یک سنسور حرکت (یا آشکارساز حرکت) یک دستگاه الکتریکی است که برای شناسایی و اندازه‌گیری حرکت طراحی می‌شود.
سنسورهای حرکت (Motion sensors) به طور کلی انواع و اقسام متفاوتی دارند. یک دسته از آنها پارامترهای مختلف حرکتی خود سنسور را اندازه می‌گیرند: مانند سنسور شتاب و ژایروسکوپ و دسته دیگر؛ حرکت اجسام یا موجودات را تشخیص می‌دهند. دسته دوم عمدتا در سیستم‌های امنیت خانگی و تجاری بکاربرده می‌شوند، اما در تلفن‌ها، جای دستمال توالت، دسته‌های بازی، و سامانه‌های واقعیت مجازی نیز یافت می‌شوند. برخلاف بسیاری از انواع دیگر سنسورها (که می توانند دستی و مجزا باشند)، سنسورهای حرکتی معمولا سامانه‌های نهفته با سه بخش اصلی هستند: یک واحد سنسور، یک کامپیوتر تعبیه‌شده، و سخت افزار (یا بخش مکانیکی). این سه بخش از نظر اندازه و پیکربندی متفاوت هستند، تا سنسورهای حرکت مطابق کار‌های بسیار خاص ساخته شوند. برای مثال، سنسورهای حرکت می‌توانند برای فعال کردن نورافکن، فعال‌کردن هشدارهای شنیدنی، فعال کردن کلیدها، و حتی برای هشدار دادن به پلیس بکاربرده شوند.
انواع سنسور تشخیص حرکت
دو نوع سنسور حرکت وجود دارد: سنسورهای حرکت فعال یا اکتیو، سنسورهای حرکت غیرفعال یا پسیو . سنسورهای تشخیص حرکت اکتیو یک فرستنده و یک گیرنده دارند. این نوع سنسور با اندازه‌گیری تغییرات در میزان صدا و تابش بازتابنده به گیرنده حرکت را تشخیص می‌دهد. هنگامی‌که یک شیء میدان سنسور را قطع می‌کند یا تغییر می‌دهد، یک پالس الکتریکی به کامپیوتر تعبیه‌شده فرستاده می‌شود، که به نوبه خود با بخش مکانیکی تعامل می‌کند. متداول‌ترین نوع آشکارساز حرکت فعال از فن‌آوری سنسور فراصوت یا آلتراسونیک استفاده می‌کند؛ این سنسورهای حرکت، امواج صوتی را برای تشخیص حضور اشیاء منتشر می‌کنند. سنسورهای مایکروویو (که تابش میکرو موج را منتشر می‌کنند)، و سنسورهای پرتونگار (که امواج رادیویی را ارسال و دریافت می‌کنند) نیز وجود دارند.
برخلاف یک سنسور حرکت اکتیو، یک سنسور حرکت غیرفعال یا پسیو فرستنده ندارد. به‌جای اندازه‌گیری یک بازتاب ساده، این سنسور براساس افزایش تابش دریافت‌شده در پیرامون خود حرکت را تشخیص می‌دهد. پرکاربردترین نوع سنسور تشخیص حرکت پسیو در سیستم امنیت خانگی؛ حسگر مادون قرمز غیرفعال (PIR) است. سنسور PIR برای تشخیص تابش مادون قرمز به‌طور طبیعی منتشرشده از بدن انسان، طراحی می‌شود. گیرنده در یک فیلتر قرار دارد که تنها به مادون قرمز اجازه می‌دهد از آن عبور کند. هنگامی‌که یک نفر در میدان تشخیص سنسور PIR راه می‌رود، تفاوت در تابش یک بار مثبت را درون گیرنده ایجاد می‌کند؛ این تغییر دریافت‌شده سبب می‌شود، واحد سنجش داده الکتریکی را به کامپیوتر تعبیه‌شده و بخش سخت افزار ارسال کند.
سنسور تشخیص حرکت PIR
سنسورهای مادون قرمز از طریق جذب کردن امواج فروسرخ عمل می‌کنند که برای چشم انسان قابل رویت نیست. این سنسور شامل دو سنسور جداگانه می باشد که هر کدام از یک ماده‌ی خاص ساخته شده و به نور فروسرخ حساس می‌باشند. این سنسورها (Passive Infrared (PIR) Sensor) در پشت یک لنز و در یک محفظه فلزی قرار دارند. این محفظه اجازه نمی‌دهد که نویز، دما و رطوبت عملکرد سنسورها را دچار اختلال کند.
یکی از دو سنسور شرایط نرمال را ضبط می‌کنند و سنسور دیگر هر نوع تغییر ناگهانی در فضا را تشخیص می‌دهد و اختلاف بین اندازه‌گیری این دو سنسور به عنوان تغییر ثبت می‌شود.
این فرایند باعث می‌شود تا سنسورهای PIR تنها حرکات فوق العاده سریع را تشخیص دهند. به عبارتی دیگر تغییرات دما باید به قدری سریع به وقوع بپیوندد تا بین اندازه‌گیری دو سنسور تغییری حاصل شود.
لنزهای بسیاری از این دتکتورهای حرکت بهره می‌برند. برخی از این دتکتورها به چند قسمت تقسیم می شوند. این قسمت ها به شما اجازه می دهند تا بتوانید روی یک بخش تمرکز و بخش های دیگر را نادیده بگیرید و در نتیجه می توانید سنسورها را طوری برنامه ریزی کنید که برخی حرکات در محیط های خاص را نادیده بگیرند.
