خانه » دانشنامه‌ها » دانشنامه سنسور » سنسور هوشمند چیست؟ طرز کار و کاربردها

سنسور هوشمند چیست؟ طرز کار و کاربردها

بازدید: 579

سنسور هوشمند چیست
  1. خانه
  2. »
  3. دانشنامه سنسور
  4. »
  5. سنسور هوشمند چیست؟ طرز کار و کاربردها

سنسور هوشمند چیست؟ طرز کار و کاربردها

بازدید: 579

سنسور هوشمند چیست

در عصر انقلاب صنعتی چهارم که در آن اتوماسیون سیستم هدف اصلی ما است، نمی توان اهمیت سنسورهای هوشمند را دست کم گرفت

تعریف سنسورهای هوشمند

یک سنسور یا حسگر هوشمند (Smart sensors) ورودی‌ها را از محیط فیزیکی دریافت می‌کند و داده‌ها را با استفاده از منابع محاسباتی داخلی خود پردازش کرده و داده‌های پردازش شده را برای استفاده بیشتر به صورت خروجی تحویل می‌دهد.

سنسور چیست؟

سنسور  یا حسگر به طور کلی المانیست که یک سیگنال الکتریکی که مربوط به یک مقدار فیزیکی است، تولید می‌کند. از این رو، یک سنسور یک کمیت فیزیکی را اندازه گیری می‌کند و این اندازه‌گیری با استفاده از یک ابزار نمایش داده می‌شود.

اجزای سنسورهای هوشمند

اسمارت سنسورها یا حسگرهای هوشمند دارای المان های الکترونیکی یکپارچه سازی شده هستند که آنها را قادر می سازد تا عملکردهای خاصی مانند توابع منطقی، ارتباط دو طرفه و غیره را انجام دهند و همچنین قادر به تصمیم‌گیری هستند. این سنسورها همچنین قادرند داده‌های محیطی را با دقت بیشتر و نویز کمتری اندازه گیری کنند. از این سنسورها برای نظارت و انجام مکانیسم کنترل در صنایع استفاده می‌شود. این سنسورها دارای سه قسمت مهم هستند:

 

عنصر حسگر

بخش پردازش سیگنال

ریزپردازنده

تفاوت سنسورهای هوشمند و معمولی

  • سنسورهای هوشمند سریعتر از سنسورهای معمولی هستند.
  • این سنسورها نسبت به سنسورهای معمولی دقت بیشتری دارند.
  • اندازه این سنسورها در مقایسه با سنسورهای معمولی کوچکتر است.
  • توان کمتری مصرف می‌کنند.

عملکرد سنسورهای هوشمند

این سنسورها دارای وظایف زیر هستند:

برای پردازش اطلاعات استفاده می‌شوند.
 می‌توانند نقش جبران ساز (compensation) ایفا کنند.
با سیستم‌های دیگر یکپارچه سازی انجام می‌دهند.
این سنسورها اعتبارسنجی (validation) انجام می‌دهند.
 ترکیب داده (دیتا فیوژن) هم انجام می‌دهند.

دلایل استفاده از سنسورهای هوشمند

این سنسورها به این دلیل استفاده می شوند:

 قابلیت سلف کالیبراسیون دارند.
سطح دقت بسیار بالاست.
ارتباط نسبتا خوبی دارند.
می‌توانند چند حسگری (multi-sensing) انجام دهند.
مقرون به صرفه هستند.
پاسخ سریع دارند.
مصرف توان کم.
قابلیت تشخیص از راه دور (remote diagnosis) دارند.

ویژگی های مهم سنسورهای هوشمند

این سنسورها دارای ویژگی‌های زیر هستند:

  • تبدیل آنالوگ به دیجیتال
  • میکروکنترلر با ویژگی‌های پیشرفته، عمدتا PIC
  • شناسایی سنسور
  • ثبت اطلاعات (دیتا لاگینگ) و ریل تایم کلاک
  • ارتباط از طریق باس سریال

معیار انتخاب سنسور هوشمند چیست؟

سنسورهای هوشمند بر اساس معیارهای زیر انتخاب و  استفاده می‌شوند:

آنها با توجه به قابلیت سلف کالیبراسیون انتخاب می‌شوند.
دقت سنسور باید در نظر گرفته شود.
توانایی خود تشخیصی نیز باید در نظر گرفته شود.
قابلیت پردازش اطلاعات نیز باید در نظر گرفته شود.
ناحیه مورد بررسی نیز بر انتخاب تأثیر می گذارد.
تلورانس خطا باید در نظر گرفته شود.
این سنسورها باید با توجه به توانایی کار در محیط سخت انتخاب شوند.
قابلیت اطمینان در طول عملیات باید در نظر گرفته شود.
آنها باید عمر مفید مناسبی داشته باشند.

