Miniatűr rezgésszenzorok
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.

 

1. ábra

 

A zárt epoxiház 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 0,8 mm átmérőjű aranyozott golyó egy kisméretű, 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.

Alkalmazásspecifikus 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.

 

 

2. ábra

 

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 pozíciódetektálásra is alkalmas.

 

 

3. ábra

 

A többirányú változat a belső hengeres kamra alsó és felső határoló síkján is tartalmaz érintkezőt, emiatt kevésbé irányérzékeny, 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. Az 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 kiskapacitású kondenzátor. A feszültségosztó második ellenállására (4. ábra) azért van szükség, hogy korlátozza a kondenzátor in-rush áramértékét a szenzor által elviselhető maximális megengedett áramértékre.

 

 

4. ábra

 

Nagyobb kapacitású kondenzátor használatával a kimeneti feszültség impulzuscsúcsai egy átlagos analóg értékre integrálódnak. Az ellenállásos feszültségosztó számára R1=5MΩ és R2=100k ... 1MΩ értékeket érdemes választani. Abban az esetben, ha a kiértékelést végző áramkör számára nyugalomban jól definiált kikapcsolt állapotra van szükség, a 6. ábrán látható áramköri megoldást lehet alkalmazni.

 

 

5. ábra

 

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 (7. ábra).

 

 

6. ábra

 

 

 

7. 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 8. ábra egy ilyen áramkör sematikus rajzát mutatja.

Felhasználási területek

A mikrovibrációs 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.

 

 

8. ábra

 

További alkalmazási lehetőségek: • aktív RFID rendszerek • GPS nyomkövetők • kerékpár computerek • hands free szettek • biztonsági rendszerek • betegfigyelés • értékfigyelés • adatgyűjtők • LCD távirányítók • LCD kijelzővel ellátott borotvák • kerékpárvilágítás.

 

Cikkünk az Endrich Bauelemente Vertriebs GmbH közreműködésével készült. Szerzője Kiss Zoltán Kelet-Európai értékesítési vezető, kiemelt nemzetközi ipari kapcsolatokért felelős vezető.
 
Értékesítési iroda: H-1188 Budapest, Kölcsey u. 102/A.
 
E-mail: z.kiss@endrich.com
 
Web: www.endrich.com
 
További konzultációért és mintákért, adatlapokért keresse Kiss Zoltánt!

 

Hibaanalízis mesterséges intelligenciával
Evidenciának tűnik, hogy kifizetődőbb elvégezni a megelőző karbantartásokat, mint megvárni, amíg beüt a baj és le kell állítani az egész gyártósort.
A kiberbűnözés jelenti a legnagyobb fenyegetést a vállalatokra
A szervezetek közel fele tapasztalt visszaélést vagy pénzügyi bűncselekményt az elmúlt két évben a PwC globális gazdasági bűnözésről készített felmérése szerint.
A digitális átalakulás iskolapéldái
Még az automatizált gyártásban is van lehetőség a termelékenység további növelésére. A kulcsszó a digitalizálás. A Messe München vásárterületén június 21–24. között megrendezésre kerülő automatica kiállításon kiváló gyakorlati példákkal is találkozhatnak majd a látogatók.
Energiatárolás decentralizált energiarendszerben
Az üvegházhatású gázok kibocsátásának csökkentésével egyre fontosabbá válik az energiatárolás szerepe az egyes országok hálózati villamosenergia-ellátásában, valamint a kereslet és a kínálat ideális arányának megteremtésében.
Kommunikációs megoldások akkumulátoros energiatároló rendszerekhez
Az akkumulátoros energiatároló rendszerek akkumulátorcellákból állnak, amelyeket akkumulátorcsomagokká kombinálnak. Ezeket aztán konténerekké lehet alakítani, amelyek több futballpálya méretű akkumulátorparkokat alkothatnak.