سنسور ذرات شامل لایه هایی از انواع مختلف مواد هستند که مسیر حرکت یک ذره را نشان می‌دهند یا با متوقف کردن حرکت ذره آن را جذب می‌کنند
آشکارساز ذره چیست؟
اگر قرار باشد ذرات در یک شتاب‌دهنده به یکدیگر برخورد کنند، شاید بخواهیم از موقعیت دقیق آنها اطمینان حاصل کنیم. در یک شتاب‌دهنده؛ در نقاط برخورد از سنسور ذرات استفاده می‌شود تا دریابیم در اثر برخورد چه ماده‌ای به وجود خواهد آمد.
اصول کارکرد دتکتور ساده می‌باشد. این آشکارسازها هرگز یک ذره را به طور مستقیم نمی‌بیند اما می‌تواند نشان دهند که ذره به کجا رفته و چه تاثیری روی دتکتور گذاشته‌است. این سنسورها شامل لایه‌هایی از انواع مختلف مواد هستند که مسیر حرکت یک ذره را نشان می‌دهند یا با متوقف کردن حرکت ذره آن را جذب می‌کنند.
ما می‌توانیم انواع مختلف ذرات را بسته به اینکه در کجا متوقف می‌شوند تشخیص دهیم. اگر بدانیم که چه ذراتی در فرایند برخورد تولید شده‌اند، در چه جهتی حرکت کرده‌اند و چه میزان انرژی داشته‌اند، می‌توانیم آن چه در برخورد رخ داده را عینا بازسازی کنیم. در فیزیک ذرات بنیادی، بازسازی برخورد ذرات به این معناست که شما می‌توانید انواع جدیدی از ذرات را پیدا کنید و دریابید که چگونه با یکدیگر ارتباط برقرار می‌کنند.
تکنولوژی شمارش ذرات بر اساس پخش شدن نور، تصویر برداری مستقیم یا از بین رفتن نور انجام می‌گیرد. سنسورهای ذرات از یک سنسور نور قوی برای روشن کردن ذرات هنگامی که از اتاقک تشخیص عبور می‌کنند؛ استفاده می‌کنند. هنگامی که یک ذره از کنار منبع نور می‌گذرد، نور منحرف شده بر اثر برخورد با ذره توسط یک دتکتور تشخیص داده می‌شود و در نرم افزار ضبط خواهد شد.
تصویربرداری مستقیم نیاز به استفاده از دوربین با رزولوشن بالا و نوری مخصوص دارد تا بتواند ذرات را تشخیص دهد. سنسورهای ذرات از اشعه لیزر برای روشن کردن ناحیه‌ای استفاده می‌کنند که قرار است ذرات از آن عبور کنند.
این سنسورها ناحیه عملکرد ذرات را اندازه‌گیری می‌کنند. یک لیزر دیودی پالسی حرکت ذره را متوقف می‌کند. نور از مایع عبور می‌کند و دوربین مجهز به یک لنز ماکرو می‌باشد. ذراتی که نور به آنها تابیده و سایه‌های ذرات تصویربرداری خواهند شد و این تصاویر روی یک دوربین دیجیتال ثبت می‌شوند.
واحدهای اندازه‌گیری ذرات که بر اساس ویژگی‌های بصری کار می‌کنند، تصاویر 2 بعدی را از ذرات فراهم می‌آورند که توسط نرم افزار‌های کامپیوتری آنالیز می‌شود تا اطلاعات در مورد اندازه‌ی دقیق ذره، رنگ و شکل آن به دست بیاید.
متدهای تشخیص در آشکارسازهای ذرات
متدهای زیادی وجود دارد که از آنها می‌توان برای پی بردن به ویژگی‌ها و سایز ذرات استفاده نمود. از جمله: بستن راه نور، پخش کردن نور، قاعده‌ی coulter و تصویربرداری مستقیم.
متد شمارنده ذرات با استفاده از ویژگی بلاک کردن اشعه‌های نور برای تشخیص و به دست آوردن ابعاد ذراتی که بزرگ‌تر از یک میکرومتر می‌باشند؛ مفید است. ذرات هنگامی که از ناحیه تشخیص یک شمارنده ذرات می‌گذرند، جلوی گذر نور را خواهند گرفت و سنسورها میزان نوری که بلاک شده را اندازه گیری می‌کنند. این تکنولوژی دارای رزولوشن بالا و نتایج قابل اعتمادی است.
از تکنیک پخش کنندگی نور برای اندازه‌گیری ذرات کوچک‌تر استفاده می‌شود. میزان نور پخش شده توسط ذراتی که از مقابل شمارنده ذرات عبور می‌کنند، محاسبه می‌شود. دقت اندازه‌گیری این متد 0.05 میکرومتر می‌باشد. با این وجود اگر از شمارنده هسته‌ای متراکم کننده (Condensation Nuclei Counter) (CNC) استفاده شود، دقت اندازه‌گیری به حد نانومتر خواهد رسید. یکی از کاربردهای این تکنولوژی مانیتور کردن آب خالصی است که برای ساخت نیمه‌رساناها از آن استفاده می‌شود.
