دانلود پایان نامه صنایع درمورد صنعت کاغذ سازی

اختصاصی از فایلکو دانلود پایان نامه صنایع درمورد صنعت کاغذ سازی دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

صنعت کاغذسازی

لینک پرداخت و دانلود *پایین مطلب*

فرمت فایل:Word (قابل ویرایش و آماده پرینت)

تعداد صفحه:166

چکیده :

افزایش جمعیت به ویژه در کشورهای در حال توسعه که به لحاظ منابع چوبی فقیرند و ازدیاد تقاضا بار دامنه وسیعی از تولیدات حاصل از فیبر ، فشار زیادی را بر منابع چوبی اعمال نموده . با توجه به مفهوم توسعه پایدار که در آن هم حمایت از اکوسیستم و هم خواسته های در این پروژه به ارائه فرآیندهای تولید کاغذ از منابع فیبری کشاورزی پرداخته شده است . منابع فیبری کشاورزی از محصولات فیبری یا پس مانده های محصولات کشاورزی حاصل می آیند . ذخیره عظیمی از مواد اولیه تجدید شونده که در خمیر سازی قابل استفاده اند ، وجود دارد . که در سالهای آتی بطور فزاینده ای مورد استفاده قرار خواهند گرفت .

کاغذ یک پاره اصلی تمدن بشر طی دو هزار سال گذشته بوده است و ارتباط بسیار نزدیک ما با این ماده سبب شده است تا آن را ماده ای با پیچیدگی خاص ندانیم . اما این تصور از حقیقت به دور است . کاغذ از منابع گیاهی تهیه می شود ، لذا هم از نظر مورفولوژی و هم از نظر فیزیکی و شیمیایی مادة‌ پیچیده ای است . خود فرآیند تولید کاغذ یعنی اساس فرآیند صاف سازی و تشکیل شبکه ضعیفی از نمود الیاف تا حد زیادی پیچیده است . این نمود شبیه کاغذ با وجود مقاومت کم آن ، بایستی به طور پیوسته از بخش های پرس و خشک کن ماشین کاغذ عبور کرده و با سرعتی که در حال حاضر حدود 60 است . به صورت نوار ، پیچانده شود ؛ عملی که در جریان آن نمود کاغذ تحت کشش قرار می گیرد برای جلوگیری از پارگی های متوالی کاغذ و یکنواختی آن ، برخی از پیشرفته ترین فناوری های مهندسی کنترل مورد نیاز است . در این فصل بحثی کوتاه در زمینة کاغذ و انواع آن ، تاریخچه و کاربرد آن ارائه خواهد شد .

1 ـ 2 . تاریخچه

لزوم ثبت و انتقال افکار و عقاید و ارتباط با همنوع از ابتدای تاریخ ، انسان را وا داشت تا راهی برای آن پیدا کند . انسانهای اولیه با الهام گیری از محیط پیرامون خود و با ابزار و وسایل موجود این امکان را هر چند بصورت ابتدایی فراهم آوردند که اولین نشانه های آن را می توان در غارهای لاسکو [1] ولتامیر [2] مشاهده نمود . بعدها لوحه های گلی ، فلز ، سنگ ، پوست درختان ، پست حیوانات، استخوان و …. به عنوان موردی جهت نوشتن یا نقاشی کردن مورد استفاده قرار گرفت لوحه های گلی بدست آمده از تمدن بین النهرین ( میان رودان ) حاکی از رواج این ماده برای نوشتن در این تمدن می باشد . اولین کتابها در خاورمیانه و بی الواح گلی نوشته و در مجاورت آفتات خشک شد . مهترین الواح این دوره الواحی است که مربوط به حماسه « گلیگمش » است . این الواح براحتی می شکستند و تمام زحمت سازند گانش بر باد می رفت . مصریان باستان 2000 الی 2500 سال قبل از میلاد ، نوشتن روی کاغذ پاپیروس را آغاز کردند . پاپیروس نام گونه ای از نی شبیه خیزان است که در کرانه رود نیل می روید . نی را بصورت تسمه می آوردند و با کمک نشاسته به یکدیگر می چسباندند . این روش Explicit.liber نامیده می شود . کمبود پاپیروس در آسیای صغیر شد . در حالیکه مردم هندوستان ، آسیای جنوب شرقی ، خاور دور به خاطر مسایل مذهبی از پوست استفاده نمی کردند . 105 سال قبل از میلاد مسیح اولین کاغذ را Is’ai lum در چین ساخت . مود اولیه این کاغذ را ضایعات کنف ، بامبو و شاهدانه تشکیل داده بود . این کاغذ چون زیاد به هم مالیده و سفت نبود براحتی پاره می شد . کلمه کاغذ از نام چینی ها چندین سال نحوه ساخت کاغذ را در پرده نگه داشتند اما کم کم این روش از چین به هندوستان و اروپا رسید و از سمرقند و آسیای مرکزی گذشت .

در اروپا ، کاغذ جایگزین پوستها گردید . در سال 1450 با ابداع صنعت چاپ در آلمان ، تقاضا برای کاغذ و به دنبال آن نیاز به منابع جدید لیگنو سلولزی افزایش یافت ، در حدود 105 سال بعد در بیشتر کشورهای اروپایی و نیز مکزیک کارخانه های کاغذسازی با وسایل دستی ایجاد گردید .

مردم اروپای جنوبی این فرایند را آموحتند و ساخت تکه های کاغذ ار نزدیک به پایان قرن چهاردهم آغار کردند . سازندگان انگلیسی در قرن هفدهم تولید را آغاز و یک قرن چهاردهم آغاز کردند . سازندگان انگلیسی در قرن هفدهم تولید را آغاز و یک کارخانه کاغذ سازی در ایالات متحده 1690 تأسیس کردند . در این زمان تمام کاغذ اروپا از پنبه و کتان ساخته می شود . چاپ کتاب با انجیل گوتنبرگ آغاز شد به طور فزاینده ای تقاضا برای کاغذ را افزایش داد .

در حدود سال 1750 ، در هلند مخلوط کنی ابداع شد که آن را هولندر نامیدند در سال 1799 ، روبر فرانسوی فرایندی برای شکل دهی کاغذ ورقی روس صافی سیمی متحرک اختراع کرد . در مدت تکامل و بهبود آن . به ماشین فرد رینیز تبدیل شد . در سال 1809 دیکینسون ماشین استوانه ای را اختراع کرد و بدین ترتیب ماشین فوردرینیر کنار رفت ، ولی در سال 1803 برتری ماشین فورد رینیر برای ساخت کاغذهای خوب معلوم شد . در سال 1826 اولین بار استوانه های بخار را برای خشک کردن به کار گرفتند و اولین ماشین فورد رینیر در ایالات متحده در سال 1827 متداول شد . متناسب با پایین رفتن قیمتها و توسعه تحصیلات عمومی تقاضا برای کاغذ افزایش یافت ، بنابراین کمبود کاغذ آغاز شد . یکی از مردم ساکسوئی به نام کلر فرایندی مکانیکی برای ساخت خمیر کاغذ از چوب ابداع کرد ، ولی کیفیت کاغذ تولید شده پایین بود . فرایند قلیایی برای ساخت خمیر کاغذ از چوب را وات و بورگس در سال 1851 ابداع کردند . در سال 1857 ، به شیمیدان آمریکایی نایلمن ، گواهی ثبت اختراع اولیه برای فرایند سولفیت اهدا شد ، که خمیر کاغذی خوب با سهولت رنگبری تولید می کرد . فرایند کرافت ( از واژة آلمانی کرافت به معنی قوی ) در آزمایشهای اولیه که ذهن در دانزیگ انجام داد در سال 1884 به نتیجه رسید . این فرایند به طور متداول همچنین فرایند سولفات نامیده می شود ، زیرا سدیم سولفات به عنوان ماده شیمیایی جبرانی برای محلول پخت استفاده می شود . عامل حل شده ، با وجود این ، نیست . در سال 1909 فرایند سولفات به ایالات متحده معرف شد . در آن زمان تولید خمیر کاغذ به 48 درصد مکانیکی ، 40 درصد سولفیت ، 12 درصد قلیایی تقسیم شده بود .

فرایند سولفات به تدریج در صنعت تولید کاغذ جای خودش را باز می کرد ( جدول 2 ) ، و در سال 1981 توزیع آن به 5/10 درصد مکانیکی و گرما مکانیکی ، 5/3 درصد سولفیت ، 2/78 درصد سولفات ، و 7/7 درصد نیم شیمیایی تقسیم شد ساخت خمیر کاغذ به تدریج به صنعتی مستقل تبدیل شد در حالیکه به خدمت صنایع دیگر علاوه بر ساخت کاغذ در آمد . ریون ، سلولوز استرها و اترها ، و سلولوز نیترات بار مصرف در پلاستیک و مواد منفجره از لحاظ تجارتی مهم شده است و بیشتر خمیر کاغذ با کیفیت بالا را مصرف می کند . کنترل و مصرف محصولات جنبی صنعت کاغذسازی به توجه بسیار زیادی نیار دارد . ایجاد محصولات مفید از لیگنین و مایعات زاید نشان دهندة افزایش درآمد برای این صنعت و راه حلی برای مشکل آلودگی روخانه هاست ، ولی توسعه واقعاً تازه آغاز شده است و بیشتر محصولات جنبی هنوز به صورت ضایعات تلقی و سوخته می شود .

1 ـ 3 : تاریخچه کاغذسازی در ایران

هخامنشیان تا زمان حمله اسکندر بر روی لوحه های گلی می نوشتند و این در حالی است که از دوران فرمانروایی پارت ها پوست های نوشته شده به دست آمده است که به آن « دیفترا » می گفتند و ریشه دفتر که امروزه به کار می رود ، از همان گرفته شده
است .

در حدود سال 650 میلادی ساسانیان کاغذ چینی را که از پوست درخت توت ساخته می شد به ایران وارد کردند ، اما این کاغذ منحصراً برای مدرک مهم دولتی به کار برده می شد.

در سال 751 میلادی در زمان عباسیان و در جنگ میان آنان با اعراب تعدادی از چینی هایی که اعراب را در جنگ ریزی می دادند به اسارت درآمدند . در میان اسیران چند تن کاغذساز بود که آنها را به سمرقند برده و با استفاده از دانش آنها صنعت کاغذسازی را در این شهر رایج نمودند .

1 ـ 4 : اهمیت کاغذ :

کاغذ در طول تاریخ پیدایش خود تاکنون ، پیوسته اصلی ترین و پایدارترین ابزار انتقال اندیشه بشری بوده و بی تردید تا سالیان مدید نیز چنین خواهد بود . پیدایش و گسترش وسایل ارتباطی صوتی و تصویری و همچنین شبکه های رایانه ای نه تنها از مصرف کاغذ در جهان کم نکرده ، بلکه همچنان این مصرف در حال افزایش است . امروزه کاغذ یکی از کاغذهای مهم و استراتژیک به شمار می آیند و رشد مصرف سرانه آن در یک کشور ، یکی از شاخصهای رشد و توسعه اقتصادی ، اجتماعی و فرهنگی به شمار می آید .

اهمیت خمیر و کاغذ در اقتصاد برخی کشورها به حدی است که کشورهای تولید کننده و مصرف کننده سازمانها و کنسرسیومهایی برای آن ایجاد کرده اند .

نقش کاغذ در دنیای کنونی و معرفی مصرف سرانه آن به عنوان شاخص برای توسعه از یک سو و نیز قیمت گذاری چاپ و تحریر در کشور توسط دولت و نظارت بر توزیع آن ، اهمیت کاغذ را روشن می سازد .

1 ـ 5 : تعریف کاغذ و انواع کاغذ :

زمانی که به کاغذ فکر می کنیم ، ذهن ما در درجه اول به سمت ماده ای برای نوشتن و چاپ متمرکز می شود و احتمالاً در مرحله بعد به ماده ای برای بسته بندی اشیاء . با وجود این به دلیل اینکه محصولات بسیار دیگری مثل پارچه ، مقوا ، کاغذ مورد نیاز است . در هر صورت ، کاغذ را می توان با تکیه بر روش تولید آن تعریف کرد ؛ ماده ای ورقه ای ساخته شده از شبکه ای از الیاف طبیعی سلولزی که به ته نشینی از یک تعلیق آبی تشکیل شده است . محصول شبکه ای از الیاف در هم رفته با ساختاری تقریباً لایه ای و ضخامت حدود mm 300 – 30 است . پهنای یک لیف حدود mm 50 – 10 است . در نتیجه . یک ورق کاغذ تحریر با ضخامت mm 10 حدود 5 تا 10 فیبر در مقطع عرضی ضخامت است .

همه گونه کاغذی که تاکنون ساخته شده است :

1 ـ کاغذ آب خشک کن                                 2 ـ کاغذ سیگار

3 ـ کاغذ نقاشی                                                4 ـ آگهی های چاپی رنگی ( پوستر )

5 ـ کاغذ برای کیف دستی                               6 ـ برای آتش بازی

7 ـ ویژه کتاب مقدس                                       8 ـ کاغذ ضد زنگ زدگی

9 ـ کاغذ برای ترقه                                           10 ـ کاغذ کامک

11 ـ کاغذ دولا برای اسناد                                12 ـ کاغذ آباژور

13 ـ کاتالوگ                                                  14 ـ کاغذ خشک کن معمولی

15 ـ کپی نامه ها                                               16 ـ کاغذ رنگارنگ

17 ـ کاغذ طناب باقی                           18 ـ کاغذ برای تهیه تشک

19 ـ کاغذ ویژه لحاف                         20 ـ کاغذ بلوری

21 ـ کاغذ اطلسی                                            22 ـ کاغذ های نازک چوب

23 ـ کاغذ پنبه کوهی                          24 ـ کاغذ نوشتنی

25 ـ کاغذ چاپ                                              26 ـ کاغذ چتائی ( کنفی )

27 ـ کاغذ بسته بندی                           28 ـ کاغذ ابریشمی

29 ـ کاغذ ویژه نامه های محرمانه                     30 ـ کاغذ چاپ افست

31 ـ کاغذ های دو لا و چند لا              32 ـ کاغذ یوشینو

33 - کاغذ بسته بندی قهوه ای رنگ                34 ـ کاغذ کاهی بسته بندی

35 ـ کاغذ ویژه بسته بندی میوه                         36 ـ کاغذ صابون

37 ـ   کاغذ بسته بدی شبه مانیلی                       38 ـ کاغذ های ویژه پاکت سازی

39 ـ کاغذ ویژه کارت دعوت               40 ـ کاغذ پوست نما

41 ـ کاغذ ویژه گراورسازی با نور آفتاب         42 ـ کاغذ پلی کپی ( میمئوگراف )

43 ـ کاغذ ویژه دستگاههای فشار                    

44 ـ کاغذ ویژه القاب و عناوین ( برای اشراف قدیم )

45 ـ کاغذ های پوشش بام                              46 ـ کاغذ ویژه دفتر اسناد

47 ـ کاغذ ویژة زیر قابی                                  48 ـ کاغذ ویژه لابی کاغذ کاربن

49 ـ کاغذ ویژه نگهداری و روپوش کاغذ عکاسی

50 ـ کاغذ دیواری نقش دارو رنگی                

51 ـ کاغذ پارچه ای                                        52 ـ کاغذ واشر ( برای پیچ و مهره ها )

53 ـ کاغذ قیر اندود                                         54 ـ کاغذ فیبری آتش بازی

55 ـ کاغذ صافی                                             56 ـ کاغذ ورقی سفید فرانسوی

57 ـ کاغذ غلاف                                              58 ـ کاغذ ضد روغن و چربی ها

59 ـ کاغذ هیدرفیل                                         60 ـ کاغذ عایق

61 ـ کاغذ روزنامه                                            62 ـ کاغذ مجلات مصدر

63 ـ کاغذ کرافت اکسید سیمان                      64 ـ کاغذ نازک

65 ـ کاغذ پارافینی                                          66 ـ کاغذ پارچه ای ویژه گیشه سازی

67 ـ کاغذهای ویژه کارت بازی                      68 ـ کاغذ فشنگ سازی

69 ـ کاغذ فشنگ سازی                                  70 ـ کاغذ نوشتنی ساخته شده از مانیل

1 ـ 6 ـ کابرد کاغذ :

دو کارکرد اصلی کاغذ عبارت اند از انتقال اطلاعات و محافظت از کالا در جریان نقل و انتقال و توزیع . فرآورده های کاغذی انتقال اطلاعات عبارت انداز انواع کاغذ چاپ و تحریر ، روزنامه ، مجله ، کتاب ، برچسب ، نامه و صورت حساب . فرآورده های بسته بندی عبارت ند از جعبه های مقوایی ، قوطی ، پاکت ، کیسه ، ساک و زنبیل . غالباً کاربرد اطلاع رسانی و بسته بندی بر هم منطبق می شوند . همچنین بسته بندی کاغذی و کیفیت آن ، بر کالا جنبة تبلغی نیز دارد .

