ایران پروژه ایران پایانامه

 پروژه دانشجویی مقاله سنسورهای موقعیت‌یاب در word دارای 79 صفحه می باشد و دارای تنظیمات و فهرست کامل در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد پروژه دانشجویی مقاله سنسورهای موقعیت‌یاب در word   کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

این پروژه توسط مرکز مرکز پروژه های دانشجویی آماده و تنظیم شده است

توجه : توضیحات زیر بخشی از متن اصلی می باشد که بدون قالب و فرمت بندی کپی شده است

بخشی از فهرست مطالب پروژه پروژه دانشجویی مقاله سنسورهای موقعیت‌یاب در word

سنسورهای موقعیت‌یاب  
مقدمه  
سنسورهای مغناطیسی  
سنسورهای اثرهال Hall Effect Sensors  
مقدمه  
ویژگیهای عمومی  
تاریخچه   
تئوری اثرهال  
اساس سنسورهای اثرهال  
سنسورهای هال دیجیتال  
سنسورهای آنالوگ  
سنسور آنالوگ اثر هال  
سیستم های مغناطیسی  
Unipolar head-on mode  
Unipolar slide-by mode  
Bipolar  Slide –By  made  
Bipolar Slide –By mode (ring  magnet)  
سنسورهای موقعیت تشخیص پره( Vane Operated Position Sensor)  
اساس عملکرد  
Sequence Sensors  
سنسورهای مجاورتی (Proximity Sensor)  
سنسور ماشین های اداری  
سنسور موقعیت چندگانه(Multiple position sensor)  
سنسور ضد لغزشیAnti-Skid sensor  
سنسور موقعیت پیستون(Piston detection sensors)  
سنسورهای مگنتواستریکتیو(Magnetostrictive sensors)  
معــرفی  
تئـــوری  
نحوه عملکرد موقعیت سنج  
مشخصات کلی و مقایسه  
کاربرد ها و انواع  
سنسورهای مگنتورزیستیو (Magnetoresistive sensors)  
معرفی و تاریخچه  
تـئـوری  
GMR  
کاربردهای GMR  
CMR  
مقایسه   
کــاربـرد ها  
کاربردهای خطی  
کاربرد های زاویه ای  
Vehicle detection  
قطب نمای الکتریکی با استفاده از AMR  
انواع و نمونه‌ها  
Reed Switch  
معرفی  
انکودرهای مغناطیسی  
ویژگی‌های عمومی  
مقایسه انکودرهای نوری و مغناطیسی  
کاربردها  
سنسورهای القایی  
Inductive sensors  
مقدمه  
ساختمان سینکروها  
انواع سینکروها  
نکاتی در مورد تقسیم بندی سینکروها  
سینکروهای گشتاوری  
سینکروهای فرستنده و گیرنده  
سینکروهای فرستنده  
سینکروهای گیرنده  
سینکروهای تفاضلی  
سینکروهای کنترلی  
سینکرو کنترلی ترانسفورمر(CT)   
کاربرد سینکروهای کنترلی  
سینکروهای خازنی  
مدارات بهسازی  
کاربرد  
رزولور  
مقدمه  
ساختمان  
مدارات بهسازی  
1- روش Tracking  
AD2S90  
2- روش DSP  
3- روش Under Sampling   
4- روشOver Sampling  
ویژگیهای رزولورها  
تکنولوژی رزولورها  
رزولورهای بدون جاروبک  
Rotasyn  
Duracoder  
کاربرد رزولورها و برخی نمونه ها  
مقایسه سینکروها و رزولورها از نظر کاربردی  
اینداکتوسین  
Inductosyn  
اینداکتوسین خطی  
اینداکتوسین زاویه ای  
مشخصات کلی  
کاربرد اینداکتوسینها  
مراجع  

سنسورهای مغناطیسی

سنسور های مغناطیسی برای بیش از 2000سال است که در حال استفاده می باشند. کاربرد اخیر سنسورهای مغناطیسی در رهیابی یاناوبری(Navigation) می باشد

