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.