Введение в датчики движения: PIR, Tilt, Force и многое другое
Узнайте о различных датчиках движения, включая акселерометры, датчики наклона, датчики вибрации, датчики PIR (пассивный инфракрасный) и датчики вращения.
Датчики везде
Мы окружены всеми видами датчиков в этом современном и волшебном возрасте, в котором мы живем. Рассмотрим многие датчики в автомобиле поздней модели: в моторном отсеке установлены датчики угла поворота коленчатого вала и распредвала, сиденья оснащены датчиками давления (чтобы определить, есть ли ребенок или взрослый занимает место) и датчики ремней безопасности, и, конечно, спасательные спасательные аппараты используются для раздувания подушек безопасности в случае столкновения. По оценкам, нынешние модели автомобилей имеют от 60 до 100 датчиков на автомобиль, а более новые (более умные) автомобили будут иметь около 200 датчиков.
Никогда не задумывайтесь о том, как ваш смартфон знает, когда поворачивать его экран - от пейзажа до портрета - в зависимости от его ориентации »// www.allaboutcircuits.com/technical-articles/no -light-required-a-new-thermal-sensor-array- test-board / "target =" _ blank "> датчик температуры. Эти инфракрасные датчики / детекторы - это секретный соус внутри охранных огней датчика движения, которые освещают подъездные пути, когда кто-то подходит. Инфракрасный свет находится вне наших возможностей обнаружения света (см. Рис. 1 ниже).
Рисунок 1. Видимый и инфракрасный спектр. Изображение предоставлено Digital Earth Watch от UC, Беркли
ПИР являются пироэлектрическими устройствами, то есть они могут генерировать напряжение при нагревании или охлаждении, которые обнаруживают движение, измеряя изменения в лучистой теплоте (ака инфракрасной области), излучаемой окружающими объектами.
Датчики PIR обычно включают в себя поле зрения и / или линейную спецификацию расстояния, и большинство из них имеют пластиковую линзу. На рисунке 2 приведен пример ПИР-датчика.
Рисунок 2. ПИР-датчик. Изображение взято из паспорта 555-28027 от Parallax Inc
акселерометр
Как упоминалось ранее, акселерометры находятся внутри смартфонов (и планшетов), что приводит к тому, что акселерометры являются недорогими и доступными с учетом ультрамассивного производства смартфонов.
Многие устройства акселерометра используют MEMS (микроэлектромеханические системы) в качестве критической технологии для определения ускорения. Акселерометры STMicroelectronics используют проприетарный процесс, позволяющий свободно перемещать подвесные кремниевые структуры в направлении ощущаемого ускорения. Согласно STMicroelectronics: «Когда к датчику приложено ускорение, доказательная масса смещается из своего номинального положения, вызывая дисбаланс в емкостном полумостеле. Этот дисбаланс измеряется с использованием интеграции заряда в ответ на импульс напряжения, подаваемый на конденсатор" (LIS2DH, стр. 18). См. Рис. 3.
Рисунок 3. Трехмерная акселерометрия STMicroelectronics MEMS. Изображение взято из таблицы данных LIS2DH
Датчики наклона
В отличие от акселерометра, но гораздо менее сложного в дизайне, это датчик наклона. Датчик наклона, также называемый детектором движения или переключателем наклона, точно так же звучит: это датчик, который обнаруживает наклон, в частности, наклон от горизонта. Существует несколько типов дизайна чувствительности к наклону, но общий называется переключателем шарикового переключателя (см. Рис. 4). Переключатель шарикоподшипника качения работает с помощью катящегося шарика, который при наклоне до критической точки либо создает, либо разрывает контакт с двумя или более проводящими штифтами.
Спецификации датчиков наклона обычно включают в себя угол датчика, который задается в единицах градусов.