به عبارتی دیگر دتکتورها با قسمت‌های متفاوت به شما اطلاع می‌دهند که آیا کسی به خانه‌تان نفوذ کرده یا خیر. اما حرکات گربه در خانه‌تان را نادیده می‌گیرند.
سنسور تشخیص حرکت مایکروویو
دومین نوع رایج دتکتورهای حرکت، از امواج مایکروویو برای تشخیص حرکت استفاده می‌کنند. این سنسورها مدام از خود امواج مایکروویو را ساطع می‌کنند که به اشیا برخورد کرده و دوباره به سمت سنسور بازمی‌گردد. سنسور نرخ بازتابش برای این اشیا را اندازه‌گیری می‌کند و مشخص می‌شود این اشیا چقدر از سنسور فاصله دارند. اگر مکان اشیاء تغییر کند، متعاقبا نرخ بازتابش نیز تغییر خواهد کرد و به این طریق سنسور جابه جایی اشیا را تشخیص خواهد داد.
سنسور تشخیص حرکت دوگانه
سنسورهایی وجود دارند که از هر دو تکنولوژی (مایکروویو و PIR) بهره می‌برند. یکی از مزایای سنسورهایی که از تکنولوژی دوگانه بهره می‌برند این است که هر دو باید جابه جایی را تایید کنند و این متد، میزان خطا را کاهش خواهد داد.
دیگر انواع دتکتورهای حرکت
در این جا انواع دیگری از سنسورهای تشخیص حرکت ذکر شده‌اند که مانند PIR و مایکروویو پر کاربرد نیستند.
- سنسورهای اولتراسوند: طرز کار سنسورهای اولتراسوند مانند سنسورهای مایکروویو می‌باشد. تنها به جای امواج مایکروویو از امواج فراصوت استفاده می‌کنند.
- سنسورهای لرزشی: این سنسورها ارتعاشات کوچک که بر اثر جابه‌جایی هوا به وجود می‌آید را تشخیص می‌دهند.
- سنسورهای توموگرافیک (Tomographic): سنسورهای توموگرافیک نوع جدیدی از دتکتورهای حرکت می‌باشند که به جای یک سنسور تکی از Nodeهای متعددی استفاده می‌کنند که در قسمت‌های مختلف قرار گرفته است. این Node ها با یکدیگر ارتباط برقرار می‌کنند و هنگامی که جسمی در بین Node ها قرار بگیرد، پیوند بین آنها قطع شده و به صورت حرکت تشخیص داده می‌شود. سنسورهای توموگرافیک می‌توانند به صورت کاملا نامرئی باشند و از آن جایی که از امواج رادیویی بهره می‌برند، می توانند حتی از پشت دیوارها نیز حرکت را تشخیص دهند.
- سنسورهای بازتابشی: این سنسورها مانند سنسورهای PIR از امواج فروسرخ برای تشخیص اشیا بهره می‌برند. البته PIR ها المان‌هایی پسیو هستند که امواج فروسرخ را جذب می‌کنند. اما سنسورهای بازتابشی اکتیو می‌باشند. به این معنی که پالس های فروسرخ را از خود ساطع می‌کنند و مدت زمانی که طول می‌کشد تا پرتو از شی بازتابش کند و به گیرنده برسد را اندازه‌گیری می‌کنند.
3 نوع اصلی سنسورهای حرکت
1. شتاب سنج
رایج‌ترین نوع سنسورهای حرکت، شتاب‌سنج ها هستند. شتاب سنج نرخ تغییرات سرعت در یک محور ثابت (شتاب خطی) را اندازه گیری می‌کند. همچنین از یک شتاب سنج می‌توان برای اندازه گیری میزان نیروی جاذبه استفاده نمود. از میزان شتاب می‌توان میزان سرعت و متعاقبا موقعیت تخمینی یک شی را به دست آورد. البته شتاب سنج ها برای تخمین مسافت و جابه جایی خیلی دقیق عمل نمی‌کنند.
2. ژیروسکوپ
شتابسنج‌ها می‌توانند میزان شتاب خطی را اندازه‌گیری کنند اما ژیروسکوپ علاوه بر محاسبه شتاب خطی می‌تواند میزان شتاب حرکت دورانی و میزان سرعت زاویه‌ای را در 3 محور محاسبه کند. اگر اطلاعات ژیروسکوپ را در اختیار نرم افزار‌های مخصوص قرار دهیم، می‌توانیم شبیه‌سازی حرکت شی در فضای 3 بعدی را مشاهده کنیم. البته ژیروسکوپ دارای چهارچوب مرجع نیست اما می توان داده‌های ژیروسکوپ را با داده‌های شتاب سنج ترکیب کرد تا میزان جابه جایی زوایه‌ای اشیا مشخص گردد.
3. مگنومتر
مگنتومتر میدان مغناطیسی را اندازه گیری می‌کند. این المان می تواند نوسانات در میدان مغناطیسی زمین را از طریق اندازه‌گیری قدرت میدان مغناطیسی تشخیص دهد و از طریق این نوسانات جهت قطب شمال زمین را تشخیص دهد. داده‌های مگنتومتر می‌تواند با داده‌هایی که از ژیروسکوپ و شتاب سنج دریافت شده ؛ ترکیب شوند تا جهت و سرعت مطلق حرکت به دست بیاید که کاربردهای زیادی در الکترونیک و صنایع مختلف دارد.
