O Guia Definitivo para o Sensor de Inclinação na sua PCB

Introdução

Você já viu o sensor de inclinação usado em todos os tipos de dispositivos, mas o que é realmente? Neste guia definitivo, explicarei tudo o que há para saber sobre o sensor de inclinação. Quando usá-lo, como funciona, como integrá-lo ao seu design e muito mais!

Este guia lhe dará um resumo do básico. Ele também informará tudo o que você precisa saber sobre os diferentes tipos de sensores de inclinação. Esses sensores de inclinação variam de tipos resistivos simples a dispositivos de sensor de inclinação complexos.

Sensor de inclinação

Sensor de inclinação

O que é um sensor de inclinação?

É um tipo de sensor de movimento que detecta se um objeto está inclinado ou não. Usado para detectar o ângulo de uma superfície. Ele também pode ser usado em aplicações como robótica, veículos de autoequilíbrio, videogames e muito mais.

Sensores de inclinação são normalmente usados ​​em aplicações de robótica onde são usados ​​para medir o ângulo no qual um braço de robô é posicionado. Eles também podem ser usados ​​em outras aplicações onde é necessária uma medição precisa. Por exemplo, ao medir a inclinação de uma encosta ou determinar se um objeto está na vertical ou não.

Os sensores de inclinação são geralmente compostos por dois componentes: um chip sensor capacitivo e um acelerômetro. o chip sensor capacitivo é capaz de detectar alterações Voltagem quando um objeto condutor o toca, enquanto o acelerômetro fornece informações sobre a direção e a extensão do movimento.

Como funcionam os sensores de inclinação?

Os sensores de inclinação funcionam detectando o ângulo de uma superfície. Eles podem ser usados ​​para saber se algo está inclinado e também podem ser usados ​​para dizer o quanto está inclinado. Para fazer isso, eles usam uma mola ou um peso que se move quando uma superfície é inclinada.

Quando você inclina o sensor, a mola ou peso se afasta de onde deveria estar. O movimento deste objeto causa um choque elétrico atual para fluir através dele e gerar um sinal de saída que é enviado para sua placa de circuito ou computador.

Os sensores de inclinação usam um ou mais acelerômetros para medir a inclinação de um objeto. Um acelerômetro usa a força da gravidade para medir a aceleração, então quando um objeto se inclina, ele gera diferentes sinais dependendo de sua orientação.

O sensor também terá um circuito de condicionamento de sinal que pega o sinal do acelerômetro e o filtra para remover ruídos de outras fontes. Em seguida, envia esses dados para um microcontrolador para processamento e armazenamento.

O microcontrolador processa essas informações por meio de um algoritmo que determina se houve algum movimento ou inclinação detectado comparando as leituras anteriores com as atuais. O microcontrolador então envia essas informações de volta por meio de protocolos de comunicação serial, dependendo do que precisa ser feito com elas.

Diferença entre sensor de inclinação e acelerômetro

Sensor de inclinação e acelerômetro

Diferença entre sensor de inclinação e acelerômetro

Um sensor de inclinação e um acelerômetro são sensores que medem o movimento. A diferença entre eles é que um sensor de inclinação mede o quanto o aparelho foi inclinado, enquanto um acelerômetro mede todo tipo de movimento.

Sensor de inclinação

Geralmente usado para detecção de movimento, como quando você está jogando um jogo em seu telefone ou tablet e deseja saber se ele foi virado de cabeça para baixo. Eles também podem ser usados ​​para detectar se algo está na frente ou atrás do dispositivo, para que você não esbarre nele acidentalmente ao alcançá-lo. Por exemplo, se você estiver segurando um iPad e quiser usá-lo como uma máquina de karaokê colocando-o em um suporte ou mesa, poderá usar um sensor de inclinação para saber se alguém esbarrou nele sem precisar olhar diretamente para ele.

Acelerômetro

Tem muito mais usos do que apenas detectar movimento e orientação; eles também podem ser usados ​​para detectar velocidade e direção! Eles são comumente usados ​​em smartphones para rastrear o quão rápido você está se movendo (e, portanto, quantas calorias você queimou). Essas informações podem ser úteis para aplicativos de condicionamento físico, pois permitem que os usuários saibam quantas calorias queimaram durante os treinos.

