني مكانيكي يا مكانيكي/ الكترونيكي با ابعادي به اندازة مشابه الكترونيكي آنها مي‌گردد، كه از نظر اندازه چندين ميكرومتر هستند. سيليكان تك كريستالي بويژه بخاطر خواص مكانيكي عالي خود با اين تكنولوژي بخوبي سازگار است. تك كريستالي تغيير ماهيت نمي‌دهد. با اين وجود، شكنندگي آن مي‌تواند يك ايراد باشد. همچون الماس، اين كريستال مي‌تواند در عرض ضخامت مختلف شكسته مي‌شود. نتيجه آن كه بسياري از سنسورهاي ساخته شده بر مبناي سيليكان تك كريستالي به كاربردهايي كه در آن درجه حرارت به بالاتر از 150-120 درجه سانتي گرد افزايش پيدا نمي كند محدود مي‌شوند.

مراحل توليد در تكنولوژي سيليكان:

ساخت سنسورهاي سيليكاني بطور عمده براساس عمليات بكار برده شده در تكنولوژي نيمه هادي مدرن استوار است. كه براي توليد عناصر ميكروالكترونيكي ابداع شده‌اند. تكنولوژي صفحه‌اي سيليكان نه فقط برتوليدات مدارات مجتمع غلبه مي‌كند، بلكه يك عنصر تعيين كننده در توليد بسياري از سنسورهاي سيليكاني نيز مي‌باشد اين امر منجر به مزاياي زير مي‌شود:

ساخت كم هزينه سنسورها به تعداد زياد، مينياتورسازي سنسور تجمع يكپارچه و الكترونيك، ساخت سنسورهاي چند گانه (سنسورهاي چند گانه برروي يك چيپ‌ تنها)، استفاده از چيپ‌هاي بزرگ يا، در بعضي موارد، و وينرهاي كمل (مثلاً سلولهاي خورشيدي، سنسوريهاي نوري الكتريكي حساس به وضعيت)، امكان ساخت به بعدي كه در آن تكنيك‌هاي خاص براي برش عميق و غير ايزوتروپيك و لايه‌هاي توقف برش خاص براي خلق شكل سه بعدي عناصر سيليكاتي مينياتور شده به كار برده مي‌شود، استفاده از ديسك‌هاي خيلي نازك يا قسمت‌هاي خيلي نازك (سنسوريهاي فشار يا شتاب)، نشست دادن لايه‌هاي سنسور نازك بر و روي زمينة سيليكان كه خواص سنسور محدود سيليكاني را توسعه مي‌دهد.

ويژگي‌هاي ديگر را مي‌توانيد در كتاب‌هاي ميكرومكانيك مطالعه نماييد. ولي قبل از خلاصه‌اي از ميكرومكانيك را خدمت شما عرض مي كنم:عبارت ميكرومكانيك، يا تشابهات آن به يك شاخه علمي گفته مي‌شود كه در آن هدف ساخت ميكروسيستم‌هاي پيچيده متشكل از سنسورهاي بسيار مجتمع، يك طبقه پردازش سيگنال لا+ رنجش‌هاي مكانيكي قابل حركت مي‌باشد. در اين حركت علمي به روش‌هاي علمي براي ساخت دست پيدا كرده‌اند كه در روشهاي مكانيكي معمول امكان ساخت آن غيرممكن است محدوده ساخت آن‌ها بين ميلي متر و زيرميكرومتر واقع مي‌شود.

 

سنسورهاي در بعد حرارت:

در بعد حرارت يكي از مهمترين كميت‌هاي فيزيكي مي‌باشد. بسياري از اصول مربوطه به اندازه‌گيري درجه حرارت از دتها پيش شناحته شده‌اند، از قبل پديدة انبسطا مكانيكي، ترموكوپل، ترمومتر و … پيشرفت‌هاي حاصل شده در علم مواد در دهه 1950 سبب پيدايش مقاومت‌هايي با ضريب درجه حرارت مثبت (PTC) يا منفي (NTC) شد، بر طبق سنسورهاي موجود مي‌توان سنسورهاي موجود حرارتي را به 1-‌ سنسورهاي مقاومتي 2-‌ سنسورهاي درجه حرارت اينزفيس طبقه‌بندي كنيم.