اجزای اصلی سنسور هوشمند

این سنسورها دارای پنج عنصر اساسی هستند:

سنسور پایه

سنسور پایه یک حسگر معمولی است که کمیت فیزیکی را تشخیص می‌دهد.

منبع تغذیه

منبع تغذیه برای تغذیه منبع محاسباتی استفاده می‌شود. منبع تغذیه ممکن است برق پایه سنسور را نیز تامین کند.

ریزپردازنده

ریزپردازنده یک المان محاسباتی است که حسگر را قادر می‌سازد تا محاسبات داده‌ای مربوط به کمیت مورد اندازه‌گیری‌اش را انجام دهد. ریزپردازنده همچنین می‌تواند بر اساس این تحلیل‌ها اقداماتی هم انجام دهد.

مموری یا حافظه

حافظه برای ذخیره مقادیر اندازه‌گیری شده، دیتاهای محاسبه شده و ذخیره منطق نرم افزاری اختصاص داده شده در سنسور که نحوه هندل این داده‌ها توسط سنسور را کنترل می‌کند؛ در نظر گرفته شده است.

ماژول ارتباطات

ماژول ارتباطی برای ارسال و دریافت داده‌ها بین سنسور و دستگاه‌های خارجی از طریق یک شبکه مشابه یا اینترنت استفاده می‌شود.

طرز کار سنسور هوشمند

طرز کار سنسور هوشمند
یک سنسور معمولی برای ارائه قابلیت حسگری (sensing) استفاده می‌شود. سنسورهای معمولی برای اندازه‌گیری کمیت فیزیکی و تولید سیگنال آنالوگ طراحی شده‌اند. این سیگنال باید قبل از استفاده پردازش شود؛ اینجاست که ریزپردازنده نقش اصلی را ایفا می‌کند. این ریزپردازنده یکپارچه که در داخل سنسور قرار گرفته است، سیگنال نویز ناخواسته را فیلتر کرده و سیگنال پایه را به شکل قابل استفاده تبدیل می‌کند. ریزپردازنده یکپارچه شامل توابع نرم افزاری است که محاسباتی را با مقادیر اندازه گیری شده انجام می‌دهد و ممکن است در مقادیر خاصی اقدام مشخصی را نیز انجام دهد. کارت حافظه نیز درون سنسور تعبیه شده است و داده‌های اندازه گیری شده و پارامترهای عملکرد سنسور را ذخیره می‌کند. همچنین ماژول ارتباطی درون سنسور ادغام شده و امکان اتصال به دستگاه‌های خارجی توسط یک شبکه اختصاصی یا اینترنت را فراهم می‌کند.

کاربردهای سنسور هوشمند

این سنسورها برای همان هدفی استفاده می‌شوند که یک سنسور معمولی که یک کمیت فیزیکی را اندازه گیری می‌کند؛ استفاده می‌شوند. اما همچنین دارای قابلیت‌های انتقال داده و ارتباطات است که این حسگرها را برای بسیاری از کاربردهای صنعتی مناسب می‌کند. این سنسورها به دلیل توانایی‌های ارتباطی آن از طریق اینترنت، مهمترین المان در اینترنت اشیا هستند.

انواع سنسور هوشمند

سنسورهای هوشمندی که در صنایع مورد استفاده قرار می‌گیرند عمدتاً پنج نوع هستند. برخی از سنسورهای هدف ویژه نیز در بازار موجودند. پنج نوع سنسور هوشمند عبارتند از:

 

سنسورهای هوشمند نسبت به سنسورهای معمولی ترجیح داده می شوند زیرا دارای قابلیت مدیریت داده هستند. اما هنوز کاربردهایی وجود دارند که در آنها استفاده از سنسور معمولی گزینه مناسب‌تری است. به طور مثال اگر به کنترل کامل روی ورودی سنسور نیاز باشد، ممکن است به جای سنسور هوشمند از سنسور معمولی استفاده شود.