سنسورهای  مغناطیسی از آهنربای دائمی و یا آهنربای الکتریکیِ تولید شده از جریان ac و dc استفاده می کند. سنسورهای مغناطیسی ، بطور کلی ، بر میدان مغناطیسی عمل می کنند و ویژگیهای آنها تحت تاثیر میدان مغناطیسی تغییر می کند. از ویژگیهای این سنسورها غیر تماسی بودن (Non contact) آنهاست. در آنها هیچ اتصال مکانیکی میان قسمت های متحرک و قسمت های ثابت وجود ندارد. این خاصیت منجر به افزایش طول عمر آنها شده است. علاوه بر این لغزش قسمت های متحرک بر هم، در دیگر سنسورها مثل پتانسیومتر باعث ایجاد نویز می شود، که این مشکل در سنسورهای مغناطیسی رفع شده است

سنسورهای مغناطیسی به سبب ساختار مناسبی که دارند در محیط های آلوده، چرب و روغنی بخوبی عمل می کنند و به همین علت در اتومبیل و کاربرد های این چنینی بسیار مفید هستند

 سنسورهای مغناطیسی بر مبنای رنج میدان اعمالی بصورت زیر تقسیم بندی می شوند

Low field  :کمتر از 1mG

Medium field : ما بین 1mG و 10G

High field : بالاتر از 10G

جابجایی ( Displacement ) به معنی تغییر موقعیت است. سنسورهای جابحایی به دو نوع افزایشی              ( Incremental ) و مطلق ( Absolute ) تقسیم می شوند. سنسور های افزایشی میزان تغییر بین موقعیت فعلی و قبلی را مشخص می کنند. چنانچه اطلاعات مربوط به موقعیت فعلی از دست برود، مثلا منبع تغذیه دستگاه قطع بشود، سیستم باید به مبدا خود منتقل شود.( reset شود.) در نوع مطلق موقعیت فعلی بدون نیاز به اطلاعات مربوط به موقعیت قبلی بدست می آید. نوع مطلق نیازی به انتقال به مرجع خود را ندارد. معمولا سنسورهای جابجایی مطلق را سنسورهای موقعیت  ( Position sensor ) می نامند

در این پروژه سعی شده است تا سنسورهای جابجایی ، موقعیت و مجاورتی ( Displacement , Position , Proximity ) ‌پوشش داده شود

بطور کلی زمانی که بخواهیم کمیت های فیزیکی مانند جهت ،  حضور یا عدم حضور ، جریان ، چرخش و زاویه را اندازه گیری کنیم و از سنسورهای مغناطیسی استفاده کنیم ، ابتدا بایستی تا این کمیت ها یک میدان مغناطیسی را بوجود آورند و یا تغییری در میدان مغناطیسی یا در خصوصیات مغناطیسی سنسور ایجاد نمایند و در نهایت سنسور این تغییر را احساس نموده و آنرا با یک مدار بهسازی به جریان یا ولتاژ مناسب تغییر دهیم

در ادامه اصطلاحاتی جهت یادآوری بیان می شود

شدت میدان مغناطیسی (Magnetic field intensity) : آنرا با H نمایش می‌دهند و نیرویی است که شار مغناطیسی را در ماده به حرکت در می آورد. به همین علت بدان نیروی مغناطیس کنندگی (Magnetizing force) نیز می گویند. واحد آن آمپر بر متر می باشد

چگالی شار مغناطیسی (Magnetic flux density) :  آنرا با B  نمایش می‌دهند. میزان شار مغناطیسی است که در واحد سطح ماده توسط نیروی مغناطیس کنندگی بوجود آمده است. واحد آن نیوتن بر آمپر بر مترمربع می باشد

نفوذپذیری مغناطیسی (Magnetic permeability) : آنرا با  نمایش می‌دهند. توانایی و قابلیت ماده جهت نگهداشتن و عبور شار مغناطیسی است. در فضای آزاد رابطه بر قرار است که نفوذ پذیری مغناطیسی فضای آزاد است و برابر می باشد. درسایر مواد رابطه به شکل خواهد بود که و نفوذ پذیری مغناطیسی نسبی ماده می باشد

هیسترزیس  ( Hysteresis ) : پدیده ای است که در آن حالت سیستم وارون پذیر نمی باشد. در یک سنسور جابجایی یا موقعیت این پدیده باعث می شود تا مقدار خوانده شده در یک نقطه توسط سنسور هنگام رسیدن بدان از بالا و پایین تفاوت بکند. شکل زیر این پدیده را نشان می‌دهد

هیسترزیس مغناطیسی (Magnetic hystresis) : زمانی که یک ماده فرومغناطیسی در یک میدان مغناطیسی متغیر قرار می گیرد به سبب عقب افتادگی چگالی شار (B) از نیروی مغناطیس کنندگی (H) ، این پدیده رخ می‌دهد

