اشنایی با نویزه الکتریکی و روشهای حذف ان

 

 

آشنایی با نویزه الکتریکی و روشهای حذف ان(دانلود کنید)

 

 

 

 

رادار

در مورد رادار:

رادار دستگاهی است که امواج الکترومغناطیسی را پخش می‌کند و برای ردیابی اجسام مختلف در شرایط متفاوت بکار می‌رود. نمی‌توان رادار از اختراعهای انسان به شمار آورد، بلکه باید آن را کشف یک قانون معمولی طبیعت دانست.

ادامه نوشته

نمايشگر سه‌بعدي با كرم‌هاي شب‌تاب مكانيكي

نمايشگر سه‌بعدي با كرم‌هاي شب‌تاب مكانيكي

نسل تازه تصاوير سه‌بعدي، از نقاطي نوراني تشكيل شده كه قرار است كه در هوا معلق باشند. هرنقطه درواقع، هليكوپتر بسيار كوچك و نوراني است كه با حركت هزاران عدد از آنها، تصاوير سه‌بعدي خلق خواهند شد.

بهنوش خرم‌روز:‌ نسل تازه تصاوير سه‌بعدي، از نقاطي نوراني تشكيل شده كه قرار است كه در هوا معلق باشند. در حقيقت اين نقاط نوراني به اصطلاح كرم‌هاي شب‌تاب مكانيكي هستند؛ كرم‌هاي شب‌تاب زيستي كه در ساخت‌ آن‌ها از فناوري ال.اي.دي استفاده شده و مي‌توان گفت هليكوپتر‌هاي بسيار كوچكي هستند كه از راه دور قابل كنترلند.

به گزارش وايرد،‌ پژوهشگران موسسه فناوري ماساچوست (ام.آي.تي) پروژه جديدي را ارائه كرده‌اند كه در آن مي‌توان با استفاده از ميكروهليكوپتر‌هاي قابل كنترل از راه دوري كه نقش يك كرم شب‌تاب مكانيكي را دارند،‌ تصاوير و اشكال سه‌بعدي معلق در هوا خلق كرد. در اين پروژه كه پرواز نور (فلاي‌فاير- كه معكوس نام كرم‌شب‌تاب در زبان انگليسي يعني فلاي‌فاير هم هست) ناميده شده،‌ از هليكوپتر‌هاي كنترل‌شونده‌اي مانند هليكوپترهاي داراي كنترل از راه دور اسباب‌بازي،‌ استفاده مي‌شود.

به گفته اي‌رون كانگ، سرپرست گروه پژوهشگران ام.آي.تي كه اين پروژه را در دست دارند، هر يك از اين ميكروهليكوپترها به عنوان يك به اصطلاح پيكسل هوشمند عمل خواهد كرد. وي مي‌افزايد:‌ «ما از طريق كنترل آن‌ها،‌ پيكسل‌هايي را خواهيم داشت كه در هوا حركت مي‌كنند.»

از آن جا كه اين پروژه هنوز در مراحل بسيار ابتدايي خود به سر مي‌رود،‌ مي‌توان گفت كه هنوز بيشتر در حد يك نظريه است. پژوهشگران دو آزمايشگاه موسسه فناوري ماساچوست، آزمايشگاه شهر هوشمند و آزمايشگاه روباتيك هوا فضا و سيستم‌هاي جاساز (ARES)، با همكاري هم روي اين ايده كار مي‌كنند.

در نمايشگرهاي سنتي،‌ پيكسل‌ها موقعيت ثابتي دارند و روي يك سطح مسطح چيده شده‌اند. از مدت‌ها پيش،‌ پژوهشگران به راهي فكر مي‌كردند كه بتوانند نمايشگرها را سه‌بعدي بسازند،‌ اما عليرغم دهه‌ها تلاش در اين زمينه،‌ در عمل نتيجه‌اي به دست نيامده است.

اما اين بار،‌ پژوهشگران ام.آي.تي با اطمينان عنوان كرده‌اند كه اگر واقعا هر پيكسلي كه ساخته مي‌شود بتواند در هوا شناور باشد و بتوان آن را از راه دور به درستي كنترل كرد،‌ يك نمايشگر سه‌بعدي فوق‌العاده خواهند ساخت.

علاوه بر اين‌ها، اين پروژه را مي‌توان اولين گام در راستاي رسيدن به غبار هوشمند دانست. به گفته پوهشگران موسسه فناوري ماساچوست، اگر چنين باشد،‌ مي‌توان دستگاه‌هاي پردازنده بسيار كوچك و در عين حال بسيار كاملي را بدين وسيله توليد كرد.

منبع : خبرآنلاين

ارسال كننده : عطيه عباسي

این هم مطالبی در مورد PLC

این هم مطالبی در مورد PLC

مقدمه

امروزه در بین كشورهای صنعتی ، رقابت فشرده و شدیدی در ارائه راهكارهایی برای كنترل بهتر فرآیندهای تولید ، وجود دارد كه مدیران و مسئولان صنایع در این كشورها را بر آن داشته است تا تجهیزاتی مورد استفاده قرار دهند كه سرعت و دقت عمل بالایی داشته باشند.  بیشتر این تجهیزات شامل سیستم‌های استوار بر كنترلرهای قابل برنامه‌ریزی (Programmable Logic Controller)  هستند. در بعضی موارد كه لازم باشد می‌توان PLCها را با هم شبكه كرده و با یك كامپیوتر مركزی مدیریت نمود تا بتوان كار كنترل سیستم‌های بسیار پیچیده را نیز با سرعت و دقت بسیار بالا و بدون نقص انجام داد.
قابلیت‌هایی از قبیل توانایی خواندن انواع ورودی‌ها (دیجیتال ، آنالوگ ، فركانس بالا...) ، توانایی انتقال فرمان به سیستم‌ها و قطعات خروجی ( نظیر مانیتورهای صنعتی ، موتور، شیر‌برقی ، ... ) و همچنین امكانات اتصال به شبكه ، ابعاد بسیار كوچك ، سرعت پاسخگویی بسیار بالا، ایمنی ، دقت و انعطاف پذیری زیاد این سیستم‌ها باعث شده كه بتوان كنترل سیستم‌ها را در محدوده وسیعی انجام داد.

مفهوم كنترلرهای قابل برنامه‌ریزی PLC

در سیستم‌های اتوماسیون وظیفه اصلی كنترل بر عهده PLC است كه با گرفتن اطلاعات از طریق ترمینالهای ورودی، وضعیت ماشین را حس كرده و نسبت به آن پاسخ مناسبی برای ماشین فراهم می‌كند. امكان تعریف مدهای مختلف برای ترمینالهای ورودی/خروجی یك PLC، این امكان را فراهم كرده تا بتوان PLC را مستقیما به المانهای دیگر وصل كرد. علاوه بر این PLC شامل یك واحد پردازشگر مركزی( CPU) نیز هست، كه برنامه كنترلی مورد نظر را اجرا می‌كند. این كنترلر آنقدر قدرتمند است كه می‌تواند هزارها I/O را در مدهای مختلف آنالوگ یا دیجیتال و همچنین هزارها تایمر/ كانتر را كنترل نماید. همین امر باعث شده بتوان هر سیستمی، از سیستم كنترل ماشین‌هایی با چند I/O كه كار ساده‌ای مثل تكرار یك سیكل كاری كوچك انجام می‌دهند گرفته تا سیستم‌های بسیار پیچیده تعیین موقعیت و مكان‌یابی را كنترل نمود. این سیستم می‌تواند بدون نیاز به سیم‌بندی و قطعات جانبی و فقط از طریق نوشتن چند خط برنامه تا صدها تایمر را در آن واحد كنترل و استفاده نماید.

زمان پاسخ‌گویی  Scan Time

این زمان بستگی به سرعت پردازش CPU مدل انتخاب شده PLC و طول برنامه كاربر دارد. از یك میكرو‌ثانیه تا ده میلی ثانیه می‌باشد. مثلا در مواقعی كه I/O از سیستم اصلی دور باشد، چون مجبور به نقل و انتقال سیگنالها به سیستم دورتری هستیم در نتیجه زمان اسكن زیاد می‌شود. همچنین مانیتور كردن برنامه كنترلی اغلب به زمان اسكن می‌افزاید چرا كه CPU كنترلر مجبور است وضعیت كنتاكتها، رله‌ها ، تایمر‌ها و... را روی CRT یا هر وسیله نمایشگر دیگری بفرستد.