Несмотря на то, что сегодня не используется, первоначальный тип переключателя наклона - переключатель наклона ртути - все еще можно найти, если вы выглядите достаточно сложно. Если вы найдете переключатель наклона, соответствующий требованиям RoHS, будьте уверены, что он не будет содержать ртуть.
Рисунок 4. Переключатель шарикового ключа. Изображение взято из таблицы C & K (p / n: RB-220-07 R)
Датчики вибрации
Существует множество различных методов и датчиков, используемых для измерения и обнаружения вибраций. Одним из таких датчиков является вышеупомянутый акселерометр. Многие цифровые акселерометры имеют настраиваемые пользователем настройки чувствительности, которые позволяют устройствам обнаруживать ускорения от очень больших до очень малых.
Пьезоэлектрический датчик (см. Рис. 5) идеально подходит для технологий вибрации. Пьезоэлектрический датчик использует пьезоэлектрический эффект для измерения изменений ускорения, деформации или силы путем преобразования физического изменения в электрическое изменение. В дополнение к обнаружению вибраций эти датчики того же типа используются для обнаружения механического удара.
Рисунок 5. Пьезоэлектрический датчик вибрации. Изображение предоставлено SparkFun
Датчики вращения
Возможно, самый простой датчик вращения использует потенциометр в качестве делителя напряжения, где напряжение пропорционально углу поворота.
Квадратурные энкодеры, обычно используемые для измерения вращательного положения, обеспечивают определенное количество равноотстоящих импульсов за оборот. Квадратурный кодер является типом инкрементного кодера. Инкрементальные датчики обеспечивают относительную обратную связь по положению (а также могут обеспечивать скорость и направление), генерируя поток двоичных импульсов, пропорциональных вращению вала двигателя. Квадратурные энкодеры имеют два канала, которые 90 степеней разности фаз друг от друга. См. Рисунок 6.
Рисунок 6. Бинарные импульсы квадратурного кодировщика. Изображение предоставлено EmbeddedRelated.com
Другие датчики вращения включают в себя интегральные датчики вращательного датчика на основе эффекта Холла и датчики поворота.
Силовые датчики
Существует множество типов датчиков силы, два из которых являются тензодатчиками и тензодатчиками.
Измерительная ячейка преобразует деформацию материала, измеренную с помощью тензодатчика, в электрический сигнал. Один тип тензодатчика использует изгибный луч. Предположим, что тензодатчик установлен на балке. При приложении силы к лучу луч начинает слегка изгибаться, что приводит к изгибу тензодатчика, что приводит к изменению его электрического выходного сигнала. См. Рисунок 7 для примера весоизмерительной ячейки.
Рисунок 7. Отображение ячейки. Изображение, адаптированное из Tekscan
Датчики давления
Существует много разных типов датчиков давления и технологий, используемых для создания датчиков давления.
Типы датчиков давления:
- Абсолютный датчик давления: этот датчик измеряет давление относительно идеального вакуума.
- Датчик манометра: этот тип датчика давления измеряет давление относительно атмосферного давления.
- Герметичный датчик давления: этот датчик измеряет давление относительно некоторого другого известного и фиксированного давления.
- Датчик дифференциального давления: Этот датчик давления измеряет разницу между двумя давлениями. Датчик «видит» каждое из двух давлений одновременно. См. Рисунок 8 ниже.
Рисунок 8. Датчик дифференциального давления. Обратите внимание на два порта. Изображение предоставлено современным устройством
Технологии, используемые в датчиках давления:
- Пьезорезистивная тензометрическая технология используется для определения силы или напряжения в результате приложенного давления.
- Емкостные датчики давления используют диафрагму и полость давления для создания переменного конденсатора.
- Пьезоэлектрические датчики используют пьезоэлектрический эффект для измерения полученного напряжения от приложенных давлений.
Вспомогательная информация
- Учебник и обзор 3D-магнитного комплекта Infineon 2Go Kit
- Как работает слияние датчиков
- Захват данных ИДУ с помощью абсолютного датчика ориентации BNO055