بررسی سنسورهای نوری و لیزری گیرنده و فرستنده


واحد ارومیه

عنوان:
بررسی سنسورهای نوری و لیزری گیرنده و فرستنده

استاد مربوطه:

تهیه و تنظیم:

پروژه جهت اخذ مدرک کارشناسی

شماره دانشجویی:

بهار 94

تقدیم به :
پدرم
که شانه های خسته اش
تکیه گاه زندگی ام بوده است

مادرم
دریای بیکران فداکاری و عشق
که وجودم برایش همه رنج
وجودش برایم همه مهر

با تشکر از
جناب ………………… که در تهیه این پروژه پایانی با بنده نهایت همکاری را داشتند و راهکارهای ارزنده ای را دراختیارم قرار دادند.

چکیده
سنسورها المان حس کننده یک سیستم می باشد که کمیت های فیزیکی مانند فشار، حرارت، رطوبت، فلو و….. را به کمیت های الکتریکی پیوسته یا غیرپیوسته و یا حتی کمیت غیرالکتریکی( مانند تغییر مقاومت داخلی سنسور) تبدیل می کند. این سنسورها در انواع دستگاه هایی اندازه گیری و سیستمهای کنترل آنالوگ و دیجیتال مانند PLC مورد استفاده قرار می گیرند. عملکرد سنسورها و قابلیت اتصال آنها به دستگاه های مختلف باعث شده است که سنسور بخشی از اجزای جدانشدنی دستگاه کنترل اتوماتیک باشد. سنسورها اطلاعات مختلف از وضعیت اجزای متحرک سیستم را به واحد کنترل ارسال نموده و باعث تغییر وضعیت عملکرد دستگاه ها می شوند.
کار تحقیقاتی و تکاملی گسترده در شاخه های مختلف تکنولوژی سنسور در سطح بین المللی آغاز شد.
حاصل این فعالیت آنست که امروزه تجارت سنسور از یکی از بالاترین نرخهای رشد سالانه بهره مند میباشد ( بین10 و20 درصد ). از آنجا که سنسورها وسیله اساسی برای بدست آوردن همه اطلاعات لازم دررابطه با وضعیت های مختلف عملیات و محیط هستند ، بنابراین آنها در امکانات کاملا جدیدی را به روی اتوماسیون طیفی از عملیات در صنعت، منزل، کارخانه، کاربردهای طبی، و سایر بخش هامی گشایند .این مثال ها برای کارخانه های تمام اتوماتیک و مجتمع آینده تنها میتواند به کمک سنسور ها تحقق یابد .
در این پروژه به بررسی عملکرد سنسورهای نوری و لیزری گیرنده و فرستنده می پردازیم.

واژگان کلیدی: کمیت فیزیکی، آنالوگ، PLC، اتوماسیون طیفی

فهرست مطالب
مقدمه……………………………………………………………………………………………………………………………………….. 7
فصل اول
* سنسورها و انواع آن ……………………………………………………………………………………………………… 10
* تعریف عبارت سنسور …………………………………………………………………………………………………….11
* سنسورهای بدون تماس …………………………………………………………………………………………………. 13
* کاربرد سنسورها …………………………………………………………………………………………………………… 13
* مشخصات سنسور …………………………………………………………………………………………………………. 19
* تکنیک هایی در تولید سنسور ……………………………………………………………………………………….. 20
فصل دوم
* سنسورهای نوری ………………………………………………………………………………………………………….. 23
* مقاومت های نوری ………………………………………………………………………………………………………. 25
* مواد نیمه هادی برای سنسورهای نوری …………………………………………………………………………….. 30
* فوتو ترانزیستور ، فوتودیود و فوتودارلینگتون ……………………………………………………………………. 31
* مدارهای تقویت کننده ی ساده ………………………………………………………………………………………. 33
* انواع مختلف آشکار ساز نوری ………………………………………………………………………………………. 36
* سنسوری نوری دارای لامپ لیزری …………………………………………………………………………………. 37
* کاربرد سنسورهای نوری ……………………………………………………………………………………………….. 47
* سنسورهای نوری یکطرفه ………………………………………………………………………………………………. 48
* سنسورهای نوری رفلکتوری …………………………………………………………………………………………… 49
* سنسورهای نوری دو طرفه ……………………………………………………………………………………………… 50
* عملکرد سنسور نوری در حالت فرستنده و گیرنده ………………………………………………………………. 51
* بسته های متفاوت سنسورنوری ……………………………………………………………………………………….. 54
* CCD و CMOS ها ………………………………………………………………………………………………….. 56
* کاربرد سنسور در کنترل سطح ……………………………………………………………………………………….. 58
* کاربرد سنسور در خط کشهای دیجیتال …………………………………………………………………………… 59
فصل سوم
* سنسورهای لیزری …………………………………………………………………………………………………………. 62
* مقدمه …………………………………………………………………………………………………………………………..63
* لیزر چیست؟ ……………………………………………………………………………………………………………….. 63
* طرز کار یک لیزر یاقوتی……………………………………………………………………………………………….. 67
* تقسیم بندی سنسور لیزری ………………………………………………………………………………………………..68
* مدار ریموت لیزری ………………………………………………………………………………………………………. 69
* عملکرد فرستنده و گیرنده در سنسور لیزری ………………………………………………………………………. 70
* محاسبه ثابت زمانی ……………………………………………………………………………………………………….. 74
* نمای یک دیود لیزری …………………………………………………………………………………………………… 75
* کاربرد سنسور لیزری …………………………………………………………………………………………………….. 77
فصل چهارم
* نتیجه گیری………………………………………………………………………………………………………………….. 88
* چکیده به انگلیسی ………………………………………………………………………………………………………… 89
* منابع فارسی …………………………………………………………………………………………………………………. 90
* منابع انگلیسی ………………………………………………………………………………………………………………. 91

فهرست شکل
فصل اول
* شکل 1-1 ………………………………………………………………………………………………………… 15
* شکل 2-1 ………………………………………………………………………………………………………………. 16
* شکل 3- 1………………………………………………………………………………………………………………. 18
فصل دوم
* شکل1-2 ……………………………………………………………………………………………………………………. 24
* شکل 2-2 …………………………………………………………………………………………………………………… 26
* شکل3-2…………………………………………………………………………………………………………………….. 27
* شکل 4-2 …………………………………………………………………………………………………………………… 31
* شکل 5-2 …………………………………………………………………………………………………………………… 32
* شکل6-2 ……………………………………………………………………………………………………………………. 36
* شکل 7-2……………………………………………………………………………………………………………………. 37
* شکل11-2 ………………………………………………………………………………………………………………….. 47
* شکل12-2 ……………………………………………………………………………………………………………………47
فصل سوم
* شکل1-3 ……………………………………………………………………………………………………………………. 72
* شکل 2-3 …………………………………………………………………………………………………………………… 75
* شکل 3-3 …………………………………………………………………………………………………………………… 76
* شکل 4-3 …………………………………………………………………………………………………………………….76
* شکل5-3 ……………………………………………………………………………………………………………………. 85
* شکل 6-3 …………………………………………………………………………………………………………………… 86
* سکل 7-3 …………………………………………………………………………………………………………………… 87

فهرست جداول
فصل دوم
* جدول 1-2 …………………………………………………………………………………………………………………. 30
فصل سوم
* جدول 1-3 …………………………………………………………………………………………………………………. 68

مقدمه :
سنسورها از نظر کیفی مرحله جدیدی را در استفاده هرچه بیشتر از همه امکاناتی که توسط علم میکروالکترونیک بوجود آمده است، بویژه در زمینه پردازش اطلاعات عرضه می کند. سنسورها رابط بین سیستمکنترل الکتریکی از یک طرف و محیط، عملیات، رشته کارها یا ماشین از طرف دیگر هستند. درگذشته تکامل سنسور قادر به هم گامی با سرعت تکامل در صنعت میکروالکترونیک نبوده است. در واقع در اواخر دهه1970 و اوایل دهه 1980 تکامل سنسور در سطح بین المللی بین سه و پنج سال عقب تر از تکامل علم میکروالکترونیک در نظر گرفته می شد. این حقیقت که ساخت عناصر میکروالکترونیک غالباً بسیار ارزانتر از وسائل اندازه گیری کننده ای سنسورهائی بود که آنها احتیاج داشتند یک مانع جدی در ازدیاد و متنوع نمودن کاربرد میکرو الکترونیک پردازشگر اطلاعات در گستره وسیعی از عملیات و رشته کارها بود. چنین اختلافی بین علم میکرو الکترونیک مدرن و تکنولوژی اندازه گیری کننده کلاسیکی تنها توانست به واسطه ظهور تکنولوژی سنسورهای مدرن برطرف شود. به این دلیل، امروزه سنسورها به عنوان یکی از عناصر کلیدی جهت تکامل پیوسته و شتابان علم میکروالکترونیک شمرده می شوند.
کار تحقیقاتی و تکاملی گسترده در شاخه های مختلف تکنولوژی سنسور در سطح بین المللی آغاز شد.
حاصل این فعالیت آنست که امروزه تجارت سنسور از یکی از بالاترین نرخهای رشد سالانه بهره مند میباشد ( بین10 و20 درصد ). از آنجا که سنسورها وسیله اساسی برای بدست آوردن همه اطلاعات لازم در رابطه با وضعیت های مختلف عملیات و محیط هستند (در مفهوم عام کلمه)، بنابراین آنها در امکانات کاملا جدیدی را به روی اتوماسیون طیفی از عملیات در صنعت، منزل، کارخانه، کاربردهای طبی، و سایر بخش ها می گشایند .این مثال ها برای کارخانه های تمام اتوماتیک و مجتمع آینده تنها میتواند به کمک سنسور هاتحقق یابد .
اگر چه سنسورها به همراه علم میکرو الکترونیک پردازشگر اطلاعات یک گام مهم رو به جلو را عرضه میدارد لیکن این تنها اولین قدم است .در این مرحله سنسورها از تعدادی از عناصر میکروالکترونیک موجود،برای مثال به شکل پردازشگرها، حافظه ها، مبدل های آنالوگ به دیجیتال یا تقویت کننده ها برای آماده نمودن سیگنال خروجی استفاده می کنند در عین حال، سنسور باید یک خروجی الکترونیکی تولید کند که به آسانی پردازش می شود .در حالت ایده آل این سیگنال به شکل یک سیگنال دیجیتالی، سازگار با باس میباشد .
همچنین احتیاج به کاهش وزن و حجم وجود دارد.دومین گام عبارت از اتّصال سنسور -سیستم میکرو الکترونیک – بخش مکانیکی می باشد .اطلاعات حاصل شده توسط سنسور در رابطه با حالت یا پیشرفت ی پروسه با عبور از یک طبقه پردازشگر سیگنال الکترونیکی وارد بخش مکانیکی )بطور کلاسیکی یک کنترلکننده ( شده و به پروسه باز خوانده می شود.زنجیره سنسور – سیستم میکروالکترونیک – بخش مکانیکی تنها در صورتی کار می کند که همه خطوط رابط سازگار باشند .این امر منجر به توصیف یک معیار مهمتر به ویژه تا جایی که به سنسور مربوط است میشود .علی رغم آگاهی گسترده در رابطه با اهمیت سنسور به عنوان یکی ازعناصرکلیدی در فرایند اتوماسیون، کسب اطلاعات جامع و مقایسه ای درباره وضعیت تکنولوژی سنسور و پیشرفت های حاصل شده در این زمینه مشکل است .این امر دارای چند دلیل زیر است:
1) سنسورهائی برای اندازه گیری بیش از 100 کمیت فیزیکی وجود دارد .اگر اندازه گیری کمیت های شیمیائی را نیز به حساب بیاوریم این رقم به چندین صد رقم بالغ می شود .
2 ) تقریبا 2000 نوع اصلی از سنسورها را میتوان طبقه بندی کرد . بین 60000 و 100000 سنسور برای اندازه گیری در حالِ پروسه ها از نظر تجاری در دنیای غرب وجود دارد.
3 ) بر طبق گزارش پایگاه داده های INSPEC هر ساله بیش از 10000 نشریه در رابطه با سنسورها منتشر می شود .
4) به سخن عام، ظهور سنسورها یا تکنولوژی های سنسور جدید تخمینا 5 الی 15 سال طول می کشد ، و همچنین فرآیندی بسیار هزینه بر می باشد.
با این وجود، دقیقا به این دلیل است که بسیار ضروری بنظر می رسد که هم سازندگان و هم مصرف کنندگان سنسورها در جریان تاریخچه ای از آنچه قبلا وجود داشته است و پیشرفت هائی که انتظار می روددر آینده رخ دهد قرار بگیرند .بنابراین اگر چه یک سازنده سنسور که در زمینه خاص کار می کند ممکن است موارد مورد علاقه خودش را بطور خیلی گذرا یا با توضیح ناکافی مشاهده کند، لیکن او باید برانگیخته شود تا افکارخود را به ماورای مرزهای رشته خودش بکشاند.
بحث سنسور دارای مشخصه چند گانگی علمی بسیار زیادی است .از سازنده سنسور گرفته تا استفاده کننده آن تخصص های خیلی زیادی متجلی میشود .این حقیقت مزایای خودش را دارد؛ برای مثال کاربرد ترکیبی یک یا چند اصل سنسور مجاز شمرده می شود .با این وجود معایبی نیز مشاهده می شود از قبیل میزان مقاومتی که در رابطه با معرفی ایده های جدید و ناشناخته وجود دارد.

فصل اول
سنسور ها و انواع آن

تعریف عبارت سنسور :
واژه سنسور از سنس یعنی احساس کردن، گرفته شده است .سنسور یعنی چیزی که می تواند احساس کند. همیشه در علم الکتروینک این نکته وجود دارد که برای اینکه بتوانید الکترونیک را در هر جایی مورد استفاده قرار بدهید، باید پدیده ها را به زبان ولتاژ و جریان تبدیل کنید .سنسورها هم برای همین ساخته شده اند؛ سنسورها در انواع مختلف بسته به نیاز مورد استفاده ساخته شده اند ، منتها همه ی سنسورها پدیده مورد بررسی را به یک سیگنال الکتریکی تبدیل می کنند یا اینکه بر سر راه یک مدار بسته می شوند؛ مثلا فتو سل ها یا سلولهای نوری که به نور حساسند : شما وقتی از سنسور نوری استفاده می کنید درحقیقت تاثیر نور را در یک فضا باآن قطعه مورد بررسی قرار می دهید .وقتی نور به فتوسل برسد یک سیگنال الکتریکی تولید می کند بررسی اینکه چه اتفاقی می افتد مربوط می شود به جنس ماده ای که در این سلولها استفاده می شود منتها نتیجه اینکه این سیگنال توسط یک مدار الکترونیکی تقویت و یا کنترل می شود در نهایت می تواند یک پالس الکتریکی باشد .برای راه اندازی یک رله و ..تفاوت سنسورها در اینکه جنس و تحریک پذیری متفاوتی دارند مثلا سنسور حرارتی یا ترما سنس که به حرارت حساس است وقتی حرارت محیط به یک درجه معین برسد بازهم همان سیگنال را تولید می کند و یا اینکه مثل یک کلید راه جریان را قطع و یا وصل می کند .. سنسورهای حساس به دود که با موارد راداکتیو ساخته می شوند و کارکردن با آنها نیاز به حساسیت بیشتری دارد بر اثر دود تحریک می شوند و باز هم یک سیگنال الکتریکی تولید می کنند .سنسورهای صوتی و حتی حساس به امواج نیز وجود دارند .در ساخت و استفاده از سنسورها این نکته وجود دارد که کدام پدیده را توسط سنسور شناسایی کنیم . در ساخت و طراحی سنسورها باید به ذکر این نکته پرداخت که از خاصیت مواد مختلف استفاده می شود و بر اساس عکس العمل مواد و عنصرهای مختلف ) در از دست دادن یا گرفتن الکترون ( ترکیباتی ساخته که دریک محفظه قرار داده می شود وبه نام سنسور در جاهای مختلف ازآنها استفاده می شود.
به طور کلی سنسور المان حس کننده ای است که کمیتهای فیزیکی مانند فشار، حرارت، رطوبت، دما، و… را به کمیتهای الکتریکی پیوسته )آنالوگ) یا غیرپیوسته (دیجیتال ( تبدیل می کند .این سنسورها در انواع مورد استفاده قرار میگیرند . PLC دستگاههای اندازه گیری، سیستمهای کنترل آنالوگ و دیجیتال مانند باعث شده است که سنسور PLC عملکرد سنسورها و قابلیت اتصال آنها به دستگاههای مختلف از جمله بخشی از اجزای جدا نشدنی دستگاه کنترل اتوماتیک باشد .سنسورها اطلاعات مختلف از وضعیت اجزای متحرک سیستم را به واحد کنترل ارسال نموده و باعث تغییر وضعیت عملکرد دستگاهها می شوند.
حسگرهای رطوبت حسگر حرکت

زوج حسگر اولتراسونیک ( مافوق صوت )

سنسورهای بدون تماس
سنسورهای بدون تماس سنسورهائی هستند که با نزدیک شدن یک قطعه وجود آنرا حس کرده و فعال می شوند .این عمل به نحوی که در شکل زیر نشان داده شده است می تواند باعث جذب یک رله ، کنتاکتور و یا ارسال سیگنال الکتریکی به طبقه ورودی یک سیستم گردد.