قطعات ورودی

هوشمند بودن سیستم اتوماسیون بیشتر مربوط به توانایی PLC در خواندن سیگنالهای ارسالی از انواع ورودی‌ها، دستی، اتوماتیك و حس‌گرهای خودكار می‌باشد. قطعات ورودي نظیر شستی‌های استارت/ استوپ ، سوییچ‌ها، میكرو‌سوییچ‌ها، سنسورهای فتوالكتریك، proximity ،  level sensor ، ترموكوپل، PT100 و...  PLC از این سنسورها برای انجام عملیاتی نظیر تشخیص قطعه روی نوار نقاله حامل قطعات، تشخیص رنگ، تشخیص سطح مایعات داخل مخزن، آگاهی داشتن از مكانیزم حركت و موقعیت جسم، تست كردن فشار مخازن و بسیاری موارد دیگر، استفاده می‌كند.
سیگنالهای ورودی یا دیجیتال هستند و یا آنالوگ، كه در هر صورت ورودی‌های PLC را توان در مدهای مختلف تنظیم و مورد استفاده قرار داد.

قطعات خروجی

همانطوری كه می‌دانید یك سیستم اتوماسیون شده بدون داشتن قابلیت اتصال به قطعات خروجی از قبیل سیم‌پیچ، موتور، اینورتر، شیربرقی ، هیتر و ... كامل نخواهد بود. قطعت خروجی نحوه عملكرد سیستم را نشان می‌دهند و مستقیما تحت تاثیر اجرای برنامه كنترلی سیستم هستند در خروجی‌های PLC نیز مدهای مختلفی برای اعمال سیگنال به المانهای خروجی وجود دارد.

نقش كنترلرهای قابل برنامه‌ریزی (PLC) در اتوماسیون صنعتی

در یك سیستم اتوماسیون، PLC بعنوان قلب سیستم كنترلی عمل می‌كند. هنگام اجرای یك برنامه كنترلی كه در حافظه آن ذخیره شده است، PLC همواره وضعیت سیستم را بررسی می‌كند. این كار را با گرفتن فیدبك از قطعات ورودی و سنسورها انجام می‌دهد. سپس این اطلاعات را به برنامه كنترلی خود منتقل می‌كند و نسبت به آن در مورد نحوه عملكرد ماشین تصمیم‌گیری می‌كند و در نهایت فرمانهای لازم را به قطعات و دستگاههای مربوطه ارسال می‌كند.

مقایسه تابلوهای كنترل معمولی با تابلوهای  كنترلی مبتنی بر PLC

امروزه تابلوهای كنترل معمولی ( رله‌ای ) خیلی كمتر مورد استفاده قرار می‌گیرند. چرا كه معایب زیادی دارند. از آنجا كه این نوع تابلوها با رله‌های الكترو‌مكانیكی كنترل می‌شوند، وزن بیشتری پیدا می‌كنند، سیم‌كشی تابلو كار بسیار زیادی می‌طلبد و سیستم را بسیار پیچیده می‌كند. در نتیجه عیب‌یابی و رفع مشكل آن بسیار پرزحمت بوده و برای اعمال تغییرات لازم در هر سال و یا بروز كردن سیستم بایستی ماشین را بمدت طولانی متوقف نمود كه این امر مقرون به صرفه نخواهد بود. ضمنا توان مصرفی این تابلوها بسیار زیاد است.
با بوجود آمدن PLC، مفهوم كنترل و طراحی سیستم‌های كنترلی بطور بسیار چشمگیری پیشرفت كرده است و استفاده از این كنترلر‌ها مزایای بسیار زیادی دارد. كه به برخی از این موارد در زیر اشاره كرده‌ایم. كه با مطالعه آن می‌توان به وجه تمایز PLC با سایر سیستم‌های كنترلی پی برد:

• سیم بندی سیستم‌های جدید در مقایسه با سیستم‌های كنترل رله‌ای تا 80٪ كاهش می‌یابد.
• از آنجاییكه PLC توان بسیار كمی مصرف می‌كند، توان مصرفی بشدت كاهش پیدا خواهد كرد.
• توابع عیب یاب داخلی سیستم PLC ، تشخیص و عیب‌یابی سیستم را بسیار سریع و راحت می‌كند.
• برعكس سیستم‌های قدیمی در سیستم‌های كنترلی جدید اگر نیاز به تغییر در نحوه كنترل یا ترتیب مراحل آن داشته باشیم، بدون نیاز به تغییر سیم‌بندی و تنها با نوشتن چند خط برنامه این كار را انجام می‌دهیم. در نتیجه وقت و هزینه بسیار بسیار اندكی صرف انجام اینكار خواهد شد.
• در مقایسه با تابلو‌های قدیمی در سیستم‌های مبتنی بر PLC نیاز به قطعات كمكی از قبیل رله ، كانتر، تایمر، مبدل‌های A/D و D/A و... بسیار كمتر شده است. همین امر نیز باعث شده در سیستم‌های جدید از سیم‌بندی،  پیچیدگی و وزن تابلو‌ها به نحو چشمگیری كاسته شود.
• از آنجاییكه سرعت عملكرد و پاسخ‌دهی  PLC در حدود میكرو‌ثانیه و نهایتا میلی ثانیه است،  لذا زمان لازم برای انجام هر سیكل كاری ماشین بطور قابل ملاحظه‌ای كاهش یافته و این امر باعث افزایش میزان تولید و بالا رفتن بازدهی دستگاه می‌شود.
• ضریب اطمینان و درجه حفاظت این سیستم‌ها بسیار بالا تر از ماشین‌های رله‌ای است.
• وقتی توابع كنترل پیچیده‌تر و تعداد I/O ها خیلی زیاد باشد، جایگزین كردن PLC بسیار كم ‌هزینه‌تر و راحت‌تر خواهد بود.

آموزش مبانی آزمایشگاههای الکترونیکی

امروز یه مطلب درمورد الکترونیک تو وبلاگ قرار میدم امیدوارم که خوشتون بیاد...

اين سايت برای دانش اموزان مدرسه ای انگليس طراحی شده و مطالب اوليه الکترونيک رو خيلی ساده توضيح داده ای کاش يه نفر هم توی ايران از اين سايتها می زدتا برای دانش اموزانی (يا حتی دانشجويان ترم اول)که علاقمند هستند مفيد باشه

چگونه از اسيلوسکوپ استفاده کنيم؟ کليدهای کنترلی oscopرا به طور كلی توضيح داده و...

چگونه از مولتی متر استفاده کنيم؟

انواع سيگنالها را بشناسيد

تقسيم کننده های ولتاژ چيستند؟ شما ياد ميگيريد تقسيم کننده ها چيستند و چرا در طراحی الکترونيک مهم هستندو....

طراحی قدم به قدم يک پروژه و تحليل ازمايشگاهی

چگونه از مقاومت های وابسته به نوراستفاده کنيم؟

مقاومتها می تونيد برنامه ای برای اندازه گيری مقاومت دانلود کنيد

ساختار برد برد چگونه است و چطور می توان از آن استفاده  کرد

خودتان خازن بسازيد

چگونگی جريان ولتاژ ومقاومت در يک مدار

يک مدار نمونه همراه با تحليل

قطعات الکترونيک

طراحی با ای سی ۵۵۵

به نقل از: http://www.shilaneh.persianblog.com

سنسور آلتراسونیک

سلام
برای امروز یکی از مطالب موجود در بخش سنسورهای سی دی بانک اطلاعاتی تجهیزات پزشکی رو آماده کردم که امیدوارم به دردتون بخوره ...

سنسور آلتراسونیک

این سنسور به صورت دو pack مجزای گیرنده و فرستنده موجو د می باشد.این دو سنسور به صورت یک پک(pack) واحد نیز وجود دارد. فرکانس تولید شده توسط این سنسور 40 کیلو هرتز می باشد.به شماتیک درونی این سنسور در شکل زیر توجه کنید.

نقشه مدار
در این مدار به نوع خازنها توجه کنید.سه نوع خازن مولتی لایر ، الکترولیت و سرامیکی مورد استفاده قرار گرفته است.همانطور که در نقشه ملاحظه می کنید.،این خازنها با حروف اولشان مشخص هستند.c نمایانگر خازن سرامیکی ، m نمایانگر خازن مو لتی لایر و E نمایانگر خازن الکترولیت است.



در این پروژه با نحوه بدست آوردن فاصله از طریق امواج آلتراسونیک آشنا می شوید.

