سنسورهای نیمه هادی ویسکوزیته صوتی-بخش دوم و پایانی

به نام خدا

سنسورهای نیمه هادی ویسکوزیته صوتی: آینده مانیتورینگ کیفیت روغن

 

برای مطالعه قسمت اول این مطلب اینجا را کلیک کنید

 

علاوه بر مقدار استاندارد 512 s^-1 برش ( Standard Shear Rate) – میزان برش روغن همان مقدار تغییرات سرعت روغن یا گرادیان سرعت روغن بین دو سطح همجوار است – ویسکوزیته روغن در هر چهار دمای داده شده در مقادیر برش  1000 s^-1، 3000 s^-1، 10,000 s^-1 نیز اندازه گیری شد. لذا هر نمونه روغن اکنون یک مقدار ویسکوزیته اندازه گیری شده در دما و مقداربرش مشخص دارد. سرانجام از این مقادیر بعنوان مرجع برای مقایسه با مقادیری که از ویسکومیتر ابداعی بدست میآید، استفاده میشود.

 

ارتباط AV و DV

 

اطلاعات مربوط به ویسکوزیته همه روغن های مصنوعی شناخته شده Mobil در شکل دو ارائه شده است. در قدم بعدی، این اطلاعات به دو گروه Mobil SHC 639  و سایر روغنها تقسیم شدند. اگر تنها از یک منحنی برای تطبیق همه روغنهای تحت آزمایش استفاده کنیم، ضریب همبستگی مساوی 0.9249 و دقت آن 99% بدست خواهد آمد (شکلهای سه و چهار).  

 

شکل دو: ارتباط بین ویسکوزیته و ویسکوزیته صوتی در روغنهای ترکیبی (مصنوعی) که در دماهای متفاوت با نرخ برشی به میزان 512 اندازه گیری شده است. خط توپُر این ارتباط را بین ویسکومیتر آزمایشگاه و سنسور ویسمارت نشان میدهد در حالیکه نقاط آبی رنگ دیتای واقعی را نشان میدهند.

 

شکل سه: همان ارتباط در روغن ترکیبی موبیل SHC 639. شرایط اندازه گیریها مشابه شکل دو است.

 

 

شکل چهار: ارتباط در روغن ترکیبی موبیل (بجز SHC 639). شرایط اندازه گیری مشابه شکل دو می باشد.

 

این نکته حائز اهمییت است که شکل سه، تابع همبستگی را برای یک روغن تکی نسبت به میزان ویسکوزیته اندازه گیری شده توسط سنسور با دقت 99% نشان میدهد.

 

تمام این ضرایب همبستگی به فرم معادله چهار هستند، که در آن X ویسکوزیته صوتی (AV)، Y ویسکوزیته دینامیک (DV) و A و B پارامترهایی وابسته به نوع روغن هستند:

 

معادله چهار                                                   X=AY^B

 

در این روش تابع همبستگی بصورت تابعی ساده بدست میآید.

 

مطالعه رئولوژی : جبران میزان برش روغن

 

شکل پنج ویسکوزیته دینامیکی (DV) را در دما و برشهای متفاوت برای یک روغن انتخابی نشان میدهد. وقتی میزان برش کمتر از 1000 s^-1 است، ویسکوزیته وابستگی جدی به میزان برش را نشان نمی دهد. در 2000 s^-1 ویسکوزیته دارای مقدار حداکثری (پیک) است که توسط ارتعاش مکانیکی ویسکومیتر ایجاد شده است. در مقادیر برش بالاتر از 3000 s^-1 ویسکوزیته با میزان برش کاهش میآبد. این مسئله ممکن است در وهله اول بعنوان نازکی برش یا Shear Thinning بنظر برسد، اما در واقع این پدیده "گرمایش ویسکوز سیال" (ناشی از خود گرمایشی) است. میزان برش بالا مقدار زیادی گرما تولید و روغن را گرم می کند. ما میدانیم که نتیجه تغییر ویسکوزیتی بدلیل تغییر دماست و نه میزان برش زیرا:

 

شکل پنج: نمودار ویسکوزیته دینامیکی در برابر میزان برش. این شکل ارتعاش مکانیکی در برش 2000 s^-1 را بوضوح نشان میدهد. همچنین اتلاف گرمایش قابل توجهی بعلت اصطکاک داخلی در برش بیش از 1000 s^-1 قابل مشاهده است

 

 

