Kiss Zoltán - kelet-Európai értékesítési vezető Endrich GmbH.
Miniatűr rezgésszenzorok
2013 október 7.
Összefoglalás :
Az elektronikai alkalmazások területén gyakran van szükség egy olyan egyszerű felépítésű mozgáskapcsolóra, mely alkalmas magának az eszköznek rezgés hatására történő élesztésre. Az ilyen induláskapcsolók különféle kényelmi szolgáltatások beépítésére adnak lehetőséget az eszköz fejlesztésekor, mint például az elem élettartamának növelése, vagy az automatikus bekapcsolás. A legegyszerűbb megoldás egy golyós kapcsoló használata, mely az esetek nagy részében tökéletesen hatékony és képes kiváltani például a káros anyagokat tartalmazó higanykapcsolókat is. Ilyen a cikkben tárgyalt, egy- és többirányú változatban elérhető Sensolute mikro rezgésérzékelő is, mely nem tartalmaz a környezetre veszélyes anyagokat, így megfelel az RoHS és REACH követelményeknek is.
Általános jellemzők
A VS1/2 mikro rezgésérzékelők alkalmasak a rezgés és mozgás érzékelésére egy a szenzor testében lévő üregben elhelyezkedő aranyozott miniatűr golyó segítségével. A rendkívül kis méret (2,85 x 2,45 x 1,7 mm) miatt ez a golyós kapcsolók elvén működő SMD méretű szenzor alkalmas kis elektronikai áramkörökbe való egyszerű felhasználásra. A zárt epoxi ház bizonyos mértékig ellenállóvá teszi a környezeti hatásokkal szemben, mint például a pára vagy a maró hatású kémiai anyagok jelenléte, széles hőmérséklet tartományban használható és tárolható (-20°C -+70 °C / -40°C - +85°C) és alkalmas automatikus, ólommentes beültetésre is.
A 0.8mm átmérőjű aranyozott golyó egy kis méretű, elektródaként funkcionáló, vezető falú hengerben helyezkedik el, melynek alján található egy másik elektróda is. A szabadon mozgó golyó még a legkisebb rezgés hatására is hol rövidre zárja, hol megszakítja az elektródákhoz kapcsolt külső áramkört. A vibráció hatására így megjelenő kimeneti kapcsolási feszültségimpulzusokat egy külső elektronikával kell kiértékelni. Mihelyt a szenzor nem érzékel további mozgást, a golyó nyugalomba kerül, a logika pedig - egy alkalmazáshoz rendelt késleltetés után - kiadhatja a parancsot például a táplálás lekapcsolására. Ez a módszer nagyon egyszerű és kiválóan használható kéziszerszámok, hordozható eszközök, távvezérlők nyugalmi helyzetben való automatikus kikapcsolására, vagy járműelektronikák indulás utáni automatikus élesztésére is.
Alkalmazás specifikus külső elektronikák
A külső kiértékelő áramkörök tervezésekor néhány alapvető jelenséget azonban figyelembe kell venni. Mivel a szenzor a nyugalmi helyzetben nem biztos, hogy kikapcsolt és rezgéskor nem biztos, hogy bekapcsolt állapotban van, a kiértékelő áramkör feladata, hogy az alacsony feszültségű logikai „OFF” és magas feszültségszintű logikai „ON” állapotok közti átmenetek sorozatát figyelve döntést hozzon. A változásokat kell detektálni, mert ez jellemző a rezgés állapotára, míg a tetszőleges, de állandó logikai kimeneti szint a nyugalmi helyzetet jelenti.
