بررسی و ساخت سنسور پارک و انواع سنسورها

بخشی از فهرست مطالب پروژه بررسی و ساخت سنسور پارک و انواع سنسورها

مقدمه

فصل اول : سنسور چیست ؟

فصل دوم : تکنیک های تولید سنسور

فصل سوم : سنسور سیلیکانی

خواص سیلیکان

مراحل تولید در تکنولوژی سیلیکان

سنسور درجه حرارت

سنسور درجه حرارت مقاومتی

سنسور حرارت اینترفیس

سنسورهای حرارتی دیگر و کاربردآن ها

سنسورهای فشار

اثر پیزو مقاومتی

سنسورهای فشار پیزو مقاومتی

اصول سنسورهای فشار جدید

سنسورهای نوری

مقاومت های نوری

دیودهای نوری و ترانزیستور های نوری

سنسورهای میدان مغناطیسی

فصل چهارم : مولد های هال و مقاومت های مغناطیسی

کاربردهای ممکن سنسورهای میدان مغناطیسی

فصل پنجم : سنسور های میکرو مکانیکی

سنسورهای شتاب / ارتعاش

سنسورهای میکروپل

فصل ششم : سنسور های فیبر نوری

ساختمان فیبر ها

سنسورهای چند حالته

سنسورهای تک حالته

سنسورهای فیبر نوری توزیع شده

فصل هفتم : سنسور های شیمیایی

بیو سنسورها

سنسورهای رطوبت

فصل هشتم : سنسور های رایج و کاربرد آن ها

سنسورهای خازنی

فصل نهم : سنسور ویگاند

فصل دهم : سنسور های تشدیدی

سنسورهای تشدیدی کوارتز

سنسورهای موج صوتی سطحی

فصل یازدهم : سنسور های ما فوق صوت

فصل دوازدهم : سنسور پارک خودرو

پتاسیومترها

خطی بودن پتاسیومترها

ریزولوشن پتاسیومترها

مسائل نویزالکتریکی در پتاسیومترها

ترانسدیوسرهای جابه جایی القایی

ترانسدیوسرهای رلوکتانس متغیر

ترانسدیوسرهای تغییر مکان جریان ادی

ترانسدیوسرهای تغییر مکان خازنی

رفتار خطی ترانسدیوسرهای تغییر مکان خازنی

سنسورهای حرکت از نوع نوری

سنسورهای پر آب هال سرعت چرخش و سیتم های بازدارنده (کمک های پارکینگ )

