+

فهرست مطالب

فصل اول – آشنایی با کار و تعاریف سنسور ها
۱ ۱مقدمه     ۱
۱۲روش کار     ۴
۱ ۳ کلمات کلیدی     ۴
۱۴ پیشگفتار     ۵
فصل دوم  معرفی انواع نانو سنسور های کاربردی
۲۱ نانوسنسور     ۷
۲۲ ساختار کلی یک حسگر     ۷
۲۳ خصوصیات حسگرها     ۸
۲۴ نانوحسگرها     ۸
۲۵ اصول پایه نانو     ۹
۲۶ فناوری‌نانو در سنسورها     ۹
۲ ۷مشکلات معمول طراحی نانو سنسور ها     ۱۰
۲۸ کاربردها در حالت کلی     ۱۱
۲۹ حسگرهای فیزیکی     ۱۱
۲۱۰حسگرهای شیمیایی       ۱۲
۲۱۱حسگرهای زیستی     ۱۳
۲۱۲انواع نانو سنسورها     ۱۳
۲۱۳استفاده از نقاط کوانتومی درتولید نانو حسگرها     ۱۶
۲۱۴استفاده ازنانولوله ها درتولید نانوسنسوررها     ۱۷
۲۱۵استفاده ازنانو ابزارها درتولید نانوسنسورها     ۱۷
۲۱۶نانو حسگرها و کنترل آلودگی هوا     ۱۷
۱۷۲کاربرد نانو سنسورها    ۱۸
۲۱۸ جذابیت‌های نانوسنسورها     ۲۱
۲۱۹ آینده نگری     ۲۲
فصل سوم – بررسی انواع سنسور های متداول صنعتی
۳۱انواع سنسورها در صنعت     ۲۴
۳۱۱سنسورهای تماسی ( Contact )     ۲۴
۳۱۲ سنسورهای بدون تماس (Proximity )     ۲۸
۳۲ انواع سنسورهای بدون تماس     ۲۸
۳۳ مزایای سنسورهای بدون تماس     ۴۵
۳۴ استفاده از نانوژنراتور در سنسورها     ۴۶
فصل چهارم – کاربرد انواع سنسور های متداول صنعتی
۴۱مثال هایی از کاربرد سنسورها در صنعت کنترل     ۴۸
۴۲کاربرد سنسورهای فشار در صنعت کنترل     ۴۸
۴۳کاربرد سنسورهای القایی در صنعت کنترل     ۴۸
۴۴کاربرد سنسورهای خازنی در صنعت کنترل     ۵۰
۴۵کاربرد سنسورهای آلتراسونیک در صنعت کنترل     ۵۵
۴۶کاربردهای سنسورهای اثر هال در صنعت کنترل     ۵۶
۴۷کاربرد سنسور های نوری در صنعت کنترل     ۶۰
منابع و مآخذ     ۶۳

/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

چکیده

مقاله در ۴ فصل گردآوری شده است:در فصل اول با تعاریف سنسور ها آشنا می شویم.سنسورها از نظر کیفی مرحله جدیدی را در استفاده هرچه بیشتر از همه امکاناتی که توسط علم میکرو الکترونیک بوجود آمده است، بویژه در زمینه پردازش اطلاعات عرضه می کند. سنسورها رابط بین سیستم کنترل الکتریکی از یک طرف و محیط، عملیات، رشته کارها یا ماشین از طرف دیگر هستند.  امروزه سنسورها به عنوان یکی از عناصر کلیدی جهت تکامل پیوسته و شتابان علم میکروالکترونیک شمرده می شوند.

در فصل دوم انواع نانو سنسور های کاربردی معرفی می کند. نانوسنسوررها و سنسورهای توانمند شده با فناوری نانو کاربردهای مختلفی در صنایع گوناگون مانند حمل و نقل، ارتباطات، ساخت و ساز و تسهیلات رفاهی، پزشکی، سلامتی، و دفاعی دارند.

 با پیشرفت علم در دنیا و پیدایش تجهیزات الکترونیکی و تحولات عظیمی که در چند دهه ی اخیر و درخلال قرن بیستم به وقوع پیوست نیاز به ساخت حسگرهای دقیق تر،کوچکتر و دارای قابلیتهای بیشتر احساس شد. امروزه از حسگرهایی با حساسیت بالا استفاده می شود به طوریکه در برابر مقادیر ناچیزی از گاز، گرما و یا تشعشع حساس اند. بالا بردن درجه ی حساسیت، بهره و دقت این حسگرها به کشف مواد و ابزارهای جدید نیاز دارد. نانو حسگرها، حسگرهایی در ابعاد نانومتری هستند که به خاطرکوچکی و نانومتری بودن ابعادشان از دقت و واکنش پذیری بسیار بالایی برخوردارند به طوری که حتی نسبت به حضور چند اتم از یک گاز هم عکس‌العمل نشان می دهند.

