震動開關工作原理與應用

震動開關簡介

震動開關又稱作震動傳感器,是一種將物體的機械振動或位移轉換成電信號輸出的元件。在很多常見的電器設備中都會見到它的身影,例如車輛防盜報警器、車載GPS定位器等。常用的震動開關可分為機械震動開關和電子式的震動開關。

震動開關工作原理與應用

部分震動開關實物外觀

震動開關分類及工作原理

震動開關從機械結構上,一般分為滾珠類和彈簧類。

  • 滾珠類的震動傳感器內部一般為金屬球或圓柱形的金屬導體,當發生震動或角度偏轉時,內部的金屬球或金屬導體會相互碰撞,從而使外部引出電極發生閉合或斷開的狀態變化,這種電路檢測這種開關量的變化,就可以控制電路發出相應響應。
震動開關工作原理與應用

滾珠震動開關內部結構

滾珠類的震動開關根據觸點類型又分為常閉型和常開型,常閉型的震動開關在水平狀態時,其外部引腳呈現閉合狀態,當受到外部震動或發生角度偏轉時會逐漸變為斷開狀態;常開型震動開關的狀態與之相反。

震動開關工作原理與應用

直插封裝震動開關

震動開關工作原理與應用

直插封裝震動開關

震動開關工作原理與應用

貼片封裝震動開關

  • 彈簧類震動開關其中的一個電極為輕質彈簧,當受到外部震動時,彈簧會隨之發生擺動,從而接觸另一個電極,所以彈簧類的震動開關大多數為常開型。


震動開關工作原理與應用

彈簧震動傳感器內部結構

  • 其他類型的震動開關

上面兩種類型的震動開關是應用比較廣泛的,震動開關的種類還有很多,比如很多對震動靈敏度要求不高的場合,會使用壓電陶瓷片作為震動傳感器。壓電陶瓷片一般作為報警聲或者音樂的發聲元件,當有電壓信號通入壓電陶瓷後會產生相應的震動,從而把電信號轉換成聲音信號。同樣,當壓電陶瓷受到外部震動時,也會將機械震動轉換成電壓信號,這就是壓電陶瓷片作為震動傳感器的工作原理。

壓電陶瓷片由於受外界震動時的形變及輸出電壓信號比較微弱,所以這種元件當做震動開關使用時其靈敏度較低。

震動開關工作原理與應用

壓電陶瓷片

機械類的震動開關輸出的只是開關量的變化,對於震動的強度及角度等具體參數是不能體現的。而且這類的震動開關靈敏度是有限的。對於靈敏度要求較高或者需要採集具體參數值的電路中,一般會採用電子式的震動開關。嚴格意義上講,這類傳感器不僅作為震動傳感器使用,比如常用的3D加速度芯片、角度傳感器芯片等,其能夠輸出比較精確的參數值供電路進行採集。


震動開關工作原理與應用

QFN封裝的加速度傳感器芯片

震動開關應用

震動開關工作原理與應用

震動開關應用電路

上圖是一個震動報警器電路圖,其工作原理為:

電阻R1R2R3及場效應管VT1組成了放大電路,當震動開關B1受到外界震動後,其輸出信號經過場效應管組成的放大電路放大,經過電容C1的耦合後進入IC1的輸入端使NE555芯片發生翻轉,其輸出端3號引腳變為高電平;由IC2及外圍電路組成的振盪電路就會開始工作,驅動揚聲器發出報警聲。


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