چه نوع حسگرهایی در پهپادها استفاده می‌شوند؟

دروں‌ها به ابزارهای کمکی پرکاربرد در صنایع مختلف تبدیل شده‌اند و قابلیت‌های عملیاتی اصلی آن‌ها به پشتیبانی هماهنگ چندین تراشه عملکردی بستگی دارد. این تراشه‌ها انواع مختلفی دارند و هر کدام نقش خاصی را ایفا می‌کنند، از جمله مدارهای یکپارچه مدیریت برق، میکروکنترلرها، تراشه‌های اینرسی و ژیروسکوپ و تراشه‌های ترانسسیور فرکانس رادیویی. در میان آن‌ها، سنسورهای درون به عنوان اجزای کنترل اصلی، در تمام فرآیندهای کنترل پرواز، درک محیط و اجرای وظایف فعال هستند و در سناریوهای کاربردی متنوع، نقش غیرقابل جایگزینی دارند. این مقاله به طور دقیق به معرفی سنسورهای مورد استفاده در درون‌ها، نحوه کار آن‌ها و کاربردهای آن‌ها می‌پردازد.

سنسورهای برای بدون سرنخ (UAV) چیست؟

سنسورها می‌توانند پارامترهای فیزیکی مختلفی مانند دما، نور، میدان‌های مغناطیسی و شتاب را به طور دقیق جمع‌آوری کرده و آن‌ها را به سیگنال‌های الکتریکی یا خروجی‌های دیجیتالی قابل تشخیص توسط سیستم تبدیل کنند. در اصل، آن‌ها اجزای جمع‌آوری و تنظیم سیگنال هستند که تبدیل بین اشکال مختلف انرژی را ممکن می‌سازند و پایه اساسی برای درک تجهیزات از محیط خارجی فراهم می‌کنند.

سنسورهای درون چگونه کار می‌کنند؟

اصل کار سنسورهای درون، یک فرآیند حلقه بسته «حس کردن → تبدیل → انتقال → بازخورد» است. در اصل، سنسورها از طریق عناصر حساس تخصصی، پارامترهای فیزیکی و شیمیایی خود درون و محیط خارجی آن را ثبت می‌کنند. آن‌ها سیگنال‌های غیرالکتریکی مانند جابجایی، زاویه، دما و فاصله را به سیگنال‌های الکتریکی قابل تشخیص توسط سیستم کنترل پرواز درون تبدیل می‌کنند. پس از تنظیم اولیه سیگنال، این سیگنال‌ها به میکروکنترلر منتقل شده و از داده‌های دقیقی برای کنترل پرواز و اجرای وظایف فراهم می‌کنند و عملکرد پایدار و کارآمد درون را تضمین می‌کنند.

• جمع‌آوری سیگنال: سنسورها از عناصر حساس داخلی مانند اجزای پیزوالکتریک در سنسورهای اینرسی یا فرستنده و گیرنده مادون قرمز در سنسورهای فاصله برای ثبت مقادیر فیزیکی بلادرنگ استفاده می‌کنند. این مقادیر شامل سرعت زاویه‌ای و شتاب مربوط به وضعیت پرواز، ارتفاع، فاصله و دما از محیط و همچنین داده‌های خاص وظیفه مانند تصاویر یا غلظت گازها هستند.

• تبدیل سیگنال: از آنجایی که سیستم کنترل پرواز درون فقط می‌تواند سیگنال‌های الکتریکی را پردازش کند، سنسورها از مدارهای تبدیل برای تبدیل مقادیر فیزیکی غیرالکتریکی جمع‌آوری شده به ولتاژ، جریان یا سایر سیگنال‌های الکتریکی استفاده می‌کنند. در این فرآیند، سیگنال‌ها فیلتر و تقویت می‌شوند تا تداخل خارجی کاهش یابد و اندازه‌گیری‌های دقیق تضمین شود.

• انتقال و بازخورد سیگنال: سیگنال‌های الکتریکی تبدیل شده از طریق رابط‌ها به واحد کنترل مرکزی درون (میکروکنترلر) منتقل می‌شوند. واحد کنترل از داده‌ها برای تنظیم وضعیت پرواز، مسیر یا اجرای وظایف خاص استفاده می‌کند. سپس نتایج اجرا به سنسورها بازگردانده شده و تنظیمات پویا را ممکن می‌سازد و یک حلقه عملیاتی کامل تشکیل می‌دهد.

