همه چیز درباره سنسورها

    —         —    

ارتباط با ما     —     لیست پایان‌نامه‌ها

... دانلود ...

توجه : این فایل به صورت فایل ورد (Word) ارائه میگردد و قابل تغییر می باشد


همه چیز درباره سنسورها دارای 88 صفحه می باشد و دارای تنظیمات و فهرست کامل در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد همه چیز درباره سنسورها کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه و مراکز دولتی می باشد.

مقدمه :
سنسورها رابط بین سیستم كنترل الكترونیكی از یك طرف و محیط، رشته كارها یا ماشین از طرف دیگر هستند. در اواخر دهه 1970 و اوایل دهه 1980 تكامل سنسور در سطح بین المللی بین سه و پنچ سال عقب تر از تكامل علم میكروالكترونیك در نظر گرفته می شد. این حقیقت كه ساخت عناصر میكروالكترونیك غالباً بسیار ارزانتر از عناصر اندازه گیری كننده ای
( سنسور هایی ) بود كه آنها احتیاج داشتند ، یك مانع جدی در ازدیاد و متنوع نمودن كاربرد میكرو الكترونیك پردازشگر اطلاعات در گستره وسیعی از عملیات و رشته كارها بود. چنین اختلافی بین علم میكروالكترو نیك مدرن و تكنولوژی اندازه گیری كننده كلاسیكی تنها توانست به واسطه ظهور تكنولوژی سنسورهای مدرن بر طرف شود.
اگر چه سنسورها به همراه علم میكروالكترونیك پردازشگر اطلاعات ، یك گام مهم را به جلو عرضه دارد لیكن این ، تنها اولین قدم است . در این مرحله سنسورها از تعدادی از عناصر میكروالكترونیك موجود ، برای مثال به شكل پردازشگرها ، حافظه ها ، مبدل های آنالوگ به دیجیتال یا تقویت كننده ها ، برای آماده نمودن سیگنال خروجی استفاده می كنند.در عین حال سنسورباید یك خروجی الكترونیكی تولیدكند كه به آسانی پردازش شود . دومین گام عبارت از اتصال سنسور سیستم میكروالكترونیك –بخش مكانیكی می باشد . این زنجیره تنها در صورتی كار می كند كه همه خطوط رابط باشند این امر منجر به توصیف یك معیار مهم تر به ویژه تا جائیكه سنسور مر بوط است می شود.

فصل اول

تعریف عبارت سنسور :
امروز كلمه سنسور به هیچوجه از مفاهیمی از قبیل میكرو پروسسور ، ترانسپیونز (یك میكرو چیپ كامپیوتری بسیار قدرتمند كه می توان مقادیر فوق العاده زیاد اطلاعات را به طور خیلی سریع پردازش نماید) انواع مختلف حافظه و سایر عناصر الكترونیكی به عنوان یكی از لغات وا بسته به دنیای نو آوری های تكنولوژیكی اهمیت كمتری را ندارد . با وجود این سنسور هنوز هم فاقد یك تعریف دقیق است همچنانكه عباراتی از قبیل پروب، بعد سنج (gauge ) ، پیك –آپ یا ترنسدیوسر، مدتها چنین بوده اند . كوششهای زیادی به عمل آمده است تا كثرت تعاریف را محدود نماید . كلمه سنسور یك عبارت تخصصی است كه از كلمه لاتین Sensorium به معنای توانایی حس كردن یا Sensus به معنای حس برگرفته شده است . پس از آشنایی با منشا مفهوم سنسور ، تاكید كردن بر تشابه بین سنسورهای تكنیكی و اندام های حس انسانی واضح به نظر می رسد. شكل زیر این تشابه را نشان می دهد:

ماشین انسان

تكنیك های تولید سنسور:
تكنولوژی سنسور امروزی هنوز هم بر اساس تعداد نسبتاً زیادی از سنسورهای غیر مینیاتوری استوار شده است . این امر با بررسی ابعاد هندسی سنسور هایی برای اندازه گیری فاصله ، توان ، شتاب ، سرعت، سیال عبوری ، فشار و غیره مشاهده می شود. برای اكثر سنسورها این ابعاد از cm 10 تجاوز می كند . زیرا اغلب ابعادسنسور تعیین نمی شود بلكه بوسیله پوشش خارجی آن مشخص می گردد. با این وجود ، حتی در چنین مواردی خود سنسور ها از نظر اندازه در حد چند سانتی متر هستند . چنین سنسورهائی ، كه می توانند گاهی خیلی گرانبها باشند، در آینده مهم باقی خواهند ماند.
برای مثال در زمینه اندازه گیری پروسه ، تكنولوژی تولید و نیز ربات ها كاربرد دارند. با این وجود به طور موازی با این مسئله می توان تكامل دیگری را مشاهده كرد كه بوسیله پیشرفت هائی در میكرو الكترونیك شروع شده است. تكنولوژی میكروالكترونیك ظهور و تكامل سنسورهائی را برانگیخته است كه قابل مینیاتور سازی هستند و برای امكان تولید انبوه مناسب می باشد. این امر یقیناً به معنی آن نیست كه تكنولوژی سنسور با همان آهنگ میكرو الكترونیك تكامل خواهد یافت.
هدف از میناتور سازی ارائه یك سری مزایا می باشد.برای مثال ، اثر سنسور مینیاتوری برروی پارامترهای اندازه گیری شده ضعیف است . این به معنی آنستكه چنین سنسوری درجه كمتری از تداخل را ایجاد
می كند و بنابراین درجه بالاتری از دقت اندازه گیری حاصل می شود . اینرسی سنسور كاهش می یابد و سنسور توان كمتری را نسبت به سنسورهای كلاسیكی مصرف می كند.
تكنولوژی های میكروالكترونیك زیر برای تولید سنسور ها به كار برده می شوند:
ـ تكنولوژی سیلیكان
ـ تكنولوژی لایه نازك
ـ تكنولوژی لایه ضخیم / هیبرید
ـ سایر تكنولوژیهای نیمه هادی ( نیمه هادی های II-VI,III-V )
پروسه های دیگری نیز در تولیدسنسور به كار برده می شوند ، ازقبیل تكنولوژی های فویل ( با چكش كاری یا غلطاندن فلزی را به شكل یك صفحه در آوردن ) و سینتر ( با گرم كردن یك ماده پودر مانند را به شكل یك جسم سفت در آوردن) تكنولوژی فیبر نوری ، مكانیك دقیق ، تكنولوژی لیزر نوری ، تكنولوژی میكروویو تكنولوژیهای بیو لوژی . به علاوه تكنولوژی هائی از قبیل پلیمرها ، آلیاژهای فلزی یا مواد پیزو الكتریكی را در تولید سنسور بازی می كنند.

سنسورهادر تكنولوژی لایه نازك (Thin-film technology):
بسیاری از تاثیرات خارجی كه باید ثبت شوند ، بر یك لایه سطحی نازك سنسور اثر می كنند . نور مثالی از این نوع است . از طرف دیگر به منظور دستیابی به یك زمان پاسخ سریع ، در مورد حرارت، آنها احتیاج به یك احتیاج به یك حجم كوچك دارند. جنبه های عملیاتی معینی از قبیل نفوذ پذیری لایه های فلزی نازك نسبت به رطوبت ، می توا نند لایه های نازك را جالب توجه سازد.
عناصر كلیدی در یك سنسور لایه نازك زمینه و ماده لایه نازك هستند . مواد به كاربرده شده برای زمینه ، شیشه ، فلز ، پلاستیك ها و اخیراً سیلكان هستند استفاده از سیلیكان زمانی جالب توجه می شود كه تجمع یك پارچه سنسور و مدارات الكترونیكی آشكار ساز مورد نیاز باشد.
با وجود این ، شیشه ، سرامیك و فلزات بیشتر از همه به عنوان زمینه به كار برده می شوند . بسته به نیاز ، می توان از شیشه پنجره ساده یا شیشه كوارتز گرانبها استفاده كرد . اخیراً توجه زیادی به
( یاقوت كبود) كریستالی نشان داده شده است . انواع مواد، از لایه های فلزی ساده و لایه های اكسیدی تا لایه های نیمه هادی ، می تواند به عنوان لایه های سنسور به كار برده شود. انواع لایه های زیر به كار برده می شوند:
لایه های مقاومتی وابسته به درجه حرارت ( مثلاً NI ,PT,AU آلیاژهای NI ، ZNO ،NANO3 )
لایه های حساس به نور ( مثلاً PBSE ، HGCDTE ، Si )
لایه های مقاومتی حساس به فشار ( مثلاً آلیاژهای NICR -SI چند گانه)
لایه های پیزو الكتریكی ( مثلاً ZNO)
لایه های حساس به رطوبت ( مثلاً O3 AL2 ،پلی استیرن)
لایه های حساس به مواد شیمیایی ( مثلاً ZNO2 ، SNO2، 3Fe2o )
لایه های مقاومت مغناطیسی ( مثلاً فرو مغناطیس ها)
لایه های نازك نوعاً بین 01 /0 تا 100mm ضخامت دارند بسته به كاری كه از انواع مختلف مواد مورد نیاز است، می توان گسترده بهینه ای را برای آنها معین نمود.