کاربرد سنسورها
1) شمارش تولید : سنسورهای القائی ، خازنی و نوری
2 ) کنترل حرکت پارچه و … : سنسور نوری و خازنی
3 ) کنترل سطح مخازن : سنسور نوری و خازنی و خازنی کنترل سطح
4 )تشخیص پارگی ورق : سنسور نوری
5 ) کنترل انحراف پارچه : سنسور نوری و خازنی
6 ) کنترل تردد :سنسور نوری
7) اندازه گیری سرعت :سنسور القائی و خازنی
8 ) اندازه گیری فاصله قطعه :سنسور القائی آنالوگ

مزایای سنسورهای بدون تماس
سرعت سوئیچینگ زیاد :
سنسورها در مقایسه با کلیدهای مکانیکی از سرعت سوئیچینگ بالایی برخوردارند ، بطوریکه برخی از آنها
( سنسور القائی سرعت ) با سرعت سوئیچینگ تا 25 KHz کار می کنند .

طول عمر زیاد :
بدلیل نداشتن کنتاکت مکانیکی و عدم نفوذ آب، روغن، گرد و غبار و … دارای طول عمر زیادی هستند.عدم نیاز به نیرو و فشار: با توجه به عملکرد سنسور هنگام نزدیک شدن قطعه، به نیرو و فشارنیازی نیست. قابل استفاده در محیطهای مختلف با شرایط سخت کاری: سنسورها در محیطهای با فشار زیاد،دمای بالا، اسیدی، روغنی، آب و … قابل استفاده می باشند.عدم ایجاد نویز در هنگام سوئیچینگ : به دلیل استفاده از نیمه هادی ها در طبقه خروجی، نویزهای مزاحم (Bouncing Noise) ایجاد نمی شود .
امروزه کلمه سنسور به هیچ وجه از مفاهیمی مانند میکروپرسسور، ترانسپیوتر، انواع مختلف حافظه و سایر عناصر الکترونیکی به عنوان یکی از لغات وابسته به دنیای نوآوری های تکنولوژی اهمیت کمتری راندارد با وجود این سنسور هنوز هم فاقد یک تعریف دقیق است همچنان که عباراتی از قبیل "پروب" ، " بعد سنج " ، " پیک آب " یا ترنسدیوسر " مدتها چنین بوده اند . بنابراین جای تعجب از اینکه انتشاراتی که با سنسورها سر و کار دارند غالبا بحث خود را با تعریفی از سسنسور می گشایند .کوشش های زیادی به عمل آمده است تا این کثرت تعاریف را محدود نماید .جدا از کلمه سنسور ما اصطلاحاتی از قبیل المان سنسور، سیستم سنسور، سنسور باهوش یا آگاه، تکنولوژی سنسور و غیره مواجه می شویم .چه چیزی است که در پشت کلمه سنسور به معنی توانایی SENSORIUN نهان شده است؟ کلمه سنسور یک کلمه تخصصی است که از کلمه لاتین به معنی "حس" بر گرفته شده است . پس از آشنایی با منشا مفهوم سنسور، ، senseus "حس کردن " یا تاکید کردن بر تشابه بین سنسورهای تکنیکی و اندام های حس انسانی واضح به نظر می رسد . شکل (1-1) این تشابه را نشان می دهد با وجود این ایده سنسور فراتر از این تشابه حرکت نموده و یک کلمه مترادف همه جانبه برای احساس کردن، تبدیل و ثبت مقادیر اندازه گیری شده به حساب می آید . یک سنسور یک کمیت فیزیکی معین را که باید اندازه گیری شود به شکل یک کمیت الکتریکی تبدیل می کند تغییر میدهد که می تواند پردازش شود یا بصورت الکترونیکی انتقال داده شود.بعد های فیزیکی را میتوان بر اساس دیاگرام شکل 1-2 طبقه بندی کرد. جدول 1-1 مثال هایی از بعد های فیزیکی را که سنسورها می توانند اندازه گیری کنند نشان می دهد.می توان سنسور را به یک زیر بخش عنصر حس کننده تفکیک کرد که، به عنوان نمونه ، فشار را به صورت انحراف یک غشا نیمه هادی، یا تغییری در شاخص انکسار بصورت کاهشی در شدت نور در یک فیبر نوری ثبت کند ؛ به علاوه یک عنصر تغییر دهنده یا مبدل داریم که انحراف غشا نیمه هادی ، که در آن مقاومت ها به شکل پل ساخته شده اند، را بصورت یک ولتاژالکتریکی تبدیل می نماید یا تغییری در شدت نور را با استفاده از یک پروسه تبدیل نوری الکترونی بصورت یک سیگنال الکتریکی تبدیل میکند .
یک سنسور می تواند به تنهایی از یک عنصر مبدل نیز تشکیل شود ) برای مثال یک سنسور پیزوالکترونیکی ، سنسورهای نوری( چنین تعریفی از سنسور ها هیچ محدودیتی برروی اندازه یا شکل وضع آن وضع نمی نماید.

شکل 1-1
شکل 1-1) مقایسه واضحی بین اندام های حسی که اجازه می دهد انسان ها محیط اطراف خودشان را استنباط کنند و سنسورهائی که توسط تکنولوژی تولید شده است وجود دارد .هر چند اختلاف های زیادیدیده میشود، اغلب شباهت های قابل ملاحظه ای نیز وجود دارد .آنچه که برای هر دو مورد مشترک است عبارتست از اینکه سنسور یا اندام حسی اغلب چیز زیادی برای ارائه به ما ندارد .این سیستم هوشیار است که اطلاعات را می آفریند.

تفاوت واقعی بین ابزارهای اندازه گیری کلاسیکی و سنسورها در مرحله دوم دیده می شود، یعنی درآماده
سازی و پردازش سیگنالهای الکتریکی که همیشه هدف یک سنسور است .نتیجه آنکه در اهدافی که ابزارهای اندازه گیری کلاسیکی و سنسورها باید آنها را برآورده سازند تفاوت اساسی وجود دارد.این موضوع استفاده از عبارت سنسور را موجه جلوه میکند، البته هر چند همیشه کم و بیش هم پوشانی معنائی وجود خواهدداشت. مرحله آماده سازی سیگنال به عنوان مثال شامل تقویت کردن، فیلتر سازی، تبدیل آنالوگ – دیجیتال یا موارات تصحیح ساده می باشد .مدارات الکترونیکی اجرا کننده مراحل آماده سازی سیگنال می تواند یا با سنسور بطور یکجا ساخته شوند یا از نظر مکانی از آن جدا باشند .در حالت نخست ما از سنسورهای مجتمع صحبت می کنیم .در غیر اینصورت سنسور و مدارات الکترونیکی آماده کننده سیگنال تواما اغلب به نام سیستم سنسور موسوم هستند تشریح شده است .این وجه تمایز در شکل3-1 تشریح شده است.
ابعاد مکانیکی اجسام
جامد – فاصله – شتاب – کشسانی – چگالی – ضخامت – گشتاور – سرعت – چرخش – فشار قطر -شکل – پر شدگی – سطح – سرعت – وزن – توان – طول – ارتفاع – جرم – جهت – عبور – تنش – مسافت زاویه ای -و غیره
ابعاد مکانیکی مایعات و گازها
چگالی فشار- ویسکوزی – ته -حجم – سرعت عبور سیال – عبور و غیره
ابعاد حرارتی
درجه – حرارت – جریان – گرما – تشعشع حرارتی – تشعشع نوری – شدت – نور -طول – موج – پلاریزاسیو- انعکاس – رنگ و غیره
ابعاد اکوستیکی
صدا – فشار – سرعت – انتشار- جذب – شدت فرکانس – صوت وغیره
تشعشع هسته ای
انرژی تابنده – درجه یونیزاسیون – شار – تابنده و غیره
سیگنالهای شیمیائی
غلظت – نوع مولکول یا یون – اندازه و شکل ذره – سرعت عکس العمل – رطوبت – PH – مقدار
سیگنالهای مغناطیسی و الکتریکی
اندوکتانس – ظرفیت – مقاومت – فرکانس -فاز – جریان -ولتاژ پرمیتویته – شدت میدان مغناطیسی

ابعاد مهم دیگر
تعداد – عرض پالس – زمان و غیره
با وجود این، اصطلاح " سیستم سنسور" می تواند به اتصال چندین سنسور از انواع یکسان یا مختلف نیزاشاره کند .در مورد برخی از سنسورها برای مثال،( لامسه ای یا نوری) ، اصطلاح آرایه غالبا برای توصیف همین حالت دوم بکار برده می شود .اگر طبقه الکترونیکی از پروسسورهایی استفاده می کند که بکارگیریالگوریتم های تصحیح، عملیات عیب یابی، آزمایش یا گزینش انتخابی سنسورهای مختلف را مجاز می کند،در اینصورت ما از سنسورهای هوشیار صحبت می کنیم .هر چند ایده هوشیاری در مقایسه با توانایی انسان تا حدود زیادی مورد مبالغه واقع شده است، لیکن خود آن از یک پردازش سیگنال بالنسبه سطح بالائی برخوردار نیست .چنین توانائی احتیاج به یک نرم افزار به حد کافی باهوش دارد، که معمولا به نام اسمارت نامیده می شود.

شکل3-1
شکل 3-1 ) انواع ممکن از سیستم سنسور :
الف) سیستم سنسور با ساختار گسسته ؛
ب ) سیستم سنسور با سیستم مجتمع
ج) سیستم سنسور هوشمند یا سنسور هوشمند
اصطلاح تکنولوژی سنسور به کل سنسور یا سیستم سنسور به همراه آماده سازی آن و پردازش سیگنالها به اشکال سخت افزاری و نرم افزاری مربوطه اشاره می کند .سنسورها به منظور جلب توجه استفاده کنندگانشان باید چندین نقش عمومی را بطور کامل اجرا کنند.

یک سنسور خوب باید مشخصات زیر را داشته باشد:
حساسیت کافی
درجه بالای دقت و قابلیت تولید دوباره خوب؛
درجه بالای خطی بودن
گستره دینامیکی خوب
عدم حساسیت به تداخل و تاثیرات محیطی؛
درجه بالای پایداری و قابلیت اطمینان
امید به زندگی طولانی و جایگزینی بدون مشکل
ترکیب سنسور و الکترونیک سنسور منجر به ویژگی های خاصی می شود، از جمله عبارتند از:
سیگنال خروجی بدون نویز
سیگنال خروجی سازگار با باس
احتیاج به توان پائین
اگر سنسور و الکترونیک با یکدیگر مجتمع شوند در اینصورت ویژگی های بیشتری باید برآورده شود ، از
آن جمله عبارتند از قابلیت مینیاتور سازی و قابلیت سازگاری هزینه با میکروالکترونیک.

تکنیک هایی در تولید سنسور
تکنولوژی سنسور امروزی هنوز هم بر اساس تعداد نسبتا زیادی از سنسورهای غیر مینیاتوری استوار شده است. این امر با بررسی ابعاد هندسی سنسورهائی برای اندازه گیری فاصله، توان، شتاب، سرعت، سیال عبوری، فشار و غیره مشاهده می شود. برای اکثر سنسورها این ابعاد از 10 سانتیمتر تجاوز می کند. اغلب ابعاد سنسور توسط خود سنسور تعیین نمی شود بلکه بوسیله پوشش خارجی آن مشخص می گردد. با اینوجود، حتی در چنین مواردی خود سنسورها از نظر اندازه در حد چند سانتی متر هستند. چنین سنسورهائی، که می توانند گاهی خیلی گرانبها باشند، در آینده مهم باقی خواهند ماند، برای مثال در زمینه اندازه گیری پروسه، تکنولوژی تولید و ربات ها. با این وجود، بطور موازی با این مسئله می توان تکامل دیگری را مشاهده کرد که بوسیله پیشرفت هائی در میکروالکترونیک شروع شده است. تکنولوژی میکروالکترونیک ظهور و تکامل سنسورهائی را بر انگیخته است که قابل مینیاتور سازی هستند و برای امکان تولید انبود مناسب می باشند. این امر یقینا به معنی آن نیست که تکنولوژی سنسور با همان آهنگ میکروالکترونیک تکامل خواهد یافت. هدف از مینیاتور سازی ارائه یک سری مزایا می باشد. برای مثال، اثر یک سنسور مینیاتوری بر روی پارامترهای اندازه گیری شده ضعیف است. این به معنی آنست که چنین سنسوری درجه کمتری از تداخل را ایجاد می کند و بنابراین درجه بالاتری از دقت اندازه گیری حاصل
می شود . اینرسی سنسور کاهش می یابد و سنسور توان الکتریکی کمتری را نسبت به سنسورهای کلاسیکی مصرف می کند .

تکنولوژی های میکروالکترونیک زیر اکثرا بکار برده می شوند :
تکنولوژی سیلیکان
تکنولوژی لایه نازک
تکنولوژی لایه ضخیم/ هیبرید
سایر تکنولوژی های نیمه هادی ( نیمه هادی های II – VI ˓ III -V )
پروسه های دیگری نیز در تولید سنسور بکار برده می شود، از قبیل تکنولوژی های فویل ( با چکش کاری یا غلطاندن، فلزی را به شکل یک صفحه نازک در آوردن ) و سینتر ( با گرم کردن یک ماده پودر مانند را به شکل یک جسم سفت درآوردن) ، تکنولوژی فیبر نوری، مکانیک دقیق، تکنولوژی لیزر نوری، تکنولوژی میکرو ویو و تکنولوژی های بیولوژی . بعلاوه ، تکنولوژی هائی از قبیل پلیمرها، آلیاژهای فلزی یا مواد پیزوالکتریکی نیز نقشی در تولید سنسور بازی می کنند.

