در زندگی روزمره ما، سنسورها همه‌جا هستند و بی‌سروصدا نقش خود را ایفا می‌کنند. این قطعات چه در خانه‌ها و دفاتر کار باشند چه در خودروهای ما، به ساده‌تر کردن کارهای روزمره‌مان کمک می‌کنند. تصور کنید وارد اتاقی می‌شوید و چراغ‌ها به طور خودکار روشن می‌شوند، یا درب پارکینگ به‌صورت خودکار باز می‌شود تا داخل ساختمان شوید و خودروتان را پارک کنید؛ این‌ها تنها چند نمونه از موارد متعددی هستند که سنسورها در آن نقش مهمی ایفا می‌کنند. سنسورها نه‌تنها زندگی را آسان‌تر می‌کنند، بلکه می‌توانند با تشخیص خطراتی مانند دود یا آتش، ما را ایمن نگه دارند. در این مطلب، می‌خواهیم به این پرسش پاسخ دهیم که سنسور چیست و چه انواعی دارد و چگونه در کاربردهای مختلف از آن استفاده می‌شود.

سنسور چیست؟ 

سنسور (Sensor) یا حسگر که به‌عنوان مبدل یا ترنسدیوسر (Transducer) نیز شناخته می‌شود، قطعه‌ای است که تغییر در محیط را تشخیص می‌دهد و به برخی از خروجی‌های یک سیستم دیگر پاسخ می‌دهد. سنسور یک پدیده فیزیکی را به یک سیگنال آنالوگ قابل‌اندازه‌گیری (مانند ولتاژ) یا گاهی اوقات یک سیگنال دیجیتال تبدیل می‌کند که در آخر در یک صفحه‌نمایش به صورت قابل خواندن توسط انسان تبدیل می‌شود یا برای خواندن یا پردازش بیشتر به سایر تجهیزات ارسال می‌شود. یکی از شناخته‌شده‌ترین سنسورها میکروفون است که انرژی صوتی را به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کند که می‌توان آن سیگنال را تقویت کرد، انتقال داد، ضبط و یا بازتولید کرد.

سنسورها در زندگی روزمره ما بسیار استفاده می‌شوند. به‌عنوان‌مثال، دماسنج جیوه‌ای معمولی یک نوع سنسور بسیار قدیمی است که برای اندازه‌گیری دما استفاده می‌شود. استفاده از جیوه رنگی در یک لوله بسته، بر این واقعیت متکی است که این ماده شیمیایی واکنشی ثابت و خطی به تغییرات دما دارد. با علامت‌گذاری لوله با مقادیر دما، می‌توانیم به دماسنج نگاه کنیم و ببینیم دما چقدر است. دقت این روش به دلیل اندازه گیری بصری تا حدودی محدود است، اما برای هدف موردنظر کافی است.

تصویر ۱: انواع سنسورها

این نوع دماسنج، با اینکه که در فر یا بیرون از پنجره آشپزخانه مفید است، برای کاربردهای جمع‌آوری داده مفید نیست، زیرا برای ثبت مقادیر از آن، باید خروجی دیجیتالی داشته باشیم؛ بنابراین، سنسورهای دما برای اندازه‌گیری دما و سایر پدیده‌های فیزیکی و ارائه خروجی‌ای که بتوانیم نمایش، ذخیره و تجزیه‌وتحلیل کنیم، اختراع شده‌اند. در ادامه، با روش‌های دسته‌بندی سنسورها و رایج‌ترین و محبوب‌ترین سنسورها آشنا می‌شویم. 

معیار دسته‌بندی سنسور چیست؟

طبقه‌بندی‌های مختلفی از سنسورهای مختلف وجود دارد که برخی بسیار ساده و برخی بسیار پیچیده ( میتونید دسته بندی های مختلف سنسور ها رو در monolithicpower مطالعه کنید.) هستند. در طبقه‌بندی اول سنسورها به دودسته فعال (Active) و غیرفعال (Passive) تقسیم می‌شوند. سنسورهای اکتیو آن‌هایی هستند که نیاز به سیگنال تحریک خارجی یا سیگنال پاور دارند. از طرف دیگر، سنسورهای پسیو به هیچ سیگنال پاور خارجی نیاز ندارند و مستقیماً پاسخ خروجی را تولید می‌کنند. نوع دیگر طبقه‌بندی بر اساس ابزار تشخیص استفاده شده در سنسور است.

