سنسور عبارت است از یک دستگاه الکترونیکی که برای تشخیص و اندازه‌گیری پدیده‌ها، ویژگی‌ها یا ورودی‌های محیطی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این دستگاه‌ها قادرند تغییرات فیزیکی، شیمیایی، مکانیکی، حرارتی، نوری و سایر ویژگی‌های محیطی را تشخیص داده و به صورت سیگنال الکتریکی یا دیگر اشکال خروجی تولید کنند. سنسورها در انواع مختلف و با اصول عملکرد متفاوتی قابل ساخت و استفاده هستند، و در بسیاری از صنایع و کاربردها مورد استفاده قرار می‌گیرند.
سنسورها بر اساس پارامترهای فیزیکی که اندازه‌گیری می‌کنند، اصول کار متفاوتی دارند. اما ویژگی مشترک همه سنسورها این است که این دستگاه‌ها تغییرات فیزیکی را به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کنند.
سنسورها را می‌توان بر اساس نوع سیگنال خروجی، نوع عملکرد، نوع پارامترهای فیزیکی که اندازه‌گیری می‌کنند، منبع توان، تکنولوژی استفاده شده برای عملکرد آنها، نوع ساختار و محل نصب طبقه‌بندی کرد.
انواع سنسور براساس نوع خروجی
سنسورها بر اساس نوع سیگنال خروجی که تولید می‌کنند، می‌توانند به دسته‌های زیر تقسیم شوند:
- سنسورهای آنالوگ: این نوع سنسورها سیگنال خروجی آنها به صورت یک سیگنال آنالوگ است. سطح سیگنال خروجی بر اساس مقدار پارامتر فیزیکی اندازه‌گیری شده تغییر می‌کند. به عنوان مثال، سنسورهای دما و فشار آنالوگ.
- سنسورهای دیجیتال: این نوع سنسورها سیگنال خروجی آنها به صورت یک سیگنال دیجیتال است که به صورت دو حالت (مثلاً 0 و 1) نمایش داده می‌شود. سطح سیگنال خروجی تغییر می‌کند در صورتی که مقدار پارامتر فیزیکی اندازه‌گیری شده یک آستانه خاص را ببیند. به عنوان مثال، سنسورهای قطب‌نما و سنسورهای تصادفی.
- سنسورهای دیجیتال خطی: این نوع سنسورها سیگنال خروجی آنها به صورت یک سیگنال دیجیتال خطی است. سطح سیگنال خروجی تغییر می‌کند در صورتی که مقدار پارامتر فیزیکی اندازه‌گیری شده بین محدوده‌ای خاص قرار بگیرد. به عنوان مثال، سنسورهای میزان رطوبت و سنسورهای فشار خون.
- سنسورهای دیجیتال منطقی: این نوع سنسورها سیگنال خروجی آنها به صورت یک سیگنال دیجیتال است که به عنوان ورودی برای سیستم‌های منطقی مورد استفاده قرار می‌گیرد. سطح سیگنال خروجی تغییر می‌کند بین دو حالت (مثلاً 0 و 1) بر اساس مقدار پارامتر فیزیکی اندازه‌گیری شده. به عنوان مثال، سنسورهای تشخیص حرکت و سنسورهای اثرانگشت.
انواع سنسور براساس نوع عملکرد
به طور کلی، سنسورها را می‌توان بر اساس نوع عملکرد آنها به دسته‌های زیر تقسیم کرد:
- سنسورهای جریانی: این دسته شامل سنسورهایی است که جریان الکتریکی را در پاسخ به تغییرات پارامتر فیزیکی اندازه‌گیری می‌کنند. مانند سنسورهای جریان خون و سنسورهای جریان هوا.
- سنسورهای خازنی: این دسته شامل سنسورهایی است که تغییر ظرفیت الکتریکی را در پاسخ به تغییرات پارامتر فیزیکی اندازه‌گیری می‌کنند. به عنوان مثال، سنسورهای رطوبت و سنسورهای لمسی.
- سنسورهای مقاومتی: این دسته شامل سنسورهایی است که تغییر مقاومت الکتریکی را در پاسخ به تغییرات پارامتر فیزیکی اندازه‌گیری می‌کنند. مانند سنسورهای دما و سنسورهای فشار.
- سنسورهای شیمیایی: این دسته شامل سنسورهایی است که تغییرات شیمیایی را در پاسخ به تغییرات پارامتر فیزیکی اندازه‌گیری می‌کنند. به عنوان مثال، سنسورهای pH و سنسورهای گاز.
- سنسورهای ولتاژی: این دسته شامل سنسورهایی است که تغییر ولتاژ الکتریکی را در پاسخ به تغییرات پارامتر فیزیکی اندازه‌گیری می‌کنند. مثال‌هایی از این دسته عبارتند از سنسورهای فشار و سنسورهای نور.
- سنسورهای حرارتی: این دسته شامل سنسورهایی است که تغییر دما را در پاسخ به تغییرات پارامتر فیزیکی اندازه‌گیری می‌کنند. به عنوان مثال، سنسورهای حرارتی برای اندازه‌گیری دما در محیط‌های مختلف.