حداقل فاصله محاسبه شده توسط این مدار 28 سانتی متر و حداکثر آن 3.6 متر است.
دوستان میتونند اطلاعات بیشتر از نحوه ساخت این سنسور رو از لینک زیر دریافت کنند:
اینجا کلیک کنید

منبع: دانشنامه رشد

فرستنده و گیرنده مادون قرمز

این هم فرستنده و گیرنده مادون قرمز. در اصل همون ریموت کنترل مادون قرمز.
برنامه فرستنده بصورت اسمبلی و گیرنده بصورت بیسیک هست. در ضمن تمام نقشه ها هم داخل فایل هست به همراه PCB فرستنده و گیرنده. مدار از هر لحاظ تست شده و هیچ مشکلی ندارد.

برد مدار:
برد مدار در حدود 15 متر است. و در یک اتاق مثلا 4*3 و یا بزرگتر هیچ نقطه کوری ندارد. (یعنی در حالت عادی و با استفاده از گیرنده نسبتا خوب و یا معمولی فرستنده در تمام جهات عمل میکند. من خودم تعجب میکنم چرا فرستنده های تجاری که باید بهتر از این عمل کنند اینطور نیستند. مثلا اونو با کنترل تلوزیونتون مقایسه کنین.)

مصرف فرستنده:
مصرف فرستنده در حالت خاموشی 100 نانو آمپر است. خوشبختانه AVR ها دارای مدهای مصرف توان زیادی هستند . یکی از این مدها Power-down است. Power-down کم مصرف ترین مد Sleep است. در این مد تمام تجهیزات AVR حتی کلاک آن از کار می افتد و تنها بخش های کمی از آن روشن هستند.

مود Power-down در ATTiny13 این مطالب ترجمه کاتالوگ ATTiny13 هست)
در این مود، اسیلاتور از کار می افتد، در حالی که اینتراپتهای خارجی، و تایمر سگ نگهبان به کار خود ادامه میدهند (اگر فعال شده باشند.). تنها یک ریست خارجی، ریست واچ داگ، ریست برون اوت، یک external level interrupt (این اینتراپت زمانی رخ میدهد که ورودی مثلا برای چند لحظه صفر باشد.) در پایه INT0 ، و یا یک اینتراپت تغییر وضعیت میتواند میکرو را بیدار کند. این مود خاموشی تمام کلاکهای تولید شده را متوقف میکند و تنها کارکرد ماژولهای آسنکرون را میپذیرد.

ما در بعضی میکروها یه سری اینتراپت داریم به نام اینتراپت تغییر وضعیت که برنامه نویسان از آن برای خواند کیبورد استفاده میکنند. اکثرا میکروهایی که این اینتراپت را دارند روی 4 پین و یا بیشتر این اینتراپت موجود است. در ضمن این اینتراپتها قادر به بیدار کردن میکرو از حالت Power-down هستند و این مزیت آنها است. چون این اینتراپتها نیازی به کلاک داخلی میکرو ندارد. در این نوع اینتراپت ما یک منبع و یا بردار اینتراپت داریم. یعنی اگر هر یک از پین ها رو تحریک کنیم به یک مکان پرش میکنیم.

به هر حال مصرف این مدار بسیار کم است (در حدود کنترل های معمولی و یا حتی کمتر). من خودم اونو با چند تا باطری کهنه که با کنترلهای معمولی درست جواب نمیدادن تست کردم و خوب جواب میداد.

در ضمن در فرستنده از ATTiny13 سری V استفاده شده. این میکروها 1.8 ولتی هستند. و باطری شما رو تا آخر مصرف میکنند.

در ضمن از گیرنده های 3 پایه استفاده کنین.
در گیرنده آی شمایی که تو تهران هستید. دقت کنین از گیرنده نوع مرغوب استفاده کنین. قیمتش تفاوتی نداره. البته با گیرنده های معمولی هم خوب جواب میده. گیرنده های الکی تو نور آفتاب نویز میگیرند، بعدش میگین مدارش به درد نمیخورد. البته در محیط داخل خوب جواب میدن. اصل کارش اینه که تو این گیرنده ها یه فیلتر تقریبا 38 کیلوهرتز هست و مثل گیرنده های رادیویی فقط موج 38 کیلوهرتز رو عبور میده و بعد در یه بلوک عمل دمودولاسیون رو انجام میده و کریر 38 کیلوهرتز رو حذف میکنه و اطلاعات رو میفرسته تو خروجی.

توضیح منطق فازی

توضیح منطق فازی

رياضيات فازي يک فرا مجموعه از منطق بولي است که بر مفهوم درستي نسبي، دلالت مي کند. منطق کلاسيک هر چيزي را بر اساس يک سيستم دوتائي نشان مي دهد ( درست يا غلط، 0 يا 1، سياه يا سفيد) ولي منطق فازي درستي هر چيزي را با يک عدد که مقدار آن بين صفر و يک است نشان مي دهد. مثلاً اگر رنگ سياه را عدد صفر و رنگ سفيد را عدد 1 نشان دهيم، آن گاه رنگ خاکستري عددي نزديک به صفر خواهد بود. در سال 1965، دکتر لطفي‌زاده نظريه سيستم‌هاي فازي را معرفي کرد. در فضايي که دانشمندان علوم مهندسي به دنبال روش‌هاي رياضي براي شکست دادن مسايل دشوارتر بودند، نظريه فازي به گونه‌اي ديگر از مدل‌سازي، اقدام کرد.
منطق فازي معتقد است که ابهام در ماهيت علم است. بر خلاف ديگران که معتقدند که بايد تقريب‌ها را دقيق‌تر کرد تا بهره‌وري افزايش يابد، لطفي‌زاده معتقد است که بايد به دنبال ساختن مدل‌هايي بود که ابهام را به عنوان بخشي از سيستم مدل کند. در منطق ارسطويي، يک دسته‌بندي درست و نادرست وجود دارد. تمام گزاره‌ها درست يا نادرست هستند. بنابراين جمله «هوا سرد است»، در مدل ارسطويي اساساً يک گزاره نمي‌باشد، چرا که مقدار سرد بودن براي افراد مختلف متفاوت است و اين جمله اساساً هميشه درست يا هميشه نادرست نيست. در منطق فازي، جملاتي هستند که مقداري درست و مقداري نادرست هستند. براي مثال، جمله "هوا سرد است" يک گزاره منطقي فازي مي‌باشد که درستي آن گاهي کم و گاهي زياد است. گاهي هميشه درست و گاهي هميشه نادرست و گاهي تا حدودي درست است. منطق فازي مي‌تواند پايه‌ريز بنياني براي فن‌آوري جديدي باشد که تا کنون هم دست‌آورد‌هاي فراواني داشته است.
کاربردها:
از منطق فازي براي ساخت کنترل کننده هاي لوازم خانگي از قبيل ماشين رختشويي (براي تشخيص حداکثر ظرفيت ماشين، مقدار مواد شوينده، تنظيم چرخهاي شوينده) و يخچال استفاده مي شود. کاربرد اساسي آن تشخيص حوزه متغيرهاي پيوسته است. براي مثال يک وسيله اندازه گيري دما براي جلوگيري از قفل شدن يک عايق ممکن است چندين عضو مجزا تابعي داشته باشد تا بتواند حوزه دماهايي را که نياز به کنترل دارد به طور صحيح تعريف نمايد. هر تابع، يک ارزش دمايي مشابه که حوزه آن بين 0 و 1 است را اختيار مي کند. از اين ارزشهاي داده شده براي تعيين چگونگي کنترل يک عايق استفاده مي شود.
در شکل روبرو، سرد بودن، گرم بودن و داغ بودن، توابعي براي مقايسه درجه حرارت هستند و هر نقطه اي روي اين خطوط مي تواند داراي يکي از سه ارزش بالا باشد. به عنوان مثال براي يک درجه حرارت خاص که در شکل با يک خط نشان داده شده است، مي توان گفت: «مقداري سرد است»،«اندکي گرم است» يا «اصلاً داغ نيست».
حال با مثال ديگري اهميت اين علم را بيشتر درک مينمائيم:
يک انسان در نور کافي قادر به درک ميليونها رنگ ميباشد.ولي يک روبوت چگونه ميتواند اين تعداد رنگ را تشخيص دهد؟ حال اگر بخواهيم روباتي طراحي کنيم که قادر به تشخيص رنگها باشد از منطق فازي کمک ميگيريم و با اختصاص اعدادي به هر رنگ آن را براي روبوت طراحي شده تعريف ميکنيم.
از کاربردهاي ديگر منطق فازي ميتوان به کاربرد اين علم در صنعت اتومبيل سازي(در طراحي سيستم ترمز ABS و کنترل موتور براي بدست آوردن بالاترين راندمان قدرت)،در طراحي بعضي از ريزپردازنده ها و طراحي دوربينهاي ديجيتال اشاره کرد

منبع : http://www.academist.ir

ابررسانا

ابررسانا

 

ابررسانا ها ، برخي از فلزها ، آلياژها يا تركيبهاي فلزها هستند كه در دماهاي پايين نزديك به صفر مطلق ،مقاوت الكتريكي و نفوذپذيري مغناطيسي خود را از دست ميدهند و رسانايي الكتريكي آنها بينهايت زياد ميشود ، محدوده دمايي به ماهيت ماده بستگي دارده ، كه از حدود 0.5 تا 18 درجه كلوين است ، خاصيت ابر رسانايي در فلزات قليايي، فلزهاي نجيب و مواد فرو مغناطيس مشاهد نشده است ، بلكه به طور عمده در عنصرهايي كه اتم آنها 3، 5 يا 7 الكترون در لايه ظرفيت خود دارد و مقاومت الكتريكي آنها در دماي معمولي زياد است بوجود مي آيد.

