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

Událost

2020-01-08

Jak funguje a k čemu slouží akcelerometr?

Co je akcelerometr? Je to zařízení, které zajišťuje možnost měření a analýzy lineárního a úhlového zrychlení. Tato funkce je nezbytná v mnoha základních zařízeních a systémech používaných v téměř každé oblasti života – jak v domácích zařízeních pro každodenní použití, tak i v profesionálních průmyslových nebo výzkumně-vývojových aplikacích.

Z tohoto článku se dozvíte:

Co je akcelerometr?

Akcelerometry se používají pro měření statického gravitačního zrychlení, které umožňuje stanovit úhel vychýlení měřeného objektu od svislice, a také pro měření dynamického zrychlení v důsledku otřesů, pohybu, úderu nebo vibrací, neboli chvění s malou amplitudou a nízkým kmitočtem, který dosahuje několika desítek Hz.

Jak funguje akcelerometr při měření vibrací? Toto zařízení se implementuje přímo na objekt, který vibruje, což umožňuje přetvářet energii chvění na elektrický signál, který je úměrný okamžitému zrychlení objektu.

Co dělá akcelerometr? Měření vibrací se obvykle používá pro diagnostiku práce strojů, zařízení nebo konstrukcí vystavených velkému pnutí, např. ocelových konstrukcí stožárů, mostů či stavebních objektů. Akcelerometry se rovněž používají mj. pro ochranu pevných disků před poškozením, v lékařské a sportovní technice, ve fotoaparátech a kamerách, ve smartphonech, dálkových ovladačích, kontrolérech nebo v navigačních systémech.

Co je akcelerometr? Není to nic jiného než převodník zrychlení, který měří vlastní pohyb v prostoru. Existují tři základní druhy akcelerometrů, o nichž bude uvedeno více v další části článku.

Jak akcelerometr funguje?

Princip funkce akcelerometrů není příliš složitý. Měří sílu zrychlení v jednotce g a může měřit v jedné, dvou nebo třech rovinách. V současnosti se nejběžněji používají tříosé akcelerometry, jejichž konstrukce se skládá ze soustavy tří akcelerometrů a každý z nich měří zrychlení v jiném směru – v rovinách X, Y a Z. Příkladem tříosého akcelerometru může být model ADAFRUIT 2019. ADA-2019

Pokud nastane v libovolné rovině zrychlení v opačném směru, než je ten, ve kterém bylo směrováno čidlo, změří akcelerometr zrychlení se zápornou hodnotou. V opačném případě bude zrychlení změřené s kladnou hodnotou.

Pokud na akcelerometr nepůsobí žádné vnější zrychlení, změří zařízení výlučně zemské zrychlení, čili sílu gravitace. Za předpokladu, že je tříosý akcelerometr polohován takovým způsobem, že čidlo osy X směřuje vlevo, čidlo v ose Y dolů a čidlo osy Z dopředu a nepůsobí na něj žádné síly, pak akcelerometr vrátí hodnoty: X = 0 g, Y = 1 g, Z = 0 g. Bude-li stejný akcelerometr vychýlen vlevo, jeho údaje budou: X = 1 g, Y = 0 g, Z = 0 g. Analogicky při vychýlení vpravo vrátí osa X výsledek X = -1 g. Uvedené závislosti měření používají algoritmy obvodů řídících práci akcelerátoru.

Jaké jsou druhy akcelerometrů?

Mezi základními druhy akcelerometrů vynikají tři typy: kapacitní akcelerometry MEMS, piezoelektrické akcelerometry a piezorezistivní akcelerometry.

Kapacitní akcelerometry MEMS

Kapacitní akcelerometry využívající technologii MEMS jsou nejlevnější, nejběžnější a nejmenší čidla tohoto typu. Jak funguje kapacitní akcelerometrMEMS? Princip jeho funkce spočívá v umístění závaží namontovaného na pružinách. Jeden konec pružin je připevněn k deskám hřebenového kondenzátoru a druhý konec k instalovanému závaží. Pod vlivem síly působící na senzor se závaží přesouvá na pružinách, což způsobuje změnu vzdálenosti mezi kondenzačním elementem a hmotou, a tak ovlivňuje změnu kapacity. Příkladem akcelerometru MEMS může být model SPARKFUN ELECTRONICS INC. DEV-09267 nebo SPARKFUN ELECTRONICS INC. BOB-13926.

