سنسورهای شیب

سنسورهای شیب دستگاهی هستند که خروجی الکتریکی تولید می کنند که با حرکت زاویه ای تغییر می کند. آنها گاهی اوقات به عنوان شیب سنج نامیده می شوند، اما شیب سنج ها هم سیگنال و هم بازخوانی تولید می کنند. سنسورهای شیب فقط یک سیگنال تولید می کنند. همانطور که از نام آنها پیداست، سنسورهای شیب برای اندازه گیری شیب یا شیب در محدوده محدود حرکت استفاده می شوند. آنها معمولاً در یک تا دو محور یک مکان عمل می کنند، در حالی که حرکت کامل از سه یا چند محور و سنسورهای اضافی استفاده می کند.

Segway Transporters از سنسورهای شیب برای انطباق با حرکت کاربر استفاده می کند. 

ساخت و ساز

نحوه عملکرد سنسور شیب به نوع آن بستگی دارد. آنها معمولاً حسگرهای تعادل نیرو، دستگاه MEMS حالت جامد یا حسگر پر از مایع هستند. هر نوع در زیر توضیح داده شده است.

نمایش تمام سازندگان سنسور شیب

معیارها

انواع 

پنج نوع سنسور شیب وجود دارد. این طبقه بندی محصول شامل بسیاری از فناوری ها و انواع دستگاه ها برای اندازه گیری شیب، شیب، شیب، ارتفاع و شیب است.

• سنسورهای تعادل نیرو، حسگرهای مرجع جاذبه هستند که اغلب در شیب‌سنج‌ها و شیب‌سنج‌ها استفاده می‌شوند. این سنسور از یک سیستم تعادل گشتاور با پشتیبانی خمشی تشکیل شده است که در آن یک جرم آونگی بین دو آشکارساز موقعیت معلق است. هنگامی که جرم سعی می کند در جهت شیب حرکت کند (به دلیل نیروی گرانش)، موقعیت جرم توسط سنسورهای موقعیت تشخیص داده می شود و باعث تغییر جریان می شود.

از مزایای سنسورهای تعادل نیرو می توان به عملکرد برتر، دقت بالا، عدم حساسیت به تغییرات دما و محدوده اندازه گیری وسیع اشاره کرد.

o عیب این نوع دستگاه ها قیمت بالای آن است.

سنسور شیب تعادل نیرو 

• سیستم‌های میکرو الکترومکانیکی حالت جامد (MEMS) حسگرهای مینیاتوری با صفحات جرمی متحرک هستند که از طریق سیستم تعلیق مکانیکی به یک قاب مرجع متصل می‌شوند. فنرها ساختار MEMS را بالای سطح زیرلایه معلق می کنند تا بدنه حسگر (همچنین به عنوان جرم اثبات شناخته می شود) بتواند در محورهای X و Y حرکت کند. شتاب باعث انحراف جرم اثبات از موقعیت مرکزی آن می شود. در اطراف چهار طرف جرم ثابت مجموعه ای از انگشتان شعاعی قرار دارد. این انگشتان بین صفحاتی قرار می گیرند که به زیرلایه ثابت شده اند. هر انگشت و جفت صفحه ثابت یک خازن دیفرانسیل را تشکیل می دهند و انحراف جرم اثبات با اندازه گیری ظرفیت دیفرانسیل تعیین می شود.

  • مزایای سنسورهای MEMS این است که دارای تهویه سیگنال یکپارچه و نصب آسان هستند.

  • عیب این نوع دستگاه این است که ضرایب حرارتی بسیار بالا است و معمولاً برای به دست آوردن دقت قابل قبول در بیشتر کاربردها، جبران نیاز است.

سنسور حرکت MEMs.

• سنسورهای پر از مایع می توانند الکترولیتی یا خازنی باشند

  • سنسورهای شیب الکترولیتی قادر به انجام اندازه گیری های بسیار دقیق گام و رول در کاربردهای مختلف هستند. این دستگاه‌ها خود را به اندازه‌گیری دامنه زاویه‌ای باریک و وسیع می‌دهند و به راحتی اندازه کوچک و دقت بالا خود را حفظ می‌کنند. آنها با استفاده از یک حفره شیشه ای یا سرامیکی پر از یک مایع رسانای الکتریکی عمل می کنند. سیال بین یک الکترود مشترک، مثبت و منفی هدایت می شود. هنگامی که سنسور تراز است، هر دو الکترود به طور یکنواخت در سیال غوطه ور می شوند و سیگنال خروجی متعادلی تولید می کنند. با چرخاندن سنسور، عدم تعادل بین الکترودها ایجاد می شود. این عدم تعادل یکی از الکترودها متناسب با زاویه چرخش است.