Tipos de sensores de inclinação

No mundo dos sensores de inclinação, existem muitos tipos de sensores. Cada tipo tem suas próprias propriedades e aplicações exclusivas. Aqui está uma lista dos tipos mais comuns de sensores de inclinação:

Sensor de inclinação de pêndulo sólido

Sensor de inclinação de pêndulo sólido

Sensor de inclinação de pêndulo sólido

Este tipo de sensor de inclinação usa um pêndulo sólido. É um dispositivo pequeno e leve que consiste em um disco ou peso preso a uma mola. A mola está alojada em uma bainha, que permite que o peso se mova livremente para cima e para baixo.

O núcleo deste sensor consiste em uma massa pesada, que é suspensa por um fio. O pêndulo está ligado a uma placa de circuito eletrônico, que contém sensores e circuitos de processamento de sinal. Esses sensores têm alta sensibilidade, mas não são muito precisos.

O sensor é anexado ao objeto que será monitorado. Quando o objeto se inclina, o peso se move ligeiramente para mais perto ou mais longe da bainha, causando uma mudança na capacitância. Essa mudança na capacitância é detectada por um circuito eletrônico e interpretada como uma mudança de inclinação.

Sensor de inclinação de pêndulo líquido

Sensor de inclinação de pêndulo líquido

Sensor de inclinação de pêndulo líquido

Baseado no princípio de que o ângulo da superfície de um líquido depende da força gravitacional que atua sobre ele. Quando não há força, como quando o sensor está em repouso, a superfície do líquido será horizontal. Se uma força gravitacional agir sobre ela, como quando ela é inclinada, sua superfície se inclinará para baixo.

O sensor de inclinação do pêndulo líquido mede esse ângulo usando dois pequenos ímãs. O primeiro ímã é preso a um pivô e pendurado em uma corda ou fio. O segundo ímã é preso a um ponto fixo no espaço e pendurado em outra corda ou fio. Quando não há força atuando no sensor, ambos os ímãs ficam pendurados em suas respectivas cordas. No entanto, se você inclinar o sensor e aplicar uma força para cima (como empurrando para baixo em sua parte superior), um dos ímãs aumentará mais do que o outro devido ao seu maior peso ou massa (o peso de um objeto dividido por sua massa ).

Sensor de inclinação do pêndulo de gás

Sensor de inclinação do pêndulo de gás

Sensor de inclinação do pêndulo de gás

Um tipo de sensor de inclinação que usa o princípio da flutuabilidade para medir o ângulo no qual o sensor é inclinado.

O sensor de inclinação do pêndulo a gás consiste em uma câmara com um pistão móvel dentro dela. A câmara é preenchida com hélio ou outro gás mais leve que o ar, como o nitrogênio. O pistão tem um peso preso a ele que é maior que o peso do gás dentro da câmara. À medida que o ângulo muda, também muda a quantidade de força de empuxo atuando no pistão e no peso. Isso faz com que eles se movam para cima ou para baixo em relação um ao outro.

Quando um objeto gira em torno de seu eixo e se move para uma posição inclinada, ele experimenta uma força para cima que age na direção oposta à sua direção de movimento e uma força oposta para baixo que atua em seu centro de gravidade. Esta força para cima e para baixo se equilibra quando um objeto está em equilíbrio, então ele permanece no lugar em repouso. No entanto, quando algo se move de uma inclinação para outra, haverá uma força desequilibrada agindo sobre ele. Isso faz com que ele caia até atingir o equilíbrio novamente em algum novo ângulo de inclinação, onde todas as forças são equilibradas novamente.

Principais especificações ao escolher seus sensores de inclinação

Há uma grande variedade de sensores de inclinação disponíveis. O tipo de aplicação, a quantidade de força necessária para inclinar o sensor e o alcance do sinal são alguns dos principais fatores a serem considerados ao escolher um sensor de inclinação.

