Тут ви знайдете колишній «паркінг»
Панель клієнта
У вашому кошику
Зареєструватися

Акселерометр – як він працює і для чого потрібен?

2020-10-09

Акселерометр – що це і для чого він потрібен? В яких випадках варто використовувати акселерометр? Акселерометр - це пристрій, який забезпечує можливість вимірювання та аналізу лінійного і кутового прискорення. Ця функція необхідна в багатьох базових пристроях і системах, використовуваних майже в кожній галузі життя – як в домашніх приладах щоденного використання, так і в професійних промислових програмах або науково-дослідних розробках.

З цієї статті ви дізнаєтесь:

АКСЕЛЕРОМЕТР – ЩО ЦЕ І ДЛЯ ЧОГО ВІН ПОТРІБЕН?

Акселерометри застосовуються для вимірювання статичного гравітаційного прискорення, яке дозволяє визначити кут відхилення вимірюваного об'єкта від вертикалі, а також для вимірювань динамічного прискорення, викликаного поштовхами, рухом, ударами або вібраціями, тобто коливаннями з малою амплітудою та низькою частотою, яка досягає декількох десятків Герц.

  • Як працює акселерометр під час вимірювання вібрації? Акселерометр встановлюється безпосередньо на об’єкті, який вібрує, - це дозволяє перетворювати енергію коливань в електричний сигнал, який пропорційний прискоренню об’єкта в даний момент.
  • Що робить акселерометр? Вимірювання вібрації використовується зазвичай для діагностики роботи машин, пристроїв або конструкцій, які піддаються великим напруженням, напр., конструкції сталевих щогл, мостів або будівельних об’єктів. Крім того, акселерометри застосовуються також для захисту жорстких дисків від пошкодження у медичному та спортивному обладнанні, в апаратах і камерах, смартфонах, пультах, контролерах та системах навігації.
  • Що таке акселерометр? Це не що інше, як перетворювач прискорення, який вимірює власний рух у просторі. Існує три основні види акселерометрів, про які йдеться далі в цій статті.

АКСЕЛЕРОМЕТР - ПРИНЦИП РОБОТИ

Принцип дії акселерометрів - не надто складний. Він вимірює силу прискорення в одиницях g і може вимірювати в одній, двох або трьох площинах. Зараз найчастіше використовуються 3-осьові акселерометри, конструкція яких складається з системи трьох акселерометрів, і кожен з них вимірює прискорення в іншому напрямку – в площинах X, Y i Z. Прикладом 3-осьового акселерометра може бути модель OKYSTAR OKY3230. OKY3230

Якщо прискорення в будь-якій площині діє в протилежному напрямку, ніж те, в якому був спрямований датчик, акселерометр вимірює прискорення з від’ємним значенням. В іншому випадку прискорення вимірюватиметься з позитивним значенням.

Якщо на акселерометр не впливає якесь зовнішнє прискорення, пристрій вимірюватиме лише прискорення землі, тобто силу гравітації. Якщо припустити, що 3-осьовий акселерометр, розміщений таким чином, що датчик на осі X спрямований вліво, датчик на осі Y вниз, а датчик на осі Z вперед, і на нього не впливають ніякі сили, тоді акселерометр поверне значення: X = 0 g, Y = 1 g, Z = 0 g. Якщо цей же акселерометр буде відхилений вліво, його показання будуть: X = 1 g, Y = 0 g, Z = 0 g. Аналогічно, якщо відхилення відбудеться вправо, площина X поверне результат X = -1 g. Наведені залежності вимірювання прискорення використовуються алгоритмами систем, що контролюють роботу акселерометра.

ЯКІ Є ВИДИ АКСЕЛЕРОМЕТРІВ, ЯК ВОНИ ПОБУДОВАНІ?

Серед основних типів акселерометрів можна виділити три типи: ємнісні акселерометри MEMS, п'єзоелектричні акселерометри та п'єзорезистивні акселерометри.

