پایان نامه بررسی و ساخت انواع سنسورها و سنسور پارک

اختصاصی از کوشا فایل پایان نامه بررسی و ساخت انواع سنسورها و سنسور پارک دانلود با لینک مستقیم و پرسرعت .

 

این فایل در قالب ورد و قابل ویرایش در 110 صفحه می باشد.

 

 

فهرست

مقدمه ۷
فصل ۱ :  سنسور چیست ؟ ۸
فصل ۲ : تکنیک های تولید سنسور۱۱
فصل ۳ : سنسور سیلیکانی ۱۳
۳_۱ : خواص سیلیکان ۱۵-۱۳
۳_۲ : مراحل تولید در تکنولوژی سیلیکان۱۶-۱۵
۳_۳ : سنسور درجه حرارت ۱۷
۳_۴ : سنسور درجه حرارت مقاومتی ۱۷
۳_۵ : سنسور حرارت اینترفیس ۱۹
۳_۶ : سنسورهای حرارتی دیگر و کاربرد آنها۲۰
۳_۷ : سنسورهای فشار۲۱
۳-۸ : اثر پیزو مقاومتی ۲۲
۳-۹ : سنسورهای فشار پیزو مقاومتی ۲۳
۳_۱۰ : اصول سنسورهای فشار جدید۲۵
۳_۱۱ : سنسورهای نوری ۲۶
۳_۱۲ : مقاومت های نوری ۲۷
۳_۱۳ : دیودهای نوری و ترانزیستورهای نوری۲۸
۳-۱۴ : سنسورهای میدان مغناطیسی ۳۰
فصل ۴ : مولدهای هال و مقاومتهای مغناطیسی۳۱
۴_۱ : کاربردهای ممکن سنسورهای میدان مغناطیسی۳۲
فصل ۵ : سنسورهای میکرومکانیکی ۳۴
۵-۱ : سنسورهای شتاب / ارتعاش ۳۵
۵_۲ : سنسورهای میکروپل ۳۷
فصل ۶ : سنسورهای فیبر نوری ۳۹
۶_۱ : ساختمان فیبر ها ۴۰
۶_۲ : سنسورهای چند حالته ۴۱
۶_۳ : سنسورهای تک حالته ۴۴
۶_۴ : سنسورهای فیبر نوری توزیع شده ۴۶
فصل ۷ : سنسورهای شیمیایی ۵۲
۷_۱ : بیو سنسورها ۵۶
۷_۲ : سنسورهای رطوبت ۵۸
فصل ۸ : سنسورهای رایج و کاربرد آن ۶۰
۸_۱ : سنسورهای خازنی ۶۰
فصل ۹ : سنسور ویگاند۶۲
فصل ۱۰ : سنسورهای تشدیدی۶۶
۱۰_۱ : سنسورهای تشدیدی کوارتز۶۷
۱۰_۲ : سنسورهای موج صوتی سطحی ۶۹
فصل ۱۱ : سنسورهای مافوق صوت ۷۱
فصل ۱۲ : سنسور پارک ۷۹
۱۲-۱: پتاسیومترها ۷۹
۱۲-۲ : خطی بودن پتاسیومترها ۸۰
۱۲-۳ : ریزولوشن پتاسیومترها ۸۲
۱۲-۴ : مسائل نویزالکتریکی در پتاسیومترها۸۴
۱۲-۵ : ترانسدیوسرهای جابه جایی القایی ۸۵
۱۲-۶ : ترانسدیوسرهای رلوکتانس متغیر۸۵
۱۲-۷ : ترانسفورمورهای تزویج متغیر: LDTوLVDT 89
12-8 : ترانسدیوسرهای تغییرمکان جریان ادی ۹۴
۱۲-۹ : ترانسدیوسرهای تغییرمکان خازنی  ۹۶
۱۲-۱۰ : رفتارخطی ترانسدیوسرهای تغییرمکان خازنی  ۹۹
۱۲-۱۱: سنسورهای حرکت ازنوع نوری ۱۰۰
۱۲-۱۲ : ترانسدیوسرهای تغییرمکان اولتراسوند ۱۰۱
۱۲-۱۳ : سنسورهای پرآب هال سرعت چرخش وسیتم های بازدارنده
(کمک های پارکینگ ) ۱۰۴
۱۲-۱۴ : سیستم های اندازه گیری تغییرمکان اثرهال ۱۰۵
۱۲-۱۵ : سنسوردوبل پارک ۱۰۶
۱۲-۱۶ : آی سی ۵۵۵ درمواد ترانسمیتر۱۰۷
منابع۱۰۸

منابع

 ۱-  اصول و کاربرد سنسورها  نوشته پیتر هاپتمن

 ۲- Binder , J . sensors and actuaters 4

 ۳- Kawamura Y. Proc. TRANDUCER

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

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

 ۶- Moretti ,M . Laser Focus

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

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

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

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

فصل اول

سنسور چیست؟

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 علائم ونشانه‌ها از محیط فیزیکی و فرستادن آن به واحد پردازش به صورت علائم 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 دوم

 تکنیک های تولید سنسور

 تکنولوژی سنسور امروزه براساس تعداد نسبتاً 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 زمینة اندازه‌گیری پروسة. تکنولوژی تولید و ربات‌ها، تکنولوژی‌های میکروالکترونیک زیر اکثراً به کار برده می‌شوند:

تکنولوژی سیلیکان، تکنولوژی لایه نازک، تکنولوژی لایه ضخیم/هیبرید، 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 سوم

 سنسور سیلیکانی

استراتژی ترجیح داده شده در ساخت سنسوریها برمبنای سیلیکانی جدید بهره‌مند شدن از تکنیک‌ها و پردازش‌هایی هست که قبلاً 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 گسترة وسیعی از درجه حرارت‌ها بکار برده شود. استفاده از سیلیکان دارای چندین پی آمد برای سنسورها می‌باشد. نخست آن که، خواص فیزیکی سیلیکان می‌تواند مستقیماً برای اندازه‌گیری کمیت اندازه‌گیری شوند. مطلوب به کار برده شود.