در فصل سوم به بررسی انواع سنسور های متداول صنعتی می پردازد. سنسورهای تماسی و سنسورهای بدون تماس

در فصل چهارم کاربرد انواع سنسور های متداول صنعتی را توضیح می دهد. مثال هایی از کاربرد سنسورها در صنعت کنترل ۱- شمارش تولید: سنسورهای القائی، خازنی و نوری ۲- کنترل حرکت پارچه و …: سنسور نوری و خازنی  ۳- کنترل سطح مخازن: سنسور نوری و خازنی و خازنی کنترل سطح

کلمات کلیدی :نانو سنسور – سنسور– سنسورهای تماسی– سنسورهای بدون تماس–­ سنسورالقایی – سنسور نوری – سنسور آلتراسونیک –سنسور اثر هال– سنسور خازنی

۱– ۱ مقدمه
سنسورها از نظر کیفی مرحله جدیدی را در استفاده هرچه بیشتر از همه امکاناتی که توسط علم میکرو الکترونیک بوجود آمده است، بویژه در زمینه پردازش اطلاعات عرضه می کند. سنسورها رابط بین سیستم کنترل الکتریکی از یک طرف و محیط، عملیات، رشته کارها یا ماشین از طرف دیگر هستند. درگذشته تکامل سنسور قادر به هم گامی با سرعت تکامل در صنعت میکروالکترونیک نبوده است. درواقع در اواخر دهه ۱۹۷۰ واوایل دهه ۱۹۸۰ تکامل سنسور در سطح بین المللی بین سه و پنج سال عقب تر از تکامل علم میکروالکترونیک در نظر گرفته می شد. این حقیقت که ساخت عناصر میکروالکترونیک غالباً بسیار ارزانتر از وسائل اندازه گیری کننده ای (سنسورهائی) بود که آنها احتیاج داشتند یک مانع جدی در ازدیاد و متنوع نمودن کاربرد میکروالکترونیک پردازشگر اطلاعات در گستره وسیعی از عملیات و رشته کارها بود. چنین اختلافی بین علم میکروالکترونیک مدرن و تکنولوژی اندازه گیری کننده کلاسیکی تنها توانست به واسطه ظهور تکنولوژی سنسورهایمدرن برطرف شود. به این دلیل، امروزه سنسورها به عنوان یکی از عناصر کلیدی جهت تکامل پیوسته و شتابانعلم میکروالکترونیک شمرده می شوند. کار تحقیقاتی و تکاملی گسترده در شاخه های مختلف تکنولوژی سنسور در سطح بین المللی آغاز شد. حاصل این فعالیت آنست که امروزه تجارت سنسور از یکی از بالاترین نرخهای رشد سالانه بهره مند می باشد ( بین ۱۰ و ۲۰ درصد ) از آنجا که سنسورها وسیله اساسی برای بدست آوردن همه اطلاعات لازم دررابطه با وضعیت های مختلف عملیات و محیط هستند (در مفهوم عام کلمه) بنابراین آنها در امکانات کاملاجدیدی را به روی اتوماسیون طیفی از عملیات در صنعت، منزل، کارخانه، کاربردهای طبی، و سایر بخش ها می گشایند .این مثال ها برای کارخانه های تمام اتوماتیک و مجتمع آینده تنها میتواند به کمک سنسور ها تحقق یابد. اگر چه سنسورها به همراه علم میکرو الکترونیک پردازشگر اطلاعات یک گام مهم رو به جلو را عرضه میداردلیکن این تنها اولین قدم است .در این مرحله سنسورها از تعدادی از عناصر میکروالکترونیک موجود،برای مثال به شکل پردازشگرها، حافظه ها، مبدل های آنالوگ به دیجیتال یا تقویت کننده ها برای آماده نمودن سیگنال خروجی استفاده می کنند در عین حال، سنسور باید یک خروجی الکترونیکی تولید کند که به آسانی پردازش می شود .در حالت ایده آل این سیگنال به شکل یک سیگنال دیجیتالی، سازگار با باس میباشد. همچنین احتیاج به کاهش وزن و حجم وجود دارد.دومین گام عبارت از اتّصال سنسور -سیستم میکروالکترونیک – بخش مکانیکی می باشد. اطلاعات حاصل شده توسط سنسور در رابطه با حالت یا پیشرفت یک پروسه با عبور از یک طبقه پردازشگر سیگنال الکترونیکی وارد بخش مکانیکی(بطور کلاسیکی یک کنترل کننده) شده و به پروسه باز خوانده می شود.