5- الحساسات الخطية والدوارة (1)


شريحة1

شريحة2 شريحة3 شريحة4 شريحة5 شريحة6 شريحة7 شريحة8 شريحة9 شريحة10 شريحة11 شريحة12 شريحة13 شريحة14 شريحة15 شريحة16 شريحة17 شريحة18 شريحة19 شريحة20 شريحة21 شريحة22 شريحة23

الحساسات والمشغلات
Dr. Hassan SHARABATY
BY
Aleppo – March 2012
Department of Mechatronics Engineering
EEM304 Mechatronics
) -5 الحساسات الخطية والدوارة ) 1
RamiKabbani.wordpress.com ترجمة أحمد رامي قباني
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Linear & Rotational Sensors -I
2/21
الحساسات الخطية والدوارة
 أكثر الحركات شهرة في الأنظمة الميكانيكية هي الحركة الانسحابية )الخطية(
على طول محور معين و الحركة الزاوية )أي الدوران حول محور معين(.
 يمكن أيضا الحصول على حركات أكثر تعقيدا انطلاقا من هاتين الحركتين
الأساسيتين.
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Linear & Rotational Sensors -I
3/21
حساسات الأشعة تحت الحمراء
 يمكن استخدام الأشعة تحت الحمراء بطرق مختلفة لقياس الحركات الانسحابية
والدورانية.
مثل المشفرات الضوئية.
 عادة ما يتم استخدام ليد للأشعة تحت الحمراء ) InfraredLED ( -أو أي باعث ضوئي-
كمنبع, كما يتم استخدام عنصر حساس لهذه الأشعة لالتقاطها.
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Linear & Rotational Sensors -I
4/21
 يكون المستقبل عبارة عن مقاومة ضوئية )أو خلية ضوئية(, وهي مقاومة متغيرة تتعلق
قيمتها بشدة الضوء المسلّط عليها )قد يكون أشعة تحت الحمراء أو الضوء المرئي(؛ أو
ديود ضوئي, وهو الذي يسمح بمرور التيار باتجاه وحيد إذا ما وُجِدت الأشعة تحت
الحمراء, وفيما عدا ذلك يعمل كقاطع مفتوح؛ أو ترانزستور ضوئي.
حساسات الأشعة تحت الحمراء
ت
رانزستور ضوئي د
يود ضوئي مقاومة ضوئية
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Linear & Rotational Sensors -I
5/21
 في الترانزستورات الضوئية, تقوم الأشعة تحت الحمراء الساقطة على
الترانزستور بعمل تيار القاعدة, حيث تسمح بمرور التيار من المجمع بقيمة
تتناسب مع شدة )كثافة( هذه الأشعة )حتى يصل الترانزستور إلى مرحلة
الإشباع(.
حساسات الأشعة تحت الحمراء
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Linear & Rotational Sensors -I
6/21
الحساسات التلامسية
 أبسط أنواع حساسات التموضع هو عبارة عن قاطع ميكانيكي, فهو يعطي نتيجة مكونة
من بِ ت واحد: حالة تلامس أو عدم تلامس.
 يتكون القاطع الميكروي من عتلة ) Lever )
مرتبطة ميكانيكيا بالقاطع الكهربائي, حيث تقوم
بإغلاقه عندما يتم الضغط عليها.
حساس تلامسي
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Linear & Rotational Sensors -I
7/21
الحساسات التلامسية
 يمكن استخدام القواطع الميكروية كحساسات للصدمات في الروبوتات المتنقلة, ويتم ذلك
عادة عن بعد تثبيت الحساس على مادة مطاوعة )مطاطية مثلا( وذلك لحماية جسم
الروبوت من الاصطدام بالأجسام الصلبة.
 من التطبيقات الشائعة أيضا للقواطع الميكروية في
مجال الروبوتات هو تطبيق حساس نهاية الشوط,
وذلك للدلالة على وصول مفصل متحرك مثلا إلى
نهاية مسار حركته المسموح بها.
حساس تلامسي
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Linear & Rotational Sensors -I
