ما هو المستشعر السلبي؟

المؤلف: لي آي
المصدر: يولينك ميديا

ما هو المستشعر السلبي؟

يُطلق على المستشعر السلبي أيضًا اسم مستشعر تحويل الطاقة. ومثل إنترنت الأشياء، لا يحتاج إلى مصدر طاقة خارجي، أي أنه مستشعر لا يحتاج إلى استخدام مصدر طاقة خارجي، ولكنه يستطيع الحصول على الطاقة من خلال مستشعر خارجي.

نعلم جميعًا أن أجهزة الاستشعار تُصنّف إلى مستشعرات لمس، ومستشعرات صور، ومستشعرات حرارة، ومستشعرات حركة، ومستشعرات موقع، ومستشعرات غاز، ومستشعرات ضوء، ومستشعرات ضغط، وذلك وفقًا لاختلاف الكميات الفيزيائية التي تستشعرها. أما بالنسبة لأجهزة الاستشعار السلبية، فإن الطاقة الضوئية، والإشعاع الكهرومغناطيسي، ودرجة الحرارة، وطاقة حركة الإنسان، ومصدر الاهتزاز الذي تستشعره، تُعدّ مصادر طاقة كامنة.

من المفهوم أن أجهزة الاستشعار السلبية يمكن تقسيمها إلى الفئات الثلاث التالية: جهاز الاستشعار السلبي بالألياف البصرية، وجهاز الاستشعار السلبي بموجات الصوت السطحية، وجهاز الاستشعار السلبي القائم على مواد الطاقة.

• مستشعر الألياف الضوئية

مستشعر الألياف الضوئية هو نوع من المستشعرات يعتمد على بعض خصائص الألياف الضوئية، وقد طُوّر في منتصف سبعينيات القرن الماضي. وهو جهاز يحوّل الحالة المقاسة إلى إشارة ضوئية قابلة للقياس. ويتكون من مصدر ضوئي، ومستشعر، وكاشف ضوئي، ودائرة معالجة الإشارة، وألياف ضوئية.

يتميز هذا الجهاز بحساسية عالية، ومقاومة قوية للتداخل الكهرومغناطيسي، وعزل كهربائي ممتاز، وقدرة عالية على التكيف مع الظروف البيئية المختلفة، وإمكانية القياس عن بُعد، واستهلاك منخفض للطاقة، وهو يكتسب نضجًا متزايدًا في تطبيقات إنترنت الأشياء. على سبيل المثال، يُعدّ الميكروفون المائي المصنوع من الألياف الضوئية نوعًا من أجهزة استشعار الصوت التي تستخدم الألياف الضوئية كعنصر حساس، وكذلك مستشعر درجة الحرارة المصنوع من الألياف الضوئية.

• مستشعر الموجات الصوتية السطحية

مستشعر الموجات الصوتية السطحية (SAW) هو مستشعر يستخدم جهاز الموجات الصوتية السطحية كعنصر استشعار. تُعكس المعلومات المقاسة من خلال تغير سرعة أو تردد الموجات الصوتية السطحية في جهاز الموجات الصوتية السطحية، ثم تُحوّل إلى إشارة كهربائية. وهو مستشعر معقد ذو نطاق واسع من الوظائف، يشمل بشكل أساسي مستشعرات ضغط الموجات الصوتية السطحية، ومستشعرات درجة حرارة الموجات الصوتية السطحية، ومستشعرات الجينات الحيوية، ومستشعرات الغازات الكيميائية، بالإضافة إلى المستشعرات الذكية، وغيرها.

إلى جانب مستشعر الألياف الضوئية السلبي عالي الحساسية والقادر على قياس المسافة، يتميز باستهلاك منخفض للطاقة، تستخدم مستشعرات الموجات الصوتية السطحية السلبية تغير تردد الموجات الصوتية لتقدير تغير السرعة، مما يتيح قياسًا دقيقًا للغاية للتغيرات الخارجية. في الوقت نفسه، يتميز هذا المستشعر بصغر حجمه وخفة وزنه وانخفاض استهلاكه للطاقة، مما يمنحه خصائص حرارية وميكانيكية ممتازة، ويبشر بعصر جديد من المستشعرات اللاسلكية الصغيرة. ويُستخدم على نطاق واسع في المحطات الفرعية والقطارات والفضاء وغيرها من المجالات.

• مستشعر سلبي يعتمد على مواد الطاقة

تستخدم المستشعرات السلبية القائمة على مواد الطاقة، كما يوحي اسمها، مصادر الطاقة الشائعة في الحياة لتحويل الطاقة الكهربائية، مثل الطاقة الضوئية والحرارية والميكانيكية وغيرها. تتميز هذه المستشعرات بنطاق ترددي واسع، وقدرة عالية على مقاومة التداخل، وتأثير ضئيل على الجسم المقاس، وحساسية عالية، وتُستخدم على نطاق واسع في مجالات القياس الكهرومغناطيسي، مثل قياس الجهد العالي، والبرق، وشدة الإشعاع القوية، والموجات الدقيقة عالية الطاقة، وغيرها.

دمج أجهزة الاستشعار السلبية مع تقنيات أخرى

في مجال إنترنت الأشياء، يتزايد استخدام المستشعرات السلبية، وقد نُشرت أنواع مختلفة منها. على سبيل المثال، ظهرت مستشعرات تجمع بين تقنيات الاتصال قريب المدى (NFC) وتحديد الهوية بموجات الراديو (RFID)، وحتى تقنيات لاسلكية أخرى مثل الواي فاي والبلوتوث والنطاق العريض فائق السرعة (UWB) والجيل الخامس (5G). في الوضع السلبي، يستمد المستشعر طاقته من الإشارات اللاسلكية المحيطة عبر الهوائي، وتُخزن بياناته في ذاكرة غير متطايرة، تبقى محفوظة حتى في حال انقطاع التيار الكهربائي.

تعتمد مستشعرات الإجهاد النسيجية السلبية اللاسلكية، القائمة على تقنية تحديد الهوية بموجات الراديو (RFID)، على دمج هذه التقنية مع المواد النسيجية لتشكيل أجهزة ذات وظيفة استشعار الإجهاد. وتعتمد هذه المستشعرات على نمط الاتصال والاستشعار لتقنية علامات RFID السلبية ذات التردد العالي جدًا (UHF)، وتعتمد على الطاقة الكهرومغناطيسية للعمل، مما يمنحها إمكانية التصغير والمرونة، ويجعلها خيارًا واعدًا للأجهزة القابلة للارتداء.

في نهايةالمطاف

يُعدّ إنترنت الأشياء السلبي اتجاهًا واعدًا لتطوير إنترنت الأشياء. وباعتباره حلقة وصل أساسية في هذا المجال، لم تعد متطلبات أجهزة الاستشعار تقتصر على صغر الحجم وانخفاض استهلاك الطاقة. كما سيظل إنترنت الأشياء السلبي مجالًا جديرًا بالتطوير والاهتمام. ومع النضج المستمر والابتكار المتواصل في تكنولوجيا أجهزة الاستشعار السلبية، سيتسع نطاق استخدامها بشكل كبير.