- سنسورهای نوری و لیزری: این دسته شامل سنسورهایی است که تغییرات نور را در پاسخ به تغییرات پارامتر فیزیکی اندازه‌گیری می‌کنند. مانند سنسورهای فتوسلل و سنسورهای لیزری.
- سنسورهای مغناطیسی: این دسته شامل سنسورهایی است که تغییرات میدان مغناطیسی را در پاسخ به تغییرات پارامتر فیزیکی اندازه‌گیری می‌کنند. به عنوان مثال، سنسورهای قطب‌نما و سنسورسنسورها بر اساس نوع عملکرد قابل دسته‌بندی هستند. در زیر لیستی از انواع سنسورها براساس نوع عملکرد آنها آورده شده است:
- سنسورهای القایی: سنسورهای القایی (Inductive Sensors) یک نوع سنسور الکترونیکی هستند که بر اساس اصل القای الکترومغناطیسی عمل می‌کنند. این سنسورها برای تشخیص و اندازه‌گیری اجسام فلزی استفاده می‌شوند.
انواع سنسور براساس پارامتر اندازه گیری
با توجه به پارامتر اندازه‌گیری، سنسورها به دسته‌های مختلفی تقسیم می‌شوند. در زیر، برخی از دسته‌بندی‌های معمول سنسورها بر اساس پارامتر اندازه‌گیری آورده شده است:
- سنسور فشار: این سنسورها برای اندازه‌گیری فشار مورد استفاده قرار می‌گیرند. آنها می‌توانند براساس اصل عملکرد مختلفی مانند فشار سیال، فشار هوا و فشار مکانیکی عمل کنند.
- سنسور دما: این سنسورها دما را اندازه‌گیری می‌کنند. آنها می‌توانند از روش‌های متنوعی مانند تغییر مقاومت الکتریکی، تغییر ولتاژ یا تغییر فرکانس استفاده کنند.
- سنسور نور: این سنسورها اندازه‌گیری شدت نور را انجام می‌دهند. از تراشه‌های نیمه‌هادی مانند فتودیودها یا فتوترانزیستورها برای تبدیل نور به سیگنال الکتریکی استفاده می‌شود.
- سنسور رطوبت: این سنسورها رطوبت محیط را اندازه‌گیری می‌کنند. آنها ممکن است از اصولی مانند تغییر مقاومت، تغییر خازن یا تغییر وزن محصولات جاذب رطوبت استفاده کنند.
- سنسور جریان: این سنسورها جریان الکتریکی را اندازه‌گیری می‌کنند. آنها معمولاً براساس اثر مغناطیسی جریان بر روی یک حلقه یا سیمی با خاصیت مغناطیسی عمل می‌کنند.
- سنسور ولتاژ: این سنسورها ولتاژ الکتریکی را اندازه‌گیری می‌کنند. آنها می‌توانند از تغییر مقاومت الکتریکی یا تغییر جریان برای تبدیل ولتاژ به سیگنال الکتریکی استفاده کنند.
- سنسور رنگ: این سنسورها رنگ یا تغییرات رنگ را اندازه‌گیری می‌کنند. آنها می‌توانند از ترکیب فیلترها، فتودیودها و تراشه‌های الکترونیکی برای تشخیص و اندازه‌گیری رنگ استفاده کنند.
- سنسور موقعیت: این سنسورها موقعیتبا توجه به پارامتر اندازه‌گیری، سنسورها به دسته‌های مختلفی تقسیم می‌شوند.
- سنسور موقعیت: این نوع سنسورها موقعیت جسم، شی یا اجزای مختلف را نشان می دهند.
انواع سنسور براساس منبع توان
دسته‌بندی سنسورها بر اساس منبع توان شامل دو نوع اکتیو و پسیو است.
سنسورهای اکتیو (Active Sensors):
سنسورهای اکتیو سیگنال‌های محرکی را برای اندازه‌گیری یک کمیت ارسال کرده و خود پالس‌های منعکس شده را دریافت می‌کنند. به عبارت دیگر، این سنسورها هم فرستنده و هم گیرنده را داخل خودشان دارند. مثالی از سنسورهای اکتیو، سنسور سنجش میزان کشش است. ولتاژ خروجی این سنسور با مقدار فشار اعمال شده به آن مرتبط است.
سنسورهای پسیو (Passive Sensors):
سنسورهای پسیو تنها دریافت‌کننده‌ی سیگنال‌هایی هستند که به عنوان سیگنال‌های تحریک شناخته می‌شوند و از منابع خارجی ارسال می‌شوند. بنابراین، این سنسورها به منبع توان خارجی نیاز دارند. آنها معمولاً خواص فیزیکی خود را مانند مقاومت و خازن برای پاسخ‌گویی به سیگنال دریافتی تغییر می‌دهند. سنسورهای پسیو ارزان‌تر و ساده‌تر هستند اما کارایی کمتری نسبت به سنسورهای اکتیو دارند.