پديده ابر رسانايي از همان آغاز كشف ، توجه دانشمندان را بخود جلب كرده بود ، «اونز» اولين كسي بود كه هليم را مايع كرد و نخستين بار خواص ابر رسانايي مواد را در چنين دماهاي پاييني اندازه گرفت و معلوم داشت كه مقاومت الكتريكي جيوه در دماي 4.2 درجه كلوين به شدت محو ميشود ، در طول 75 سال اخير ، فلزات و آلياژهاي ديگر هم به فهرست ابررسانا ها افزوده شدند . ابر رسانايي در دماهاي بالا هم امكان پذير است ، كوپرات با فرمول شيميايي YBr2 Cu3O6.9 در دماي 93 درجه كلوين خواص ابر رسانايي را نشان ميدهد. در سال هاي پاياني دهه 1950 سه فيزيكدان - به نام هاي دكتر جان باردين، دكتر لئون كوپر و دكتر جان شرايفر - سازوكارهاي فيزيكي را كه به ابررسانايي منجر مي شوند، درك كردند. كار آنها به افتخار اين سه دانشمند، تئوری S.C.Bنام گرفت (آنها جايزه نوبل فيزيك در سال 1972 را از آن خود كردند.) در اواخر سالهای 1980 ابر رساناها در دماهای بالا نيز کشف شد.

كاربردها

ابر رساناهاي دماي پايين امروزه در ساخت آهنرباهاي ويژه طيف سنجهاي رزونانس مغناطيسي هسته ، رزونانس مغناطيسي براي مقاصد تشخيص طبي ، شتاب دهنده ذره ها ، ترنهاي سريع مغناطيسي و انواع ابزارهاي رسانايي الكترونيكي بكار ميرود از ديگر كاربردهاي انها مي توان به دستگاه هاي عكس برداري تشديد مغناطيسي هسته و قطارهاي جديدي كه توسط نيروهاي مغناطيسي در هوا معلق هستند و با سرعت 400 كيلومتر بر ساعت حركت مي كنند، اشاره كرد. اما براي اينكه ابررساناهاي دماي بالا در كاربردهاي ميدان مغناطيسي در دماي بالا رقابت كنند ، هنوز زمان لازم دارد ، اين بعلت دشواري در توليد انبوه و با كيفيت بالاست . اگر چه در حال حاضر ، بازار ابررساناهاي دماي بالا رونق كمي دارد ، گمان ميرود كه در خلال دو دهه آينده كاربر د آن فراگير و پررونق شود .

نكته:  ابرمايعات نيز در درجه حرارت بسيار پايين، يعنی تنها کمی بالاتر از صفر مطلق، فعاليت می کنند و هيچ نوع اصطکاکی نشان نمی دهند به طوری که اگر به گردش درآيند متوقف نخواهند شد.

 

منبع:

وبلاگ هسته علمی برق آموزشکده فنی شهید چمران

اهميت سازگاري الکترومغناطيسي EMC در طراحي و انتخاب تجهيزات پزشکي

اهميت سازگاري الکترومغناطيسي EMC در طراحي و انتخاب تجهيزات پزشکي

شايد براي شما هم اتفاق افتاده باشد که در هنگام استفاده از يک وسيله الکترونيکي يا پزشکي،‏ تلفن همراهتان زنگ زده و وسيله ايي که با آن کار مي کرده ايد، موقتاً از کار افتاده يا دچار اختلال شده است. البته اين موضوع تا حدي پذيرفته شده است، اما تا چه حد؟ مرز آن را استانداردهاي بين المللي به طور دقيق مشخص کرده اند. اختلال عملکرد دستگاه در مجاورت تلفن همراه، مثال ساده اي از عدم دقت به ‏EMC‏ يا سازگاري الکترومغناطيسي در طراحي و انتخاب تجهيزات پزشکي است. ‏

خواه در جايگاه مهندس پزشک يا پزشک در حيطه انتخاب تجهيزات پزشکي، خواه در جايگاه مهندس پزشک يا مهندس الکترونيک در حيطه طراحي تجهيزات پزشکي، ناگزيريم با استانداردهاي مرتبط با ‏EMC‏ آشنا شويم. در اين مقاله به اجمال موارد مرتبط با ‏EMC‏ به ويژه از ديد طراحي بحث و بررسي مي‌شود.

به طور کلي يکي از مشکلاتي که وسايل و دستگاه هاي پزشکي با آن مواجه هستند، مساله نويز است. ‏
به خصوص در سيستم هاي فعلي که انواع وسايل الکترونيکي، الکتريکي و مکانيکي در فضاي کوچکي در کنارهم کار مي کنند، به راحتي بر روي يکديگر تاثير مي گذارند. بنابراين مسأله نويز بايد حتما در طراحي، ساخت، مونتاژ و حتي در نصب و سرويس دستگاه ها مورد توجه قرار گيرد. با توجه به اين که اختلال در عملکرد دستگاه هاي پزشکي موجب به خطرافتادن جان بيمار مي شود و ريسک بالاتري دارد.‏
بنابراين سازگاري تجهيزات پزشکي در ميدان هاي الکتريکي و مغناطيسي از اهميت بيشتري برخوردار است. ‏
يکي از ملزومات مهم اخذ نشان اتحاديه اروپا (‏CE‏ ) و فروش دستگاه در اروپا، تطابق محصول با استانداردهاي ‏EMC‏ است. دقت نظر کاربران به موضوع ‏EMC‏ سبب مي شود طراحان و توليدکنندگان داخلي نيز با صرف هزينه، به بهينه سازي و تطابق الکترومغناطيسي تجهيزات خود با استانداردهاي ‏EMC‏ بپردازند و به اين طريق سطح کيفي محصولات خود را به طور چشم گير و قابل ملاحظه اي جهت استفاده کاربران افزايش دهند. استانداردهاي ‏EMC‏ بايد به عنوان بخشي از اهداف هر شرکت سازنده تجهيزات الکتريکي و الکترونيکي جهت رسيدن به موفقيت‌هاي بزرگ اقتصادي، مورد توجه قرار گيرد.
‏
EMC‏ چيست؟

EMC‏ (‏ElectroMagnetic Compatibility‏) در لغت به معناي تطابق الکترومغناطيسي است. تطابق الکترومغناطيسي در مورد يک دستگاه دو وجه دارد: 1- دستگاه نبايد سطحي از اختلالات الکترومغناطيسي از خود ساطع کند که بر سرويس‌هاي راديويي و ساير دستگاه‌ها تأثير بگذارد.‏
‏2- اين دستگاه بايد در برابر اختلالات الکترومغناطيسي محيط، ايمني کافي داشته باشد تا تاثير نامطلوب نپذيرد. بنابراين بايد تمامي ‌تجهيزات الکترونيکي تحت تست هاي ‏EMC‏ قرار گيرند تا در صورت وجود مشکلات احتمالي، به رفع آنها پرداخت. ‏تست‌هاي ‏EMC‏ به دو بخش کلي تقسيم مي شود: ايمني و تابش. براي هر سيستم، استاندارد خاصي جهت تست‌هاي ‏EMC‏ وجود دارد که بايد با توجه به آن، مشخصات تست را تعيين کرد. ‏

تستهاي ‏EMC‏ جهت تجهيزات پزشکي

استاندارد خاص ‏IEC 60601-1-2‎‏ ، مرجع تست‌هاي ‏EMC‏ جهت اعمال بر روي تجهيزات پزشکي است. با مراجعه به ساير استانداردهاي ذکر شده در ‏IEC 60601-1-2‎‏ ، مي‌توان سطوح تست را دقيقاً مشخص کرده، ميزان مطابقت الکترومغناطيسي تجهيزات پزشکي را تعيين کرد.‏
‏ مطابق با اين استاندارد براي دستگاه‌ها و سيستم‌هاي پزشکي درکل يازده تست بايد انجام شود که تعدادي مربوط به سنجش تابش و تعدادي مربوط به سنجش ايمني دستگاه است. انجام هر تست روش خاصي دارد که در قالب يک استاندارد تدوين شده است. ‏

EMC‏ از ديد طراحي
لازم است در طراحي دستگاه ها نکات زيادي مورد توجه قرار گيرد تا دستگاه در حين تست دچار مشکل نشود. در صورتي که در فاز اوليه طراحي (انتخاب و طراحي مدارات الکترونيکي) به مسأله ‏EMC‏ توجه شود ، با هزينه کمتري مي‌توان به سطوح قابل اطمينان در تست‌ها دست پيدا کرد.

