一文看懂运动传感器的5种类型

当前,大多数运动传感器都按照塞缪尔·班戈运动传感器的原理工作。

  1950年,塞缪尔·班戈(Samuel Bango)发明了第一个运动传感器,称为防盗警报器。之所以能够防盗,是因为塞缪尔将雷达的基础知识应用到超声波上,超声波是一种注意到火灾或强盗的频率,是人类听不到的频率。

  塞缪尔运动传感器基于“多普勒效应”原理。简单来说,“多普勒效应”指由光源的运动引起的波长变化。

  当波源向观察者移动时,每个相继的波峰都从比前一个波峰更靠近观察者的位置发射。因此,与前一个波相比,每个波到达观察者所花费的时间略短。因此,减少了连续波峰到达观察者之间的时间,导致频率增加。当它们行进时,连续波前之间的距离会减小,因此波会“聚在一起”。相反,如果波源远离观察者,则波会“散开”。

  “多普勒效应”的一个常见示例是,当发出喇叭声的车辆接近观察者并从观察者后退时,听到的音调变化。与发射频率相比,进近过程中的接收频率更高,经过时的接收频率相同,而在衰退期间则较低。

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  当前,大多数运动传感器都按照塞缪尔·班戈运动传感器的原理工作。运动传感器的应用范围非常广泛,包括消费电子,汽车,医疗设备,楼宇自动化,工业设备等。

  什么是运动传感器?

  运动传感器是设计用于检测和测量运动的电子设备。运动传感器主要用于家庭和企业安全系统,但也可以在电话,纸巾分配器,游戏机和虚拟现实系统中找到。

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  运动传感器的类型

  市场上有各种各样的运动传感器,但都可归类为这两种:主动运动传感器(有源传感器)和被动运动传感器(无源传感器)。

  主动运动传感器也被称为基于雷达的运动传感器。它既有发送器又有接收器,通过测量反射回接收器的声音或辐射量的变化来检测运动。

  主动运动传感器会发射无线电波/微波,当对象在运动传感器控制的区域中移动时,传感器会寻找波的多普勒(频率)变化,当该变化的波返回到传感器探测器时,这将表明该波击中了移动的物体。运动传感器能够理解这些变化,并将电信号发送到警报系统,照明灯或与运动传感器连接的其他类型的设备。

  主动运动传感器通常用于大型购物中心的自动门等应用中,但也可以在房屋安全警报系统中找到,并用于室内照明系统。

  最常见的主动运动传感器是超声波运动传感器。超声波运动传感器发出声波以检测物体的存在。还有微波运动传感器(发出微波辐射)和断层扫描运动传感器(发送和接收无线电波)。

  被动式运动传感器与主动式传感器相反,被动运动传感器没有发射器,它们不发出任何东西,而只是检测红外能量。最广泛使用的被动运动传感器类型是被动红外(PIR)传感器。

  下面我们一一具体来看看这几种传感器。

  被动红外(PIR)传感器

  一切温度高于绝对零度的物体都能产生热辐射,温度愈高,辐射出的总能量就愈大。

  被动红外传感器应用的就是热辐射的原理。它感测运动的方式是通过感测背景和温暖的身体之间的温度变化。

  被动红外传感器包含有热释电薄膜材料,该材料通过发射电能来响应IR辐射。PIR具有两个由对红外线敏感的特殊材料制成的插槽。当传感器感测到两个插槽之间的差异变化时,这将导致一个脉冲,该脉冲被传感器检测为“运动”。

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  被动红外传感器体积小,易于使用且价格便宜,功耗低可以永久使用,通常用于室内警报器、厕所洗手池自动感应等。

  超声波传感器

  主动超声波运动传感器会产生超声波(声波)脉冲,然后确定这些波在运动物体上的反射。猫,狗,鱼等动物可以听到这种声波,因此主动的超声波警报可能会使它们不安。

  另外,超声波运动传感器可以是主动的(有源),也可以是被动的(无源)。无源的超声波运动传感器需要注意金属、碎玻璃等特殊声音,因为这些传感器非常敏感,容易产生假警报。被动超声波运动传感器通常很昂贵。

  微波感应器

  微波运动传感器通过发出连续的微波辐射来检测运动,这与雷达测速仪的工作原理类似。微波运动传感器发出高射频,并通过感测频移来测量物体反射。如果它确实检测到频移,则将激活运动检测器。

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  微波传感器是非常敏感的,有时可以看到非金属物体,检测到目标范围外的移动物体。它们比红外传感器覆盖更大的面积,但价格昂贵并且容易受到电干扰——它穿透材料的能力会引起频繁的误报。而且微波传感器消耗功率高,因此经常设计为循环打开和关闭的工作模式。

  微波传感器的常见应用之一是电子警犬。

  断层扫描传感器

  断层扫描传感器会产生无线电波,并在这些波受到干扰时进行检测。他们可以透过墙壁和物体进行监测,并且通常以使无线电波网覆盖大面积的方式放置。

  断层扫描传感器价格昂贵,因此通常用于仓库,存储单元以及其他需要商业安全级别的情况。

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  双重技术运动传感器

  除了以上几类运动传感器外,还有一种运动检测器,它把多种运动传感器混合在一起,以减少假警报。只有当两种传感器都感测到运动时,才会激活双传感器。

  例如,双微波或PIR传感器将以无源红外传感器设置开始,因为这会消耗较少的能量。当无源红外传感器跳闸时,微波部会开启;然后,如果其余传感器也跳闸,报警器就会产生声音。这种组合型的报警器很适合忽略假报警,但可以消除丢失真实警报的可能性。

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  运动传感器的应用

  动作检测器具有广泛的用途,可以在日常生活中用于检测家里的任何异常动作。如今,大多数智能设备都带有内置的运动传感器,并且在现代时代已被证明是必不可少的。

  下面列出了运动传感器的一些应用:

  智能手机和可穿戴设备:运动传感器用于智能手机和可穿戴设备。除运动传感器外,还包括其他一些常见的传感器,例如磁传感器,加速计和陀螺仪

  磁传感器通过利用地球磁场来检测运动,室内定位结果比GPS更准确;加速度计可以感应倾斜,加速度和振动冲击,通常用于所有类型的可穿戴设备和手持式设备中;陀螺仪可测量设备的转速,可用于笔记本电脑,智能手机和数码相机,以提供更高质量的游戏和导航体验。

  家庭和个人安全:运动传感器在家庭和个人安全方面也有广泛的应用,没有运动传感器的安全系统是不可能实现的。

  包括有:运动探测器灯,即使在繁忙的夜晚,它们也能提供清晰的视野,让房主知道晚上是否有入侵者。它们还节省了成本,例如在房主忘记关闭的情况下自动关闭;移动探测器警报,通常与防盗警报融合在一起,并在检测到入侵者时发出警报。它们被用来吓跑小偷,并确保房屋安全;运动探测器摄像头,就像CCTV摄像机一样,在捕捉小偷时很有用。当观察到未经批准的条目时,它们可用于触发警报或发送通知警报。将这些纤巧而有效的摄像机放置在适当的位置时,它可以提供很大的安全性;运动传感器也是无线门铃的重要组成部分,在客人到达门口时会发出警报。

  此外,自动检票口,自动门,有源红外传感器用于指示传送带上是否存在产品,使用超声波传感器的液位控制器...都是运动传感器的一些实际应用。

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枭枭

集成电路设计行业资深记者,传感器专家网专栏编辑。