چه نوع سنسورهایی در درون‌ها استفاده می‌شوند؟

سنسورها اجزای کلیدی هستند که به درون‌ها اجازه می‌دهند وظایف خود را انجام دهند. هر سنسور نقش خاصی دارد و یک شبکه نظارت جامع تشکیل می‌دهد که از همه چیز از قابلیت‌های پایه ناوبری و بصری تا درک محیط پشتیبانی می‌کند. این تضمین می‌کند که درون‌ها نه تنها به طور پایدار پرواز کنند، بلکه در سناریوهای مختلف به طور دقیق ببینند و اندازه‌گیری کنند.

IMU – واحد اندازه‌گیری اینرسی

IMU یا واحد اندازه‌گیری اینرسی، جزء اصلی درک است که به درون‌ها و همچنین سایر هواپیماها و ربات‌ها اجازه می‌دهد حرکت خودمختار را انجام دهند. این واحد عمدتاً از دو بخش تشکیل شده است:

• شتاب‌سنج: شتاب خطی را در سه محور فضایی اندازه‌گیری می‌کند. با تحلیل تغییرات شتاب، درون می‌تواند روند سرعت و جابجایی را محاسبه کند.
• ژیروسکوپ: سرعت زاویه‌ای چرخش را در سه محور اندازه‌گیری می‌کند و انحراف، غلتش و چرخش افقی درون را منعکس می‌کند.

با ترکیب داده‌های شتاب‌سنج و ژیروسکوپ، IMU می‌تواند به طور مداوم وضعیت، سرعت و حرکت درون را بلادرنگ محاسبه کند. این اطلاعات اینرسی حیاتی را به سیستم کنترل پرواز ارائه داده و پرواز پایدار و وضعیت قابل کنترل را تضمین می‌کند.

۱. سنسورهای ناوبری

IMU (واحد اندازه‌گیری اینرسی)

شتاب، سرعت زاویه‌ای و زوایای وضعیت درون را بلادرنگ اندازه‌گیری می‌کند و به درون کمک می‌کند تا پرواز پایدار و وضعیت صحیح را حفظ کند. این جزء اصلی سیستم کنترل پرواز است.

GPS

اطلاعات موقعیت، سرعت و مسیر را ارائه می‌دهد و امکان تعلیق دقیق، ناوبری مسیر، بازگشت به خانه و موقعیت‌یابی دقیق را فراهم می‌کند.

بارومتر (سنسور فشار)

بر اساس تغییرات فشار اتمسفر، ارتفاع نسبی را محاسبه می‌کند و در حفظ ارتفاع و تشخیص تغییرات ارتفاع کمک می‌کند.

۲. سنسورهای بصری

سنسورهای بصری

تصاویر محیط را برای وظایفی مانند اجتناب بصری از موانع، موقعیت‌یابی بصری، عکاسی هوایی، تشخیص هدف و برنامه‌ریزی مسیر ثبت می‌کنند.

دوربین با رزولوشن بالا

عکس‌ها و ویدیوهای با کیفیت بالا ثبت می‌کند و از عکاسی هوایی، نقشه‌برداری، بازرسی، شناسایی و مستندسازی وظایف پشتیبانی می‌کند.

سنسور تصویر حرارتی

از تابش مادون قرمز برای تشکیل تصاویر استفاده می‌کند و اجازه کار در شب، دود یا شرایط کم نور را می‌دهد. کاربردهای رایج شامل جستجو و نجات، بازرسی، اندازه‌گیری دما و شناسایی است.

۳. سنسورهای درک محیط

LiDAR (تشخیص و اندازه‌گیری نور لیزری)

پرتوهای لیزری را برای اندازه‌گیری فاصله و ایجاد مدل‌ها ساطع می‌کند و اجتناب دقیق از موانع، نقشه‌برداری زمین، بازسازی سه‌بعدی و ناوبری خودمختار اطراف موانع را ممکن می‌سازد.

سنسورهای مادون قرمز

سیگنال‌های مادون قرمز را تشخیص می‌دهند و از درک شبانه، تشخیص موانع و شناسایی منابع حرارت پشتیبانی می‌کنند.

سونار / سنسورهای اولتراسونیک

فاصله‌های کوتاه را اندازه‌گیری می‌کنند و عمدتاً برای حفظ ارتفاع پایین و اجتناب از موانع نزدیک استفاده می‌شوند. این سنسورها مقرون به صرفه هستند و سریع واکنش نشان می‌دهند.

۴. مغناطیس‌سنج (قطب‌نما الکترونیکی)

میدان مغناطیسی زمین را حس می‌کند تا اطلاعات مسیر ارائه دهد و به GPS در اصلاح جهت کمک کرده و تضمین می‌کند که درون مسیر دقیق را حفظ کند.