سیستم های اندازه گیری تغییر مکان اثر هال

سنسور دوبل پارک

آی سی ??? درمواد ترانسمیتر

مقدمه

مقدمه امروز وابستگی علوم کامپیوتر مکانیک و الکترونیک نسبت به هم زیاد شده‌اند و هر مهندس و با محقق نیاز به فراگیری آن‌ها دارد و لذا چون فراگیری هر سه آنها شکل به نظر می‌رسد حداقل باید یکی از آن‌ها را کاملا آموخت و از مابقی اطلاعاتی در حد توان فرا گرفت. اینجانب که در رشته مهندسی مکانیک سیالات تحصیل می‌کنم اهمیت فراگیری علوم مختلف را هر روز بیشتر حس می‌کنم و تصمیم گرفتم به غیر از رشته تحصیلی خود سایر علوم مرتبط با خودرو را محک بزنم. می‌دانیم که سال‌هاست علوم کامپیوتر و الکترونیک با ظهور میکروچیپ‌ها پیشرفت قابل ملاحظه‌ای کرده‌اند و این پیشرفت دامنگیر صنعت خودرو نیز شده است زیرا امروزه مردم نیاز به آسایش ایمنی عملکرد بالا از خودرو خود توقع دارند. از نشانه‌های ظهور الکترونیک و کامپیوتر در خودرو پیدایش سنسورها در انواع مختلف و سیستم‌های اداره موتور و سایرتجهیزات متعلقه می باشد. این تجهیزات روز و به روز تعدادشان بیشتر و وابستگی علم مکانیک به آن ها بشتر می‌شود. در ادامه سعی دارم نگاهی به تولید وسنسورهای موجود در بازار بیاندازیم و زمینه را برای ساخت یک سنسور پارک مهیا کنم تا از ابزارهای موجود حداکثر بهره‌ را برده وعملکرد مطلوب ارایه داد. فصل اول سنسور چیست امروزه بحث سنسور به اهمیت مفاهیمی از قبیل میکروپرسسور (پردارزش گر) انواع مختلف حافظه وسایر عناصر الکترونیکی رسیده است با این وجود سنسور هنوز هم فاقد یک تعریف دقیق است همچنانکه کلمات الکترونیکی از قبیل پروب بعدسنج پیک آپ یا ترنسدیوسر هنوز هم معانی لغوی ندارند. جدا از این‌ها کلمه سنسور خود ریشه بعضی کلمات هم خانواده نظیر المان سنسور سیستم سنسور سنسور باهوش و تکنولوژی سنسور شده است کلمه سنسور یک عبارت تخصصی است که از کلمه لاتین Sensorium به معنی توانایی حس کرد یا Sensus به معنی حس برگرفته شده است. پیش از آن که بحث را ادامه دهیم لازم است عبارت سنسور را در صنعت الکترونیک تعریف کنیم یک سنسور هم کمیت فیزیکی معین را که باید اندازه‌گیری شود به شکل یک کمیت الکتریکی تبدیل می‌کند که می‌تواند پردازش شود یا به صورت الکترونیکی انتقال داده شود. مثلا یک سنسور رنگ می‌تواند تغییر در شدت نور را به یک پروسه تبدیل نوری الکترونی به صورت یک سیگنال الکتریکی تبدیل کند. بنابراین سنسور را می‌توان به عنوان یک زیر گروه از تفکیک کننده‌ها که وظیفه‌ی آن گرفتن علایم ونشانه‌ها از محیط فیزیکی و فرستادن آن به واحد پردازش به صورت علایم الکتریکی است تعریف کرد. البته سنسوری مبدلی نیز ساخته شده‌اند که خود به صورت IC می‌باشند و به عنوان مثال (سنسورهای پیزوالکترونیکی سنسورهای نوری). وقتی ما از سنسوری مجتمع صحبت می‌کنیم منظور این است که تکیه پروسه آماده‌سازی شامل تقویت کردن سیگنال فیلترسازی تبدیل آنالوگ به دیجیتال و مدارات تصحیح‌ می‌باشند در غیر این صورت سنسوری که تنها سیگنال تولید می‌کند به نا سیستم موسوم هستند. در نوع پیشرفته به نام سنسور هوشمند یک واحد پردازش به سنسور اضافه شده است تا خورجی آن عاری از خطا باشد منطقی‌تر شود. واحد پردازش سنسور که به صورت یک مدار مجتمع عرضه می‌شود اسمارت (Smart) نامیده می‌شود. یک سنسور باید خواص عمومی زیر را داشته باشد تا بتوان در سیستم به کار برد که عبارتند از حساسیت کافی درجه بالای دقت و قابلیت تولید دوباره خوب درجه بالای خطی بودن عدم حساسیت به تداخل و تاثیرات محیطی درجه بالای پایداری و قابلیت اطمینان عمر بالای