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(zhuǎn)傳感器。

傳感器無處不在

在我們生活的這個現(xiàn)代而神奇的時代，我們被各種各樣的傳感器包圍著。想想一輛新型汽車中的許多傳感器：發(fā)動機艙有曲軸和凸輪軸角度傳感器，座椅有壓力傳感器（以確定孩子是否或成人占據(jù)座位）和安全帶傳感器，當然還有救生碰撞傳感器用于在發(fā)生碰撞時給安全氣囊充氣。據(jù)估計，目前的模型汽車每輛車有 60 到 100 個傳感器，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(jù)其方向旋轉(zhuǎn)屏幕（從橫向到縱向）？你可以感謝加速度計的神奇技巧。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獲得贊譽。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(shù)據(jù)中去除線性加速度來發(fā)揮作用。

紅外熱像儀

PIR 或被動紅外探測器通常用于入侵者警報系統(tǒng)。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(nèi)的秘密武器，當有人接近時，它會照亮車道。紅外線超出了我們眼睛的光檢測能力（見下圖 1）。

圖 1.可見光和紅外光譜。圖片由 加州大學伯克利分校的Digital Earth Watch提供

PIR 是熱釋電設(shè)備——即，它們在加熱或冷卻時可以產(chǎn)生電壓——通過感知周圍物體發(fā)出的輻射熱（也稱為紅外線）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(guī)格，并且大多數(shù)都帶有塑料鏡頭。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(shù)據(jù)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(nèi)部，因此鑒于智能手機的超大規(guī)模生產(chǎn)，加速度計成本低且易于獲得。

許多加速度計設(shè)備使用MEMS（微機電系統(tǒng)）作為感應(yīng)加速度的關(guān)鍵技術(shù)。STMicroelectronics 加速度計使用專有工藝，允許懸浮的硅結(jié)構(gòu)在感應(yīng)到的加速度方向上自由移動。根據(jù) STMicroelectronics 的說法，“當對傳感器施加加速度時，質(zhì)量塊會偏離其標稱位置，導(dǎo)致電容半橋不平衡。這種不平衡是通過電荷積分來測量的，以響應(yīng)施加到電容器的電壓脈沖” （LIS2DH 數(shù)據(jù)表，第 18 頁）。參見圖 3。

圖 3. STMicroelectronics MEMS 3 軸加速度計。圖片取自 LIS2DH 數(shù)據(jù)表。

傾斜傳感器

傾斜傳感器與加速度計有些相似，但設(shè)計卻沒有那么復(fù)雜。傾斜傳感器，也稱為運動檢測器或傾斜開關(guān)，顧名思義：它是一種檢測傾斜的傳感器，特別是從地平線的傾斜。有多種傾斜感應(yīng)設(shè)計類型，但常見的一種稱為滾球傳感器開關(guān)（見圖 4）。滾球傳感器開關(guān)通過滾球工作，當它傾斜到臨界點時，會與兩個或多個導(dǎo)電銷接觸或斷開接觸。

傾斜傳感器的規(guī)格通常包括以度為單位的傳感器角度。

盡管今天不常用，但如果您仔細觀察，仍然可以找到原始類型的傾斜開關(guān)——水銀傾斜開關(guān)。如果您找到符合 RoHS 標準的傾斜開關(guān)，請放心，它不含汞。

圖 4.滾球傳感器開關(guān)。圖片取自 C&K 的 數(shù)據(jù)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可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(shù)字加速度計具有用戶可選的靈敏度設(shè)置，允許設(shè)備檢測從非常大到非常小的加速度。

壓電傳感器（見圖 5）是振動傳感技術(shù)的理想選擇。壓電傳感器利用壓電效應(yīng)通過將物理變化轉(zhuǎn)換為電氣變化來測量加速度、應(yīng)變或力的變化。除了檢測振動外，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(zhuǎn)傳感器

也許最簡單的旋轉(zhuǎn)傳感器是使用電位計作為分壓器，其中電壓與旋轉(zhuǎn)角度成正比。

正交編碼器通常用于測量旋轉(zhuǎn)位置，每轉(zhuǎn)提供特定數(shù)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(zhuǎn)成正比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 度電。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(zhuǎn)傳感器包括基于霍爾效應(yīng)的旋轉(zhuǎn)傳感器 IC和旋轉(zhuǎn)位置傳感器。

力傳感器

有多種類型的力傳感器可用，其中兩種是應(yīng)變計和稱重傳感器。

稱重傳感器將使用應(yīng)變計測量的材料變形轉(zhuǎn)換為電信號。一種類型的稱重傳感器使用彎曲梁。讓我們假設(shè)應(yīng)變計安裝在梁上。當向梁施加力時，梁開始輕微彎曲，導(dǎo)致應(yīng)變計彎曲，從而導(dǎo)致其電輸出信號發(fā)生變化。有關(guān)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(shù)。

壓力傳感器的種類：

• 絕對壓力傳感器：該傳感器測量相對于完美真空的壓力。

• 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。

• 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。請參見下面的圖 8。

圖 8.壓差傳感器。注意這兩個端口。圖片由現(xiàn)代設(shè)備提供

壓力傳感器中使用的技術(shù)：

壓阻式應(yīng)變計技術(shù)用于檢測由于施加壓力而產(chǎn)生的力或張力。

電容式壓力傳感器使用隔膜和壓力腔來創(chuàng)建可變電容器。

壓電傳感器使用壓電效應(yīng)來測量施加壓力所產(chǎn)生的應(yīng)變。