أنواع أجهزة الاستشعار جي
تتوفر أجهزة الاستشعار جي، أو أجهزة الاستشعار للقوة جي، بأنواع مختلفة اعتمادًا على عدد المحاور أو الاتجاهات التي تقيس فيها قوى جي.
-
جهاز استشعار جي ذو محور واحد
يقيس جهاز الاستشعار جي ذو محور واحد التسارع على طول محور واحد فقط (X أو Y أو Z). على الرغم من كونه أبسط أنواع أجهزة الاستشعار جي، إلا أن جهاز الاستشعار جي ذو محور واحد لا يمكنه سوى اكتشاف قوى جي في اتجاه واحد. يمكن استخدام هذا الجهاز في التطبيقات التي تتطلب قياس قوى جي على طول خط واحد، مثل تجارب البندول أو أجهزة الاختبار أحادية المحور.
-
جهاز استشعار جي ذو محورين
يقيس جهاز الاستشعار جي ذو محورين التسارع على طول محورين متعامدين (X و Y). يمكن لهذا النوع من أجهزة الاستشعار جي اكتشاف قوى جي في كلا الاتجاهين الأفقي والرأسي. يمكن استخدام أجهزة الاستشعار جي ذات المحورين في التطبيقات التي تتطلب قياس قوى جي في مستوى ثنائي الأبعاد، مثل استشعار الميل، والأجهزة الترفيهية، وبعض التطبيقات في السيارات.
-
جهاز استشعار جي ذو ثلاثة محاور
يقيس جهاز الاستشعار جي ذو ثلاثة محاور التسارع على طول ثلاثة محاور متعامدة (X و Y و Z). يمكن لهذا الجهاز اكتشاف قوى جي في جميع الأبعاد الثلاثة للفضاء. توفر أجهزة الاستشعار جي ذات المحاور الثلاثة قياسًا شاملاً لقوى جي وهي مناسبة للتطبيقات التي تتطلب استشعارًا ثلاثي الأبعاد كاملاً، مثل تتبع الحركة، وأنظمة الملاحة، وتحليل الرياضة.
ميزات ووظائف أجهزة الاستشعار جي
تتمتع أجهزة الاستشعار جي بعدة ميزات ووظائف وتطبيقات مهمة تمكنها من إجراء قياسات دقيقة. علاوة على ذلك، قد تختلف الميزات اعتمادًا على تطبيقاتها. عند تقييم أجهزة الاستشعار جي المعروضة للبيع، من المهم فهم ميزات المستشعر وكيفية تطبيقها في مختلف الصناعات.
- قياس التسارع: تتمثل الوظيفة الأساسية لجهاز الاستشعار جي، أو مقياس التسارع، في قياس التسارع الخطي. يكتشف مقدار تسارع الجسم الذي يحتوي على المستشعر أو تباطئه. بعبارة بسيطة، يمكن لجهاز الاستشعار جي معرفة ما إذا كان شخص ما أو شيء ما يتحرك أو يتوقف أو يغير اتجاهه. يساعد ذلك على قياس كيفية تغير سرعة الجسم واتجاهه.
- الكشف عن الجاذبية: تقيس أجهزة الاستشعار جي التسارع وتفهم سحب الجاذبية. عند السكون، يجب أن يقرأ حوالي 0g بسبب الجاذبية. يساعد هذا المستشعر على معرفة متى تغيرت موضع السيارة أو الجهاز بسبب الجاذبية وليس أي قوة أخرى.
- المساعدة في الملاحة والوضع: تساعد أجهزة الاستشعار جي في خدمات الموقع مثل GPS. تُستخدم في الملاحة لمعرفة مكان السيارة أو الجهاز حتى عندما تكون الإشارات ضعيفة أو غير متوفرة من الأقمار الصناعية. تدعم أجهزة الاستشعار جي أنظمة مثل GPS والخرائط للعمل بشكل جيد معًا.