سنسورهای سیلیكانی :
سیلیكان و نیمه هادی های دیگر به طور گسترده در میكرو الكترونیك به كار برده می شوند . از آنجائیكه پیشرفتهای زیادی در رشد كریستال های سیلیكانی اجرا شده است . لذا استفاده از سیلیكان تك كریستالی امروزه در كانون توجه كاربردهای سنسور قرار دارد .
با وجود این ، هم سیلیكان چند كریستالی ( si- poly ) و هم سیلیكان ناموزون ( si -a ) مورد توجه زیاری قرار دارند و امكان مساعد بزرگی برای آینده به شمار می روند.

خواص سیلیكان و اثرات آنها بر سنسورها:
سیلیكان یك ماده مناسب برای تكنولوژی های سنسور است به شرط آنكه اثرات فیزیكی و شیمیایی كافی با قوت قابل قبولی نشان دهد كه می تواند در ساختارهای غیر پیچیده در طول گستره وسیعی از درجه حرارت ها به كار برده شود. جدول زیر مهمترین اثرات و كاربردهای آنها را برای تكنو لوژی سنسور نشان می دهد.

كمیت های اندازه گیری شونده اثر كاربرد
تشعشع اثر مقاومت نوری
اثر ارتباط نوری
اثر یونیزاسیون
اثر خازن نوری مقاومت نوری
دیود نوری ، ترانزیستور نوری
سنسور تشعشع هسته ای
خازن نوری
كمیت حرراتی مقاومت حرارتی
اثر اتصال گرمایی سنسورهای درجه حرارت مقاومتی
سنسورهای درجه حرارتی
سیگنال های مغناطیسی اثر مقاومت مغناطیسی
اثر هال
اثر ارتباط مغناطیسی سنسورهای مقاومت مغناطیسی
مولد هال
دیود و ترانزیستور مغناطیسی
سیگنال های شیمیایی اثر میدانی حساس به بار IS FET

خواص فیزیكی سیلیكان می تواند مستقیماً برای اندازه گیری كمیت اندازه گیری شونده مطلوب به كار برده شود همانطور كه در جدول فوق نشان داده شده است . با این وجود امكانات محدود است.
علاوه بر این، سیلیكان می تواند ، برای مثال ، هنگام استفاده به عنوان زمینه سنسورهای لایه نازك فوق العاده مهم باشد، حتی هنگامیكه مدارات الكترونیكی پردازش كننده اطلاعات مجتمع باشند . تحت شرایط معینی ، اصلاح قسمتهای سیلیكانی در الكترونیك نیمه هادی ساخت انواع مهم سنسورها را ممكن
می سازد . سنسور های نوری از قبیل دیود نوری ، یا سنسور های شیمیایی از قبیل ISFET ها مثالهایی از آن هستند.ساخت سنسورهای سیلیكانی به طور عمده بر اساس عملیات به كار رفته در تكنولوژی نیمه هادی مدرن استوار است كه برای تولید عناصر میكروالكترونیكی ابداع شده اند . تكنولوژی صفحه ای سیلیكان نه فقط بر تولید مدارات مجتمع غلبه می كند بلكه یك عنصر تعیین كننده در تولید بسیاری از سنسورهای سیلیكانی نیز می باشد.