برخی از ابزارهای تشخیص عبارت‌اند از: الکتریکی، بیولوژیکی، شیمیایی، رادیواکتیو و غیره. طبقه‌بندی بعدی بر اساس پدیده تبدیل یعنی ورودی و خروجی است. برخی از پدیده‌های رایج تبدیل عبارت‌اند از: فوتوالکتریک، ترموالکتریک، الکتروشیمیایی، الکترومغناطیسی، ترمواپتیک و غیره. طبقه‌بندی نهایی سنسورها آنالوگ و دیجیتال است. سنسورهای آنالوگ یک خروجی آنالوگ تولید می‌کنند، یعنی یک سیگنال خروجی پیوسته با توجه به کمیت اندازه‌گیری شده میسازند. سنسور دیجیتال، بر خلاف انواع آنالوگ، با داده‌های گسسته یا دیجیتال کار می‌کند. داده‌های موجود در سنسورهای دیجیتال که برای تبدیل و انتقال استفاده می‌شوند، ماهیت دیجیتالی دارند.

انواع سنسورها به همراه کاربرد آنها

در این بخش، با انواع سنسورهایی که معمولاً در کاربردهای مختلف استفاده می‌شوند همراه با مثال آشنا می‌شویم. همه این انواع برای اندازه‌گیری یکی از خواص فیزیکی مانند دما، مقاومت، ظرفیت، رسانایی، انتقال حرارت و غیره استفاده می‌شوند. در جدول زیر انواع سنسور و نمونه‌ای از کاربرد آنها را آورده‌ایم.

در ادامه، با جزئیات خواهیم دید که کار هر نوع سنسور چیست و چه مدل‌هایی از آن در بازار وجود دارد. 

سنسور دما

یکی از رایج‌ترین و محبوب‌ترین سنسورها سنسور دما (Temperature Sensor) است. سنسور دما، همان‌طور که از نامش پیداست، دما را حس می‌کند، یعنی تغییرات دما را اندازه‌گیری می‌کند.

تصویر ۲: سنسور دما

انواع مختلفی از سنسورهای دما مانند آی‌سی‌های سنسور دما (مانند LM35 و DS18B20)، ترمیستورها، ترموکوپل‌ ها، RTD (قطعات مقاومتی دمایی) و غیره وجود دارد. سنسورهای دما می‌توانند آنالوگ یا دیجیتال باشند. در یک سنسور دمای آنالوگ، تغییرات در دما مربوط به تغییر در ویژگی فیزیکی آن مانند مقاومت یا ولتاژ است به عنوان مثال LM35 یک سنسور دمای آنالوگ کلاسیک است. در یک سنسور دمای دیجیتال، خروجی یک مقدار دیجیتال گسسته است به عنوان مثال سنسور DS18B20 یک سنسور دمای دیجیتال ساده است. سنسورهای دما در همه‌جا مانند کامپیوتر، تلفن همراه، خودرو، سیستم‌های تهویه‌مطبوع، صنایع و غیره استفاده می‌شوند.

سنسور مجاورت

سنسور مجاورت (Proximity Sensor) یک سنسور غیرتماسی است که وجود یک جسم را تشخیص می‌دهد. سنسورهای مجاورتی را می‌توان با استفاده از تکنیک‌های مختلف مانند نوری (مانند مادون‌قرمز یا لیزری)، صدا (التراسونیک)، سنسور مغناطیسی (سنسور اثر هال)، خازنی و غیره پیاده‌سازی کرد.

تصویر ۳: سنسور مجاورت

برخی از کاربردهای سنسورهای مجاورتی عبارت‌اند از: تلفن همراه، اتومبیل (پارکینگ)، صنایع (تراز اشیا)، مجاورت زمینی در هواپیما و غیره. 

سنسور شتاب 

سنسور شتاب‌سنج (Accelerometer Sensor) یک سنسور مفید است که شتاب را اندازه‌گیری می‌کند. این سنسور جهت و اندازه شتاب را تشخیص می‌دهد. سنسورهای شتاب انواع مختلفی دارند، مانند خازنی یا پیزوالکتریک که هر کدام برای کاربردهای خاصی مناسب هستند. برای مثال، شتاب‌سنج‌های خازنی معمولاً در گوشی‌های هوشمند برای تشخیص جهت‌گیری یافت می‌شوند. شتاب‌سنج‌ها می‌توانند داده‌ها را در دو شکل آنالوگ و دیجیتال خروجی دهند.

یک شتاب‌سنج آنالوگ معمولی ولتاژ خروجی خود را در پاسخ به حرکت تغییر می‌دهد. مدل‌های دیجیتال، مانند مدل‌های الکترونیک مدرن، مستقیماً داده‌های عددی را ارائه می‌کنند که برنامه‌ها می‌توانند از آن‌ها استفاده کنند. شتاب‌سنج‌ها را در دستگاه‌های مختلف، از تلفن‌های همراه و تبلت گرفته تا خودروها، می‌بینید. در این موارد، این سنسورها به کنترل پایداری و تشخیص تصادف کمک می‌کنند.