1. شیب میزان برش در دمای 30 درجه زیاد، در 40 و 60 درجه سانتیگراد کمتر و در 100 درجه تقریباً صاف است. اگر این مسئله بدلیل نازکی برش پدید آمده بود باید در تمام دماها دیده میشد. چونکه حرارت ویسکوزکنندگی (توان) متناسب با ویسکوزیته است، اثر گرمایش ویسکوز در دمای 100 درجه – جاییکه ویسکوزیته حداقل است – بسیار ضعیف است.
2. اتلاف گرمای تابشی با اختلاف دما افزایش میآبد، بنابراین گرما در 100 °C  بسیار سریعتر به محیط انتشار میآبد.
3. اغلب روغنها هادی خوبی برای گرما نیستند لذا گرادیان گرمایی بین حجم روغن و لایه مرزی در میسکومیتر بوجود خواهد آمد که میزان دما در مرز بخوبی قابل کنترل است.

 

این موارد باعث پیچیده تر شدن مشکل شده و بطور کلی دمای واقعی روغن در ویسکومیتر را بیش از دمای تنظیم شده میسازد. دمای ویسکوز کننده (H) برای ویسکومیتر مخروطی و مسطح را با کمک معادله پنج می توان محاسبه کرد:

 

معادله پنج                                                       

 

که در آن τ تنش برشی بر حسب پوند بر اینچ مربع، y میزان برش بر حسب sec^-1 ، n ویسکوزیته دینامیکی بر حسب سانتی پوز، ω سرعت زاویه ای بر حسب رادیان بر ثانیه، R قطر خارجی مخروط بر حسب اینچ و α زاویه بین مخروط و صفحه بر حسب رادیان است.

 

گرمای تولیدی در مقادیر برش بالا میتواند خیلی زیاد باشد لذا گرما با مجذور سرعت زاویه ای متناسب شده است.

 

بطور خلاصه

 

توابع همبستگی که دیتای سنسور ساخته شده را به دیتای بدست آمده توسط رئومیتر ASTM در آزمایشگاه مربوط میسازد در این تحقیق بسط داده شد بطوریکه یک سنسور برش کم توانست دیتای ویسکوزیته را مشابه با مقدار بدست آمده در آزمایشگاه ایجاد کند.

 

در این تحقیق همچنین تابع درون یاب بین KV و دما برحسب درجه کلوین در برشهای متفاوت محاسبه شد و با مقدار اندازه گیری شده توسط سنسور مقایسه گردید.  همچنین مرجعی برای ویسکوزیته روغن تخمین زده شد تا در برش و دمای مفروض درون یابی شود. سرانجام اینکه برای هر روغن، یک جفت تابع

همبستگی جهت تبدیل مقدار اندازه گیری شده AV و درون یابی شده  KV مورد ارزیابی قرار گرفت و ضریب همبستگی R² برای روغنهای مجزا و گروهی تعیین شد. 

 

سنسورهای حرارتی

 

به نام خدا

سنسورهای حرارتی- بخش نخست

مقدمه

در پروسه کنترل، ثبت، اندازه گیری، و نمایش حرارت یک سیستم یا شئ اختلاف بسیاری زیادی بین مفاهیم "سنسور حرارت" و "اندازه گیری حرارت" وجود دارد. یک دماسنج جیوه ای معمولی می تواند به آسانی برای اندازه گیری دمای اتاق، یک مایع و ... مورد استفاده قرار گیرد، در حالیکه از آن نمی توان برای ثبت و کنترل دمای محیط یا شئ مورد اندازه گیری استفاده نمود. متقابلاً یک سنسور گرما نمی تواند برای نشان دادن دمای محیطی که در آن قرار گرفته شده است بتنهایی مورد استفاده قرار گیرد. سنسورهای حرارت را میتوان بطور کلی به دو گروه تماسی و غیر تماسی تقسیم کرد.

سنسور تماسی یا Contact Sensor برای اندازه گیری دمای محیط در واقع دمای خودش را را اندازه گیری می کند. با تماس این سنسور به شئ تحت کنترل یا قرار گرفتن آن در محیط تحت اندازه گیری، تعادل گرمایی بین سنسور و محیط ایجاد میشود. در این حالت جریان گرما یا Heat Flow بین محیط و سنسور وجود ندارد.