با توجه به کاربرد و شش دسته عمده کاغذ و مقوا تولید و مصرف می شود :

1 ـ چاپ و تحریر

2 ـ مقوای ساده و مقوای کنگره ای

• ـ روزنامه

4 ـ مقوای کارتن

5 ـ کاغذ و مقوای بسته بندی

6 ـ انواع کاغذهای بهداشتی ( مانند دستمال کاغذی )

همانگونه که در شکل 1 ـ 2 دیده می شود ، مقدار تولید همه انواع کاغذ ارقام بزرگی است.

جالبترین و غالباً پر ارزشترین فرآورده های کاغذی در دسته « سایر موارد » قرار دارد . مثالها در این دسته عبارتند از کاغذ چای کیسه ای ، صافی ها ، اوراق بهادار ، کاغذ فشرده ، کاغذ عایق و کاغذ سیگار [3] با توجه به آمار سال 192 بیش از 40% از تمامی کاغذهای تولید شده در جهان برای هدفهای ارتباطی و اطلاع رسانی مصرف می شود . ( روزنامه ، چاپ و تحریر ) و بیش از 50% برای مصارف بسته بندی و بهداشتی به کار می رود ، حدود 10% باقیمانده شامل کاربردهای ویژه مثل کاغذهای صافی و عایق سازی الکترکی در مبدلها و … است .

کاغذ کاهی و روزنامه :

کاغذی است که در خارج برای بسته بندی گوشت و یا میوه کم حجم به صورت پاکت استفاده می شود و سابقاً از کاه گندم ساخته میشد و زرد رنگ بوده است ، در حال حاضر کاغذ روزنامه و مجلات را بطور اشتباه کاهی می نمایند و نظر باینکه مصرف آن یکبار می باشد و بعدا از آن استفاده نخواهد شد احتیاج به مقاومت زیاد ندارد .

کاغذ ترن . مترو :

بلیط ترن و مترو بیشتر بصورت مقوائی ساخته می شود که بایستی استحکام و مقاومت داشته تا از نظر سوراخ کردن بلیط مقدور باشد و حجم کوچکی دارد و مقاومت آن در قبال کشش و پارگی مطرح نبوده و فقط استحکام آن مورد نظر است .

کاغذ آلبوم :

کاغذی است سیاه رنگ و یا دارای رنگهای مختلف که بایستی فشرده و محکم باشد . همچنین پارگی و کشش کمتر در آن اثر دارد .

کاغذ تصویر نقاشی :

اصولاً بصورتی ساخته می شود که بیشتر نقش تصویر و یا نقاشی در داخل خلاء آنها نمایان باشد . این کاغذ کمتر اطو می شود تا حالت لیزری روی سطح خود را حفظ کند .

کاغذ یادداشت :

این کاغذ به مقاومت زیادی احتیاج ندارد زیر جهت یکبار مصرف استفاده می گردد 

کاغذ نیمه کرافت :

در ساخت کارتن استفاده می شود و نظر باینکه مقاومت زیادی در برابر فشردگی و ضربات احتیاج دارد اغلب از خمیر نیمه شیمیائی ساخته می شود .

کاغذ دفاتر مدرسه :

جهت محصلین و استفاده از آن در امور تحصیلی بکار برده می شود و بایستی دوام بیشتر داشته باشد که مورد مطالعه و بهره برداری قرار بگیرد .

کاغذ جعبه کفش :

کاغذی است فشرده با چسب مخصوص که اغلب در سه قشر ترکیب می شود مانند جعبه دستمال کاغذی و یا جعبه کاغذ بهداشتی از دو قشر خمیر مکانیکی و یک قشر خمیر شیمیائی ساخته می شود .

کاغذ جلد دفاتر :

دفتر چه های مدارس امور بازرگانی احتیاج به قشر خمیر ضخیم دارد که مورد استفاده و مصرف باشد .

کاغذ درب و سقف ماشین :

کاغذی است که برای درب و سقف ماشین ساخته می شود . مقوائی است که به چسبهای اوره آغشته شده که در برابر نفوذ آب و شستشوی ماشین کاملا مقاومت داشته و آب در داخل آن نفوذ نکند و در حالت ظاهریش تغییری داده نشده و وضع خود را حفظ نماید .

در ضمن با ایزولاسیون در مقابل سرما ، گرما از انتقال ؛ صدا جلوگیری می کند .

کاغذ اسناد رسمی ، چک و تمبر :

کاغذی است بهادار که در مقابل زمان و پارگی مقاومت زیادی دارد .

کاغذ فشنگ شکاری :

این کاغذ باید بقدری فنریتن داشته باشد که در موقع خالی کردن فشنگ به بدنه تفنگ صدمه نرساند و با گلوله مخلوط نشود .

کاغذ کپی نامه :

کاغذ نازکی است که برای کپی نامه ها بوسیله کاغذ کاربن ساخته می شود . نازکی آن اغلب جهت بایگانی است تا حجم زیادی نداشته باشد .

کاغذ پاکت :

کاغذی است که برای خواربار و میوه استفاده می گردد و در مقابل پارگی مقاومت آنرا دارد .

کاغذ دوک :

نوعی از کاغذ ضخیم بوده که می بایست مقاومت زیادی در مقابل ضربه داشته باشد استفاده این کاغذ اغلب در ریسندگی و بافندگی می باشد و استحکام آن باعث می شود که یک دوک چند بار مورد استفاده قرار گیرد .

کاغذ چمدان :

عبارتست از مقوای بسیار فشرده که مانند کاغذ درب و سقف ماشین آغشته به چسبهای اوره جهت عدم نفوذ آب است سطح آن با غلطکهایی دارای نقش بخصوص و فرم و عکسهای مخلتف بطور برجسته و با لاک خصوص رنگ دار منقوش می گردد .

کاغذ پوشه :

کاغذی است که از نوع مقوای بسیار فشرده که در ما قبل پارگی مقاومت دارد و برای ساختن پوشه و دیگر موارد نیاز استفاده می گردد .

کاغذ کاربن :

کاغذی است بسیار نازک و نسبتاً محکم که با محلولی سیاه و آبی و چرب آغشته شده و جهت تکثیر تعداد نامه ها مورد استفاده قرار می گیرد .

کاغذ آبکش :

در مواقعی که برای نوشتن از جوهر استفاده می شود احتیاج به کاغذی می باشد که اضافه جوهر را خشک نماید بنابراین کاغذی ساخته می شود که الیاف نسبتا بلند و بدون چسب را دارد و خاصیت حداکثر جذب مایعات را داشته باشد .

کاغذ سیگار :

کاغذ بسیار نازکی است که از الیاف بلند ساخته شده و مواد شیمیائی مخصوصی در آن بکار می رود که سوخت آنرا کاملتر و مقدار قیر آنرا کمتر نماید 

فیلتر روغن :

فیلتر روغن از عایق و مقدار زیادی پنبه تشکیل شده و در صورتی که مواد خارجی وارد روغن شود آنرا تصفیه می نماید ، و در ساخت فیلتر عایق کاغذ حرارت داده می شود و با قیر داغ بکلی آغشته شده و پس از سرد شدن از نفوذ آب جلوگیری می نماید . و به این دلیل در قیرگونی و روی بامها از آن استفاده می شود و فیلتر روغن و عایق مانند کاغذ آبکش هیچگونه چسبی ندارد .

کاغذ کرپه :

کاغذی است که در روی ماشین کاغذ سازی به حالت کنگره ( موجدار ) تولید می شود . از خصوصیات آن مقاومت زیاد در مقابل ضربات می باشد و از آن در پاکتهای سیمانی و یا مواد دیگر استفاده می شود و در مواقع افتاده روی زمین منفجر نمی شود و بعلت موجدار بودن ، مانند کمک فنر ماشین تحمل ضربه را دارد .

کاغذ جعبه شیر :

دارای الیاف بلند چسب دارد پارافین شده می باشد که شیر در داخل آن عرضه می کند پارافین باعث آن می شود که محتویات آن از مواد آلوده خارجی مصون باشد .

کاغذ فیبر پرس پان :

کاغذی است بسیار فشرده و آغشته به مواد مخصوص که برای عایق بندی و همچنین جهت عدم نفوذ آب در روغن بکار می رود .

به مقاومت و کشش احتیاج دارد .

کاغذ تکثیر :

کاغذی است که خمیر چوپ مکانیکی در آن زیاد بکار رفته است و در ساخت آن چسب کمتر بکار برده می شود و می تواند در موقع تکثیر اسناد ماشین گستتنر جوهر را بلافاصله به خود جذب نماید تا جوهر به نسخه دوم سرایت نکند .

کاغذ دوبلکس :

این کاغذ حالتی مقوائی و پنبه ای دارد مانند جعبه دستمال کاغذی و دیگر جعبه های بهداشتی که در دو قشر ساخته می شود . قشر اولی آن که از الیافت ارزان مانند خرده کاغذ یا خیر چوب و قشر بالائی از آن از خمیر گران با الیاف بلند سفید که قابلیت چاپ عالی را دارد . قشر اول مقاومت جعبه را تامین می کند و قشر دوم برای نمای ظاهری و چاپ است که ترکیب این دو قشر حالت تخته سه لائی دارد .

کاغذ مجله :

مانند کاغذ روزنامه می باشد لکن نظر با اینکه مجله مورد استفاده عموم می باشد درصد الیاف آن بیشتر از کاغذ روزنامه است تا مقاومت آن در مقابل پارگی تامین شود .

کاغذ دوبله آلومینیوم :

کاغذی است نازک و مقاومت که با قشر آلومینیوم نازک چسبانده شده و برای پیچیدن مواد دارای چربی و مواد غذائی دیگر بکار برده می شود .

کاغذ عکاسی :

این کاغذ باید هم مقاوم بوده و هم فشرده باشد که عکس حالت تابندگی کمتر داشته و همچنین مقاومت بیشتری داشته باشد .

کاغذ بهداشتی :

دارای الیاف بلند و آبگیر جهت خشک کردن دست و صورت .

کاغذ پاکت میوه :

کاغذی است از نوع گرافت و مقاومت و دارای الیافی بلند است در مقابل پارگی مقاومت دارد و محتویات داخل پاکت را حفظ می کند تا پاره نشود .

کاغذ سمباده :

کاغذی است دارای الیاف بلند و مقاومت زیاد در مقابل پارگی که یک سطح آن مواد سیلیسی آغشته به چسب می باشد و پس از خشک شدن برای سائیدن چوب و زنگ آهن استفاده می شود .

کاغذ کارت جغرافیائی :

کاغذی است دارای الیاف بلند و مواد شیمیائی مخصوص که در حالت رطوبت مقاومت فوق العاده ای در برابر پارگی دارد .

کاغذ کرافت کارتن :

کاغذی است ساخته شده از الیاف بلند چوب نوعی درخت سوزنی کاج که احتیاج به مقاومت در برابر کشش و پارگی دارد . این کاغذ در ترکیب جعبه کارتن مرکب از سه قشر است ، قشر داخلی و خارجی و در میان دو قشر آن کاغذ نیمه کرافت که مقاومت در برابر ضربات را دارد تشکیل می دهد .

کاغذ کامپیوتر :

کاغذی است بسیار سخت و فشرده که جهت سوراخ کردن کامپیوتر و استفاده مکرر برای دادن آمار و اطلاعات کامپیوتری بکار می رود .

و...

NikoFile

دانلود پایان نامه پزشکی درمورد لیزر

اختصاصی از فایلکو دانلود پایان نامه پزشکی درمورد لیزر دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

لیزر

لینک پرداخت و دانلود *پایین مطلب*

فرمت فایل:Word (قابل ویرایش و آماده پرینت)

تعداد صفحه:224

فهرست مطالب :

پیشگفتار.......................................................................... 1

مقدمه.................................................................................. 3

تاریخچه لیزر....................................................................... 5

تعریف لیزر.............................................................................. 6

فیزیک لیزر................................................................................. 8

مبانی نظری لیزر....................................................................... 49

انواع لیزر............................................................................... 84

معرفی لیزرهای توان پایین............................................................. 92

اثرات لیزرهای کم قدرت............................................................... 161

مکانیسم برهمکنش بافت – لیزر..................................................... 171

درمان فتودینامیک...................................................................... 182

مقایسه لیزرهای توان بالا با لیزرهای توان پایین..................................... 200

روش های کاربرد لیزر توان پایین....................................................... 239

رویکرد بالینی لیزرهای توان پایین...................................................... 242

کاربرد در فیزیوتراپی..................................................................... 244

کاربرد در دندانپزشکی................................................................... 281

کاربرد در پزشکی (افتالموژی – اورولوژی – دستگاه گوارش – دستگاه تنفس)......... 293

کاربرد در پوست و اعصاب............................................................... 296

عوارض احتمالی درمان با لیزرهای کم توان............................................ 310

سایر روش های درمان بالینی........................................................... 313

خطرات جانبی لیزرها و نکات ایمنی و حفاظتی...................................... 315

نتیجه گیری..................................................................... 325

مراجع...................................................................................... 326

چکیده :

پس از ستایش بی پایان خداوند یکتا, این مقاله حاصل نیاز به رساله ای جامع در مورد نتایج نوپای لیزر laser است که با بهره گیری از مکتوبات علمی- تخصصی و نتایج کنفرانس ها و مقالات متعددی که در طی چندین سمینار در زمینه کاربرد لیزر توسط دانشمندان و محققین و کلیه صاحبنظران ارائه شده است محقق گردیده است.

