ما هي الحساسات؟
الحساسات: هي أجهزة كهربائية أو كهروضوئية أو إلكترونية تتكون من إلكترونيات متخصصة أو مواد حساسة، تقيس المدخلات المادية (الكميات الفيزيائية) من بيئتها المادية وتحولها إلى بيانات إلكترونية (كمية كهربائية) يمكن تفسيرها من قبل الأنسان أو الآلة، وبعضها أكثر بساطة، مثل: مقياس الحرارة الزجاجي، الذي يقدم بيانات مرئية.
ومن أبسط الأمثلة على الحساسات “المستشعرات” لفهم مبدأ عملها:
المقاوم المعتمد على الضوء (LDR): هو جهاز تختلف مقاومته باختلاف شدة الضوء الذي يتعرض له. فعندما يكون الضوء الساقط على (LDR) أكثر، تصبح مقاومته أقل جدًا وعندما يكون الضوء أقل، تصبح مقاومة (LDR) عالية. ثم يتم توصيل (LDR) مع مقسم جهد (Voltage Divider) والتحقق من انخفاض الجهد عبر (LDR). ومن ثم جهاز استشعار الضوء. فعمل الحساس على قياس شدة الضوء ومن ثم تحويلها إلى فرق جهد “فولتية” حتى نتمكن من تميز الزيادة أو النقصان في شدة الإضاءة.
تصنيف الحساسات:
هناك عدة تصنيفات للحساسات قام بها الخبراء. بعضها بسيط للغاية وبعضها معقد للغاية. ويوجد عدة تصنيفات بسيطة للحساسات، ومنها ما يلي:
التصنيف الأول:
- نشطة (Active): هي التي تتطلب إشارة طاقة خارجية (Power Signal).
- خاملة (Passive): هي التي لا تتطلب أي إشارة طاقة خارجية وتولد استجابة مباشرة.
التصنيف الثاني:
يعتمد النوع الآخر من التصنيف على وسائل الكشف المستخدمة في المستشعر، ومنها وسائل الكشف الكهربائية والبيولوجية والكيميائية والمشعة وما إلى ذلك.
التصنيف الثالث:
- أجهزة الاستشعار التناظرية (Analog).
- أجهزة الاستشعار الرقمية (Digital).
أمثلة على الحساسات:
- حساسات الرؤية والتصوير (Vision and Imageing): هي أجهزة إلكترونية تكتشف وجود الأشياء أو الألوان في مجالات رؤيتها وتحويل هذه المعلومات إلى صورة مرئية للعرض، عادةً ما يقومون بدمج الكاميرا والأضواء ووحدة التحكم في وحدة واحدة، ممّا يميزها عن أنظمة فحص الرؤية التقليدية.
تستخدم معظم المستشعرات حلقات ضوئية حول عدساتها لتوفير إضاءة كافية للبصريات، في بعض الأحيان، يمكن أن تكون الأضواء بيضاء أو حمراء أو زرقاء أو خضراء، حسب متطلبات مهمة التصوير. تظهر العيوب على الأسطح أحيانًا بشكل أفضل للعين المجردة تحت الضوء الأخضر. وتستخدم الإضاءة الخلفية أحيانًا لتحسين الصورة الظلية لشكل معقد قد تفقد تفاصيله تحت الإضاءة الأمامية، تتوفر أيضاً خيارات الإضاءة بالأشعة تحت الحمراء والأشعة فوق البنفسجية.
- حساسات درجة الحرارة (Temperature Sensors): هي أجهزة إلكترونية تكتشف المعاملات الحرارية (Thermal Parameter) وتوفر إشارات لمدخلات أجهزة التحكم والعرض. كما يعتمد مستشعر درجة الحرارة عادةً على (Resistence Temperature Device) أو الثرمستور لقياس درجة الحرارة وتحويلها إلى فرق جهد. تستخدم مستشعرات درجة الحرارة لقياس الخصائص الحرارية للغازات والسوائل والمواد الصلبة في العديد من الصناعات العملية ويتم تكوينها للاستخدامات العامة والخاصة.
