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

EVENIMENTE

2020-01-08

Cum funcţionează şi la ce servesc accelerometrele?

Ce este un accelerometru? Este un echipament care oferă posibilitatea măsurării şi analizării acceleraţiei liniare şi unghiulare. Această funcţie este necesară în multe echipamente şi sisteme de bază folosite în aproape orice domeniu, atât în aparatele de uz casnic, cotidian, precum şi în aplicaţiile industriale şi de cercetare-dezvoltare de tip profesional.

Din acest articol veți afla:

Ce este un accelerometru?

Accelerometrele sunt utilizate pentru măsurarea acceleraţiei gravitaţionale statice, care permite determinarea unghiului de înclinare a obiectului măsurat faţă de planul vertical, precum şi pentru măsurarea acceleraţiei dinamice produse ca urmare a şocurilor, mişcării, impactului sau vibraţiilor, şi anume oscilaţii de mică amplitudine şi frecvenţă joasă, care ajunge la câteva zeci de Hz.

Cum funcționează accelerometrul în timpul măsurării vibraţiilor? Acest echipament este implementat direct pe obiectul care vibrează, ceea ce îi permite să transforme energia vibraţiilor în semnal electric, care este proporţional cu acceleraţia momentană a obiectului.

Ce face accelerometrul? Măsurarea vibraţiilor este utilizată, de obicei, pentru diagnosticarea funcţionării maşinilor, echipamentelor şi a construcţiilor supuse unor solicitări mari, de exemplu structurile stâlpilor de oţel, poduri sau clădiri. Accelerometrele sunt folosite şi pentru protejarea hard disk-urilor împotriva deteriorării, în echipamentele medicale şi de sport, în camere foto şi video, în smartphone-uri, telecomenzi, controlere sau sisteme de navigaţie.

Ce este un accelerometru? Nu este nimic altceva decât un convertor al acceleraţiei, care măsoară mişcarea proprie în spaţiu. Există trei tipuri de bază de accelerometre, despre care vom afla mai multe în continuare în acest articol.

Cum funcționează accelerometrul?

Principiul de funcţionare al accelerometrelor nu este unul prea complicat. Acestea măsoară forța de accelerație în unitatea g şi poate efectua măsurători într-unul, două sau trei planuri. La ora actuală, cel mai des întâlnite sunt accelerometrele triaxiale, construite pe baza unui sistem de trei accelerometre, fiecare dintre acestea măsurând acceleraţia într-o direcţie diferită - în planurile X, Y şi Z. Un exemplu de accelerometru triaxial este modelul ADAFRUIT 2019. ADA-2019

Dacă acceleraţia în oricare dintre planuri acţionează într-o direcţie contrară faţă de cea în care a fost îndreptat senzorul, accelerometrul va măsura acceleraţia cu valoare negativă. În caz contrar, acceleraţia va fi măsurată cu valoare pozitivă.

Dacă asupra accelerometrului nu acţionează nicio acceleraţie exterioară, echipamentul va măsura doar acceleraţia gravitaţională, adică forţa gravitaţională. Vom considera că accelerometrul triaxial este poziţionat astfel încât senzorul de pe axa X este îndreptat spre stânga, senzorul de pe axa Y în jos, senzorul de pe axa Z în faţă şi asupra accelerometrului nu acţionează nicio forţă, atunci acesta va afişa valorile: X = 0 g, Y = 1 g, Z = 0 g. Dacă acelaşi accelerometru este înclinat spre stânga, indicaţiile vor fi următoarele: X = 1 g, Y = 0 g, Z = 0 g. În mod analogic, dacă este înclinat în dreapta, planul X va da rezultatul X = -1 g. Aceste relaţii prin care se măsoară acceleraţia sunt folosite de algoritmii circuitelor care supraveghează funcţionarea acceleratorului.

Care sunt tipurile de accelerometre?

Dintre tipurile de bază de accelerometre putem distinge trei: accelerometre capacitive MEMS, accelerometre piezoelectrice şi accelerometre piezorezistive.

Accelerometre capacitive MEMS

Accelerometrele capacitive bazate pe tehnologia MEMS sunt cei mai ieftini, cei mai răspândiţi şi cei mai mici senzori de acest tip. Cum funcţionează un accelerometru capacitiv MEMS? Principiul de funcţionare al acestuia constă în deplasarea unei structuri de masă montate pe arcuri. Un capăt al arcurilor este fixat de învelişurile condensatorului tip pieptene, iar celălalt capăt este fixat de structura de masă montată. Sub efectul forţei care acţionează asupra senzorului, masa se deplasează pe arcuri, ceea ce determină modificarea distanţei dintre elementul de condensare şi masă şi, în acelaşi timp, modificarea capacităţii. Un exemplu de accelerometru MEMS este modelul SPARKFUN ELECTRONICS INC. DEV-09267 sau SPARKFUN ELECTRONICS INC. BOB-13926.