فصل دوم

سنسورهای نوری

سنسور های نوری
سنسورهای نوری بر اساس نیمه هادی دارای اهمیت زیادی در زمینه اندازه گیری و تکنولوژی اتو ماسیوت هستند .با وجود این، سنسورهای نوری تنها بندرت برای اندازه گیری خود نور مورد استفاده قرارمی گیرند.
در عوض، آنها عموما بعنوان ابزاری برای اندازه گیری سایر کمیت ها از قبیل موقعیت یا مسیرحرکت بکار برده می شوند، نور نقش محیط انتقال اطلاعات را در بسیاری از سنسورها ایفا می کند. مهمترین معیار برای استفاده صنعتی سنسورها عبارتند از عمومیت سنسورها، سادگی کاربرد آنها و سازگاری آنها با دستگاه های میکرو الکترونیک .به همین علت است که امروزه سنسورهای سیلیکانی تقریبا بطور انحصاری بکار برده می شوند .سنسورهای نیمه هادی نوری وجود حامل های ایجاد شده در حجم سنسور را توسط تاثیر متقابل بین نور و نیمه هادی آشکار می کنند .حامل های آزاد توسط یونیزاسیون تولید می شوند . این فرآیند به مقدار معینی انرژی احتیاج دارد که بایستی توسط کریستال جذب شود .در یک نیمه هادی ایده آل تنها فرآیند جذب که در درجه حرارت های کم امکان پذیر است عبارت از تحریک الکترون های والانس مقید می باشد.
انرژی فوتونی مورد نیاز باید برابر یا بیشتر از مقدار شکاف باند Eg ( شکل الف 2-1 ) باشد یعنی :
Eph = hv = hc / λ = Eg
برای Si مقدار Eg در درجه حرارت اتاق ev12/1است.با وجود این در یک کریستال نیمه هادی واقعی مکانیزم های تحریک دیگری امکان پذیر است .اینها شامل جذب از طریق تغییر حالت بین باندهای مجاز وجذب از طریق سطوح بالای اعوجاج در باند ممنوعه است .با وجود این، بزرگترین اثر تحریک هنوز توسط پدیده ای به نام جذب اساسی برانگیخته می شود، یعنی جذب مستقیم باند به باند.علاوه بر اثر فتوالکتریکی داخلی (هدایت نوری) در نیمه هادی ها، حالت خاصی از اثر فتو الکتریکی خارجی (انتشار نوری) که دراتصالات فلز – نیمه هادی رخ می دهد نقشی را برای بازی کردن درسنسورهای نوری دارد .اگر فلزی به یک نیمه هادی متصل شود، در اینصورت جابجائی بار که در محل تلاقی رخ می دهد می تواند منجر به ایجاد یک ناحیه تخلیه گردد
این اثر توسط انرژی های یونیزاسیون متفاوت این دو ماده ایجاد می شود .در حالت نشان داده در شکل (ب1-2)کهn-si را با انرژی یونیزاسیونی به اندازه Φsc و یک فلز با انرژی یو نیزاسیونی به اندازه Φm را ترسیم کرده است ، اتصال حرارتی در تعادل حرارتی سبب ایجاد یک اعوجاج باند در نیمه هادی می شود .مقدار این اعوجاج برابراختلاف بین انرژی های یونیزاسیون است .
eUD = Φm – Φsc

شکل 1-2
شکل 1-2 الف ) ایجاد یک جفت الکترون – حفره از طریق جذب نوری که به طور شماتیکی یک مدل باند .
نیمه هادی نشان داده شده است (ب) مدل باند برای اتصال ایده ال بین فلز و نیمه هادی در یک اتاق شاتکی یک سد پتانسیلی به اندازه ΦB بین فلز و نیمه هادی وجود دارد ، .اگر چنین ساختاری در معرض تابش فوتونی با یک انرژی hf < ΦB قرار گیرد˓ در اینصورت الکترون های فلز به سطحی ارتقا داده می شوند که آنها را با یک انرژی وادار می سازد از این سد بگذرند و به صورت های حامل های اضافی در نیمه هادی ظاهر شوند.
به این طریق انتقال گستره حساسیت ، که توسط Eg محدود شده است، به طول موجهای بالاتر امکان پذیر است . توصیف کردن a – si و -si چند گانه با استفاده از مدل باند – انرژی امکان پذیر نیست .سیلیکان ناموزون توسط یک ضریب جذب نوری بالا و یک ظرفیت هدایت نوری بالا توصیف می شود .معیارهای کارائی از قبیل حساسیت طیفی ، حساسیت مطلق، زمان پاسخ و نسبت سیگنال به نویز به منظور ارزیابی مشخصه های سنسورهای نوری معرفی شده اند.
میتوانیم بین گروه های اساسی زیر مربوط به اجزا و اصول کارکرد تمایز قائل شویم:
1) سنسورهای نوری با کنترل – حجم از قبیل مقاومت های نوری
2) سنسورهای نوری با کنترل – محل تلاقی با تنها یک محل تلاقی از قبیل یک اتصال p-n یا ms یا با محل های تلاقی چند گانه از قبیل یک اتصال . p – n – p یا n – p – n .
مقاومت های نوری:
مقاومت های نوری هادی های نوری ساخته شده از موادی هستند که هدایت نوری آنها هنگامی که درمعرض
نور قرار داده می شوند تغییر می کند .یک نمونه شناخته شده با استفاده از مقاومت های نوری لایه-نازک فراهم می شود که از CdS چند کریستالی یا نیمه هادی های با اتصال دو ماده ای CdS/CdS تشکیل میابد . با وجود این ، پیشرفت هائی در تکنولوژی به معنی آنست که اینها توسط عناصر Si جایگزین کرده شده اند، برای مثال توسط دیودهای نوری که به منظور تشکیل مقاومت های نوری متصل می شوند .از Siتک کریستالی خالص به عنوان یک ماده مقاومت نوری بدلیل سطح نسبتا پائین تغییر مقاومت آن چشم پوشی شده است.
مشخصه های مفید تری توسط a – Si : H. ارائه شده است . .مقاومت های نوری ساخته شده از این ماده بر روی زمینه های مجزا کننده به هر دو شکل جانبی و عمودی ساخته می شوند. شکل (2-2 ) هر دو حالت ممکن را نشان می دهد . در هر دو مورد ما با یک مقاومت لایه – نازک به ضخامت 0/5-1 μm سر وکار داریم . در شکل (ب)2-2 این به یک لایه اکسید – ایندیوم- روی ( (ITO هادی ، شفاف متصل شده است .زمان پاسخ در گستره میلی ثانیه قرار دارد . چنین دستگاه هائی یک رابطه تقریبا خطی بین نور تابنده و قدرت هدایت نوری فراهم می کنند.

شکل2-2
شکل 2-2( اشکال طراحی مقاومت های نوری ساخته شده از a-Si:H
الف ) مقاومت نوری جانبی
(ب) مقاومت نوری عمودی
مقاومت وابسته به نور LDR
دیاگرام زیر یک مقاومت وابسته به نور یا LDR را با شکل مداری زیر نشان می دهد :
خطوط سولفید کادمیوم
شکل مداری

شکل3-2
سنسور نوری(حساس به نور) قسمتی از LDR خطوط موج دار سولفید کادمیوم است.انرژی نور بار اضافی آزاد دراین مواد را رها می کند، بنابراین مقاومت آن تا سطح افزایش مقاومت آلومینیوم کاهش می یابد . یک سنسور نوری از LDR به عنوان قسمتی برای تقسیم ولتاژ استفاده می کند . مدار اصلی تقسیم کننده ولتاژ ، همچنین تقسیم کننده پتانسیل نامیده می شود،که درزیر آمده :

همانطور که می بینید ، در سنسور دو مقاومت متصل شده اند.با ولتاژ ورودی،که اغلب توانی است که ولتاژ راتامین می کند، به بالای مقاومت بالایی متصل شده است.ولتاژ خروجی، ولتاژی است که از مقاومت پایینی میگذرد و به این صورت داده شده است:

یاد آوری این شاید کمک کند که مقاومت پایینی در خط بالایی ظاهر شده است چون ولتاژ خروجی در
مقاومت پایینی اندازه گیری شده است. ؟
چه اتفاقی می افتد اگر یکی از مقاومت ها در تقسیم کننده ولتاژ با مقاومت LDR جایگزین شود؟
در مدار زیر ، مقاومت بالایی 10 KΩ و مقاومت پایانی یک LDRاست:

فرض کنید LDR مقاومت 500Ω یا 0.5KΩ در پل نوری دارد و 200KΩ در تاریکی ( این مقادیر منطقی اند )
وقتی LDR در نور است ˓ خروجی به این صورت محاسبه می شود :

در تاریکی V خروجی خواهد بود:

به عبارت دیگر،این مداروقتی LDR در نور قرار دارد، ولتاز کمی را می دهد و وقتی در تاریکی قرار دارد ولتاژ زیادی را نشان می دهد.مدار تقسیم کننده ولتاژ یک ولتاژ خروجی را می دهد که با آلومینیوم تغییرمی کند.
یک زیر مجموعه سنسور که شبیه این مدار عمل می کند می تواند به عنوان یک " سنسور سیاه " تصورشود و می تواند برای کنترل مدارهای روشنایی استفاده شود که در عصرها به صورت اتوماتیک به کارمی افتد.
شاید این به طور وحشت آوری هیجان انگیز باشد،اما تقریبا هر مدار سنسوری که بتوانید فکرش رابکنید از تقسیم کننده ولتاژ استفاده می کند .هیچ راه دیگری برای ساخت سنسور زیر مجموعه ای وجود ندارد. دراینجا تقسیم کننده ولتاژ که ازLDR به جای مقاومت بالایی استفاده کرده ، نشان داده شده :

این چه تاثیری روی ولتاژ خروجی دارد؟
با اینکار عمل مدار عکس می شود , ولتاژ خروجی بیشتر می شود وقتی LDR در نور است و کمتر می شود وقتی LDR در تاریکی است.
مواد نیمه هادی برای سنسورهای نوری
مرهون سطح بالای تکامل در تکنولوژی سیلیکان، سنسورهای نوری بر اساس سیلیکان خودشان را در کاربردهای صنعتی جا انداخته اند .علی رغم این موضوع ما باید در این نقطه مقایسه ای با سایر مواد انجام دهیم تا اینکه استفاده از سنسورهای نوری در سایر گستره های طول موج مورد توجه قرار گیرند جدول 2-1 موادی را که امروزه بطور معمول در کاربردهائی در گستره های قابل دید و مادون قرمز بکار برده می شوند فهرست کرده است .حساسیت طیفی سیلیکان تقریبا در 850nm حداکثر می شوند .این به معنی آنست که منابع نوری از قبیل لیزرها یا دیود های نوری با اتصالات کلاس III – V ( GaAs ˓ GaP ˓ کریستال های مخلوط ) می توانند به آسانی برای استفاده با آشکارسازهای سیلیکانی سازگار کرده شوند .این یک مزیت بزرگ است .سیلیکان برای استفاده با فیبرهای نوری بطور خیلی خوب مناسب نیست زیرا طول موج ایده آل برای مخابرات نوری که در آن حداقل تضعیف و تفرق سیگنال رخ می دهد تقریبا 1/55µm است. محققین در حال تلاش برای ساختن آشکار ساز ایده آل برای این طول موج با استفاده از نیمه هادی های چند GaInAsP ˓ ALGaSb یا HgCdTe هستند .لایه هایی از این مواد با ترکیبی قدری ساده تر برروی کریستال تک گانه رسوب داده می شوند، برای مثال HgCdTe بر روی CdTe . ترکیبات 4 تایی نه فقط قابلیت انعطاف بیشتری را مجاز می دارند بلکه همچنین تنظیم طول موج ایده آل را نسبت به فیبروسنسور امکان پذیر می سازند.

جدول 1-2

جدول 2-1 مواد سنسور و گستره حساسیت
امروزه سنسورهای سیلیکانی و LED های GaAs/GaP برای کاربرد صنعتی فیبرهای نوری به عنوان محیط ارتباطی بکار برده می شوند. سنسورهای ژرمانیوم می تواند در طیف مادون قرمز تا 1.6µm بکار برده شود .دیودهای نوری InGaAsP در حال بدست آوردن اهمیت هستند .آشکار سازهای InSb برای گستره نیمه- مادون قرمز حداکثر تا تقریبا 7µm بکار برده می شوند با وجود این، اگر نیل به بهترین نتایج مقصود نظر باشد خنک کاری ضروری است . سنسورهای مادون قرمز برای اندازه گیری درجه حرارت و پردازش تصویر حرارتی دارای اهمیت زیادی هستند . از نقطه نظر نظامی و پنجره طول موج ،مهم دیگری بین 10 و 15µm وجود دارد . ترکیبات Hgx Cd1-x Te در این طول موج ها به عنوان مواد آشکار ساز ممکن در حال بررسی هستند .

فوتو ترانزیستور ، فوتودیود و فوتودارلینگتون :
شاید متداول ترین نوع قطعات گیرنده ی نوری وسایلی هستندکه بخش عمده ی آنها را یک تقاطع PN تشکیل داده است ،فوتوترانزیستور ها ، فوتودیود ها و فوتودارلینگتون ها از این دسته اند.در شکل زیر تعدادی از این قطعات را می بینیم : : Photodetector

شکل 4-2
این قطعات اگر به طور مستقیم بایاس شوند در اثر تابش نور به آن ها افزایش جریان عبوری ازآن ها نا چیز است اما اگر به طور معکوس بایاس شوند، قضیه کاملا متفاوت است ؛ در این حالت در تاریکی جریانی که ازآن می گذرد بسیار کم است اما با تابشنور به آن جریان زیادی از آن می گذرد.این خاصیت را با افزودن یک نیمه رسانای ذاتی بین نواحی N وP دید افزایش داد . در این صورت به این قطعات ، PIN دیود می گویند .

نماد فتو دیود

نماد PIN دیود
یک فوتوترانزیستور نیز در حالت فعال به صورت معکوس بایاس می شود و توانایی تقویت جریان BASE را دارد به عبارت دیگر هنگامی که نور به فوتو ترانزیستور می تابد ،جریانی از Collector به Emitter از آن میگذرد .
شکل زیر ساختار فوتو ترانزیستور و نماد آن را نشان می دهد .

شکل5-2
با اضافه کردن یک ترانزیستور دیگر به یک پل دارلینگتون می رسیم که قابلیت تقویت آن از ترانزیستور معمولی بیشتر است:

مدارهای تقویت کننده ی ساده :
این موضوع که سنسورها در برابر تغییرات محیط عکس العمل نشان می دهند، در بسیاری از مواقع فوق العاده مفید است، اما در برخی اوقات این عکس العمل چندان محسوس نیست، در این گونه موارد برای استفاده ی مناسب، ازتقویت کننده هایی استفاده می کنیم .در بیشتر موارد با توجه به نوع کاربرد، از تقویت کننده ها خطی استفاده می کنیم.شاید ساده ترین نوع این تقویت کننده ها همان چیزی باشد که تحت عنوان دارلینگتون دیدیم . در شکل زیر دو نوع از این پل را می بینیم، در قسمت a یک پل را با استفاده از ترانزیستور NPNو در قسمت b یک پل را با استفاده از ترانزیستور PNP می بینیم .

علاوه بر این، در مدارهای تقویت کننده ی بسیاری از تقویت کننده های عملیاتی (op-amp) استفاده میشود که دو نوع متداول آن را می بینیم:

استفاده از op-amp : به عنوان تقویت کننده سیگنال سنسور: a ) مدار دارای فوتو ترانزیستور b) در مدار دارای فوتو دیود
مدارهای خاص در مورد فوتوترانزیستورها :
همان طور که گفته شد، جریان در تاریکی و جریان در روشنایی یک فوتوترانزیستور با افزایشدما افزایش مییابند؛ مخصوصا جریان در تاریکی با افزایش دما به طور لگاریتمی افزایش می یابد . ( به نمودار3 مراجعه کنید ) .جریان تاریکی در حالت عادی در حد چند نانو آمپر است و می توان با استفاده از یک مقاومت بین پایه های base وEmitter این جریان را بیشتر از این کم کرد . این کار علاوه بر کمتر شدن جریان های تاریکی و روشنایی باعث خطی تر شدن رابطه یبین میزان روشنایی و جریان روشنایی می شود، مقدار مناسب برای RBE مقداری بیشتر از چند مگا اهم است:

( a کاهش Id از استفاده اثر در RBE
RBE استفاده اثر در IL تغییر از ( c و b
حساسیت فوتوترانزیستور :
حساسیت فوتوترانزیستور از فوتودیود بیشتر است، چون دارای تقویت کننده ی داخلی است، اما این میزان
حساسیت در اثر عوامل گوناگون تغییر می کند، لذا لازم است که از یک مقاومت متغییر (پتانسیومتر) برای
تعیین میزان حساسیت استفاده شود:

در شکل a مداری برای کنترل جریان یک ترانزیستور تقویت کننده می بینیم؛ جریان کلکتور فوتوترانزیستور، بیس ترانزیستور تقویت کننده را کنترل می کند و تغییر در حساسیت فوتوترانزیستور توسط تغییر پتانسیومتر فیدبک متصل به امیتر انجام میشود.
درشکل مداری b برای کنترل ولتاژ ترانزیستور تقویت کننده می بینیم؛ جریان کلکتور فوتوترانزیستور ولتاژی برای کنترل بیس ترانزیستور بعدی ایجاد می کند .و تغییر حساسیت فوتوترانزیستور توسط پتانسیومترانجام میشود.