اشباع مغناطیسی (Magnetic saturation) : حد بالای توانایی یک ماده جهت عبور شار مغناطیسی از خود است

 سنسورهای اثرهال Hall Effect Sensors

مقدمه

یک عنصر هال از لایه نازکی ماده هادی با اتصالات خروجی عمود بر مسیر شارش جریان ساخته شده است وقتی این عنصر تحت یک میدان مغناطیسی قرار می گیرد، ولتاژ خروجی متناسب با قدرت میدان مغناطیسی تولید می کند. این ولتاژ بسیار کوچک و در حدود میکرو ولت است. بنابراین استفاده از مدارات بهسازی ضروری است. اگر چه سنسور اثرهال، سنسور میدان مغناطیسی است ولی می تواند به عنوان جزء اصلی در بسیاری از انواع حسگرهای جریان، دما، فشار و موقعیت و … استفاده شود. در سنسورها، سنسور اثر هال میدانی را که کمیت فیزیکی تولید می کند و یا تغییر می‌دهد حس می کند

ویژگیهای عمومی

ویژگیهای عمومی سنسورهای اثرهال به قرار زیر می باشند

1 – حالت جامد ؛

2 – عمر طولانی ؛

3 – عمل با سرعت بالا-پاسخ فرکانسی بالای 100KHZ ؛

4 – عمل با ورودی ثابت (Zero Speed Sensor) ؛

5 – اجزای غیر متحرک ؛

6-ورودی و خروجی سازگار با سطح منطقیLogic  Compatible  input and output ؛

7 – بازه  دمایی گسترده  (-40^°C ~ +150^°C) ؛

8 – عملکرد تکرار پذیرعالی Highly  Repeatable  Operation ؛

9 – یک عیب بزرگ این است که در این سیستمها پوشش مغناطیسی مناسب باید در نظرگرفته شود، چون وجود میدان های مغناطیسی دیگر باعث می شود تا خطای زیادی در سیستم اتفاق افتد

تاریخچه

اثرهال توسط دکتر ادوین هال (Edvin   Hall) درسال 1879 در حالی کشف شد که او دانشجوی دکترای دانشگاه Johns  Hopkins در بالتیمر(Baltimore) انگلیس بود

هال درحال تحقیق بر تئوری جریان الکترون کلوین بود که دریافت زمانی که میدان یک آهنربا عمود بر سطح مستطیل نازکی از جنس طلا قرار گیرد که جریانی از آن عبور می کند، اختلاف پتانسیل الکتریکی در لبه های مخالف آن پدید می آید

او دریافت که این ولتاژ متناسب با جریان عبوری از مدار و چگالی شار مغناطیسی عمود بر مدار است. اگر چه آزمایش هال موفقیت آمیز و صحیح بود ولی تا حدود 70 سال پیش از کشف آن کاربردی خارج از قلمرو فیزیک تئوری برای آن بدست نیامد

با ورود مواد نیمه هادی در دهه 1950 اثرهال اولین کاربرد عملی خود را بدست آورد. درسال 1965 Joe  Maupin ,Everett Vorthman برای تولید یک سنسور حالت جامد کاربردی وکم هزینه از میان ایده های متفاوت اثرهال را انتخاب نمودند. علت این انتخاب جا دادن تمام این سنسور بر روی یک تراشه سیلیکن با هزینه کم و ابعاد کوچک بوده است این کشف مهم ورود اثر هال به دنیای عملی و پروکاربرد خود درجهان بود

تئوری اثرهال

اگر یک ماده هادی یا نیمه هادی که حامل جریان الکتریکی است در یک میدان مغناطیسی به شدت B که عمود برجهت جریان عبوری به مقدار I می باشد قرار گیرد، ولتاژی به مقدار V در عرض هادی تولید می شود

 این خاصیت در مواد نیمه هادی دارای مقدار بیشتری نسبت به مواد دیگر است و از این خاصیت در قطعات اثرهال تجارتی استفاده میشود

ولتاژها به این علت پدید می آید که میدان مغناطیسی باعث می شود تا نیروی لرنتز برجریان عمل کند و توزیع آنرا برهم بزند[F=q(V´B)]. نهایتا حاملهای جریان مسیر منحنی را مطابق شکل بپیمایند