محصول و جایگزینی بدون مشکل. امروزه با پیشرفت صنعت الکترونیک سنسوری مینیاتوری ساخته می‌شود که از جمله مشخصه‌ی آن می‌توان به موارد زیر اشاره کرد سیگنال خروجی بدون نویز سیگنال خروجی سازگار با باس احتیاج به توان پایین. فصل 2 تکنیک های تولید سنسور تکنیک‌هایی در تولید سنسور تکنولوژی سنسور امروزه براساس تعداد نسبتا زیادی از سنسورهای غیرمینیاتوری استوار شده است. این امر با بررسی ابعاد هندسی سنسوریهایی برای اندازه‌گیری فاصله توان شتاب سیال عبوری فشار و غیره مشاهده می‌شود. برای اکثر سنسورها این ابعاد از cm10 تجاوز می‌کند. اغلب ابعاد سنسورها توسط خود سنسور تعیین نمی‌شود بلکه وسیله پوشش خارجی آن مشخص می‌گردد. با این وجود حتی در چنین مواردی خود سنسورها از نظر اندازه در حد چند سانتی‌متر هستند. چنین سنسوریهایی که می‌تواند گاهی خیلی گرانبها باشند برای مثال در زمینه اندازه‌گیری پروسه. تکنولوژی تولید و ربات‌ها تکنولوژی‌های میکروالکترونیک زیر اکثرا به کار برده می‌شوند تکنولوژی سیلیکان تکنولوژی لایه نازک تکنولوژی لایه ضخیمهیبرید سایر تکنولوژی‌های نیمه هادیپرسوه‌های دیگری نیز در تولید سنسور بکار برده می‌شود از قبیل تکنولوژی‌های فویل سینتر تکنولوژی فیبرنوری مکانیک دقیق تکنولوژی لیزر نوری تکنولوژی مایکروویو و تکنولوژی بیولوژی. بعلاوه تکنولوژی‌هایی از قبیل پلیمرها آلیاژهای فلزی یا مواد پیزوالکتریکی نیز نقش حساسی را در تولید سنسور بازی می‌کنند.از آنجایی که سیلیکان و نیمه هادی‌های دیگر بطور خیلی گسترده در میکروالکترونیک بکار برده می شوند. در ادامه به تشریح این پروسه تولید می‌پردازم. فصل 3 سنسور سیلیکانی استراتژی ترجیح داده شده در ساخت سنسوریها برمبنای سیلیکانی جدید بهره‌مند شدن از تکنیک‌ها و پردازش‌هایی هست که قبلا در صنعت مدار مجتمع (IC) بر مبنای سیلیکان بنا نهاده شده است و به این طریق می‌توانذ از تجربیات و نتایج این بخش صنعتی سود جست خواص سیلیکان واثرات آن بر سنسور سیلیکان یک ماده مناسب برای تکنولوژی سنسور است به ظرط آن که اثرات فیزیکی و شیمیایی کافی با قوت قابل قبول نشان دهد که می‌تواند در ساختارهای غیرپیچیده در طول گستره وسیعی از درجه حرارت‌ها بکار برده شود. استفاده از سیلیکان دارای چندین پی آمد برای سنسورها می‌باشد. نخست آن که خواص فیزیکی سیلیکان می‌تواند مستقیما برای اندازه‌گیری کمیت اندازه‌گیری شوند. مطلوب به کار برده شود. در جدیدترین تحولی که در سال 1980 جلوه‌گر شد ارتباط تکنولوژی میکروالکترونیک با تکنیک‌های ایجاد شده بویژه برای تولید سنسور است از قبل برداشتن نم غیریکسان یا شیشه آندی در اتصال سیلیکانی. به این طریق خواص مکانیکی بسیار خوب سیلیکان تک کریستال می‌تواند برای ساخت سنسورهای بدیع به کار برده شود. ای تکنولوژی که به نام میکرومکانیک موسوم است منجر به تولید عناصر سیلیکانی مکانیکی یا مکانیکی الکترونیکی با ابعادی به اندازه مشابه الکترونیکی آنها می‌گردد که از نظر اندازه چندین میکرومتر هستند. سیلیکان تک کریستالی بویژه بخاطر خواص مکانیکی عالی خود با این تکنولوژی بخوبی سازگار است. تک کریستالی تغییر ماهیت نمی‌دهد. با این وجود شکنندگی آن می‌تواند یک ایراد باشد. همچون الماس این کریستال می‌تواند در عرض ضخامت مختلف شکسته می‌شود. نتیجه آن که بسیاری از سنسورهای ساخته شده بر مبنای سیلیکان تک کریستالی به کاربردهایی که در آن درجه حرارت به بالاتر از 150-120 درجه سانتی گرد افزایش پیدا نمی کند محدود می‌شوند. مراحل تولید در تکنولوژی سیلیکان ساخت سنسورهای سیلیکانی بطور عمده