در فاز طراحي توجه به مسائل زير بسيار مهم است:
1) طراحي مدار و انتخاب قطعات ديجيتال و آنالوگ
2) کابل‏ ها و کانکتورها‏
3) فيلترها
4) شيلد
5) طراحي PCB
که در ادامه شرح مختصري از موارد فوق آورده شده است:

1) طراحي مدار و انتخاب قطعات
انتخاب صحيح قطعات اعم از ‏Passive‏ و ‏Active‏ و به کار بردن روش‌هاي طراحي اصولي از همان ابتداي طراحي، موجب دستيابي سريع تر و راحت تر به استانداردهاي ‏EMC‏ مي شود و طراح را از به کارگيري فيلتر يا شيلد بي نياز مي‌سازد. در نهايت قيمت، اندازه و وزن دستگاه يا ماژول مورد نظر را کاهش مي‌دهد.‏
همچنين اين روش باعث بهتر شدن سيگنال‌هاي ديجيتال و بالا رفتن نسبت سيگنال به نويز در سيگنال‌هاي آنالوگ مي‌شود، لذا محصول مورد نظر سريع تر به مشخصه‌هاي کاربردي خود دست مي يابد. ‏
بسياري از سازندگان ‏IC‏‌هاي ديجيتال حداقل يک سري ‏IC‏ با تابش حداقل و يک مدل از تراشه‌هاي ورودي- خروجي (‏I/O‏) با سطح ايمني تأييد شده در تست تخليه الکترواستاتيکي (‏ESD‏) دارند. برخي از آنها مدل‌هايي از ‏VLSI‏ را ارائه کرده اند که مطابق با استانداردهاي ‏EMC‏ هستند. (‏EMC Friendly‏) ‏
انتخاب قطعات آنالوگ به علت تنوع زياد شکل موج‌هاي خروجي به راحتي انتخاب قطعات ديجيتال نيست. به عنوان يک قانون کلي براي کاهش تابش در مدارات فرکانس بالا بايد ‏Slew Rate‏ ، ولتاژهاي نوسان و قابليت جريان درايو خروجي برروي کمترين مقداري که براي رسيدن به عملکرد مورد نظر لازم است، تنظيم شوند.
‏
‏2) کابل‌ها و کانکتورها
به عنوان مقدمه بايد گفت که تمامي‌ هادي‌ها مثل يک آنتن عمل مي‌کنند و الکتريسته جاري را به ميدان الکترومغناطيسي تبديل مي‌کنند که مي‌تواند به محيط‌هاي وسيع تر نشت کند. از طرف ديگر همه هادي ها ميدان‌هاي الکترومغناطيسي محلي را که در آن واقع شده اند، به سيگنال‌هاي الکتريکي تبديل مي‌کنند و هيچ استثنايي براي اين قانون در جهان وجود ندارد. بنابراين هادي ها هم در معرض تابش بوده و هم خود تابش دارند.‏
بررسي‌ها نشان مي‌دهد که استفاده از کابل در فرکانس‌هاي بالا، مشکلات را زيادتر مي‌کند و نمي‌توان انتظار داشت که سيگنال‌ها را به درستي انتقال داده، از محيط بيرون تأثير نپذيرند. حتي براي سيگنال‌هاي فرکانس پايين مانند فرکانس‌هاي صوتي، کابل‌ها مشکلات زيادي ايجاد مي‌کنند. بنابراين بهترين راه براي انتقال اطلاعات و سيگنال‌ها جهت مطابقت با استانداردهاي ‏EMC‏ ، استفاده از ارتباطات غير فلزي است. از ارتباطات غيرفلزي که امروزه مورد استفاده قرار مي گيرد مي توان به فيبر نوري ترجيحاً بدون فلز (‏metal-free‏)، سيستم هاي بدون سيم (‏wireless‏)، مادون قرمز (‏IRDA‏) و لينک ليزري و مايکرويو در فضاي آزاد (مثلاً بين ساختمان ها) اشاره کرد. ‏
بسياري از طراحان فکر مي‌کنند که با استفاده از سيم‌ها و کابل‌هاي قديمي ‌مي‌توان قيمت يک محصول را پايين نگه داشت، اما اگر مجموع هزينه‌هاي تمام شده يک محصول را با لحاظ کردن ميزان قابليت اطمينان و ميزان تطابق با استانداردهاي ‏EMC‏ محاسبه کنيم، متوجه مي‌شويم که ارتباطات غير فلزي هزنيه کمتري دربرخواهند داشت. ‏

‏3) فيلترها
قبل از بررسي نقش فيلترها، لازم است به طور مختصر به تعريف واژه سرژ (‏Surge‏) بپردازيم. سرژ در لغت به معناي صاعقه است. سرژ سيگنالي با مشخصات زير است و در تست ‏EMC، اين سيگنال شبيه سازي و به دستگاه اعمال مي شود. سطح ولتاژ اعمالي به دستگاه به محيطي که در آن نصب مي‌شود، بستگي دارد که جداول مربوطه در استاندارد ‏IEC 61000-4-5‎‏ آمده است. براي جلوگيري از بروز مشکل در تست سرژ از فيلترها و ‏SPDها استفاده مي‌کنيم. (‏‎(SPD: Surge Protection Device‏

‏فيلترها براي تضعيف فرکانس‌هاي ناخواسته به کار مي‌روند و مشخصه آنها به وسيله منحني‌هايي بر حسب فرکانس مشخص مي شوند، بنابراين منحني مشخصه هر فيلتر قدرت تضعيف آن را در فرکانس‌هاي مختلف نشان مي‌دهد. ‏
تجهيزات محافظ در برابر سرژ (‏SPD‏) ، ولتاژهاي سرژ ناخواسته را که از يک ‌هادي مي‌گذرند، تضعيف مي کند و به وسيله گراف هايي مشخص مي‌شود که ولتاژهاي قابل عبور را در زمان‌هاي مختلف نشان مي‌دهند. ‏
در صورتي که فيلترها يا ‏SPD‏‌ها به صورت صحيح استفاده نشوند، سطح تابش و ايمني آنها بدتر از حالت بدون فيلتر يا ‏SPD‏ خواهد شد. لزوماً فيلترها يا ‏SPD‏‌هاي گران قيمت، بهترين‌ گزينه نيستند. براي انتخاب يک فيلتر يا ‏SPD‏ با توجه به کاتالوگ شرکت‌هاي سازنده، بايد به توان نامي ‌آنها، تعداد مدارات و کاربرد مورد نظر دقت کرد.
صاعقه گيرها (‏Surge arrestor‏) در واقع قطعاتي با مقاومت متغير هستند که مقاومت آنها تابعي از ولتاژ اعمال شده به آنها است که به گونه اي طراحي مي‌شوند که اثر حفاظت کننده و نگهدارنده داشته باشند و زماني که ولتاژ گذرنده از آنها از سطح بحراني گذشت، مانند يک ديود زنر عمل مي‌کنند.‏
به اشتباه تصور مي‌شود که سرژ باعث خرابي اطلاعات آنالوگ يا ديجيتال نمي‌شود، چرا که داراي بيت خطا هستند. در دستگاه‌هاي ساده اي که حافظه يا برنامه نداريم، ممکن است يک خطاي لحظه اي کوچک (بسته به عملکرد دستگاه) قابل قبول باشد، اما در دستگاه هاي پيچيده که سيگنال‌هاي کنترلي دارند، يک سيگنال لحظه اي غلط مي‌تواند ديتاي ذخيره شده يا مد کاري را تغيير دهد که غيرقابل قبول است. در اينگونه موارد از ‏SPDها جهت محافظت در برابر جرقه و ولتاژهاي سرژ استفاده مي‌شود.‏