سنسور مادون قرمز (سنسور IR)

سنسور مادون‌قرمز (Infrared Sensor) یا سنسور IR سنسوری مبتنی بر نور است که در کاربردهای مختلفی مانند تشخیص نزدیکی و تشخیص اشیا استفاده می‌شود. سنسورهای IR به‌عنوان سنسور مجاورت تقریباً در همه تلفن‌های همراه استفاده می‌شوند.

تصویر ۴: سنسور IR

دو نوع سنسور مادون‌قرمز یا IR وجود دارد: نوع انتقالی (Transmissive) و نوع انعکاسی (Reflective). در سنسور مادون‌قرمز نوع انتقالی، فرستنده IR (معمولاً یک LED مادون‌قرمز) و آشکارساز IR (معمولاً یک دیود نوری) روبه‌روی یکدیگر قرار می‌گیرند به‌طوری‌که وقتی یک جسم از بین آن‌ها عبور کند، سنسور آن را تشخیص می‌دهد. نوع دیگر سنسور IR سنسور نوع بازتابی است. در این سنسور، فرستنده و آشکارساز در مجاورت یکدیگر رو‌به‌روی جسم قرار می‌گیرند.

هنگامی که یک جسم جلوی سنسور می‌آید، نور مادون‌قرمز فرستنده IR از جسم منعکس می‌شود و توسط گیرنده IR شناسایی می‌شود و در نتیجه سنسور جسم را تشخیص می‌دهد. کاربردهای مختلفی که سنسور IR در آن‌ها پیاده‌سازی می‌شود عبارت‌اند از: تلفن‌های همراه، ربات‌ها، مونتاژ صنعتی، خودرو و غیره.

سنسور فشار

سنسور فشار (Pressure Sensor) ابزاری است که نیروی اعمال شده توسط یک سیال یا گاز را اندازه‌گیری می‌کند. این سنسور می‌تواند تغییرات اندک فشار را تشخیص داده و آن را به سیگنال الکتریکی تبدیل کند. انواع مختلفی از سنسورهای فشار وجود دارد، از جمله سنسورهای پیزوالکتریک، سنسور فشارسنج و سنسورهای خازنی که هر نوع خاصیت خود را دارد. به‌عنوان‌مثال، سنسورهای پیزوالکتریک برای اندازه‌گیری فشار دینامیکی مانند امواج صوتی عالی هستند.

سنسورهای فشار همچنین می‌توانند آنالوگ یا دیجیتال باشند. در یک سنسور آنالوگ، خروجی یک سیگنال الکتریکی پیوسته است که با فشار تغییر می‌کند. از طرف دیگر، سنسورهای دیجیتال این اطلاعات را به داده‌های دیجیتال تبدیل می‌کنند که به‌راحتی توسط کامپیوتر قابل خواندن است. سنسورهای فشار در بسیاری از زمینه‌ها مانند پیش‌بینی آب‌وهوا، سیستم‌های خودرو و حتی مراقبت‌های بهداشتی که فشارخون یا شرایط تنفسی را کنترل می‌کنند، ضروری هستند.

سنسور نور

سنسور نور (Light Sensor) یکی از انواع سنسورهای مهم است. یک سنسور نور ساده که امروزه موجود است، مقاومت وابسته به نور یا LDR است. خاصیت LDR این است که مقاومت آن با شدت نور محیط نسبت معکوس دارد، یعنی وقتی شدت نور افزایش می‌یابد، مقاومت آن کم می‌شود و برعکس. با استفاده از مدار LDR می‌توانیم تغییرات مقاومت را برای اندازه‌گیری شدت نور کالیبره کنیم. دو سنسور نور دیگر وجود دارد که اغلب در طراحی سیستم‌های الکترونیکی پیچیده استفاده می‌شود. این دو مورد دیود نوری (Photo Diode) و ترانزیستور نوری (Photo Transistor) هستند. همه این سنسورها آنالوگ هستند.

تصویر ۵: سنسور نور

همچنین، سنسورهای نور دیجیتال مانند BH1750 و TSL2561 وجود دارد که می‌توانند شدت نور را محاسبه کرده و مقدار معادل دیجیتالی را ارائه دهند.

سنسور اولتراسونیک

سنسور اولتراسونیک (Ultrasonic Sensor) سنسوری از نوع غیرتماسی است که برای اندازه‌گیری فاصله و همچنین سرعت یک جسم مورداستفاده قرار می‌گیرد. سنسور اولتراسونیک بر اساس خواص امواج صوتی با فرکانس بیشتر از محدوده قابل‌شنیدن انسان کار می‌کند.