انواع مختلف آشکار ساز نوری
انواع مختلف سنسور نوری
سنسور نوری برای کاربردهای نگهداری پیشگیرانه
Preventive maintance

شکل6-2
E3Z
از خانوده سنسورهایی است که مراقبتهای پیشگیریکننده دارند و از ویژگیهای آن این است که عملکردآن به صورت سنسور اکتیو یا پسیو است و خودش قابلیت چککردن آشکارسازی نابجا و غیر دقیق را دارد. همچنین حتی با پوشش کثیف هم میتواند قابلیت آشکارسازیش را به خوبی حفظ میکند و برای استفاده در محصولات متراکم و شلوغ به کار میرود.
در مدل E3Z-..-J0، دارای آلارمی است که اگر ماشین (دستگاهی که عملکرد آن و حرکت آن قرار است آشکارشود) گیر کرد یا اینکه سنسور معیوب شد به صدا درمیآید و این دو مشکل را ( گیر کردن ماشین و معیوب شدن خود سنسور) از طولانی شدن زمان وقفه اشعه نوری متوجه می شود.
در مدل E3Z-..-G0 ، عملکرد سنسور اکتیو(فعال) با تست کردن حالت نوری ورودی در گیرنده، انجام می گیرد.
در مدل E3Z-..-G 2 ، با کاور هم میتواند آشکارسازیکند، اما با کاهش قدرت همراه است.
سنسوری نوری دارای لامپ لیزری

شکل9-2

E3Z- laser خانوادهای از سنسورها بوده که جنس بدنه آنها پلاستیک فشردهشدهاست.دارای لامپهای قابل مشاهده و مرئی، که برای تثبیت موقعیت دقیق و برای کاربردهای آشکار سازی اشیا کوچک، هستند.LED با توان بالا ، برای حداکثر ذخیره سازی کارکردی و عملکردی
سنسورهای نوری برای تشخیص بطری
Bottle detection

Pet bottle detection photoelectric sensor
E3Z-B، نمای درونی سیتم های نوری را نمایان می کند تا آشکار سازی pet bottle ها( بطری های پلی اتیلن ) را مطمئن می سازد .
از سیستم های نوری منحصر به فرد omron استفاده می کند .
رنج وسیعی از بطری ها را می تواند آشکار کند ( از بطری های 500 میلی لیتری تا2 لیتری و از بطری های تکی تا بطری های ذخیره سازی بسته ای)
IP67 و IP69k برای مقاومت بالا در مقابل آب .
E3S-CR62/67

Transparent bottle sensor
طرحی خاص از سنسورهای نوری هستند که بسیار مناسب برای آشکار سازی بطری های شیشه ای هستندکه اغلب اثر double- detection را که در صورت استفاده از سنسورهای دیگر ایجاد میشد را جبران می کند و از lens effect جلوگیری می کند.
مجهز به اشعه نوری باریک (thin beam) برای فراهم کردن شمارش بطری قابل اعتماد

سنسورهای نوری کوچک(مینیاتوری)
Miniature compact

این نوع از سنسورها سایز فوقالعاده کوچک داشته و LED آنها توان بالایی دارند.کارایی عالی داشته و قطعات داخلی آنها بسیار محکم جاسازی شده اند .
طول و عرض : mm 3.5 و7 mm
IP67

شکل10-2
سایز فشرده و LED های با قدرت بالا
IP67 و IP69k برای حداکثر حفاظت در محیط های مرطوب
پوسته و بدنه بسیار سخت و محکم برای حداکثر مصونیت در مقابل نویز (EMC)
بدنه PBT TOUGH برای مقاومت مکانیکی زیاد
E3S-C

Oil-resistant, Compact photoelectric sensor in metal housing
این سنسور، هم در شکل فشرده شده است و مقاومت بسیار بالایی در مقابل نفوذ روغن دارد.
یک جایگزین با عملکرد بسیار خوب برای حداکثر قابلیت اعتماد در محیطهای کثیف و آلوده
E3S-CL

Distance setting photoelectric sensor in metal housing
مقاوم بسیار خوب در مقابل روغن ،آب و مواد شوینده
حداقل خطا بین رنگ سیاه و سفید برای داشتن حداکثر اطمینان آشکار سازی بین موارد و اشیای رنگی (E3S_CL1)
E3F2

Standard cylindrical MI8 photoelectric sensor
سنسورهایی از خانواده و سایز استوانه ای M 18 هستند که استانداردهای بالایی را در بدنه های از جنس پلاستیکی، برنجی (فلزی) یا استیلهای ضدزنگ ارائه می دهند.
در انواع مدلهای : retro-reflective , diffuse-reflective , background-suppression
از نظرویژگی price-performance بسیار مناسب بوده و همچنین برای کاربردهای استاندارد عالی است.
بدنه های پلاستیکی ،برنجی یا استیلهای ضد زنگیچ
IP67 و IP69k برای حداکثر مقاومت در مقابل آب
قابل دستیابی با مدلهای LED و اشعه نوری مخصوص
سنسور نوری با برد زیاد

Long distance sensor in plastic housing
سنسوری با بدنه پلاستیکی است که فاصله قابل تشخیص بلندm) 2 m to 2/0) دارد .در مدل های retro- reflective و diffuse-reflective موجود است . یک نوع از آن،کانکتور چرخشی( قابل جدا شدنM ( 12 و نوع دیگر آن به صورتی است که وایر از قبل متصل شده است (Pre-wired) .
E3NT

Harsh environment long- distance photoelectric sensor
سنسورهایی برای مسافت های طولانی و محیطهای سخت و ناگوار(شاید محیطهای بتنی) بوده که درمدل diffuse-reflective و retro-reflecti می باشند و بدنه آنها محکم و آلومینیومی است . در 4 نوع و مدل بهینه شده کاربردی (diffuse-reflective)
مدل(E3NTL)
(fast response ,analog out put , window heating ,long distance )
آشکارسازی مسافت برای 16 M است با بیش از retro-reflective که E3NT_Rمدل
شامل دو تا خروجی قابل برنامه ریزی برای . window teaching
شامل دو تا منشور برای آشکار سازی ثابت اشیاء رنگی
برای حداکثرمقاومت در محیط های خیس و مرطوبIP69K و IP67
سنسورهای فوتو الکتریک برای مسافتهای طولانی هستند مسافت های قابل تشخیص این دسته از سنسورها افزایش یافته است .عملکرد ذخیره سازی دارند تا قابلیت اعتماد در محیطهای آلوده را افزایش دهند. LED های توان بالا)پرنور (برای افزایش مسافت های قابل تشخیص
سنسور نوری آشکارسازلیبلها

این سنسورها به علت دارابودن سیستم نوری کواکسیال (Coaxial) ، قادرند که مارکهای روی اشیاء یا مواد ورقهای را با قابلیت اعتماد بالا فراهم کند.
اشیاء ورقهای نازک یا اشیائی که سبک هستند و به راحتی پراکنده میشوند ( پلاستیکها یا کاغذهای سبک که برای بسته بندی استفاده میشوند و براق هم هستند ( را در یک عملکرد پایدار و بدون اینکه تحت تاثیر انعکاسات آینه ای ناشی از آنها قرار گیرد، آشکارمیکند.
لنزهای اتوماتیکال برای بهینه کردن سطح آستانه ، بوسیله auto-teaching
LED سبز رنگ دارد .
E3S_G

ساطع کننده نور و گیرنده نور از قبل تنظیم شده این سنسورهای با شیار 1 سانتیمتری، آشکارسازی مارکها و فیلمهای شفاف را آسان میکند.
رنگ سبز و های قرمز LED دارای
IP65
10*35 mm : چنگالی بازی قسمت
سنسور نوری برای آشکارسازی بردهای مدارچاپی
PCB detection

Photoelectric sensor for structured object detection
این سنسورها دارای اشعه نوری خاص پهنی است، این ویژگی باعث اطمینان بخشیدن به آشکارسازی اشیاء
ساخت یافته ( اشیائی که دارای پستی و بلندی متفاوتی هستند ) شده است . بنابراین به طور مثال برای
آشکارسازی بوردهای مدار چاپی بسیار ایده آل است.
AC سنسور نوری با تغذیه
E3F2-[]z

Ac voltage sensor in cylindrical M18 housing
E3F2 خانواده از سنسور های نوری استوانه ای سایز 18 هستند که برای سوئیچینگ ولتاژهای AC &. DC به کار می روند.
دارای منبع تغذیه ی است . 24 VAC تا VAC 240 است .
از نظر استاندارد های UL و CSA تایید شده است.
E3G-M

Long distance all voltage photoelectric sensor in plastic housing
سری E3GMآشکار سازی مسافت های طولانی و با تمام رنج ها ی ولتاژی AC&DC می تواند تغذیه شوند .
E3JK

AC&DC voltage sensor in compact size housing
خانواده E3JK در سایز فشرده هستند . این سنسور ها قادرند ولتاژی در رنج 12_240 VAC و 24_240VAC را به عنوان منیع تغذیه ولتاژ فراهم کنند و برای تجهیزات AC بسیار مناسب است.
این رنج ولتاژی وسیع این سنسورها استفاده از تجهیزات ضروری متفاوت را برای نیازمندیهای مختلف ولتاژی،کاهش می دهد . دارای آمپلیفایر داخلی که توانایی پذیرش رنج ولتاژی تغذیه. در سایز فشرده است ، فقط
50H *50W * 1704 D mm فضا اشغال می کند .دارای خروجی رله ای با احتمال عمر طولانی و ظرفیت سوئیچینگ بالا 3A , 250VAC ) ) می باشد.

اشکال کاربردی سنسورهای نوری:
برخی از کاربرد سنسورها در شکلهای زیر نشان داده شده است :

شکل 11-2

شکل 12-2
سنسورهای نوری یکطرفه:
این سنسورها بر اساس ارسال امواج مادون قرمز مدوله شده و دریافت بازتابش امواج از سطوح مختلف عمل می کنند.

برخی از کاربردهای این سنسورها در شکلهای زیر نشان داده شده است:

سنسورهای نوری رفلکتوری:
این سنسورها بر اساس ارسال امواج مادون قرمز مدوله شده و دریافت انعکاس این امواج از رفلکتور عمل می کنند. برخی از کاربردهای این سنسورها در شکلهای زیر نشان داده شده است.

سنسورهای نوری دو طرفه:
این سنسورها بر اساس ارسال امواج مادون قرمز مدوله شده و دریافت این امواج توسط گیرنده که درمقابل
فرستنده نصب می شود عمل می نمایند.
برخی از کاربردهای این سنسورها در شکلهای زیر نشان داده شده است.

سنسور نوری فرستنده و گیرنده
حسگر ها در رباتیک :
سنسورها در واقع ابزار ارتباط ربات با دنیای خارج و کسب اطلاعات محیطی و نیز داخلی می باشند.انتخاب درست حسگرها تاثیر بسیار زیادی در میزان کارایی ربات دارد .بسته به نوع اطلاعاتی که ربات نیاز دارد از حسگرهای مختلفی می توان استفاده نمود:
– فاصله
– رنگ
– نور
– صدا
– حرکت و لرزش
– دما
– دود
– و…
حس گرهای مورد استفاده در رباتیک:
انواع سنسورها در رباتها مورد استفاده قرار می گیرند:
الف) حس گرهای تماسی (contact)
مهمترین کاربردهای این حسگرها به این شرح می باشد:
– 1 آشکارسازی تماس دو جسم
-2 اندازه گیری نیروها و گشتاورهایی که حین حرکت ربات بین اجزای مختلف آن ایجاد می شود .
در شکل یک میکرو سوئیچ یا حسگر تماسی نشان داده شده است .در صورت برخورد تیغه فلزی به مانع و فشرده شدن کلید زیر تیغه همانند قطع و وصل شدن یک کلید، ولتاژ خروجی سوئیچ تغییر می کند.

ب) حس گرھای ھم جواری (Proximity)
آشکارسازی اشیا نزدیک به روبات مهمترین کاربرد این سنسورها می باشد .انواع مختلفی از سنسورهای هم جواری نظیر : القایی، اثرهال، خازنی ، اولتراسونیک ، نوری ممکن است در رباتها مورد استفاده قرار گیرند.

سنسور اثر ھال
ج) حسگرهای دوربرد (Far away)
کاربرد اصلی این حسگرها به شرح زیر می باشد:
1) فاصله سنج ) لیزو و اولتراسونیک (
2) بینایی ) دوربین )
در شکل یک زوج گیرنده و فرستنده اولتراسونیک ) ماوراء صوت ( نشان داده شده است . اساس کار این حسگرها بر مبنای پدیده داپلر می باشد.

د) حسگر نوری ) گیرنده – فرستنده(
یکی از پرکاربردترین حسگرهای مورد استفاده در ساخت رباتها حسگرهای نوری هستند. حسگر نوری گیرنده- فرستنده از یک دیود نورانی ) فرستنده( و یک ترانزیستور نوری )گیرنده) تشکیل شده است .
خروجی این حسگر در صورتیکه مقابل سطح سفید قرار بگیرد 5 ولت و در صورتی که در مقابل یک سطح تیره قرار گیرد صفر ولت می باشد. البته این وضعیت می تواند در مدلهای مختلف حسگر برعکس باشد. در هر حال این حسگر در مواجهه با دو سطح نوری مختلف ولتاژ متفاوتی تولید می کند.

سنسور زوج نوری
در زیر یک نمونه مدار راه انداز زوج حسگر نوری گیرنده فرستنده نشان داده شده است. مقادیر مقاوتهای نشان داده شده در مدلهای متفاوت متغییر است و با مطالعه دیتا شیت آنها می توان مقدار بهینه مقاومت را بدست آورد.

بسته های متفاوت سنسورنوری :
به طور کلی بسته های موجود را می توان به دو دسته تقسیم کرد :
سنسورهایی کهبرای تشخیص وجوداجساماستفاده می شوند ( proximity sensors )
سنسور هایی که برای تشخیص فاصله مورد استفاده قرار می گیرند .( distance sensors )
سنسورهایی که برای تشخیص وجود اجسام مورد استفاده قرار می گیرند، معمولا از یک فرستنده مثل IR ˓ LED و یک گیرندهمثلفوتوترانزیستور استفاده می شود. نمونه ی این گونه سنسور RS05 یاسنسور های نوع OPB است، که بررسی می شود.

یک بسته گیرنده و فرستنده IR
کاربرد سنسور در دوربین دیجیتال
کاربرد سنسور در دوربین دیجیتال
از سنسور نوری به کارت حافظه
در یک دوربین که با فیلم کار می کند، عکس بر روی همان وسیله ای ثبت می شود که بعدا" نگهداری خواهد شد، یعنی فیلم نگاتیو یا اسلاید. دوربین دیجیتال با کمک گیرنده نوری خود یا سنسور، عکس را ثبت می کند .بعد از آن عکس یه یک وسیله ذخیره حقیقی تر انتقال پیدا می کند، یعنی یک کارت حافظه و پس از آن گیرنده CCD از محتوی خود تخلیه می شود
زمانیکه اطلاعات مربوط به عکس به کارت حافظه انتقال پیدا می کند، اندازه های آنالوگ ولتاژ سلولهای نوری تبدیل به اعداد دیجیتال می شوند .کلمه دیجیتال از کلمه لاتینی digitus به معنی انگشت می آید .این بدین معنی است که با انگشتان اعداد را حساب کنیم تا اینکه عدد را به شکل رقم آن بیان کنیم.
در عکاسی دیجیتال فیلمی وجود ندارد ولی سایر مراحل ثبت تصویر عکاسی سنتی با فیلم است .در عوض نوری که از طریق لنز وارد دوربین میشود توسط مجموع های از سنسورهای نوری منظم که در شکل واقعی خود یک چیپس نوری کامپیوتری است جذب میشود.
این سنسور نوری یا چیپس کامپیوتری زمانی که نور به آن برخورد نماید جریان برق الکتریکی از خود بیرون میدهد . نور کم به معنای جریان برق ضعیف و نور زیاد به معنای جریان برق نوری هستند که مورد تجزیه و تحلیل قرار میگیرند که آنرا تبدیل به پیکس میکند برای استفاده مجدد در حافظه دوربین ذخیره میشود . درحال حاضر دو نوع چیپست وجود دارد که اولین آن CCD معروف است .تعریف کامپیوتری برای Coupled Device Charge وسیله اتصال بار الکتریکی است . و نوع دوم در دوربینهای دیجیتال به نام CMOS مشهور است .
زبان کامپیوتری برای نامیدن این چیپس Complementary-Metal-Oxidesemiconductor نیمه هادی تکمیل اکسید فلز است .با اطلاعاتی که در مورد چیپسهای کامپیوتری داده شده تنها چیزی که نیاز به دانستن دارید این است که یکی به CCD و دیگری به CMOS مشهور است.
این وسیله نظیر چشم انسان ولی بصورت الکترونیکی کار می کند هر CCD از میلیون ها سلول به نام فتوسایت یا فتو دیود تشکیل شده است . این نقاط در واقع سنسور های حساس به نوری هستند که اطلاعات نوری را به یک شارژ الکتریکی تبدیل می نماید وقتی اجزای نور که فتون نامیده می شود وارد بدنه سیلیکون فتوسایت می شود ، انرژی کافی برای آزاد سازی الکترون هایی که با بار منفی شارژ شده اند ایجاد می گردد . هر چه نوربیشتری وارد فتوسایت شود ، الکترون های بیشتری آزاد می شود . هر فتوسایت دارای یک اتصال الکتریکی می باشد که وقتی ولتاژی به آن اعمال می شود ، سیلیکون زیر آن پذیرای الکترون های آزاد شده می شود و همانند یک خازن برای آن عمل می کند . بنابراین هر فتو سایت دارای یک شارژ ویژه خود می باشد که هر چه بیشترباشد ، پیکسل روشنتری را ایجاد می کند .
مرحله بعدی در این فرایند بازخوانی و ثبت اطلاعات موجود در این نقاط است . وقتی که شارژ به این نقاط وارد و خارج می شود ، اطلاعات درون آنها حذف می شود و از آنجایی که شارژ هر ردیف با ردیف دیگر کوپل می شود مثل این است که اطلاعات هر دریف پشت ردیف قبلی چیده شود . سپس سیگنال ها در حد امکان بدون نویز وارد تقویت کننده شده و سپس وارد ADC شود .
فتوسایت های روی یک CCD فقط به نور حساسیت نشان می دهد ، نه به رنگ . رنگ با استفاده از فیلتر های قرمز ˓ سبز و آبی که روی هر پیکسل گذارده شده است شناسایی می شود . برای اینکه CCD از چشم انسان تقلید کند ، نسبت فیلتر های سبز دو برابر فیلتر های قرمز و آبی است . این به خاطر این است که چشم انسان به رنگ های زرد و سبز حساس تر است . چون هر پیکسل تنها یک رنگ را شناسایی می کند ، رنگ واقعی (True color) با استفاده از متوسط گیری شدت نور اطراف پیکسل که به میان یابی رنگ مشهور است ایجاد می شود .
این سنسور با استفاده از نور ، لنز ها و منشور به همراه یک CCD یا دوربین CMOS عمل نمونه برداری را انجام می دهد این تکنولوژی در وسایل الکترونیکی مثل اسکنر به کار گرفته می شود . بسیاری از کمپانی ها ازاین تکنولوژی در سنسور استفاده می کنند.
دوربین های دیجیتال دارای یک سنسور بوده که نور را به سیگنال های الکتریکی تبدیل می نماید . در تعدادی از دوربین های دیجیتال از تکنولوژی نیمه هادی CMOS استفاده می شود . ولی نمی توان ادعا نمود که تکنولوژی فوق جایگزین سنسورهای CCD در دوربین های دیجیتال خواهد شد CCD مجموعه ای بسیارکوچک از دیود های حساس به نور بوده که مسئولیت تبدیل تصویر ( نور) به الکترون (سیگنال های الکتریکی) را بر عهده دارند ، دیود های فوق Photosites نامیده میشود .