در این نوشتار سعی شده با جمع آوری اطلاعات و دانسته های جدید علمی و عملی در مورد کاربردهای لیزر در پزشکی و خصوصاً در فیزیوتراپی, در حد توان سعی شده است که این پدیده نوین معرفی گردد. هدف اصلی از ارائه این تحقیق جمع آوری و تعمیم مفاهیم در خصوص لیزرهای کم قدرت Low Power laser‌ که با توان خروجی پایین کار می کنند (حدود میلی وات) که اثر حرارتی ندارند و همینطور شرح پدیده های فیزیکی و اثرات غیرحرارتی مربوط به آنها و همینطور تأثیرات این لیزرها بر بدن و متعاقب آن، فراهم آوردن رهیافتی به ریشه و اساس متقابل بافت- لیزر است. ضمن اشاره به پدیده هایی که با نور و ماده سرکار دارند از قبیل بازتاب، جذب, پراکندگی که بیشتر جنبه فیزیکی آنها مورد بحث است و در هر مورد توجه خاصی به عملیات ریاضی اجتناب ناپذیر است. بنابراین با شرح اصول لیزرها و روش های کاربرد بالینی آنها و بیان انواع لیزرها و همینطور در مورد ایمنی لیزر و حفاظت چشم و محاسبات و اندازه گیری های مربوط به لیزر بحث خاتمه خواهد یافت.

البته امید است اساتید و همکاران گرامی, این تحقیق را با وجود تمام نقائص و کاستی هایش به عنوان هدیه ای ناچیز پذیرفته باشند تا این مقاله بعنوان شروعی برای امید به ثمره یک تلاش بی وقفه تلقی گردد.

از خوانندگان گرامی خواهشمندیم که اشتباهات موجود را به اینجانب متذکر شوند تا در رفع آنها اقدامات لازم مبذول را بدارم. اینجانب در تکمیل و تصحیحی مطالب مستتر در این تحقیق از راهنمایی استاد ارجمند آقای دکتر سیدمحمودرضا آقامیری و سایر اساتید محترم بهره گرفته ام و بدینوسیله از کلیه کسانی که مرا راهنمایی کرده اند صمیمانه سپاسگزاری می نمایم. ضمناً از همکاری پژوهشکده لیزر و سایر بخش های مربوطه در دانشگاه شهید بهشتی قدردانی می کنم.

لیزر.... از اعجاز آمیزترین موهبتهای طبیعت است که برای مصارف گوناگون سودمند است. و یکی از پدیده های شگرف قرن بیستم کشف و توسعه لیزر (laser) است. قرن بیستم را شاید بتوان به جای قرن اتم و یا قرن ماشین, «قرن لیزر» هم نامید. این اختراع شگرف و پردامنه فیزیکی روز به روز توسعه بیشتری می یابد و کاربردهای آن در زمینه های مختلف بسیار متعدد است. در حوزه پزشکی نیز در حال حاضر لیزرها در درمان انواع مختلفی از بیماریها شرکت داده می شوند. اگرچه لیزرهای بالینی جدید و کاربردهای آنها احتمالاً در حال گذران دوران نوباوگی پزشکی لیزری هستند ولی در آینده نه چندان دور لیزرهای دیگری پدید خواهند آمد که جایگاه خود را در بیمارستانها و مراکز پزشکی خواهند یافت بنابراین تحقیق علمی آینده به اندازه کاربردهای بالینی حاصل از آن, زیربنایی خواهند بود.

به علت تنوع سیستم های لیزر موجود و تعداد پارامترهای فیزیکی آنها و همینطور علاقه چندین گروه تحقیقاتی در واقع انواع مختلف لیزر بصورت ابزار بی رقیبی در پزشکی مدرن درآمده اند و اگرچه کاربردهای بالینی در ابتدا محدود به چشم پزشکی بوده اند، ولی امروزه قابل ملاحظه ترین و جاافتاده ترین جراحی لیزری در خصوص انعقاد خونریزی عروق با استفاده از لیزر یون آرگون Ar+ است. لذا تقریباً تمام شاخه های جراحی پزشکی معطوف به این قضیه شده اند. البته نباید این گفته را به عنوان انتقاد برشمرد ولی اشکالات زیادی در برخی از موارد ایجاد شده است،‌ بخصوص در زمینه تحریک زیستی biostimulation. لذا به نظر این بنده حقیر لازمست برای کسب پیروزیهای جدید، محققان عزم خود را در سایر زمینه ها پژوهش پزشکی لیزر و تکنیک های فنی و حرفه ای مربوط به آنها نیز مجدانه جذب کنند و در پی وسعت دادن ابعادی به این امر مهم باشند. البته در کل، بسیاری از تکنیکهای لیزری واقعاً مفید، که از لحاظ بالینی محقق شده اند، به کمک انواع دانشمندان قرن حاضر توسعه یافته اند. این روشهای معالجه توسط محققان دیگر تأیید شده و در مجلات علمی معتبر به نحوه مناسب به نوشتار درآمده است. حتی اخیراً در رابطه با کاربردهای اولیه لیزر که اساساً بر نتایج درمانی متمرکز شده بودند, چندین روش جالب تشخیصی نیز اضافه شده است. برای نمونه می توان تشخیص تومورها توسط رنگهای فلورسانس و یا تشخیص پوسیدگی دندان بوسیله تحلیل طیف سنجی بارقه پلاسمایی حاصل از لیزر را نام برد.

همانطور که میدانیم در اواخر دهه 1960 لیزر در زمینه های پزشکی بکار رفت. امروزه تعداد بسیاری از روش های کاربرد لیزر در سراسر جهان بکارگرفته می شود. بیشتر این روشها متعلق به خانواده جراحی با کمترین تهاجم (MIS) minimally invasive surgery می باشند. این اصطلاح جدید که در دهه حاضر پدید آمده است به تکنیک های جراحی ای اطلاق می شود که در آنها تماس با بدن و خونریزی صورت نمی گیرد. لذا این دو مشخصه بطور عمده باعث شده اند که لیزر به عنوان یک تیغ جراحی و وسیله درمان جهانی بکار گرفته شود. در واقع بسیاری از بیماران و همچنین جراحان بر این باورند که لیزر وسیله ای اعجاب انگیز است. البته این شیوه تفکر منجر به نگرشهای گمراه کننده و توقع های نابجا نیز شده است. در حقیقت قضاوت دقیق در مورد پیشرفتهای جدید همیشه لازم است. مثلاً وقتی که یک روش درمان توسعه لیزر معرفی می شود, تا هنگام تأیید شدن آن توسط مطالعات مستقل دیگر، نباید مورد قبول واقع شود. اثرات ناشی از لیزر همانطور که می دانیم بسیار متعدداند. بیشتر آنها را می توان بطور علمی توضیح داد. البته برخی اثرات که برای یک درمان ویژه مفید هستند, برای موارد دیگر ممکن است خطرناک باشند بعنوان مثال گرم کردن یک بافت سرطانی توسط پرتوی لیزر می تواند منجر به اثر مطلوب نکروز (تخریب) تومور شود. و بالعکس بکار بردن پرتوی لیزری برای قطع خونریزی شبکیه چشم با پارامترهای فوق، می تواند منجر به سوختن خود شبکیه و نابینایی غیرقابل برگشت شود. به هرحال با توجه به تسهیلاتی که پدیده لیزر در امر تشخیص و درمان در علم پزشکی فراهم نموده, آینده روشن تری را می توان برای نسل بشر پیش بینی کرد.

تاریخچه لیزر:

اساس لیزر در سال 1960 با ساختن لیزر یاقوت توسط مایمن (Maimen) شناخته شد. این اکتشاف ابتدا به ساکن اتفاقی نبوده, بلکه خود دنباله ای از مجموعه جریانات و تحولات علم فیزیک به شمار می آید و محصول پژوهش های پیگیر دانشمندانی که سالهای متمادی دورتر از آن, در این زمینه کندوکاو می کردند, محسوب می شود. دانشمندانی از قبیل «وبر»، «تاونز»، «انیشتن»، «باسوف»، «پروخوف»، «میمن» و سایرین بر مبنای این نظریه بود که در سال 1954 تاونز و شاگردانش اولین تقویت کننده نور را بوسیله نشر تابش برانگیخته در دانشگاه کلمبیا ساختند.

Microwave Amplification by stimulated Emission of Radiation (MASER)

اساس نظری لیزر از سال 1917 توسط آلبرت انیشتن (Einstein) شناخته و بیان شد. اما امکان تولید پرتوی لیزر بین سالهای 1957 تا 1960 تحقق یافت. بعداً در سال 1954 یک گروه از محققین در آمریکا تحت مدیریت تاونز و بر اساس تئوری انیشتن، اولین تقویت کننده نور برانگیخته را با استفاده از مولکولهای آمونیاک مورد آزمایش قرار دادند و بالاخره اولین دستگاه میرز Maser با فرکانس (حدود Hz1011× 3/2) هرتز ساخته شد. در سال 1958 شاولو (schawlow) به اتفاق تاونز ضمن یک مطالعه مشترک نظری امکان به کاربردن یک میزر با فرکانس در ناحیه اپتیکی (حدود فرکانس های نور مرئی) را تحقق بخشیدند و آنرا لیزر «Laser» نامیدند و بالاخره در سال 1960 اولین دستگاه لیزر توسط میمن (Maimen) با استفاده از کریستال یاقوت (Rubylaser) که در درمان گلوکوم استفاده شد، ساخته شد. پس از مدت کوتاهی, پروفسور علی جوان دانشمند ایرانی و همکارانش اولین لیزر گازی هیلیوم نئون,‌ در ناحیه مادون قرمز I.R. (نزدیک μm5/1 میکرومتر) را مورد بهره برداری قرار دادند و از سال 1960 تا کنون عده بیشماری از دانشمندان و محققین جهان، با هزینه

سالیانه میلیاردها دلار, برای تحقیق روی دستگاه های مختلف لیزر و نیز کاربردهای آن کوشش کرده اند.

لیزر یک پدیده بزرگ زمان ماست. موارد کاربرد ویژه خود را دارد و اثر آن عاری از عوارض جانبی هم نیست. همیشه نمی تواند جای روش های جراحی و دارویی یا رادیوتراپی را بگیرد. با این همه اگر آنرا معجزه قرن بیستم بنامیم, گزاف نگفته ایم.

تعریف لیزر:

واژه لیزر مخفف Light Amplification by stimulatesd Emission of Radiation است و اساس کار آن در واقع نشر برانگیخته تابش و گسیل کردن نور برانگیخته که برای تقویت امواج پر فرکانس استفاده می شود. پرتو لیزر ماهیتاً همان فوتون ها یا ذرات نورانی هستند که این فوتونها بعد از گردهمایی و دسته شدن و هم راستایی، تشکیل یک دسته اشعه پیوسته و بسیار قوی را می دهند. بنابراین دستگاه لیزر مولد نور و حکم یک منبع تابش کننده را دارد و شامل یک قسمت تقویت کننده نور که بصورت گاز,‌ مایع, جامد و یا نیمه رسانا و همینطور قسمتی دارای آینه هایی است که اینها نقش تشدید کننده اپتیکی را ایفا می کنند. این تشدید کننده را کاواک و یا حفره لیزری می نامند در واقع امواج تختی که بردار انتشارشان عمود بر سطح آینه هاست, در اثر رفت و برگشت بین در آینه, امواج ساکنی را تشکیل می دهند بنابراین یک لیزر را نوسان کننده چند مدی نیز می نامند یعنی علاوه بر مدهای طولی در یک کاواک لیزر, مدهای عرضی نیز وجود دارد که از نظر شدت پرتویی و فرکانس متغیرند. شدت پرتویی یعنی همان توزیع فضایی که در آن بهره لیزری دارای گستردگی فرکانسی است که به قسمت تقویت کننده بستگی دارد و هرچه پهنای فرکانسی بیشتر باشد

تعداد مدهای طولی که به نوسان در می آیند بیشتر خواهند بود. لیزری که تنها در یک مد طولی نوسان کند به آن لیزر تک مدی گویند که از طریق گذاشتن یک میان بند توزیع میدان الکتریکی در کاواک مشخص می شود.

هر دستگاه لیزر از (1) یک محیط فعال, (2) یک سیستم منعکس کننده (تشدید کننده های لیزری) (3) و یک سیستم دُمِش تشکیل شده است

فیزیک لیزر:

قبل از شرح قسمتهای مختلف یک دستگاه لیزر, لازمست مختصری در مورد فیزیک اتمی و پدیده جذب و گسیل یادآوری گردد. در مورد فیزیک لیزر هر اتم بسته به ترتیب و نظم الکترونهای آن روی مدارات آن, دارای انرژی خاصی است کمترین میزان انرژی ممکن برای یک اتم در سطح پایه Eo است که الکترون ها به هسته نزدیک هستند. در واقع میزان این انرژی وقتی تغییر می کند که یک الکترون از مدار خود به مدار مجاورش جهش کند. بنابراین,‌ یک اتم وقتی دست خوش تغییر وضعیت انرژی می شود که یا به آن فوتون اعمال کرد و یا در اثر اصابت یک الکترون به آن, موجب تحریک شویم یعنی از آنجایی که فوتون یک ذره نورانی عاری از وزن و بار الکتریکی است وقتی این فوتون که با سرعت نور C‌ حرکت می کند و دارای انرژیE, که به فرکانس تابش بستگی دارد, E=h که h همان ثابت پلانک است, در برخورد با اتم جذب آن شده و آن اتم را به حالت تحریک شده یعنی سطح انرژی E1 انتقال می دهد بنابراین اگر انرژی فوتون یک اشعه حادث (محرک) E باشد اختلاف انرژی دو سطح اتم برابر با آن خواهد بود یعنی E1- E= E0

بنابراین در حالت تحریک شده اتم ثباتی ندارد و خودبخود در پایان یک زمان معین به حالت اولیه خود بر می گردد یعنی از یک سطح انرژی بالاتر به یک سطح انرژی پایین بر می گردد و در طی همین گذر یک فوتون آزاد میکند و به حالت اولیه خود بر می گردد.

پس این انرژی جذب کرده از فوتون اشعه حادث را به صورت فوتون با همان فرکانس آزاد می کند این پدیده را گسیل خودبخودی Spontaneous Emission می گویند بنابراین انتشار نور زمانی صورت می گیرد که ذرات منتشر شده از یک سطح بالاتر به یک سطح پایین تر انرژی بروند چون معمولاً آنها در حالت اصلی خود Fondamental state و با انرژی حداقل بسر می برند حال برای آنکه الکترون به تراز بالاتر برود, انرژی فوتون اشعه حادث باعث این ارتقاء می شود ولی اتم تمایلی ندارد در این حالت باقی بماند پس در بازگشت خود به حالت انرژی حداقل, فوتون را آزاد می کند که این فوتونها به صورت تابشی نورانی پس داده می شوند. این عمل دریافت انرژی پس داده شده توسط اتم را جذب گویند.

می دانیم بر طبق قانون بولتزمن, مولکولها و اتمها در پایین ترین سطح الکترونی هستند و برای ایجاد یک انتشار نورانی لازمست اتم را تحریک نمود تا یک نوع وارونگی جمعیت Population Inversion به دست آید این تحریک همانطور که گفته شد توسط فوتون یک اشعه حادث با انرژی E صورت می گیرد. بنابراین در یک انتشار نورانی از یک فوتون, دو فوتون به دست می آید که هر کدام از اینها به نوبه خود با یک اتم تحریک شده دیگر برخورد خواهند کرد و در نتیجه, چهار فوتون مشابه تولید خواهند کرد و این تسلسل به میزان و تعداد اتمهای معکوس شده ادامه می یابد پس بدین طریق انرژی اولیه تقویت قابل ملاحظه ای پیدا خواهد کرد و از آنجایی که فوتونهای آزاد شده دارای فرکانس و فاز و جهت یکسان هستند, منجر به پدیده تشعشع تحریک stimulated Emission می شود که وقتی در یک کاواک یا حفره لیزری قرار گیرد, نور کاملاً یکرنگ و هدایت شده بوجود خواهد آمد.