‏4) شيلد
شيلد در واقع در مسير انتشار امواج الکترومغناطيسي، ناپيوستگي امپدانسي قرار مي‌دهد، سپس امواج را منعکس کرده يا آنها را جذب مي‌کند. به نظر مي‌رسد اين عمل بسيار شبيه به کاري است که فيلترها انجام مي‌دهند، آنها نيز يک ناپيوستگي امپدانسي در مسير سيگنال‌هاي ناخواسته قرار مي‌دهند.
انواع مختلف شيلد، قيمت خاص خود را دارد. مثلاً قيمت شيلدکردن يک ‏IC‏ با قيمت شيلد کردن بخشي از ‏PCB‏ يا تمام آن و يا با قيمت شيلد کردن اتاق يا ساختمان بسيار متفاوت است که از لحاظ اقتصادي بسيار مهم است.‏

‏5) طراحي ‏PCB
روش‌هاي طراحي در ‏PCB‏ ، قيمت را به طور مؤثري کاهش داده، نتايج تست ‏EMC‏ را بهتر مي‌کند. روش‌هاي طراحي ‏PCB‏ از ديد ‏EMC‏ ، مکانيزم پخش منابع ‏RF‏ در يک ‏PCB‏ را اصلاح مي‌کنند و به طور يکسان بر تمام مدارات آنالوگ و ديجيتال اعمال شده، سطوح تابش و ايمني را بهبود مي‌بخشند.
تا زماني که جاي فيلتر و شيلد مشخص نشده است، نبايد آرايش ‏PCB‏ را شروع کرد، بنابراين بايد به مسأله جاگذاري قطعات و ساختار مکانيکي در طول توسعه سيستم نيز از همان ابتدا توجه کرد.‏
به منظور طراحي ‏PCB‏ ، ابتدا بايد قطعات نويزي يا حساس به گونه اي در هر بخش قرارداده شوند که به مرکز بخش نزديک تر بوده، تا حد امکان از کابل‌ها و سيم‌ها دور باشند. قطعات به ترتيب حساسيت عبارتند از:
توزيع کننده‌ها و مبدل‌هاي کلاک، ‏IC‏‌هاي ديجيتال ميکروکنترلر، ترانزيستورهاي توان، سوييچ مد و يکسوکننده‌ها و چوک‌هاي آنها، ترانسفورماتورها و هيت سينک‌ها، ‏IC‏‌هاي آنالوگ و تقويت کننده ولتاژهاي در سطح ميلي ولت

مراجع:
* پايان نامه پروژه هاي تحقيقاتي واحد R&D‏ صنعت تجهيزات پزشکي و آزمايشگاهي شرکت صنايع اپتيک اصفهان در سالهاي 84 تا 86
* استاندارد IEC60601-1-2‎

منبع: ماهنامه مهندسی پزشکی

نکته مهم و قابل توجه اين است که اگر در ابتداي طراحي به مسائل ‏EMC‏ دقت کنيم، هزينه شيلد بسيار کم مي‌شود، اما اگر در لحظه آخر و زماني که قرار است دستگاه تست ‏EMC‏ شده، به مشتري تحويل داده شود، بخواهيم آن را شيلد کنيم، مسلماً قيمت آن افزايش مي يابد.‏

نویسنده: گروه تحقيقاتي صنعت تجهيزات پزشکي و آزمايشگاهي شرکت صنايع اپتيک اصفهان
پست الکترونیکی: [e-mail]

تاريخچه ساخت ابررساناها

تاريخچه ساخت ابررساناها

پژوهش براي بررسي تغيير مقاومت الكتريكي اجسام در دماهاي پائين براي نخستين بار توسط دانشمند اسكاتلندي جيمز دئِور در اواسط قرن نوزدهم آغاز شد. در سال 1864، دو دانشمند لهستاني به نامهاي زيگموند روبلوفسكي و كارل اولزفسكي كه روشي براي براي مايع ساختن اكسيژن و نيتروژن، يافته بودند، به بررسي خواص فيزيكي عناصر و ازجمله مقاومت الكتريكي در دماهاي خيلي كم ادامه دادند و پيش‌بيني نمودند مقاومت الكتريكي در دماهاي كم به شدت كاهش مي‌يابد. روبلوفسكي و اولزفسكي نتايج فعاليت خود را در سال 1880 منتشر ساختند. بعد از آن دِئور و فلمينگ نيز پيش‌بيني ‌خود را مبني بر الكترومغناطيس شدن كامل فلزات خالص در دماي صفر مطلق بيان داشتند. البته دئور بعدها تئوري خود را اصلاح و اعلام داشت مقاومت اينگونه فلزات در دماي مورد اشاره به صفر نمي‌رسد اما مقدار بسيار كمي خواهد بود. والتر نرست نيز با بيان قانون سوم ترموديناميك بيان داشت كه صفر مطلق دست‌نيافتني است. كارل ليند و ويليام همپسون آلماني در همين زمانها روش خنك‌سازي و مايع ساختن گازها با افزايش فشار را به ثبت رساندند.

در سال 1900، نيكلا تسلا كه با سيستم خنك‌سازي ليند كار مي‌كرد، پديده تقويت سيگنالهاي الكتريكي را با سرد شدن اجسام كه درنتيجه كاهش مقاومت آنها بود، مشاهده و به ثبت رساند. سرانجام خاصيت ابررسانايي توسط پروفسور هلندي، كمرلينک اونز، در سال 1911 و زماني‌كه وي سرگرم آزمايش تئوري دئور بود، در دانشگاه ليدن مشاهده شد. اونز دريافت که اگر جيوه در هليم مايع يعني حدود 2/4 درجه كلوين قرار گيرد، مقاومت الکتريکي آن از بين مي‌رود. سپس يك حلقه سربي را در دماي 7 درجه كلوين ابررسانا نمود و قوانين فارادي را بر روي آن آزمايش كرد و مشاهده نمود وقتي با تغيير شار در حلقه جريان القايي توليد شود، حلقه سربي بر عكس رساناهاي ديگر رفتار مي‌نمايد. يعني بعد از قطع ميدان تا زماني‌كه در حالت ابر رسانايي قرار دارد، جريان الكتريكي را تا مدت زيادي حفظ مي‌كند. به عبارت ديگر بعد از به وجود آمدن جريان الكتريكي ناشي از ميدان مغناطيسي در يك سيم ابررسانا، سيم حتي بدون ميدان خارجي يا مولد الكتريكي نيز مي‌تواند حامل جريان باشد. اونز اين رخداد را در آزمايشگاه دانشگاه ليدن با ايجاد جريان ابررسانايي در يک سيم‌پيچ و سپس حمل سيم‌پيچ همراه با سرد کننده‌اي که آن را سرد نگه مي‌داشت به دانشگاه کمبريج به عموم نشان داد. يافته اونز منجر به اعطاي جايزه نوبل فيزيك در سال 1913 به وي شد.

اونز همچنين متوجه شد براي هر يك از مواد ابررسانا، دمايي به نام دماي بحراني وجود دارد كه وقتي ماده از اين دما سردتر شود، جسم ابررسانا مي‌گردد و در دماهاي بالاتر از اين دما، جسم داراي مقاومت الکتريکي است. دماي بحراني عناصر مختلف متفاوت است. مثلا" دماي بحراني جيوه حدود 5 درجه كلوين، سرب 9 درجه كلوين و نيوبيوم 2/9 درجه كلوين مي‌باشد و براي بعضي آلياژها و تركيبات مانند Nb3Sn و Nb3Ge دماي بحراني به 18 و 23 درجه كلوين نيز مي‌رسد. البته فلزات رسانايي مانند طلا، نقره و حتي مس نيز هستند كه تلاش براي رساندن مقاومت ويژه‌شان به صفر بي نتيجه مانده است و مشخص نيست اگر به صفر مطلق برسند مقاومت آنها چقدر خواهد بود. رسانيدن دماي ابررساناهاي متعارف به اين دما نيازمند وجود هليم مايع مي‌باشد كه بسيار پرهزينه، خطرناك و مشکل است. لذا از همان ابتدا تلاش براي توليد ابررساناهايي با دماي بحراني بالاتر شروع شد و محققان در تلاشند مواد ابررسانايي با دماي بحراني بالاتر پيدا كنند.