۵. سنسورهای دما

دما محیط را بلادرنگ نظارت می‌کنند و داده‌های محیطی را برای پشتیبانی از اجرای وظایف فراهم می‌کنند و تضمین می‌کنند که درون می‌تواند در شرایط مختلف به طور مؤثر عمل کند.

۶. سنسورهای چندطیفی

داده‌های طیفی را در چندین باند نور ثبت می‌کنند و معمولاً برای کاربردهای حرفه‌ای مانند نظارت بر پوشش گیاهی کشاورزی، نظارت بر محیط و اکتشاف منابع استفاده می‌شوند.

۷. سنسورهای تخصصی

بسته به ماموریت، درون‌ها می‌توانند مجهز به انواع سنسورهای تخصصی باشند

• سنسورهای گاز: گازهای سمی یا اشتعال‌پذیر را تشخیص می‌دهند.
• سنسورهای رطوبت: رطوبت محیط را نظارت می‌کنند.
• سنسورهای برخورد: ضربات را برای محافظت از بدنه درون تشخیص می‌دهند.
• سنسورهای PM2.5 / ذرات معلق: غلظت گرد و غبار و ذرات اتمسفر را برای نظارت بر محیط و بازرسی آلودگی هوا اندازه‌گیری می‌کنند.
• سنسورهای نور: شدت نور محیط را تشخیص می‌دهند و در نوردهی خودکار دوربین کمک کرده و شرایط روز/شب و پرواز را تعیین می‌کنند.
• سنسورهای صدا: داده‌های نویز محیط را برای نظارت و محلی‌سازی منابع نویز جمع‌آوری می‌کنند. 

سنسورها در درون‌ها چه کاری انجام می‌دهند؟

تضمین ایمنی و پایداری پرواز

یک سنسور واحد به راحتی تحت تأثیر تداخل محیطی قرار می‌گیرد – به عنوان مثال، از دست دادن سیگنال GPS یا مسدود شدن سنسورهای بصری. با کار هماهنگ چندین سنسور، درون می‌تواند به طور پایدار در هوا بماند، ارتفاع دقیق را حفظ کند، مسیرهای صحیح را دنبال کند و از از دست دادن کنترل یا سقوط جلوگیری کند.

ایجاد آگاهی کامل از محیط

سنسورهای مختلف در سناریوهای متفاوتی برتری دارند: لیدار برای اندازه‌گیری دقیق فاصله و اجتناب از موانع ایده‌آل است، سنسورهای اولتراسونیک برای تشخیص در ارتفاع پایین مناسب هستند، تصویر حرارتی می‌تواند از طریق تاریکی و دود ببیند و سنسورهای چندطیفی پوشش گیاهی را نظارت می‌کنند. تنها با ترکیب این سنسورها، درون‌ها می‌توانند محیط‌های پیچیده را به طور دقیق درک کنند.

بهبود قابلیت اطمینان ناوبری و موقعیت‌یابی

GPS مسئول موقعیت‌یابی در فضای باز است، IMU وضعیت پرواز را مدیریت می‌کند، مغناطیس‌سنج جهت را ارائه می‌دهد و بارومتر در ارتفاع کمک می‌کند. با ترکیب داده‌های از چند منبع، درون‌ها حتی در محیط‌های سیگنال چالش‌برانگیز مانند داخل ساختمان‌ها، زیر پل‌ها یا بین ساختمان‌ها می‌توانند به طور قابل اعتمادی کار کنند.

پشتیبانی از各种 وظایف حرفه‌ای

عکاسی هوایی به دوربین‌های با رزولوشن بالا نیاز دارد، کشاورزی به سنسورهای چندطیفی متکی است، جستجو و نجات از تصویر حرارتی استفاده می‌کند و نظارت محیطی به سنسورهای گاز و دما/رطوبت بستگی دارد. تجهیز درون‌ها به سنسورهای تخصصی به آن‌ها اجازه می‌دهد تا وظایف متنوعی مانند نقشه‌برداری، بازرسی، نجات و محافظت از محصولات را انجام دهند.

تکمیل داده‌ها و کاهش خطاها

سنسورهای واحد محدودیت‌ها یا نقاط کور دارند، اما چندین سنسور می‌توانند داده‌ها را متقابل اعتبارسنجی و ترکیب کنند، دقت اندازه‌گیری و قابلیت اطمینان تصمیم‌گیری را بهبود بخشند. این امر پروازها را ایمن‌تر و نتایج وظایف را قابل اعتمادتر می‌کند.