Ємнісні акселерометри MEMS

Ємнісні акселерометри, які використовують технологію MEMS, – це найдешевші, найпоширеніші та найменші акселерометри на ринку. Як працює ємнісний акселерометр MEMS? Принцип його роботи полягає в розміщенні вантажу, встановленого на пружинах. Один кінець пружини прикріплений до обкладок гребінчастого конденсатора, а інший кінець – до закріпленого вантажу. Під впливом сили, яка діє на датчик, вантаж рухається на пружинах, що призводить до зміни відстані між конденсаторним елементом і масою, і тим самим впливає на зміну ємності. Прикладом акселерометра MEMS може бути модель SPARKFUN ELECTRONICS INC. DEV-09267 або SPARKFUN ELECTRONICS INC. BOB-13926.

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

Ємнісні акселерометри MEMS застосовуються, головним чином, в переносних пристроях, мобільних приладах та широко поширеній побутовій електроніці. Однією з найбільших переваг акселерометрів MEMS є можливість їх установки безпосередньо на друкованій платі. До недоліків акселерометрів MEMS слід віднести низьку точність вимірювань, особливо у разі вимірювань вищих амплітуд і частот, що робить їх непридатними для спеціалізованих промислових застосувань.

П'єзорезистивні акселерометри

Наступним видом акселерометрів є датчики, що використовують п’єзорезистивний ефект. Що робить п'єзорезистивний акселерометр? Його принцип дії схожий на дію тензометра, тобто датчика, що вимірює напругу. Цей тип акселерометра оснащений п'єзорезистивним матеріалом, який деформується під впливом зовнішньої сили, приводячи до зміни опору.

Далі зміна опору перетворюється в електричний сигнал, що отримується через об’єднаний з акселерометром приймач. П'єзорезистивні акселерометри характеризуються великим діапазоном вимірювань, завдяки чому вони здатні реєструвати високочастотні коливання з великою амплітудою, що корисно, між іншим, під час різних ударних тестів.

Ще одна перевага п'єзорезистивних акселерометрів - це можливість виміряти повільно змінювані сигнали, що дозволяє використовувати їх в інерційних навігаційних системах для обчислення швидкості та переміщення елементів систем.

Те, як працює п'єзорезистивний акселерометр, робить його нечутливим до змін температури навколишнього середовища, що вимагає температурної компенсації. Крім цього, в акселерометрів такого типу є проблеми з виявленням слабких сигналів, а також вони набагато дорожчі ємнісних акселерометрів MEMS.

П'єзоелектричні акселерометри

Що таке п’єзоелектричний акселерометр? Цей акселерометр є одним із найбільш часто використовуваних датчиків для вимірювання рівня вібрації. З цієї ж причини п'єзоелектричні акселерометри зазвичай використовуються в промисловості для діагностики та контролю машин і пристроїв. Як працює п’єзоелектричний акселерометр? Його робота схожа на принцип дії п'єзорезистивних систем. Однак під впливом прискорення вони не змінюють свого опору, а генерують електричну напругу певного значення. Вимірювальним елементом цих датчиків зазвичай є цирконат-титанат свинцю (PZT). Цирконат-титанат свинцю, деформуючись, виробляє електричний заряд. П'єзоелектричні акселерометри відрізняються високою чутливістю і точністю, завдяки чому вони знаходять застосування в багатьох галузях – від надзвичайно просунутих і точних сейсмічних вимірювань до ударних тестів та руйнівних випробувань, що проводяться в несприятливих умовах. Вихідний сигнал п'єзоелектричних акселерометрів зазвичай піддається посиленню і температурній компенсації. Розрахунку переміщення об'єкта сприяє пересилання сигналу на вихід інтегратора.

Інші акселерометри

Серед інших конструкцій акселерометра слід перелічити конструкції IEPE, які повсюдно використовуються для вимірювання вібрацій. Варто також згадати п'єзоелектричні зарядні акселерометри, придатні для роботи при екстремальних температурах.

Символ: Опис:
OKY3230 Датчик: акселерометр; 3,3÷5 В DC; I2C; MMA8451
SF-DEV-09267 Датчик: акселерометр; аналоговий; ADXL335; LilyPad; 20 мм
SF-BOB-13926 Датчик: акселерометр; 1,95÷3,6 В DC; I2C; MMA8452Q; ±2,±4,±8g

ЧИТАТИ ТАКОЖ

Ваш браузер вже не підтримується, завантажте нову версію