خانه مطالب فنی آشنایی با سنسورهای شتابنگاری

امروزه اندازه ­گیری شتاب به عنوان یکی از پارامترهای سینماتیکی حرکت، یکی از نیازهای اساسی جامعه مهندسی، لرزه ­شناسی و بخش­ صنعت می­باشد. غالب سیستم­ های کنترلی و هوشمند با استفاده از اندازه­ گیری دقیق مقادیر شتاب سعی می ­نمایند پاسخی مناسب به تغییرات شرایط دینامیکی بدهند. به عنوان نمونه در غالب کشورهای پیشرفته و لرزه­ خیز از سنسورهای شتابنگاری در سامانه­ های هشدار سریع و کاهش خسارت ناشی از زلزله استفاده می­ گردد. بر این اساس اولین گام در راه ­اندازی هر سامانه و یا سیستم کنترلی آشنایی با تکنولوژی­ های موجود در آن زمینه و انتخاب راهکار مناسب می­باشد. تاکنون تلاش­های بسیاری برای ساخت سنسورهای شتابنگاری با استفاده از تکنولوژی ­های مختلف صورت پذیرفته است که بطور کلی می­توان آن­ها به صورت زیر دسته ­بندی نمود:

1. سنسورهای پاندولی: سنسورهای پاندولی جزو اولین گروه از سنسورهای شتاب­نگاری می ­باشند که مورد استفاده قرار گرفته ­اند. اساس کار این سنسورها بر اساس نوسان یک جسم یک درجه آزادی با جرم m می­باشد. در این سنسورها شتاب­ های زمین بر اساس میزان نیروی اینرسی وارد به جسم و حل معادلات حرکتی جسم قابل تعیین خواهد بود. محدودیت ­های فرکانسی و دینامیکی در ثبت شتاب ­های حرکتی و ابعاد نسبتا بزرگ این سنسورها از جمله مهمترین معایب این نوع سنسورها می­باشد.

2. سنسورهای تعادل نیرویی (Force Balance): دسته دیگری از سنسورهای شتابنگاری که در دهه ­های اخیر در طراحی سنسورهای شتابنگاری مورد توجه قرار گرفته­ اند، سنسورهای تعادل نیرویی می ­باشد. در این سنسورها با استفاده از مبدل­ هایی جابجایی­ های جسم شناسایی شده و با اعمال نیرویی مخالف از حرکت جسم جلوگیری می­گردد. بر این اساس خروجی این نوع سنسورها ولتاژی متناسب با نیروی اعمالی به جسم برای ثابت نگه داشتن آن می ­باشد. سنسورهای باند پهن سرعت (VBB) با استفاده از این تکنولوژی توانایی ثبت حرکت زمین در بازه فرکانسی و دینامیکی وسیعی را دارند.

FBA

3. سنسورهای پیزوالکتریک (Piezoelectric sensors): سنسورهای پیزوالکتریک دسته دیگری از سنسورهای شتابنگاری می­ باشد که در آن شتاب­ های حرکتی با استفاده از خواص پیزوالکترویک تعیین می­ گردد. در شتابنگارهای پیزوالکتریک متناسب با تنش ایجاد شده در ساختار میکروسکوپی کریستال ­ها ناشی از نیروهای شتابی، ولتاژی تولید خواهد شد و مبنایی برای اندازه ­گیری شتاب می گردد. در شکل زیر نحوه­ ی عملکرد شتاب­نگارهای پیزوالکتریک ارائه شده است.

Pizo

سنسورهای خازنی (Capacitive sensors): این سنسورها که امروزه با استفاده از فناوری میکروالکترومکانیک ها (MEMS) تولید می گردند به دلیل ویژگی ها و قابلیت های خاص از جمله ابعاد کوچک و هزینه پایین آن ها مورد توجه صنایع مختلف مورد توجه قرار گرفته اند. این تکنولوژی هم اکنون در سیستم های کیسه هوا خودروها، هدهای پرینترهای جوهرافشان، هدهای هارد دیسک های کامپیوترها و غیره بصورت انبوه مورد استفاده قرار میگیرد. همچنین به دلیل هزینه پایین از این تکنولوژی در سامانه های هشدار سریع، پایش سلامت سازه ها و بخش مهندسی به وفور استفاده می گردد. نحوه ی عملکرد این سنسورها بدین گونه می باشد که بر اثر جابجایی های ناشی از حرکت فاصله صفحات خازنی سنسور تغییر می نماید که منجر به تولید ولتاژی متناسب با شدت جابجایی و شتاب حرکتی می گردد. در شکل پایین نحوه ی عملکرد سنسورهای خازنی بصورت شماتیک نمایش داده شده است.

2

 

 

 



به ما بپیوندید