CCD و CMOS ها :
CCD ها از کیفیت بیشتری نسبت به CMOS ها برخوردارند .
نحوه ثبت تصویر به کمک این آشکار ساز ها :
هنگامی که فتونها به سیلیکون بر خورد می کنند الکترون ها ی درون سیلیکون بر انگیخته می شوند و کوالانت که الکترون را نگه می دارد شکسته می شود . تعداد الکترون هایی که رها می شوند رابطه مستقیم با انرژی یا شدت نور دارد CCD مجموعه ای از ذرات بسیار کوچک حساس به نور است که این ذرات را photosite گویند .
این photosite ها فتون را به الکترون تبدیل می کنند . این photosite ها فتون را به الکترون تبدیل می کنند این photosite ها به تنهایی نمی توانند اطلاعاتی در مورد رنگ اجسام در اختیار قرار دهند . بنابراین برای ایجاد تصاویر رنگی بایستی از فیلتر ها استفاده نمود . چندین راه حل مختلف برای ایجاد تصاویر رنگی با استفاده از CCD ها وجود دارد . روش متداول برای ثبت سه رنگ اصلی اولیه ) قرمز و آبی و سبز ( اجسام در یک تصویر قرار دادن یک فیلتر بر روی هر photosite است.
این امکان وجود دارد که با استفاده از سنسور های مجاور یک سنسور اطلاعات کافی در مورد رنگ اجسام دریک محل خاص به دست آید . یک نمونه بسیار متداول از این فیلتر ها ، فیلتر Bayer است . این فیلتر در واقع به این صورت است که در یک ردیف فیلتر های سبز و قرمز به صورت یک در میان قرار گرفته اند و در ردیف دیگر فیلتر های آبی و سبز به صورت یک در میان .
سنسور های تصویری CCD و CMOS هر دو بوسیله photositeها نور را به الکترون تبدیل می کند .
روش CMOS در حقیقت از قابلیت انعطاف پذیری بیشتری برخوردار است زیرا مقدار هر پیکسل به صورت مستقیم خوانده شود . هر CMOS چندین ترانزیستور دارد که در پشت آن قرار گرفته است و بسیاری از فتون ها به این ترانزیستور ها بر خورد می کنند و ایجاد نویز می کنند CCD ها تصاویری با کیفیت بهتر و نویز کمتری ایجاد می کنند اما مصرف انرژی بیشتری نسبت به CMOS ها دارد . یک CCD حدودا صد مرتبه بیشتر از CMOS ها انرژی مصرف می کند.
مرحله بعدی عبارت است از خواندن مقادیر بار انباشته شده در هر سلول و تشخیص پیکسل رنگی مربوط به آن . در سنسورهای CCD بار الکتریکی شارژ شده از یک گوشه سنسور خوانده شده و ردیف به ردیف جلو می رود وبه طور همزمان یک مبدل آنالوگ به دیجیتال متناوب با تمام مقادیر دریافتی از پیکسل ها را به مقادیردیجیتالی تبدیل می کند . اما CMOS ها دارای چندین ترانزیستور مختلف در سر راه دادهها هستند که با تقویت و جا به جا کردن بار های الکتریکی توسط سیم های متصل به آنها ، مقادیر را جداگانه و تک به تک به پردازشگر ارسال می کنند هر چند که انعطاف پذیری این شیوه به مراتب بالاتر از روش سطر به سطر است و می تواند برای کاربرد هایی مثل فوکوس خودکار و اندازهگیری نور مفید واقع شود . اما عملا سیگنال در یافتی ازCCD ها شفافتر می باشد .

کاربرد سنسور در کنترل سطح :
سنسورهای نوری کنترل سطح به منظور تشخیص سطح مایعاتی مثل الکل،اتر،آب مقطر،انواع اسیدها و روغنهای صنعتی، …بکار می روند.
این سنسورها،بر مبنای ارسال امواج مادون قرمز مدوله شده و دریافت امواج شکست یافته از نوک منشوری شکل سنسور عمل می نمایند. اگر نوک سنسور در تماس با مایع باشد زاویه شکست امواج تغییر یافته و به گیرنده نمی رسند و خروجی سنسور تغییر حالت می دهد.
جنس بدنه این سنسورها از فولاد ضدزنگ و جنس پروب آنها از آکرولیک انتخاب شده است که در مقابل مایعات مختلف و اسیدها بسیار مقاوم می باشد.

کاربرد سنسور در خط کشهای دیجیتال
خط کشهای دیجیتال و کد گشائی آنها توسط سنسور نوری:
برای کنترل سیستمهای NC و CNC سنسورهایی باید مورد استفاده قرار گیرد که بتواند مقدار جابجائی برحسب متر، میلی متر و میکرو متر را به صورت سیگنال الکتریکی در اختیار قرار بدهد .در این پدیده ها شخص جائی ندارد و سنسور خود باید جابجائی ها را بسنجد .برای تبدیل دما از تغییر ولتاژ دو سر دیود زنری مشخص استفاده می شود، اما سیستمی که بتواند جابجائی را تشخیص دهد مسلماً فرق خواهد کرد.برای باور دیدگاهی که بتواند جابجائی را آشکار سازد تشخیص تعداد دور موتور مثال خوبی خواهد بود به این ترتیب که در آن می توان یک فرستنده و گیرنده نوری را در دو طرف پره ای که به روتور موتور وصل است قرار داد .با چرخش موتور این پره مسیر نور را قطع و وصل می کند و تعداد قطع و وصل مقدارچرخش را مشخص می سازد .این سنسور برای شناخت تعداد دور بسیار ساده و بسیار مناسب است .اما برای رسیدن به دقتهای بالا و برای تشخیص نصف ، یک چهارم و … از یک دور باید تکنیک ساده بالا بهبود یابد و اینها همان اصولی هستند که در انکدرهای دیجیتالی میزان چرخش و مقدار جابجائی مورد استفاده قرار می گیرند.
میزان چرخش :
زمانیکه سیستم دقت بالاتری بطلبد یعنی اینکه علاوه بر تعداد دورها به یک دوم دور، یک چهارم دور و… نیز حساس باشد یا باید در فواصل منظم بر روی دایره ای تعداد سنسورها زیادتر گردند تا آن پره تک پر در هر مکانی یکی از این سنسورها را قطع و وصل کند و یا ارزانتر و ساده تر اینکه یک سنسور قرار داده شود و درعوض تعداد پره های متصل به روتور زیاد تر گردند .این همان تکنیکی است که در خط کشهای نوع دوم یا بعبارت دیگر مقیاس بندهای نوع دوم یا چرخشی بکار می رود و در آنها یک صفحه دایره ای فلزی سوراخهای زیادی را در فواصل منظم ایجاد می کنند و این دایره به روی محوری می چرخد که این محور به روتور موتورالکتریکی وصل می شود و در پشت این پالسهای ایجاد شده یک مدار دیکدر جهت و میزان چرخش و با مدیریت پروسسور مکان دقیق را محاسبه کرده و نمایش می دهد. در حالتیکه دقت بسیار بالاتری مد نظر باشد چون که سوراخکاری صفحه فلزی از نظر مکانیکی و اندازه سوراخها محدود است به جای سوراخکاری خطوطی را روی صفحه ای شیشه ای ایجاد می کنند .
تعیین جهت چرخش:
تکنیکی که در بالا اشاره شد تنها مقدار چرخش را بیان می کند و این سنسور و مدار پشت سر آن تنها برای زمانی که موتور فقط در یک جهت حرکت می کند مناسب است و برای کاربردهای CNC و NC که موتورهای الکتریکی از قبیل سرو موتور AC و DC هستند و چرخشهای چپ گرد، راستگرد دارند این تکنیک به تنهائی کارا نیست.
عدم کارائی از اینجا ناشی می شود که یک سیستم پردازشگر وجود دارد و یک مکان شمارش که اکثراً سیستم کنترل دقیقاً پروسسور نیست. همچنین یک قسمت آسنکرون عمل کنترل جهت چرخش و تعداد دور چرخش را معین می کند و پروسسور تنها از طریق شمارنده ها به تحلیل مکان می پردازد بنابراین سنسورطوری بایدطراحی شود که جهت چرخش را نیز به مدار شمارشگر بدهد برای اینکار به جای استفاده از یک سنسور نور در مقابل سوراخهای موجود روی قرص دایره ای دو سنسور نوری قرار داده می شود و فاصله آن دو را چنان تنظیم میشود که پالسهای ایجاد شده توسط دو سنسور اختلاف فازی برابر°90 با هم داشته باشند. زمانیکه سیگنال XA از سیگنال XB بااندازه 90 درجه پیش فاز باشد نشانه راستگرد بودن چرخش و زمانیکه سیگنال XB از سیگنال XA اندازه 90 درجه پیش فاز باشد نشانه چپگرد بودن چرخش خواهد بود . بنابراین از پس فاز یا پیش فاز بودن سیگنال A نسبت به B می توان جهت حرکت را نیز تعیین کرد و حال به جای استفاده از یک شمارنده ساده ، از یک شمارنده بالا پائین شمار و یک مدار تشخیص جهت استفاده می گردد که در آن صورت در هر زمانی مقدار دقیق جابجائی نسبت به مبدا را خواهیم داشت.
مقیاس بندھای خطی :
مقیاس بندهای خطی یا به اصطلاح خط کشهای دیجیتالی نیز با تکنیکی دقیقاً مشابه مقیاس بندهای دوارساخته می شوند با این تفاوت که در اینجا خطوط مقیاس را بر روی یک صفحه نواری شیشه ای ایجاد می کنند و این نوار شیشه ای طولی به اندازه حداکثر تغییر مکان مورد نظر دارد و مشابه حالت دوار در اینجا نی نوارشیشه ای مابین فرستنده و گیرنده های نوری جابجا می شود و با قطع و وصل سیگنال نوری سیگنال الکتریکی تولید می کند . در اینجا باید متذکر شد که عرض نوارها بسیار باریک است و در خط کشهای دقت بالا این عرض به حدود چهار میکرومتر و کمتر نیز می رسد. بنابراین ریزترین باریکه های نوری نیز باعث عبور نور از مابین چند خط تاریک می شود ، پس سنسور نوری هیچگاه قطع نور را حس نمی کند. برای حل این مشکل ورنیه ای از جنس همان نوار شیشه ای طویل ساخته می شود و روی آن نیز خط هائی به پهنا و درازای خطوطی که روی نوار شیشه ای ایجاد شده است با تکنیک های مدار چاپی ایجاد می شود و آن به همراه گیرنده و فرستنده های نوری حرکت کرده و روی هم افتادگی خطوط متناظر بر روی ورنیه و نوار خط کش ، باعث عبور نور و عدم روی هم افتادگی متناظر باعث قطع نور می گردد و سیگنال الکتریکی بازای حرکت پدید می آید .
لازم به ذکر است که ورنیه در هر دو سیستم خط کش چرخشی و خطی بکار میرود .و در حالت خط کش ورنیه به همراه منابع و سنسورهای نور حرکت کرده و نوار شیشه ای ثابت است و در حالت دوار برعکس ،یعنی ورنیه به همراه منابع و سنسورهای نور ثابت بوده و نوار شیشه ای بوسیله روتور در وسط آن می چرخد.

فصل سوم
سنسور های لیزری

مقدمه:
یک نمونه از سنسورهایی که برای یک ربات میتوان انتخاب کرد سنسورهای لیزری می باشند.این سنسورها نسبت به دیگر سنسورها دارای دقت بالاتری می باشند.اما شاید به علت نبود دانش کافی و کمبود نیروی متخصص در این زمینه در کشور گروه های بسیار کمی از این تکنولوژی در روبات های ساخت خود استفاده می کنند.
در اینجا برای درک بهتر مطلب ابتدا مبحث نور و لیزر را به طور خلاصه مطرح کرده و سپس به کاربردهای آن در زمینه سنسورها و رباتیک می پردازیم. لازم به ذکر است که هنوز راه بسیار زیادی در زمینه تحقیقات و ابتکارات در این زمینه وجود دارد.

