一文解析无处不在的传感器
品慧电子讯：在我们生活的这个现代和神奇的时代，我们被各种传感器所包围。考虑到后期模型汽车中的许多传感器：发动机舱有曲轴和凸轮轴角度传感器，座椅有压力传感器（以确定是否有孩子）或者一个成年人占用座椅）和安全带传感器，当然还有救生碰撞传感器用于在发生碰撞时给安全气囊充气。据估计，目前的模型车每辆车有60到100个传感器，而更新（更智能）的车将有近200个传感器。
有没有想过你的智能手机如何知道何时旋转它的屏幕 - 从横向到纵向 - 取决于它的方向？你可以感谢加速度计的魔术。这些相同的加速度计可以让您在手机上玩游戏需要移动手机本身。虽然加速度计是实际的重力传感器，但磁力计和陀螺仪都可以通过消除加速度计数据的线性加速度来发挥作用。
PIR
PIR或被动红外探测器通常用于入侵报警系统。PIR类似于热传感器。这些红外传感器/探测器是运动传感器安全灯内部的秘密调料，当有人靠近时会照亮车道。红外线在我们眼睛的光探测能力之外（参见下面的图1）。
图1.可见光和红外光谱。图片由 加州大学伯克利分校的Digital Earth Watch提供
PIR是热电装置 - 即，它们在加热或冷却时可以产生电压 - 通过感测周围物体发出的辐射热（也称为红外线）的变化来检测运动。
PIR传感器通常包括视场和/或线性距离规格，并且大多数都带有塑料透镜。下面的图2是PIR传感器的示例。
图2. PIR传感器。图片来自Parallax Inc的555-28027数据表。
加速度计
如前所述，加速度计位于智能手机（和平板电脑）内部，这使得加速度计成本低廉，并且随着智能手机的超大规模生产而变得容易获得。
许多加速度计设备使用MEMS（微机电系统）作为感应加速的关键技术。意法半导体的加速度计采用专有工艺，允许悬浮的硅结构在感应加速度的方向上自由移动。根据意法半导体的说法，“当传感器加速时，检测质量从其标称位置移位，导致电容半桥不平衡。这种不平衡是通过电荷积分来测量的，以响应施加在电容器上的电压脉冲” （LIS2DH数据表，第18页）。见图3。
图3. STMicroelectronics MEMS 3轴加速度计。图片取自 LIS2DH数据表。
倾斜传感器
倾斜传感器与加速度计有些相似，但设计复杂得多。倾斜传感器，也称为运动检测器或倾斜开关，就像它听起来一样：它是一个检测倾斜的传感器，特别是从地平线倾斜。有多种倾斜传感设计类型，但常见的一种称为滚球传感器开关（见图4）。滚球传感器开关借助于滚球工作，当滚动球倾斜到临界点时，滚动球与两个或更多个导电销接触或断开。
倾斜传感器的规格通常包括传感器角度，以度为单位给出。
虽然今天不常用，但如果你看起来足够坚硬，仍然可以找到原始类型的倾斜开关 - 水银倾斜开关。如果您发现符合RoHS标准的倾斜开关，请放心，它不含汞。
图4.滚球传感器开关。图片取自C＆K的 数据表（部件号：RB-220-07 R）。
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上述加速度计。许多数字加速度计具有用户可选择的灵敏度设置，允许设备检测从非常大到非常小的加速度。
压电传感器（见图5）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气变化来测量加速度，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。
图5.压电振动传感器。图片由SparkFun提供
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比例。
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间隔脉冲。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彼此异相90度的通道。见图6。
图6.正交编码器的二进制脉冲。图片由EmbeddedRelated.com提供
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。
力传感器
有许多类型的力传感器可供选择，其中两种是应变仪和称重传感器。
称重传感器将使用应变仪测量的材料的变形转换为电信号。一种类型的称重传感器使用弯曲梁。我们假设应变计安装在梁上。当力施加到梁上时，梁开始略微弯曲，导致应变仪弯曲，导致其电输出信号的变化。有关称重传感器的示例，请参见图7。
图7.称重传感器描述。图片改编自 Tekscan
压力传感器
有许多不同类型的压力传感器和用于制造压力传感器的技术。
压力传感器的类型：
● 绝对压力传感器：该传感器测量相对于完美真空的压力。
● 表压传感器：这种压力传感器测量相对于大气压的压力。
● 密封压力传感器：该传感器测量相对于其他已知和固定压力的压力。
● 差压传感器：该压力传感器测量两个压力之间的差异。传感器同时“看到”两个压力中的每一个。见下面的图8。
图8.差压传感器。注意这两个端口。图片由Modern Device提供
压力传感器中使用的技术：
● 压阻式应变计技术用于检测施加压力的力或张力。
● 电容式压力传感器使用隔膜和压力腔来产生可变电容器。
● 压电传感器使用压电效应来测量由施加的压力产生的应变。
