أنواع المستشعرات وخصائصها، إن المستشعرات من الأجهزة الحديثة والضرورية بشكلاً كبير، فالمستشعرات من الأجهزة الإلكترونية الحديثة التي تعمل على التنبيه والتحذير من الحرائق أو تعمل على تعديل درجة حرارة المكان، وكذلك فهي تعمل على الكثير من الأشياء التي قد تستشعر بها، فالمهام التي تقوم بها هذه الأجهزة كثيرة، ومن خلال مقالنا سنتعرف إلى أنواع المستشعرات وخصائصها.
ما هو تعريف أجهزة المستشعرات ؟
المستشعر أو المستشعر أو المستشعر كلها أسماء للأجهزة التي يمكن أن نجدها اليوم في عالمنا في كل مكان ، سواء في المنزل أو السيارة أو المكتب ، وتعمل على تسهيل حياتنا بطريقة لم تكن موجودة من قبل ، حيث تستطيع المستشعرات كن وأنت في مكانك وبدون أي تدخل منك ، لتضيء الأنوار فهي تعدل درجة حرارة الغرفة ، وتكتشف حريق ، وتفتح باب الجراج أو باب المول ، والعديد من المهام الأخرى، يمكن تعريف المستشعر بأنه جهاز أو وحدة تساعد في اكتشاف أي تغييرات في الكمية المادية مثل الضغط أو القوة أو الكمية الكهربائية مثل التيار أو أي شكل آخر من أشكال الطاقة ، وبعد مراقبة التغييرات ، يرسل المستشعر المدخلات المكتشفة إلى متحكم دقيق أو معالج دقيق ، وبناءً على تلك المدخلات ، ينتج المستشعر إشارة خرج قابلة للقراءة ، والتي يمكن أن تكون إما بصرية أو كهربائية أو أي شكل من أشكال الإشارة المقابلة للتغيير في إشارة الإدخال، في أي نظام قياس ، تلعب المستشعرات دورًا رئيسيًا ، وفي الواقع ، تعتبر المستشعرات هي العنصر الأول في مخطط الكتلة لنظام القياس ، والذي يأتي على اتصال مباشر مع المتغيرات لإنتاج مخرجات صالحة للقراء، على سبيل المثال ، يتكون نظام التحكم التلقائي في الطيران من عدة أجهزة استشعار لمختلف المهام مثل التحكم في التطواف ، والتحكم في الارتفاع ، وتتبع الموقع ، وحالة الباب ، واكتشاف العوائق ، ومستوى الوقود ، والقدرة على المناورة وغيرها الكثير. يأخذ الكمبيوتر البيانات من جميع هذه المستشعرات ويعالجها بمقارنتها بقيم مصممة مسبقًا، يوفر الكمبيوتر بعد ذلك إشارات تحكم لأجزاء مختلفة مثل المحركات واللوحات والدفات والمشغلات وما إلى ذلك التي تساعد في رحلة سلسة. يتيح الجمع بين أجهزة الاستشعار وأجهزة الكمبيوتر والميكانيكا للطائرة العمل في وضع الطيار الآلي، المستشعر هنا هو الذي يوفر المدخلات للحاسوب والذي يمثل الدماغ الذي يدير النظام ثم يأتي دور الميكانيكا التي تمثل مخرجات النظام (حركة الطائرة) وكل هذه العوامل هي مهمين معًا من أجل نظام آلي ناجح.
أنواع أجهزة المستشعرات
هناك العديد من تصنيفات أجهزة الاستشعار حيث يتم تصنيف المستشعرات وفقًا لخصائصها ، وتشمل هذه التصنيفات:
- أجهزة الاستشعار النشطة وأجهزة الاستشعار السلبية.
- أجهزة الاستشعار التناظرية مقابل أجهزة الاستشعار الرقمية.
يمكن أيضًا تصنيف الفئات الأربع السابقة من المستشعرات إلى فئات أخرى ، وهي أجهزة استشعار تعتمد على طريقة الكشف المستخدمة في المستشعر ، وتشمل بعض طرق الكشف الكهربائية والبيولوجية والكيميائية والإشعاعية، ومستشعرات تعتمد على المدخلات والمخرجات أو الكهروضوئية والحرارية والكهروكيميائية والكهرومغناطيسية والحرارية وغيرها.