براساس عملیات بکار برده شده در تکنولوژی نیمه هادی مدرن استوار است. که برای تولید عناصر میکروالکترونیکی ابداع شده‌اند. تکنولوژی صفحه‌ای سیلیکان نه فقط برتولیدات مدارات مجتمع غلبه می‌کند بلکه یک عنصر تعیین کننده در تولید بسیاری از سنسورهای سیلیکانی نیز می‌باشد این امر منجر به مزایای زیر می‌شود ساخت کم هزینه سنسورها به تعداد زیاد مینیاتورسازی سنسور تجمع یکپارچه و الکترونیک ساخت سنسورهای چند گانه (سنسورهای چند گانه برروی یک چیپ‌ تنها) استفاده از چیپ‌های بزرگ یا در بعضی موارد و وینرهای کمل (مثلا سلولهای خورشیدی سنسوریهای نوری الکتریکی حساس به وضعیت) امکان ساخت به بعدی که در آن تکنیک‌های خاص برای برش عمیق و غیر ایزوتروپیک و لایه‌های توقف برش خاص برای خلق شکل سه بعدی عناصر سیلیکاتی مینیاتور شده به کار برده می‌شود استفاده از دیسک‌های خیلی نازک یا قسمت‌های خیلی نازک (سنسوریهای فشار یا شتاب) نشست دادن لایه‌های سنسور نازک بر و روی زمینه سیلیکان که خواص سنسور محدود سیلیکانی را توسعه می‌دهد. ویژگی‌های دیگر را می‌توانید در کتاب‌های میکرومکانیک مطالعه نمایید. ولی قبل از خلاصه‌ای از میکرومکانیک را خدمت شما عرض می کنمعبارت میکرومکانیک یا تشابهات آن به یک شاخه علمی گفته می‌شود که در آن هدف ساخت میکروسیستم‌های پیچیده متشکل از سنسورهای بسیار مجتمع یک طبقه پردازش سیگنال لا رنجش‌های مکانیکی قابل حرکت می‌باشد. در این حرکت علمی به روش‌های علمی برای ساخت دست پیدا کرده‌اند که در روشهای مکانیکی معمول امکان ساخت آن غیرممکن است محدوده ساخت آن‌ها بین میلی متر و زیرمیکرومتر واقع می‌شود. سنسورهای در بعد حرارت در بعد حرارت یکی از مهمترین کمیت‌های فیزیکی می‌باشد. بسیاری از اصول مربوطه به اندازه‌گیری درجه حرارت از دتها پیش شناحته شده‌اند از قبل پدیده انبسطا مکانیکی ترموکوپل ترمومتر و … پیشرفت‌های حاصل شده در علم مواد در دهه 1950 سبب پیدایش مقاومت‌هایی با ضریب درجه حرارت مثبت (PTC) یا منفی (NTC) شد بر طبق سنسورهای موجود می‌توان سنسورهای موجود حرارتی را به 1-‌ سنسورهای مقاومتی 2-‌ سنسورهای درجه حرارت اینزفیس طبقه‌بندی کنیم. سنسورهای درجه حرارت مقاومتی چنین سنسورهایی از وابستگی درجه جرارت انتقال عامل استفاده می‌کند. اصلاح مقاومت توزیعی از روش برای سنجش مقاومت ویژه یک نیمه هادی با استفاده از روش تک پروپی ناشی می‌شود. سنسوریهای سیلیکانی دارای این مزیت هستند که می توانند با اطمینان بیشتر و با سطوح قابل تحمل پایین‌تر دوباره تولید شوند. H-si بطور عمده در کاربردهای تکنیکی به کار برده می‌شود. طول کناره زمینه mm2-1 ضخامت تقریبا mm200 است. کل قطر dدارای مقداری به اندازه mm50-10 می‌باشد. ابعاد کوچک و زمان پاسخ دهی کوتاه باعث کاربرد آن شده است مثلا سنسور نوع (ValVo) KTY 84 یک سنسور NTC در محدوده درجه حرارت بین 50- تا 300 درجه سانتی‌گراد است.

بخشی از منابع و مراجع پروژه بررسی و ساخت سنسور پارک و انواع سنسورها

1-    اصول و كاربرد سنسورها  نوشته پیتر هاپتمن

2- Binder , J . sensors and actuaters 4

3- Kawamura Y. Proc. TRANDUCER

4- Baltes, H .P. and Popovic ,R.S . Proc . IEEE 74

5- Angell, J.B . Silicon Micromechanical Device ,
and Electro Optics

6- Moretti ,M . Laser Focus

7- Williams,D.E.,stonham,A.M.and Moseley,P.T

8-Harada,k.et al;IEEE  Trans.Magntics .

9-Fernisse,E . P .et al;IEEE Trans.Ultrasonics,ferroelectrics frequ.control.

10- Clifford, P.K :Proc.int.meeting on chemical sensor