حسگر بی سیم و یا با سیم

حسگرهای پایش سلامت سازه به دو دسته اصلی با سیم (Wired) و بی سیم (Wireless) تقسیم می‌شوند. هر کدام از این دسته‌ها دارای مزایا و معایب خاص خود هستند که در ادامه به بررسی آن‌ها می‌پردازیم.

حسگرهای با سیم (Wired Sensors)
مزایا:
1. پایداری سیگنال بالا: این حسگرها به دلیل استفاده از کابل‌های فیزیکی، پایداری و دقت بالاتری در انتقال داده دارند.
2. عدم نیاز به باتری: این حسگرها معمولاً به منبع برق متصل می‌شوند و نیازی به تعویض یا شارژ باتری ندارند.
3. مقاومت در برابر تداخلات الکترومغناطیسی: سیگنال‌های انتقال داده شده از طریق کابل‌ها کمتر در معرض تداخلات الکترومغناطیسی قرار می‌گیرند.
4. قابلیت انتقال داده‌های حجیم: توانایی انتقال داده‌های بیشتر و با سرعت بالاتر نسبت به حسگرهای بدون سیم.
معایب:
1. هزینه نصب بالا: نصب و راه‌اندازی این حسگرها به دلیل نیاز به کابل‌کشی و تجهیزات مرتبط، هزینه‌بر است.
2. محدودیت در انعطاف‌پذیری: تغییر مکان حسگرها یا گسترش سیستم پایش سلامت سازه نیاز به تغییرات فیزیکی و نصب مجدد کابل‌ها دارد.
3. نیاز به نگهداری مداوم: کابل‌ها و اتصالات ممکن است نیاز به نگهداری و تعمیرات دوره‌ای داشته باشند.

حسگرهای بی سیم (Wireless Sensors)
مزایا:
1. نصب آسان: این حسگرها به دلیل عدم نیاز به کابل‌کشی، نصب و راه‌اندازی ساده‌تری دارند.
2. انعطاف‌پذیری بالا: امکان تغییر مکان حسگرها بدون نیاز به کابل‌کشی مجدد.
3. هزینه نصب کمتر: به دلیل عدم نیاز به کابل‌کشی، هزینه‌های نصب کاهش می‌یابد.
4. قابلیت گسترش آسان: افزودن حسگرهای جدید به سیستم بدون نیاز به تغییرات گسترده در ساختار موجود.
معایب:
1. عمر محدود باتری: این حسگرها نیاز به باتری دارند که باید به صورت دوره‌ای تعویض یا شارژ شود.
2. تداخلات الکترومغناطیسی: سیگنال‌های بی‌سیم ممکن است تحت تأثیر تداخلات الکترومغناطیسی قرار گیرند و دقت داده‌ها کاهش یابد.
3. محدودیت در پهنای باند: انتقال داده‌های حجیم ممکن است با سرعت پایین‌تر و محدودیت پهنای باند مواجه شود.
4. امنیت داده‌ها: داده‌های بی‌سیم ممکن است در معرض خطرات امنیتی مانند نفوذ و هک قرار گیرند.

انتخاب بین حسگرهای با سیم و بی سیم بستگی به نیازها و محدودیت‌های پروژه دارد. برای پروژه‌هایی که دقت و پایداری داده‌ها اهمیت بالایی دارد و هزینه‌های نصب و نگهداری کمتر مهم باشد، حسگرهای با سیم مناسب‌تر هستند. در مقابل، برای پروژه‌هایی که نیاز به نصب سریع و انعطاف‌پذیری بالا دارند، حسگرهای بی سیم گزینه بهتری هستند.

انتقال داده ها بدون سیم (شبکه‌ی بی‌سیم)

شبکه‌ی حسگرهای هوشمند یک جایگزین مطمئن برای شبکه‌ی حسگرهای کابلی هستند. تعدادی از تکنولوژی‌ها دست به دست هم دادند که فرصتی برای پیشرفت سیستم‌های پایشی با خصوصیات جدید تولید کنند. این تکنولوژی‌ها موجب طراحی و عرضه‌ی حسگر‌های هوشمند با هزینه‌ی کمتر و توانایی برقراری ارتباط بی‌سیم، پردازش داده‌های اندازه‌گیری شده و حتی کاستن هزینه‌های اجرایی پس از تولید و نصب انبوه در سازه شده است؛ اما هنوز مشکلاتی از قبیل مصرف برق و اعتبار دراز مدت این سیستم‌ها وجود دارد که نیازمند تحقیق و بررسی بیشتری است تا بتوان با اطمینان کامل در سیستم‌های پایشی استفاده کرد. این سیستم متشکل از ارتباط بی‌سیم، قدرت پردازش داخلی و حسگرهای MEMS می‌باشد. قسمت ارتباط بی‌سیم مشکل سیم‌های ارتباطی و انتقالی را در سیستم‌های پایشی متداول حل کرده است. میکروپردازشگرها و میکروکنترلرها این امکان را ایجاد کرده‌اند که مشکل نابرابری توزیع قدرت پردازش و محاسبات به کلی حذف گردد. استفاده از حسگرهای MEMS نیز همان‌طور که قبلاً نیز اشاره شد، می‌تواند دقت و کارایی قابل توجهی را با هزینه‌ی به مراتب کمتر از دیگر حسگرها ایجاد کنند. با ترکیب این سه قابلیت، یعنی ارتباط بدون سیم، قدرت پردازش داخلی و حسگرهای MEMS، می‌توان مرحله‌ی جمع‌آوری داده و پردازش آن‌ها را از مراکز تجمیع داده به خود حسگرها برد و تنها داده‌های آماده و مفید را برای محاسبات اصلی جمع‌آوری کرد. با این کار حجم داده‌های انتقال یافته به مراتب کم حجم‌تر بوده و در پی آن مشکلات کمتری را در دسته‌بندی و ذخیره‌ی داده‌ها دارد.

