سنسورها ، به عنوان دستگاه هایی که پارامترهای غیر الکتریکی را به سیگنال های برقی تبدیل می کنند ، به طور گسترده ای در زمینه های مختلف مانند صنعت ، کشاورزی ، دفاع ملی ، زندگی روزمره ، آموزش و تحقیقات علمی مورد استفاده قرار می گیرند. با این حال ، در کاربردهای عملی ، سنسورها غالباً با انواع مختلفی از تداخل روبرو هستند ، که نه تنها بر دقت اندازه گیری آنها تأثیر می گذارد بلکه ممکن است کل سیستم تشخیص را غیر قابل اجرا کند. بنابراین ، فناوری ضد مداخله به یک جنبه مهم از برنامه های سنسور تبدیل شده است ، شبیه به نبرد بین نیزه و سپر-یک دفاع در برابر تداخل و محافظت از ثبات سیستم.
منابع و انواع تداخل
سنسورها در معرض طیف گسترده ای از تداخل هستند که در درجه اول از زمینه های الکترومغناطیسی ، شبکه های منبع تغذیه ، مسیرهای انتقال سیگنال و عوامل محیطی سرچشمه می گیرند. در میان اینها ، تداخل پالس سنبله شبکه به ویژه برای سنسورها و ابزارها مضر است. این نوع تداخل ، که اغلب در اثر عملیات شروع بارهای القایی پر قدرت مانند دستگاه های جوشکاری ، موتورهای بزرگ و سیستم های یکسو کننده تریستور ایجاد می شود ، می تواند به صدها یا حتی هزاران ولت برسد. علاوه بر این ، زیر ولتاژ یا ولتاژ بیش از حد در شبکه های قدرت صنعتی ، تداخل بسته بندی خط سیگنال ، عملکرد ضعیف سوئیچ ها یا دارندگان چند کانال ، تداخل الکترومغناطیسی مکانی ، نوسانات دما و گازهای خورنده نیز می توانند بر قابلیت اطمینان سنسور تأثیر بگذارند.
انواع تداخل شامل تداخل حالت مشترک و تداخل حالت دیفرانسیل است. تداخل حالت دیفرانسیل به طور معمول توسط میدان های مغناطیسی متناوب قوی در محیط اطراف ایجاد می شود و باعث ایجاد نیروهای الکتروموتوری متناوب در ساز می شود. از طرف دیگر ، تداخل حالت مشترک هنگامی اتفاق می افتد که سیگنال های تداخل در هر دو خط جریان می یابند ، و زمین به عنوان یک مسیر بازگشت مشترک ، که اغلب ناشی از نشت تجهیزات ، اختلافات بالقوه زمین یا تداخل ذاتی خط به زمین است.
فن آوری های ضد مداخله
برای اطمینان از عملکرد طبیعی در محیط های تداخل پیچیده ، سنسورها و ابزارها به فن آوری های مختلف ضد مداخله نیاز دارند.
1. فن آوری نمایش:استفاده از مواد فلزی برای ایجاد محفظه هایی که مدارهای لازم برای محافظت را محاصره می کنند می توانند به طور موثری از تداخل میدان الکتریکی یا مغناطیسی جلوگیری کنند. فن آوری های محافظ شامل محافظ الکترواستاتیک ، محافظ الکترومغناطیسی و محافظ مغناطیسی با فرکانس پایین است. محافظ الکترواستاتیک شامل اتصال یک ظرف فلزی مهر و موم شده به یک سیم زمین برای مسدود کردن میدان های الکتریکی خارجی است. محافظت از الکترومغناطیسی از میدان های مغناطیسی جریان گرداب برای مقابله با تداخل با فرکانس بالا استفاده می کند ، در حالی که محافظ مغناطیسی با فرکانس پایین از مواد با نفوذ بالا برای محدود کردن میدان های مغناطیسی تداخل کم با فرکانس پایین در یک سپر پایین استفاده می کند.
2. فن آوری زمینی:زمینه سازی مناسب می تواند به طور مؤثر تداخل خارجی را سرکوب کرده و قابلیت اطمینان سیستم آزمایش را افزایش دهد. روشهای زمینی شامل زمینی محافظ ، محافظت از زمین و زمین سیگنال است. زمین محافظت از ایمنی ، محافظت از زمین ، از تداخل در دستگاه های اندازه گیری جلوگیری می کند ، و زمینه سازی سیگنال پتانسیل سیگنال صفر متداول را برای ورودی ها و خروجی های دستگاه های الکترونیکی ایجاد می کند. شرایط مختلف تشخیص سنسور نیاز به روشهای مناسب برای زمینه سازی ، مانند زمین بندی تک نقطه ای و زمین بندی چند نقطه ای دارد.
3. فناوری فیلتر:فیلترها یکی از مؤثرترین وسیله برای سرکوب تداخل حالت دیفرانسیل AC هستند. مدارهای فیلتر مشترک شامل فیلترهای RC ، فیلترهای برق AC و فیلترهای قدرت DC است. فیلترهای RC برای سنسورهایی با تغییرات سیگنال آهسته مانند ترموکوپل ها و سنجهای کرنش مناسب هستند و به طور موثری تداخل حالت دیفرانسیل را سرکوب می کنند. فیلترهای برق AC باعث کاهش سر و صدای مخلوط شده در منبع تغذیه می شوند ، در حالی که فیلترهای قدرت DC از تداخل متقابل بین مدارهای ناشی از مقاومت داخلی منبع تغذیه جلوگیری می کنند.
فناوری اتصال 4پتوالکترونیک:Optocouplers دستگاه هایی هستند که ورودی و خروجی را از نظر الکتریکی جدا می کنند ، به طور قابل توجهی توانایی سیستم در مقاومت در برابر تداخل حالت مشترک را افزایش می دهد. حتی اگر تداخل در مدار ورودی وجود داشته باشد ، تا زمانی که در زیر آستانه باقی بماند ، بر روی خروجی تأثیر نمی گذارد.
5.HARDWARE و یکپارچه سازی نرم افزار:مدارهای سخت افزاری می توانند تداخل اسپیک را با استفاده از کنترل کننده های تداخل ، ترانسفورماتورهای فوق العاده انزوا و واریستور سرکوب کنند. از طرف نرم افزار ، تکنیک های برنامه نویسی مانند فیلتر زمان و تایمرهای نگهبان می توانند حالت های CPU را کنترل کنند. اگر تداخل باعث "برنامه فراری" شود ، قطع مجدد سیستم ایجاد می شود و اطمینان حاصل می شود که ابزار هوشمند به عملکرد عادی باز می گردد.
پایان
فناوری ضد مداخله برای سنسورها و ابزارها یک نبرد مداوم است و در عین حال که از ثبات و صحت سیستم اطمینان می دهد ، نیاز به سازگاری مداوم برای منابع تداخل دارد. با استفاده جامع استفاده از محافظ ، زمین ، فیلتر ، اتصال نوری و فن آوری های ادغام سخت افزار ، قابلیت های ضد مداخله سنسورها را می توان به طور قابل توجهی افزایش داد و از عملکرد قابل اعتماد آنها در محیط های مختلف پیچیده اطمینان حاصل کرد. با این حال ، توسعه فن آوری های ضد مداخله هنوز هم با چالش های بی شماری روبرو است ، که نیاز به اکتشاف و نوآوری مداوم محققان برای برآورده کردن خواسته های پیشرفت های تکنولوژیکی آینده دارد. در این نبرد بین نیزه و سپر ، فقط از طریق پیشرفت بی امان می توانیم شکست ناپذیر باشیم.