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

Kapacitní akcelerometry provedené technologií MEMS se používají hlavně v zařízeních wearables, mobilních přístrojích a široce chápané spotřební elektronice. Jednou z největších předností akcelerometrů MEMS je možnost jejich implementace přímo na plošný spoj.

K nedostatkům obvodů MEMS je třeba počítat malou přesnost měření, zvláště v případě měření vyšších amplitud a kmitočtů, v důsledku toho se nehodí pro speciální průmyslová použití.

Piezorezistivní akcelerometry

Dalším druhem akcelerometrů jsou čidla využívající piezorezistivní jev. Jak funguje piezorezistivní akcelerometr? Princip jeho funkce připomíná funkci tenzometru, neboli snímače měřícího pnutí. Akcelerometry tohoto typu jsou vybaveny piezorezistivním materiálem, který se působením vnější síly deformuje, čímž mění odpor.

Změna odporu se následně převádí na elektrický signál odebíraný přijímačem integrovaným s akcelerometrem. Piezorezistivní akcelerometry se vyznačují velkým měřicím pásmem, díky čemu jsou schopny registrovat chvění s vysokými amplitudami a kmitočty, což je užitečné mj. při různých nárazových testech.

Další předností piezorezistivních akcelerometrů je možnost měření pomalu se měnících signálů, což umožňuje jejich použití v systémech inerciální navigace za účelem výpočtu rychlosti a změny polohy prvků obvodů.

To, jak funguje piezorezistivní akcelerometr, způsobuje, že není necitlivý na změnu teploty okolí, což vyžaduje teplotní kompenzaci. Kromě toho mají akcelerometry tohoto typu problémy s detekcí slabých signálů a také jsou mnohem dražší než kapacitní akcelerometry MEMS.

Piezoelektrické akcelerometry

Co je piezoelektrický akcelerometr? Toto čidlo je jedním z nejčastěji používaných čidel sloužících k měření úrovně vibrací. Z toho důvodu se také piezoelektrické akcelerometry běžně používají v průmyslových aplikacích pro diagnostiku nebo kontrolu strojů a zařízení. Jak funguje piezoelektrický akcelerometr? Jeho princip funkce je podobný způsobu fungování piezorezistivních obvodů. Vlivem zrychlení však nemění svůj odpor, ale generují elektrické napětí určité hodnoty.

Měřicím prvkem těchto čidel je obvykle olovo zirkoničitan-titanát (PZT). Když se olovo zirkoničitan-titanát deformuje, generuje elektrický náboj. Piezoelektrické akcelerometry se vyznačují vysokou citlivostí a přesností, díky čemu nacházejí uplatnění v mnoha aplikacích – od nezvykle vyspělých a přesných seizmických měření po nárazové a destruktivní testy prováděné v nepříznivých podmínkách.

Výstupní signál piezoelektrických akcelerometrů se obvykle zesiluje a teplotně kompenzuje. Výpočet pohybu objektu je usnadněn přenosem signálu na vstup integrátoru.

Ostatní akcelerometry

Z ostatních konstrukcí akcelerometrů je třeba zmínit konstrukci IEPE, které se běžně používají pro měření vibrací. Pozornost si zaslouží také nábojové piezoelektrické akcelerometry, které se hodí pro práci při extrémních teplotách.

Označení: Popis:
ADA-2019 Čidlo: akcelerometr; 3,3÷5VDC; I2C; MMA8451; ±3,±4,±8g; Kanály: 3
SF-DEV-09267 Čidlo: akcelerometr; analogový; ADXL335; LilyPad; 20mm
SF-BOB-13926 Čidlo: akcelerometr; 1,95÷3,6VDC; I2C; MMA8452Q; ±2,±4,±8g

linecard

Produkty uvidíte, až vyberete výrobce nebo kategorii

Quick Buy

?
symbol zboží objednané množství
Náhled

Další volby Quick Buy

Tato stránka používá soubory cookie. Pokud se chcete dozvědět více o souborech cookie a možnostech jejich nastavení, klikněte zde.

Příště nezobrazovat