A szenzor egyirányú és többirányú változatban készül, az első esetben érintkező csak az alsó talpon található, így az érzékenysége nagyban függ a beépítés irányától, ez a típus mozgás és pozíció detektálásra is alkalmas. A többirányú változat a belső hengeres kamra alsó és felső határoló síkján is tartalmaz érintkezőt, emiatt kevésbé irány érzékeny, elsősorban mozgásérzékelésre alkalmazható. Akármelyik DC szint is jelenik meg a szenzor kimenetén nyugalomban, kis rezgés hatására is átbillenhet a kimeneti jel, ami nem egykönnyen szűrhető, emiatt a mikrokontroller szoftverében kell erre rutint írni. Az egyirányú VS1 szenzor esetén, fejjel lefelé történő beépítéssel mesterségesen idézhetünk elő jól definiált nyitott állapotot, mivel a kis golyó ilyenkor a belső henger érintkezővel nem rendelkező határolójához simul. A 4. ábrán a legegyszerűbb áramkör látható, ahol az ellenállásra az áram maximum 2mA-re való korlátozásának szerepe hárul.
Amennyiben szeretnénk a szenzor érzékenységét csökkenteni, egy kondenzátort lehet az ellenállással párhuzamosan kapcsolni úgy, hogy egy további soros ellenállással egy feszültségosztót hozunk létre, és annak első tagjával párhuzamosan kapcsolt a kis kapacitású kondenzátor. A feszültségosztó második ellenállására (lásd 5. ábra) azért van szükség, hogy korlátozza a kondenzátor in-rush áramértékét a szenzor által elviselhető maximális megengedett áramértékre.
Nagyobb kapacitású kondenzátor használatával a kimeneti feszültség impulzuscsúcsai egy átlagos analóg értékre integrálódnak. Az ellenállásos feszültségosztó számára R1=5M és R2=100k. 1M értékeket érdemes választani.
Abban az esetben, ha a kiértékelést végző áramkör számára nyugalomban jól definiált kikapcsolt állapotra van szükség, a 7. ábrán látható áramköri megoldást lehet alkalmazni.
A kapacitív feszültségosztó áramkör határozza meg a szűrés karakterisztikáját, a C2 esetében a C1-énél legalább ötször nagyobb kapacitásértékre van szükség. Minél nagyobb kapacitással dolgozunk, annál inkább átlagolja az áramkör kimeneti feszültségtüskéit egy analóg átlagos feszültségszintre. Míg C1=100pF esetén az érzékenység növekszik, addig 100nF használatakor a kimeneten egy kvázi konstans átlagos feszültségszintet mérhetünk (lásd 6. ábra).
A rezgés érzékelését a mechanikai inputtal arányos villamos jel, a kimeneti feszültség változásának detektálásával végezhetjük, melyet leggyakrabban egy élvezérelt monoflop (monostabil multivibrátor) kapcsolással oldják meg az alkalmazásfejlesztők. A 9. ábra egy ilyen áramkör sematikus rajzát mutatja.
Felhasználási területek
A mikro vibrációs szenzor alkalmazhatósága rendkívül szerteágazó. Az indulásra automatikusan éledő kerékpárlámpa, az inaktív állapotban automatikusan kikapcsolódó távirányítók, kéziszerszámok mind ilyen szenzort igényelnek az energiamegtakarításhoz és a telep élettartamának növelésére.
- aktív RFID rendszerek
- GPS nyomkövetők
- kerékpár computerek
- hands free szettek
- biztonsági rendszerek
- beteg figyelés
- érték figyelés
- adatgyűjtők
- LCD távirányítók
- LCD kijelzővel ellátott borotvák
- kerékpárvilágítás
| Megosztás a Facebookon | Megosztás a LinkedIn-en |
Hivatkozások
A cikk megjelent az alábbi helyeken:
| # | Media | Link |
|---|---|---|
| 1 | Elektronet 2013/6 | Elektronet : elektronikai informatikai szakfolyóirat, 2013. (22. évf.) 6. sz. 26-27. old. |
| 2 | Elektronet online | Miniatűr rezgésszenzorok |
| 3 | English version | Miniature vibration sensors and applications |
| 4 | TechStory M2M | Miniatűr rezgésszenzorok |