تصویر ۶: سنسور اولتراسونیک

با استفاده از زمان پیمایش موج صوتی، سنسور اولتراسونیک می‌تواند فاصله جسم را اندازه‌گیری کند (مشابه SONAR). برای اندازه‌گیری سرعت یک جسم از خاصیت داپلر موج صوتی استفاده می‌شود.

سنسور جریان و سطح

سنسور جریان و سطح (Flow and Level Sensor) برای مراقبت از مایعات و گازها مورداستفاده قرار می‌گیرند. کاربردهایی از اندازه‌گیری سرعت جریان تا بررسی میزان مایع باقیمانده در یک مخزن از مواردی هستند که سنسور جریان و سطح کاربردی هستند.

ممکن است با انواع مختلفی از سنسور جریان و سطح روبرو شوید، مانند سنسورهای اولتراسونیک که بدون تماس با مایع اندازه‌گیری می‌کنند، یا سنسورهای شناور که درست در مایع قرار می‌گیرند و با سطح بالا یا پایین می‌آیند. نسخه‌های آنالوگ سیگنالی می‌دهند که با جریان یا سطح تغییر می‌کند، درحالی‌که نسخه‌های دیجیتال سیگنال را به اعدادی تقسیم می‌کنند که خواندن و استفاده از آن آسان است. سنسورهای جریان و سطح، از سنسوری که برای اطمینان از داشتن آب کافی در دستگاه قهوه‌ وجود دارد تا کارخانه‌های بزرگ، نقش مهمی در زندگی ما دارند.

سنسور دود و گاز

یکی از سنسورهای بسیار کاربردی مرتبط با ایمنی، سنسورهای دود و گاز (Smoke and Gas Sensors) هستند. تقریباً تمامی ادارات و صنایع مجهز به چند دتکتور دود هستند که هر دود (در اثر آتش‌سوزی) را تشخیص داده و زنگ هشدار را به صدا در آورند. سنسورهای گاز بیشتر در آزمایشگاه‌ها، آشپزخانه‌ها و صنایع در مقیاس بزرگ رایج هستند. آن‌ها می‌توانند گازهای مختلفی مانند LPG، پروپان، بوتان، متان (CH4) و غیره را شناسایی کنند.

تصویر ۷: سنسور دود

امروزه سنسورهای دود (که اغلب می‌توانند دود و گاز را نیز تشخیص دهند) به‌عنوان یک اقدام ایمنی در اکثر خانه‌ها نصب می‌شوند. سری سنسورهای “MQ” مجموعه‌ای از سنسورهای ارزان برای تشخیص CO ،CO2،CH4، پروپان، بوتان، LPG و غیره هستند.

سنسور صدا 

سنسور صدا (Sound Sensor) یا میکروفون امواج صوتی را گرفته و آن‌ها را به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل می‌کند. این تبدیل به دستگاه‌ها اجازه می‌دهد صدا را تجزیه‌وتحلیل یا تقویت کنند. میکروفون‌ها انواع مختلفی دارند، مانند میکروفون دینامیک، خازنی و نواری که هر کدام برای کاربردهای متفاوتی مناسب هستند. به‌عنوان‌مثال، میکروفون‌های خازنی در تنظیمات استودیویی به دلیل حساسیت و ضبط‌های با کیفیت بالا محبوب هستند. این سنسورها می‌توانند آنالوگ یا دیجیتال باشند. میکروفون‌های آنالوگ امواج صوتی را به یک سیگنال الکتریکی پیوسته‌ای تبدیل می‌کنند که صدا را منعکس می‌کند. از سوی دیگر، میکروفون‌های دیجیتال صدا را به داده‌های دیجیتال تبدیل می‌کنند که به‌راحتی توسط کامپیوتر قابل‌پردازش است. میکروفون‌ها را در طیف گسترده‌ای از کاربردها، از تلفن‌های هوشمند و رایانه‌هایی که در ارتباطات کمک می‌کنند، تا تجهیزات صوتی حرفه‌ای و سمعک‌ها می‌توان پیدا کرد.

سنسور PIR

سنسور PIR (مادون‌قرمز پسیو یا Passive Infrared) سنسوری است که برای تشخیص حرکت استفاده می‌شود و با گرفتن نور مادون‌قرمز از اجسام در ناحیه دید خود کار می‌کند. هر زمان که چیزی گرم مانند یک شخص یا حیوان از کنار سنسور عبور کند، متوجه تغییر تابش مادون‌قرمز می‌شود و واکنش خواهد داد.