کاربردها و استفاده از درون‌ها

• عکاسی هوایی روزمره، عکاسی از منظره و ضبط ویدیوهای کوتاه
• موقعیت‌یابی پرواز در فضای باز، تعلیق در نقطه ثابت و بازگشت خودکار به خانه
• مشاهده ساده زمین، بازرسی سایت و انتقال تصویر در محل
• نظارت ساده بر محیط هواشناسی، مانند جمع‌آوری دما، فشار هوا و سرعت باد

• سنسورهای درون برای کشاورزی

درون‌ها مجهز به سنسورهای چندطیفی، سنسورهای دما، رطوبت و سنسورهای بصری، نظارت دقیق بر زمین‌های کشاورزی را ممکن می‌سازند. آن‌ها می‌توانند به سرعت داده‌های مربوط به رشد محصول، رطوبت خاک، توزیع آفات و بیماری‌ها را جمع‌آوری کنند و به کشاورزان در کوددهی دقیق، آبیاری و استفاده از آفت‌کش‌ها کمک کنند تا هدررفت منابع را کاهش داده و بازده تولید کشاورزی را بهبود بخشند. در عین حال، از طریق هماهنگی GPS و IMU، بازرسی کامل زمین‌های کشاورزی و برنامه‌ریزی دقیق مسیر عملیاتی محقق می‌شود.

• بازرسی در سناریوهای پرریسک

سنسورهای مختلف برای تشخیص خودکار در مناطق غیرقابل دسترس انسان مانند پل‌های بلند، خطوط لوله نفت و گاز دورافتاده، برج‌های ارتباطی، خطوط انتقال ولتاژ بالا و غیره استفاده می‌شوند. بازرسی‌های ایمنی از طریق سنسور و تصویربرداری دقیق تکمیل می‌شود.

• لجستیک شهری و تحویل در منازل مسکونی

با اتکا به ناوبری یکپارچه چندسنسوری، درون‌های تحویل‌دهنده پرواز پایدار و بدون مشکل را حفظ کرده و در محیط‌های شهری پیچیده گم نمی‌شوند و به تحویل ایمن و قابل اعتماد آخرین مایل دست می‌یابند.

• نظارت هوشمند در کارخانه‌های خودکار

به طور مداوم خطوط لوله و تجهیزات تولید داخل کارخانه‌ها را نظارت کرده و ناهنجاری‌ها را شناسایی می‌کند، ایمنی تولید و بازده بهره‌برداری و تعمیرات را بهبود می‌بخشد.

در آینده، مبدل‌های سنسوری درون بر دقت، صحت و قابلیت اطمینان تأکید بیشتری خواهند کرد تا سناریوهای با نیازهای بسیار بالا برای کیفیت داده و ایمنی پرواز مانند نقشه‌برداری، محافظت از گیاهان کشاورزی، نجات اضطراری و بازرسی صنعتی را برآورده کنند.

چگونه سنسورهای مناسب را برای سیستم‌های درون انتخاب کنیم

1. دقت و پایداری

دقت داده‌های سنسورها مستقیماً بر موقعیت‌یابی درون، کنترل وضعیت و اجرای وظیفه تأثیر می‌گذارد. در عین حال، خروجی پایدار با حداقل انحراف در طول پروازهای طولانی مدت و تحت شرایط عملیاتی مختلف باید تضمین شود تا از بی‌ثباتی پرواز یا نتایج عملیاتی نادقیق ناشی از خطاهای داده جلوگیری شود.

2. اندازه، وزن و مصرف انرژی

درون‌ها به بار مفید و استقامت حساس هستند. سنسورهای انتخاب شده باید سبک، مینیاتوری و کم‌مصرف باشند. با فرض برآورده کردن الزامات عملکردی، تأثیر آن‌ها بر بار هواپیما و عمر باتری تا حد امکان باید به حداقل برسد.

3. قابلیت تطابق با محیط و قابلیت ضد تداخل

درون‌ها اغلب در فضای باز و سناریوهای پیچیده پرواز می‌کنند. سنسورها به قابلیت تطابق قوی با محیط نیاز دارند تا تحت شرایط مانند دماهای بالا و پایین، ارتعاش، تداخل الکترومغناطیسی و نور متغیر به طور عادی کار کنند و به دلیل عوامل خارجی خراب نشوند.

