Panel zákazníka
Vo Vašom košíku
Zaregistruj sa

Ako to funguje a načo slúži akcelerometer?

2020-10-09

Čo je akcelerometer? Je to zariadenie, ktoré umožňuje merať a analyzovať lineárne a uhlové zrýchlenie. Táto funkcia je nevyhnutná v mnohých základných zariadeniach a systémoch používaných takmer vo všetkých oblastiach života - v domácich spotrebičoch, ako aj v profesionálnych priemyselných alebo výskumných a vývojových aplikáciách.

Z tohto článku sa dozviete:

Čo je akcelerometer

Akcelerometre sa používajú pri meraniach statického gravitačného zrýchlenia, ktoré vám umožňujú určiť uhol odchýlky meraného objektu od vertikály, ako aj pri meraniach dynamického zrýchlenia v dôsledku otrasov, pohybu, nárazu alebo vibrácií, t. j. nízkych amplitúd a nízkofrekvenčných vibrácií, ktoré dosahujú niekoľko desiatok Hz.

Ako funguje akcelerometer pri meraní vibrácií? Toto zariadenie je implementované priamo na objekte, ktorý vibruje, čo mu umožňuje prevádzať vibračnú energiu na elektrický signál, ktorý je úmerný okamžitému zrýchleniu objektu.

Čo robí akcelerometer? Meranie vibrácií sa zvyčajne používa na diagnostiku prevádzky strojov, zariadení alebo štruktúr vystavených vysokému namáhaniu, napríklad oceľových konštrukcií stožiarov, mostov alebo budov. Okrem iného sa akcelerometre používajú na ochranu pevných diskov pred poškodením, v zdravotníckom a športovom vybavení, v kamerách a videokamerách, v smartfónoch, diaľkových ovládačoch, ovládačoch alebo navigačných systémoch.

Čo je akcelerometer? Nie je to nič iné ako prevodník zrýchlenia, ktorý meria svoj vlastný pohyb v priestore. Existujú tri základné typy akcelerometrov, o ktorých sa dozviete viac v tomto článku.

Ako funguje akcelerometer?

Princíp fungovania akcelerometrov nie je príliš komplikovaný. Meria zrýchľovaciu silu v jednotke g a môže merať v jednej, dvoch alebo troch rovinách. V súčasnosti sú najbežnejšie používané 3-osové akcelerometre, ktorých konštrukcia sa skladá zo systému troch akcelerometrov, z ktorých každý meria zrýchlenie iným smerom - v rovinách X, Y a Z. Príkladom 3-osového akcelerometra môže byť model OKYSTAR OKY3230. OKY3230

Ak zrýchlenie v ktorejkoľvek rovine pôsobí opačným smerom, ako v ktorom bol senzor nasmerovaný, akcelerometer zmeria zrýchlenie so zápornou hodnotou. Inak sa zrýchlenie meria kladnou hodnotou.

Ak akcelerometer nie je ovplyvnený žiadnym vonkajším zrýchlením, zariadenie bude merať iba gravitačné zrýchlenie, t.j. gravitačnú silu. Za predpokladu, že 3-osový akcelerometer je umiestnený tak, že senzor v osi X je nasmerovaný doľava, senzor v osi Y je dole a senzor v osi Z je nasmerovaný vpred a nepôsobia naň žiadne sily, potom akcelerometer vráti hodnoty: X = 0 g, Y = 1 g, Z = 0 g. Ak je ten istý akcelerometer naklonený doľava, jeho merania zobrazia: X = 1 g, Y = 0 g, Z = 0 g. Podobne, keď dôjde k odchýlke doprava, rovina X vráti výsledok X = -1 g. Uvedené závislosti merania zrýchlenia sa používajú v algoritmoch systémov, ktoré dohliadajú na akcelerátor.

Aké typy akcelerometrov existujú?

Medzi základné typy akcelerometrov patria tri typy: MEMS kapacitné akcelerometre, piezoelektrické akcelerometre a piezorezistívne akcelerometre.

Kapacitné akcelerometre MEMS

Kapacitné akcelerometre využívajúce technológiu MEMS sú najlacnejšie, najbežnejšie a najmenšie senzory tohto typu. Ako funguje kapacitný urýchľovač MEMS? Princíp jeho činnosti spočíva v položení závažia namontovaného na pružiny. Jeden koniec pružín je pripojený k obloženiu hrebeňového kondenzátora, zatiaľ čo druhý koniec je pripojený k namontovanému závažiu. Pod vplyvom sily pôsobiacej na snímač sa závažie pohybuje na pružinách, čo spôsobuje zmenu vzdialenosti medzi kondenzačným prvkom a hmotou, a teda ovplyvňuje zmenu kapacity. Príkladom akcelerometra MEMS môže byť model SPARKFUN ELECTRONICS INC. DEV-09267 alebo SPARKFUN ELECTRONICS INC. BOB-13926.