 

شکل یک - انواع سنسورهای حرارتی نیمه هادی

در سنسورهای حرارتی غیر تماسی آنچه سنجیده می شود توان حرارتی مادون قرمز یا نوری متصاعد شده ای است که از یک سطح ( یا جسم) با مساحت (یا حجم) مشخص یا قابل محاسبه دریافت می گردد.

علاوه بر این، روشهای پیشرفته ترموگرافی با تصویر برداری از اجسام و تجزیه و تحلیل تصاویر دریافتی که قادر به اندازه گیری دقیق دمای اجزای مختلف جسم است نیز در زمره سنسورهای حرارتی غیر تماسی قرار میگیرد.

شکل دو - ترمومتر لیزری دمای جسم هدف را بطور غیر تماسی اندازه گیری میکند

شکل سه - انواع دوربینهای ترموگرافی (در مدلهای پیشرفته تر می توان با تعویض لنز طیف دمای مورد نظر را ثبت و پردازش کرد)

سنسورهای حرارتی تماسی تنوع و فراوانی بسیار بیشتری نسبت به نوع غیر تماسی دارند. این سنسورها شامل: انواع ترموکوپلها TC، مقاومتهای RTD و PRT، ترمیستورها، بی متالها، ترمومترهای شیشه ای، ترمو ولها، و انواع نیمه هادی شامل دیود، ترانزیستور و آی سی های اندازه گیری و کنترل دما هستند.

علاوه بر موارد فوق می توان به میکرو ترموفیوزها و محافظهای حرارتی نیمه هادی نیز اشاره کرد. یک قطع کننده حرارتی از نوع ترموفیوز در بسیاری از مدارهای مجتمع مدرن، مادربوردها، و سیستمهای پیشرفته الکترونیکی باعث بالاتر رفتن حفاظت چیپها، CPU ها و سایر اجزای گران قیمت آنها در برابر دمای بالا میشود.

سنسورهای حرارتی فیلم ضخیم، Thermo MEMS یا سنسورهای میکروالکترومکانیکی حرارتی، و سنسورهای حرارتی پسیو موج سطحی  Surface Acoustic Waveیا بطور اختصار SAW سنسور، نیز از انواع سنسورهای تماسی بوده که امروزه کاربرد وسیعی در اندازه گیری و کنترل دمای پروسه دارند.

ترموسنسورهای غیر تماسی نیز شامل ترمومترهای IR (مادون قرمز) و لیزری، تصویربرداری حرارتی و انواع طیف سنجهای نوری است. در مطلبی تحت عنوان اندازه گیری دما به روش IR و پیشرفتهای صورت گرفته در این مورد قبلاً دو مطلب منتشر شد که برای خواندن آنها می توانید اینجا و اینجا را کلیک کنید.

بطور کلی این دسته از سنسورهای حرارتی بر مبنای قابلیت طیف منتشر شده اندازه گیری را صورت می دهند. هرچند هنوز بکارگیری این گروه از سنسورها در صنعت به فراگیری RTDها و ترموکوپلها نرسیده است اما کارآیی غیرقابل انکار آنها وقتی آشکار میشود که استفاده از انواع سنسورهای تماسی در محل مورد اندازه گیری عملاً غیرممکن میشود.

به عنوان مثال در صنایع ریخته گری فولاد، مس وسایر فلزات که با کوره های بزرگ مذاب سر و کار داریم، اگر چه استفاده از ترموکوپل بهمراه کابلهای ارتباطی دمای بالا امکان پذیر است، اما سرویس، نگهداری و تعمیرات چنین سیستم کنترلی عملاً و در شرایط بهره برداری ناممکن می نماید.

در سلسله مطالبی تحت عنوان سنسورهای حرارتی قصد آن دارم تا با معرفی انواع سنسورهای حرارتی به مطالعه ساختار آنها و بررسی سیستمهای مرتبط با آنها بپردازم.

ادامه دارد....

کلیه حقوق و مطالب مندرج در این وبلاگ محفوظ  و استفاده از آن تنها با ذکر منبع مجاز است.

 

سنسورهای نیمه هادی ویسکوزیته صوتی

سنسورهای نیمه هادی ویسکوزیته صوتی: آینده مانیتورینگ کیفیت روغن

 

نویسنده: کارن دورداگ، فوق لیسانس مهندسی مکانیک، شرکت بین المللی وکترون، هودسن، نیوهمپشایر، آمریکا (نوامبر 2007)

 

 

چکیده – با دانستن ویسکوزیته یک روغن می توانیم شرایط آنرا برآورد کنیم. دراین تحقیق یک سنسور ویسکوزیته بلادرنگ (Real Time) را بررسی کرده و نتیجه را با نتایج بدست آمده توسط یک رِاُمیتر rheometer در آزمایشگاه مقایسه می کنیم.