أجهزة الاستشعار النشطة والسلبية
أجهزة الاستشعار النشطة هي تلك التي تتطلب إثارة خارجية أو إشارة طاقة.
لا تتطلب المستشعرات السلبية أي إشارة طاقة خارجية وتولد استجابة خرج مباشرة.
أجهزة الاستشعار الرقمية مقابل أجهزة الاستشعار التناظرية
- مجسات رقمية: عندما يتم تحويل البيانات ونقلها رقميًا ، فإنها تسمى أجهزة الاستشعار الرقمية ، والمستشعرات الرقمية هي تلك التي تنتج إشارات خرج منفصلة ، حيث لا تكون الإشارات المنفصلة متصلة ببعضها البعض بمرور الوقت ويمكن تمثيلها على أنها BITS للإرسال التسلسلي و BYTES للتوازي الإرسال ، ويتم تمثيل كمية القياس في شكل رقمي ، ويمكن أن يكون الإخراج الرقمي في شكل المنطق الرقمي 1 أو المنطق 0 (يشير إلى حالة التشغيل أو الإيقاف)، يتكون المستشعر الرقمي من مستشعر وكابل وجهاز إرسال ، ويتم تحويل الإشارة المقاسة إلى إشارة رقمية داخل المستشعر نفسه بدون أي مكون خارجي ، ويستخدم الكابل لنقل الإشارات الرقمية عبر مسافات طويلة.
- أجهزة الاستشعار التناظرية: يسمى المستشعر الذي ينتج إشارة مستمرة فيما يتعلق بالوقت مع الإخراج التناظري أجهزة الاستشعار التناظرية. يجب أن يكون الإخراج التناظري الذي يخرج من هذه المستشعرات متناسبًا مع المدخلات المقاسة أو المعطاة للنظام ، بشكل عام ، يتم إنتاج الفولتية التناظرية في النطاق من 0 إلى 5 فولت ، والكميات الفيزيائية المختلفة مثل درجة الحرارة والجهد والضغط والإزاحة هي مثال على الإشارات المستمرة التي تنتجها أجهزة الاستشعار التناظرية.[2]
خصائص أجهزة المستشعرات
يمكن تصنيف أي جهاز على أنه مستشعر حسب خصائصه والتي تشمل:
- الجهاز عبارة عن محول طاقة تتفاعل خصائصه الكهربائية مع انتقال الطاقة.
- جهاز يراقب التغيرات في البيئة المادية
- لديك جهاز محول إدخال الطاقة
- المستشعر جزء من نظام إلكتروني
أمثلة على أجهزة المستشعرات
فيما يلي قائمة بأنواع مختلفة من أجهزة الاستشعار التي يشيع استخدامها في تطبيقات مختلفة. تُستخدم كل هذه المستشعرات لقياس إحدى الخصائص الفيزيائية مثل درجة الحرارة والمقاومة والسعة والتوصيل ونقل الحرارة وما إلى ذلك.