 در جدیدترین تحولی که در سال ۱۹۸۰ 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 اندازة 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 ۱۵۰-۱۲۰ 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  (مثلاً 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 زمینة 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 کنم:عبارت 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 پدیدة انبسطا مکانیکی، ترموکوپل، ترمومتر و … پیشرفت‌های حاصل شده در علم مواد در دهه ۱۹۵۰ سبب پیدایش مقاومت‌هایی با ضریب درجه حرارت مثبت (PTC) یا منفی (NTC) شد، بر طبق سنسورهای موجود می‌توان سنسورهای موجود حرارتی را به ۱-‌ سنسورهای مقاومتی ۲-‌ 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 ویژة 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 کنارة زمینه mm2-1، ضخامت تقریباً mm200 است. کل قطر dدارای مقداری به اندازه mm50-10 می‌باشد. ابعاد کوچک و زمان پاسخ دهی کوتاه باعث کاربرد آن شده است مثلاً سنسور نوع (ValVo) KTY 84 یک سنسور NTC در محدوده درجه حرارت بین ۵۰- تا ۳۰۰ درجه سانتی‌گراد است.

سنسورهای حرارتی اینترفیس:

این نوع سنسور بطور عمده از وابستگ حرارتی انتقال عامل با استفاده از اتصالات p-n به پایای دیودها، ترانزیستورها یا ترکیبات ترانزیستوری بهره‌برداری می‌کند. اثرات اصلاح وابستگی حرارتی پلاویتة انیترفیس مخازن‌های Mos با تغذیه AC نیز می‌تواند توسط این نوع سنسور بکار برده شود. هر دو اثر در مبدل‌های حرارتی- فرکانسی بکار برده می‌شوند. مثال‌های تجارتی از این نوع سنسور حرارتی عبارت است از انواع AD 590 (دستگاه‌های آنالوگ) هستند.

آن‌ها می‌توانند در حد دقتی به اندازه تقریباً ۱k برای درجة حرارت‌هایc0‌۵۰- و c0‌۱۵۰ به کار برده شوند. اگر چه پیشرفت‌های دیگری در حال تجربه هستند، بیشتر آن‌ها هنوز در مرحلة آزمایشگاهی قرار دارند، مبدل‌های حرارتی فرکانسی بدلیل توانائی آن ها برای ایجاد یک سیگنال خروجی فرکانسی- آنالوگ جهت غالب دیگری از تکامل را ارائه می‌دهند. این مدار متشکل از تعدادی طبقات معکوس کننده با تراتزیستورهای جانبی (T1) .و عمودی (T2) می‌باشد ظرفیت اتصال طبقات معکوس‌کنندة انفرادی سبب ایجاد یک تاخیر سوپینگ می‌شود که، با فرض یک جریان تزریقی معین، فرکانس عملیاتی نوسان‌ساز حلقه‌ای را تعیین می‌کند که با تعداد طبقات معکوس‌کنندة بکار برده شده تغییر می‌نماید. وابستگی حرارتی VBE مستقیماً فرکانس نوسان ساز را تحت تاثیر قرار می‌دهد. بنابراین برای درجه حرارت‌هایی بین ۰‌۲۰ و۰‌۸۰ درجه سانتی‌گراد یک وابستگی مغطی بین درجه حرارت و فرکانس با یک حساسیت نسبی،  به اندازه‌ی تقریباً k 3-10 وجود دارد. اگر چه آیندة چنین سنسورهایی خوب است، ولی آن‌ها هنوز در زمینه قیمت با رقیبان خود قادر به رقابت نیستند.

     سنسورهای حرارتی سیلکونی دیگر وکاربردها:

در درجه حرارت بالا (۵۰۰ الی ۳۰۰۰ درجه سانتی گراد) غالباً با لومتر به عنوان یک عنصر حس کننده به کاربرده می‌شود. در این دستگاه‌ها درجه حرارت در نتیجه‌ی جذب تشعشع گرمایی توسط لایه‌های مقاومتی افزایش می‌یابد. غالباً مقاومت‌های لایه ای سیاه فلزی ومقاومت‌های لایه‌ای ترکیب فلز- اکسید فلز مورد استفاده قرار می‌گیرند.

 سیلیکون اغلب به عنوان زمینه به کار می‌رود. ترموپیل‌های مجتمع علاوه بر کاربردهای حرارتی کاربردهای دیگری نیز دارند به عنوان مثال اندازه گیری دبی سیال، آشکار سازی تشعشع ماوراء قرمز و اندازه گیری فشار خلاء از آنجایی که سیلیکان یک هادی گرمایی خوب است، روش‌های حکاکی اغلب می‌تواند به منظور وفق دادن ضخامت و شکل ترموپیل‌ها در کاربردهای ویژه به کار روند. آفست (offest) کم ترموپیل‌های مجتمع یک مزیت بزرگ است. بالابردن سی یک سیلیون نیز یک مزین است زیرا سیلیکون دارای اثر سی بک (ضریب) بیشتری نسبت به فلزات است از این رو برای اندازه گیری دماهای جزئی مورد استفاده قرار میگیرد (در حد میکروکلوین).