You are browsing the website for customers from Bulgaria. Based on location data, the suggested version of the page for you is
USA / US
Change country
x

Как действат и за какво служат акселерометрите?

2020-01-29

Как действат и за какво служат акселерометрите?

Какво представлява акселерометърът? Това е устройство, което осигурява възможност за измерване и анализиране на линейно и ъглово ускорение. Тази функция е необходима в много основни устройства и системи, използвани в почти всяка област на живота - както в домакинските уреди, така и в професионални индустриални приложения или приложения за научни изследвания и разработки.

От тази статия ще научите:

Какво представлява акселерометърът?

Акселерометрите се използват при измервания на статично гравитационно ускорение, което ви позволява да определите ъгъла на отклонение на измерения обект от вертикала, както и при измервания на динамично ускорение поради сътресения, движение, удар или вибрации, т.е. вибрации с ниска амплитуда и ниска честота, достигащи няколко десетки Hz.

Как действа акселерометърът по време на измерване на вибрации? Това устройство се инсталира директно в обекта, който вибрира, което му позволява да преобразува вибрационната енергия в електрически сигнал, пропорционален на моментното ускорение на обекта.

Какво прави акселерометърът? Измерването на вибрации обикновено се използва за диагностициране на работата на машини, устройства или конструкции, подложени на високо напрежение, например стоманени конструкции на мачти, мостове или строителни конструкции. Акселерометри се използват, между другото и за защита на твърдите дискове от повреди, в медицинското и спортното оборудване, в камерите и видеокамерите, в смартфоните, дистанционното управление, контролерите или в навигационните системи.

Какво е акселерометър? Той не е нищо повече от датчик за ускорение, измерващ собственото си движение в пространството. Съществуват три основни вида акселерометри, повече за което ще намерите по-късно в статията.

Как действа акселерометърът?

Принципът на действие на акселерометрите не е твърде сложен. Той измерва ускоряващата сила в единицата g и може да извършва измервания в една, две или три равнини. Понастоящем най-често се използват 3-осеви акселерометри, чиято конструкция се състои от система от три акселерометъра, всеки от които измерва ускорението в различна посока - в равнините X, Y и Z. Пример за 3-осев акселерометър може да бъде модел ADAFRUIT 2019. ADA-2019

Ако ускорението в произволна равнина действа в обратна посока на тази, в която е насочен сензорът, акселерометърът ще измерва ускорението с отрицателна стойност. В противен случай ускорението ще бъде измерено с положителна стойност.

Ако върху акселерометъра не действа външното ускорение, датчикът ще измерва само гравитационното ускорение, т.е. силата на гравитацията. Ако приемем, че 3-осевият акселерометър е разположен по такъв начин, че датчикът по оста X е насочен вляво, датчикът по оста Y е надолу, а датчикът по оста Z е насочен напред и върху него не действат никакви сили, тогава акселерометърът ще предостави стойности: X = 0 g, Y = 1 g, Z = 0 g. Ако същият акселерометър бъде наклонен наляво, неговите показания ще имат стойности: X = 1 g, Y = 0 g, Z = 0 g. По същия начин, когато отклонението има посока вдясно, в равнината X устройството ще върне стойност X = -1 g. Посочените зависимости от измерването на ускорението се използват от алгоритмите на системите, контролиращи работата на акселерометъра.

Какви са видовете акселерометри?

Сред основните видове акселерометри се отличават три тира: капацитивни акселерометри MEMS, пиезоелектрически и пиезорезистивни акселерометри.

Капацитивни акселерометри MEMS

Капацитивните акселерометри, базиращи на технологията MEMS, са най-евтините, най-често срещаните и най-малките датчици от този тип. Какъв е принципът на действие на капацитивен акселерометър MEMS? Принципът на действието му се свежда до поставянето на тежест, закрепена върху пружините. Единият край на пружините е прикрепен към облицовките на кондензатор от тип гребен, а другият край е прикрепен към монтираната тежест. Под влияние на силата, действаща върху датчика, тежестта се движи върху пружините, което причинява промяна в разстоянието между елемента на кондензатора и масата и по този начин влияе върху промяната на капацитета. Пример за акселерометър MEMS може да бъде моделът SPARKFUN ELECTRONICS INC. DEV-09267 или SPARKFUN ELECTRONICS INC. BOB-13926.