- مراقبة ديناميات السيارة: في السيارات، تتحقق أجهزة الاستشعار جي من سرعة دوران العجلات، والكبح، والتسارع. يساعد ذلك في مراقبة كل شيء من سرعة العجلات إلى التوقف المفاجئ أو المنعطفات السريعة. تستخدم السيارات أجهزة الاستشعار جي لتتبع الحركات وضمان الاستقرار وتعليمات القيادة الآمنة.
- التسامح البيئي: يمكن لبعض أجهزة الاستشعار جي الأكثر تقدمًا العمل في درجات حرارة وظروف مختلفة، مثل الحرارة أو البرودة الشديدة، والرطوبة، والمزيد. فهي مصنوعة بقوة لقياس بشكل صحيح، حتى في البيئات القاسية.
- حساسية العتبة: تشير حساسية العتبة إلى الحد الأدنى من التسارع الذي يمكن للمستشعر اكتشافه. مستوى حساسية العتبة ضروري لأنه سيحدد، على سبيل المثال، ما إذا كانت وسادة هوائية في سيارة ستنتشر أم لا. إذا كانت حساسية العتبة ضعيفة، فقد تنشر الوسائد الهوائية على المطبات الصغيرة وقد يتم تجاوز العتبة على المطبات الصغيرة.
- الحساسية: ترتبط الحساسية بالعتبة فيما يتعلق بجهاز الاستشعار جي بمعنى أنها ستحدد ما إذا كانت الوسائد الهوائية في السيارة ستنتشر وفي أي موقف. ستساعد الحساسية أيضًا على قراءة القوى الثابتة للجاذبية عندما تكون السيارة ثابتة.
تطبيقات أجهزة الاستشعار جي
تتمتع أجهزة الاستشعار جي بالقصور الذاتي بمجموعة واسعة من التطبيقات عبر مختلف الصناعات. تشمل بعض التطبيقات الرئيسية ما يلي:
- السيارات: تستخدم شركات تصنيع السيارات جهاز الاستشعار جي في نظام التوجيه والاستقرار لاكتشاف التغييرات في الاتجاه واتجاه السيارة. تستخدم شركات تصنيع الدراجات النارية أيضًا هذه المستشعرات في نشر أنظمة الوسائد الهوائية. عند ركوب الدراجات النارية المجهزة بأجهزة الاستشعار جي، عند حدوث تحطم، يكتشف المستشعر قوة الصدمة ويقوم بتشغيل نشر الوسادة الهوائية. بالإضافة إلى ذلك، يُستخدم جهاز الاستشعار جي في تحليل تحطم السيارات لتحديد سياق تأثير السيارة.
- الفضاء والطيران: يستخدم المشغلون أجهزة الاستشعار جي لمراقبة وتحكم ارتفاع الطائرة وموقفها ومسار طيرانها. تحتوي طائرات الهليكوبتر على أجهزة استشعار جي تكشف عن التغييرات في الحركة وتساعد في التحكم في الاستقرار. يُستخدم جهاز الاستشعار جي أيضًا في تطبيقات الفضاء، مثل التحكم في موضع القمر الصناعي والمسبارات الفضائية. عند استكشاف الفضاء الخارجي، تساعد أجهزة الاستشعار جي في تحديد موضع القمر الصناعي أو المسبار الفضائي وحركته في الفضاء.
- المعدات الصناعية: يستخدم المهندسون أجهزة الاستشعار جي لمراقبة الاهتزاز، والكشف عن الصدمات، وتتبع التأثير في مختلف التطبيقات الصناعية. يمكن للمستشعر اكتشاف الاهتزازات أو الصدمات غير الطبيعية في الآلات والمعدات، مما ينبه المشغلين إلى المشكلات المحتملة. يساعد ذلك في منع المزيد من التلفيات، والحد من وقت التوقف، وتوفير تكاليف المشغلين. علاوة على ذلك، تُستخدم أجهزة الاستشعار جي في الرافعات الشوكية وآلات المناولة الأخرى لضمان التشغيل الآمن. تراقب المستشعرات مستوى ميل المركبة وتسارعها، مما يسمح للمشغلين بالحفاظ على المناولة المناسبة ومنع حوادث الانقلاب.