- حساس الأشعة تحت الحمراء
- مجسات درجة الحرارة والمزدوجات الحرارية
- مستشعر القرب
- مستشعر تأثير هول
- مجسات بالموجات فوق الصوتية
- أجهزة استشعار التسارع والجيروسكوب
- مقياس الضغط
- مستشعر تأثير القاعة
- مستشعر خلية الحمل
- مستشعر الضوء
- مستشعر اللون
- استشعار تعمل باللمس
- مستشعر الخيمة
- كاشف الحركة PIR ومستشعر الاهتزاز
- جهاز الكشف عن المعادن وتدفق المياه ومستشعر معدل ضربات القلب
- مستشعر التدفق والمستوى
- مستشعر الدخان والضباب والغاز والإيثانول والكحول
- حساس الرطوبة ورطوبة التربة والمطر
جهاز استشعار درجة الحرارة
يعد مستشعر درجة الحرارة من أكثر أجهزة الاستشعار شيوعًا والأكثر استخدامًا ، ومستشعر درجة الحرارة كما يوحي الاسم يستشعر درجة الحرارة ، أي أنه يقيس التغيرات في درجة الحرارة ، وهو من أهم أنواع المستشعرات التناظرية، تُستخدم هذه الأنواع في كل مكان تقريبًا والتطبيق العملي لجهاز استشعار درجة الحرارة الأول هو أجهزة قياس درجة حرارة جسم الإنسان، يتم تصنيف مستشعرات درجة الحرارة أيضًا إلى أنواع مختلفة من أجهزة الاستشعار مثل الثرمستورات أو منظمات الحرارة وأجهزة استشعار درجة الحرارة الرقمية وبعض الأنواع الأخرى، تعتبر وحدة التحكم في درجة الحرارة الرقمية القابلة للبرمجة مشروعًا إلكترونيًا عمليًا يعتمد على نظام مضمن ، ويتم استخدامه للتحكم في درجة حرارة أي جهاز بناءً على متطلبات التطبيقات الصناعية بحيث يستشعر التغير في درجة حرارة الدوائر الكهربائية داخل الأجهزة المختلفة.[3]
مجسات الأشعة تحت الحمراء
تُسمى شرائح الصور الصغيرة التي تحتوي على خلية ضوئية تُستخدم لإصدار وكشف ضوء الأشعة تحت الحمراء مستشعرات الأشعة تحت الحمراء ، وتستخدم مستشعرات الأشعة تحت الحمراء عمومًا لتصميم تقنية التحكم عن بعد، يمكن استخدام مستشعرات الأشعة تحت الحمراء لاكتشاف العوائق في السيارة الآلية وبالتالي التحكم في اتجاه السيارة الآلية. هناك أنواع مختلفة من أجهزة الاستشعار التي تعمل بهذه الطريقة ، ولكن أبسط الأنواع وأكثرها استخدامًا في حياتنا هو جهاز التحكم عن بعد الخاص بالتلفزيون.
أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية
تستخدم مستشعرات الموجات فوق الصوتية لقياس المسافة أو وقت السفر باستخدام الموجات فوق الصوتية ، ويتم استخدام مصدر لإصدار الموجات فوق الصوتية وبعد وصول الموجة إلى الهدف تنعكس الموجات ويقوم الكاشف بجمع الإشارة مرة أخرى ، ووقت السفر بين الموجة المرسلة و يتم قياس الموجة المنعكسة باستخدام جهاز استشعار الموجات فوق الصوتية، يستخدم جهاز الاستشعار بالموجات فوق الصوتية عنصرًا واحدًا للإرسال والاستقبال.
مستشعر تأثير هول
المستشعر الذي يعمل على مبدأ التأثير المغناطيسي يسمى مستشعر Hall Effect ، في هذا النوع يكون المجال المغناطيسي هو المدخل والإشارة الكهربائية هي الإخراج ، حيث يتم تطبيق مجال مغناطيسي خارجي لتنشيط مستشعر تأثير Hall ، ويعتمد ذلك أن جميع المغناطيسات لها خاصيتان مهمتان وهما كثافة التدفق والقطبية وكثافة التدفق المغناطيسي دائمًا حول كائن ما. لذلك ، سيكون خرج مستشعر التأثير دالة على كثافة التدفق، من التطبيقات المهمة لهذا النوع من أجهزة الاستشعار في السيارات لقياس المسافة والسرعة والوقوف والتحكم في الأكياس الهوائية داخل السيارة أو الكشف عن سرعة نظام فرامل السيارة ، كما تستخدم هذه المستشعرات في نظام تحديد المواقع GPS. و اخرين.
وتجدر الإشارة هنا أن أجهزة المستشعرات مهمة بشكلاً كبير ولا يمكننا الاستغناء لأهمية الوظائف التي تقوم بها، فهذه الأجهزة سهلت علينا الحياة بشكلاً كبير، فقد عمل اختراعها على جعل الأمور أكثر بساطة وسهولة.