تحقیق سنسور چيست
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 گرايش خودرو 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؟
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
سنسورهاي 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
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.
تحقیق سنسور چيست
