في عمليات إنتاج الأتمتة الصناعية الحديثة، تلعب أجهزة الاستشعار دورا حاسما.
المستشعر هو أداة كشف قادرة على إدراك المعلومات المقاسة. فهو يحول هذه المعلومات المتصورة إلى إشارات كهربائية أو أشكال أخرى مطلوبة من المخرجات وفقًا لمبادئ محددة، مما يلبي متطلبات نقل المعلومات ومعالجتها وتخزينها وعرضها وتسجيلها والتحكم فيها. تساعد المستشعرات في مراقبة التغييرات المتنوعة وتحليلها وقياسها ومعالجتها-مثل التحولات في الموضع والطول والارتفاع والظروف الخارجية وعدم المحاذاة التي تحدث في بيئات الإنتاج الصناعي.
إذًا، ما هي أنواع أجهزة الاستشعار المطلوبة عادةً في الأتمتة الصناعية؟
I. أجهزة استشعار درجة الحرارة والرطوبة
تشتمل مستشعرات درجة الحرارة والرطوبة على عناصر حساسة للرطوبة-وعناصر حساسة للحرارة لقياس درجة الحرارة والرطوبة. بعد جمع هذه الإشارات، تخضع لمعالجة الدائرة بما في ذلك تثبيت الجهد، والترشيح، والتضخيم التشغيلي، والتصحيح غير الخطي، وتحويل V/I، وتنظيم التيار المستمر، والحماية العكسية. وينتج عن ذلك مخرجات تيار أو جهد تتناسب خطيًا مع درجة الحرارة والرطوبة. وبدلاً من ذلك، يمكنهم الإخراج مباشرة عبر واجهات مثل RS-485 أو RS-232 من خلال شريحة التحكم الرئيسية.
ثانيا. الاستشعار الكهروضوئي
المستشعر الكهروضوئي هو جهاز يحول الإشارات الضوئية إلى إشارات كهربائية. يعتمد عملها على التأثير الكهروضوئي، الذي يصف الظاهرة حيث تمتص الإلكترونات الموجودة في مواد معينة طاقة الفوتونات من الضوء الساقط، مما يؤدي إلى تأثيرات كهربائية مقابلة. يمكنهم اكتشاف-الكميات الفيزيائية غير الكهربائية التي تسبب تغيرات مباشرة في شدة الضوء، مثل شدة الضوء، والإضاءة، وقياس درجة الحرارة الإشعاعية، وتحليل تكوين الغاز. يمكنهم أيضًا اكتشاف الكميات غير الكهربائية الأخرى- القابلة للتحويل إلى تغيرات في شدة الضوء، بما في ذلك قطر الجزء، وخشونة السطح، والإجهاد، والإزاحة، والاهتزاز، والسرعة، والتسارع، بالإضافة إلى شكل الجسم وتحديد الحالة التشغيلية.
ثالثا. مجسات الضغط
أجهزة استشعار الضغط هي أجهزة شائعة الاستخدام في الممارسة الصناعية. فهي تكتشف إشارات الضغط وتحولها إلى إشارات خرج كهربائية قابلة للاستخدام وفقًا لمبادئ محددة. يتم تطبيقها على نطاق واسع في الطاقة الكهرومائية، والنقل بالسكك الحديدية، والمباني الذكية، وأتمتة الإنتاج، والفضاء، والجيش، والبتروكيماويات، وآبار النفط، وتوليد الطاقة، والسفن البحرية، والأدوات الآلية، وخطوط الأنابيب، وغيرها من الصناعات.
رابعا. مستشعر تأثير هول
مستشعر تأثير هول هو مستشعر مجال مغناطيسي يعتمد على تأثير هول، ويتم تطبيقه على نطاق واسع في الأتمتة الصناعية وتكنولوجيا الكشف ومعالجة المعلومات. يعد تأثير هول بمثابة طريقة أساسية لدراسة خصائص المواد شبه الموصلة. يتيح معامل هول الذي تم قياسه من خلال تجارب تأثير هول تحديد المعلمات الحرجة مثل نوع موصلية أشباه الموصلات، وتركيز الناقل، وتنقل الناقل.