 حاملهای جریان اضافی روی یک لبه قطعه ظاهر می شوند، ضمن اینکه در لبه مخالف کمبود حامل اتفاق می افتد. این  عدم تعادل بار باعث ایجاد ولتاژ هال می شود، که تا زمانی که میدان مغناطیسی حضور داشته و جریان برقرار است باقی می ماند

برای یک قطعه نیمه هادی یا هادی مستطیل شکل با ضخامت t ولتاژهایV توسط رابطه زیر بدست می‌آید

 K_H ضریب هال برای ماده مورد نظر است که بستگی به موبیلیته بار و مقاومت هادی دارد

آنتیمونید ایریدیم ترکیبی است که در ساخت عنصر اثرهال استفاده می شود  و مقدار K_H برای آن 20  است

ولتاژهال در رنج  در سیلیکن بوجود می آید و تقویت کننده برای آن حتمی است. سیلیکن اثر پیز و مقاومتی دارد و بنابراین براثر فشار مقاومت آن تغییر می کند. در یک سنسور اثر هال باید این خصوصیت را به حداقل رساند تا دقت و صحت اندازه گیری افزوده شود. این عمل با قرار دادن عنصر هال بریک IC برای به حداقل رساندن اثر فشار و با استفاده از چند عنصر هال انجام می‌شود. بطوری که بر هر یک از دو بازوی مجاور مدار پل یک عنصر هال قرار گیرد، در یکی جریان بر میدان مغاطیسی عمود است و ولتاژ هال ایجاد می شود و در دیگری جریان موازی با میدان مغناطیسی می باشد و ولتاژ هال ایجاد نمی‌شود. استفاده از 4 عنصر هال نیز مرسوم می باشد

اساس سنسورهای اثرهال

عنصرهال، سنسور میدان مغناطیسی است. باتوجه به ویژگیهای ولتاژ خروجی این سنسور نیاز مندیک طبقه تقویت کننده و نیز جبران ساز حرارتی است. چنانچه از منبع تغذیه با ریپل فراوان استفاده کنیم وجود یک رگولاتور ولتاژ حتمی است

رگولاتور ولتاژ باعث می شود تا جریان I ثابت باشد بنابراین ولتاژ هال تنها تابعی از شدت میدان مغناطیسی می باشد

اگر میدان مغناطیسی وجود نداشته باشد ولتاژی تولید نمی شود. با وجود این اگر ولتاژ هر ترمینال اندازه گیری شود مقداری غیر ا ز صفر به ما خواهد داد. این ولتاژ  که برای تمام ترمینال ها یکسان است با (CMV) Common Mode Voltage شناخته می‌شود. بنابراین تقویت کننده بکار گرفته شده می بایست یک تقویت کننده تفاضلی باشد تا تنها اختلاف پتانسیل را تقویت کند

سنسورهای هال دیجیتال

در این سنسورها وقتی بزرگی میدان مغناطیسی به اندازه مطلوبی رسید سنسور ON می شود و پس از اینکه بزرگی میدان از حد معینی کاهش یافت سنسور خاموش می شود. لذا در این سنسورها خروجی تقویت کننده تفاضلی را به مدار اشمیت تریگر می‌دهند تا این عمل را انجام دهد، برای جلوگیری از پرش های متوالی از تابع هسترزیس زیر استفاده می کنند

سنسورهای آنالوگ

سنسورهای آنالوگ ولتاژ خروجی خود را متناسب با اندازه میدان مغناطیسی عمود بر سطح خود، تنظیم می کنند. با توجه به کمیت های اندازه گیری این ولتاژ می تواند مثبت یا منفی باشد. برای اینکه سنسورهای ولتاژ خروجی منفی تولید نکند و همواره خروجی تقویت کننده تفاضلی را با یک ولتاژ مثبت را پاس می کنند

در شکل بالا توجه داریم که یک نقطه صفر وجود دارد که در آن ولتاژی تولید نمی شود . از ویژگیهای اثرهال نداشتن حالت اشباع است و نواحی اشباع در شکل مربوط به آپ امپ در سنسور اثر هال می باشد