این سنسورها بخش کلیدی سیستم‌های امنیتی، کنترل روشنایی و دستگاه‌های کم‌مصرف هستند. سنسورهای PIR برای مواردی که نمی‌خواهید با روشن و خاموش‌کردن دستی زیاد با تجهیزات کار کنید، فوق‌العاده هستند. سنسورهای PIR ساده اما هوشمند هستند. آن‌ها معمولاً حجم زیادی از داده را تولید نمی‌کنند و اطلاعات آن‌ها معمولاً فقط به‌اندازه‌ای است که به کاربر بگویند حرکت وجود دارد یا خیر. این امر باعث می‌شود این سنسورها برای استفاده روزمره در خانه‌ها و مکان‌های تجاری بسیار کارآمد و قابل‌اعتماد باشند. سنسورهای PIR در سیستم‌های هشدار، درب‌های اتوماتیک و حتی در برخی اسباب‌بازی‌ها مورداستفاده قرار می‌گیرند و به بخشی رایج و درعین‌حال نامرئی از زندگی مدرن تبدیل شده‌اند.

سنسور لمسی

امروزه، سنسورهای لمسی (Touch Sensors) بخشی جدایی‌ناپذیری از زندگی ما شده‌اند. همه وسایل دارای صفحه لمسی (تلفن همراه، تبلت، لپ‌تاپ و غیره) دارای سنسور لمسی هستند. یکی دیگر از کاربردهای رایج سنسور لمسی، پدهای لمسی در لپ‌تاپ‌ها است.

سنسورهای لمسی، همان‌طور که از نام آن پیداست، لمس انگشت یا قلم را تشخیص می‌دهند. اغلب سنسورهای لمسی یا تاچ به دو نوع مقاومتی و خازنی طبقه‌بندی می‌شوند. تقریباً تمام سنسورهای لمسی مدرن از نوع خازنی هستند، زیرا دقیق‌تر هستند و نسبت سیگنال به نویز بهتری دارند. اگر می‌خواهید مدار با سنسور لمسی بسازید، ماژول‌های ارزان‌قیمتی در دسترس هستند.

تصویر ۸: سنسور لمسی

سنسور رنگ

سنسور رنگ (Color Sensor) سنسوری مفید در ساخت مدارهایی در زمینه پردازش تصویر، شناسایی رنگ، ردیابی اشیای صنعتی و غیره است. TCS3200 یک سنسور رنگی ساده است که می‌تواند هر رنگی را تشخیص دهد و موج مربعی متناسب با طول موج رنگ شناسایی شده را تولید کند.

تصویر ۹: سنسور رنگ

سنسور رطوبت

سیستم‌های پایش آب‌وهوا اغلب داده‌های دما و رطوبت را ارائه می‌دهند؛ بنابراین، اندازه‌گیری رطوبت در بسیاری از موارد یک کار مهم است و سنسورهای رطوبت (Humidity Sensors) به ما در دستیابی به آن کمک می‌کنند. اغلب، تمام سنسورهای رطوبت، رطوبت نسبی (نسبت آب موجود در هوا به حداکثر پتانسیل هوا برای نگهداری آب) را اندازه‌گیری می‌کنند. ازآنجایی‌که رطوبت نسبی به دمای هوا بستگی دارد، تقریباً تمام سنسورهای رطوبت می‌توانند دما را نیز اندازه‌گیری کنند.

تصویر ۱۰: سنسور رطوبت

سنسورهای رطوبت به نوع خازنی، نوع مقاومتی و نوع رسانای حرارتی طبقه‌بندی می‌شوند. DHT11 (مقاومتی) و DHT22 (خازنی) دو مورد از سنسورهای رطوبتی هستند که اغلب در پروژه‌های شخصی کوچک مورد استفاده قرار می گیرند.

سنسور موقعیت

سنسور موقعیت (Position Sensor) موقعیت یک جسم یا نقطه در محیط را تشخیص می‌دهد. این سنسور داده‌های موقعیت را به یک خروجی قابل‌درک، معمولاً یک سیگنال الکتریکی، تبدیل می‌کند. انواع مختلفی از سنسورهای موقعیت وجود دارد، از جمله سنسورهای موقعیت خطی، سنسورهای موقعیت چرخشی و سنسورهای زاویه. هر نوع از این سنسورها برای کاربردهای خاص طراحی شده است. به‌عنوان‌مثال، سنسورهای موقعیت خطی اغلب در تجهیزات تولیدی برای اطمینان از حرکات دقیق استفاده می‌شوند. سنسورهای موقعیت می‌توانند آنالوگ یا دیجیتال باشند. سنسورهای آنالوگ داده‌های پیوسته‌ای را ارائه می‌دهند که به‌صورت خطی با موقعیت تغییر می‌کند. سنسورهای دیجیتال داده‌های موقعیتی دقیق را در قالبی تولید می‌کنند که سیستم‌های دیجیتال بتوانند به‌راحتی تفسیر آن کنند. این سنسورها در زمینه‌های متعدد، از رباتیک که به کنترل دقیق نیازمند است، تا سیستم‌های خودرویی که باید عملکرد و ایمنی بهینه موتور تضمین شود، نقش مهمی دارند.