لیزر چیست؟
نور چهار مشخصه اصلی دارد :
الف- طول موج (wave length): فاصله بین دو نقطه یکسان موج می باشد که مشخص کننده رنگ موج است. با تعیین رنگ، انرژی و طول موج می توان یک موج را نسبت به دیگر موج ها سنجید. به عنوان مثال طول موج های کوتاه در طیف مرئی در ناحیه بین آبی و فوق بنفش قرار می گیرد در حالیکه رنگ قرمز دارای طول موج های بلندتری می باشد. فاصله بین این قله های موج آن چنان کوچک است که واحد آن را نانومتر (ده به توان منفی نه ) یا میکرون (ده به توان منفی شش ) قرار داده اند.
تشعشع الکترومغناطیسی طیف طولانی از طول موج های بلند رادیویی تا طول موج های کوتاه اشعه ایکس را شامل می شود.
ب- فرکانس (Frequency): فرکانس موج تعداد موج های عبور کرده از یک نقطه در یک فاصله زمانی مشخص می باشد . واحد آن سیکل بر ثانیه یا هرتز Hz می باشد. فرکانس و طول موج به سرعت موج وابسته اند.
طول موج های بلند تر از قبیل نور قرمز در فرکانس های پایین تراز نور آبی قرار دارند ولی فرکانس در کل خیلی بالا است ( ده به توان چهارده هرتز ).
ب – سرعت (Velocity) : سرعت موج تعیین کننده تندی عبور موج از یک محیط مشخص می باشد. به عنوان مثال سرعت عبور نور در خلاء سیصد هزار کیلو متر در ثانیه می باشد. سرعت در محیط هایی مثل شیشه یا آب کاهش می یابد.
ت- دامنه (Amplitude ) : دامنه یا شدت موج با ارتفاع یا بلندی (height ) میدان الکتریکی یا مغناطیسی مشخص میشود.
بر هم کنش نور با ماده (interaction of light with matter )
از آنجا که نور دارای میدان الکتریکی و مغناطیسی می باشد این میدانها با ماده بر هم کنش نشان می دهند . میدان مهم میدان الکتریکی است چون با الکترونهای کوچک که در ترکیبات مواد شرکت دارند بر هم کنش دارد. این الکترونها همصدا وهماهنگ باموج نور وارده نوسان می نمایند و می توانند تاثیر یا تغییر در عبور نور از میان یک ماده به چند طریق انجام دهند.
1- پخش کردن (Scsttering ): موج نور از مسیر اصلی منحرف میشود.
2- انعکاس (Reflection ): موج به داخل محیطی خارج از ماده برمیگردد.
3- انتقال (Transmission ): موج از ماده با کمترین تغییر شدت عبور می نماید.
4- جذب (Absorption ): مهمترین پروسه در خیلی مواقع جذب می باشد که انرژی موج نور در ماده باقی می ماند. مقدار زیادی از انرژی باعث ایجاد حرارت و تغییر در خواص ماده می شود.
طیف تشعشع: طیف نوری که از یک جسم ساطع می شود شامل رنگها یا نوارهای رنگی جدا از هم می باشد.این از طبیعت تولید نور برمیخیزد و نشانه آن است که انرژی نورانی ساطع شده از آن جسمدارای مقداری مشخص میباشد.
انرژی تمام سیستمها کوانتایی می باشد که این انرژی می تواند در بسته های جدا از هم جذب یا آزاد شود.انرژی سیستم پس از آنکه انرژی جذب آن سیستم شود افزایش می یابد و در مرحله بعدی آن انرژی آزاد می شود. مدتی که این انرژی آزاد می شود راندوم یا اتفاقی بوده که نشر خودبخودی نامیده می شود.
انرژی را می توان توسط جریان الکتریکی، نور از منبع خارجی، واکنش شیمیایی یا گونه های دیگربه سیستم وارد نمود. بهر حال مشخص شده است که یک موج وارده که دارای انرژی معینی است می تواتد آزاد شدن موجها را ازسیستم بر انگیخته تحریک کند و باعث آزاد نمودن دو موج شود. به این حالت نشر بر انگیخته می گویند.این موج ها خواص مهمی دارند.
1- همدوس (Coherent ) : موجها به صورت هماهنگ هستند.
2- تک رنگ (Monochromatic ) : موجها دارای رنگ یکسانی هستند.
3- شدت بالا (High Intensity ): اگر ما به مقدار کافی از این نورهای همدوس (Coherent ) تولیدکنیم شدت آن بسیار بالاتر از منابع نور غیر همدوس است.
4- واگرایی کم (Low divergence ) : لیزر را در مقایسه با نور غیر همدوس بوسیله لنزتا قطرهای خیلی کمتری می توان باریک نمود.
5- طبیعت ضربانی (Pulsed nature ) : چون انرژی ورودی را در لیزر می توان کنترل نمود انرژی خروجی نیز به دنبال آن تغییر می یابد. بنا بر این اگر برانگیختگی لیزر با پالسهای کوچک انجام شود لیزر با پالسهای کوچک تولید خواهد شد. این خاصیت خیلی مهم است.
لیزر مخفف عبارت light amplification by stimulated emission of radiation می باشد و به معنای تقویت نور توسط تشعشع تحریک شده است.
اختراع آن به سال 1958 با نشر مقالات علمی در رابطه با مایزر اشعه مادون قرمز و نوری بر می گردد. (مایزر دستگاهیست که با آن انرژی اتم یا ملکول را زیاد می کنند.) نشر مقالات مذکور سبب افزایش تحقیقات علمی توسط دانشمندان در سر تا سر جهان گردید. در بخش ارتباطات نیز مهندسان (کارشناسان) توانایی لیزر را که جایگزین ارسال یا مخابره الکتریکی گردد را تصدیق نمودند اما اینکه چگونه پالسها را مخابره نمایند، مشکلات زیادی را بوجود آورد. در سال 1960 دانشمندان پالس نور را ارسال (مخابره) نمودند سپس از لیزر استفاده کردند. لیزر، نور خیلی زیادی را تولید نمود که بیش از میلیونها بار روشنتر از نور خورشید بود. متاسفانه پرتو لیزر می تواند خیلی تحت تاٌثیر شرایط جوی قرار گیرد مثل بارندگی، مه، ابرهای کم ارتفاع، چیزهای موجود در هوا از قبیل پرندگان. دانشمندان نیز طرحهای جدیدی را جهت حمایت نور از برخورد با موانع را پیشنهاد نمودند.
اولین لیزر جهان توسط تئودور مایمن اختراع گرذید و از یاقوت در آن استفاده شده بود در سال ۱۹۶۲ پرو فسورعلی جوان اولین لیزر گازی را به جهانیان معرفی نمود وبعدها نوع سوم وچهارم لیزرها که لیزرهای مایع ونیمه رسانا بودند اختراع شدند.در سال ۱۹۶۷ فرانسویان توسط اشعه لیزر ایستگاههای زمینی شان دو ماهواره خود را در فضا تعقیب کردند بدین ترتیب لیزر بسیار کار بردی به نظر آمد.
نوری که توسط لیزر گسیل می گردد در یک سو وبسیار پر انرژی و درخشنده است که قدرت نفوذ بالایی نیز دارد بطوریکه در الماس فرو میرود . امروزه استفاده از لیزر در صنعت بعنوان جوش آورنده فلزات و بعنوان چا قوی جراحی بدون درد در پزشکی بسیار متداول است.
سنسور های لیزری جزو یکی از دقیق ترین وسایل ابزار دقیق و اتوماسیون صنعتی می باشند
سنسورهای نوری لیزری جزء سنسورهای نوری محسوب میگردند ولی از پرتو نور لیزر جهت تشخیص جسم و یا حتی فاصله دقیق آن استفاده میکند .این سنسورهای در انواع گوناگون با خروجی دیجیتال یا آنالوگ تقسیم و دسته بندی میگردند که نمونه های تشخیص خطی نیاز به یک قسمت فرستنده و یک قسمت گیرنده میباشد و در مدل بازتابی به کمک یک قسمت آینه شکل پرتو لیزر به فرستنده باز تابانیده میشود و در مدلهای دیگر قسمت فرستنده و گیرنده در یک تجهیز قرار گرفته اند .
از سنسورهای لیزری در بسیاری از موارد که فاصله قابل توجه بین سنسور و جسم به همراه گرد و غبار و یا شرایط بد محیطی وجود دارد میتوان استفاده نمود . در انتخاب این نوع سنسور بایستی به موارد زیر توجه داشت
نوع خروجی از نظر آنالوگ یا دیجتال بودن سنسور لیزری نوع سوئیج ترانزیستوری سنسور تغذیه دستگاه سنسور فاصله سنس کردن سنسور لیزری مکانیزم عملکرد سنسور و کاربرد مناسب سنسورلیزرها سه قسمت اصلی دارند:
1- پمپ انرژی یا چشمه انرژی: که ممکن است این پمپ اپتیکی یا شیمیا یی و یاحتی یک لیزر دیگر باشد.
۲- ماده پایه وفعال که نام گذاری لیزر بواسطه ماده فعال صو رت می گیرد.
۳- مشدد کننده اپتیکی : شامل دو آینه بازتابنده کلی و جزئی می باشد.

طرز کار یک لیزر یاقوتی:
پمپ انرژی در این لیزر از نوع اپتیکی میباشد ویک لامپ مارپیچی تخلیه است(flash tube) که بدور کریستال یاقوت مدادی شکلی پیچیده شده(ruby) کریستال یاقوت نا خالص است و ماده فعال ان اکسید برم و ماده پایه آن اکسید آلو مینم است.
بعد از فعال شدن این پمپ انرژی کریستال یا قوت نور باران می شودو بعصی از اتمها رادر اثرجذب القایی- stimulated absorptionبرانگیخته کرده وبه ترازهای بالاتر می برد.
پدیده جذب القایی: اتم برانگیخته = اتم+فوتون
با ادامه تشعشع پمپ تعداد اتمهای برانگیخته بیشتر از اتمهای با انرژی کم میشود به اصطلاح وارونی جمعیت رخ می دهد طبق قانون جذب و صدور انرژی پلانک اتمهای برانگیخته توان نگهداری انرژی زیادتر را نداشته وبه تراز با انرژی کم بر میگردند وانرژی اضافی را به صورت فوتون آزاد می کنند که به این فرایند گسیل خودبخودی گفته می شود.ولی از آنجایی که پمپ اپتیکی مرتب به اتمها فوتون می تاباند. پدیده دیگری زودتر اتفاق می افتد که به آن گسیل القایی-stimulated emission گفته می شود وقتی یک فوتون به اتم برانگیخته بتابد ان را تحریک کرده وزودتر به حالت پایه خود بر می گرداند.
گسیل القایی: اتم+دو فوتون = اتم برانگیخته+ فوتون
این فوتونها دوباره بعضی از اتمها را بر انگیخته میکنند و واکنش زنجیر وار تکرار می شود.
بخشی از نور ها درون کریستال به حرکت در می آیند که توسط مشددهای اپتیکی درون کریستال برگردانده می شوند واین نورها در همان راستای نور اولیه هستد. بتدرج با افزایش شدت نور لحظه ای می رسد که نور لیزر از جفتگر خروجی با روشنایی زیاد بطور مستقیم خارج می شود .
اسحاق نیوتن در سال ۱۶۷۲نظریه ذره ای بودن نور را ارائه داد وی معتقد بود که یک منبع نور ذرات نور را با سرعت ثابت روی خط راست گسیل می کند وهنگامی که این ذرات به شبکیه چشم برخورد نمایند. چشم قادر به دیدن خواهد بود وی برای اثبات نظریه خود ازمایش اتاق تاریک را انجام داد .بعدها انیشتین نیز با ازمایش اثر فتوالکتریک ومعرفی فوتون بعنوان ذرات نور مهر تاییدی بر نظریه ذره ای نیوتن زد.
نظریه موجی نور:کریستیان هویگنس فیزیکدان هلندی ماهیت نور را موجی دانست وپخش وبازتابش نور وشکست نور را نشانه موجی بودن نور می دانست.سپس توماس یانگ با استفاده آزمایش پراش نور در شکاف مضاعف توانست طول موج نور را اندازه گیری نمایدوبین ترتیب ماهیت موجی نور نیز اثبات گردید.

جدول 1-3
تقسیم بندی سنسور لیزری
کنتاکت سنسور های لیزری بسته به نوع کاربرد متغیر می باشد و به سه دسته تقسیم می گردد
سنسور با مبدل رله ای
در این نوع سنسور پروسه کنترل توسط کنتاکت های رله ای که در داخل سنسور قرار دارد انجام می گیرد و توسط سه سیم که یکی مشترک یکی مربوط به کنتاکت باز و دیگری سیم متصل به کنتاکت بسته توسط کابل خروجی قابل دسترسی استعمده مصرف این سنسور در جریان های متناوب و برای قطع و وصل نمودن کنتاکتور رله و … می باشدحد اکثر جریان عبوری از کنتاکت رله 10 آمپر می باشد نیرو محرکه راه اندازی این نوع سنسور بین 24 تا 240 ولت می باشدسنسور با مبدل ترانزیستورخروجی کنترل این سنسور بسته به نوع کاربرد به سه پایه بیس کلکتور و امیتر ترانزیستور متصل می باشدکاربرد این نوع سنسور در مدارات الکترونیک یا میکروپروسسور ها می باشدخروجی این مدل فقط باید توسط جریان مستقیم مورد استفاده قرار گیرد و تابع رعایت اصول بایاس و تغذیه ترانزیستور می باشدبه کار گیری این سنسور توسط افرادی که دارای مهارت در طراحی الکترونیک نمی باشند توصیه نمی گردد.

مدار ریموت لیزری
که این مدار با آن کار می کند بین 2.5 تا 5 ولت است،به این ترتیب با سری کردن دو باطری 1.5 ولت معمولی نیز می توانید این کار را انجام دهید.اگر بخواهید.،ولتاژ را بیشتر از آنچه که گفتم مثلا با یک باطری 6 ولت یا 9 ولت انجام دهید نیز مشکلی ندارید .برای اینکار بایست مقاومت های وارد شده به LED ها رابیشتر از آنچه که در نقشه مشخص می شود،قرار دهید.
در ضمن به میزان ولتاژ قابل تحمل خازن ها نیز توجه کنید.خازن های الکترولیت دارای مشخصه حداکثر ولتاژ قابل تحمل هستند.همچنین حداکثر و حداقل ولتاژ را که آی سی 4011 در آن رنج ولتاژی کار می کند را بایست،مورد توجه قرار داد.شما حتی از این مدار به عنوان دزدگیر نیز می توانید استفاده کنید.برای اینکار بایست منبع ساطع کننده نور لیزر را در جایی ثابت کنید،به طوریکه نور آن به صورت مستقیم به فتودیود تابیده شود.البته برای این منظور به توضیحات مربوط به نقشه نیز بایست توجه کنید.مادامی که نور لیزر به فتو دیود تابیده می شود.صدایی از بیزر شنیده نمی شود.به محض اینکه این نور توسط موجود زنده یا هر شی دیگری قطع شود.مدار شروع به چشمک و بوق زدن می نماید.
تذکر:
از گرفتن نور لیزر به سمت یکدیگر مخصوصا به ناحیه صورت و چشم جدا خودداری کنید.حتی از نگاه کردن به نور بازتابیده شده لیزر به یک سطح صاف و صیقلی نیز بایست خودداری کرد.

قطعات مورد نیاز :
1 عدد آی سی NAND ،4011
1عدد مقاومت 22 کیلو اهم
3 عدد مقاومت 220 اهم
1 عدد مقاومت 1 مگا اهم
2 عدد مقاومت 150 کیلو اهم
1 عدد مقاومت 350 کیلو اهم
1 عدد مقاومت 82 اهم
1 عدد مقاومت 6.8 اهم
4 عدد ترانزیستور C1815
1 عدد خازن 103
1 عدد خازن 2.2 میکروفاراد
1 عدد پتانسیومتر 50 کیلو اهم
1 عدد فتوسنسور دیودی
3 عدد LED
1 عدد جاسوییچی لیزری
برد بورد یا برد مسی سوراخدار اگر بخواهید قطعات را لحیم کنید
سیم تک رشته جهت کار با برد بورد
1 عدد بیزر

عملکرد فرستنده و گیرنده در سنسور لیزری
نقشه مربوط به گیرنده نور لیزر به شکل فتو دیود در نقشه مربوط به گیرنده توجه کنید.همانطور که می بینید فلش های کشیده شده به سمت فتو دیود است.اگر به LED ها توجه کنید.می بینید که این فلش ها به سمت بیرون است.در واقع LED ها ساطع کننده نور هستند.و فتو دیودها دریافت کننده نور که این خصوصیت نیز در نقشه به این شکل مشخص می شود.
اگر به شکل ترانزیستور Q2 که NPN است.توجه کنید.مشاهده می کنید که همواره بیس آن با یک مقاومت 6.8 کیلو اهم و یک عدد پتانسیومتر 50 کیلو اهم به مثبت ولتاژ متصل است.که شدت حساسیت فتودیود به نور لیزر را نیز می توانید با این پتانسیومتر تنظیم کنید.با وجود اتصال بیس ترانزیستور Q2 به مثبت ولتاژ این ترانزیستور همواره روشن است.و مقدار زمین را از امیتر به کلکتو انتقال می دهد.در این حالت Q3 نیز خاموش است.ولی Q4 به خاطر اتصال بیسش با یک مقاومت 6.8 کیلو نیز همواره روشن است.و زمین را از امیتر بر روی کلکتورش می اندازد.و یکی از LED ها در صورت عدم وجود نور لیزر روشن می ماند.
اگر نور لیزر که با یک جاسویچی لیزری یا دیود لیزری تابیده می شود به سطح این فتو دیود از هر سمتی تابیده شود.باعث زمین شدن بیس ترانزیستور Q2 و روشن شدن ترانزیستور Q3 به خاطر بایاسش با مقاومت 4.7 کیلو اهم به مثبت ولتاژ و زمین شدن کلکتور آن که به بیس ترانزیستور Q4 متصل است.،می شود.در این حالت تنها Q3 روشن است و بقیه ترانزستورهای Q2 و Q4 خاموش هستند.بنابراین در این حالت نیز تنها یک LED زمین سمت کاتدش تامین می شود.در واقع در هر دو حالت وجود نور لیزر و عدم وجود نور لیزر به خاطر این نوع بایاس مدار فقط یک LED از دو LED موجود در این نقشه روشن می ماند.