نکته قابل توجه اینست که باید ماده ای انتخاب شود تا ضریب تقویت آن بالا باشد تا در نتیجه, با وجود تلفات انرژی, بتواند انرژی مفید قابل توجهی ایجاد کند. حال برای تفسیر کامل مطالب فوق یعنی نحوه تولید نور لیزر, ابتداً قسمتهای اصلی یک دستگاه لیزر را بررسی می کنیم:

(1) محیط فعال Active Medium: این محیط دارای ماده واسط که ماده اصلی قابل یونیزه شدن است تا بتوانند توسط تشعشع تحریکی از یک منبع نوری انرژی گرفته و اشعه نورانی تولید کند، این ماده را ماده فعال نیز می نامند. اتمهای این ماده فعال قابل تحریک و معمولاً یک یا دو کوانتوم انرژی بیشتری از اتم در حالت اصلی خود دریافت کرده اند و به حالت نیمه پایدار Meta stable state می رسند و در این حالت به مدت نسبتاً طولانی باقی می مانند تا بقیه اتم های این ماده نیز تحریک شده و در نتیجه تعداد اتم های تحریک شده از اتم های سطح زمینه بیشتر شود که این همان وارونگی جمعیت Population Inversion چون این اتم های تحریک شده تمایل به بازگشت به سطح اولیه خود را دارند به محض بازگشت اتم به حالت عادی, انرژی دریافت کرده را به صورت فوتون آزاد می کند که بصورت گسیل خودبخود (spontaneous Emission) از آن یاد می برند. زیرا این فوتون به طریق آزادسازی خودبخودی (فلورسانس) پدید آمده است.

براساس این روند فوتون آزاد شده از یک اتم,‌ در برخورد با اتم تحریک شده دیگر, باعث پیدایش دو فوتون مشابه می شود. به همین طریق فوتون های پدید آمده, در برخورد با دو اتم تحریک شده و دیگر, سبب ایجاد چهار فوتون شده و این روند به طور تصاعدی ادامه پیدا می کند و منجر به تولید فوتون های بسیاری می گردد که این پدیده را گسیل تحریکی stimulated Emission می نامند. بنابراین مجموع بسته های انرژی فوتون ها که دارای فرکانس و فاز و جهت یکسان هستند، همان طیف نور لیزر را تشکیل می دهد. چون کوانتوم های انرژی مساوی است, طول موج حاصل نیز, همرنگ و بستگی به نوع ماده فعال یعنی سطوح انرژی لایه های خارجی الکترونی آن دارد. در واقع نوع ماده فعال مورد استفاده, مقدار انرژی فوتون یا طول موج آن را تعیین می کند.

(2) تشدید کننده لیزری Laser Medium فوتون های جاری به موازات محور اپتیکی به آینه تمام بازتابان که در انتهای محیط فعال تعبیه شده برخورد و منعکس می شود در نتیجه فوتونها به داخل محیط فعال رانده می شوند تا با برخورد با اتم های تحریک شده دیگر در ایجاد فوتون های جدید شرکت کنند. فوتون گسیل شده از طرف دیگر محیط فعال که دارای آینه نیمه شفاف می باشد به خارج منتشر می شود (آینه نیمه بازتابان).

قسمتی از فوتون ها که در جهت محور محفظه حرکت نمی کنند به دیواره اطراف برخورد کرده و انرژی خود را بصورت گرما به اطراف آزاد می کنند و از دور فعالیت خارج می گردند.

(3) سیستم دمش (Pumping) در واقع بعنوان یک منبع انرژی برای آماده ساختن (پمپاژ) ماده فعال و تزریق انرژی به اتم ها و مولکولهای آن استفاده می شود و با روش هایی که به صورت پمپاژ نوری (Optical pumping) و یا پمپاژ شیمیایی (chemical Pumping) و یا پمپاژ حرارتی (heat Pumping) و یا پمپاژ الکتریکی (electrical Pumping) استفاده می شود. در مورد آخری، پمپاژ برقی توسط تخلیه الکتریکی فوق العاده شدید در مخزن گازی صورت می گیرد. این تخلیه، اتم ها و مولکول های گاز را به الکترون های فعال تبدیل نمود. تراکم فشرده تر در تراز بالا را سبب می شود. برخورد Collision اتم ها و مولکولها گاز به خاطر اینکه موجبات تشدید (رزونانس) انرژی می شود از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در اثر پمپاژ ماده فعال در حفره لیزری (کاواک), دسته طیف نورانی لیزر تولید می شود که حفره را از طریق آینه نیمه بازتابان در می نوردد. یعنی به محض اینکه پمپاژ شروع می شود مقدار زیادی از اتم ها از مخزن لیزر حالت تهییجی خود را افزایش می دهند. نشر تابش در تمام جهات صورت می گیرد و نور صادره بوسیله بازتاب های متعدد آینه های موازی ابقاء و حفظ می شود و شدت آن از طریق پدیده نشر برانگیخته افزایش پیدا میکند. این نشر برانگیخته با هر عبور طول موج از حفره لیزر به مقیاس فزاینده ای می رسد و بین تابشی که حفره از طریق آینه نیمه بازتابان می نوردد و میزان پمپاژ برای ایجاد تراکم معکوس population Inversion به سرعت تعادل برقرار می شود و این اشعه تولید شده صفات ممیز ای چون همدوسی و تکفامی از خود نشان می دهد. البته نسبت توان اشعه به توان پمپاژ را بازده لیزر (Efficiency of laser) تعریف می کنند.

ویژگی های اصلی نور لیزر:

الف) تکفامی نوری (monochromatical) بستگی به طول موج ویژه هر لیزر و میزان خلوص آن دارد که در سایر منابع نورانی دیگر وجود ندارد مثلاً در یک چشمه نور عادی با شدت زیاد از آنجایی که انرژی آن در محدوده وسیعی از طول موجها توزیع گردیده است, نمی تواند نور تکفام با شدت زیاد بدست آورد. در اصل اشعه لیزر در یک محدوده فرکانسی مشخص، منتشر می شود که بستگی به نوع ماده, محیط فعال لیزر و فضای تشدید کننده آن دارد.

ب) همدوس (coherence) بستگی به فاز آن دارد یعنی تمامی فوتون های تشکیل دهنده یک دسته اشعه به طریق منظم و با یک فاز منتشر می شوند. در اصل قسمت عمده منابع نوری مورد استفاده حاصل گسیل خودبخودی است اما در نور لیزر, که از طریق پدیده گسیل القایی Stimolated Emission تولید می شود, کوانتومها (اتم ها- مولکولها و یونها) همه دقیقاً همزمان در یک راستا انتشار می یابند و دقیقاً هم فازند پس بنابراین همدوسند (coherent). البته در موردی که کوانتومها راستاهای مختلف و اختلاف فاز داشته باشند, ناهمدوسند. (noncoherent).

وقتی می گویم نور لیزر همدوس است یعنی کوانتومهای آن دارای هماهنگی کامل و امواج آن هم فازند پس طول موج یکسان آنها باعث تکرنگی و کوانتومها انرژی مساوی دارند پس این نور در یک راستا و موازی است.

در مورد نمودهای تابش TEM(Transvers-electromagnetic) می دانیم تمام لیزرها انرژی را بصورت یک باریکه موازی نور, که توزیع شدت در ستون اشعه آن یکسان است, صادر می نمایند (البته اگر اختلافی باشد اساساً مربوط به محیط تحریک شده و یا تشدید کننده و غیره دارد.) وقتی حداکثر تابش در مرکز صفحه عمود بر محور توزیع تابش Propagation Axis, وجود دارد تابش به صورت نمود اصلی(fondmental mode) TEM0,0 نمایانده می شود. در واقع ناپدید شدن تدریجی شدت بصورت گوسی است, در حالیکه برای نمودTEM0,1 (higher order mode) (donut mode) دو کوهانه با تعقر در می آید. اثر تابش در این حالت بر محور اصلی، حداقل و با افزایش شعاع از این محور، در روی دایره ای که مرکز آن بر محور منطبق است، به حداکثر می رسد. در عمل اندازه لکه نورانی (Spot size) بر مبنای فاصله شعاع این دایره نورانی از مرکز منطبق با محور اصلی ارزیابی می شود برای کاربرد جراحی باید اشعه لیزر را برای کسب چگالی با توان بالا کانونی تر نمود یعنی شعاع کانون حداقل که بر مبنای منحنی گوسی از رابطه :

فاصله کار اشعه                                            

طول موج λ

قطر عدسی تمرکز دهنده Dدر واقع برهمکنش کیفی تابش الکترومغناطیس با ماده صرفاً فرکانس تابش بستگی دارد و به شدت تابش بستگی ندارد یعنی هرچه تابش ها پر انرژی تر باشند قدرت نفوذ در بافت بیشتر می شود مثل اشعه γ و اشعه x.

اما هر چقدر طول موج تابش افزایش یابد، انرژی آن رو به کاهش می گذارد و برهمکنش با پیوندهای ملکولی منجر به شکستن پیوندهای مولکولی بافت و یونیزه شدن آن نمی شود و اثرات غیر حرارتی آن مهیا می شود. در مورد برهمکنش کمی که بستگی به شدت تابش انرژی کل صرف شده در بافت و میزان ذخیره انرژی در طول موج تابش دارد، همانطور که قبلاً نیز گفته شد هنگام برخورد پرتوی لیزر به بافت بیولوژیک برهمکنش هم به پارامترهای لیزر و هم به خواص اپتیکی بافت (که عبارت بودند از بازتاب، پراکندگی، جذب که اشتراکاً عبور را تعیین می کنند) بستگی دارد.

اگر بخواهیم در مورد جذب و پدیده استهلاک طول موج گفته باشیم، فرض می کنیم شدت ستون اشعه موازی It که به لایه نازکی از یک بافت با ضخامت x برخورد نماید.

اگر Ir بخش بازتاب یافته و Io بخش جذب شده و I بخش عبور کرده باشد حاصل:

It-Ir=I

ضمن اینکه رابطه بین I و Io بصورت: I=Io×10-αx که در آن ضریبα ثابت یا همان ضریب جذب که متناسب با طول موج تابش و ترکیب فیزیکی و شیمیایی بافت جذب کننده است. حال وقتی ضخامت صفحه  باشد شدت تابش عبور یافته بصورت:

یعنی 90% درصد تابشی که به بافت رخ می دهد در ضخامت جسم جذب می گردد. در واقع ضخامت L مانند α، به خصوصیات جذبی ماده مربوط می شود و «استهلاک طول موج» خوانده می شود. هرگاه ضخامت 2L باشد صفحه دوم با ضخامت L، 90% از 10% را که به آن برخورد می کند، جذب خواهد کرد و یک درصد از اشعه اصلی باقی می ماند که آن را از خود عبور می دهد. اگر سه استهلاک طول موج 3L فرض شود عملاً اشعه ای برای تابش نخواهد ماند که از این صفحات عبور کند.

معمولاً امواج طیف نور لیزر در عبور از یک بافت، بخاطر عدم تجانس در مواد تشکیل دهنده بافت های زنده، در ستون موازی اشعه حالت توازی خود را از دست می دهند و تغییر جهت می دهند. این انحراف در تمامی جهات صورت گرفته و تابش با حجم بیشتر به صورت مخروطی است و نه استوانه ایی، که به آن تفرق می گویند. تفرق زمانی بالا خواهد بود که ماده غیرمتناجس و جذب ماده پایین باشد. در عمل بدلیل پدیده جذب در طی برهمکنش، بافتی که در معرض انرژی تابشی لیزر است، براساس خصوصیات جذبی و تفرق، حجمی از بافت تعیین می گردد که به آن حجم بحرانی (Vcr) (Critical volume) اطلاق می گردد. Vcr استوانه ای است دارای مقطع عرضی در ستون اشعه در طولی که برای استهلاک طول موج لیزر می باشد یعنی:                                   =A×L Vcr

مثلاً در مورد لیزر Nd:YAG شکل Vcr، بدلیل طول موج این لیزر، پیچیده و تفرق آن زیاد است و شدت اشعه بالاست یعنی می توان آنرا همانند استوانه ای در نظر گرفت که در ازای آن استهلاک طول موج مؤثر Leff و سطح مقطع متوسط Aavv آن چندین برابر سطح مقطع ستون اشعه می باشد. در شرایطی که ستون اشعه لیزر دارای سطوح مقطع یکسان و دارای توان برابری باشند، لیزر Nd:YAG برای توده های حجمی بزرگتر بافت، گرما زا بوده و تأثیر متناسب بر جای می گذارد.

در لیزر از سه پدیده اساسی که نتیجه برهمکنش موج الکترومغناطیسی (em) با ماده‌اند، استفاده می‌شوند. این سه فرآیند به ترتیب عبارتند از گسیل خودبخود، گسیل القایی و جذب.

1ـ گسیل خود بخود: در یک اتم دو تراز 1 و 2 با انرژی‌های E1 و E2 را در نظر می‌گیریم که اگر تراز 1 پایه در نظر گرفته شود، در این حالت E2 < E1 است. اکنون فرض می‌کنیم اتمی از ماده ابتدا در تراز 2 باشد، از آنجایی که E2>E1 ، اتم به فروافتادن به تراز 1 پایه گرایش پیدا می‌کند. بنابراین اختلاف انرژی hv=E2-E1 آزاد شود وقتی این اختلاف انرژی بصورت منبع الکترومغناطیسی گسیل شود آنرا گسیل خودبخود یا تابشی می‌گویند فرکانس موج تابش‌شده از رابطه زیر بدست می‌آید که درآن h ثابت پلانک است البته ما در کل دو طریق فرو افت داریم: فروافتی که اتم از تراز 2 به تراز 1 بدون تابش صورت می‌گیرد و همینطور فروافتی که با تابش همراه است. در صورتی که بدون تابش باشد ممکن است بصورت انرژی جنبشی، چرخشی و یا الکترونی ب

مولکولهای محیط منتقل شود) پس آهنگ فروافت N2 تعداد اتم در واحد حجم مربوط به تراز 2، در تراز پایه را بصورت:

که در آن A ضریب اینشتن و طول عمر گسیل خودبخود است. در این پدیده رابطه فازی معینی بین موج گسیل شده از یک اتم و موجی که از اتم دیگر گسیل می‌شود وجود ندارد و امواج در کلیه جهات گسیل می‌شوند.

2ـ گسیل القایی: مجدداً فرض می‌کنیم اتم در ابتدا در تراز 2 قرار گرفته، اگر موج الکترومغناطیسی با فرکانس فرودی بر اتم فرود آید که این فرکانس برابر فرکانس گسیل خودبخود باشد این احتمال وجود دارد که این موج، اتم را به گذار 1à2 وا دارد.در این مورد اختلاف انرژی E2-E1 آزاد شده به صورت موج الکترومغناطیسی به موج فرودی افزوده می‌شود. این پدیده را گسیل القایی می‌نامند بنابراین چون در این فرآیند اعمال موج الکترومغناطیسی فرودی صورت می‌گیرد، گسیل هر اتم بصورت همفاز با موج فرودی خواهد بود ضمن اینکه به آن نیز افزوده میشود بنابراین موج فرودی جهت موج گسیل را نیز تعیین می‌کند پس داریم: که آهنگ گذارهای 1à2 در نتیجه گسیل القایی است و W21 احتمال گذار القایی نامیده می‌شود که بر خلاف ضریب A ، نه تنها به گذار بخصوصی بستگی دارد، بلکه به شدت موج الکترومغناطیسی فرودی نیز بستگی دارد. یعنی برای موج تخت الکترومغناطیسی‌ داریم که در آن F شار فوتون موج فرودی و کمیتی است که دارای ابعاد سطحی و به آن سطح مقطع گسیل می‌گویند و تنها به گذار موردنظر بستگی دارد.