سنسور شیب

سنسورهای شیب (Tilt Sensors) که اغلب برای تشخیص شیب یا جهت استفاده می‌شوند، یکی از ساده‌ترین و ارزان‌ترین سنسورهای موجود هستند. پیش‌ازاین، سنسورهای شیب از جیوه تشکیل شده بودند (و ازاین‌رو گاهی اوقات به‌عنوان سوئیچ جیوه نامیده می‌شدند) اما اکثر سنسورهای شیب مدرن حاوی یک توپ غلتان هستند.

تصویر ۱۱: سنسور شیب

سنسور کرنش و وزن

سنسور کرنش و وزن (Strain and Weight Sensor) نیرو یا بار اعمال شده به یک جسم را اندازه‌گیری می‌کند. این کار با تشخیص کرنش (تغییر شکل) در زمانی که جسم تحت تنش است اتفاق می‌افتد. انواع مختلفی از این سنسورها مانند کرنش‌سنج‌ها (Strain gauges) و لودسل‌ها (Load cells) وجود دارد. کرنش‌سنج‌ها اغلب در تست‌های مکانیکی استفاده می‌شوند، درحالی‌که لودس‌ها معمولاً در ترازوها و سیستم‌های توزین صنعتی یافت می‌شوند. این سنسورها می‌توانند آنالوگ یا دیجیتال باشند.

یک سنسور آنالوگ سیگنالی را تولید می‌کند که با نیروی اعمال شده تغییر می‌کند، درحالی‌که یک سنسور دیجیتال این سیگنال را به داده‌های قابل خواندن تبدیل می‌کند. سنسورهای فشار و وزن در بسیاری از امور روزمره استفاده می‌شود. این سنسورها را در مواردی مانند ترازوهای آشپزخانه و تجهیزات صنعتی خواهید دید که اندازه‌گیری دقیق وزن بسیار مهم است. سنسورهای فشار و وزن به اطمینان از دقت در ساخت، بسته‌بندی و حتی در وسایل روزمره خانگی کمک می‌کنند.

سنسور ژیروسکوپ

سنسور ژیروسکوپ (Gyroscope Sensor) جهت‌گیری و چرخش یک جسم را اندازه‌گیری می‌کند. این سنسور به ردیابی نحوه چرخش یک جسم در جهات مختلف کمک می‌کند. ژیروسکوپ‌ها در اشکال مختلفی از جمله ژیروسکوپ‌های مکانیکی، نوری و MEMS (سیستم‌های میکروالکترومکانیکی) وجود دارند. ژیروسکوپ‌های MEMS امروزه رایج‌ترین نوع هستند که در بسیاری از لوازم الکترونیکی مصرفی یافت می‌شوند. این سنسورها می‌توانند آنالوگ یا دیجیتال باشند.

ژیروسکوپ‌های آنالوگ یک سیگنال پیوسته تولید می‌کنند که با چرخش تغییر می‌کند، درحالی‌که ژیروسکوپ‌های دیجیتال این اطلاعات را به داده‌هایی تبدیل می‌کنند که می‌توان آن را به‌راحتی توسط دستگاه‌های دیجیتال خواند. سنسورهای ژیروسکوپ در بسیاری از دستگاه‌ها، از گوشی‌های هوشمند و کنترل‌کننده‌های بازی گرفته تا پهپادها و سیستم‌های ناوبری خودرو، ضروری هستند. این تجهیزات به کارهایی مانند جهت‌گیری صفحه‌نمایش، سنجش حرکت و حفظ ثبات در پرواز کمک می‌کنند.

سنسور نوری

یک سنسور نوری (Optical Sensor) نور و تغییرات شدت نور را تشخیص می‌دهد و این اطلاعات را به یک سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کند که تجهیزات می‌توانند آن را درک کنند. انواع مختلفی از سنسورهای نوری مانند دیودهای نوری، ترانزیستورهای نوری و CCD ‌ها (دستگاه‌های همراه با شارژ) وجود دارد. هر نوع از این سنسورها برای کارهای مختلفی مانند تشخیص سطوح نور، اندازه‌گیری فاصله یا گرفتن تصاویر مناسب است. این سنسورها نیز یا آنالوگ هستند یا دیجیتال.

