Как и для чего служит акселерометр?

2020-01-29

Как и для чего служит акселерометр?

Что такое акселерометр? Это устройство, которое обеспечивает возможность измерения и анализа линейного и углового ускорения. Эта функция необходима во множестве базовых устройств и системах используемых почти в каждой области жизни, как в домашних приспособлениях для каждодневного использования, так и в профессиональных промышленных или научно исследовательских приложениях.

Из этой статьи вы узнаете:

Что такое акселерометр?

Акселерометры применяются для измерения статического гравитационного ускорения, которое позволяет узнать угол отклонения измеряемого объекта от вертикали, а также для измерений динамического ускорения вызванных толчками, движением, ударами, вибрацией, т.е. колебаниями с малой амплитудой и низкой частотой, которая достигает нескольких десятков Герц.

Как работает акселерометр во время измерения вибрации? Это устройство установлено непосредственно на объекте, который вибрирует, что позволяет ему преобразовывать энергию колебаний в электрический сигнал, который пропорционален ускорению объекта за минуту.

Что делает акселерометр? Измерение вибрации используется обычно для диагностики работы станков, устройств и конструкций, которые подвергаются большим механическим напряжениям, например конструкции стальных мачт, мостов и строительных объектов. Помимо этого акселерометры применяются для защиты твёрдых дисков от повреждения в медицинском и спортивном оборудовании, в аппаратах и камерах, смартфонах, пультах, контроллерах и в системах навигации.

Что такое акселерометр? Это не что иное как преобразователь ускорения измеряющий собственное движение в пространстве. Существуют три базовых типа акселерометров о которых будет рассказано больше в другой части статьи.

Как работает акселерометр?

Принцип действия акселерометра не слишком сложный. Он измеряет силу ускорения в единицах g и может производить измерения в одной, двух или трёх плоскостях. Сейчас самое широкое применение получили трёхосные акселерометры, конструкция которых состоит из системы трёх акселерометров, а каждый из них измеряет ускорение в другом направлении – в плоскостях X, Y и Z. Примером трёхосевого акселерометра может быть модель ADAFRUIT 2019. ADA-2019

Если ускорение в любой из плоскостей действует в противоположном направлении, чем то, в котором был направлен датчик акселерометр измерит его с отрицательным значением. В противном случае ускорение будет измерено с положительным значением.

Если на акселерометр не действует какое-либо внутреннее ускорение устройство измеряет только ускорение земли, то есть силу гравитации. Принимая, что трёхосевой акселерометр выставлен таком образом, что датчик на оси Х направлен влево, датчик на оси Y вниз, а датчик на оси Z вперёд и на него не воздействуют какие-либо силы в этот момент акселерометр возвращает значения: Х = 0g, Y = 1g, Z = 0g. Если этот же акселерометр будет отклонён влево его показания будут: Х = 1g, Y = 0g, Z = 0g. Аналогично, если отклонение произойдёт вправо плоскость Х вернёт результат Х= -1g. Приведенные зависимости измерения ускорения используются при помощи алгоритмов систем наблюдения за работой акселератора.

Какие есть виды акселерометров?

Среди основных видов акселерометров выделяются три типа: интегральные емкостные акселерометры MEMS, акселерометры пьезоэлектрические и пьезорезисторные.

Интегральные емкостные акселерометры MEMS

Интегральные емкостные акселерометры использующие технологию MEMS это самые дешёвые и маленькие датчики этого типа. Как работает емкостной акселерометр MEMS? Принцип его действия состоит в размещении груза, установленного на пружинах. Один конец пружины прикреплён к пластинам гребенчатого конденсатора, а другой к закреплённому грузу. Под влиянием силы воздействующей на сенсор груз перемещается на пружинах, что приводит к изменению расстояния между конденсаторным элементом и массой и тем самым влияет на изменение ёмкости. Примером акселерометра MEMS может быть модель SPARKFUN ELECTRONICS INC. DEV-09267 или SPARKFUN ELECTRONICS INC. BOB-13926.

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

Емкостные акселерометры производимые по технологии MEMS применяются главным образом в переносных, мобильных устройствах и широко распространены в бытовой электронике. Одним из самых больших достоинств акселерометров MEMS является возможность их установки непосредственно на печатной плате.

К недостаткам систем MEMS можно отнести невысокую точность измерений, особенно в случае измерений высоких амплитуд и частот из-за чего они не подходят для специализированного промышленного применения.

Акселерометры пьезорезисторные

Следующим видом акселерометров являются датчики использующие эффект пьезорезистивности** Что делает пьезорезисторный акселерометр? Его принцип действия похож на действие тензометра, т.е. датчика, измеряющего напряжения. Такого типа акселерометры оснащены пьезорезисторным материалом, который под влиянием внешней силы деформируется приводя к изменению сопротивления.

Изменение сопротивления далее будет преобразовано в электрический сигнал, получаемый через объединённый с акселератором приёмник. Акселерометры пьезорезисторные отличаются большим диапазоном измерений, благодаря чему они в состоянии регистрировать высокочастотные колебания с большой амплитудой, что очень полезно во время различных ударных тестов.

Очередным достоинством пьезорезисторных акселерометров является возможность измерения медленно меняющихся сигналов, что позволяет использовать их в инерционных навигационных системах для расчёта скорости и перемещения элементов систем.

То как работает пьезорезисторный акселерометр приводит к тому, что он чувствителен к окружающей температуре, что требует её компенсации. Кроме этого у акселерометра такого типа есть проблемы с обнаружением слабых сигналов, а также они намного дороже емкостных акселерометров MEMS.

Пьезоэлектрические акселерометры

Что такое пьезоэлектрические акселерометры? Это датчик является одним из наиболее часто применяющихся и служит для измерения уровня вибрации. По той же причине акселерометры повсеместно применяются в промышленности для диагностики и контроля машин и приспособлений. Как работает пьезоэлектрический акселерометр? Его работа похожа на принцип действия пьезорезисторных систем. Под влиянием ускорения они не изменяют своё сопротивление, а генерирую электрическое напряжение определённой величины.

Измерительным элементом этих датчиков является цирокнидо-титанид свинца (PZT). Цирконило-титанид свинца деформируясь вырабатывает электрический заряд. Пьезоэлектрические акселерометры отличаются высокой чувствительностью и точностью, благодаря чему они находят применение во многих отраслях от необычайно продвинутых и точных сейсмических измерений до ударных тестов и разрушительных испытаний, проводимых в неблагоприятных условиях.

Выходной сигнал пьезоэлектрических акселерометров обычно подвергается усилению и температурной компенсации. Расчёту перемещения объекта способствует пересылка сигнала на выход интегратора.

Другие акселерометры

Среди остальных конструкций акселерометров необходимо перечислить IEPE, которые повсеместно используются для измерений вибраций. Внимания заслуживают также пьезоэлектрические зарядные акселерометры, которые хорошо работают при экстремальных температурах.

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

linecard

Чтобы увидеть изделия, выберите производителя или категорию

Quick Buy

?
код товара кол-во
Просмотреть

Другие опции Quick Buy

paypal_help

Этот сайт пользуется файлами cookie. Нажать здесь, чтобы больше узнать о файлах cookie и управлении их настройками.

Не показывать больше