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2020-01-08

Comment cela fonctionne et quand l’accéléromètre est -il utilisé ?

Qu'est-ce qu'un accéléromètre ? C'est un appareil qui permet de mesurer et d'analyser l'accélération linéaire et angulaire. Cette fonction est nécessaire dans de nombreux appareils et systèmes de base utilisés dans presque tous les domaines de la vie – dans les appareils électroménagers quotidiens et également dans les applications professionnelles industrielles ou de recherche et développement.

Vous allez apprendre de cet article :

Qu'est-ce qu'un accéléromètre ?

Les accéléromètres sont utilisés dans les mesures de l'accélération gravitationnelle statique qui permet de déterminer l'angle de déviation de l'objet mesuré par rapport à la verticale, ainsi que dans les mesures de l'accélération dynamique résultant des chocs, des mouvements, des impacts ou des vibrations, c'est-à-dire les vibrations de faible amplitude et de basse fréquence qui atteignent plusieurs dizaines de Hz.

Comment fonctionne l'accéléromètre lors de la mesure des vibrations ? Ce dispositif est implémenté directement sur l'objet vibrant ce qui lui permet de convertir l'énergie vibratoire en un signal électrique proportionnel à l'accélération instantanée de l'objet.

Qu’est-ce que fait l'accéléromètre ? D’habitude la mesure des vibrations est utilisée pour diagnostiquer le fonctionnement de machines, d'appareils ou de structures qui sont soumises à des contraintes élevées telles que les structures mâts en acier, de ponts ou de structures de bâtiment. Des accéléromètres sont également utilisés entre autres pour la protection des disques durs contre les dommages, dans les équipements médicaux et sportifs, dans les appareils photo et les caméras, dans les smartphones, les télécommandes, les contrôleurs ou dans les systèmes de navigation.

Qu'est-ce qu'un accéléromètre ? Ce n'est rien de plus qu'un simple transducteur d'accélération qui mesure son propre mouvement dans l'espace. Il existe trois types de base d'accéléromètres. Vous trouverez plus d’informations sur ces types ci-dessous.

Comment l’accéléromètre fonctionne-t-il ?

Le principe de fonctionnement des accélérateurs n'est pas trop compliqué. Celui-ci mesure la force d'accélération dans l'unité g et il peut mesurer dans un, deux ou trois plans. Actuellement, les accéléromètres à 3 axes sont les plus souvent utilisés. Leur construction se compose de système de trois accéléromètres, chacun mesurant l'accélération dans une direction différente – dans les plans X, Y i Z. Comme un exemple d'accéléromètre à 3 axes nous pouvons présenter le modèle model ADAFRUIT 2019. ADA-2019

Lorsque l'accélération dans n'importe quel plan agit dans la direction opposée à celle dans laquelle le capteur était dirigé, l'accéléromètre va mesurer l'accélération avec une valeur négative. Dans une autre situation, l'accélération sera mesurée avec une valeur positive.

Lorsque l'accéléromètre n'est affecté par aucune accélération externe, l'appareil ne mesure que l'accélération gravitationnelle, c'est-à-dire la force de gravité. En supposant que l'accéléromètre à 3 axes est positionné de manière à ce que le capteur dans l'axe X soit dirigé vers la gauche, le capteur dans l'axe Y est dirigé vers le bas, et le capteur dans l'axe Z est dirigé vers l'avant et aucune force n'agit sur lui, alors l'accéléromètre va renvoyer des valeurs suivantes : X = 0 g, Y = 1 g, Z = 0 g.

Lorsque le même accéléromètre est incliné vers la gauche, il va indiquer : X = 1 g, Y = 0 g, Z = 0 g. De même, lorsqu’il est incliné vers la droite, le plan X va renvoyer X = -1 g. Les dépendances de mesure d'accélération données sont utilisées par les algorithmes des systèmes supervisant l'accélérateur.

Quels sont les types d'accéléromètres ?

Il existe trois types d'accéléromètres de base : les accéléromètres capacitifs MEMS, les accéléromètres piézoélectriques et les accéléromètres piézorésistifs.

