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浅析各种类型的运动传感器

振动传感器 2020-06-01 91 0

运动传感器,顾名思义,指检测物体或人运动的装置,包括重力,线性加速度,旋转矢量、振动频率等。运动传感器可用于监视设备移动,如倾斜,摇晃,旋转或摆动。

其中,旋转矢量传感器和重力传感器是用于运动检测和监测的最常用的传感器。旋转矢量传感器特别灵活,可用于各种运动相关任务,如检测手势,监视角度变化以及监视相对方位变化。

例如,如果您正在开发游戏,增强现实应用程序,二维或三维罗盘或照相机稳定应用程序,则旋转矢量传感器是理想的。在大多数情况下,使用这些传感器比使用加速度计和地磁场传感器或方位传感器更好。

运动传感器使用的技术各不相同,有的使用红外辐射,有的使用声波脉冲,有的基于振动的波动起伏。今天我们来了解下各种类型的运动传感器,包括加速度计,倾斜传感器,振动传感器,PIR(被动红外)传感器和旋转传感器。

1、被动红外传感器(PIR)

PIR(Passive Infrared),被动式红外探测器或身体感应器。

在自然界中,一切物体都会辐射红外线,因此利用探测器测定目标本身和背景之间的红外线差,可以得到不同的红外图像。而被动红外传感器就能检测运动的人或动物身上发出的红外线,输出开关信号,可以应用于各种需要检测运动人体的场合。

PIR是一种热释电设备,其工作原理是,在加热或冷却时传感器都可以产生电压,即通过感应周围物体发出的辐射热(即红外线)的变化来检测运动。

被动式红外探测器主要由光学系统、热传感器(或称为红外传感器)及报警控制器等部分组成。其核心部件是红外探测器件,通过光学系统的配合作用可以探测到某个立体防范空间内的热辐射的变化。红外传感器的探测波长范围是8~14μm,人体辐射的红外峰值波长约为10μm,正好在范围以内。

浅析各种类型的运动传感器

可见光谱和红外光谱:红外线不在我们眼睛的光检测能力范围内

PIR传感器通常包括视场和/或线性距离规格,并且大多数带有塑料透镜。通常用于入侵者警报系统。比如,可安装在汽车安全灯内部,当有人靠近时,照明灯会照亮车道。

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PIR传感器

2、加速度计

加速度计,是测量运载体线加速度的仪表。相对于远距感测的设备,它测量的是自身的运动。可应用于智能手机(和平板电脑)内部,因此,鉴于智能手机的超大规模生产,如今加速度计价格低廉且易于使用。

加速计的应用之一是测量重力,特别是使用于重量测定法的加速计上,这样的设备称为重力计。

和许多其它科学与工程系统一样,加速计与陀螺仪一同使用于惯性导引系统中。比如,最常见应用于现代汽车的安全气囊系统上,以侦测碰撞发生时车辆突然的减速度。

许多加速度计设备都使用MEMS(微机电系统)作为感应加速度的关键技术。加速计可能是最简单的MEMS设备,有时只由一个悬臂和一个重锤组成,利用挠曲和电路来测量加速度。MEMS加速规可以测量几千个G的幅度,单轴、二轴、三轴都可以。

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ST Microelectronics MEMS 3轴加速度计

3、倾斜传感器

倾斜传感器与加速度计有些相似,但设计复杂度要低得多。倾斜传感器,也称为运动检测器或倾斜开关,是一种检测倾斜的传感器,尤其是从地平线倾斜的传感器。

倾斜感测设计类型有多种,但一种常见的类型称为滚动球传感器开关。滚动球传感器开关通过滚动球工作,当滚动球倾斜到临界点时,该滚动球会与两个或多个导电引脚形成接触或断开接触。

浅析各种类型的运动传感器

滚球传感器开关

作为一种检测工具,现在,倾斜传感器已成为桥梁架设、铁路铺设、土木工程、石油钻井、航空航海、工业自动化、智能平台、机械加工等领域不可缺少的重要测量工具。

4、振动传感器

有许多不同的方法和传感器用于测量和检测振动。

一种这样的传感器是前述的加速度计。许多数字加速度计具有用户可选的灵敏度设置,使设备可以检测从非常大到非常小的加速度。

压电传感器是振动传感技术的理想选择。压电传感器使用压电效应通过将物理变化转换为电变化来测量加速度,应变或力的变化。除了检测振动之外,这些相同类型的传感器还用于检测机械冲击。

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压电振动传感器

5、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。

通常用于测量旋转位置的正交编码器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动机轴的旋转成比例的二进制脉冲流来提供相对位置反馈(并且还可以提供速度和方向)。正交编码器具有两个通道,两个通道的相位彼此相差90电角度。

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正交编码器的二进制脉冲

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。旋转位置传感器是具有取决于传感器的角位置的输出电压的霍尔效应装置。它们是非接触式的,并提供多个角度范围和安装配置,以适应大多数的应用需求。

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