3ـ جذب: اکنون فرض می‌کنیم اتم ابتدا در تراز 1 پایه باشد. میدانیم اتم در این تراز باقی می‌ماند مگر آنکه نیرویی خارجی به آن اعمال شود. اگر موج الکترومغناطیس با فرکانس به ماده برخورد کند احتمال اینکه اتم از تراز پایه به تراز بالاتر 2 برود معین است پس اختلاف E2-E1 مورد احتیاج اتم برای این گذار از انرژی موج الکترومغناطیس فرودی تأمین می‌شود پس آهنگ جذب W12 :

ضمن اینکه احتمال گذار جذب نامیده میشود که در آن سطح مقطع جذب که فقط به نوع بخصوص‌گذار بستگی دارد.

نتایج هر سه فرآیند به قرار زیر است:

1ـ در گسیل خودبخود، اتم از تراز 1à2 فرو می‌افتد و یک فوتون گسیل می‌کند.

2ـ در گسیل القایی، فوتون فرودی به اتم گذار 1à 2 را القاء می‌کند و دو فوتون خواهیم داشت (فوتون القاکننده و فوتون القا شده)

3ـ در جذب، فوتون فرودی برای ایجاد گذار 2 à1 جذب اتم می‌شود.

از آنجایی که احتمال گسیل القایی و جذب برابرند پس بطور کلی را سطح مقطع‌گذار می‌نامند.

در واقع تعداد اتمها در واحد حجم در یک تراز بخصوص N را انبوهی جمعیت آن تراز نامیده می‌شود.

وقتی دو تراز انرژی دلخواه 1 و 2 از ماده‌ای را در نظر بگیریم که به ترتیب انبوهی این دو تراز N1 و N2 باشند، اگر موجی تخت باشد متناظر با شارفوتون F در امتداد محور Z از ماده عبور کند، تغییر جزئی این شار ناشی از هر دو فرآیند گسیل القایی و جذب در ناحیه هاشورخورده شکل مقابل از رابطه: بدست می‌آید. این رابطه نشان می‌دهد اگر باشد یعنی اگر N2>N1 باشد‌، ماده مثل تقویت کننده رفتار می‌کند و در حالیکی اگر N2<N1 باشد، رفتار ماده بصورت جذب‌کننده خواهد بود پس در حالت ترازمندی گرمایی، انبوهی ترازهای انرژی با رابطة آمار بولتزمن توصیف میشود:

که در آن K ثابت بولترمن و T دمای مطلق ماده است.

در حالت اول N2>N1 ناترازمندی بوجود می‌آید که ماده رفتار تقویت‌کننده از خود بروز می‌دهد و پدیده گسیل القایی برجذب غلبه می‌کند در اینصورت در ماده وارونی انبوهی داریم در حالت دوم N2<N1 ترازمندی گرمایی بوجود می‌آید که ماده رفتار جذب‌کننده از خود نشان می‌دهد و در فرکانس را عمل می‌کند و این وضعی است که در شرایط معمول داریم. بنابراین ماده‌ای که در آن وارونی انبوهی (PoPulation Inversion) بوجود آید، ماده فعال (ActiveMedium) نامیده می‌شود و چنانکه فرکانس گذار در ناحیه اپتیکی قرار گیرد تقویت‌کننده داریم و لیزر است اما اگر فرکانس گذار در ناحیة میکرو موج قرار گیرد به آن میزر (MASER) (Microwave Amplification by Stimolated Emission of Radiatio) گویند. برای آنکه از یک تقویت کننده بتوانیم نوسانگر بسازیم (oscillator) ، باید از فیدبک مثبت مناسبی استفاده کنیم. در مورد لیزر فیدبک غالباً با قرار دادن ماده فعال بین دو آینه کاملاً بازتابنده تأمین میشود ولی در مورد میزر این کار با قرار دادن ماده فعال در کاواک حفره تشدیدی لیزر، که فرکانس را تشدید کند، انجام می‌گیرد. در هر دو مورد ذکر شده شرط آستانة بخصوصی لازم است: در مورد لیزر، نوسان وقتی شروع می‌شود که بهره ماده فعال بر تلفات در لیزر غلبه کند(مثلاً به علّت خروج پرتو از یک آینه وقتی یکی از دو آینه نیمه شفاف انتخاب شود باریکه مفید لیزر از آن آینه خارج میشود). بهره در هر بار عبور از ماده

فعال (یعنی نسبت شار فوتون خروجی به شار فوتون ورودی) برابر است با : که طول ماده فعال است یعنی موج تخت الکترومغناطیسی در امتداد عمود بر سطح دو آینه رفت و آمد خواهد کرد و ضمن هر بار عبور از ماده فعال تقویت میشود. چنانچه تلفات موجود در کاواک(حفره لیزر) تنها به علّت تلفات تراگسیل باشد، آستانه حاصل خواهد شد یعنی وقتی که برابر واحد شود: که در آن R2 و R1 توان بازتابندگی دو آینه است یعنی وقتی وارون انبوهی به مقدار بحرانی آن، که آنرا وارونی بحرانی (Critical Inversion) می‌نامند، برسد آستانه حاصل میشود. در این اثناء از گسیل خودبخود نوسان بوجود خواهد آمد و فوتونها که در امتداد محور کاواک بصورت خودبخود گسیل می‌شوند، در واقع فرآیند تقویت را‌ آغاز می‌کنند.

و...

NikoFile

دانلود پایان نامه مخابرات درمورد مروری بر سیستم های نسل اول

اختصاصی از فایلکو دانلود پایان نامه مخابرات درمورد مروری بر سیستم های نسل اول دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

مروری بر سیستم های نسل اول - پایان نامه مخابرات

لینک پرداخت و دانلود *پایین مطلب*

فرمت فایل:Word (قابل ویرایش و آماده پرینت)

تعداد صفحه:205

چکیده :

امروزه سیستمهای رادیویی سیار نقش مهمی در فعالیتهای بازرگانی، تجاری، امور مراقبتی و حفاظت عمومی و زندگی روزمره عموم افراد ایفا می‏کنند. این سیستمها موجب کاهش هزینه، صرفه جویی در انرژی و افزایش راندمان در زمینه‏های مختلف می شوند.

در ایران، نیز از سال 1992 بهره‏برداری از سیستمهای مخابرات سیار آغاز شده است. سیستم کنونی مخابرات سیار در کشورمان، سیستم GSM ( نسل دوم) می‏باشد و استفاده از سیستمهای WCDMA (نسل سوم) در آینده از جمله طرحهای شرکت مخابرات کشورمان می‏باشد. با این حال منبع جامع و مختصری از این سیستمها و استانداردهای مربوط در دسترس نیست.

در مورد سیستمهایی مانند GSM وCDMA و بطور کلی در هر سیستم بی‏سیم دیگری، شاید مشکلترین قسمت در فهم و یادگیری اولیه سیستم، وجود انبوهی از لغات انحصاری، تخصصی و فنی و اختصارات ویژه این سیستمها است.

    در این تحقیق سعی شده که با ترجمه و گردآوری و سازماندهی و تفصیل مطالب پراکنده‏ای که در کتب و مقالات مخابراتی مربوطه آمده است ( که از جدیدترین کتب و مقالات موجودمی‏باشد)، مجموعه‏ای تهیه شود که علاوه بر تشریح کامل ساختار کلی مهمترین سیستمهای مخابرات سیار موجود، بسیاری از اصطلاحات و اختصارات مربوط به این استانداردها نیز بطور واضح بیان شوند. در اینجا، ساختار نسلهای موبایل ( اول، دوم و سوم) و مقایسه آنها با هم و علل گرایش به سیستمهای نسل سوم مورد بررسی قرار گرفته است و مطالعه آن می‏تواند برای محققان سودمند و برای مبتدیان راه‏گشا باشد.

فصل 1

معرفی سیستمها و شبکه‏های سلولی مخابرات سیار

سیستمهای رادیویی سیار نقش مهمی را در فعالیتهای بازرگانی، تجارتی و امور مراقبتی و حفاظتی عمومی بگونه‏ای صنعتی و پیشرفته دارا می‏باشند. نیاز به این سیستمها و درخواستهای فراوان برای آن توسط بخشهای مختلف لزوم ایجاد مقررات خاص رادیویی و اختصاص بخش معینی از طیف امواج رادیویی را برای این سیستمها در کشورهای مختلف ایجادکرده است. باندهای رادیویی150 و450 [1] مگاهرتز،همچنین باندرادیویی حدود900 مگاهرتز برای سرویسهای رادیوتلفنی سیار سلولی (GSM900) و باندПΙ (175-225 مگاهرتز) برای سیستم‏های رادیویی سیار ترانکی اختصاص داده شده‏اند. باند 1800 مگاهرتز برای سیستم سلولی دیجیتال DCS1800 و باند1900 مگاهرتز برای PCS1900 آمریکایی استفاده میشود. علاوه براین به نظر می‏رسدکه به علت افزایش تقاضا درآینده شاهد اختصاص باندهای دیگری برای این سرویسها باشیم[2].

عصر مخابرات بی سیم در سال1897 با اختراع تلگراف بی سیم توسط مارکنی آغاز شد و اکنون پس از گذشت یک قرن سومین نسل از سیستم های مخابرات بی سیم یعنی سیستمهای مخابرات فردی ((PCS[3] پا به عرصه ظهور می‏گذارد. کاربران چنین سیستمی با استفاده از یک ترمینال دستی کوچک (handset ) خواهند توانست با هرکس، در هر زمان و از هر مکان، انواع اطلاعات (صوت و تصویر و دیتا) را مبادله نمایند0

تاریخ کامل مخابرات بی سیم به چهار دوره زیر قابل تقسیم است :

1ــ دوره قبل از همگانی شدن این سیستم ها

2ــ سیستم های آنالوگ (نسل اول )

3ــ سیستم های دیجیتال نسل دوم

4ــ سیستم های دیجیتال نسل سوم (PCS)

دوره قبل از همگانی شدن سیستمهای مخابرات بی سیم از سالهای 1950 شروع و تا 1960 ادامه یافت. دراین دوره از مخابرات سیار برای کاربردهای پلیسی، نظامی، کشتیرانی، هواپیمایی استفاده می‏شدوتجهیزات ارسال و دریافت ،حجیم،پرمصرف وگران قیمت بود0

نسل اول در سال های 1970 تا1980 بر پایه تکنولوژی آنالوگ واستفاده از مفهوم سلولی برای مصارف عمومی پدید آمد0 ایده اساسی در مخابرات سیار سلولی[4] (MCS)، استفاده مجدد از طیف فرکانسی در مناطقی است که به اندازه کافی از هم دورند ودر نتیجه میزان تداخل هم کانال[5] ناچیزخواهد بود. استفاده از مخابرات سیارسلولی موجب افزایش چشمگیر ظرفیت سیستم،کاهش هزینه، بهبودکیفیت سرویس وکاهش توان موردنیاز شد0

سیستم AMPS [6] در سال 1978 راه اندازی شد. این سیستم در باندفرکانسی 800 تا900 مگاهرتز کار می‏کرد و دارای 666 کانال دوطرفه با پهنای باند 30KHZ و مدولاسیون FM آنالوگ بود. با افزایش بیش از حدتقاضا،سیستم های آنالوگ نسل اول قادربه تامین ظرفیت مورد نیازبرای برخی ازمناطق شهری نبودند، درهمین زمان تکنیکهای مخابرات دیجیتال به رشد لازم جهت کاربردهای تجاری رسیدند.

سیستم های نسل دوم درسالهای 1980 و1990 با استفاده از تکنولوژی دیجیتال تحقق یافت. GSM [7]، اولین استاندارد MCS تمام دیجیتال در دنیاست. این سیستم درسال 1992 در اروپا به بهره برداری تجاری رسید وحدوداً دو سال بعد در ایران نصب شد. در این سیستم موبایل ها از فرکانس های 890 تا 915 مگاهرتز و ایستگاه پایه‏ها(BS) [8] از فرکانسهای 935 تا960 مگاهرتز برای ارسال سیگنال استفاده می‏کنند. پهنای باند هر کانال رادیویی200 کیلوهرتز است که توسط 8 کاربر مورد استفاده قرار می‏گیرد، بنابراین جمعاً 2000 کانال دو طرفه موجود است0

به علت رشد حیرت آور تقاضا برای سرویسهایMCS، تکنولوژیهای جدیدی نظیرCDMA [9] برای بهبود بهره برداری از طیف فرکانسی پدید آمد. در CDMA جدایی کانالها با استفاده از کدهای متعامد صورت می‏گیرد. پهنای باند هر کانال 23/1 مگاهرتز بوده و ترمینالهای دستی بکار رفته در آن می‏توانند در سیستم AMPS نیز کار کنند.

امروزه سرویس سیستم های ماهواره ای با تامین پوشش در منطقه‏ای که سیستم های زمینی از لحاظ فیزیکی یا اقتصادی قادر به تامین سرویس نیستند (مثلاً پوشش هواپیماها، کشتی‏ها و...) مکمل سیستمهای مخابرات زمینی هستند. در سالهای آینده انواع سیستمهای مخابرات سیار زمینی و ماهواره‏ای و همچنین شبکه های سیمی با یکدیگر یکپارچه خواهند شد تا بتوانند انواع سرویسهای صوتی، تصویری و دیتا را به صورت مجتمع به کاربران واقع در تمام نقاط دنیا عرضه کنند. این سیستم ها نسل سوم به شمار می‏آیند و سیستمهای مخابرات فردی (PCS) نامیده می‏شوند. بنا بر تعریف FCC [10]، PCS سیستمی است که با استفاده از آن کاربر می‏تواند در هر زمان و در هر مکان با هر کس به کمک یک مخابرات فردی واحد[11] (PTN) تبادل اطلاعات نماید. شکل 1-1 روند تکاملی سیستمهای مخابرات بی‏سیم را نشان می‏دهد.

1-1-2- اصول سیستم های رادیویی موبایل

سیستمهای رادیویی موبایل علی‏رغم تنوع زیاد سرویسها و مطالب فنی، دارای اصول و پارامترهای مشترکی هستند که در این قسمت اشاره مختصری به این نکات خواهیم داشت.

• فرکانسهای بهره برداری و نوع مدولاسیون

در کلیه تشکیلاتی که از سرویسهای رادیویی سیار بهره برداری میکنند، عموماً واحدهای سیار نیاز به برقراری ارتباط رادیویی با یک ایستگاه کنترل کننده مرکزی دارند. در این سیستمها تعداد زیادی سیار با مرکز ثابت مربوط به خود در تماس هستند و معمولاً تشکیلات مختلف می‏بایستی همزمان و بدون ایجاد تداخل با یکدیگر قادر به برقراری تماس مورد نیاز باشند. در این سیستمها نیاز به آنتن‏هایی داریم که به صورت همه جهته[1] و در موازات سطح زمین از ایستگاه ثابت، اطلاعات را پخش و یا جمع آوری نمایند و آنتن‏های سیار نیز بایستی با راندمان مناسب و ابعاد منطقی[2] جهت نصب روی واحد سیار باشد. در محیطهای شهری امواج رادیویی باید قدرت نفوذ و انتشار از میان ساختمانهای بلند و مرتفع را داشته باشند. همچنین بعلت محدودیت در باندهای رادیویی، باید بتوان از باندهای رادیویی مشابه در شهرهای مختلف که دارای فاصله مناسبی از یکدیگر هستند به صورت مکرر استفاده نمود.