مزایای سنسورهای هوشمند

سنسورهای هوشمند دارای مزایای زیر هستند:

  • این حسگرها عملکرد فرآیند را بهبود می بخشند
    این سنسورها با اتصال دستگاه‌ها و سیستم‌های مختلف داده‌ها را تولید می‌کنند و از این رو ماشین‌های مختلف را قادر می‌سازند که با یکدیگر صحبت کنند. با این کار به موارد زیر کمک می کند:
    نظارت بر تجهیزات و عملکرد سیستم
    مقایسه و تجزیه و تحلیل مجموعه داده ها

 

  • این حسگرها با پیش بینی خرابی تجهیزات، تعمیرات را کاهش می‌دهند
    آنها به کاهش تعمیرات غیر ضروری، هزینه تعویض قطعات و احتمال توقف تولید کمک می‌کنند. داده‌های جمع آوری شده توسط این سنسورها در تشخیص الگوهای خرابی استفاده می‌شود که نیاز به تجهیزات سرویس را از بین می‌برد. این حسگرها می‌توانند از داده‌ها برای ارسال هشدار به اپراتورها استفاده کنند و آنها را در مورد خرابی احتمالی مطلع کنند. از این رو، آنها می توانند قبل از ایجاد توقف تولید اقدام کنند.
  • این حسگرها می توانند به طور خودکار داده ها را برای سوابق تاریخی و مطابقت با مقررات ثبت کنند
    در برخی از فرآیندها و تولیدات، تولیدکنندگان نیاز به ارائه برخی سوابق داده دارند که ثابت می‌کند پارامترهای تولید آنها محدودیت‌هایی را برای مشتریان خود تعیین کرده است. هنگامی که از سنسورهای هوشمند استفاده می‌شود، می‌توانند به طور خودکار در این موضوع کمک کنند. دلیل آن این است که این سنسورها به طور خودکار داده‌هایی مانند دما، رطوبت، مصرف انرژی، ساعات کار، نیاز به تعمیر و نگهداری و خروجی‌های خط تولید را ثبت می‌کنند.
  • این سنسورها اطلاع رسانی از مشکلاتی را ارائه می‌دهند که می‌تواند کیفیت را پردازش کند
    سنسورهای هوشمند ممکن است مشکلات سیستمی را شناسایی کنند که می‌تواند بر خروجی تولید یا کیفیت محصول تأثیر بگذارد و اطلاع‌رسانی بصورت real time از آنها ارائه می‌کند. این امر به جلوگیری از توقف تولید کمک می‌کند.
  • سنسورهای هوشمند می‌توانند خودآزمایی، سلف کالیبراسیون و تشخیص عیوب خود را انجام دهند
    این حسگرها می‌توانند در حین روشن شدن، خودآزمایی انجام دهند تا مشخص شود که آیا یک قطعه از کار افتاده است یا خیر. سنسورهای هوشمند همچنین پیام اعلانی را برای انجام اقدامات مناسب به کنترل کننده فرآیند ارسال می‌کنند. سنسورهای هوشمند این قابلیت را دارند که در صورت نیاز خود کالیبره شوند.
  • حسگرهای هوشمند توانایی انجام چند حسگری (multi-sensing) را دارند
    یک سنسور هوشمند قادر است چندین کمیت فیزیکی را به طور همزمان اندازه گیری کند. به عنوان مثال، یک فیوژن سنسور مایع قادر است دما، جریان، فشار و چگالی یک محیط را به طور همزمان اندازه‌گیری کند.
  • سنسورهای هوشمند دقت بالایی دارند
    سنسورهای هوشمند می‌توانند نویز سیگنال را فیلتر کرده و خطاهای تصادفی را جبران کنند. از این رو، دقت سنسور را افزایش می‌دهند.

معایب سنسورهای هوشمند

سنسورهای هوشمند دارای معایب زیر هستند:

  • این سنسورها هم عملگر یا اکچویتور و هم سنسور دارند. بنابراین در مقایسه با سنسورهای معمولی پیچیده‌تر هستند.
  • از آنجا که پیچیدگی در سنسورهای هوشمند سیمی بیشتر است، بنابراین هزینه نیز بالاتر است.
  • کالیبراسیون سنسور باید توسط یک پردازنده خارجی مدیریت شود.
  • عملکردهای تعبیه شده از پیش تعریف شده‌ای وجود دارد که باید در طول طراحی سنسورهای هوشمند ارائه شوند.

نظرتان را درباره این مقاله بگویید 4 نظر

سنسور هوشمند چیست؟ طرز کار و کاربردها

با ثبت نظر و نوشتن کامنت، تیم ما را در راستای بهبود و افزایش کیفیت محتوا یاری خواهید کرد :)

فهرست مطالب

فهرست مطالب

مقالات مرتبط

مشاهده محصولات

بروزترین مقالات

این مقاله را با دوستانتان به اشتراک بگذارید!

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

15 − 12 =

فروشگاه