الكاتب: عبدالرحمن رفعت السحاب

الأستاذ المشرف: د. مصطفى الخوالدة



المجسات
 (المستشعرات) هي أجهزة مهمة في أنظمة التحكم الحديثة (سواء كانت كهربائية أو بصرية أو ميكانيكية أو سائلة) وهي المستشعر الذي يكشف عن المقاييس (المتغيرات التي يتعين قياسها) وتحويلها إلى شكل مقبول عمومًا كإشارات كهربائية. يتم التحكم في أقصى دقة للنظام الكلي من حساسية أجهزة الاستشعار الفردية والضوضاء الناتجة داخليًا من أجهزة الاستشعار نفسها. وفي أي نظام تحكم يستخدم للقياس والتحكم، فإن أي تغيير في المعلمة سواء في القياسات (المتغيرات التي يتعين قياسها) أو في تكييف الإشارة، له تأثير مباشر على حساسية النموذج. والاستشعار هو الإحساس وإعطاء المعلومات التي تهم وتحويل هذه المعلومات إلى شكل مقبول بحيث يمكن اي شخص قرائتها واستيعابها. ويتم تحويل هذه الاشارات عن طريق (مكيف الاشارات) ووظيفته هي قبول إشارة من المستشعر وتعديلها بطريقة مقبولة لوحدة العرض. ووظيفة القارئ هي قبول إشارة من مكيف الإشارة وتقديمها بطريقة قابلة للعرض. ويمكن أن يكون عرضها على شاشات عرض، أو طباعتها، أو قد يتم تمريرها إلى وحدة تحكم. كما يمكن التلاعب بها وإعادتها إلى المصدر الذي تم قياس الإشارة الأصلية منه.

أنواع المجسات (المستشعرات)

وتصنف أجهزة الاستشعار إلى فئتين على أساس إشارة الإخراج، وإمدادات الطاقة، ووضع التشغيل والمتغيرات التي يتم قياسها.

  • المجسات النشطة

وهي التي تتطلب قوة خارجية لتشغيلها. ومن الأمثلة النموذجية للأجهزة التي تتطلب مصادر طاقة مساعدة هي مقاييس الضغط، موازين الحرارة.

  • المجسات السلبية

وهي أجهزة تستجيب لبعض أنوع مدخلات البيئة المادية ومن الأمثلة النموذجية للأجهزة التي تتطلب مصادر بيئية مادية أجهزة إستشعار الكهرضغطية والكهروحرارية.

ويعتمد مدى استخدام أجهزة الاستشعار على مستوى الأتمتة وتعقيد نظام التحكم. وقد وضعت متطلبات نمذجة أنظمة التحكم المعقدة الحاجة إلى أجهزة قياس سريعة وحساسة ودقيقة. ووفقًا لهذه المطالب، يتم تصغير أجهزة الاستشعار وتنفيذها في أحجام صغيرة، جدًا من خلال الجمع بين عدة أجهزة استشعار لتجهيز البيانات. وقد بنيت العديد من النظم الدقيقة على مفهوم “مختبر على رقاقة”. وحدة كاملة يمكن أن تكون موجودة في رقاقة السيليكون من حجم أقل من  0.5 مم.
اختيار جهاز استشعار أو محول يعتمد على النحو التالي:

طبيعة الدقة والحساسية المطلوبة للقياس.

النطاق الديناميكي.

مستوى الأتمتة.

تعقيد نظام التحكم ومتطلبات النمذجة.

التكلفة والحجم والاستخدام وسهولة الصيانة.

معايير الجودة

غالبا ما تستخدم المجسات في ظل ظروف بيئية مختلفة. فهي حساسة للمدخلات البيئية مثل الضغط، والحركة، ودرجة الحرارة، والإشعاع، والمجالات المغناطيسية. وصف خصائص الاستشعار من حيث خمس خصائص نوقشت وتوضح في الأقسام الفرعية التالية:

Sensitivity – الحساسية   

هي خاصية أداة القياس للرد على التغيرات في الكمية المقاسة وكما يمكن التعبير عنها كنسبة من تغيير الإنتاج لتغيير المدخلات.

Resolution – القرار

وهو أصغر زيادة في القيمة المقاسة التي يمكن الكشف عنها.

Accuracy – الصحة

وهي مقياس للفرق بين القيمة المقاسة والقيمة الفعلية.

Precision – الإحكام

وهي قدرة المستشعر على إعادة إنتاج مجموعة معينة من القراءات ضمن دقة معينة.

Repeatability – التكرار

وهو القدرة على إعادة إنتاج إشارة الإخراج بالضبط عندما يتم تطبيق نفس القياس مرارًا وتكرارًا في ظل الظروف البيئية نفسها.


المصادر والمراجع

mechatronics system design si version

mechatronics an integrated approach de silva