سنسورهاي درجه حرارت مقاومتي:

چنين سنسورهايي از وابستگي درجه جرارت انتقال عامل استفاده مي‌كند. اصلاح مقاومت توزيعي، از روش براي سنجش مقاومت ويژة يك نيمه هادي با استفاده از روش تك پروپي ناشي مي‌شود.

سنسوريهاي سيليكاني داراي اين مزيت هستند كه مي توانند با اطمينان بيشتر و با سطوح قابل تحمل پايين‌تر دوباره توليد شوند. H-si بطور عمده در كاربردهاي تكنيكي به كار برده مي‌شود.

طول كنارة زمينه mm2-1، ضخامت تقريباً mm200 است. كل قطر dداراي مقداري به اندازه mm50-10 مي‌باشد. ابعاد كوچك و زمان پاسخ دهي كوتاه باعث كاربرد آن شده است مثلاً سنسور نوع (ValVo) KTY 84 يك سنسور NTC در محدوده درجه حرارت بين 50- تا 300 درجه سانتي‌گراد است.

سنسورهاي حرارتي اينترفيس:

اين نوع سنسور بطور عمده از وابستگ حرارتي انتقال عامل با استفاده از اتصالات p-n به پاياي ديودها، ترانزيستورها يا تركيبات ترانزيستوري بهره‌برداري مي‌كند. اثرات اصلاح وابستگي حرارتي پلاويتة انيترفيس مخازن‌هاي Mos با تغذيه AC نيز مي‌تواند توسط اين نوع سنسور بكار برده شود. هر دو اثر در مبدل‌هاي حرارتي- فركانسي بكار برده مي‌شوند. مثال‌هاي تجارتي از اين نوع سنسور حرارتي عبارت است از انواع AD 590 (دستگاه‌هاي آنالوگ) هستند.

آن‌ها مي‌توانند در حد دقتي به اندازه تقريباً 1k براي درجة حرارت‌هايc0‌50- و c0‌150 به كار برده شوند. اگر چه پيشرفت‌هاي ديگري در حال تجربه هستند، بيشتر آن‌ها هنوز در مرحلة آزمايشگاهي قرار دارند، مبدل‌هاي حرارتي فركانسي بدليل توانائي آن ها براي ايجاد يك سيگنال خروجي فركانسي- آنالوگ جهت غالب ديگري از تكامل را ارائه مي‌دهند. اين مدار متشكل از تعدادي طبقات معكوس كننده با تراتزيستورهاي جانبي (T1) .و عمودي (T2) مي‌باشد ظرفيت اتصال طبقات معكوس‌كنندة انفرادي سبب ايجاد يك تاخير سوپينگ مي‌شود كه، با فرض يك جريان تزريقي معين، فركانس عملياتي نوسان‌ساز حلقه‌اي را تعيين مي‌كند كه با تعداد طبقات معكوس‌كنندة بكار برده شده تغيير مي‌نمايد. وابستگي حرارتي VBE مستقيماً فركانس نوسان ساز را تحت تاثير قرار مي‌دهد. بنابراين براي درجه حرارت‌هايي بين 0‌20 و0‌80 درجه سانتي‌گراد يك وابستگي مغطي بين درجه حرارت و فركانس با يك حساسيت نسبي، به اندازه‌ي تقريباً k 3-10 وجود دارد. اگر چه آيندة چنين سنسورهايي خوب است، ولي آن‌ها هنوز در زمينه قيمت با رقيبان خود قادر به رقابت نيستند.

سنسورهاي حرارتي سيلكوني ديگر وكاربردها:

در درجه حرارت بالا (500 الي 3000 درجه سانتي گراد) غالباً با لومتر به عنوان يك عنصر حس كننده به كاربرده مي‌شود. در اين دستگاه‌ها درجه حرارت در نتيجه‌ي جذب تشعشع گرمايي توسط لايه‌هاي مقاومتي افزايش مي‌يابد. غالباً مقاومت‌هاي لايه اي سياه فلزي ومقاومت‌هاي لايه‌اي تركيب فلز- اكسيد فلز مورد استفاده قرار مي‌گيرند.