باتوجه به موارد فوق، باندهای رادیوییVHF (150 مگاهرتز) وUHF (450 و900 مگاهرتز) با فرستنده‏های با قدرت 30 تا 100 وات و با آنتنهایی با گین صفر تا شش dB که بصورت همه جهته کار می‏کنند، در سیستم های رادیویی سیار جهت انتقال صحبت، فراخوانی[3]، انتقال دیتا و مکالمات تلفنی استفاده می‏شود. همچنین جهت صرفه جویی در عرض باند، از کانالهای رادیویی با عرض باند 5/ 12، 25 ،30 و یا50 کیلوهرتز استفاده می‏شود. نوع مدولاسیون در سیستمهای آنالوگ عموماً ‏ FMبوده است، ولی امروزه با پیشرفت تکنولوژی از انواع مدولاسیون های دیجیتال استفاده می‏شود.

حالتهای مختلف عملیاتی و بهره برداری در این سیستمها بصورت زیر می‏باشند:

• Single Frequency Simplex : دراین سیستم ها ارتباط ثابت به سیار[4] و سیار به ثابت[5] با یک فرکانس و بصورت ترتیبی برقرار می‏شود (Semi Duplex )
• Simplex Two Frequency : در این سیستم ارتباط ثابت به سیار و سیار به ثابت باز هم بصورت ترتیبی اما از طریق دو فرکانس صورت می‏گیرد.

Duplex : دراین سیستم ها ارتباط ثابت به سیار و سیار به ثابت به طور همزمان وبااستفاده از دو فرکانس جداگانه برقرار می‏شود[6].

و...

NikoFile

دانلود پایان نامه برق درمورد انرژی باد

اختصاصی از فایلکو دانلود پایان نامه برق درمورد انرژی باد دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

انرژی باد

لینک پرداخت و دانلود *پایین مطلب*

فرمت فایل:Word (قابل ویرایش و آماده پرینت)

تعداد صفحه:90

فهرست مطالب :

فصل اول مقدمه. 3

1-1- مقدمه. 4

2-1- تاریخچه انرژی باد در جهان. 6

3-1- تلاش برای تسخیر دریا 7

4-1- وضعیت کنونی بهره برداری از انرژی باد در جهان. 7

1-4-1 نداشتن هزینه اجتماعی: 8

2-4-1 اثرات زیست محیطی: 8

3-4-1- اثرات گلخانه ای.. 9

5-1 اهمیت و لزوم بکارگیری انرژی باد از بعد اقتصادی.. 9

6-1 بحران انرژی.. 11

فصل دوم استفاده از انرژی باد. 13

1-2 استفاده از انرژی باد. 14

2-2 سرعت وصل.. 15

3-2 سرعت اسمی.. 15

4-2 سرعت قطع. 15

5-2 - حد بتز. 16

6-2 - بررسی کمی سیستمهای مبدل باد. 16

فصل سوم معرفی انواع توربین های بادی- ساختار الکتریکی مکانیکی.. 22

1-3- سیستم های انرژی باد. 23

2-3- طرح های اصلی توربین های بادی.. 23

1-2-3- توربین نوع محور افقی.. 23

2-2-3- توربین نوع محور عمودی.. 24

3-2-3- توربین های تکمیل شده. 24

3-3- اجزای اصلی یک نیروگاه بادی.. 25

1-3-3- پره‌ های توربین.. 25

2-3-3- طراحی کششی.. 26

3-3-3- طراحی بر اساس نیروی بالا برنده. 26

4-3-3- نسبت سرعت نوک پره. 26

5-3-3- طراحی کششی.. 27

6-3-3- طراحی بر اساس نیروی بالا برنده. 27

7-3-3-شفت سرعت پایین.. 28

8-3-3- جعبه دنده. 28

9-3-3- شفت سرعت بالا.. 28

10-3-3- ژنراتورها 29

11-3-3- کنترل کننده مکانیکی.. 30

12-3-3- سیستم هیدرولیک.... 30

13-3-3-قسمت خنک کننده. 30

14-3-3- تنظیم کننده گام و زاویه پره. 30

15-3-3- دستگاه جهت یاب... 31

16-3-3- محفظه توربین.. 31

17-3-3- مکانیزم چرخش.... 31

18-3-3-باد سنج و بادنما 32

1-18-3-3- کنترل شیب توربین های بادی.. 33

2-18-3-3- سیستم ایستایی کنترل توربین های بادی.. 33

19-3-3- سیستم کنترل ایستایی فعال توربین های بادی.. 33

20-3-3- سیستم کنترل و فرمان. 34

21-3-3-سیستم سنکرونیزاسیون. 34

22-3-3-دستگاه هیدرولیکی مبدل فرکانس.... 34

23-3-3- سیستم توزیع الکتریکی.. 35

24-3-3- سیستم ارتباطات و کنترل. 36

25-3-3- سازه های نگهدارنده توربین بادی.. 36

1-25-3-3- توربین های بادی کوچک: 36

2-25-3-3- توربین بادی بزرگ.... 37

4-3- سازه نگهدارنده توربین بادی.. 37

1-4-3- سازه های خودایستا: 38

2-4-3- سازه های به صورت خرپایی.. 39

3-4-3- سازه های به صورت پوسته فلزی.. 39

4-4-3-سازه های بتنی.. 40

5-4-3- سازه های مهار بندی شده: 40

5-3- ضوابط طراحی ساده. 41

6-3- سیستم های کنترل دور در توربین های بادی.. 42

1-6-3- به توربین های بادی.. 42

2-6-3- کنترل توسط پره (ترمز هوایی) 43

1-2-6-3-توربین های محور افقی.. 43

2-2-6-3-کنترل توسط تغییر زاویه گام. 44

3-2-6-3-کمک به ایجاد استال. 44

4-2-6-3- استال تنظیم شده: 45

7-3- ترمز های مکانیکی.. 46

1-7-3- ترمز های دیسکی.. 46

2-7-3- مزایای استفاده از ترمزهای دیسکی در توربین های بادی.. 47

8-3- نتیجه گیری.. 47

فصل چهارم ژنراتور نیروگاه بادی.. 49

1-4- ژنراتور مغناطیس دائم با اینورتر منبع جریان برای توربین های سرعت متغیر. 50

2-4- ژنراتور سنکروه با اینورتر منبع جریان. 51

3-4- ژنراتور با قطب برنامه ریزی شده برای توربین های سرعت متغیر: 52

فصل پنجم بررسی سیستم های مبدل باد به انرژی الکتریکی.. 55

1-5- مقدمه. 56

2-5 سیستم انتقال. 59

3-5 مبدل الکتریکی.. 60

1-3-5 سیستمهای مبدل قدرت سنکرون. 60

فصل ششم سیستم آسنکرون. 65

1-6- سیستم های آسنکرون. 66

2-6- ژنراتور DC شنت با بار باتری.. 69

3-6- ژنراتور کمپوند اضافی.. 75

4-6- ژنراتورسنکرون. 76

1-4-6- مشخصه گشتاور. 78

2-4-6- پایداری ژنراتور سنکرون. 79

3-4-6- مشخصه خروجی ژنراتور سنکرون. 80

4-4-6- تغییر قطبهای ژنراتور سنکرون. 81

5-4-6- راه اندازی ژنراتور سنکرون. 82

5-6- ژنراتورهای Ac. 92

6-6- ژنراتور القایی خود تحریک.... 94

7-6- ژنراتور مدولاسیون میدان. 109

8-6-ژنراتور راسل.. 113

فصل هفتم مبدلهای الکتریکی.. 117

1-7- مبدلهای الکترونیکی.. 118

2-7-مبدل DC/AC.. 118

3-7- اینورتر سه فاز برای تغذیه موتورآ سنکرون. 120

4-7- مبدلهای AC/DC.. 120

6-7- اتصال نیروگاه های بادی به شبکه سراسری.. 122

1-6-7- طراحی اندازه سیستمهای متصل به شبکه. 122

2-6-7- سیستمهای غیرمتصل به شبکه سراسری.. 123

3-6-7- طراحی سیستمهای خارج از شبکه سراسری.. 123

چکیده :

استفاده از منابع انرژی فسیلی و هسته ای، مستلزم هزینه زیاد و افزایش آلودگی محیط زیست و عوارض مخرب ناشی از آن است، از این رو با بروز پدیده بحران انرژی در دنیا و از طرف دیگر پیشرفت تکنولوژی تبدیل انرژی باد، به انرژی الکتریکی که به کاهش قیمت آنها منجر شده، استفاده از انرژی باد اجتناب ناپذیر شده است. سیستم های مبدل انرژی باد، به انرژی الکتریکی از سال 1975 به شکل تجاری و در سطح وسیع در دنیا مورد استفاده قرار گرفته اند. هم اکنون با پیشرفت تکنولوژی میکروکامپیوترها و نیمه هادیهای قدرت امکان استفاده از سیستم کنترلی مدرن و در نتیجه تولید قدرت الکتریکی با کیفیت بالا از نیروی باد ایجاد شده است. تجربه نصب و راه اندازی نیروگاههای بادی در کشورهای صنعتی، به خصوص آمریکا و دانمارک نشان داده است که هزینه این سیستم ها قابل مقایسه با هزینه روش های سنتی و متداول تولید انرژی الکتریکی می باشد.

تامین انرژی الکتریکی برای بارهای شبکه با کیفیت بالا و تولید وقفه نیروی برق هدف اصلی یک سیستم قدرت می باشد. برای بالا بردن کیفیت انرژی الکتریکی نیاز است. کمیت های مختلف سیستم قدرت مانند راه اندازی از مدار خارج نمودن، بهره برداری در شرایط توان ثابت و.... کنترل شود. با توجه به ماهیت تغییرات سرعت باد در زمان های مختلف ایجاد شرایط کنترل برای سیستم های قدرت شامل مبدل های انرژی باد به الکتریکی حائز اهمیت می گردد. اجزاء مختلف یک سیستم قدرت بادی شامل: توربین بادی، ژنراتور، کنترل کننده زاویه گام پره و سیستم تحریک می باشد. که هر یک از این اجزاء انواع مختلف داشته و در مدل های مختلف براساس نیاز ساخته می شوند. لذا با توجه به موقعیت جغرافیایی ایران و اهمیت انرژی‌های تجدیدپذیر به این موضوع پرداخته می شود.

باد رایگان است بشر از عهد باستان این نکته را به خوبی دریافته است و آسیاب بادی را ساخته است تا آب چاهها را بیرون بکشد و غلات را آرد کند. امروزه آسیابهای بادی دیگر منسوخ شده اند و جای خود را به مولدهای بادی داده اند که الکتریسته تولید می کنند. بهترین جا برای تاسیس مولدهای بادی سواحل دریا و تپه ها هستند. در این نقاط باد شدیدتر و منظم تر از نقاط دیگر می‌وزد. (برای تولید الکتریسته سرعت باد باید به طور متوسط 5 متر بر ثانیه، یعنی 18 کیلومتر در ساعت باشد.) اما باد این عیب بزرگ را دارد که فقط بعضی روزها و بعضی ساعات می وزد. اگر فقط به انرژی باد اتکا کنیم، به سرعت دچار کمبود الکتریسته
می شویم. پس راه حل چیست؟ راه حل این است که با استفاده از باتریها الکتریسته ای را که در ساعات بادخیز تولید شده است، ذخیره کنیم. راه دوم این است که مولد بادی را با موتوری که با سوخت کار می کند همراه سازیم. و در واقع یک گروه الکترون بوجود می آوریم. به این ترتیب می توانیم وقتی که باد نیست از الکتریسته ای که ماشین دوم تولید می کند استفاده کنیم. در حال حاضر در بسیاری از کشورهای در حال توسعه یا نقاط دور افتاده ای که برق رسانی به آنها ممکن نیست ازجمله در آرژانتین، استرالیا، آفریقای جنوبی ... موادهای بادی می توانند نیاز یک مزرعه، چند خانه یا روستا را به برق تامین کنند. در اوایل قرن 14 میلادی بهره برداری گسترده از آسیابهای بادی در اروپا رایج گردید. اروپائیان بعدها روتور آسیابها را به بالای برجی انتقال داده اند که از چندین طبقه تشکیل می شود. نکته حائز اهمیت درباره آسیابهای مذکور آنست که پره ها بطور دستی در جهت باد قرار داده می شوند و این امر به کمک اهرم بزرگی در پشت آسیاب صورت می گرفت. بهینه سازی انرژی خروجی و حفاظت آسیاب در برابر آسیب دیدگی ناشی از بادهای شدید با جمع کردن پره های آن صورت می گرفت. نخستین مولدهای بزرگ به منظور تولید الکتریسته سال در اوهایو توسط چارلز براش ساخته شد. در سال 1888 ابداع انواع مولدهای بادی در مقیاس وسیع در 1930 در روسیه با ساخت ژنراتور بادی 100 کیلو واتی آغاز شد. طراحی روتورهای پیشرفته با محور عمودی در فرانسه توسط داریوس در دهه 1920 آغاز شد. از میان طرحهای پیشنهادی داریوس مهمترین طرح، روتوری است با پره های ایرفویل و انحنا دار که از بالا و پایین به یک محور عمودی متصل می شوند. در این زمینه، ابداعات دیگری صورت نگرفت و این طرح در سالهای اخیر به نام توربین داریوس مورد توجه قرار گرفته است. توسعه صنعت توربین های بادی، بسیار سریع بوده و در حال پیشرفت است. از ابتدای دهه 1980 تاکنون ظرفیت متوسط توربین بادی از 15 کیلو وات تا 8 مگا وات ارتقاء یافته است. مجموع ظرفیت نصب شده توربین های بادی در جهان به بیش از 25000 مگا وات بالغ می گردد. بنا بر محاسبات انجام شده، از باد در جهان
می توان 105-Ej (هر Ej ژول) برق گرفت و آنچه در عمل بدست می آید. 110Ej است و پیش بینی شده است تا 2020 میلادی 10 درصد از برق کل جهان از انرژی باد تولید خواهد شد. این صنعت همچنین باعث ایجاد 7/1 میلیون شغل می شود.

2-1- تاریخچه انرژی باد در جهان

انرژی باد از انواع قدیمی انرژی است که از بدو پیدایش کره زمین در آن وجود داشته و با پیشرفت جوامع انسانی مورد استفاده قرار گرفته است. کهن ترین دستگاههای مبدل باد در خاورمیانه، برای تهویه منازل بکار رفت که هنوز هم در بعضی شهرهای کویری ایران نظیر یزد بنام بادگیر از آن استفاده می شود. اولین توربین های بادی یا مبدل های انرژی باد به انرژی جنبشی در ایران شکل گرفت و کمی بعد در عصر حمورابی پادشاه بابل در عراق نیز گسترش یافت. نمونه های اولیه این توربین ها از محور عمودی استفاده
می کردند و دارای 4 پره بودند.

استفاده اصلی این توربین ها در آرد کردن غلات بود در 3 قرن قبل از میلاد، مصریها نمونه ای از توربین با محور افقی و 4 پره را ابداع کردند و بوسیله آن، هوای فشرده جهت ساختن ارگ در مراسم مذهبی را تامین کردند. آسیاب بادی در قرون وسطی در ایتالیا، پرتغال و اسپانیلا ظاهر شد و کمی بعد در انگلستان، هلند و آلمان نیز بکار برده شد. این ماشین ها می خواستند آب را به ارتفاع 5 متر پمپ نمایند. حتی از آن برای استخراج روغن از دانه های روغنی نیز استفاده کردند و بعدا انرژی باد علاوه بر خشکی در دریا نیز برای پیشبرد کشتی ها استفاده شد.

