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运动传感器简介:pir、倾斜、力等
来源:赛斯维传感器 发表于 2022/1/6

了解各种运动型传感器,包括加速度计倾斜传感器振动传感器pir(被动红外)传感器旋转传感器


传感器无处不在

在我们生活的这个现代而神奇的时代,我们被各种各样的传感器包围着。想想一辆新型汽车中的许多传感器:发动机舱有曲轴和凸轮轴角度传感器,座椅有压力传感器(以确定孩子是否或成人占据座位)和安全带传感器,当然还有救生碰撞传感器用于在发生碰撞时给安全气囊充气。据估计,目前的模型汽车每辆车有 60 到 100 个传感器,更新(更智能)的汽车将有接近 200 个传感器。


有没有想过您的智能手机如何知道何时根据其方向旋转屏幕(从横向到纵向)?你可以感谢加速度计的神奇技巧。这些相同的加速度计因允许您在手机上玩需要手机本身移动的游戏而获得赞誉。虽然加速度计是实际的重力传感器,但磁力计和陀螺仪都通过从加速度计数据中去除线性加速度来发挥作用。


红外热像仪

pir 或被动红外探测器通常用于入侵者警报系统。pir 类似于热传感器。这些红外传感器/探测器是运动传感器安全灯内的秘密武器,当有人接近时,它会照亮车道。红外线超出了我们眼睛的光检测能力(见下图 1)。

图 1.可见光和红外光谱。图片由 加州大学伯克利分校的digital earth watch提供

 

pir 是热释电设备——即,它们在加热或冷却时可以产生电压——通过感知周围物体发出的辐射热(也称为红外线)的变化来检测运动。


pir 传感器通常包括视场和/或线性距离规格,并且大多数都带有塑料镜头。下面的图 2 是 pir 传感器的示例。

图 2. pir 传感器。图片取自 parallax inc 的555-28027 数据表。


加速度计

如前所述,加速度计位于智能手机(和平板电脑)内部,因此鉴于智能手机的超大规模生产,加速度计成本低且易于获得。


许多加速度计设备使用mems(微机电系统)作为感应加速度的关键技术。stmicroelectronics 加速度计使用专有工艺,允许悬浮的硅结构在感应到的加速度方向上自由移动。根据 stmicroelectronics 的说法,“当对传感器施加加速度时,质量块会偏离其标称位置,导致电容半桥不平衡。这种不平衡是通过电荷积分来测量的,以响应施加到电容器的电压脉冲” (lis2dh 数据表,第 18 页)。参见图 3。

图 3. stmicroelectronics mems 3 轴加速度计。图片取自 lis2dh 数据表。


倾斜传感器

倾斜传感器与加速度计有些相似,但设计却没有那么复杂。倾斜传感器,也称为运动检测器或倾斜开关,顾名思义:它是一种检测倾斜的传感器,特别是从地平线的倾斜。有多种倾斜感应设计类型,但常见的一种称为滚球传感器开关(见图 4)。滚球传感器开关通过滚球工作,当它倾斜到临界点时,会与两个或多个导电销接触或断开接触。


倾斜传感器的规格通常包括以度为单位的传感器角度。


尽管今天不常用,但如果您仔细观察,仍然可以找到原始类型的倾斜开关——水银倾斜开关。如果您找到符合 rohs 标准的倾斜开关,请放心,它不含汞。

图 4.滚球传感器开关。图片取自 c&k 的 数据表(部件号:rb-220-07 r)。


振动传感器

有许多不同的方法和传感器可用于测量和检测振动。一种这样的传感器是上述加速度计。许多数字加速度计具有用户可选的灵敏度设置,允许设备检测从非常大到非常小的加速度。


压电传感器(见图 5)是振动传感技术的理想选择。压电传感器利用压电效应通过将物理变化转换为电气变化来测量加速度、应变或力的变化。除了检测振动外,这些相同类型的传感器还用于检测机械冲击。

图 5.压电振动传感器。图片由sparkfun 提供


旋转传感器

也许最简单的旋转传感器是使用电位计作为分压器,其中电压与旋转角度成正比。


正交编码器通常用于测量旋转位置,每转提供特定数量的等距脉冲。正交编码器是一种增量编码器。增量编码器通过生成与电机轴的旋转成正比的二进制脉冲流来提供相对位置反馈(也可以提供速度和方向)。正交编码器有两个通道,它们的相位相差 90 度电。见图 6。

图 6.正交编码器的二进制脉冲。图片由embeddedrelated.com 提供

 

其他旋转传感器包括基于霍尔效应的旋转传感器 ic和旋转位置传感器。


力传感器

有多种类型的力传感器可用,其中两种是应变计和称重传感器。


称重传感器将使用应变计测量的材料变形转换为电信号。一种类型的称重传感器使用弯曲梁。让我们假设应变计安装在梁上。当向梁施加力时,梁开始轻微弯曲,导致应变计弯曲,从而导致其电输出信号发生变化。有关称重传感器的示例,请参见图 7。

图 7.称重传感器描述。图片改编自 tekscan


压力传感器

有许多不同类型的压力传感器和用于制造压力传感器的技术。


压力传感器的种类:

  • 绝对压力传感器:该传感器测量相对于完美真空的压力。

  • 表压传感器:这种类型的压力传感器测量相对于大气压的压力。

  • 密封压力传感器:该传感器测量相对于其他一些已知和固定压力的压力。

  • 压差传感器:该压力传感器测量两个压力之间的差值。传感器同时“看到”两个压力中的每一个。请参见下面的图 8。

 

图 8.压差传感器。注意这两个端口。图片由现代设备提供


压力传感器中使用的技术:

压阻式应变计技术用于检测由于施加压力而产生的力或张力。

电容式压力传感器使用隔膜和压力腔来创建可变电容器。

压电传感器使用压电效应来测量施加压力所产生的应变。


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