این امر منجر به مزایای زیر می شود:
1- ساخن كم هزینه سنسورها به تعداد زیاد
2- مینیاتور سازی سنسور و تجمع یك پارچه سنسور و الكترونیك
3- ساخت سنسورهای چند گانه
ماده اصلی سیلیكان معمولاً توسط انتشار اتم های ناخالص یا تزریق یون تقویت می شود. و با استفاده از آن اتصالات P-N ، لایه های با هدایت مختلف و لایه های توقف حك شده تولید می شود.
از می توان برای لایه های عایق كننده استفاده نمود . و یك پروسه اپی تكسیال مانند رسوب دادن سیلیكان تك كریستالی با تقویت لازم بر روی زمینه تك كریستالی مثل سیلیكان یا یاقوت كبود را امكان پذیر می سازد كه این لایه های اپی تكسیال اطلاعات مشخصه عناصر را بهبود می بخشد.

فصل دوم

سنسورهای اكوستیكی ؛ سنسورهای صوتی و كاربردهای آن :
سنسوهای اكوستیكی ، سنسورهای صوتی روی كریستالهای پیزو الكتریك پایه گذاری شده اند.
مثالهایی از این وسایل عبارتند از سنسورهای صوتی با پایداری زیاد و شتاب سنج ها . برای كاهش هزینه در سنسورهای صوتی یك تكنولوژی یك پارچه مورد نیاز است كه در آن عناصر سنسورها و مدار الكتریكی روی همان ماده اولیه تولید می شوند.وسیله های یكپارچه دارای مزیت حساسیت بالا هستند كه برای طراحی و ساخت سنسورهای صوتی یكپارچه سازگار با تكنولوژی VLSI تنها به یك پیزو الكتر یك نیازمند است.
مشخصات پیزو الكتریك معمولی به وسیله مفهوم پیزو الكتریك شرح داده می شود كه بیان كننده توزیع قطبهای الكتریكی ( قطبیت ) وچگونگی واكنش های پیزو الكتریك به فشارهای الكتریكی كه بوسیله امواج دپلاریزاسیون ( غیر قطبی) منتشر می شوند می باشد. كشش های مكانیكی روی طبقات ویژه كریستالها منجر به خطی شدن میدانهای قطبی می شوند. در موازنه نیروهای كرنش كریستالی بوسیله نیروهای قطبی درونی متعادل می شوند . وقتی كه این موازنه بوسیله عملكرد میدان الكتریكی خارجی یا نیروهای مكانیكی خارجی توزیع می شوند،نشر میدان غیر قطبی ، یك میدان نا متعادل برای نگهداری موازنه اولیه بوجود خواهد آورد. اگر نیروی خارجی از یك میدان الكتریكی ناشی از ولتاژهای كاربردی باشد باز هم میدان متناسب برای موازنه بوجود خواهد آمد. فرایند ساخت لایه كریستال ساده پیزو الكتریك روی مواد نیمه هادی بسیار مشكل و در بعضی موارد غیر ممكن است خوشبختانه در اغلب موارد یك جهت مختصاتی ( محور ) در لایه پیزو الكتریك حذف می شود كه برای تولید سنسورهای كاربردی مناسب است.
در دهه گذشته تعداد زیادی محقق مشخصه هایی از لایه پیزو را كه منجربه رشد و ترقی و ایجاد كار بردهای مختلف شد ارایه دادند كه سه لایه كاربردی در صنعت سنسور سازی Pzt,ALN,ZNO می باشند .

منابع و ماخذ

1) WWW.National semiconductor’s temperature sensor
Handbook
2) http..// WWW. OMEGA . com / literature / strain
3) http // WWW. Tech . com – techincfo
4) WWW. Ecs. Soton . ac . uk / publications
5) culshaw . b . : optical fiber sensing & signal processing
6 ) سنسورهای نیمه هادی S.M.S.ZE semiconducto sensors
7) اصول و كاربرد سنسورها :
تالیف : پیتر هایتمن ترجمه مهندس نوید نقی زادگان و مهندس مهران صباحی و مهندس لادن اجلالی

لینک کمکی