 

تعیین کیفیت روغن هنگام تحویل از انبار از نیازهای ضروری گروه های نگهداری و تعمیرات در صنایع است، چه برای مهندس سر گروه و چه برای سایر افراد گروه که در محیط  مشغول به کار نگهداری و تعمیرات هستند، تا بواسطه آن به اطلاعات لازم در خصوص شرایط روغن مصرفی – روانکاری، خنک سازی، سیستمهای هیدرولیک، جکها و ... – دست یابند. در روش های فعلی از ارسال نمونه های مختلف یک بشکه روغن به آزمایشگاه استفاده میشود که هم پر هزینه و هم زمانبر هستند، بخصوص وقتی پرسنل تعمیرات باید به تعویض روغن سیستم و راه اندازی آن در حداقل زمان ممکن بپردازند.

 

اندازه گیری ویسکوزیته روغن روشی بسیار سریع در تعیین شرایط آن است و بعنوان پارامتری بسیار مهم در تعیین آماده بکار بودن دستگاه مطرح می شود. شرکت وکترون روشی بسیار سریع، بلادرنگ، آنلاین، مستقیم و باصرفه را معرفی کرده است که می تواند مکمل اسپکتروسکپی IR و سایر روشهای تخمین شرایط روغن باشد. در این روش بصورت آنلاین اطلاعات مربوط به ویسکوزیته لحظه ای و دمای روغن در یک رنج گسترده بدون استفاده از بخشهای متحرک – که خود باعث تغییرات اندک در ویسکوزیته روغن میشوند – ارائه میشود.

 

شکل یک نمایی از این سنسور ویسکوزیته برشی (Shear Viscosity) را نشان می دهد که میتواند ویسکوزیته ی صوتی (AV)، حاصلضرب ویسکوزیته دینامیک (DV)، و چگالی جرمی را اندازه بگیرد. بدلیل اینکه DV یا ویسکوزیته سینماتیکی (KV) در صنعت مونیتورینگ روغن بیشتر مورد استفاده قرار میگیرد، این مقاله شامل روشهایی در برقراری ارتباط بین AV و DV  و ارائه اطلاعات در مورد سیالاتی می باشد که ویسکوزیته آنها وابسته به میزان برش Shear است.

 

                         

             شکل یک -سنسور موسوم به ویسمارت برای اندازه گیری شرایط روغن

 

پروتکل تست: روغنهای مصنوعی و معدنی این آزمون به دو گروه تمیز و آلوده دسته بندی شدند. در این مقاله تنها نتایج مربوط به روغنهای مصنوعی ارائه میشود. مقادیر ویسکوزیته روغنها توسط rheometer مدل AR2000 از شرکت TA اینسترومنت در دماهای 30، 40، 60، و 100 درجه سانتیگراد اندازه گیری شدند. بر مبنای این اطلاعات تابع درون یابی بصورت معادله شماره یک در دماهای متوسط برای ویسکوزیته بدست آمد:

 

معادله شماره یک                                             

 

در این معادله:

cSt ویسکوزیته سینماتیکی است

B، A0، A1، و A2 مقادیر تجربی هستند

و Tkelvin دمای محیط بر حسب درجه کلوین است

 

از معادله شماره یک میتوان به معادله شماره دو زیر رسید:

 

معادله شماره دو                  

 

مقادیر چگالی نیز در همان دماهایی که ویسکوزیته اندازه گیری شد توسط یک چگالی سنج اندازه گیری و از روی آن تابع چگالی بصورت معادله شماره 3 بدست آمد:

 

 معادله شماره سه                                           

 

در این معادله "ρ" چگالی است و مقادیر "ρ0" تا "ρ2" در تعیین نقاط منحنی بکار گرفته شده اند.

 

ادامه دارد ...