- حساسات الإشعاع (Radiation Sensors): هي أجهزة إلكترونية تستشعر وجود جسيمات ألفا أو بيتا أو جاما وتوفر إشارات للعدادات وأجهزة العرض.
- أجهزة استشعار القرب (Proximity Sensors): هي أجهزة إلكترونية تستخدم لاكتشاف وجود الأشياء القريبة بدون تلامس (non-contacting). يمكن لمستشعر القرب أن يكتشف وجود الأشياء عادةً في نطاق يصل إلى عدة ملليمترات، وبذلك ينتج إشارة على شكل تيار مستمر إلى وحدة التحكم. حيث أن أجهزة استشعار القرب هي بشكل عام أجهزة قصيرة المدى ولكنها متوفرة أيضًا في التصميمات التي يمكنها اكتشاف الأشياء التي تصل إلى عدة بوصات.
- حساسات الضغط (Pressure Sensors): هي أجهزة كهروميكانيكية تكتشف القوى لكل وحدة مساحة في الغازات أو السوائل وتوفر إشارات لمدخلات أجهزة التحكم والعرض. وعادةً ما يستخدم مستشعر الضغط (diaphragm) و(strain gage bridge) لاكتشاف وقياس القوة المبذولة لكل منطقة.
- حساسات الموقع (Position Sensors): هي أجهزة إلكترونية تُستخدم لاستشعار مواضع الصمامات والأبواب وما إلى ذلك، وتزويد الإشارات إلى مدخلات أجهزة التحكم أو أجهزة العرض. وتُستخدم مستشعرات الموضع حيثما تكون المعلومات الموضعية مطلوبة في عدد لا يحصى من تطبيقات التحكم.
- الحساسات كهروضوئية (Photoelectric Sensors): هي أجهزة كهربائية تستشعر مرور الأشياء داخل مجالها، على الرغم من أنها قادرة أيضاً على اكتشاف اللون والموقع إذا لزم الأمر، تعتمد هذه المستشعرات على قياس التغيرات في الضوء المنبعث باستخدام باعث (Emitter) وجهاز استقبال (Receiver).
- الحساسات الحركة (Motion Sensor): هي أجهزة إلكترونية يمكنها استشعار حركة أو توقف الأجزاء والأشخاص وما إلى ذلك، وتوفر إشارات لمدخلات أجهزة التحكم أو أجهزة العرض. تشمل المواصفات الرئيسية التطبيق المقصود ونوع المستشعر ووظيفة المستشعر والسرعات الدنيا والقصوى.
- مستشعر الاتصال (Contact Sensor): هي أجهزة الاستشعار التي تعمل على اكتشاف الحالة من خلال الاعتماد على اللمس المادي أو الاتصال بين المستشعر والجسم الذي يتم مراقبته، يتم استخدام نوع بسيط من مستشعرات التلامس في أنظمة الإنذار لمراقبة الأبواب والنوافذ ونقاط الوصول الأخرى.
عندما يتم إغلاق الباب أو النافذة، يوفر مفتاح مغناطيسي إشارة إلى وحدة التحكم في الإنذار بحيث تكون حالة نقطة الدخول معروفة. وبالمثل، عند فتح باب أو نافذة، يقوم مستشعر التلامس بتنبيه وحدة التحكم في الإنذار بحالة نقطة الوصول هذه وقد يؤدي إلى إجراء مثل تشغيل صفارة إنذار مسموعة.
المستقبل والحساسات:
مع تطور التكنولوجيا، يستمر استخدام الحساسات في التوسع في كل جانب من جوانب حياتنا، سيستخدم المهندسون والعلماء في جميع أنحاء العالم أجهزة الاستشعار لتحسين أنظمة النقل والإجراءات الطبية وتكنولوجيا النانو والأجهزة المحمولة والواقع الافتراضي والواقع المعزز وحتى الذكاء الاصطناعي (AI).