انواع سنسور براساس تکنولوژی
دسته‌بندی سنسورها بر اساس تکنولوژی استفاده شده برای عملکرد آنها شامل سه دسته زیر است:
- سنسورهای ضخیم سرامیکی:
سنسورهای ضخیم سرامیکی بدنه‌ای اصلی از سرامیک‌های مقاوم در برابر خوردگی دارند. اما به دلیل شکننده بودن سرامیک، برای استفاده در فشار بالا مناسب نیستند. این نوع سنسورها معمولاً در برنامه‌هایی که نیاز به مقاومت شیمیایی بالا دارند، استفاده می‌شوند.
- سنسورهای نازک فلزی:
سنسورهای نازک فلزی بیشترین سهم را در بین سنسورهای استفاده شده دارند. آنها با بدنه‌ی نازک و با دقت بالا ساخته می‌شوند و عمر زیاد و عملکرد مناسبی در برابر شوک و لرزش دارند. این نوع سنسورها در برنامه‌های گوناگونی از جمله اندازه‌گیری دما، فشار، رطوبت و جریان استفاده می‌شوند.
- سنسورهای پیزوالکتریک:
سنسورهای پیزوالکتریک از چیپ‌های سیلیکونی ساخته می‌شوند و ساختار پیچیده‌تری نسبت به دو دسته‌ی دیگر دارند. این سنسورها بر اثر تغییرات فشار، نیرو و گرما تولید سیگنال الکتریکی می‌کنند. آنها به عوامل محیطی بسیار حساس هستند و معمولاً در برنامه‌هایی که نیاز به حساسیت بالا و پاسخ سریع دارند مورد استفاده قرار می‌گیرند، مانند اندازه‌گیری لرزش و صدا.
انواع سنسور براساس نوع ساختمان
دسته‌بندی سنسورها بر اساس نوع ساختمان به دو دسته محافظ (Shielded) و بدون محافظ (Unshielded) تقسیم می‌شوند.
- سنسورهای محافظ:
سنسورهای محافظ قادرند مواد جامد مختلف را در محدوده سنجش خود تشخیص دهند، مانند پودر، کاغذ، چوب، گلوله‌های پلاستیکی و غیره. سطح این سنسورها با استفاده از فلزات پوشانده می‌شود و شار در این قسمت متمرکز می‌شود تا تأثیر فلزات اطراف را کاهش دهد. این نوع سنسورها برای برنامه‌هایی که نیاز به تشخیص مواد جامد خاص دارند و تأثیر فلزات اطراف باید کاهش یابد، مناسب هستند.
- سنسورهای بدون محافظ:
سنسورهای بدون محافظ برای تشخیص اهداف رسانا مانند فلزات و مایعات بهترین عملکرد را دارند. اما آنها قدرت تشخیص مواد نارسانا را ندارند و برای تشخیص مایعات از طریق دیواره‌ی مخزن نارسانا مناسب هستند. این نوع سنسورها فلزی بر روی سطح خود ندارند، بنابراین شار نیز از سطح آنها ایجاد می‌شود و باعث می‌شود سنسورها به راحتی تحت تأثیر فلزات اطراف قرار گیرند. این سنسورها برای برنامه‌هایی که نیاز به تشخیص مواد رسانا و قابلیت تاثیرگذاری فلزات اطراف را نیاز دارند، مناسب هستند.
انواع سنسور براساس محل نصب
دسته‌بندی سنسورها بر اساس محل نصب شامل دو دسته سنسورهای درون ساختمان (Indoor) و سنسورهای فضای باز یا آزاد (Outdoor) است.
- سنسورهای درون ساختمان (Indoor):
این نوع سنسورها برای نصب در محیط‌های درون ساختمان و فضاهای داخلی استفاده می‌شوند. آنها به عنوان بخشی از سیستم‌های کنترل محیطی مانند سیستم‌های HVAC (گرما، تهویه و تهویه مطبوع)، سیستم‌های امنیتی، سیستم‌های نظارتی و سیستم‌های هوشمند در ساختمان‌ها استفاده می‌شوند. این سنسورها معمولاً از نوع بدون محافظ هستند و برای اندازه‌گیری متغیرهایی مانند دما، رطوبت، نور، حرکت، دود و غیره استفاده می‌شوند.
- سنسورهای فضای باز یا آزاد (Outdoor):
سنسورهای فضای باز برای نصب در محیط‌های بیرونی و فضاهای آزاد، مانند فضاهای باز، مناطق عمومی، محیط‌های صنعتی و طبیعی استفاده می‌شوند. این سنسورها عموماً برای اندازه‌گیری عوامل محیطی مانند دما، رطوبت، فشار، سرعت باد، رطوبت خاک، آلاینده‌ها و غیره استفاده می‌شوند. سنسورهای فضای باز معمولاً نیاز به محافظ یا بدنه‌ی محکم‌تری دارند تا در برابر شرایط آب و هوایی سخت و شرایط محیطی خشن مقاومت کنند.