 

 

 

 

جدیدترین اخبار سنسور

به نام خدا

 

جدیدترین اخبار حوزه سنسور و تکنولوژیهای مربوط به آن

 

هفتم دسامبر 2007 : ناسا برای مطالعه ی تشعشعات نزدیک زمین از یک ناوگان بالونی استفاده میکند – آژانس مدیریت ماموریت علوم، وابسته به ناسا، اعلام کرده است که مبلغ 9.3 میلیون دلار به دانشگاه دارتموث Dartmouth واقع در هانوفر در نیوهمپ شایر اعطا می کند تا صرف پروژه ای شود که قرار است درسال 2013 و 2014 تعداد 40 بالون را در ارتفاع زیاد بکارگیرد تا بر روی تشعشعات ناشی از بادهای خورشیدی در محلی موسوم به کمربندهای Van Allen تحقیق کند.  این دو کمربند محتوی ذرات باردار ناشی از بادهای خورشیدی هستند که توسط میدان مغناطیسی زمین احاطه شده اند و تشعشات آن برای فضانوردان، ماهواره ها و هواپیماهایی که در ارتفاع بالا پرواز میکنند بسیار خطرناک است. دانشمند و فیزیکدان آمریکایی جیمز آلفرد ون آلن برای نخستین بار درسال 1958 به وجود این کمربندها پی برد. این بالونها تحت پروژهای با عنوان Balloon Array for Radiation-belt Relativistic Electron Losses یا  BARREL از قطب جنوب به پرواز درخواهند آمد تا میزان نفوذ این تشعشعات خطرناک به اتمسفر زمین را بررسی کنند. این پروژه بخشی از"برنامه زندگی با یک ستاره" ی ناساست و هدف از آن درک تغییرات خورشیدی، چگونگی پاسخ سیستم سیارات، و بررسی نحوه تغییرات در فعالیت بشر است. جهت نظارت دقیق و بدست آوردن اطلاعات موردنیاز، در سیستم مانیتورینگ این بالونها از بیش از 230 نوع سنسور مختلف در زمینه تغییرات جوی، گاز، و انرژیهای خورشیدی استفاده خواهد شد.

 

 

هفتم دسامبر 2007: شرکتهای پیکسل پلاس و شارپ، سنسورهای تصویری سیستم روی چیپ یا SoC را توسعه می دهند – این دو شرکت درپاسخ به تقاضای رو به رشد دوربینهای مافوق فشرده ای که می توانند درون دستگاههای موبایل نصب شوند، به توسعه مشترک سنسورتصویری PO5030 زده اند.

شرکت کره ای پیکسل پلاس یک شرکت تولید ویفرهای نیمه هادی است که کار طراحی، توسعه، و بازاریابی سنسورهای تصویری CMOS را برای کاربردهای مصرفی مختلف انجام میدهد، اعلام کرد که درگیر توسعه مشترک سنسورهای تصویری سیستم روی چیپ SoC با همکاری شرکت ژاپنی شارپ شده است.

در سه ماهه اول سال 2007 این قرارداد با شرکت ژاپنی شارپ منعقد شد تا سنسور تصویری پیشرفته PO5030 VGA SoC یا به اختصار PO5030 را توسعه دهند و در ژولای 2007 از اولین نمونه های ساخته شده این سنسورها که از تکنولوژی پیکسل پلاس2 و تکنولوژی CCD شارپ در آنها استفاده شده است، رونمایی شد.  PO5030 یکی ازکوچکترین و فشرده ترین بخشهای ارائه شده درتکنولوژی صنایع تصویربرداری است که اپتیکال سایز Optical Sizeآن 0.1 اینچ برمبنای 2.2 میکرون پیکسل است. با توسعه آتی این سنسورها، پکسل پلاس امیدوار است که در آینده به تولید سنسورهای تصویری SoC در اندازه های 1.3، 2.0، و 3.2 مگاپیکسل بپردازد.

 

 

 

شکل دو - نمونه ای از سنسور تصویر SoC که در فضایی به مساحت 100 میکرومترمربع جای داده شده است. این سنسور مدل D750-EMPHIS300 می باشد.

 

 

 

 

 

 

 

 

هفتم دسامبر 2007: شرکت لوما سنس LumaSense اعلام کرد که قصد دارد به تولید سنسورجدید فیبر نوری برای محیطهای صنعتی خشن بپردازد – شرکت تولید کننده سنسورهای حرارتی و گاز صنعتی و ارائه دهنده سنسورهای الکترونیکی، اپتوالکترونیکی، پزشکی، و صنایع تولید برق، اعلام کرد که نسل جدید سیستمهای اندازه گیری فیبر نوری سری Luxtron 800 را برای کنترل و نظارت بر دمای محیطهای سخت صنعتی با ولتاژ بالا، و دارای امواج الکترومغناطیسی EMI، RF، MRI، و میکروویو را تولید میکند. Luxtron 800 دارای دو کانال اندازه گیری 4 یا 10 هرتزی و مجهز به پورت خروجی RS-232 و آنالوگی است که میتواند برای دانلود دیتا یا ارتباط با سایر ادوات کنترلی مورد استفاده قرار بگیرد.