 

استفاده از تکنولوژی MEMS در پایش سلامت سازه‌ها

سیستم‌های میکروالکترومکانیک Microelectromechanical Systems (MEMS) حسگرها و فعال‌کننده‌ها بسیار کوچک و مینیاتوری هستند که با استفاده از تکنولوژی سیستم‌های انتگرالی بسیار بزرگ Very Large System Integration (VLSI) به وجود آمده‌اند. پیشرفت‌های حاصل شده در تکنولوژی MEMS باعث کاهش شدید در اندازه، مصرف انرژی، و هزینه‌ی شبکه‌های بی سیم شده است. اندازه‌ی کوچک آن‌ها این اجازه را داده که در جاهایی که حسگرها و فعال کننده‌های معمول قابلیت استفاده نداشته باشند، جایگزین شده و در کاربری‌ها استفاده شوند. همچنین به علت تفاوت در تولید نسبت به چیپ‌های معمول، توانایی تولید انبوه را داشته؛ بنابراین هزینه را تا حد بسیار زیادی کاهش داده است. دلیل دیگر اقتصادی شدن استفاده از این تکنولوژی، به کار گیری آن در صنعت خودرو سازی و صنایع هوایی و دیگر رشته‌ها مانند پزشکی است که با افزایش مصرف، هزینه‌ی تولید کاهش یافته است. مزیت قابل توجه دیگر این تکنولوژی، مصرف انرژِی بسیار اندک آن‌ها است و چیزی در حدود 40μW تا 500μW می‌باشد. مصالح سازنده‌ی این حسگرها، سیلیکن، پلیمرها، فلزات و کاغذ می‌باشد. سیلیسیوم یک ماده‌ی مناسب برای ساخت MEMS  است، زیرا این ماده دارای خواص فیزیکی و مکانیکی خوب برای ماشین‌کاری است. همچنین سیلیکن ارزان قیمت و به وفور در معادن یافت می‌شود. مشخصات مفید این وسیله‌ها باعث شده است که MEMS یک تکنولوژی پیروز در حوزه‌های کاربردی شامل شتاب سنج‌ها، حسگرهای فشار، میکرواپتیک و غیره باشد. هم اکنون در سال 2014، ارزش معاملات صورت گرفته در این زمینه، بالغ بر 550 میلیون دلار می‌باشد.

MEMSها دارای سه قسمت اصلی هستند. حسگر (وظیفه‌ی اندازه‌گیری کمیت)، مبدل سیگنال (تبدیل سیگنال اندازه‌گیری شده به انواع دیگر)، و فعال کننده (اعمال تحریک از طریق تبدیل سیگنال الکتریکی به نیرو در صورت نیاز یا حالت فعال).

بایستی به این نکته اشاره کرد که قابلیت اطمینان و دقت اندازه‌گیری این حسگرها، مشکلی است که باید در پروژه‌های پایش سلامت سازه، مورد توجه قرار گیرند. با وجود این‌که تکنولوژی MEMS برای پایش سلامت در اعضا و قسمت‌های محدودی از سازه برای تشخیص آغاز ترک و یا گسترش آن، و یا خوردگی بسیار کاربردی و مؤثر است، استفاده از آن در تعداد زیاد برای کل سازه و در عین حال اقتصادی شدن آن، مسأله‌ای پیچیده است؛ با این وجود تکنولوژی MEMS هنوز بهترین گزینه برای عملیاتی ساختن این پروژه‌ها است.

معرفی شرکت BeanAir آلمان

شرکت آلمانی BeanAir سازنده شبکه های حسگر بیسیم (Wireless Sensor Networks)  می باشد که در پایش سلامت سازه ها کابردی وسیع دارد.

محصولات این شرکت در سه گروه زیر تولید و به بازار ارائه می گردند:

SmartSensor: شامل شتاب سنج، زاویه سنج و شوک سنج جهت مانیتورینگ سازه

ProcessSensor: سیستم جمع آوری داده بیسیم (Wireless DAQ system) جهت مانیتورینگ صنعتی

EcoSensor: حسگر های بیسیم دما، رطوبت، IR دما، پالس متر جهت مانیتورینگ محیط

در پست های بعدی سعی می گردد در خصوص هر یک از محصولات این شرکت و همچنین کاربرد های آن توضیحات لازم داده شود.

جهت اطلاع بیشتر  از محصولات این شرکت می توانید به آدرس http://www.beanair.com مراجعه کرده و یا با شماره  09212773587 تماس بگیرید