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

Accelerometrele capacitive realizate în tehnologie MEMS sunt utilizate mai ales în echipamentele wearables, dispozitivele mobile sau în electronicele de larg consum. Unul dintre cele mai mari avantaje ale accelerometrelor MEMS este posibilitatea de implementare a acestora direct pe placa cu circuite imprimate.

Printre dezavantajele circuitelor MEMS se numără precizia de măsurare scăzută, în special în cazul măsurării amplitudinilor şi frecvenţelor mai mari, astfel că nu sunt potrivite pentru utilizări industriale specializate.

Accelerometre piezorezistive

Un alt tip de accelerometre sunt senzorii care folosesc efectul de piezorezistenţă. Ce face accelerometrul piezorezistiv? Principiul de funcţionare al acestuia este apropiat de funcţionarea unui tensiometru, adică a unui senzor care măsoară tensiunea de întindere. Accelerometrele de acest tip sunt echipate cu material piezorezistiv, care, sub efectul forţei externe, se deformează, determinând modificarea rezistenţei.

Modificarea rezistenţei este convertită apoi în semnal electric, receptat de receptorul integrat cu accelerometrul. Accelerometrele piezorezistive se disting printr-un interval larg de măsurare, datorită căruia pot înregistra vibraţii cu amplitudini şi frecvenţe înalte, lucru util, printre altele, în timpul diferitelor teste de impact.

Un alt avantaj al accelerometrelor piezorezistive este posibilitatea măsurării semnalelor cu variaţie lentă, ceea ce permite utilizarea acestora în sistemele de navigaţie inerţială în scopul calculării vitezei şi deplasării elementelor circuitelor.

Datorită modului în care funcţionează accelerometrul piezoelectric, acesta nu este rezistent la modificările temperaturii ambiante, ceea ce necesită o compensare a temperaturii. În plus, accelerometrele de acest tip au probleme cu detectarea semnalelor slabe, dar sunt şi cu mult mai scumpe decât accelerometrele capacitive MEMS.

Accelerometrele piezoelectrice

Ce este accelerometrul piezoelectric? Acest senzor este unul dintre cele mai folosite pentru măsurarea nivelului de vibraţii. Şi din acest motiv accelerometrele piezoelectrice sunt utilizate foarte des în aplicaţii industriale pentru diagnosticarea şi controlul maşinilor şi echipamentelor. Cum funcţionează accelerometrul piezoelectric? Funcţionarea acestuia este apropiată de cea a circuitelor piezorezistive. Sub efectul acceleraţiei nu îşi modifică însă rezistenţa, ci generează o tensiune electrică cu o valoare determinată.

Elementul de măsurare al acestor senzori este, de obicei, zirconatul titanat de plumb (PZT). Acest material, prin deformare, generează o sarcină electrică. Accelerometrele piezoelectrice se disting printr-o înaltă sensibilitate şi precizie, astfel încât sunt utilizate în multe aplicaţii - de la măsurătorile seismice deosebit de avansate şi precise la testele de impact şi distructive efectuate în condiţii nefavorabile.

Semnalul de ieşire al accelerometrelor piezoelectrice este supus, de obicei, amplificării şi compensării temperaturii. Transmiterea semnalului la intrarea integratorului determină calculul deplasării obiectului.

Alte accelerometre

Dintre celelalte tipuri de accelerometre trebuie să menţionăm structurile IEPE, care sunt folosite pe scară largă pentru măsurarea vibraţiilor. Merită să acordăm atenţie şi accelerometrelor piezoelectrice cu sarcină, care funcţionează excelent la temperaturi extreme.

Simbol: Descriere:
ADA-2019 Senzor: accelerometru; 3,3÷5VDC; I2C; MMA8451; ±3,±4,±8g; Canale: 3
SF-DEV-09267 Senzor: accelerometru; analogic; ADXL335; LilyPad; 20mm
SF-BOB-13926 Senzor: accelerometru; 1,95÷3,6VDC; I2C; MMA8452Q; ±2,±4,±8g

linecard

Alegeţi producătorul sau categoria

Quick Buy

?
simbolul produsului cant. comandata
Vizualizare

Alte opţiuni Quick Buy

Acest site foloseşte fişiere cookie. Apăsaţi aici, pentru a afla mai multe despre fişierele cookie şi utilizarea setărilor acestora.

Nu arăta mai mult