متد بلاک کردن نور برای سنسورهایی ایده‌آل می‌باشد که در مایعات روان‌کننده و قطعات هیدورلیکی به کار برده می‌شوند. شمارنده‌های ذرات یا سنسورها میزان آلودگی روغن هیدرولیک را محاسبه می‌کنند و به فرایند نگهداری سیستم‌های هیدرولیک کمک می‌کنند.
انواع سنسور ذرات
3 طبقه بندی اصلی برای سنسورهای ذرات وجود دارد:
سنسورهای ذرات آئروسول
سنسورهای ذرات جامد
سنسورهای ذرات مایع
در این بخش از مقاله نحوه ی عملکرد هر کدام از این سنسورها را شرح خواهیم داد.
سنسور ذرات آئروسل (Aerosol Particle Sensors)
سنسور ذرات آئروسول، کیفیت هوا را توسط شمارش و اندازه‌گیری ذرات موجود در هوا تعیین می‌کنند. این داده‌ها برای تعیین تعداد ذرات داخل یک ساختمان یا در هوا مناسب می‌باشد و میزان پاکی هوا در یک محیط کنترل شده را مشخص می‌کند. از سنسورهای ذرات آئروسول برای اتاق‌های استریل در ساخت نیمه‌رساناها، بیوتکنولوژی، بخش‌های ویژه بیمارستان، دیسک درایوها، سفینه‌ها و دیگر صنایع که نیاز به محیطی تمیز و عاری از ذرات گرد و غبار دارند؛ استفاده می‌شود. سنسور ذرات آئروسول مدام هوای اتاقک‌های استریل را چک می‌کند تا اطمینان حاصل کند آلودگی از حد مجاز فراتر نرفته‌است.
سنسورهای ذرات جامد (Solid Particle Sensors)
سنسورهای ذرات جامد تعداد ذرات خشک را می‌شمارند و یکی از کاربردهای این نوع سنسورها اندازه‌گیری ابعاد ذره‌ای است که از زیر دستگاه‌های خرد کننده سنگ که در معادن وجود دارد بیرون می‌آید. صافی‌ها ابتدایی ترین دستگاه برای اندازه‌گیری سایز ذرات خشک هستند. از سیستم‌های بصری نیز برای اندازه‌گیری سایز ذرات خشک استفاده می‌شود. سیستم‌های بصری عملکرد سریعی دارند و فوق العاده کارآمد می‌باشند. در ضمن از دقت اندازه‌گیری بالایی نیز برخوردارند.
سنسورهای ذرات مایع (Liquid Particle Sensors)
سنسورهای ذرات مایع می‌توانند کیفیت مایعاتی که از داخل آنها می‌گذرند را مورد بررسی قرار دهند. اگر اندازه و تعداد ذرات داخل مایع خیلی بزرگ یا زیادی نباشد، سنسور نتیجه خواهد گرفت که مایع برای مصرف به اندازه کافی تمیز می‌باشد. از شمارنده ذرات مایع می‌توان برای تست کیفیت آب آشامیدنی یا محلول‌های تمیز‌کننده بهره برد. یا می‌توان میزان خلوص داروهای تزریقی را مشخص کرد.
شمارنده‌های ذرات مایع، میزان تمیزی مایعات هیدرولیک و دیگر سیستم ها مانند موتورها، دنده‌ها و کمپرسورها را کنترل می‌کنند. آلودگی می‌تواند باعث ایجاد اشکال و گرفتگی در سیستم هیدرولیک شود. انواع مختلفی از سنسورها وجود دارند که برای آنالیز مایعات مورد استفاده قرار می‌گیرند. از طریق مانیتور کردن میزان خلوص مایعات، به وجود آمدن مشکل در سیستم‌های هیدرولیک به حداقل می‌رسد و عمر دستگاه هیدرولیک نیز افزایش می‌یابد. با استفاده از مانیتور کردن ذرات می‌توان فهمید آیا مایع هیدرولیک پس از عبور از فیلترها به میزان خلوص دلخواه رسیده‌اند یا خیر.
کالری متر چیست؟
کالری مترها میزان انرژی از دست‌رفته ذراتی را مشخص می‌کنند که به سنسور برخورد کرده‌اند.
کالری مترها برای توقف یا جذب اکثر ذرات ساخته شده‌اند و با متوقف کردن ذرات تمام انرژی آنها به دتکتور انتقال می‌یابد. این قضیه به سنسورها اجازه می‌دهد اندازه‌ی ذرات را بر حسب انرژی‌ای که از دست می‌دهند؛ تعیین کنند. این نوع سنسورها از لایه هایی از مواد متراکم و پسیو (مانند قلع) تشکیل شده‌اند که در بین لایه‌هایی از شیشه قلع یا آرگون مایع قرار گرفته‌اند. کالریمترهای الکترومغناطیسی انرژی الکترون‌ها و فوتون‌ها را اندازه‌گیری می‌کنند. کالریمترهای هادرون (Hadronic) از انرژی هادرون‌ها (ذراتی که حاوی کوارک‌ها هستند: مانند پروتون‌ها و نوترون‌ها) نمونه‌برداری می‌کنند. کالریمترها قادر هستند اکثر ذرات شناخته شده را؛ به غیر از نوترینوها (neurinos) و muonها متوقف کنند.