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

Kapacitné akcelerometre vyrábané v technológii MEMS sa používajú hlavne v nositeľných zariadeniach, mobilných zariadeniach a všeobecne chápanej spotrebnej elektronike. Jednou z najväčších výhod akcelerometrov MEMS je možnosť ich implementácie priamo na dosku plošných spojov.

Nevýhody systémov MEMS zahŕňajú nízku presnosť merania, najmä pri meraní vyšších amplitúd a frekvencií, čo ich robí nevhodnými pre špecializované priemyselné aplikácie.

Piezorezistívne akcelerometre

Senzory využívajúce piezorezistívny účinok sú ďalším typom akcelerometra. Čo robí piezorezistívny akcelerometer? Jeho funkčný princíp je podobný princípu tenzometra, t. j. snímača merajúceho pnutie. Tieto typy akcelerometrov sú vybavené piezorezistentným materiálom, ktorý sa vplyvom vonkajších síl deformuje a spôsobuje zmenu odporu.

Zmena odporu sa potom prevedie na elektrický signál prijatý prijímačom integrovaným s akcelerátorom. Piezorezistívne akcelerometre sa vyznačujú veľkým meracím pásmom, vďaka ktorému sú schopné zaznamenávať vibrácie vysokých amplitúd a frekvencií, čo je užitočné okrem iného počas rôznych nárazových testov.

Ďalšou výhodou piezorezistívnych urýchľovačov je schopnosť merať pomaly sa meniace signály, čo umožňuje ich použitie v inerciálnych navigačných systémoch na výpočet rýchlosti a posunutia komponentov systému.

To,ako funguje piezoelektrický akcelerometer má za následok, že nie je odolný voči zmenám teploty okolia, čo si vyžaduje teplotnú kompenzáciu. Okrem toho akcelerometre tohto typu majú problémy s detekciou slabých signálov a sú tiež oveľa drahšie ako kapacitné akcelerometre MEMS.

Piezoelektrické akcelerometre

Čo je piezoelektrický akcelerometer? Tento senzor je jedným z najbežnejšie používaných senzorov na meranie úrovne vibrácií. Z tohto dôvodu sa piezoelektrické akcelerometre bežne používajú v priemyselných aplikáciách na diagnostiku alebo kontrolu strojov a zariadení. Ako funguje piezoelektrický akcelerometer? Jeho fungovanie je podobné fungovaniu piezorezistívnych systémov. Pod vplyvom akcelerácie však nemenia svoj odpor a generujú elektrické napätie určitej hodnoty.

Meracím prvkom týchto snímačov je zvyčajne titaničitan zirkoničitý (PZT). Titaničitan zirkoničitý deformovaním vytvára elektrický náboj. Piezoelektrické akcelerometre sa vyznačujú vysokou citlivosťou a presnosťou, vďaka ktorej sa používajú v mnohých aplikáciách - od extrémne pokročilých a presných seizmických meraní až po nárazové a deštrukčné testy vykonávané v nepriaznivých podmienkach.

Výstupný signál piezoelektrických akcelerometrov je obvykle podrobený zosilneniu a teplotnej kompenzácii. Výpočet pohybu objektu je uľahčený vysielaním signálu na vstup integrátora.

Ostatné akcelerometre

Medzi ďalšie typy akcelerometrov patria konštrukcie typu IEPE, ktoré sa bežne používajú na meranie vibrácií. Pozoruhodné sú aj piezoelektrické výbojové akcelerometre, ktoré dobre fungujú pri extrémnych teplotách.

Symbol: Opis:
OKY3230 Snímač: akcelerometer; 3,3÷5VDC; I2C; MMA8451
SF-DEV-09267 Snímač: akcelerometer; analógový; ADXL335; LilyPad; 20mm
SF-BOB-13926 Snímač: akcelerometer; 1,95÷3,6VDC; I2C; MMA8452Q; ±2,±4,±8g

ČÍTAŤ VIAC

Váš prehliadač už nie je podporovaný, stiahnite si novú verziu