 

 

ششم دسامبر 2007 – بر مبنای تحقیق صورت گرفته توسط BCC Research بازار جهانی سنسورهای خودرو در سال 2007 بالغ بر 8 بیلیون دلار و در سال 2012 با رشدی معادل 10.8 درصد در سال به 13.5 بیلیون دلار خواهد رسید.

این تحقیق به صورت جزیی به موارد بکارگیری این سنسورها در سیستم گیربکس، شاسی، و بدنه نیز پرداخته است. سنسورهای بکاررفته در سیستم گیربکس در این تحقیق با بیشترین سهم، مبلغ 4.7 بیلیون دلار در سال 2007 را بخود اختصاص داده اند که پیش بینی میشود این میزان با میانگین رشد 10.5 درصد در سال به مبلغ 7.7 بیلیون دلار در سال 2012 برسد (قابل توجه علاقمندان به تحقیق در این حوزه). در این تحقیق سنسورهای شاسی دارای ارزش تخمینی 2.1 بیلیون دلاردر سال 2007 و 3.5 بیلیون دلار در سال 2012 بوده اند. و دست آخر سنسورهای بدنه خودرو بترتیب دارای ارزشی معادل 1.3 و 2.2 بیلیون دلار در سالهای 2007 و 2012 می باشند.

بکارگیری سنسور در خودروها از اوائل دهه  80 و حدوداً بیست سال پیش آغاز شد و اکنون بصورت یکی از بزرگترین ملاحظات در طراحی خودروها درآمده است. امروزه خودروهای معمولی، کامیونها، مینی ون ها، واتومبیلهای مسابقه سنسورهای زیادی را دربر دارند تا نیازهای مشتری در خصوص ایمنی، شرایط محیط، راحتی، ارتباطات، و حتی سرگرمی را فراهم کنند.

 

 

شکل سه- نمونه ای از سنسورهای بکار گرفته شده در یک خودرو

 

پ.ن: حدوداً دو سال پیش تحقیقی را مطالعه کردم که به روشهای تعیین فشار هوای درون لاستیکها بصورت RealTime و با کمک سنسورهای SAW پرداخته بود. کار جالبی بود اگر تونستم دوباره پیداش کنم حتماً توی یک پست جدا راجع بهش توضیح خواهم داد.

خطای مجاز سنسورهای یک شبکه - Fault Tolerance Sensor Networks

به نام خدا

 یک شبکه سنسور شامل انواع مختلفی از سنسورها می باشد که با اندازه گیری کمیتهای متفاوتی نظیر دما، رطوبت، فشار و ... و ارسال آن به واحد پردازش شبکه اطلاعات مورد نیاز را ثبت میکند.

پیشرفتهای جدید در تکنولوژی ساخت سنسورها نظیر MEMS این فرصت را ایجاد نموده است تا بهمراه المان سنسور، میکروکنترلر و سیستم فرستنده و گیرنده ای روی همان بستر طراحی و ساخته شود. گسترش این بخشها باعث شده است که سنسورها بصورت گره هایی Nodes کوچک و با توان مصرفی کم قابلیت ساخت یابند. یک شبکه سنسور بیسیم در واقع متشکل از تعداد بسیار زیادی از این گره های کوچک است. شبکه های موجود در حال حاضر شامل صدها گره کوچک می باشند که با توسعه تکنولوژی ساخت سنسورها و کمتر کردن توان مصرفی آنها ( و یا استفاده از سنسورهای پسیو) در آینده انتظار میرود تعداد گره های یک شبکه سنسور به میلیونها گره بالغ شود.

شکل یک - یک شبکه سنسور نمونه

کاربردهایی نظیر استفاده از شبکه های سنسور در بیمارستانها برای چکاپِ آنلاین بیماران بستری شده (شامل سنسورهای دما، فشار، رطوبت و ...) و یا استفاده از آنها در جنگلها برای جلوگیری از خطر آتش سوزی (شامل سنسورهای دود، گاز، حرارت، رطوبت و...) - شکل دو - باعث توسعه روز افزون این تکنولوژی شده است.