V. أجهزة استشعار القرب
تعد أجهزة استشعار القرب مصطلحًا عامًا لأجهزة الاستشعار التي تحل محل طرق الكشف القائمة على الاتصال-مثل مفاتيح الحد، مما يتيح الاكتشاف دون الاتصال الجسدي بالكائن المستهدف. يقومون بتحويل معلومات الحركة والتواجد للهدف إلى إشارات كهربائية. مستشعر القرب هو جهاز قادر على استشعار اقتراب جسم ما. إنه يستخدم الخصائص الحساسة لأجهزة استشعار الإزاحة لاكتشاف الأجسام القريبة وإخراج إشارات التبديل المقابلة. ولذلك، تُعرف مستشعرات القرب أيضًا بمفاتيح القرب.
سادسا. أجهزة الاستشعار MEMS (الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة)
تمثل مستشعرات MEMS، أو الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة، -مجالًا بحثيًا متطورًا متعدد التخصصات تم تطويره باستخدام تكنولوجيا الإلكترونيات الدقيقة. أنها تدمج الإلكترونيات والميكانيكا وعلوم المواد والفيزياء والكيمياء والبيولوجيا والطب. حاليًا، تجد مستشعرات MEMS تطبيقات واسعة النطاق في الأقمار الصناعية الفضائية، ومركبات الإطلاق، ومعدات الطيران، والطائرات، والسيارات، والأجهزة الطبية الحيوية، والإلكترونيات الاستهلاكية.
سابعا. مجسات عزم الدوران
تستخدم مستشعرات عزم الدوران، والمعروفة أيضًا بمحولات عزم الدوران، أو عدادات عزم الدوران، أو مقاييس عزم الدوران، تقنية القياس الكهربائي لقياس الضغط. يتم تشكيل جسر الضغط على عمود مرن. يؤدي تطبيق الطاقة على هذا الجسر إلى توليد إشارة كهربائية تتناسب مع القوة الالتوائية المطبقة على العمود. من خلال اكتشاف عزم الدوران الالتوائي على مختلف المكونات الميكانيكية الدوارة أو غير الدوارة، تقوم هذه المستشعرات بقياس عزم الدوران وسرعة الدوران والقدرة الميكانيكية بدقة.
ثامنا. أجهزة استشعار الألياف البصرية
تقوم مستشعرات الألياف الضوئية بتحويل حالة الجسم المقاس إلى إشارات بصرية قابلة للقياس. يتضمن مبدأ العمل توجيه شعاع الضوء من مصدر الضوء عبر الألياف الضوئية إلى المغير. داخل المغير، يؤدي التفاعل مع المعلمة المقاسة الخارجية إلى تغيير الخصائص البصرية للضوء -مثل الكثافة أو الطول الموجي أو التردد أو الطور أو حالة الاستقطاب-مما يؤدي إلى إنشاء إشارة بصرية معدلة. تنتقل هذه الإشارة بعد ذلك عبر الألياف الضوئية إلى جهاز إلكتروني ضوئي، حيث يستخرج مزيل التشكيل المعلمة المقاسة.
تاسعا. مستشعر الإزاحة
يُعرف هذا الجهاز الخطي للاستشعار المعدني أيضًا باسم المستشعر الخطي، ويعمل على تحويل الكميات الفيزيائية المختلفة إلى إشارات كهربائية. تطبيقاته واسعة النطاق، ويشيع استخدامها في الأتمتة الصناعية، والبناء، والجسور، والمجالات المماثلة.
X. أجهزة الاستشعار المغناطيسية
تظهر المواد المغناطيسية خصائص مغناطيسية متغيرة عند تعرضها لمحفزات خارجية مثل الحرارة أو الضوء أو الضغط أو الإشعاع. تتيح هذه الخصائص إنشاء أجهزة استشعار موثوقة وحساسة للغاية. تستخدم هذه المستشعرات المواد المغناطيسية كعناصر استشعار لها، ومن هنا جاءت تسميتها بـ "أجهزة الاستشعار المغناطيسية".