سيليكون اغلب به عنوان زمينه به كار مي‌رود. ترموپيل‌هاي مجتمع علاوه بر كاربردهاي حرارتي كاربردهاي ديگري نيز دارند به عنوان مثال اندازه گيري دبي سيال، آشكار سازي تشعشع ماوراء قرمز و اندازه گيري فشار خلاء از آنجايي كه سيليكان يك هادي گرمايي خوب است، روش‌هاي حكاكي اغلب مي‌تواند به منظور وفق دادن ضخامت و شكل ترموپيل‌ها در كاربردهاي ويژه به كار روند. آفست (offest) كم ترموپيل‌هاي مجتمع يك مزيت بزرگ است. بالابردن سي يك سيليون نيز يك مزين است زيرا سيليكون داراي اثر سي بك (ضريب) بيشتري نسبت به فلزات است از اين رو براي اندازه گيري دماهاي جزئي مورد استفاده قرار ميگيرد (در حد ميكروكلوين).

سنسورهاي فشار:

سنسورهاي سيليكاني در اندازه‌گيري فشار، توان، و شتاب داراي اهميت زيادي هستند تاكنون معمولي‌ترين سنسورهايي را كه در اين زمينه به كار برده مي‌شد داراي اثر پيزوالكتريك بوده است. با به كارگيري مقاومت‌هايي كه سنسورهاي سيليكوني نصب يا پخش مي‌شوند اثر اندازه‌گيري شده را نتيجه مي‌دهد.

. بعلاوه، سنسورهايي كه از اثرا پيزو خازني بهره مي‌برند نقش بطور فزاينده مهمي را، بويژه هنگامي كه نوسانگر يا تقويت‌گرها مي‌توانند بطور يكپارچه برروي يك چيپ منفرد مجتمع شوند، بازي مي‌كنند. سنسورهاي فشار پيزو خازني نسبت به سنسورهاي پيزو مقاومتي حساس‌تر و پايدارتر و كم متاثر نسبت به تغييرات درجة حرارت هستند. با اين وجود توليد روي ساده‌تر و ارزانتر است. آنها در مقايسه با سنسورهاي خازني، يك مشخصة پاسخ تقريباً خطي ارائه مي كنند. همچنين آماده‌سازي سيگنال ساده‌تر است. جديدترين طرح si چند گانه يا MOSFETهاي اصلاح شده مي باشد.

اثر پيزو مقاومتي:

اثر پيزومقاومتي بيانگر تغيير در مقاومت الكتريكي ماده‌اي است كه در معرض يك نيروي مكانيكي همچون كشش يا فشار قرار مي‌گيرد. اين پديده در كريستال‌هايي كه فاقد محورهاي قطبي هستند رخ مي‌دهد و به خوبي در نيمه هادي‌ها نمودار مي‌شوند. در عمل، مقاومت پيزو غالباً براي عناصري بكار بدره مي‌شوند كه به يك جسم تغيير شكل دهنده به صورت يك مدار مقاومتي اعمال مي‌شود.

جسم تغيير شكل دهنده معمولاص به فرم يك ميله قابل انعطاف‌، بويژه در سنسورهاي توان يا شتاب يا به فرم يك ديافراگم مستطيلي يا مدور مي‌باشد. مقاومت‌ها در نواحي تحت حداكثر نيروي مكانيكي به صورت يك پل بسته مي‌شوند.

سنسورهاي فشار پيزو مقاومتي:

امروزه بسياري از سازندگان سنسورهاي پيزو مقاومتي را براي رنجي بين 1mbar تا 1000 bar مي‌سازند، كه براي اندازه‌گيري فشار مطلق و تفاضلي مناسب هستند، آن‌ها در مقابل بارهاي زياد حساس نيستند، با وجود اين هنگامي كه فشار از مقدار مجاز بالاتر روند به آساني مي‌شكند، همچنين بايد آن‌ها را در مقابل گرد و غبار محافظت كرد.