3-1- تلاش برای تسخیر دریا

در اروپا مولدهای بادی بیشتر برای تولید الکتریسته «پاک» که در شبکه های سراسری تزریق می شود مورد استفاده قرار می گیرند. تاسیس مولدهای بادی در خشکی گاهی سبب اعتراض هایی می شود (حمایت از پرندگان و محیط زیست) برای اجتناب از این گونه دردسرها، بهتر است که پیش از نصب مولد های بادی مطالعات لازم را انجام دهیم.

همچنین بایستی موقعیت نصب مولدهای بادی، در معرض راه پرندگان مهاجر قرار نگیرد. حال که نصب این مولدها در خشکی مشکلاتی دارد، پژوهشگران متوجه دریاها شدند. مثلا کشور دانمارک با نصب مولدهای بسیار عظیم در مناطق کم عمق سواحل خود نمونه بسیاری خوبی را ارائه داده است (دکل این مولدهای بادی 90 متر و طول متغیرهایش 40متر است.) آلمان، بلژیک، ایرلند هم به پیروی از دانمارک قصد دارند که با ایجاد پارک های بزرگ و نصب ژنراتورهای بادی در آنها به اندازه نیروگاه های معمولی الکتریسته تولید کنند. امروزه مولدهای بادی را در مناطق کم عمق دریاها کار می گذارند.

4-1- وضعیت کنونی بهره برداری از انرژی باد در جهان

نیروگاههای بادی در سراسر جهان به سرعت در حال گسترش می باشند. به طوریکه انرژی باد در میان دیگر منابع و گزینه های انرژی عنوان سریع الرشدترین صنعت را به خود اختصاص داده اند. نرخ رشد این صنعت در سال 2001 میلادی سالانه 35 درصد و در سال 2002 میلادی سالانه 28 درصد گزارش شده است. در پایان سال 2002 میلادی کل ظرفیت نصب شده جهان به 22400 مگاوات رسیده که در این میان آلمان، اسپانیا، آمریکا، دانمارک و هند سهم بیشتری دارند. تا پایان 2002 میلادی این 5 کشور روی هم 26000 مگا وات یعنی 84 درصد از ظرفیت نصب شده در جهان را در اختیار داشته اند.

کل سرمایه در گردش صنعت انرژی باد در سال 2002 میلادی 7 میلیارد یورو بوده است. هر کیلو وات برق 1000 دلار هزینه دارد که 750 دلار آن به هزینه تجهیزات و مابقی به هزینه های آماده کردن سایت، نصب، راه اندازی و نگهداری مربوط می شود. در چند سال اخیر با بزرگ شدن سایز، توربین های تجاری، قیمت سرمایه گذاری آنها کاهش یافته است. صنعت انرژی باد منافع اقتصادی و اجتماعی مختلفی دارد که مهمترین آنها عبارتند از:

1-4-1 نداشتن هزینه اجتماعی:

این هزینه ها در تمام گزینه های متعارف انرژی (مانند منابع فسیلی) وجود دارند، اما با وجود هزینه های قابل توجه در بررسی های اقتصادی لحاظ نمی شود. انجمن انرژی باد در جهان (W.W.E.A) هزینه ها را به کوه یخی تشبیه کرده است. که حجم عظیم آن زیر آب است! کاهش اتکا به منابع انرژی وارداتی: در کشورهایی مثل ایران که می توان به این موضوع از جنبه افزایش صادرات نفت نگاه کرد.

2-4-1 اثرات زیست محیطی:

در جوامع بشری توسعه با بکار گیری انرژی بیشتر، میسر می گردد و بدین ترتیب انسان خصوصیات فیزیکی، شیمیایی، بیولوژیکی اجتماعی و سنتی محیط زیست و منطقه ای نقش مهمی را به عهده دارد و کسب اطلاع از میزان اثر بخشی انواع مختلف انرژیهای مورد استفاده بر سلامت محیط زیست و موجودات زنده، وضع مقررات و استانداردهای زیست محیطی جهت کاهش آثار زیانبار همچنین استفاده از تکنولوژی و فن آوری مناسب جهت کنترل آلودگی و از همه بهتر جایگزینی انرژی تجدید شوند و پاکیزه به جای انرژی های آلاینده و تجدید ناشونده شاید بتوان آینده ای پاک را برای انسانها به ارمغان آورد.

با پیدایش نوآوریهایی در زمینه تولید انرژی مناسب برای هر کار خاص می توان مانع از ضایعات زیست محیطی و آلودگی هوا و ... شد. احتراق سوختهای فسیلی موجب ورود حجم عظیمی از اکسیدهای سولفور، نیتروژن، مونوکسیدکربن و دی اکسید کربن در هوا می شود. میزان انتشار آلاینده ها فوق به ترتیب به نوع سوخت و همچنین مکانیزم های بکار گرفته شده در کنترل آلودگی بستگی دارد. آلودگی هوا می تواند به شکل مه- دود، باران اسیدی و ذرات معلق پدیدار گردد. واکنش های هیدروکربن ها و اکسیدهای نیتروژن در حضور تشعشعات فرابنفش موجب تولید ترکیبات سمی می گردد که در نهایت سلامتی و حیات انسان، جانوران و به طور کلی اکوسیستم را در معرض خطر قرار خواهد داد.

3-4-1- اثرات گلخانه ای

از بعد دیگر سوختهای فسیلی موجب بالا رفتن درجه حرارت اتمسفر و افزایش میزان در دراز مدت شاهد افزایش درجه حرارت کره زمین، ذوب یخهای قطبی، بالا آمدن سطح آبها، به زیر آب رفتن مناطق ساحلی خواهیم بود. چنانچه گفته شد در دهه های اخیر همگام با صنعتی شدن جوامع پیشرفت های سریع تکنولوژی به علت استفاده بیش از حد از منابع انرژی تجدید ناپذیر (سوختهای فسیلی)، بشر به فکر دستیابی به منابع بهتر و مطلوبتر انرژی افتاده است. در این بخش ما به انرژی تجدید پذیر باد می پردازیم.

5-1 اهمیت و لزوم بکارگیری انرژی باد از بعد اقتصادی

بازارانرژی یک بازار رقابتی است که در آن تولید برق در نیروگاههای بادی در مقایسه با نیروگاه های سوختهای فسیلی برترهای نوینی را پیش روی کاربران قرار داده است. از برتریهای نیروگاه بادی اینست که در طول مدت زمان، عمر خود، سالهای زیادی را بدون نیاز به هزینه سوخت، تولید خواهد کرد. در حالیکه هزینه دیگر منابع تولید انرژی در طول این سالها افزایش خواهند یافت. فعالیت های گسترده بسیاری از کشورهای جهان برای تولید الکتریسته از انرژی باد، سرمشقی برای دیگر کشورهایی است که در این زمینه راه درازی را در پیش دارند. بسیاری از مناطق اقتصادی در حال رشد در منطقه آسیا واقع شده اند. و اقتصاد رو به رشد کشورهای آسیایی از جمله ایران باعث شده تا این کشورها بیش از پیش به تولید الکتریسته احساس نیاز کرده و اقدام به تولید الکتریسته از منابع غیر فسیلی کند. افزون بر این موارد؛ نبود شبکه برق سراسری در بسیاری از بخش های روستایی نیز مهر تاییدی بر سیستم های تولید انرژی زده است. پس در خصوص دورنمای آینده اقتصادی استفاده از انرژی باد در ایران می بایست گفت استفاده از این انرژی موجب صرفه جویی فرآورده های نفتی به عنوان سوخت می شود. صرفه جویی حاصل در درجه اول موجب حفظ فرآورده های نفتی گشته که امکان صادرات و مهم تر اینکه تبدیل آن به مشتقات بسیار زیاد پتروشیمی با ارزش افزوده بالا را فراهم می سازد. در درجه دوم تولید الکتریسیته از این انرزی فاقد هر گونه آلودگی زیست محیطی بوده که همین عامل کمک شایانی به حفظ طبیعت سالم محیط زیست بشری کرده و در نتیجه مسیر برای نیل به توسعه پایدار اقتصادی اجتماعی فراهم می گردد. گسترش نیروگاه های بادی در راستای کاهش بهای تمام شده برق تولیدی افزایش چشم گیری نشان می دهد. به گونه ای که بهای هر کیلووات ساعت برق تولیدی از 40 سنت در سال 1990 به حدود 6 سنت در سال 2002 رسیده است. عدم مصرف سوخت، هزینه کم راهبری، تعمیر و نگهداری و آلوده نکردن محیط زیست از مزایای نیروگاه های بادی است. لازم به ذکر است به طور متوسط برای هر کیلووات ساعت برق تولیدی نیروگاه بادی حدودا 28/0 متر مکعب گاز طبیعی با آهنگ جهانی 4 سنت بر متر مکعب صرفه جویی می شود.

بهره برداری از انرژی باد در تولید برق، به ویژه ظرفیت های چند مگاواتی تنها روش اقتصادی تولید در مقایسه با دیگر روش های تولیدی، مبتنی بر انرژی های بازیافت پذیر( خورشیدی، بیوماس، زمین گرمایی، امواج و سلول ساختی) است. لازم به ذکر است افزایش سهم انرژی های بازیافت پذیر در تولید توان الکتریکی، از سیاست های راهبردی میان مدت و بلند مدت بسیاری از کشورهای جهان است. گسترش نیروگاه های بادی در بسیاری از کشورها، نیازمند حمایت های مستقیم و غیر مستقیم دولتی است. در ایران نیز علی رقم این که مشاهده می شود با در نظر گرفتن هزینه های خصوصی نیروگاه های بادی و فسیلی، توسعه نیروگاه های بادی برای تولید برق هم اکنون کاملا اقتصادی نیست و در حال اقتصادی شدن است، ولی اگر هزینه های اجتماعی نیروگاه های فسیلی که در برگیرنده اثرات منفی است مبنای مقایسه قرار گیرد هزینه تولید در مولدهای بادی کمتر از فسیلی خواهد بود و برق حاصل از آن می تواند به عنوان یک انرژی پایدار در توسعه پایدار اقتصادی- اجتماعی کشور مورد استفاده قرار گیرد. استفاده از انرژی باد در ایران علاوه بر عمران و آبادی موجب ایجاد مشاغل جدید شده و بالاخره با بومی سازی فناوری انرژی باد اقتصاد کشور رشد بیشتری خواهند یافت. طبق بررسی های اینترنتی قلم سبز ایران: با تبدیل نیروگاه های گازی به بادی، سالانه 805 هزار مترمکعب گاز صرفه جویی می شود. بررسی های سازمان انرژی های نو نشان می دهد یک توربین بادی با ظرفیت 660 کیلووات، توانایی تولید 2 میلیون و 300 هزار کیلووات ساعت انرژی را در سال داراست. با جایگزین کردن توربین های بادی، سالیانه یک هزار و 140 تن در میزان آلاینده ها کاهش ایجاد می شود. این گزارش حاکی است، قیمت هر کیلووات ساعت برق تولیدی توسط نیروگاه بادی 308 تا 440 ریال است و این در حالی است که با در نظر گرفتن قیمت واقعی سوخت، قیمت واقعی هر کیلووات ساعت برق تولیدی نیروگاه گازی 510 ریال است. به دلیل پائین بودن دستوری قیمت گاز طبیعی در ایران و پرداخت یارانه ای گزاف به این حاصل انرژی، قیت تمام شده برق تولیدی با استفاده از گاز طبیعی یارانه ای به 150 ریال در هر کیلووات میرسد. واقعی نبودن قیمت ها سبب شده است سرمایه گذاری برای تبذیل نیروگاه های گازی به بادی فاقد صرفه اقتصادی باشد. یکی از مواردی که در دیدگاه اقتصاد انرژی حائز اهمیت است این است که تامین برق از طریق شبکه های توزیع به مناطق دورافتاده پرهزینه و گران است. در این بین مناطق جزیره ای و ساحلی که از شبکه اصلی دور بوده و در آنها میزان سرعت وزش باد مناسب باشد استفاده از توربین های بادی به عنوان محرک مکانیکی ژنراتورهای الکنریکی اهمیت ویژه ای یافته است. طبیعت غیر دائمی و سرعت متغیر باد ، تغییرات قدرت خروجی ژنراتور را به دنبال خواهد داشت. لذا این امر کاربرد این سیستم را برای مصرف کننده ها مشکل می سازد.

6-1 بحران انرژی

امروزه استفاده از انرژی های الکتریکی جهت تامین تقاضای مصرف کننده ها اهمیت شایانی یافته است به گونه ای که عرضه و تقاضای انرژی در جهان به صورت یکی از مهم ترین مسائل روز درآمده است. با توجه به این که انرزی های فسیلی از جمله نفت و گاز و زغال سنگ مسائل و مشکلات متعددی را دارند. لذا چرخ تمدن بشری که بستگی مستقیمی به انرژی دارد با مشکل روبرو خواهد شد. این امر سبب گردیده که کشورهای توسعه یافته صنعتی با جدیت هر چه تمام تر جهت استفاده از انرژی های موجود در طبیعت اقدام کنند. نظر به این که دانشمندان و محققین از نایابی سوخت های فسیلی در اوایل قرن 21 خبر می دهند و ذخایر نفتی تا چند دهه ی دیگر بیشتر باقی نخواهند ماند، قبل از فرا رسیدن بحران انرژی لازم است که پژوهشگران به بررسی و تحقیق در خصوص استفاده از انرژی های زوال ناپذیر یا تجدید شونده مانند باد بپردازند. وابستگی سیستم های تیدبل انرژی سوخت های فسیلی مانند نیروگاه های حرارتی به مواد خام انرزی زا مانند نفت و یا گاز طبیعی بسیار روشن است. در حالی که در سال های آتی این ذخایر یا رو به پایان می نهند و یا استخراج آنها با روش های کنونی غیر اقتصادی خواهد بود. ونهایتا این مه موضوع توسعه پایدار به عنوان یک محور اساسی فعالیت های اقتصادی نیز در این ارتباط قابل دقت و بررسی می باشد. توسعه پایدار به این معنا که استفاده از منابع طبیعی از جمله انرژی به نحوی باشد که امکان بهره برداری برای نسل های آینده وجود داسته باشد.

و...

NikoFile

دانلود پایان نامه درمورد PLC

اختصاصی از فایلکو دانلود پایان نامه درمورد PLC دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

PLC

لینک پرداخت و دانلود *پایین مطلب*

فرمت فایل:Word (قابل ویرایش و آماده پرینت)

تعداد صفحه:100

چکیده :

Plc مخفف عبارت programming logic control میباشد.این سیستم وسیله ایاست که متناسب بابرنامه ای که دریافت میکند وظیفه ای خاص را اجرا میکند به عبارت دیگر plc نوعی کامپیوتر است که برنامه ای خاص را اجرا میکند .

با ظهور plc تجهیزات و قطعات استفاده شده در کنترل فرایند های صنعتی و خطوط تولید تغییر نموده و مدار های رله کنتاکتوری و سخت افزاری حالت جامد کم کم جای خود را به کنترل کننده های قابل برنامه ریزی یعنی plc دادند .