4. همخوانی با سناریوهای وظیفه

بر اساس کاربرد واقعی درون، سنسورهای مناسب را انتخاب کنید. به عنوان مثال، عکاسی هوایی بر تصویر با وضوح بالا تمرکز دارد، بازرسی به تصویر حرارتی یا لیدار نیاز دارد و تحویل لجستیکی بر ناوبری قابل اعتماد تأکید دارد و اطمینان حاصل می‌کند که عملکردهای سنسور با الزامات کاربرد به شدت همخوانی دارند.

تولیدکنندگان برتر سنسور درون

پرواز دقیق، درک محیط و اجرای وظایف درون‌ها به سنسورهای سخت‌افزاری با عملکرد بالا بستگی دارد. تولیدکنندگان برتر سنسور درون با فناوری‌های اصلی و محصولات قابل اعتماد، توسعه صنعت را هدایت کرده و عملکرد عالی، کیفیت پایدار و قیمت سنسور درون را متعادل می‌کنند.

Analog Devices Inc. (ADI)

شرکت ADI در سنسورهای اینرسی با دقت بالا در سطح صنعتی برجسته است و محصولات آن بر پایداری بالا و قابلیت ضد تداخل تأکید دارند و به طور گسترده در درون‌های صنعتی و نقشه‌برداری سطح بالا استفاده می‌شوند. ADIS16488 یک سنسور اینرسی تاکتیکی 10 محوری است که ژیروسکوپ 3 محوری، شتاب‌سنج، مغناطیس‌سنج و بارومتر را یکپارچه می‌کند. دارای کالیبراسیون کامل دمای کارخانه و انحراف کم است و داده‌های دقیق وضعیت و ناوبری را برای درون‌ها ارائه می‌دهد. ADXRS453BRGZ-RL یک ژیروسکوپ تک محوری با مقاومت در برابر ارتعاش بالا است که از معماری چهار سنسور دیفرانسیل استفاده می‌کند و به طور مؤثر ارتعاش و تداخل شتاب خطی را سرکوب می‌کند. حتی تحت شرایط پرواز پیچیده می‌تواند سرعت زاویه‌ای پایدار را خروجی دهد و کنترل پرواز قابل اعتماد را تضمین کند.

STMicroelectronics

به عنوان یک تأمین‌کننده پیشرو در سنسورهای اینرسی MEMS، شرکت STMicroelectronics عملکرد بالا و مصرف انرژی کم را متعادل کرده و بازارهای درون از مصرفی تا صنعتی را پوشش می‌دهد. LSM6DSV32XTR یک IMU 6 محوری با عملکرد بالا از نسل جدید با نویز کم و محدوده اندازه‌گیری گسترده است که مجهز به هسته پردازش هوشمند برای برآورده کردن نیازهای پرواز با سرعت بالا و پایدارسازی تصویر است. LSM6DS3TR-C یک IMU 6 محوری مقرون‌به‌صرفه با مصرف انرژی کم و FIFO یکپارچه است. مصرف انرژی سیستم را بهینه می‌کند و در عین حال دقت اندازه‌گیری وضعیت را تضمین می‌کند و انتخاب رایجی برای درون‌های کوچک و متوسط است.

Infineon

شرکت Infineon از مزایای برجسته‌ای در زمینه سنسورهای بارومتریک و محیطی با دقت بالا برخوردار است. DPS368XTSA1 یک بارومتر دیجیتال مینیاتوری بر اساس فناوری سنسور خازنی است، با انحراف دمای کم و رزولوشن ارتفاع سانتی‌متری. از اندازه‌گیری دوگانه فشار بارومتریک و دما پشتیبانی می‌کند، مصرف انرژی کم دارد و در برابر رطوبت و گرد و غبار مقاوم است و پشتیبانی داده‌های قابل اعتمادی برای حفظ ارتفاع درون، بازگشت به خانه و سنسور هواشناسی ارائه می‌دهد.

در نهایت، به عنوان یک تأمین‌کننده پیشرو در سخت‌افزار سنسور، Eastech متخصص در راه‌حل‌های زنجیره تأمین انتها به انتها برای درون‌ها و الکترونیک صنعتی است. به عنوان یک توزیع‌کننده مجاز اصلی برندهای برتر شامل ADI، STMicroelectronics، Xilinx، Intel و Infineon، ما مجموعه کاملی از محصولات IMU، MEMS، فشار و سنسور ارائه می‌دهیم. با تضمین 100% قطعات اصلی، قیمت رقابتی سنسور درون و موجودی پایدار، ما به مشتریان کمک می‌کنیم تا زمان ورود سریع‌تر به بازار برای سیستم‌های درون با عملکرد بالا را دست یابند.