از كشف ابررسانايي در سال 1911 تاكنون، هيچ نظريه فيزيكي جامعي نتوانسته است به بيان دقيق علت خاصيت ابررسانايي بپردازد. در سال 1957 سه فيزيكدان آمريكايي به نام‌هاي باردين، كوپر و شريفر در دانشگاه ايلي‌نويز نظريه‌اي براي توجيه پديده ابررسانايي در ابررساناهاي متعارف ارائه دادند كه با نام آنها به نظريه BCS معروف گرديد. براساس اين نظريه در ابررساناهاي معمولي، الكترونهايي كه در رسانايي جريان نقش دارند، جفت‌هايي تشكيل مي‌دهند و متقابلاً با عواملي كه باعث مقاومت الكتريكي مي‌شوند، مقابله مي‌كنند. ابداع تئوري BCS نيز براي سه دانشمند آمريكايي جايزه توبل 1972 را به ارمغان آورد. اين‌كه 4۶ سال طول کشيد تا توجيهي براي پديده ابررسانايي يافت شود، دلايلي داشت. دليل اول اين‌كه جامعة فيزيک تا حدود بيست سال مباني علمي لازم براي ارائه راه حل مسئله را كه  تئوري کوانتوم فلزات معمولي بود نداشت. دوم اين‌که تا سال ۱۹۳۴ هيچ آزمايش اساسي در اين زمينه انجام نشد. سوم اينکه وقتي مباني علمي لازم بدست آمد، به زودي مشخص شد انرژي مشخصه وابسته به تشکيل ابررسانايي بسيار کوچک يعني حدود يک مليونيم انرژي الکتريکي مشخصة حالت عادي است. بنابراين نظريه پردازان توجه‌شان را به توسعة يک تفسير رويدادي از جريان ابررسانايي جلب کردند. اين مسير توسط فريتز لاندن رهبري مي‌شد. وي در سال ۱۹۵۳ به نکتة زير اشاره کرد:‌ "ابررسانايي پديده‌اي کوانتومي در مقياس ماکروسکوپي است و با جداسازي حالت حداقل انرژي از حالات تحريک شده بوسيلة وقفه هاي زماني رخ مي‌دهد." به علاوه وي بيان داشت كه ديامغناطيس شدن ابررساناها يک مشخصه بنيادي است. تئوري BCS در توضيح و تفسير رويدادهاي ابررسانايي موجود و هم چنين در پيشگويي رويدادهاي جديد نسبتاً موفق بود. در ژوئيه 1959، در اولين کنفرانس بزرگي كه بعد از ارائه ي نظريه ي BCS با موضوع با ابررسانايي در دانشگاه کمبريج برگزار شد، ديويد شوئنبرگ كنفرانس را با اين جمله آغاز کرد: «حالا بايد ببينيم تا چه حد مشاهدات با حقايق نظري جور در مي‌آيند ...؟»

کمي بعد از انتشار نتايج اولية تئوري BCS، در تابستان سال 1957 سه دانشمند دانماركي به نامهاي آگ بور، بن موتلسون و ديويد پاينز، در کپنهاگ نشان دادند که نوترونها و پروتونهاي موجود در هسته اتم به خاطر جذب دوسويه شان جفت مي‌شوند و بدينوسيله توانستند معماي قديمي پديدة هسته‌اي را توجيه نمايند. در همين زمان يوشيرو نامبونيز در شيکاگو دريافت که ترتيب جفت شدن BCS براي پديده‌هاي انرژي بالا در فيزيک ذرات ابتدائي نيز صحت دارد. بايد گفت در اثر ارائه تئوري BCS بود كه پژوهشگران فلزات ابررساني جديدي را معرفي کردند و مشتاقانه به دنبال موادي گشتند که در دماهاي نسبتاً بالاتر از 20 کلوين ابررسانا مي‌شوند. بعد از ارائه تئوري BCS، دو آلياژ جديد نيز معرفي شدند. يكي مواد الکترون سنگين مانند CeCu2Si2، UPt3 و UBe13 که به عنوان ابررساناهايي در دماهاي حدود يک کلوين توسط فرانك استگليش در آلمان و زاچاري فيسك، جيم اسميت و هانس اوت در آمريكا شناخته شدند و ديگري فلزات آلي تقريبا دو بعدي با دماي بحراني حدود ده درجه کلوين كه در پاريس توسط دانيل ژرومه کشف شد. باوجود تلاش‌هاي زياد بند ماتيوس که حدود صد ماده ابررسانا را کشف کرد، هنوز حد بالايي براي دماي مواد ابررسانا وجود داشت. دمايي که از مکانيسم به کار رفته براي ابررسانايي يعني تعامل فونون القائي ناشي مي‌شد. چنانكه نور كوانتومي را فوتون مي‌نامند، اصوات كوانتومي را نيز فونون ناميده‌اند.

در سال 1962 جوزفسون انگليسي در 22 سالگي آزمايشاتي روي جفت الكترونهاي كوپر انجام داد كه منجر به مشاهده و اعلام پديده‌اي شد كه خاصيت تونل‌زني يا اثر جوزفسون نام گرفت. بر اساس اثر جوزفسون، درصورتيكه دو قطعه ابررسانا توسط يك عايق بسيار نازك (حدود يك نانومتر) به يكديگر متصل شوند، جفت الكترونهاي كوپر مي‌توانند از عايق عبور نمايند. مقدار جريان الكتريكي ايجاد شده به ولتاژ اتصال و ميدان مغناطيسي وابسته است. ارائه تئوري مزبور براي جوزفسون و دو دانشمند ديگر يعني لئو ايزاكي و ايوار گياور كه فعاليتهاي مشابهي در بررسي پديده تونل زني داشتند جايزه نوبل 1973 را به ارمغان آورد.

حدود 70 سال پيشرفتهاي انجام شده براي افزايش دماي بحراني به كندي انجام گرفت. از سال 1911 تا سال 1973 يعني حدود 62 سال دانشمندان تنها توانستند دماي بحراني را از 4 درجه به 3/23 درجه كلوين كه كمي بيشتر 3/20 كلوين يعني دماي ئيدروژن مايع است برسانند اما كار با ئيدروژن مايع نيز پرهزينه، مشكل‌آفرين و خطرساز بود و كاربردهاي ابررسانا را محدود مي‌ساخت. در سالهاي بعد علاوه بر فلزات و آلياژهاي فلزي، فعاليتهايي در زمينه تركيبات نيمه‌فلزي توسط برخي دانشمندان آغاز شد اما هنوز ماده‌اي ديگري به جز فلزات و آلياژها يافته نشده بود كه بتواند در دماهاي مورد انتظار ابررسانا باشد. سرانجام در 27 ژانويه سال 1986 جرج بدنورز و آلكس مولر در مؤسسه تحقيقاتي IBM شهر زوريخ سوئيس موفق به كشف پديدة ابررسانايي در سراميكي از نوع اكسيد مس و شامل لانتانوم و باريوم شدند. دماي بحراني نمونه ساخته شده، حدود 35 درجه كلوين بود و آنها نيز به خاطر كشف ابررساناهاي دمابالا (HTS) موفق به دريافت جايزة نوبل در سال 1987 شدند. طي مدت زمان كوتاهي پس از كشف ابررسانايي دما بالا، دسترسي به دماهاي بحراني بالاتر به سرعت توسعه يافت. يک ماه بعد از كشف بدنورز و مولر، تاناكا و همکاران وي در توکيو نتايج آنها را تأييد نمودند و نتايج فعاليت آنها در يکي از نشريات ژاپني به چاپ رسيد. اندكي بعد از كشف اكسيد مس حاوي باريوم و لانتانوم، در نتيجه همکاري پاول چو از دانشگاه هوستون و مانگ كنگ وو از دانشگاه آلاباما، عضو جديدي از خانواده مواد ابررساناهاي دما بالا با جايگزيني ايتريوم Y به جاي لانتانوم كشف شد. اين ماده سراميكي كه دماي بحراني آن به 92 درجه كلوين مي‌رسيد، به YBCO معروف شد. با توجه به نقطه جوش نيتروژن كه 77 درجه كلوين در فشار يك اتمسفر است، براي سرد شدن اين ابررسانا تا دماي بحراني استفاده از نيتروژن مايع هم امكانپذير بود كه بسيار ارزان‌تر و بي‌خطرتر از ئيدروژن و هليم مايع بود. بنابراين فقط در طي يک سال از کشف اصلي، دماي انتقال به حالت ابررسانايي افزايش سه برابر داشت و واضح بود که انقلاب ابررساناها شروع شده است. براي پاسداشت تحول مهمي كه در علم فيزيك واقع شده بود، توسط انجمن فيزيکدانان آمريکايي در بعدازظهر يکي از روزهاي مارس 1987 جشني هم در نيويورک برگزار شد. اين جشن 3000 شرکت کننده داشت و حدود 3000 نفر نيز اين جشن را از طريق تلويزيون مدار بسته در خارج از محل اصلي تماشا کردند. در طول شش سال بعد، چند خانواده ديگر از ابررساناها کشف شدند که شامل تركيبات شامل توليوم (Tl) و جيوه (Hg) بوده و داراي حداکثر دماي بحراني بيشتر از 120 درجه کلوين بودند. بالاترين مقدار تأييد شده دماي بحراني در فشار معمولي يك اتمسفر، 135 درجه كلوين و متعلق به HgBa2Ca2Cu3O8 مي‌باشد. به صورت تجربي معلوم شده است اگر ماده ابررسانا به صورت مكانيكي تحت فشار قرار گيرد، دماي بحراني ابررسانا كمي تغيير مي‌كند. در سال 1993، دماي بحراني 165 درجه كلوين (108- درجه سانتيگراد) نيز در تركيبي از اكسيد مس و جيوه و البته تحت فشارهاي خيلي بالا گزارش شد. همگي ابررساناهاي مورد اشاره يک ويژگي مشترك داشتند. وجود سطوح تراز شامل اتمهاي اكسيژن و مس که با مواد حامل بار براي سطوح تراز از يكديگر جدا مي‌شوند. با توجه به كاربردهاي مختلف ابررساناها، بسياري از تلاشها بر افزايش دماي عملكرد ابررساناها تا دستيابي به دماي اتاق متمركز شده است.