- الرعاية الصحية والأجهزة الطبية: يُستخدم جهاز الاستشعار جي في صنع عدادات الخطوات والساعات الذكية لاكتشاف عد خطوات المستخدم. يكتشف التغييرات في التسارع الناجم عن المشي أو الجري. يمكن للأجهزة القابلة للارتداء مع أجهزة الاستشعار جي تقديم معلومات حول المسافة التي يقطعها المستخدم، وسرعته، ومستويات نشاطه البدني. بالإضافة إلى ذلك، تُستخدم المستشعرات في أنظمة مراقبة المرضى. يراقبون موضع المريض وحركته وعلاماته الحيوية في المستشفيات مثل معدل ضربات القلب والتنفس. يساعدون على تنبيه الطاقم الطبي في حالة حدوث أي حالات غير عادية.
- الالكترونيات الاستهلاكية: تُستخدم أجهزة الاستشعار جي على نطاق واسع في الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية والكاميرات، من بين أجهزة أخرى. يكتشفون التغييرات في الاتجاه ويقومون بتعديل دوران الشاشة تلقائيًا. على سبيل المثال، عند تحويل شاشة الهاتف أفقيًا، يكتشف جهاز الاستشعار جي التغيير ويقوم بتدوير الشاشة لتناسبها. في الكاميرات، تساعد أجهزة الاستشعار جي أو مقاييس التسارع في تقليل ضبابية الصورة الناتجة عن حركة الكاميرا غير المقصودة أثناء التقاط الصور أو تسجيل الفيديو.
كيفية اختيار أجهزة الاستشعار جي
يزداد الطلب على أجهزة الاستشعار للقوة جي في السوق نظرًا لاستخدامها الواسع في مختلف الصناعات. عند شراء هذا المنتج للبيع بالتجزئة، إليك بعض العوامل التي يجب مراعاتها.
- عدد المحاور: تحتاج بعض التطبيقات إلى قياس التسارع على طول محور واحد (محور واحد) أو محورين (محوران) أو ثلاثة محاور (ثلاثة محاور). يُعد جهاز الاستشعار جي القابل للدوران مع خيار تكوين مرن هو الخيار الأفضل للتطبيقات ذات المتطلبات المتغيرة. بالنسبة للتطبيقات الثابتة، ضع في اعتبارك اتجاه التركيب عند اختيار جهاز الاستشعار جي ذو محور واحد أو محورين أو ثلاثة محاور. اختر جهاز استشعار جي متعدد المحاور لقياس التسارع على طول محاور متعددة.
- النطاق المقاس: يعتمد ذلك على الحد الأقصى للتسارع المتوقع في التطبيق. تعتبر المستشعرات ذات النطاق المقاس المنخفض مثالية للتطبيقات ذات التسارع الصغير إلى المتوسط، بينما تلك التي تتمتع بنطاق مقاس مرتفع مناسبة للتطبيقات ذات التسارع العالي.
- نوع الإخراج: يمكن أن يكون نوع إخراج جهاز الاستشعار جي تناظريًا أو رقميًا. من السهل توصيل الإخراج التناظري إلى أنظمة PLC أو DAQ. يتمتع الإخراج الرقمي بمقاومة أفضل للضوضاء وهو مناسب للانتقال لمسافات طويلة. اختر نوع الإخراج المناسب لبقية نظام القياس.
- متطلبات الطاقة: لاحظ جهد إمداد الطاقة واستهلاك التيار للمستشعر. ضع في الاعتبار ما إذا كان سيتم استخدام المستشعر مع بطارية أو طاقة الشبكة. تستخدم معظم المستشعرات مصدر طاقة 3.3 فولت أو 5 فولت. عادةً ما يتراوح استهلاك التيار من بضعة ملي أمبير إلى عدة أمبير. اختر جهاز استشعار جي منخفض استهلاك التيار للأجهزة التي تعمل بالبطارية لتمديد عمر البطارية.