شکل1-3

قسمت مربوط به تولید صدای بوق و LED چشمک زن اگر به شکل نقشه این قسمت و شکل دورنی آی سی NAND 4011 دقت کنید.براحتی می توانید عملکرد مدار را حدث بزنید.قبل از شروع لازم است بگویم که آی سی 4011 یک آی سی شامل 4 گیت NADN است.در گیت NAND زمانی خروجی آن یک یا HIGH می شود که هر دو ورودی آن یا صفر باشند یا حداقل یکی از آنها صفر باشد.و تنها در صورتی خروجی آن صفر می شود که هر دو ورودیش یک باشد.در واقع گیت NAND عکس گیت AND است.
همانطور که در شکل می بینید.پایه یک آی سی 4011 با یک مقاومت 350 کیلو اهم به زمین متصل شده است.بنابراین خروجی اولیت گیت که پایه 3 است با توجه به نوع عملکرد گیت NAND همواره یک یا HIGH است.بنابراین خروجی پایه 3 همواره یک بدون توجه به اینکه پایه 2 یک یا ژمین باشد.پایه های 5 و 6 که ورودی دومین گیت هستند.نیز به صورت مستقیم به پایه 3 که در حالت یک بودن پایه یک همیشه یک است متصل می شوند.با توجه به عملکرد گیت NAND و اینکه در صورتیکه هر دو ورودی آن یک باشد خروجی آن نیز یک می شود.در پایه 4 این آی سی که نتیجه دومین گیت است.خروجی صفر را داریم.این پایه نیز با منفی یک خازن الکترولیت به سرهای دیگر مقاومت های 150 کیلو موجود در پایه 3 و 1 مگا اهم موجود در پایه 2 متصل می شود.
با توجه به منفی بودن پایه 4 و اتصال این پایه به صورت مستقیم به پایه 8،بنابراین در این پایه ما همواره زمین را داریم.که این پایه نیز به سر منفی یا کاتد LED متصل است.بنابراین LED متصل به پایه 8 همواره و در این وضعیت روشن باقی می مانند.با توجه به صفر بودن پایه 8 به عنوان یکی از ورودی های سومین گیت NAND موجود در این آی سی خروجی این گیت که پایه 10 است.بدون توجه به پایه 9 و نوع عملکرد این گیت همواره یک است.پایه 10 نیز مطابق نقشه به پایه های 12 و 13 به صورت مستقیم متصل شده است.پایه های 12 و 13 دو ورودی گیت چهارم این آی سی است.،که با توجه به عملکرد گیت NAND خروجی آن پایه 11 مقدار صفر را خواهد داشت.در این وضعیت و با توجه به اینکه بیس ترانزیستور به این پایه متصل است.همواره در این حالت ترانزیستور Q1 خاموش است.در واقع این ترانزیستور زمانی روشن می شود که ورودی آن یک یا HIGH باشد.
برای فعال شدن بیزر در این وضعیت دو حالت را در نظر گرفتم.یکی حالتی که نور لیزر باشد.و همچنین حالاتی که نور لیزر نباشد.
برای این دو حالت یک بار نقطه ای که در این نقشه با عبارت انگلیسی A مشخص شده است.به نقطه C و بار دیگر به نقطه B مربوط به گیرنده نور لیزر متصل کنید و عملکرد مدار را با نور لیزر و عدم نور لیزر تجربه کنید.
بیایید زمانیکه نقطه A در این مدار را به قسمت B در مدار گیرنده متصل می کنیم.عملکرد مدار را دنبال کنیم.
در این وضعیت همانطور که گفته شد.در صورت عدم وجود نور لیزر ترانزیستور Q3 خاموش است.با توجه به نقشه در این وضعیت ولتاژی را از سمت مقاومت 6.8 و 22 کیلو اهم در این نقطع خواهیم داشت.بنابراین نقطه B در نقشه دارای ولتاژ است.حال اگر این نقطه را به همراه یک عدد سیم سوسماری به نقطه A کنید.مقدار ولتاژ این نقطه که به پایه یک آی سی 4011 نیز متصل است.حاوی مقدار یک می شود.بنابراین در این وضعت مقدار پایه 2 برا یخروجی پایه 3 حائز اهمیت است.چرا که در این وضعیت و با توجه به ساختار گیت NAND خروجی پایه 3 وابسته به پایه 2 است.پایه 2 نیز با مقاومت های 1 مگا اهم ، 150 کیلو اهم و خازن 2.2 میکرو فاراد د ر حال نوسان یا به عبارتی صفر و یک شدن است.با یک ثابت زمانی،که فواصل صفر و یک شدن این پایه به مقدار خازن و مقاومت های گفته شده وابسته است.اگر مقدار خازن را از 2.2 میکروفاراد به 4.7 میکروفاراد تغییر دهید فواصل زمانی بوق و چشمک زدن سیستم بیشتر می شود.که این مطلب کاملا بستگی به طراحی مدار دارد و اینکه ما چه چیزی را در مدار خود دنبال می کنیم.
هر بار که پایه 2 یک باشد.با توجه به یک بودن پایه 1 خروجی پایه 3 صفر می شود.در این وضعیت پایه های 5 و 6 نیز یک می شوند.با صفر شدن این پایه ها،پایه 4 مقدار یک را خواهد داشت.پایه 4 نیز به صورت مستقیم به پایه 8 و کاتد LED متصل است.بنابراین LED به دلیل نداشتن ولتاژ کمتر لازم در سمت کاتد برای روشن شدن خاموش می شود.در این حالت نیز مانند خروجی پایه 3 آ ی سی ،وضعیت پایه 9 نیز در خروجی آی سی مهم است.که این پایه نیز به همرا مقاومت ها و خازنی که در این قسمت وجود دارد.با یک ثابت زمان شروع بع یک و صفر شدن می کند.بنابراین پایه خروجی 10 نیز با همین ثابت زمانی یک و صفر می شود.از آنجا که این پایه، به پایه های 12 و 13 نیز متصل است.این پایه ها نیز با همان ثابت زمانی یک و صفر می شوند.و خروجی 11 نیز از این امر متاثر می شود.زمانیکه خروجی 11 یک باشد ترانزیستور Q1 روشن می شود.و ولتاژ صفر را دریک سمت بیزر که سمت دیگرش به مثبت ولتاژ متصل است ایجاد می کند در این وضعیت و با همان ثابت زمانی بیزر شروع به بوق زدن می کند.با یان تحلیل شما می توانید بقیه حالت ها را نیز به راحتی تحلیل نمایید.
در مورد فتو دیود بایست بگویم.فتو دیودی که من استفاده کردم به صورت مکعب مربع است.با یک برجستگی دایره ای شکل بر رو ی آن این نوع فتو دیود نسبت به نوعی که دارای یک لنز بر سر فوقانی آن است عملکرد مطلوبتری دارد.و همچنین از هر جهت که نور لیزر به آن تابیده شود مشکلی در دریافت ندارد.در این فتودیود پایه بلندتر مثبت و پایه کوتاه تر پایه منفی یا کاتد است.
در مورد بیزر نیز بگویم که این المان شامل دو پایه است که پایه بلندتر سمت مثبت و پایه کوتاهتر سمت منفی است که در هنگام اتصال به مدار بایست به آن توجه کنید.

محاسبه ثابت زمانی
برای محاسبه ثابت زمانی چشمک زدن LED در مدار بایست مقدار مقاومت 150 کیلو اهم را در مقدار خازن 2.2 میکروفاراد ضرب کنید.T=150*1000*2.2/1000000=3S اگر این مقدار را برعکس کنید.،فاصله زمانی یک بار روشن و خاموش شدن LED متصل به پایه 8 بدست می آید.مقاومت 1 مگا اهم نیز به نوعی باعث فیدبک خروجی به ورودی جهت ادامه روند چشمک زدن LED است.و نقشی در فرکانس کاری این مدار ندارد.در واقع به نوعی تکلیف پایه 2 آی سی 4011 را مشخص می کند.،اگر این مقاومت را بردارید.و نقطه A به نقطه B متصل باشد در هنگام تابش لیزر LED متصل به پایه 8 فقط خاموش می شود و دیگر چشمک نمی زند.و تنها صدای بوق را به صورت ممتد با تابش نور لیزر به فتودیود خواهیم داشت.که با توجه به موارد گفته شده می توانید تمامی این حالت ها را تجربه کرده.و دلیل منطقی آنرا نیز پیدا کنید.

شکل2-3

نمای یک دیود لیزری
به جای جاسویچی می توانید از خود دیود لیزری نیز استفاده کنید.برای کار با آن حتما بایست از لنز استفاده کنید.در صورتیکه از لنز استفاده نکنید نور تابیده شده از این دیود به فاصله یک سانتی متر هم نخواهد رسید.
به همین خاطر و توان بالاتر دیودهای لیزری نسبت به نوع اسباب بازی آن و خطر بیشتر آن برای چشم،توصیه می کنم به جای آن از همین جاسویچی های لیزری استفاده کنید با این حال شکل دیود لیزری به همرا شماتیک داخلی آنرا در اشکال زیر می توانید مشاهده کنید.

شکل 3-3
جاسویچی لیزری نیز ساختمانی شبیه به دیود لیزری دارد.به طور مثال در دیود لیزری فتو دیود در داخل ساختمان دیود قرار گرفته ،حال آنکه در چاسویچی لیزری این فتودیود به صورت کاملا مشهود در کنا چیپ مربوط به دیود لیزری وجود دارد.در جاسویچی های لیزری کار تنظیم لنز برای ارسال نور لیزر صورت گرفته است.حال آنکه اگر بخواهید از دیود لیزری به صورت مستقیم استفاده کنید این کار تنظیم لنز را به شخصه بایست انجام دهید.عبارت لاتینی که در کنار قطعات داخلی دیود لیزری نوشته شده است.،کاملا گویا و مشخص است.در شکل سمت چپ یک دیود لیزر واقعی را در هنگام ساطع کردن نور لیزری مشاهده می کنید.

شکل 4-3
کاربرد سنسور لیزری
تسطیح لیزری و کاربردهای عمرانی
گسترش فعالیتهای عمرانی و کشاورزی به منظور افزایش ساخت و سازها و افزایش توانایی تامین مواد غذایی، لزوم استفاده بیشتر و بهتر از ماشین آلات را می طلبند.
پرکاربردترین ماشین آلات عمرانی شامل بلدوزر، لودر، گریدر، اسکریپر، بیل مکانیکی و بیل بکهو و فینیشر هستند.
از این میان، اسکریپر برای خاکبرداری و تسطیح اولیه، گریدر برای انجام تسطیح و مرزبندی نهایی، لودر برای جابجایی کود و خاکبرداری و بیل مکانیکی و بکهو برای کانال کنی برای کاشت درخت یا انتقال آب در مزارع کشاورزی نیز به کار گرفته می شوند. البته برای تسطیح مزارع کشاورزی، ادواتی به شکل دنباله بندهای تراکتور نیز وجود دارند که با وجود تراکتور، بوسیله آنها می توان عملیات تسطیح را با صرف هزینه کمتر برای کشاورزان نسبت به گریدر و اسکریپر موتور دار(Motor Grader and Motor Scraper) انجام داد.
ماشینهای فینیشر برای آسفالتکاری یا بتون ریزی بمنظور راه یا سکو سازی، تنها در مصارف عمرانی به کار می روند.
از میان دستگاههای فوق، تنها در عملیاتهایی که با بیل لودر انجام می شود نیازی به دقت بالا در تنظیم ارتفاع بیل هنگام کار نیست و در بقیه موارد، بکارگیری امکاناتی برای تنظیم ارتفاع تیغه یا پلاتفورم ماشین آلات در کاربریهای دقیق می تواند بهره وری ماشین و کیفیت کار نهایی را ارتقاء بخشد. چنانچه این تجهیزات بطور اتوماتیک ارتفاع را کنترل نمایند و پیچیدگی زیادی برای ارتباط کاربر نداشته باشند، نیاز به مهارت خاص راننده و اثر خطاهای انسانی را نیز در کیفیت نتیجه کاهش می دهند.
سیستمهای کنترل ارتفاع با پرتوی لیزر پیشنهادی برای حصول به نتایج فوق هستند. این سیستمها به سادگی قابل نصب و بکارگیری هستند و نیاز به حضور دائم مهندسین در حین عملیات ندارند. قیمت آنها نیز نسبت به قیمت ماشین مورد استفاده زیاد نیست. تنها دغدغه استفاده از آنها می تواند مواجهه با اشکالات احتمالی باشد که نیاز به ارائه سرویس توسط متخصصین دارند که با وجود تولید کننده ایرانی، این نگرانی نیز در ایران به حداقل کاهش خواهد یافت.
لازم به ذکر است که سیستمهای لیزری، تنها سیستمهای فابل بکارگیری به این منظور نیستند. سیستمهای پیچیده تر و تواناتری شلامل سیستمهای GPS و سیستمهایی که با بهره گیری از دستگاههای Total Station عمل می نمایند نیز برای اتوماسیون سیستمهای خاکبرداری ساخته شده اند. تولید این سیستمها در جهان هنوز به چند شرکت آمریکایی و سویسی محدود است و قیمت آنها حدود 10 برابر سیستمهای لیزر تولید داخل است.
شرکت رنجبران مفتخر است به عنوان اولین سازنده بخش دریافت و کنترل اتوماتیک ارتفاع بر مبنای پرتو لیزر، در راستای گسترش اتوماسیون ماشین آلات عمرانی و کشاورزی به تلاش خود ادامه دهد.