As principais especificações a seguir devem ser consideradas ao escolher um sensor de inclinação:

Faixa de comutação

Faixa de comutação

Faixa de comutação

Ao escolher seus sensores de inclinação, esta é a primeira coisa importante a considerar. É o valor máximo que um sensor pode medir. Você deve ter isso em mente ao planejar seu sistema e determinar que tipo de sensores de inclinação você precisa para várias finalidades.

A faixa de comutação de um sensor de inclinação refere-se ao ângulo máximo no qual ele pode detectar uma mudança na inclinação.

Quanto maior a faixa de comutação, maior a distância entre dois pontos que irão desencadear uma mudança na inclinação. Se você precisa que seu sensor seja capaz de detectar mudanças muito pequenas na inclinação, considere a escolha de um sensor com uma faixa de comutação alta.

Precisão de comutação

A precisão de comutação do seu sensor determina o quão bem ele pode detectar o ângulo do dispositivo. Portanto, quão bem ele pode fornecer informações sobre se algo está inclinado ou não.

Uma alta precisão de comutação é importante para aplicações em que você deseja saber exatamente quanto o dispositivo foi inclinado e em que direção ele foi inclinado. Por exemplo, se você estiver usando um sensor de inclinação para detectar se alguém está usando o telefone enquanto dirige, precisará de um alto nível de precisão. Você pode dizer se eles estão segurando o telefone em um ângulo ou apenas sobre uma superfície plana no colo.

Frequência do filtro

Frequência do filtro

Frequência do filtro

A frequência do filtro de um sensor determina a largura de banda na qual ele pode detectar movimento. Quanto menor a frequência do filtro, maior a largura de banda e mais sensível será a movimentos rápidos. Normalmente, uma frequência de filtro mais alta significa que o sensor será menos sensível a mudanças lentas na aceleração, mas mais sensível a mudanças rápidas na aceleração.

A frequência do filtro deve ser escolhida com base no tipo de movimento que você deseja detectar. Se você está tentando sentir movimentos muito sutis, escolha um alta frequência filtro. Se você deseja detectar grandes movimentos ou movimentos que ocorrem durante um período prolongado de tempo, escolha um filtro de baixa frequência.

Número de eixos

Número de eixos

Número de eixos

A primeira coisa a considerar ao escolher um sensor de inclinação é o número de eixos que ele é capaz de detectar. Quanto mais eixos ele puder detectar, maior será sua flexibilidade em colocá-lo em torno dos objetos que você está monitorando.

O número de eixos disponíveis em um sensor de inclinação é importante porque determina quantos eixos você pode medir. Por exemplo, se você tiver um sensor de inclinação de dois eixos, só poderá medir o movimento em duas direções. Se você deseja medir a rotação em torno de um eixo, precisa de um sensor de inclinação de três eixos.

O número de eixos também afeta a precisão de suas medições. Quanto mais eixos houver, mais precisas serão suas medições.

Custo

Custo

Custo

Ao escolher um sensor de inclinação, o custo é uma consideração importante. Os sensores de inclinação variam de preço, dependendo de seus recursos e de quantos você precisa. Você também deve considerar se precisa ou não comprar o sensor de inclinação a granel ou se pode ter apenas um ou dois à mão o tempo todo.

Material

O material de seus sensores de inclinação é uma consideração importante. O material afetará a durabilidade e a confiabilidade dos sensores. É importante certificar-se de que você está adquirindo um produto de alta qualidade que durará muito tempo. Alguns materiais são mais comuns do que outros, mas isso não significa que sejam melhores.

Como testar um sensor de inclinação

Primeiro, coloque o multímetro no modo de teste de continuidade. Em seguida, encoste as sondas nos dois terminais do sensor de inclinação. Se houver uma conexão, o multímetro deve emitir um bipe. Se não emitir um bipe, não há conexão entre os fios e você deve verificar se suas conexões estão corretas.

 

Conclusão

Exploramos uma variedade de diferentes sensores de inclinação, seus usos e tipos em vários projetos e os prós e contras de cada um. Esperamos que este guia tenha sido útil. Também mencionamos vários fatores a serem considerados ao escolher o melhor sensor de inclinação para sua aplicação. Quando você os conhece, os sensores de inclinação são uma ferramenta incrivelmente flexível que seria sensato considerar para qualquer aplicação.

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