سنسورهای   شیب خازنی برای اندازه گیری شیب و شیب بدون تماس طراحی شده اند و می توانند هم به عنوان سنسور و هم به عنوان سوئیچ عمل کنند. حسگر خازنی مستقل از ماده پایه است و بر تغییر ظرفیت خازن زمانی که هندسه خازن در حال تغییر است متکی است. این دستگاه از یک جرم مقاوم مرکزی، خازن های محرک شانه ای و تیرهای تعلیق تشکیل شده است. سیستم تعلیق در یک هواپیما انعطاف پذیر است اما در سایر هواپیماها سفت است. هنگامی که شیب رخ می دهد، جرم مرکزی به سمت یکی از شانه ها حرکت می کند و ظرفیت از یک طرف افزایش و از طرف دیگر کاهش می یابد. تفاوت بین مقادیر یک پارامتر مربوط به tilt را ارائه می دهد.

• مزیت سنسورهای شیب خازنی نسبت کم هزینه به عملکرد آنهاست.

• نقطه ضعف آنها زمان پاسخگویی محدود آنهاست.

• شتاب سنج ها ابزاری برای اندازه گیری، نمایش و تجزیه و تحلیل شتاب و ارتعاش هستند. می توان از آنها به عنوان سنسور شیب استفاده کرد اما وضوح در جهت شیب محدود است و مصرف انرژی بالایی دارند.

• سوئیچ های جیوه از یک قطره جیوه در لوله استفاده می کنند. تغییر جهت سنسور باعث می شود مهره در لوله بغلتد و هر دو کنتاکت را لمس کرده و سوئیچ را ببندد.

• سوئیچ های توپ در قفس از یک توپ فلزی کوچک استفاده می کنند که در یک واحد مسکونی با دو یا چند کنتاکت نگهداری می شود. هنگامی که محفظه کج می شود، توپ دو کنتاکت الکتریکی را کوتاه می کند و سوئیچ را خاموش می کند.

 مشخصات

خریداران هنگام انتخاب سنسورهای شیب باید این مشخصات محصول را در نظر بگیرند.

• محدوده زاویه شیب محدوده خروجی خطی مورد نظر است که بر حسب درجه اندازه گیری می شود.

• تعداد محور تعیین کننده جهت شیب

• پهنای باند فرکانس مورد استفاده برای اندازه گیری تغییرات شتاب است.

• دقت و محدوده فرکانس باید با هم در نظر گرفته شوند، زیرا محدوده فرکانس‌هایی را نشان می‌دهند که سوئیچ‌های شیب و سنسورها با مشخصات دقت خود مطابقت دارند. دقت در فرکانس‌های پایین‌تر و پایین‌تر کاهش می‌یابد مگر اینکه دستگاه قادر به پاسخگویی DC باشد. و در فرکانس‌های بالاتر نزدیک به تشدید و فراتر از آن، جایی که پاسخ خروجی آن خاموش می‌شود. فرکانس ها معمولاً فرکانس های roll off 3-dB هستند.

GlobalSpec اطلاعاتی در مورد سنسورهای شیب با خروجی های الکتریکی مختلف ارائه می دهد.

• جریان آنالوگ نشان دهنده شیب حس شده به عنوان جریان است (به عنوان مثال 4-20 میلی آمپر).

• منطق دیجیتال ترانزیستور ترانزیستور (TTL) از ترانزیستورها برای پیش ساخت هم تابع دروازه منطقی و هم تابع تقویت کننده استفاده می کند.

• فرکانس آنالوگ یا پالس سیگنالی است که شیب حس شده را نشان می دهد.

• ولتاژ آنالوگ نشان دهنده شیب حس شده به عنوان ولتاژ است (به عنوان مثال 0-10 VDC).

• رابط های سریال یک بیت داده را در یک زمان انتقال می دهند. ارتباط سریال سریعتر از ارتباط موازی است.

• رابط های موازی چندین بیت داده را در یک زمان با استفاده از کانال های مختلف انتقال می دهند.

• سیگنال های سوئیچ یا آلارم برای هشدار به کاربر هنگام روشن یا خاموش شدن سنسور شیب طراحی شده اند که نشان می دهد جهت سنسور تغییر کرده است.

انواع نمایشگر بر نحوه تعامل کاربر با دستگاه تأثیر می گذارد.

• مترهای آنالوگ دستگاه های اساسی با علامت گذاری برای تعیین جهت هستند

• نمایشگرهای عددی دیجیتال از LCD برای نمایش زاویه جهت، ولتاژ یا جریان استفاده می کنند.

• ویدئو خوانش سنسور شیب و ضبط را نمایش می دهد.

نمایشگر دیجیتال برای سنسور شیب. 

برنامه های کاربردی

سنسور شیب در بسیاری از کاربردهای مختلف استفاده می شود. این موارد عبارتند از:

• دوربین ها

• کنترل پرواز هواپیما

• سیستم های امنیتی خودرو

• دوربین های فیلمبرداری

• تجهیزات ساختمانی

• کیسه هوای خودرو

• ربات ها

• ترموستات ها

• مطالعه حرکت انسان

• کنترلرهای بازی های ویدیویی

  منبع

   

• globalspec