شکل دو - شبکه ای از سنسورها برای اعلام وقوع آتش سوزی

توجیه اقتصادی بهمراه توسعه شبکه های خبره باعث رونق بازار شبکه های سنسور شده است. از دیگر مزایای این شبکه ها میتوان به کاهش عملیات تعمیر و نگهداری و همچنین سرعت بالای پاسخ سیستم اشاره کرد.

در کنار این مزایا، مشکلاتی نظیر فالتی شدن Faulty هر یک از گره ها بدلایلی فیزیکی (مانند قطع شدن ارتباط، تداخل کمیتهای تحت اندازه گیری و تاثیر آنها بر عملکرد سنسورهای مختلف و ...) و یا دلایلی نظیر اشکال در برنامه نویسی شبکه وبازخوانی اطلاعات دریافتی از تک تک گره ها ... باعث شده است تا عملکرد شبکه های سنسور را تحت الشعاع قرار دهد.

در این پست برای آندسته از علاقمندان که خواهان تحقیق بیشتر در زمینه خطای مجاز در سنسورهای شبکه بی سیم هستند چند مقاله تدارک دیده شده است که میتوانند با کلیک روی نام هریک آنرا دانلود کنند:

۱. Fault Tolerance Sensor Network

۲. Fault-Tolerant Clustering of Wireless Sensor Networks

۳. Fault Tolerance In Sensor Networks Using Self-Diagnosing Sensor Nodes

۴. Deploying Sensor Networks with Guaranteed Capacity and Fault Tolerance

منتظر نظرات سازنده شما هستم.

 

اندازه گیری دما به روش IR - قسمت دوم

 

بنام خدا

اندازه گیری دما به روش IR - قسمت دوم (برای خواندن بخش اول اینجا را کلیک کنید)

 

دیدن هدف و اندازه گیری دمای آن بکمک دوربین

 

حسگرهای حرارتی غیر تماسی IR از تکنیکهای مختلف "دید نوری" استفاده میکنند. در ترمومترهای ساده، بدلیل اینکه در آنها مکانیسم دید وجود ندارد، حرارت اجسام یا بطور کلی پروسه تعیین دما با تماس فیزیکی این نوع سنسورها با سطح جسم هدف امکان پذیر میشود. اما با دور شدن از هدف تحت اندازه گیری، نیاز به سنسورهای IR بیشتر و بیشتر می شود. در بعضی از موارد بویژه در کوره هایی که تحت هوای فشرده (اکسیژن) مواد مذاب درون کوره را در حرارت بالا نگه می دارند و وجود پاشش ناشی از مواد مذاب درون کوره مانع از دید در فاصله ی نزدیک و همچنین استفاده از روشهای اندازه گیری تماسی می شود، بکارگیری IR در فاصله ی دور کاربردی تر می گردد. نظیر چنین کوره هایی در فرآیند اکسیداسیون و احیای فلز مذاب در صنایع ریخته گری، تحت عنوان " کوره های مبدل" Converter Furnace کاربرد گسترده ای دارد. در چنین فضایی عملاً بکارگیری ترمومترهای تماسی غیر ممکن است و المان حسگر دما در سیستم کنترل ابزار دقیق از نوع تشعشی Radiation یا سایر حسگرهای غیرتماسی انتخاب میشود.

 

اندازه گیری دمای هدف توسط ترمومترهای IR شامل رنج وسیعی از پرتوهای باریک یکپارچه تا پرتوهای نوری تفکیک پذیر میشود. نشانه گیر لیزری این ترمومترها تک پرتویی را تولید میکند که بطور دقیق یا مرکز سطح هدف را نشانه می رود و یا دایره ای پیرامون آن میکشد. این پرتو نوری در روشنایی طبیعی روز و در محیطهای روشن و یا در اندازه گیریهای با فاصله ی زیاد ممکن است قابل رویت نباشد. اکنون اپراتور مانند یک دوربین فیلمبرداری معمولی، از درون لنز ترمومتر نقطه هدف را نشانه رفته و می بیند.

 

صرف نظر از خط دید، هدفگیری غلط ترمومتر IR منجر به نتیجه گیری اشتباه و کنترل غلط حرارت فرآیند می شود. این مسئله یک مشکل عمومی در نصب و بکارگیری ترمومترهای IR است که باید در رفع آن کوشید.