معمولا خروجی تقویت کننده تفاضلی را به ترانزیستور پوش-پول می دهند

سنسور آنالوگ اثر هال

سیستم های مغناطیسی

سنسور اثر هال درحقیقت بدین  ترتیب عمل میکند که توسط یک سیستم مغناطیسی کمیت فیزیکی به میدان مغناطیسی تبدیل می شود. حال این میدان مغناطیسی توسط سنسور اثر هال حس می شود. بسیاری از کمیت های فیزیکی با حرکت یک آهنربا اندازه گیری می شوند. مثلاً  دما و فشار را می توان بوسیله انقباض و انبساط یک Bellows که به آهنربا  متصل است اندازه گیری نمود

 روش های مختلفی جهت ایجاد میدان مغناطیسی وجود دارد

Unipolar head-on  mode

در این حالت آهنربا نسبت به نقطه مرجع سنسور حرکت می کند

همانطور که در شکل بالا دیده می شود منحنی تغییرات فاصله ومیدان مغناطیسی در این شکل آمده است (منحنی بدست آمده غیر خطی است) و دقت درحد متوسط است. مثلاً اگر یک سنسور اثرهال دیجیتالی را در نظر بگیریم در این حالت در فاصله أی که G₁ حاصل می شود سوئیچ عمل می کند و On میشود و وقتی که فاصله به حدی رسید که G₁ حاصل شود سوئیچ OFF میکند

Unipolar   slide-by  mode

در این حالت آهنربا در یک مسیر افقی نسبت به سنسور تغییر مکان می کند

منحنی تغییرات مکان نسبت به میدان مغناطیسی بازهم غیر خطی است- دقت این روش کم است و لی حالت تقارنی کاملاً دیده می شود. مثلاً سنسور اثرهال دیجیتالی را در نظر بگیرید که در اثر میدان G₁ روشن شده و در میدان G₂ خاموش می شود وقتی آهنربا از سمت راست حرکت می کند و به موقعیت +D1 می رسد آنگاه سنسور عمل میکند. این حرکت ادامه می تواند داشته باشد تا به موقعیت –D2 برسد، در این هنگام سنسور آزاد می شود و به همین ترتیب

Bipolar  Slide –By  made

در این حالت از 2 آهنربا که قطب S,N هر کدام بصورت ناهمنام در مجاورت هم قرار گرفته است استفاده می کنیم

دقت در این روش درحد متوسط است- حالت تقارن وجود ندارد ولی می توان در بخش هایی، از خاصیت خطی منحنی استفاده نمود. اگر همان سنسور دیجیتالی قبلی را در نظر بگیریم در حرکت از راست به چپ وقتی که فاصله به D2 می رسد آنگاه سنسور عمل می کند و تا به مرحله D4 پیش می رود. بنابراین در یک حرکت پیوسته از راست به چپ سنسور در بخش شیب تند عمل می کند و در بخش شیب کند رها میکند

جهت حذف شیب تند در بخش مبدأ از یک تکنیک دیگر استفاده می شود. بدین ترتیب که در میان ایندو آهنربا فاصله معینی قرار می‌دهند

این عمل بطور چشمگیری دقت را افزایش می‌دهد

حالت دیگری نیز به کار می‌رود که در آن منحنی حاصل بصورت یک تابع پالس است. در این روش در میان دو آهنربا، آهنربای دیگری قرار می‌دهند که پهنای پالس متناسب با پهنای این آهنربا می باشد

Bipolar  Slide –By  mode (ring  magnet)

در این حالت از یک آهنربای حلقه استفاده می شود آهنربای حلقه ای یک قطعه آهنربای دیسک مانند است که قطب های آن در پیرامون آن قرار دارند. در شکل زیر آهنربای حلقه ای با دو جفت قطب نمایش داده می شود. به منحنی حاصل شیبه به یک منحنی سینوسی است.  هرچه تعداد قطبهای آهنربای حلقه ای بیشتر باشد مقدار پیک حاصل در اندازه میدان کمتر خواهد بود. تعداد پالس های حاصل در این روش برابر با جفت قطبهای آهنربا می باشد. محدودیت در ساخت آهنربای حلقه ای با جفت قطبهای زیاد،  محدودیت این روش محسوب می شود

مقایسه ای از این سیستمها در صفحه بعد آمده است

منظور از All حرکتهای چرخشی، پیوسته و رفت و برگشتی است

هم اکنون به تشریح برخی از کاربرد های سنسورهای اثرهال می پردازیم

سنسورهای موقعیت تشخیص پره ( Vane Operated Position Sensor)

کلمات کلیدی :