سنسورهای نوری آنالوگ سیگنالی را تولید می‌کنند که با شدت نور تغییر می‌کند، درحالی‌که سنسورهای دیجیتال نور را برای پردازش آسان‌تر به داده‌های دیجیتال تبدیل می‌کنند. سنسورهای نوری در بسیاری از کاربردهای روزمره استفاده می‌شوند. این سنسورها در وسایلی مانند کنترل از راه دور، تلفن‌های هوشمند و سیستم‌های ایمنی که به تشخیص حرکت، اندازه‌گیری فاصله یا تنظیم خودکار روشنایی صفحه کمک می‌کنند، یافت می‌شوند.

سنسور خازنی

یک سنسور خازنی (Capacitive Sensor) تغییرات در ظرفیت خازنی را برای اندازه‌گیری نزدیکی یا لمس یک جسم تشخیص می‌دهد و با حس کردن خواص الکتریکی جسمی که با آن در تماس است کار می‌کند. انواع مختلفی از سنسورهای خازنی وجود دارد، مانند سنسورهای لمسی مورد استفاده در دستگاه‌های صفحه لمسی و سنسورهای مجاورتی که اشیا را بدون تماس مستقیم تشخیص می‌دهند. این سنسورها می‌توانند آنالوگ یا دیجیتال باشند.

سنسورهای خازنی آنالوگ یک سیگنال پیوسته تولید می‌کنند که با ظرفیت خازنی تغییر می‌کند، در حالی که سنسورهای دیجیتال این اطلاعات را برای تفسیر آسان به داده‌های دیجیتال تبدیل می‌کنند. سنسورهای خازنی در بسیاری از وسایل روزمره یافت می‌شوند. این سنسورها در گوشی‌های هوشمند، تبلت‌ها و تاچ‌پدها برای تشخیص ورودی‌های لمسی به کار می‌روند و همچنین در کاربردهای صنعتی برای تشخیص وجود مواد بدون تماس فیزیکی استفاده می‌شوند.

سنسور پیزوالکتریک

یک سنسور پیزوالکتریک (Piezoelectric Sensor) تغییرات فشار، شتاب، دما، کرنش یا نیرو را با تبدیل آن‌ها به بار الکتریکی اندازه‌گیری می‌کند. این سنسور با استفاده از اثر پیزوالکتریک کار می‌کند که در آن مواد خاصی در اثر فشار مکانیکی بار الکتریکی تولید می‌کنند.

انواع مختلفی از سنسورهای پیزوالکتریک وجود دارد، مانند سنسورهایی که برای اندازه‌گیری ارتعاش، تشخیص ضربه یا نظارت بر تغییرات فشار استفاده می‌شوند. این سنسورها بسیار حساس هستند و می‌توانند حتی تغییرات جزئی در محیط را تشخیص دهند. سنسورهای پیزوالکتریک را می‌توان به دو شکل آنالوگ و دیجیتال یافت. سنسورهای آنالوگ یک سیگنال پیوسته تولید می‌کنند که با نیروی اعمال شده تغییر می‌کند، درحالی‌که سنسورهای دیجیتال این سیگنال را برای تجزیه‌وتحلیل آسان به داده‌های قابل خواندن تبدیل می‌کنند. سنسورهای پیزوالکتریک را در بسیاری از کاربردها، از آلات موسیقی مانند گیتاربرقی گرفته تا ماشین‌های صنعتی، دستگاه‌های پزشکی، و وسایل خانه مانند اجاق‌های مایکروویو که به تشخیص لمس یا لرزش نیاز دارند، پیدا خواهید کرد.

سنسور حرارتی

یک سنسور حرارتی (Thermal Sensor) با تشخیص تابش حرارتی یا تغییرات گرما، دما را اندازه‌گیری می‌کند. این سنسورها برای نظارت و کنترل دما در کاربردهای مختلف ضروری هستند. انواع مختلفی از سنسورهای حرارتی از جمله ترموکوپل، ترمیستور و سنسور مادون‌قرمز وجود دارد. هر نوع کاربرد خاص خود را دارد. به‌عنوان‌مثال، سنسورهای مادون‌قرمز می‌توانند دما را از فاصله دور بدون تماس مستقیم اندازه‌گیری کنند. سنسورهای حرارتی نیز می‌توانند آنالوگ یا دیجیتال باشند.

سنسورهای آنالوگ سیگنال پیوسته‌ای را ارائه می‌دهند که با تغییرات دما تغییر می‌کند، درحالی‌که سنسورهای دیجیتال این اطلاعات را به داده‌های دیجیتال تبدیل می‌کنند که به‌راحتی قابل خواندن و پردازش هستند. سنسورهای حرارتی را در طیف گسترده‌ای از دستگاه‌ها، از لوازم‌خانگی مانند اجاق‌ها و یخچال‌ها گرفته تا تجهیزات صنعتی و تجهیزات پزشکی که در آن‌ها کنترل دقیق دما ضروری است، پیدا خواهید کرد.