- نطاق درجة الحرارة: يجب أن يكون نطاق درجة الحرارة العاملة مناسبًا لبيئة تركيب المستشعر. اختر جهاز استشعار جي مقاومًا لدرجة حرارة منخفضة أو عالية تتجاوز درجة حرارة الغرفة للتركيب في بيئات ذات درجات حرارة منخفضة أو عالية للغاية.
- أسلوب التركيب: يعتمد ذلك على تصميم المستشعر ومتطلبات تركيب التطبيق. تحتوي بعض أجهزة الاستشعار جي على ثقوب تركيب لسهولة التركيب، بينما يتم تركيب البعض الآخر باستخدام الأقواس أو المواد اللاصقة.
- عنصر الاستشعار: تتوفر عناصر الاستشعار القائمة على أشباه الموصلات، أو السعة، أو التكنولوجيا الكهروضغطية بسهولة. ضع في اعتبارك فوائد وعيوب كل خيار قبل اتخاذ قرار. توفر المستشعرات مع عناصر استشعار السعة أفضل أداء بسعر فعال. إنها مثالية للعديد من التطبيقات. ومع ذلك، يحد حجم العناصر من استخدامها في الأجهزة المدمجة.
- الحجم والوزن: هذا عامل رئيسي للأجهزة المدمجة. اختر مستشعرًا صغير الحجم وخفيف الوزن لسهولة دمجها في الجهاز.
- مستوى مقاومة الماء: ضع في اعتبارك بيئة التطبيق واختر جهاز استشعار جي ذو تصنيف IP مناسب. تتمتع بعض المستشعرات بتصميم مقاوم للماء والغبار، مما يجعلها مثالية للاستخدام في البيئات القاسية.
أسئلة وأجوبة
س1: كيف يتم تثبيت جهاز الاستشعار جي؟
ج1: تثبيت جهاز الاستشعار جي عملية بسيطة تتضمن توصيل المستشعر بمصدر طاقة وجهاز تسجيل بيانات وتركيبه بشكل آمن في الموقع المطلوب. يمكن أن يكون هذا سيارة لتتبع قوى التصادم أو دراجة لتتبع ظروف الركوب. قد تختلف خطوات التثبيت المحددة بناءً على نوع المستشعر والتطبيق.
س2: كيف يعمل جهاز الاستشعار جي؟
ج2: يعمل جهاز الاستشعار جي عن طريق قياس التسارع وحساب القوى التي تؤثر على الجسم. يعمل باستخدام تقنية النظم الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS)، التي تدمج العديد من المكونات، مثل المستشعرات، والمحركات، والإلكترونيات، على نطاق مجهري. يقيس جهاز الاستشعار جي الانحرافات في التسارع على طول محاور X و Y و Z ويحولها إلى إشارات رقمية تعالجها الخوارزميات لتحديد القوى والأحداث التي حدثت.
س3: ما الفرق بين مقياس التسارع وجهاز الاستشعار جي؟
ج3: على الرغم من وجود تشابهات في الوظيفة بين جهاز الاستشعار جي ومقياس التسارع، هناك أيضًا بعض الاختلافات الرئيسية. يقيس مقياس التسارع تسارع جسم متحرك، بينما يقيس جهاز الاستشعار للقوة جي التسارع بسبب الجاذبية عند السكون. تُستخدم مقاييس التسارع بشكل عام لاكتشاف الحركة، والاتجاه، والاهتزاز في مجموعة واسعة من التطبيقات، مثل المركبات، والهواتف الذكية، والمعدات الصناعية، بينما تُوجد أجهزة الاستشعار للقوة جي بشكل شائع في الآليات حيث تُستخدم لتحديد قوى التأثير على جسم.
س4: ما هو الشكل الكامل لجهاز الاستشعار جي؟
ج4: الشكل الكامل لجهاز الاستشعار جي هو Gravity Sensor (مستشعر الجاذبية).