تسطیح لیزری و کاربرد در کشاورزی
بحران کم آبی مشکلی است که شاید هیچ کس را به اندازه شما کشاورزان نگران نمی سازد. سال های زیادی است که کشاورزان کشورمان با این مساله درگیرند و نظر به کاهش بارش های آسمانی و کمبود سفره های آبی زیرزمینی گویا راه حلی برای آن یافت نمی شود. مطابق آمار سازمان جهاد کشاورزی، 95 درصد آب استحصالی کشور در بخش کشاورزی مصرف می شود که متاسفانه بازده آبیاری در این بخش 30 درصد است. به عبارتی دیگر از 90 میلیارد متر مکعب که در اختیار این بخش قرار می گیرد تنها 27 میلیارد متر مکعب آن مورد استفاده گیاهان است. این تلفات نه تنها باعث از دست رفتن آب می شود بلکه باعث صدمات جدی دیگر از قبیل شور و ماندابی شدن اراضی، فرسایش خاک، کاهش حاصل خیزی خاک، کاهش کمی و کیفی تولیدات کشاورزی و نهایتاً آلودگی آب های سطحی و زیرزمینی می گردد. جالب است بدانید که در ایران سالیانه حدود 6 میلیون هکتار به کشت آبی اختصاص دارد که 95 درصد آن به روش سطحی سنتی آبیاری می گردد. مهمترین دلایل پایین بودن بازده آبیاری در ایران را می توان "ناهمواری اراضی زراعی"، "خاکی و غیرفنی بودن مسیر انتقال و توزیع آب" و "عدم برنامه ریزی آبیاری در مزارع توسط کشاورزان" نام برد. گو اینکه فناوری های جدید این مشکل را تا حد زیادی مرتفع کرده اند. به عبارتی دیگر، به جای افزایش میزان آبیاری مزارع، می توان بهره وری از آب موجود را افزایش داد.
"با تسطیح مزارع خود، بهره وری آب را تا دو برابر افزایش دهیم."
این جمله یک ادعا نیست! کافی است تجربه کشاورزان را جویا شوید.
ناهمواری اراضی زراعی باعث کاهش قابل ملاحظه بازده محصول و توزیع غیریکنواخت آب در مزارع می شود. نقاط پست بیش از اندازه و نقاط مرتفع کمتر از اندازه آبیاری می شوند که هر دو برای محصول مضر است. اگر فراتر رویم، حتی زمین های ناهموار از کودهای شیمیایی و کار ماشین آلات کشاورزی نیز به خوبی بهره مند نمی شوند.
یک زمین با شیب بندی و تسطیح مناسب نه تنها موجب گسترش یکنواخت آب و در نتیجه بالا بردن راندمان آبیاری می گردد، بلکه دیگر فعالیت های زراعی (کاشت، داشت، برداشت) را آسان می سازد. مدیریت یک مزرعه تسطیح شده به مراتب آسان تر و مقرون تر به صرفه تر از مزرعه مشابهی با توپوگرافی طبیعی نامناسب است. علاوه بر این، تسطیح، یک روش خوب حفاظتی برای خاک های در حال فرسایش است.
مخلص کلام اینکه:
لزوم انجام تسطیح اراضی زراعی در ایران به منظور بهبود مدیریت آبیاری در مزرعه و استفاده بهینه از نهاده های کشاورزی امری اجتناب ناپذیر است. و در این میان تسطیح لیزری اراضی یکی از چشمگیرترین پیشرفت ها در آبیاری سطحی است. از این تکنولوژی در تسطیح اراضی زراعی در کشورهای پیشرفته نظیر آمریکا، کشورهای اروپایی و استرالیا به طور وسیع و در کشورهای در حال توسعه نظیر پاکستان، مصر، هند و ترکیه به طور نسبی استفاده می شود.
به طور کلی مزایای تسطیح اراضی را می توان در موارد زیر خلاصه کرد:
· حفظ، احیا و بهر ه برداری بهینه از منابع طبیعی تجدید شونده نظیر آب و خاک
· افزایش تولید محصولات کشاورزی در واحد سطح و کاهش هزینه تولید
· صرفه جویی در مصرف آب
· ایجاد بستر مناسب جهت کشت وکار مکانیزه و کاهش سختی کار کشاورزان
· صرفه جویی در زمان آبیاری، افزایش کارآیی و بهینه سازی مصرف سایر نهاده های کشاورزی
· ایجاد زیربناهای لازم و آرایش هندسی مطلوب جهت پی ریزی بهره بردای سیستم های تکامل یافته تر و پیشرفته تر آبیاری
· ایجاد زمینه لازم جهت برنامه ریزی و به کارگیری الگوی کشت مناسب و تناوب زراعی صحیح و مبارزه با بیماری ها به نحو مطلوب
· سهولت برداشت محصول و پایین آمدن تلفات حین برداشت
و درسطحی کلان تر این امراثرات غیرمستقیم اقتصادی و اجتماعی فراوانی در پی خواهد داشت که به طور کلی عبارتند از:
· افزایش سطح درآمد کشاورز و بهبود وضع رفاهی در محیط روستا
· جلوگیری از مهاجرت های بی رویه
· ارتقا دانش و بینش فنی کشاورزان و تغییر تفکرات سنتی روستاییان
· ایجاد امکاناتی جهت افزایش صادرات با تغییرات بوجود آمده در میزان تولید
مزایای تسطیح لیزری نسبت به تسطیح مهندسی عبارت است از:
· عدم نیاز به ماشین آلات سنگین نظیر اسکریپر
· استفاده از تراکتورهای معمولی کشاورزی
· عدم نیاز به مهارت فنی بالا و حضور مهندس نقشه بردار
· هزینه بسیار پایین عملیات تسطیح نسبت به سایر روش ها
· دقت بسیار بالا
· عدم کوبیده شدن و فشردگی خاک
· قابلیت کاربرد در اراضی کوچک حداقل 500 متر مربع
· ایجاد اشتغال برای فارغ التحصیلان رشته های کشاورزی
از انجام تسطیح لیزری اراضی کشاورزی فواید زیر عاید می شود:
· افزایش راندمان کاربری آب در مزرعه به میزان 10 درصد
· افزایش سطح زیرکشت بر اثر از بین رفتن جوی ها و زهکش های سنتی در اراضی به میزان 10 درصد
· افزایش عملکرد محصول 10 الی 15 درصد در هر هکتار
· کاهش هزینه تولید به میزان 30 درصد
· کاهش زمان آبیاری 30 الی 40 درصد
· کاهش عمق متوسط آبیاری 15 الی 20 درصد
· کاهش نیروی انسانی 35 درصد
· افزایش ارزش افزوده زمین 50 درصد
اما حتی با قبول تمام موارد بیان شده، مشکل دیگری گریبان گیر کشاورزان است. دستگاه های تسطیح اراضی، ساخت خارج از کشور هستند و قیمت بالایی دارند. حتی اگر کشاورز توان تهیه آن را نیز داشته باشد بعد از صرف هزینه های بالای حمل و نقل به داخل کشور و زمان زیاد، با مشکل گارانتی و خدمات پس از فروش در زمان اوج نیاز کاری با دستگاه هامواجه می شود.
معرفی سیستم لیزری تسطیح اراضی
یک سیستم لیزری تسطیح مشتمل بر چهار قسمت اصلی می باشد:
دستگاه لیزر گردان
گیرنده پرتوی لیزر
سیستم دریافت پرتوی لیزر و کنترل اتوماتیک ارتفاع
تراکتور و لولر لیزری
دستگاه لیزر گردان دارای یک منبع تولید اشعه لیزر که توسط یک باطری کار می کند، می باشد. لیزر گردان با یک سرعت نسبتا‍ً بالا حول محور عمود بر سطح مزرعه می چرخد و تسطیح یک صفحه لیزری در بالای مزرعه می دهد. این صفحه لیزری می تواند به عنوان مرجع تسطیح مورد استفاده قرار گیرد.
مولدهای گوناگون تولید اشعه لیزر که به مکانیسم تنظیم خودکار مجهز هستند قادرند صفحه لیزری تولیدی را به شیب های دلخواه طولی و عرضی تجهیز نمایند. صفحه لیزری مرجع تحت تاثیر حرکت زمین قرار نمی گیرد و برای نقشه برداری تعیین نقاط بالا و پایین و تخمین مقدار خاکبرداری و خاکریزی نیاز به کارگرفتن کارگر فنی ندارد. فاصله بین اشعه لیزر و سطح زمین طوری تعریف شده اند که میزان انحراف از این فاصله همان میزان خاکبرداری یا خاکریزی در هر منطقه باشد. دستگاه مولد لیزر روی یک سه پایه در گوشه ای مزرعه در ارتفاعی قرار داده می شود که هیچ مانعی بر سر راه اشعه تولیدی در سطح مزرعه وجود نداشته باشد.
اشعه متصاعد شده از دستگاه لیزر توسط یک سنسور نوری که روی دستگاه باکت تسطیح نصب شده است، دریافت می شود. سنسور نوری از یکسری آشکارسازها که به طور عمودی روی هم قرار گرفته اند تشکیل شده است به طوری که با بالا و پایین شدن باکت تسطیح بر اثر حرکت روی زمین ناهموار، اشعه لیزر توسط آشکارسازها به سیستم کنترل منتقل می شود و سیستم کنترل، هیدرولیک تراکتور را وادار به بالا و پایین آوردن تیغه می نماید و این عمل تا زمانی که اشعه لیزر به آشکارساز وسط برخورد نماید ادامه می یابد.
بدین روش دستگاه سنسور که روی باکت تسطیح نصب شده است به طور پیوسته توسط صفحه لیزر مسیردهی می شود و به دنبال آن سیستم هیدرولیک تراکتور به طور اتوماتیک باکت تسطیح را کنترل می نماید.
حساسیت سیستم لیزری حداقل 10 تا 15 برابر دقیق تر از قضاوت چشمی و کنترل دستی هیدرولیک تراکتور توسط راننده تراکتور می باشد. برای استفاده از سیستم لیزری در تسطیح اراضی نیاز به مهارت فنی کاربر نمی باشد. این امر موجب شده تا زارعین بتوانند به راحتی از این تکنولوژی در تسطیح اراضی استفاده نمایند.
سیستم های الکترونیکی و هیدرولیکی عموماً دارای دو وضعیت عملیاتی می باشند. در وضعیت اول یا وضعیت مشاهده، هنگامی که راننده تراکتور و باکت تسطیح را روی زمین به حرکت در می آورد. پایه سنسور به طور خودکار مطابق با پستی و بلندی زمین به بالا و پایین حرکت می کند و مانیتور تراکتور اطلاعات ارتفاع و شیب زمین را تعیین می کند. به عبارت دیگر سیستم مانند یک سیستم نقشه برداری خودکار عمل می کند.در این وضعیت عملیاتی تیغه باکت تسطیح در محل خودش ثابت نگه داشته می شود و تنها پایه سنسور حرکت می کند.
در وضعیت دوم عملیاتی یا وضعیت انجام عملیات تسطیح موقعیت، پایه سنسور روی باکت تسطیح ثابت می ماند و تیغه باکت تسطیح با توجه به پستی و بلندی زمین بالا و پایین می شود. صفحه لیزر تولیدی توسط دستگاه مولد لیزر در یک فاصله مناسب از مرکز ثقل مزرعه قرار دارد و دارای شیب مورد نظر می باشد. با تنظیم ارتفاع پایه سنسور نسبت به صفحه لیزر به مرکز ثقل مزرعه عملیات خاکبرداری و خاکریزی به سادگی با حرکت تراکتور در مزرعه انجام می گیرد.
چهارمین قسمت سیستم تسطیح لیزری، مجموعه باکت تسطیح و تراکتور است. این تجهیزات معمولاً تراکتورهای کشاورزی استاندارد و باکت تسطیح معمولی هستند که در آن ها سیستم های کنترلی و هیدرولیکی به کارکردن تحت نظارت کنترل کننده الکترونیکی تجهیز شده با ابزار فرستنده لیزری و سنسور، اصلاح شده اند. تراکتور نیاز به این دارد که با دقت انتخاب شده باشد به طوری که کم قدرت نباشد و سیستم هیدرولیکی آن به اندازه کافی قوی باشد تا با ارتعاشات لیزری در حرکت ها و تنظیم ها کار کند. باکت تسطیح متشکل از یک تیغه و یک مخزن می باشد. باکت تسطیح می تواند یک باکت ساده و کوچک و یا یک باکت متوسط یا بزرگ باشد.
در اراضی ای که نیاز به تسطیح کم عمق باشد، می توان از باکت کوچک استفاده نمود و در اراضی که نیاز به تسطیح اساسی دارد می توان از باکت بزرگ استفاده نمود.
نحوه کار با دستگاه تسطیح لیزری
در روش تسطیح لیزری 5 پارامتر می بایست به منظور تنظیم و شروع به کار دستگاه ها مشخص باشد:
جهت شیب عرضی
جهت شیب طولی
مقدار شیب عرضی (درصد)
مقدار شیب طولی (درصد)
مرکز ثقل (ارتفاع و موقعیت)
چنان چه با نقشه برداری محدود به مقادیر شیب طولی و عرضی و مرکز ثقل مشخص، بلافاصله می توان دستگاه را در مزرعه مستقر و تنظیم نمود. ولی اگر این عمل از قبل انجام نگرفته باشد، ابتدا باید به طور تقریبی و براساس اطلاعات حاصل از محل ورود آب و جهت آبیاری مزرعه، با لولر مقداری در مزرعه گردش نمود. با این عمل ارتفاع و میزان پستی و بلندی و مواضع آن ها توسط سیستم لیزری شناسایی می شود و راننده از روی نمایشگر آن ها را ملاحظه می نماید و سپس دستگاه را به طور تقریب می تواند تنظیم نماید.
برخلاف عملیاتی نظیر شخم، دیسک زنی یا برداشت، الگوی خاصی را برای حرکت دستگاه در مزرعه از قبل نمی توان توصیه نمود و در هر جهت و به هر شکل عمل تسطیح امکان پذیر بوده با این توضیح که نکات زیر سرعت عمل را بالا خواهد برد.
راننده باید مسیری را طی نماید که برای انتقال خاک از نقاط مرتفع به نقاط پایین حداقل باشد.
راننده باید در صورتی که پستی و بلندی موضعی در مزرعه وجود دارد، هدف اولیه اش حذف این ناهمواری باشد.
در صورتی که در محل هایی از مزرعه نمایشگر علامت سبز را نشان می دهد که نشانگر ارتفاع مناسب سطح مزرعه است، باید از تکرار عبور و رفت و آمد در آن نواحی خودداری نماید زیرا اتلاف وقت است.
در صورتی که ارتفاع پستی و بلندی زیاد باشد، عملیات تسطیح می بایست در چند مرحله یا عبور انجام شود و هر بار یک ارتفاع حدود 5 الی 10 سانتیمتر را خاکبرداری نمود.
به منظور محاسبه شیب زمین از شیوه زیر نیز می توان استفاده کرد:
ارتفاع تمام نقاط با لیزر تابنده در حال تراز خوانده می شود
میانگین کل اعداد محاسبه شده و ارتفاع نهایی نقطه وسط مزرعه می گیرد.
میانگین ضلع شمال و جنوب محاسبه و تفاوت آن ها تقسیم بر فاصله دو ضلع می شود. عدد حاصل به درصد شیب Y یا شمالی زمین است.
میانگین ضلع شرق و ضلع غرب را محاسبه و تفاوت آن ها تقسیم برفاصله دو ضلع می شود. عدد حاصل شیب X زمین است.
نهایتا شیب X و Y تعیین شده روی لیزر تنظیم می شود و دستگاه گیرنده روی مرکز زمین برای ارتفاع نقطه وسط مزرعه محاسبه شده و تنظیم می گردد.
تصاویر استفاده از لولر لیزری شهرستان شیروان:

شکل5-3

شکل6-3

شکل7-3

فصل چهارم
نتیجه گیری و منابع

در خصوص سنسور نوری
سنسورهای نوری، فنآوری جایگزین برای روشهای NDT متداول هستند. امنیت اختلالات الکتریکی و الکترومغناطیسی، اندازه کوچک و وزن کم، قرارگیری سنسورهای فیبر نوری را در مواد بتنی و کامپوزیتی کاملاً توجیه میکند.
امروزه، سنسورهای نوری در مهندسی سازه، صنایع هوافضا، دریایی، ژئوتکنیک، کامپوزیتها، اتومبیلها، نفت و گاز و دیگر منابع استفاده شدهاند.
در خصوص سنسور لیزری
از هنگام بوجود آمدن لیزر به علت دارا بودن محسنات خلوص فرکانسی ، پهنای باند و سیع ، راستاوری خوب و غیره ، بررسی موارد کاربرد آن به عنوان حامل در مخابرات و در نتیجه بکار گیری محاسن فوق تا کنون ادامه داشته است. در ابتدا گفته می شد به علت اینکه فرکانسها صدها هزار برابر می شود (حدود 105 برابر) ، تعداد کانالها افزایش می یابد که با ارزیابی خوشبینانه تری توام گشته است. استفاده از نور در مخابرات با پیدایش انسان شروع شد و بعد از اختراع لیزر ، دانشمندان توجه خاصی به استفاده از نور جهت انتقال اطللاعات مبذول داشتند.
استفاده از لیزر نیم رسانا و تار نوری با تلفات کم از پیشرفتهای مهم در این خصوص بوده است .

Title:
Optical and laser sensors, transmitters and receivers

Collected:
Zahra Hosseini
April 2015
Abstract
The sensor element is a sense of physical quantities such as pressure, temperature, humidity, flow, etc .. Continuous or unlinked to the quantity of electric or non-electric quantity (such as the internal resistance of the sensor) converts. The sensors in a variety of devices such as PLC analog and digital measurement and control systems are used. The sensors and the ability to connect to various devices has led to the automatic control system is an integral component of the sensor. Sensor information from the moving parts of the system to control and change the status of the device are sent.
Extensive research and development in various fields of sensor technology was launched at the international level.
The result is that today's business activity sensor is one of the highest rates of annual growth advantage (between 10 and 20 percent).These examples are for factory automation and integration of all future can only be realized with the help of sensors.
In this project, we study the performance of optical sensors and laser transmitters and receivers.
Keywords: physical quantity, analog, PLC, Automation spectrum

منابع فارسی:
1) اصول و کاربرد سنسورها , پیتر هاپتمن , ترجمه مهندس نوید تقی زادگان و مهندس مهران صباحی , انتشارات آشینا , مهر ۷۸
2) شبکه های حسگر بیسیم و کاربرد آنها ،سید سعید حسن زاده خباز ،محمد علی خلیل زاده ،دانشگاه آزاد مشهد ،سمینار کارشناسی ارشد ،دی92
3)

منابع انگلیسی:
I. Industrial Wireless Sensor Networks:Trends and developments , Mareca Hatler , September/October 2012.
II. Wireless Sensor Networks: Principles and Practice ,fei hu,may ,2010,BOOK.
III. Dawn S. Wortman, " Storage Management Solutions Magazine", Volume 7, Issue ۴
IV. Robert R. Duncan, "DVD-RAM… The Rewritable, High-Capacity Technology for Today and Tomorrow", Presented at THIC meeting at the Hotel Villa , San Mateo CA on July 22, 1998.
V. Dawn S. Wortman, " Storage Management Solutions Magazine", Volume 7, Issue ۴
VI. Formats and How to Drive Laser Diodes to Record and Rewrite DVDs – Maxim
VII. Robert R. Duncan, "DVD-RAM… The Rewritable, High-Capacity Technology for Today and Tomorrow", Presented at THIC meeting at the Hotel Villa , San Mateo CA on July 22, 1998.
VIII. http://instrumentation.blogsky.com
IX. http://sanatenovin.blogfa.com
X.

14

3