- 運動傳感器簡介：PIR、傾斜、力等
- 來源：賽斯維傳感器網 發表于 2022/4/21
了解各種運動型傳感器，包括加速度計、傾斜傳感器、振動傳感器、PIR（被動紅外）傳感器和旋轉傳感器。
傳感器無處不在
在我們生活的這個現代而神奇的時代，我們被各種各樣的傳感器所包圍。想想一輛新式汽車中的許多傳感器：發動機艙有曲軸和凸輪軸角度傳感器，座椅有壓力傳感器（以確定是否有孩子或成年人占用座位）和傳感器，當然還有救生碰撞傳感器用于在發生碰撞時為氣囊充氣。據估計，目前的車型每輛車有 60 到 100 個傳感器，而更新（更智能）的汽車將有接近 200 個傳感器。
有沒有想過您的智能手機如何知道何時根據其方向旋轉屏幕（從橫向到縱向）？你可以感謝加速度計的魔術。這些相同的加速度計因允許您在手機上玩需要手機本身移動的游戲而受到贊譽。雖然加速度計是實際的重力傳感器，但磁力計和陀螺儀都通過從加速度計數據中去除線性加速度來發揮作用。
紅外
PIR 或被動紅外探測器通常用于入侵報警系統。PIR 類似于熱傳感器。這些紅外傳感器/探測器是運動傳感器燈內的秘密武器，當有人靠近時會照亮車道。紅外線超出了我們眼睛的光檢測能力（見下圖 1）。
圖 1.可見和紅外光譜。圖片由 加州大學伯克利分校的Digital Earth Watch提供
PIR 是熱釋電設備——即它們可以在加熱或冷卻時產生電壓——通過感應周圍物體發出的輻射熱（又稱紅外線）的變化來檢測運動。
PIR 傳感器通常包括視場和/或線性距離規格，并且大多數都帶有塑料透鏡。下面的圖 2 是 PIR 傳感器的示例。
圖 2. PIR 傳感器。圖片取自 Parallax Inc 的555-28027 數據表。
加速度計
如前所述，加速度計位于智能手機（和平板電腦）內部，因此加速度計成本低廉，并且在智能手機的超大規模生產中易于獲得。
許多加速度計設備使用MEMS（微機電系統）作為傳感加速度的關鍵技術。STMicroelectronics 加速度計使用專有工藝，允許懸浮硅結構沿感應加速度方向自由移動。根據 STMicroelectronics 的說法，“當對傳感器施加加速度時，檢測質量從其標稱位置發生位移，導致電容半橋不平衡。這種不平衡是通過響應施加到電容器的電壓脈沖的電荷積分來測量的” （LIS2DH 數據表，第 18 頁）。請參見圖 3。
圖 3. STMicroelectronics MEMS 3 軸加速度計。圖片取自 LIS2DH 數據表。
傾斜傳感器
傾斜傳感器與加速度計有些相似，但設計復雜得多。傾斜傳感器，也稱為運動檢測器或傾斜開關，正如它聽起來的那樣：它是一個檢測傾斜的傳感器，特別是從地平線傾斜的傳感器。有多種傾斜感應設計類型，但常見的一種稱為滾球傳感器開關（參見圖 4）。滾動球傳感器開關通過滾動球工作，當滾動球傾斜到臨界點時，會與兩個或多個導電銷建立或斷開接觸。
傾斜傳感器的規格通常包括傳感器角度，以度為單位。
雖然今天不常用，但如果您仔細觀察，仍然可以找到原始類型的傾斜開關 - 水銀傾斜開關。如果您找到符合 RoHS 標準的傾斜開關，請放心，它不含汞。
圖 4.滾球傳感器開關。圖片取自 C&K 的 數據表 (p/n: RB-220-07 R)。
振動傳感器
有許多不同的方法和傳感器用于測量和檢測振動。一種這樣的傳感器是上述加速度計。許多數字加速度計具有用戶可選擇的靈敏度設置，允許設備檢測從非常大到非常小的加速度。
壓電傳感器（參見圖 5）是振動傳感技術的理想選擇。壓電傳感器利用壓電效應通過將物理變化轉換為電變化來測量加速度、應變或力的變化。除了檢測振動之外，這些相同類型的傳感器還用于檢測機械沖擊。
圖 5.壓電振動傳感器。圖片由SparkFun提供
旋轉傳感器
也許旋轉傳感器使用電位計作為分壓器，其中電壓與旋轉角度成正比。
正交編碼器，通常用于測量旋轉位置，每轉提供特定數量的等距脈沖。正交編碼器是一種增量編碼器。增量編碼器通過生成與電機軸的旋轉成比例的二進制脈沖流來提供相對位置反饋（也可以提供速度和方向）。正交編碼器有兩個通道，它們的相位相差 90 度。請參見圖 6。
圖 6.正交編碼器的二進制脈沖。圖片由EmbeddedRelated.com提供
其他旋轉傳感器包括基于霍爾效應的旋轉傳感器 IC和旋轉位置傳感器。
力傳感器
有許多類型的力傳感器可用，其中兩種是應變儀和稱重傳感器。
稱重傳感器將使用應變儀測量的材料變形轉換為電信號。一種類型的稱重傳感器使用彎曲梁。假設應變儀安裝在梁上。當向梁施加力時，梁開始輕微彎曲，導致應變儀彎曲，從而導致其電輸出信號發生變化。有關稱重傳感器的示例，請參見圖 7。
圖 7.稱重傳感器描述。圖片改編自 Tekscan
壓力傳感器
有許多不同類型的壓力傳感器和用于制造壓力傳感器的技術。
壓力傳感器的類型：
壓力傳感器：該傳感器測量相對于真空的壓力。
表壓傳感器：這種類型的壓力傳感器測量相對于大氣壓力的壓力。
密封壓力傳感器：該傳感器測量相對于其他一些已知和固定壓力的壓力。
差壓傳感器：該壓力傳感器測量兩個壓力之間的差值。傳感器同時“看到”兩個壓力中的每一個。請參見下面的圖 8。
圖 8.差壓傳感器。注意這兩個端口。圖片由現代設備提供
壓力傳感器中使用的技術：
壓阻式應變儀技術用于檢測由于施加壓力而產生的力或張力。
電容式壓力傳感器使用隔膜和壓力腔來創建可變電容器。
壓電傳感器使用壓電效應來測量施加壓力產生的應變。
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