زنجیره سنسور – سیستم میکروالکترونیک – بخش مکانیکی تنها در صورتی کار می کند که همه خطوط رابط سازگار باشند .این امر منجر به توصیف یک معیار مهمتر به ویژه تا جایی که به سنسور مربوط است میشود .علی رغم آگاهی گسترده در رابطه با اهمیت سنسور به عنوان یکی ازعناصرکلیدی در فرایند اتوماسیون، کسب اطلاعات جامع و مقایسه ای درباره وضعیت تکنولوژی سنسور وپیشرفت های حاصل شده در این زمینه مشکل است
این امر دارای چند دلیل زیر است:
۱- سنسورهائی برای اندازه گیری بیش از ۱۰۰ کمیت فیزیکی وجود دارد .اگر اندازه گیری کمیت های شیمیائی را نیز به حساب بیاوریم این رقم به چندین صد رقم بالغ می شود .
۲- تقریبا ۲۰۰۰ نوع اصلی از سنسورها را میتوان طبقه بندی کرد . بین ۶۰۰۰۰ و ۱۰۰۰۰۰ سنسوربرای اندازه گیری در حالِ پروسه ها از نظر تجاری در دنیای غرب وجود دارد.
۳- بر طبق گزارش پایگاه داده های(INSPEC) هر ساله بیش از ۱۰۰۰۰ نشریه در رابطه با سنسورهامنتشر می شود
۴- به سخن عام، ظهور سنسورها یا تکنولوژی های سنسور جدید تخمینا ۵ الی ۱۵ سال طول می کشد ، و همچنین فرآیندی بسیار هزینه بر می باشد.
با این وجود، دقیقا به این دلیل است که بسیار ضروری بنظر می رسد که هم سازندگان و هم مصرف کنندگان سنسورها در جریان تاریخچه ای از آنچه قبلا وجود داشته است و پیشرفت هائی که انتظار می روددر آینده رخ دهد قرار بگیرند .بنابراین اگر چه یک سازنده سنسور که در زمینه خاص کار می کند ممکن است موارد مورد علاقه خودش را بطور خیلی گذرا یا با توضیح ناکافی مشاهده کند، لیکن او باید برانگیخته شود تا افکار خود را به ماورای مرزهای رشته خودش بکشاند.
۱-۲ روش کار
این پروژه ( پایان نامه ) به صورت تحقیق اینترنتی و مطالعاتی و میدانی در بخش ابزار دقیق و پرسش و پاسخ انجام شده که در آن سعی شده تمام جوانب و صحبت های شنیداری و نوشتاری خوانده شده و بصورت دقیقی در آن آورده شود و تا حد امکان مطالب در ویرایش از دست نرود .
۱-۴ پیشگفتار
نانوسنسوررها و سنسورهای توانمند شده با فناوری نانو کاربردهای مختلفی در صنایع گوناگون مانند حمل و نقل، ارتباطات، ساخت و ساز و تسهیلات رفاهی، پزشکی، سلامتی، و دفاعی دارند. از میان این سنسورها می‌توان به سنسورهای نانوسیمی که مواد شیمیایی و زیستی را تشخیص می‌دهند، نانوسنسورهایی که در سلول‌های خونی قرار داده شده و بسیار سریع آسیب‌های ناشی از تشعشع را در فضانوردان تشخیص می‌دهند و نانوپوسته‌هایی که تومورها را تشخیص داده و از بین می‌برند، اشاره کرد.
اگر شما از سنسورها استفاده کرده یا آنها را تولید می‌کنید، احتمالاً کسب و کار شما اثر پیشرفت‌های فعلی و آینده فناوری نانو را احساس خواهد کرد. فناوری نانو ما را قادر می‌سازد تا از طریق کنترل مواد در مقیاس اتمی و مولکولی، مواد، ابزارها، و سیستم‌های مفیدی را تولید نموده، از ویژگی‌ها و پدیده‌های جدیدی بهره‌مند شویم. با توجه به وابستگی بیشتر حسگرهای شیمیایی، زیستی و فیزیکی، به برهمکنشی که در این سطح اتفاق می‌افتد، تأثیر فناوری نانو بر سنسورها روشن است. با پیشرفت علم در دنیا و پیدایش تجهیزات الکترونیکی و تحولات عظیمی که در چند دهه ی اخیر و درخلال قرن بیستم به وقوع پیوست نیاز به ساخت حسگرهای