به اين منظور سنسور را در يك كپسول ضد هوا قرار داده وو داخل آن را با روغن پر مي‌كنند، محدوده‌اي دمايي اين سنسور بين 120 تا 125 درجه سانتي‌گراد است كه اگر از اين محدوده‌ي دمايي بالاتر رود اتصال يوني بين آن به سادگي مي‌شكند. اشكالاتي كه اين سنسور دارد در آماده‌سازي سيگنال براي مدار تقويت كننده مي‌باشد كه تا حدودي به وسيله‌ي پردازش‌گرهاي جديد رفع شده است. اخيراً يك سنسور فشار با سيگنال خروجي ديجيتالي با عنوان فليپ- فلاپ NMOS آماري معرفي شده است. ساختار اين سنسور كه براساس يك فليپ فلاپ نامتعادل قرار دارد توسط دو مقاومت مي‌تواند تحت تاثير قرار گيرد و اين منجر به تغييري در خروجي پالس سنسور قرار گيرد.

 

 

اصول سنسورهاي فشار جديد

تجمع بك MOSFETو يك الكترت منجر به ظهور انواع زيادي از سنسورهاي جديد شده است كه نمونه‌اي از آن سنسور فشار PRESSFET مي‌باشد. اين سنسور كه يك نمونه جديد از آرايش FET با يك لاية ساندويجي دي الكتريك بين گيت وسيليكان در نظر گرفته مي‌شود.

نمونه‌اي از سنسورهاي جديد كه براساس روش‌هاي ميكرومكانيكي توليد مي‌شوند كه براي اندازه‌گيري فشار خلاء به كار مي‌روند. نمونه‌اي از كاربرد اين سنسور را مي‌توان در خودرو با نام سنسور MAP كه برروي ما نيفرلد قرار دارد مشاهده كرد. اين سنسور براي فشارهاي بين 10mpa و 10mpa مناسب مي‌باشد. اين سنسور سيليكوني پيزو مقاومتي كه با استفاده از تكنولوژي سيليكاني برروي ياقوت كبود (SOS) توليد مي‌شود در دماي بالاتر از 100 درجه‌سانتي‌گراد مي‌تواند بخوبي كار كند.

 

سنسورهاي نوري:

سنسورهاي نوري براساس نيمه‌هادي داراي اهميت زيادي در زمينه اندازه‌گيري و تكنولوژي اتوماسيون است. با اين وجود سنسورهاي نوري به تنهايي كمتر براي اندازه‌گيري نور مورد استفاده قرار مي‌گيرند و بيشتر براي اندازه‌گيري موقعيت و مسافت مورد استفاده قرار مي‌گيرند.

مثال كاربردي در خودرو مانند (شفت اينكدر) است كه برروي گيربكس براي اندازه‌گيري سرعت خودرو به كار مي‌روند. سنسورهاي نوري به دليل سادگي كاربرد و سازگاري با مدارهاي ميكروالكترونيك سال است مورد استفاده قرار مي گيرند. در ادامه به توصيف چند نوع سنسور فوري مي‌پردازيم.

 

 

مقاومت‌هاي نوري:

مقاومت‌هاي نوري هادي‌هاي نوري ساخته شده از موادي هستند كه هدايت نوري آن‌ها هنگامي كه در معرض نور قرار داده مي‌شوند تغيير مي‌كند. يك نمونه شناخته شده با استفاده از مقاومت نوري لايه نازك فراهم مي‌شود كه از cds چند گريستالي يا نيمه هادي‌هاي با اتصال دو ماده‌اي cds/cdse تشكيل مي‌يابند. با وجود اين پيشرفت‌هائي در تكنولوژي si به معني آنستكه اينها توسط عناصر si جايگزين كرده شده‌اند، براي مثال توسط ديودهاي نوري si كه به منظور تشكيل مقاومت‌هاي نوري متصل مي‌شوند. از si تك كريستالي خالص به عنوان يك مادة مقاومت نوري به دليل سطح نسبتاً پايين تغيير مقاومت آن چشم پوشي شده است.

