運動傳感器簡介：PIR、傾斜、力等

被動紅外

PIR（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安全燈內的秘密，當有人接近時，它們會照亮車道。紅外線超出了我們眼睛的光檢測能力（參見下圖 1）。

圖 1.可見光和紅外光譜。圖片 由加州大學伯克利分校數字地球觀察提供

PIR 是熱釋電設備，即它們在加熱或冷卻時可以產生電壓，通過感測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，并且大多數配有塑料透鏡。下圖 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，因此考慮到智能手機的超大規模生產，加速度計成本低廉且易于使用。

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。意法半導體加速度計采用專有工藝，允許懸浮硅結構沿感測加速度的方向自由移動。根據意法半導體的說法，“當對傳感器施加加速度時，檢測質量塊會偏離其標稱位置，從而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）。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，但設計遠沒有那么復雜。傾斜傳感器，也稱為運動探測器或傾斜開關，顧名思義：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。傾斜感應設計類型有多種，但常見的一種稱為滾球傳感器開關（見圖 4）。滾球傳感器開關通過滾球工作，當傾斜到臨界點時，滾球會與兩個或多個導電銷接觸或斷開接觸。

傾斜傳感器的規格通常包括傳感器角度，以度為單位。

盡管現在不常用，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（部件號：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前面提到的加速度計。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（見圖 5）非常適合振動傳感技術。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。

旋轉傳感器

也許簡單的旋轉傳感器是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間隔脈沖。正交編碼器是增量編碼器的一種。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（還可以提供速度和方向）。正交編碼器有兩個通道，彼此之間存在 90 電角度的異相。參見圖 6。

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

可用的力傳感器有多種類型，其中兩種是應變計和稱重傳感器。

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。我們假設應變儀安裝在梁上。當向梁施加力時，梁開始輕微彎曲，導致應變計彎曲，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已知固定壓力的壓力。

壓差傳感器：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。

壓力傳感器使用的技術：

壓阻應變計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。

壓電傳感器利用壓電效應來測量施加壓力產生的應變。