امروزه در طراحی کنترل کننده خطوط تولید و فرایند های صنعتی استفاده از مدار های رله کنتاکتوری منسوخ گردیده و در اگثر کارخانه ها و مراکز صنعتی از سیستم plc اسنفاده میشود.

بدون تردید plc مهمترین و پر کاربرد ترین وسیله اتوماسیون در صنایع مدرن امروزی است .

در ماشین ها و خطوط تولید جدید کمتر موردی را میتوان یافت که از کنترل کننده های منطقی قابل برنامه ریزی استفاده نشده باشد .

در حقیقت این وسیله بسیار قابل انعطاف که خود یک کنترل کننده کامل است به عنوان قطعه ای برنامه ریز در صنایع گوناگون کاربرد وسیعی یافته است به گونه ای که با پیشرفت تکنولوژی و حضور اتوماسیون در عرصه صنعت در طراحی کنترل کننده ها و مدار های فرمان خطوط تولید و فرایند های صنعتی استفاده از مدارهای فرمان قدیمی منسوخ گردیده و در اکثر مراکز صنعتی از کنترل کننده ها ی منطقی قابل برنامه ریزی استفاده میگردد.

قرن بیستم قرنی است گسترده بین دو انقلاب .انقلابی در آغاز قرن و انقلابی در پایان آن .انقلاب اغازین ظهور تولید انبوه و پایان گرفتن عصر تولید دستی و انقلاب پایانی همانا ظهور تولید ناب و خاتمه یافتن تولید انبوه است . اکنون جهان در استانه عصر جدید به سر میبرد عصری که

در ان دگرگونی شیوه های تولید مصنوعات و ساخته های بشر چهره زندگی را یکسره دگرگون خواهد کرد .

امروزه با رشد شگفت آور دانش فنی بشر و افزایش تعداد تولید کنندگان مناطق مختلف جهان سهم بیشتر بازار های جهان از ان کشور ها و شرکت های است که در خصوص کیفیت نواوری و تنوع محصول و... حرف های تازه ای را برای گفتن دارند . اکنون تولید کنندگانی در جهان ظهور کرده اند که میتوانند با نیمی از نیروی کار و سرمایه و میزان مهندسی و مکان وزمان که برای تولید کنندگان انبوه قدیمی لازم است محصولاتی به جهان عرضه کنند که از نظر کیفیت و جنبه های نواورانه بسی برتر باشد .اکنون دیگر ان انبوه سازان که زمانی الگو و قبله آمال دیگر تولید کنندگان بودند پس از دهها سال سروری به غیر از عقب نشینی و از دست ندادن سهم بازار خود و یا تغییر کلی شیو های خود راه دیگری ندارند بنابراین جا دارد که بپرسیم تولید کنندگان محصولات برتر چگونه توانسته اند در مقابل تولید کنندگان انبوه قدیمی با وجود یک قرن تجربه در ساخت تولید و تجارت این میان قد علم کنند و با نیمی از سرمایه و نیروی فکری و کاری آنها و بهروری و کیفیت خود را چنین ارتقا بخشند ؟

امروزه صنعت کشور بیش از هر چیز نیازمند نو سازی و به کار گیری نگرش های نوین صنعتی میباشد روش های کهنه و مرسوم در صنعت کشور کاهش بهروری و افت کیفیت را به ارمغان آورد ه است و این در حالی است که مرز های صنعت به سرعت در حال گسترش است و اصرار بر روش های سنتی فاصله ایران را با دنیای صنعتی افزایش خواهد داد . از طرف دیگر ورود صنعت بدون دانش فنی چیزی از این فاصله نخواهد کاست . اکنون اگر چه صنعت ایران گام هایی به سوی توسعه استفاده از اتوماسیون و سیستم های مدیریت صنعتی متکی براین دانش برداشته است اما متاسفانه انتقال دانش فنی در این عرصه با کندی صورت میگیرد .

امروزه با پدیدار شدن ریز پردازنده ها و پیشرفت فن اوری حالت جامد در عرصه علم و تکنولوژی که بی شک ان را میتوان بزرگترین پدیده در علم الکترونیک دانست چهره محیط های صنعتی به کلی دگرگون شده است .

Plc نیز مولود این پدیده یعنی ظهور ریز پردازنده ها بوده است .بدن تردید plc مهمترین و پر کاربرد ترین وسیله اتوماسیون در صنایع مدرن امروزی است در ماشین ها و خطوط تولید جدید کمتر موردی را میتوان یافت که از کنترل کننده های منطقی قابل برنامه ریزی استفاده نشده باشد در حقیقت این وسیله بسیار قابل انعطاف که خود یک کنترل کننده کامل است به عنوان قطعه ای برنامه پذیر کاربرد وسیعی یافته است به گونه ای که با پیشرفت تکنولوژی و حضور اتوماسبون در عرصه صنعت در طراحی کنترل کننده ها و مدارات فرمان خطوط تولید و فرایند های صنعتی استفاده از مدارات فرمان قدیمی منسخ گردیده و در اکثر مراکز صنعتی از کنترل کننده های منطقی قابل برنامه ریزی استفاده میگردد.

اکنون برای توجه بیشتر به تفاوت ها و مزایای plc نسبت به مدارات کنتاکتوری موارد زیر را بر میشماریم :

• استفاده از plc موجب کاهش حجم تابلوی فرمان میگردد
• استفاده از plc مخصوصا در فرایند های عظیم موجب صرفه جویی قابل تئجهی در هزینه لوازم و قطعات میشود
• Plc استهلاک مکانیکی ندارد بنابراین علاوه بر عمر بیشتر نیازی به تعمیرات و سرویس های دوره ای نخواهد داشت
• Plc انرژی کمتری مصرف میکند
• Plc ها بر خلاف مدارات رله کنتاکتوری نویز الکتریکی و صوتی ایجاد نمی کند
• استفاده از plc منحصر به یک پروسه و فرایند خاصی نیست و با تغییراتی که در برنامه میتوان به اسانی از ان برای کنترل پروسه های دیگر استفاده کرد
• طراحی و اجرای مدارات کنترل و فرمان با استفاده از plc بسیار سریع و اسان است
• برای عیب یابی مدارات کنتاکتوری الگوریتم و روش خاصی نداریم اما در عیب یابی مدارات plc براحتی با تغییرات در نرم افزار و simoulation کردن ان میتوان عیب

یابی کرد

کاربرد های plc در صنایع مختلف :

امروزه کاربرد های فراوانی از plc در پروسه های مختلف صنعتی به چشم میخورد که خود نشانگر اهمیت فراوان plc در صنعت است . از جمله این استفاده ها میتوان به موارد زیر اشاره کرد :

• صنایع اتومبیل سازی شامل سوراخ کاری و پاشش رنگ و حمل موتور lift,drop
• صنایع پلاستیک سازی شامل ذوب قالب گیری و دمش هوا
• صنایع سنگین شامل کوره های صنعتی کنترل دمای اتوماتیک
• صنایع شیمیایی شامل دستگاه های مخلوط شیمیایی
• خدمات ساختمانی شامل آسانسور تهویه هواو...
• سیستم های حمل و نقل شامل سیستم کانوایرو...

PLC در یک نگاه:

programmable logic controller   :PLC که با نام programmable controller نیز شناخته می شودکنترل کننده برنامه پذیری است که از خانواده کامپیوتر ها بشمار می آید .این کنترل کننده که عمدتا در مقاصد صنعتی بکار می رود ورودی ها را می گیرد و بر اساس برنامه ای که در حافظه آن نوشته شده خروجی هایلازم را برای ماشین یا فرایندی که تحت کنترل آن است صادر می نما ید .

بنا بر این در نگاه اول PLC از سه قسمت اصلی یعنی مدول های ورودی ،CPUو مدول های خروجی تشکیل شده است. مدول ورودی سیگنالهای متنوع دیجیتال یا آنالوگ را ازF IELD قبول میکند و سپس آنها را به سیگنال های منطقی (0و1)که برای CPU قابل پردازش باشد تبدیل می نماید .CPUمطابق با برنامه ای که قبلا کاربر در حافظه آن ذخیره کرده است دستورات کنترلی را اجرا کرده و خروجی لازم را بصورتسیگنال های منطقی به مدول های خارجی می فرستد .این مدول ها سیگنال های مذبور را به فرم دیجیتال یا با تبدیل به آنالوگ به تجهیزات FIELD مانند عملگر ها (ACTUATOR ) ارسال می نماید .

قبل از اینکه PLC در صنعت مورد استفاده قرار گیرد مدار های کنترلی کاملا سخت افزاری بودند این مدارهای بر اساس رله ها طراحی و سپس سیم بندی می شدند .بزرگترین عیب این روش آن بود که کوچکترین تغییری در سیستم کنترل مستلزم تغییر سخت افزار و سیم کشی بود که علاوه بر هزینه زیاد زمان زیادی را نیز برای اجرا نیاز داشت بعلاوهدر هنگام بروز خطا کار عیب یابی این مدار ها چندان ساده نبود.

سیستم جدید یعنی PLC مسایل فوق را به همراه نداشت .به سادگی قابل برنامه ریزی بود و تغییردر سیستم کنترل با تغییر در نرم افزار بر نامه کنترل بسهولت امکان پذیر می شد .

مزیتهای قوق همراه با مزایای دیگر ی چون کوچکترشدن ابعاد سیستم کنترل ،عیب یابی سریعتر ،خرابی کمتر توانایی اجرای فانکشنهای پیچیده ،توانایی تبادل اطلاعات با سیستم های دیگرو....موجب شد که مدارهای رله ای بسرعت میدان را برای حضور PLC خالی کنند .

اولین PLC ها در سال 1968ساخته شدند در دهه 70 قابلیت برقراری ارتباط به آنهااضافه شد در دهه 80 پروتکل های ارتباطی استاندارد شد و بلاخره در دهه90 استاندارد زبانهای برنامه نویسیPLC یعنی استاندارد IEC1131 ارائه گردید

استانداردIEC1131

در سال 1979 یک گروه متخصص در IECکار بررسی جامع PLCها را شامل سخت افزار ،برنامه نویسی و ارتباطات بر عهده گرفت .هدف این گروه تدوین روش های استانداردی بود که موارد فوق را پو شش دهد و توسط سازندگان PLCبکار گرفته شود .این کار حدود 12 سال بطول انجامیدو نهایتا پس ازبحث های موافق و مخالفی که انجام شد استانداردIEC1131شکل گرفت و جنبه های مختلف این وسیله از طراحی سخت افزار گرفته تا نصب ،تست ،برنامه ریزی و ارتباطات آن را زیر پوشش قرار اد.

PLC های مختلف زیمنس

در طبقه بندی محصولات زیمنس PLC هادر زیر مجموعهمحصولات SIMATIC قرار می گیرند .برخی از آنها بصورت COMPACTطراحی و ساخته شده اند به این معنا که منبع تغذیه وcpu ومدول های ورودی و خروجی بصورت یک پارچه در کنار هم بیکدیگر متصل هستند و یک واحد تلقی می شوند و بر خی دیگر به صورت مدولار هستند که بر خلاف نوع compact کاربر میتواند مدول های دلخواه از آن خانواده را بسته به نیاز خود انتخاب و در کنار هم قرار دهد .plc های زیمنس را میتوان به پنج خانواده زیر تقسیم کرد

Simatic s5

   این plcها که نسبتا قدیمی هستند انواع مختلف دارند برخی مانند s5-95u به صورت compact بوده و

حوزه عملکرد محدود دارند .برخی دیگر مانند s5-100u وs5-115 مدولار بوده و برای سیستم های کنترلی با ابعاد متوسط بکار می روند برای حوزه های عملکرد وسیع plc های د یگری با نام های s5-135u وs5-155u از این خانواده عرضه شده اند . برنامه نویسی plcهای فوق با نرم افزار step5 انجام میگیرد .

Simatic s7

این plcها بعد از s5 عرضه شده اند و خود به سه خانواده مختلف تقسیم می شوندs7-200بصورت compact بوده و برای سیستم های کنترلی کوچک بکار می رود . s7-300 مدولار است و عملکرد متو سط دارد s7-400 نیز مدولار است ولی می تواند حوزه عملکرد وسیع داشته باشد . این plc ها با نرم افزار step7 برنامه نویسی و پیکر بندی می شوند .

Logo!logic modules

کنترل کننده ساده و ارزان قیمتی است که برای کار های کنترلی کوچک (مانند ساختمان ها یا ماشین های کوچک )کاربرد دارد.این plcبصورت compact است و برنامه ریزی آن توسط کلید های روی آن انجام می شود .برای برنامه ریزی از طریق کامپیوتر باید نرم افزار logo !softcompactنصب گردد.

Simatic c7

C7 ترکیبی است از s7-300 و oprator control علاوه بر اینکه کار کنترلی را انجام می دهد بر روی نمایشگر آن میتوان پیغام ها ،رخدادها ،مقادیر مرتبط با فرایند را دید و فانکشن هایی را نیز توسط صفحه کلید روی آن اعمال نمود. C7 کمپکت بوده و انواع مختلفی دارد که توانایی آنها با هم متفاوت است

برای برنامه نویسی این plc ها باید علاوه بر step7 نرم افزار protocol نیز روی کامپیوتر نصب شود

Simatic505

سری 505 که خود انواع مختلفی دارد برای کاربرد در حوزه های کوچک و متوسط طراحی شده است همه اعضای این خانواده به صورت compact عرضه می شوند و برنامه نویسی انها با نرم افزار texas instruments می باشد .

خانواده s7

s7-20

یک micro plc ارزان قیمت است .می تواند برای مقاصد ساده تا نسبتا پیچیده کنترلی بکار رود . نصب برنامه نویسی ،و کار با آن ساده است . بصورت compact عرضه می شود وi/o های آن

on-bord است .انواع مختلفی دارد و در برخی انواع آن می توان مدول اضافی نیز در کنار cpu قرار داد . برنامه نویسی آن با نرم افزار step7-micro/win انجام می شود .

S7-300

یک mini plc است .حوزه عملکرد آن متوسط است مدولار است مدول های آن تنوع زیاد دارد بسهولت قابل توسعه است بر نامه نویسی آن با step7 انجام می شود

s7-300f

برای سیستم های که نیاز به ایمنی زیاد دارند یا اصطلاحا fail-safe هستند طراحی شده است پایه آن s7-300 است در انتهای کدcpuحرف fمعرف این نوع است مانند cpu315f

S7-300c

شبیه s7-300 است با این تفاوت که cpu همراه با مدول دیگری مانند ورودی خروجی بصورت compact عرضه شده است در انتهای کد cpu حرف c معرف این نوع است مانند cpu314c 0

S7-400

حوزه عملکرد وسیع دارد مدولار است حجم زیادی از سیگنال ها را می تواند پو شش دهد براحتی قابل توسعه است در مقایسه با s7-300 سرعت پردازش بالاتر ،حافظه بیشتر و امکانات وسیعتری را داراست

برنامه نویسی آن با s7 انجام میشود

S7-400h

` پایه ان همان s7است ولی در جائی که high availability مورد نیاز است بکار می رود مانند جائی که هزینه راه اندازی مجدد سیستم پس از رفع عیب بالا است پروسه ای که اگر متوقف شود منجر به خسارت زیاد می شود جائی که بهره برداری از پروسه بدون مانیتورینگ و با حداقل پرسنل تعمیراتی انجام می شود .

S7-400fh

پایه آن s7-400 است توانائی های s7-400h را دارا است توانائی های f-system رادارا است یعنی برای کاربرد هائی که درجه ایمنی بالائی دارند نیز متناسب است

و...

NikoFile