زمان پاسخ اين مقاومت در حد ميلي ثانيه قرار دارد و چنين حالتي يك رابطه‌ي خطي بين نور تابنده و قدرت هدايت نوري فراهم مي‌كنند.

 

 

ديودهاي نوري و ترانزيستورهاي نوري:

سنسورهاي نوري غالباً از آشكارسازهاي si با اتصالات p-n استفاده مي‌كنند. اين‌ها مي‌توانند به عنوان عناصر فتوالكتريكي بدون هيچ ولتاژ خارجي يا به عنوان ديود با وجود يك باياس معكوس به كار برده شوند. در ديودهاي نوري p-n نور غالباً توسط لايه p جذب مي‌شود حامل‌هاي اقليتي كه به اين ترتيب به وجود مي‌آيند به داخل ناحيه تخليه انتشار مي‌يابند كه در آنجا توسط ميدان داخلي به تله مي‌افتد.

جريان نوري، در محدوده‌ي نسبتاً بزرگي از دامنه، يك تابع خطي از انرژي نوراني تابنده برروس سطح حساس به نور مي‌باشد. حداكثر حساسيت طيفي در 850 mm حاصل مي‌شود. امروزه سنسورهاي حساس به نور فرواني در بازار يافت مي‌شود به عنوان مثال سنسور نوع s2 كه توسط شركت WF Berlin ساخته مي‌شود. جديدترين تكامل مجتمع كردن سنسور با استفاده از تكنيك تجمع چيپ يا هيبريد مي‌باشد.ديودهاي نوري قديمي به رنگ نور تابنده حساس نبودند. ولي در مدل‌هاي جديد هيبريد براي جلوگيري از تداخل (نويز) از فيلترهاي مخصوص استفاده مي‌كنند و در هنگام خريد سنسور نوع نور تابش (رنگ) ذكر مي‌شود. در بعضي كاربردها تعيين كردن موضعي كه در آن اشعه به سنسور حساس نسبت به نور برخورد مي‌كند ضروري است. در اينجا استفاده از ديودهاي نوري حساس نسبت به موضع احتياج است.

مثال كاربردي را مي‌توان در قلم نوري مشاهده كرد. در اين سنسور چندين ديود وترانزيستور بصورت يك چيپ مجتمع شده‌اند وبه وسيله‌ي يك پردازشگر سطح بازتابش شده و رفتن به نقطه‌ي ديگر دائماً‌ كنترل مي‌شود. ماوس‌هاي جديد نوري نيز برهمين اساس كار مي‌كنند.

 

 

 

سنسورهاي ميدان مغناطيسي:

سنسورهاي ميدان مغناطيسي (Mfsها) مبدل‌هايي هستند كه مي‌توانند يك ميدان مغناطيسي موجود را به صورت يك سيگنال الكتريكي تغيير شكل دهند. دو گروه عمده در كاربرد عبارتند از:

1-‌ استفاده مستقيم از يك Mfs به عنوان عنصر اندازه‌گيري كننده‌ي خاصيت مغناطيسي به عنوان مثال براي اندازه‌گيري ميدان مغناطيسي زمين براي قرائت كدهاي مغناطيسي يا براي كنترل و نظارت تجهيزات مغناطيسي

2-‌ استفاده غيرمستقيم، يعني ميدان مغناطيسي بسادگي به عنوان يك حامل اطلاعات براي يك سيگنال غير مغناطيسي عمل مي‌كند، براي مثال در سويچ‌هاي بدون كنتاكت، در آشكارسازي تغييراتي در فاصله يا زاويه، در اندازه‌گيري جريان پتانسيل صفر يا در يك واتمتر مجتمع.چنين گستره‌ي وسيعي از كاربرد به معناي آن است كه ميدان‌هاي مغناطيسي در گستره‌ي پايين ميكرو- وميلي تسلا را آشكار كنيم.

فصل 4

مولدهاي هالومقاومت‌هاي مغناطيسي