 

متغییر قابلیت انتشار 

 

قابلیت انتشار بصورت "میزان توانایی یک جسم در انتشار انرژی IR"  تعریف میشود که توسط این انرژی میتوان دمای جسم را تعیین کرد. به عبارت دقیق تر، نسبت انرژی منتشر شده توسط یک جسم به انرژی منتشر شده توسط یک جسم سیاه Black Body در همان دما را قابلیت انتشار یا قابلیت انتشار نسبی می گویند. در این تعریف جسم سیاه عبارت است از شئی که قابلیت جذب همه طول موجهای تشعشع الکترومغناطیس را دارد.  قابلیت انتشار میتواند از مقدار "صفر" (آیینه براق) تا "یک" (جسم سیاه) تغییر کند و بصورت یک کمیت نسبی و بدون واحد شناخته میشود. اغلب موجودات زنده، سطوح رنگ شده و اجسام اکسید شده قابلیت انتشاری در حدود 0.95 دارند (شکل سه - برای دیدن بهتر تصاویر آنها را کپی و ذخیره کنید):

 

        

             شکل سه- نمودار توزیع قابلیت انتشارنسبی اجسام مختلف در برابر طول موج

اجسام میتوانند انرژی را منعکس، منتقل، و یا منتشر کنند، ولی فقط انرژی منتشر شده دمای جسم را مشخص میکند. وقتی ترمومترهای IR دمای سطح یک هدف را می سنجند در واقع آنها هر سه نوع انرژی فوق را حس می کنند. خطاهای اندازه گیری در ترمومترهای IR معمولاً ناشی از انرژی منعکس شده توسط منابع نور میشود. بنابراین قویاً توصیه میشود هنگام بکارگیری این نوع ترمومترها از نصب صحیح و عدم دخالت پرتوهای اضافی و سرگردان – مانند منابع روشنایی درون کارگاه یا کارخانه – در قرائت دما اطمینان حاصل کنید.

ساختار ترمومتر IR

همانطوریکه قبلاً هم اشاره شد، این نوع ترمومترها دما را بکمک انرژی تابشی منتشر شده جسم سیاه Blackbody Radiation (در اینجا مادون قرمز) اندازه میگیرند. اگر بجای اشعه ی مادون قرمز از لیزر استفاده شود،  آنها را ترمومتر لیزری نیز می نامند. در واقع اصطلاح ترمومتر غیرتماسی یا Non-Contact Thermometer بهترین واژه برای توصیف این وسایل اندازه گیری دما از راه دور است.

ترمومتر IR شامل لنزی است که انرژی مادون قرمز منتشر شده توسط شئ هدف (یا سطحی از آن) را روی یک آشکارکننده که آنرا به سیگنال الکتریکی تبدیل می کند، متمرکز میسازد. این سیگنال بعد از جبران سازی ِ تغییرات دمای محیط، روی صفحه نمایش بعنوان دمای شئ هدف بنمایش درمیآید.   

بطور کلی یک IRT (Infrared Thermometer) مدرن دارای ساختاری مرکب از بلوکهای اصلی زیر است (شکل چهار- برای بهتر دیدن تصویر آنرا کپی و ذخیره کنید):

1.     بلوک پردازشگر و حافظه

2.     واحد تولید پالس ساعت بلادرنگ

3.     بلوک تنظیم کننده لنز و فاصله تا هدف

4.     بلوک صفحه کلید برای ورود اطلاعات و دیتای مورد نیاز

5.     بلوک ارتباط با کامپیوتر هاست Host Computerبرای ارتباط با سایر کامپیوترهای موجود در شبکه سنسورها

6.     بلوک صفحه نمایشگر دما (و در انواع بسیار پیشرفته فاصله تا هدف، زاویه نسبت به افق، و ...)

7.     خروجی ولتاژ یا جریان در محدوده ی استاندارد ابزار دقیق (مثلاً 4 تا 20 میلی آمپر)

8.     بلوکهای منبع تغذیه و مبدل آنالوگ به دیجیتال

9.     لیزر دیود (یا هر نوع دیود مادون قرمز)

10. آشکار کننده وجود سیگنال دیود

11.  آشکارساز تشعشع برگشتی سیگنال دیود از سطح هدف

12.  لنز

شکل چهار – ساختمان داخلی یک ترمومتر لیزری مدرن 

ادامه دارد...