دقیق تر،کوچکتر و دارای قابلیتهای بیشتر احساس شد. امروزه از حسگرهایی با حساسیت بالا استفاده می شود به طوریکه در برابر مقادیر ناچیزی از گاز، گرما و یا تشعشع حساس اند. بالا بردن درجه ی حساسیت، بهره و دقت این حسگرها به کشف مواد و ابزارهای جدید نیاز دارد. نانو حسگرها، حسگرهایی در ابعاد نانومتری هستند که به خاطرکوچکی و نانومتری بودن ابعادشان از دقت و واکنش پذیری بسیار بالایی برخوردارند به طوری که حتی نسبت به حضور چند اتم از یک گاز هم عکس‌العمل نشان می دهند. تمایل به مقیاس‌های کوچک‌تر با کوچک‌سازی روش‌های ماکرو آغاز، و منجر به فناوری میکرو گردید که در حال حاضر کاملاً متداول شده است. فناوری‌های میکروالکترونیکی، نوری، و مکانیکی، همگی از مزایای حسگرهای کوچک‌تر، هوشمندتر و ارزان‌تری که نتیجه کار بر روی icفیبرهای نوری، ابزارهای نوری میکروی دیگر بودند، بهره‌مند شدند. با پیشرفت کار به وسیله این واحدهای ساختمانی بسیار کوچک، میان فناوری نانو، فناوری زیستی و فناوری اطلاعات همگرایی به وجود آمده و از پیشرفت‌های هم بهره‌‌مند می‌شوند. اندازه کوچک‌تر منجر به وزن کمتر، مصرف انرژی پایین‌تر،حساسیت بیشتر و اختصاصی شدن می‌گردد و اینها تنها برخی از تأثیرات فناوری نانو بر حسگرها هستند. نانوحسگرها و حسگرهای توانمند شده با فناوری نانو کاربردهای مختلفی در صنایع گوناگون مانند حمل و نقل، ارتباطات، ساخت و ساز و تسهیلات رفاهی، پزشکی، سلامتی، و ایمنی ملی (که شامل دفاع ملی و عملیات نظامی است) دارند. از میان این حسگرها می‌توان به حسگرهای نانوسیمی که مواد شیمیایی و زیستی را تشخیص می‌دهند، نانوحسگرهایی که در سلول‌های خونی قرار داده شده و بسیار سریع آسیب‌های ناشی از تشعشع را در فضانوردان تشخیص می‌دهند و نانوپوسته‌هایی که تومورها را تشخیص داده و از بین می‌برند، اشاره کرد. بسیاری از شرکت‌های نوپا قبلاً در این زمینه شروع به فعالیت نموده و سعی دارند در این عرصه پیشتاز باشند. سرمایه‌گذاری در زمینه فناوری نانو بین سال‌های ۱۹۹۷ تا ۲۰۰۳ به میزان ۵ برابر افزایش یافت و این روند رو به رشد همچنان ادامه دارد. بنابراین اکنون زمان مناسبی است تا قابلیت‌ها و محدودیت‌های این دنیای کوچک را ارزیابی نماییم.
۲-۱ نانوحسگر
نانوحسگر به حسگرهای در مقیاس نانو گفته می شود.این وسیله الکتریکی قابلیت شناسایی محرکهای فیزیکی بسیار خفیف در حد یک نانومتر را دارد.امروزه این وسیله کاربرد زیادی در محیط زیست یافته است.نانو حسگرهایی که از سیلیکون ساخته میشوند ساعتها در هوا معلق مانده و می توانند آلودگی هوا را بررسی کنند.
۲-۲ساختار کلی یک حسگر
درطراحی یک حسگر دانشمندان علوم مختلف مانند بیوشیمی، بیولوژی، الکترونیک، شاخه‌های مختلف شیمی و فیزیک حضوردارند. قسمت اصلی یک حسگرشیمیایی یا زیستی عنصرحسگر آن می باشد. عنصرحسگر در تماس با یک آشکارساز است. این عنصرمسئول شناسایی و پیوند شدن با گونه مورد نظر در یک نمونه پیچیده است. سپس آشکارساز سیگنالهای شیمیایی را که در نتیجه پیوند شدن عنصرحسگر با گونه موردنظر تولید شده است را به یک سیگنال خروجی قابل اندازه گیری تبدیل می کند. حسگرهای زیستی بر اجزای بیولوژیکی نظیرآنتی بادی‌ها تکیه دارند. آنزیمها، گیرنده‌ها یا کل سلولها می توانند به عنوان عنصر حسگرمورد استفاده قرار گیرند.