هر چند دماي بحراني تركيبات جديد سراميكي در حد قابل توجهي از دماي بحراني مواد ابررساناي متعارف (فلزات و آلياژها) بزرگتر است، به دليل خصوصيات فيزيكي اين مواد مانند شكنندگي و پايين بودن چگالي و جريان بحراني كاربردهاي اين مواد هنوز در مرحله‌ي تحقيق است. اخيراً سعيد سلطانيان به همراه يك گروه علمي به سرپرستي پروفسور شي زو دو در دانشگاه ولونگونگ استراليا ابررسانايي ساخته‌اند كه بالاترين ركورد را از نظر خواص مكانيكي در ميان ابررسانا دارد. اين ابررسانا به شكل سيم يا نواري از جنس دي بريد منيزيم (MgB2) با پوششي از آهن است و امكان انعطاف براي ساخت تجهيزات مختلف الكتريكي را داراست.

ابررساناهاي جديد عموماً سراميكي و اكسيدهاي فلزي ورقه ورقه هستند که در دماي اتاق مواد نسبتاً بي‌ارزشي محسوب مي‌شوند و البته كاربردهاي متفاوتي نيز دارند. اكسيدهاي فلزي ابررسانا در مقايسه با فلزات شامل کمي حامل بار معمولي هستند و داري خواص انيسوتوروپيک الکتريکي و مغناطيسي مي‌باشند. اين خواص به نحو قابل ملاحظه‌اي حساس به محتواي اكسيژن مي‌باشند. نمونه‌هاي ابررساناي موادي مانند YBa2Cu3O7 را يک دانش‌آموز دبيرستاني نيز مي‌تواند در يک اجاق ميکروويو توليد کند اما براي تشخيص خواص فيزيکي ذاتي، کريستالهاي يکتايي با درجه خلوص بالا مورد نياز است كه فرآيند ساخت پيچيده‌اي دارند.

بعد از كشف ابررساناها، تا چند سال تصور مي‌شد رفتار مغناطيسي ابررسانا مانند رساناهاي كامل است. اما در سال 1933 مايسنر و اوشنفلد دريافتند اگر ماده مورد آزمايش قبل از ابررسانا شدن در ميدان مغناطيسي باشد، شار از آن عبور مي‌كند ولي وقتي در حضور ميدان به دماي بحراني برسد و ابررسانا گردد ديگر هيچ‌گونه شار مغناطيسي از آن عبور نخواهد كرد و تبديل به يك ديامغناطيس كامل مي‌شود كه شدت ميدان (B) درون آن صفر خواهد بود. آنها توزيع شار در خارج نمونه‌هاي قلع و سرب را كه در ميدان مغناطيسي تا زير دماي گذار سرد شده بودند را اندازه­گيري و مشاهده كردند كه ابررسانا ديامغناطيس كامل گرديد و تمام شار به بيرون رانده شد. اين آزمايش نشان داد كه ماده ابررسانا چيزي بيشتر از ماده رساناي كامل است. براساس ويژگي مهم ابررساناها، فلزات در حالت ابررسانايي هرگز اجازه نمي‌دهند كه چگالي شار مغناطيسي در درون آنها وجود داشته باشد. به عبارت ديگر در داخل ابررسانا هميشه B=0 است. اين پديده به اثر مايسنر معروف شد.

 در اثر پديده مايسنر اگر يك آهنربا روي ماده ابررسانا قرار گيرد، روي آن شناور مي‌ماند. در شكل يك آهنرباي استوانه‌اي روي يك قطعه ابررسانا كه توسط نيتروژن خنك شده شناور است. علت شناور ماندن، اثر مايسنر است كه براساس آن خطوط ميدان مغناطيسي امكان عبور از ابررسانا را نيافته و چنانكه مشاهده مي‌شود، ابررسانا قرص مغناطيسي را شناور نگه مي‌دارد.

 پس از کشف ديامغناطيس بودن ابررساناها، در سال 1950 آلياژهاي ابررسانايي مانند سرب+بيسموت و سرب+تيتانيوم كشف شدند که ميدانهاي بحراني خيلي بالايي از خود نشان مي‌دادند. پژوهشهاي بعدي نشان داد که اين مواد نوع متفاوتي از ابررساناها هستند که بعداً نوع II ناميده شدند. لاندن با استفاده از موازنه انرژي در محدوده کوچکي بين مرز فازهاي ابررسانا و نرمال، شرط تعادل فاز را به دست آورده و به حضور يک سطح انرژي ديگر با منشأ غيرمغناطيسي اشاره کرد كه علاوه بر انرژي مرز بين دو فاز ابررسانا و نرمال وجود داشت. وي متذکر شد که اگر سطح انرژي کل مثبت باشد ابررسانايي ازنوع اول و اگر منفي باشد از نوع دوم است که در اين صورت ميدان مغناطيسي به درون ابررسانا نفوذ مي‌کند. در سال 2003 نيز آلكسي آبريكوزوف و ويتالي گينزبورگ به خاطر بسط تئوري ابررسانايي همراه با آنتوني لگت برنده جايزه نوبل فيزيك شدند.

به تازگي هم پژوهشگران فرانسوي خاصيت جديدي را در ابررساناها پيدا كرده‌اند كه قبلاً در هيچ نظريه‌اي پيش‌بيني نشده بود. چنانكه اشاره شد خواص ابررسانايي در مواد، به دماي محيط، ميدان مغناطيسي و شدت جريان عبوري بستگي دارد. محققان فرانسوي بلوري ساخته‌ بودند كه در دماي 04/0 درجه كلوين ابررسانا مي‌شد و وقتي شدت ميدان مغناطيسي به بيشتر از 2 تسلا مي‌رسيد، اين خاصيت از بين مي‌رفت. يكي از پژوهشگران اين گروه، از روي كنجكاوي، شدت ميدان مغناطيسي را باز هم بيشتر كرد. وقتي شدت ميدان به 12 تسلا رسيد، بلور دوباره ابررسانا شد. وقتي ميدان باز هم بالاتر رفت، اين خاصيت دوباره از بين رفت. اين گزارش كه اخيراً در نشريه علمي ساينس به چاپ رسيده، توجه بسياري از فيزيكدانان حالت جامد را برانگيخته است چرا كه هيچ توضيح خاصي براي اين پديده وجود ندارد. با توجه به موارد گفته شده، به نظر مي‌رسد كه ميدان مغناطيسي متغير باعث ايجاد رفتارهاي جالب پيش‌بيني نشده در ابررساناها مي‌شود. البته بايد توجه داشت كه ابررسانايي يك خاصيت كاملاً كوانتمي است و به سادگي نمي‌توان وضعيت پيش آمده در اين آزمايش را توصيف كرد.

www.hts.blogfa.com