سنسور RFID

یک حسگر RFID (شناسایی فرکانس رادیویی) از امواج رادیویی برای خواندن و گرفتن اطلاعات ذخیره شده روی برچسب متصل به یک جسم استفاده می‌کند. این سنسور به ردیابی و شناسایی موارد بدون نیاز به تماس مستقیم یا خط دید کمک می‌کند. سنسورهای RFID انواع مختلفی دارند، مانند RFID پسیو که برای قدرت به سیگنال خواننده متکی است و RFID اکتیو که منبع تغذیه خود را برای سیگنال قوی‌تر و برد طولانی‌تر دارد.

سنسور RFID در دو نوع آنالوگ و دیجیتال وجود دارد. سنسورهای RFID آنالوگ یک سیگنال پیوسته تولید می‌کنند، درحالی‌که سنسورهای دیجیتال RFID این سیگنال را به داده‌هایی تبدیل می‌کنند که می‌توانند به‌راحتی توسط رایانه‌ها پردازش شوند. سنسورهای RFID را در کاربردهای مختلف، از مدیریت موجودی و ردیابی دارایی در انبارها گرفته تا سیستم‌های پرداخت بدون تماس و حتی ریزتراشه‌های حیوانات خانگی خواهید دید.

سنسور شیمیایی

سنسور شیمیایی (Chemical Sensor) وجود یا غلظت مواد شیمیایی را در یک محیط شناسایی و اندازه‌گیری می‌کند. این سنسور اطلاعات شیمیایی را برای تجزیه‌وتحلیل به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کند. انواع مختلفی از سنسورهای شیمیایی از جمله سنسورهای الکتروشیمیایی، سنسورهای نوری و سنسورهای نیمه‌هادی وجود دارد. هر نوع از این سنسورها برای کاربردهای مختلف مناسب است. به‌عنوان‌مثال، سنسورهای الکتروشیمیایی اغلب برای تشخیص گازهایی مانند مونوکسید کربن یا اکسیژن استفاده می‌شود.

سنسورهای شیمیایی هم می‌توانند آنالوگ باشند و هم دیجیتال. سنسورهای آنالوگ یک سیگنال پیوسته تولید می‌کنند که با غلظت ماده شیمیایی تغییر می‌کند، درحالی‌که سنسورهای دیجیتال این اطلاعات را برای پردازش و تفسیر آسان به داده‌های دیجیتال تبدیل می‌کنند. سنسورهای شیمیایی را در طیف گسترده‌ای از کاربردها، از نظارت بر محیط‌ زیست و فرایندهای صنعتی گرفته تا تشخیص‌های پزشکی و سیستم‌های ایمنی در خانه‌ها و محل‌های کار پیدا خواهید کرد.

جمع‌بندی 

در این مطلب، به این پرسش پاسخ دادیم که سنسور چیست و چه انواع دارد. همچنین، دیدیم که انواع مختلفی از سنسورها برای اندازه‌گیری پدیده‌های فیزیکی اختراع شده‌اند که برخی از آن‌ها به طور خلاصه به شرح زیر هستند:

• ترموکوپل، RTD و ترمیستور: برای اندازه‌گیری دما
• فشارسنج یا استرین گیج‌ (Strain gauge): برای اندازه‌گیری فشار روی یک جسم، به‌عنوان‌مثال فشار، کشش، وزن و غیره،
• سلول وزن‌کشی یا لود سل (Load cell): برای اندازه‌گیری وزن و بار
• سنسور LVDT: برای اندازه‌گیری جابه‌جایی
• شتاب‌سنج: برای اندازه‌گیری لرزش و شوک
• میکروفون: برای گرفتن امواج صوتی
• ترنسدیوسر جریان: برای اندازه‌گیری جریان AC یا DC
• ترانسفورماتور ولتاژ: برای اندازه‌گیری ولتاژ بالا
• سنسور نوری: برای تشخیص نور، انتقال داده و جایگزینی سنسورهای معمولی
• سنسور دوربین: برای ثبت تصاویر دو بعدی تک و پیوسته
• سنسور دیجیتال: برای شمارش روشن/خاموش گسسته، رمزگذاری خطی و چرخشی، اندازه‌گیری موقعیت و غیره
• سنسور موقعیت‌یابی (GPS): برای ثبت موقعیت طولی، طولی بر اساس GPS ،GLONASS و سایر سیستم‌های موقعیت‌یابی ماهوار‌ه‌ای.