Accéléromètres capacitifs MEMS

Les accéléromètres capacitifs utilisant la technologie MEMS sont les capteurs les moins chers, les plus courants et les plus petits de ce type. Comment fonctionne l'accélérateur capacitif MEMS ? Le principe de son fonctionnement se résume à placer le poids monté sur les ressorts. Une extrémité des ressorts est attachée aux revêtements du condensateur en peigne, tandis que l'autre extrémité est attachée au poids monté. Sous l'influence de la force agissant sur le capteur, le poids se déplace sur les ressorts, ce qui provoque un changement de distance entre l'élément de condensation et la masse, et affecte ainsi le changement de capacité. Un exemple d'accéléromètre MEMS peut être le modèle SPARKFUN ELECTRONICS INC. DEV-09267 ou SPARKFUN ELECTRONICS INC. BOB-13926.

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

Les accéléromètres capacitifs fabriqués dans la technologie MEMS sont principalement utilisés dans les appareils wearables, les équipements mobiles et l'électronique grand public. Parmi les plus grands avantages des accéléromètres MEMS il y a la possibilité de leur implémentation directement sur la carte de circuit imprimé.

Parmi les inconvénients des systèmes MEMS il y a une faible précision de mesure, en particulier pour les mesures d'amplitudes et de fréquences plus élevées de sorte qu’ils ne peuvent pas être utilisés dans les applications industrielles spécialisées.

Accéléromètres piézorésistifs

Les capteurs qui utilisent l'effet piézorésistif sont un autre type d'accéléromètre. Que fait l'accéléromètre piézorésistif ? Son principe de fonctionnement est similaire à celui d'une jauge tensométrique, c'est-à-dire un capteur mesurant les contraintes. Ce type d'accéléromètre est équipé d'un matériau piézorésistif qui, sous l'influence d'une force externe, se déforme en provoquant un changement de résistance.

Le changement de résistance est ensuite converti en un signal électrique reçu par le récepteur intégré à l'accélérateur. Les accéléromètres piézorésistifs se caractérisent par une large bande de mesure, grâce à laquelle ils sont capables d'enregistrer des vibrations d'amplitudes et de fréquences élevées, ce qui est utile, entre autres lors de divers crash tests.

La possibilité de mesurer des signaux à évolution lente constitue un autre avantage des accélérateurs piézorésistifs, de sorte qu’ils peuvent être utilisés dans les systèmes de navigation inertielle pour calculer la vitesse et le déplacement des composants du système.

Le mode de fonctionnement de l'accéléromètre piézoélectrique, n’assure pas sa résistance aux changements de température ambiante, ce qui exige une compensation de température. De plus, les accéléromètres de ce type ont des problèmes pour détecter les signaux faibles et ils sont également beaucoup plus chers que les accéléromètres capacitifs MEMS.

Accéléromètres piézoélectriques

Qu'est-ce qu'un accéléromètre piézoélectrique ? Ce capteur est l'un des capteurs utilisés le plus souvent pour mesurer le niveau de vibration. Pour cette raison, les accéléromètres piézoélectriques sont couramment utilisés dans les applications industrielles pour le diagnostic ou le contrôle des machines et équipements. Comment fonctionne l'accéléromètre piézoélectrique ? Son fonctionnement est similaire au fonctionnement des systèmes piézorésistifs. Sous l'influence de l'accélération, ils ne modifient cependant pas leur résistance et ils génèrent une tension électrique d'une certaine valeur.

D’habitude le titanate de zirconate de plomb (PZT) constitue un élément de mesure de ces capteurs. Le titanate de zirconate de plomb par une déformation génère la charge électrique. Les accéléromètres piézoélectriques se caractérisent par une sensibilité et une précision élevées, de sorte qu’ils sont utilisés dans de nombreuses applications - des mesures sismiques extrêmement avancées et précises aux tests de collision et de destruction effectués dans des conditions défavorables.

Le signal de sortie des accéléromètres piézoélectriques est généralement soumis à une amplification et une compensation de température. Le calcul du mouvement de l'objet est facilité par l'envoi d'un signal à l'entrée de l'intégrateur.

Autres accéléromètres

Parmi les autres conceptions d'accélérateurs il y a les conceptions IEPE qui sont couramment utilisées pour les mesures de vibration. Il convient également de noter les accéléromètres de charge piézoélectriques qui fonctionnent parfaitement dans des températures extrêmes.

Symbole : Description :
ADA-2019 accéléromètre ; 3,3÷5VDC; I2C; MMA8451; ±3,±4,±8g; Canaux : 3
SF-DEV-09267 Capteur : accéléromètre ; analogue; ADXL335; LilyPad; 20mm
SF-BOB-13926 Capteur : accéléromètre ; 1,95÷3,6VDC; I2C; MMA8452Q; ±2,±4,±8g

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