8/21
 يوضح الشكل إحدى تطبيقات القاطع الميكروي, حيث تحافظ مقاومة )الرفع؟( على
وجود إشارة +V على نهايتها إلى أن يتم إغلاق القاطع, حيث يتم إرسال الإشارة إلى
القطب الأرضي.
اهتزاز الإشارة عند إغلاق القاطع
الحساسات التلامسية
 عندما يتم إغلاق القاطع, تتولد مجموعة من
الصدمات المصغرة, مما يؤدي إلى حصول
في الإشارة. ») اهتزاز )أو تشويش «
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Linear & Rotational Sensors -I
9/21
 عادة ما يتم اختيار القواطع على أن تكون مفتوحة طبيعيا NormallyOpen ( NO ( أو
مغلقة طبيعيا NormallyClosed ( NC أنها حالة القاطع » طبيعيا « (, حيث يقصد ب
عندما يكون غير مفعل أو غير مضغوط.
 قد يكون للقاطع عدة أقطاب Poles ( P ( ونهاية Throw واحدة أو اثنتين ) T ( لكل قطب
على حدة.
الحساسات التلامسية
حساسات تلامسية من نوعين:
Single Pole Double Throw & Double Pole Single Throw
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Linear & Rotational Sensors -I
10/21
 عندما يتم تفعيل المفتاح تتحرك أقطابه, أما النهايات فهي عبارة عن نقاط التماس التي
ستتصل بها الأقطاب.
SPDT and DPST contact sensors
 إذا, سيقوم المفتاح من النوع SPDT )قطب وحيد ونهايتين( بتحريك قطبه الوحيد من
أحد النهايات إلى الأخرى, أما النوع DPST )قطبين ونهاية وحيدة( فيقوم بتحريك قطبيه
بين دارة مفتوحة أو مغلقة.
الحساسات التلامسية
حساسات تلامسية من النوعين SPDT و DPST
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Linear & Rotational Sensors -I
11/21
 تستخدم حساسات المجال الغير تلامسية عددا من التقنيات المختلفة, بما فيها
الضوء/البصريات, الأشعة الميكروية, والأمواج الفوق صوتية لقياس المسافة بين نقطة
مرجعية وعنصر ما.
 التصنيفات:
يقوم الحساس بتوليد الطاقة بجهة المجال المهم.
من الحساسات المعروفة ضمن هذا التصنيف نجد الرادار والسونار.
فعالة
غ
ير فعالة تعتمد هذه الحساسات على الطاقة المنبعثة من العناصر أو الأهداف ذات الأهمية
 بحساسات المجال.  تدعى حساسات قياس المسافات عن بعد
حساسات المجال الغير تلامسية
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Linear & Rotational Sensors -I
12/21
 سرعة انتشار الصوت: 𝑣=0.3𝑚/𝑚𝑠 .
 سرعة انتشار الإشارات الكهرطيسية: 𝑣=0.3𝑚/𝑛𝑠 , أي أسرع بمليون مرة من سرعة الصوت.
 ليس من السهل حساب t )زمن رحلة الإشارات الكهرطيسية(.
 حساسات المجال الليزرية هي حساسات باهظة الثمن.
 تعطى المسافة التي تقطعها الموجة الصوتية أو الكهرطيسية بالعلاقة 𝒅=𝒄.𝑻
حيث أن: d المسافة المقطوعة
c سرعة انتشار الموجة
t زمن الرحلة
 تعتمد حساسات الأمواج فوق الصوتية وحساسات المجال الليزرية على سرعة انتشار كل من الصوت
والأمواج الكهرطيسية على الترتيب.
حساسات المجال الغير تلامسية
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com
Dr. Hassan SHARABATY Sensors & Actuators – Linear & Rotational Sensors – I 13/21
قائس « يظهر الشكل مبدأ عمل حساس المجال الليزري )عن طريق قياس زمن الرحلة( أو 
حيث يتم وضع كل من المرسل والمستقبل على الحساس. ,» المسافة الليزري النبضي
من العلاقة: d يمكن حساب المسافة 
 