SF-DEV-09267SF-DEV-09267 SF-BOB-13926SF-BOB-13926

Капацитивните акселерометри, произведени в технологията MEMS, се използват главно в устройства от тип wearables, мобилно оборудване и широкоразпространена потребителска електроника. Едно от най-големите предимства на акселерометрите MEMS е възможността за инсталирането им директно върху печатаната платка.

Недостатъците на датчиците от тип MEMS включват ниска точност на измерване, особено в случай на по-големи амплитуди и честоти, което ги прави неподходящи за специализирани индустриални приложения.

Пиезорезистивни акселерометри

Сензорите, които използват пиезорезистивния ефект, са друг вид акселерометър. Какво прави акселерометърът от пиезорезистивен тип? Неговият принцип на действие е подобен на този на тензорезистора, т.е. датчика за измерване на усилия. Тези видове акселерометри са оборудвани с пиезорезистивен материал, който под въздействието на външната сила се деформира, предизвиквайки промяна в съпротивлението.

Промяната в съпротивлението след това се преобразува в електрически сигнал, получен от интегрирания с акселерометъра приемник. Пиезорезистивните акселерометри се характеризират с широка честотна лента, благодарение на което те са в състояние да регистрират вибрации с високи амплитуди и честоти, което е полезно, между по време на различни краш тестове.

Друго предимство на пиезорезистивните акселерометри е възможността да се измерват бавно променящите се сигнали, което позволява използването им в инерциални навигационни системи за изчисляване на скоростта и преместването на компонентите на системата.

Това, как действа пиезоелектричният акселерометър, го прави устойчив на промени в околната температура, което изисква температурно компенсиране. Освен това акселерометрите от този тип имат проблеми с детекция на слаби сигнали и освен това са много по-скъпи от капацитивните акселерометри MEMS.

Пиезоелектрически акселерометри

Какво представлява акселерометърът от пиезоелектрически тип? Този датчик е един от най-често използваните датчици за измерване на нивото на вибрация. Поради тази причина пиезоелектрическите акселерометри обикновено се използват в промишлени приложения за диагностика или наблюдение на машини и оборудване. Как действа акселерометърът от пиезоелектрически тип? Принципът на действието му е подобен на функционирането на пиезорезистивни елементи. Под влияние на ускорението обаче те не променят съпротивлението си и генерират електрическо напрежение с определена стойност.

Измерващият елемент на тези датчици обикновено е оловен цирконат титанат (PZT). Чрез деформиране оловният цирконат-титанат генерира електрически заряд. Пиезоелектричните акселерометри се характеризират с висока чувствителност и точност, благодарение на което се използват в много приложения - от изключително напреднали и прецизни сеизмични измервания до краш тестове и разрушителни изпитвания, провеждани при неблагоприятни условия.

Изходният сигнал на пиезоелектричните акселерометри обикновено се подлага на усилване и температурната компенсация. Изчисляването на движението на обекта се улеснява чрез изпращане на сигнал към входа на интегратора.

Други акселерометри

Други конструкции на акселерометри включват конструкции от тип IEPE, които често се използват за измервания на вибрации. Струва си да се обърне внимание и на пиезоелектричните акселерометри с изходен сигнал за заряд, които работят добре при екстремни температури.

Символ: Описание:
ADA-2019 Датчик: акселерометър; 3,3÷5VDC; I2C; MMA8451; ±3,±4,±8g; Канали: 3
SF-DEV-09267 Датчик: акселерометър; аналогов; ADXL335; LilyPad; 20mm
SF-BOB-13926 Датчик: акселерометър; 1,95÷3,6VDC; I2C; MMA8452Q; ±2,±4,±8g

linecard

За да видите продуктите, изберете производителя или категорията

Quick Buy

?
символ на продукта кол-во
Прегледай

Други опции на Quick Buy

paypal_help

Тази витрина използва файлове cookies. Кликнете тук, за да научите повече за cookies и управлението на техните настройки.

Не показвай повече