2
c. TOF
d 
)TOF( طريقة زمن الرحلة
حيث أن:
سرعة انتشار الموجة. C
زمن الرحلة مقاسا بالثواني. TOF
Target
حساسات المجال الغير تلامسية
RamiKabbani.wordpress.com ترجمة أحمد رامي قباني
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Linear & Rotational Sensors -I
14/21
قائس المسافة الليزري النبضي time of flight laser range finder:
يعتمد على مبدأ قياس زمن الطيران إلى الهدف ذهابا وإيابا لنبضة ليزرية ضيقة
زمنيا,ً ثم حساب المسافة, وهو الأكثر استخداما,ً خصوصا في المجال
العسكري, ويسمح بقياس مسافات بعيدة وبدقة الأمتار
ملاحظة من الشريحة السابقة:
حساسات المجال الغير تلامسية
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Linear & Rotational Sensors -I
15/21
 توجد طريقتان أساسيتان لتحديد زمن الرحلة ) TOF 🙂
. 1 من بداية إشارة الإرسال إلى نهاية الإشارة العائدة.
حساسات المجال الغير تلامسية
طريقة زمن الرحلة ) TOF )
الإشارة المرسلة
الإشارة العائدة ز
من الرحلة
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Linear & Rotational Sensors -I
16/21
 توجد طريقتان أساسيتان لتحديد زمن الرحلة ) TOF 🙂
. 2 من بداية إشارة الإرسال إلى أن يصل أكبر مطال للإشارة العائدة.
طريقة زمن الرحلة ) TOF )
حساسات المجال الغير تلامسية
الإشارة المرسلة
الإشارة العائدة
زمن الرحلة حتى الوصول إلى أكبر مطال
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com
Dr. Hassan SHARABATY Sensors & Actuators – Linear & Rotational Sensors – I 17/21
Light Sensor
Phase Measurement
D
L
Reflecting Object
Beam splitter
0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 -1
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
θ
λ
طريقة قياس فرق الصفحة
حساسات المجال الغير تلامسية
حساس ضوئي
السطح العاكس
سطح فصل الأشعة
قياس فرق الصفحة
RamiKabbani.wordpress.com ترجمة أحمد رامي قباني
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Linear & Rotational Sensors -I
18/21
قائس المسافة الليزري الطوري phase differencelaser range finder: يعتمد على مبدأ تعديل مطال شعاع الليزر بتردد راديوي, ثم قياس
فرق الطور للحزمة المرتدة عن الهدف, ومنه تحسب المسافة. يسمح هذا النوع
بقياس مسافات قريبة نسبيا حتى مئات الأمتار وبدقة الميلمتر
يقوم ال rangefinder بإرسال حزمة مستمرة من الليزر وليست على شكل
نبضات كما في الطريقة السابقة . ومن ثم يتم تحديد المسافة بناء على فرق
الطور الجيبي المإخوذ من منحني الموجة المرسلة والمستقبلة.
ملاحظة من الشريحة السابقة:
حساسات المجال الغير تلامسية
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com
Dr. Hassan SHARABATY Sensors & Actuators – Linear & Rotational Sensors – I 19/21
تقوم هذه الطريقة باستخدام شعاع ليزري مستمر )وليس نبضات( وقياس فرق الصفحة 
الحاصل بين الإشارة المرسلة والمستقبلة.
سيتم فصله إلى حزمتين من الأشعة: ,λ فلنفترض أنه لدينا شعاع ليزر بطول موجة 
إلى جهاز قياس L • نسمي إحداهما بحزمة الشعاع المرجعية, والتي تنتقل عبر مسافة
فرق الصفحة.
Light Sensor
Phase Measurement
D
L
Reflecting Object
Beam splitter
• أما الحزمة الثانية, فتسافر عبر
إلى سطح عاكس ما. D مسافة
𝐷′ = 𝐿 + 2𝐷 • فتكون المسافة الكلية
حساسات المجال الغير تلامسية
طريقة قياس فرق الصفحة
RamiKabbani.wordpress.com ترجمة أحمد رامي قباني
Dr. Hassan SHARABATY Sensors & Actuators – Linear & Rotational Sensors – I 20/21
فستنطبق الإشارتان مرة أخرى, ولن ,𝜃 = • كما أنه يمكننا ملاحظة أنه عندما تكون 360
.L و D’ نتمكن من التفريق بين
𝐷 = 𝜃 360 (𝜆 2, ومنه فإن: ( 2 𝐷 < 𝜆 أو ما يكافئها”, ستكون ” 𝜃 = • وفي حالة 360
0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 -1
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
θ
كما يلي: 𝐷′ حيث يتم حساب قيمة • λ
𝐷′ = 𝐿 + (𝜃 360)𝜆; 𝜆 = 𝑐 𝑓
هي سرعة الضوء؛ :c • حيث أن
تردد الإشارة المعدلة )؟( :f
حساسات المجال الغير تلامسية
طريقة قياس فرق الصفحة
RamiKabbani.wordpress.com ترجمة أحمد رامي قباني
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Linear & Rotational Sensors -I
21/21
تحسس المجال بطريقة المثلثات
حساسات المجال الغير تلامسية
طريقة المثلثات
الجسم العاكس
اللاقط
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Linear & Rotational Sensors -I
22/21
 يوضح المخطط المبين في الشكل السابق طريقة بسيطة لقياس المسافات باستخدام
حساسات غير تلامسية.
 يتم تسليط حزمة ضيقة من الضوء على جسم ما بحيث يقوم هذا الجسم بعكسها من
على سطحه.
 فإذا تم توجيه اللاقط بجهة جزء صغير من السطح العاكس, فسيستقبل الإشارة
الضوئية عندما تكون مسافة السطح عن اللاقط مساوية ل D والتي يمكن حسابها
بالاعتماد على قوانين المثلثات.
𝐷=𝐵.tan(𝜃)
حساسات المجال الغير تلامسية
طريقة المثلثات
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Linear & Rotational Sensors -I
23/21
النهاية
ترجمة: أحمد رامي قباني
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com

Advertisements

اترك رد

إملأ الحقول أدناه بالمعلومات المناسبة أو إضغط على إحدى الأيقونات لتسجيل الدخول:

WordPress.com Logo

أنت تعلق بإستخدام حساب WordPress.com. تسجيل خروج   / تغيير )

صورة تويتر

أنت تعلق بإستخدام حساب Twitter. تسجيل خروج   / تغيير )

Facebook photo

أنت تعلق بإستخدام حساب Facebook. تسجيل خروج   / تغيير )

Google+ photo

أنت تعلق بإستخدام حساب Google+. تسجيل خروج   / تغيير )

Connecting to %s