Имате нужда от акселерометър? Изправени пред разнообразие от технологии, форми, размери, обхвати на измерване, иновации, дори и най-опитните инженери могат да се сблъскат с проблема с избора на правилния модел. Надяваме се, че тази статия ще ви помогне бързо да се ориентирате в широката гама от акселерометри.

Принцип на измерване

Първата стъпка към избора на правилния акселерометър е да определите най-подходящия параметър за измерване. Днес се използват три технологии за изграждане на акселерометър:
- пиезоелектрични акселерометри - най-разпространеният тип акселерометри днес, които се използват широко за решаване на проблеми с тестване и измерване. Тези акселерометри имат много широк честотен диапазон (от няколко Hz до 30 kHz) и диапазон на чувствителност и се предлагат в различни размери и форми. Изходният сигнал на пиезоелектричните акселерометри може да бъде заряд (C) или напрежение. Сензорите могат да се използват както за измерване на удар, така и за вибрации.
- Пиезорезистивните акселерометри обикновено имат малък диапазон на чувствителност, така че са по-подходящи за откриване на удар, отколкото за откриване на вибрации. Друга област на тяхното приложение е тестването за безопасност при сблъсък. В по-голямата си част пиезорезистивните акселерометри имат широк честотен диапазон (от няколкостотин Hz до 130 kHz или повече), докато честотната характеристика може да достигне 0 Hz (така наречените DC сензори) или да остане непроменена, което прави възможно измерването на сигнали с дълга продължителност.
- Променливите кондензаторни акселерометри са сред най-новите технологични компоненти. Подобно на пиезорезистивните акселерометри, те имат DC отговор. Тези акселерометри се характеризират с висока чувствителност, тясна честотна лента (от 15 до 3000 Hz) и отлична температурна стабилност. Грешката на чувствителността в пълния температурен диапазон до 180°C не надвишава 1,5%. Променливите кондензаторни акселерометри се използват за измерване на нискочестотни вибрации, движение и фиксирано ускорение.

Измерени параметри

Схематично измерваните от акселерометри параметри могат да бъдат групирани в следните класове:

• Измерване на вибрации: Обект вибрира, ако трепти около своето равновесно положение. Вибрацията се измерва в транспортната и космическата индустрия, както и в промишленото производство.
• измерване на ударни ускорения: внезапно възбуждане на конструкцията, създаващо резонанс. Ударният импулс може да бъде генериран от експлозия, от удар с чук в обект или от сблъсък с друг обект.
• измерване на движение: бавно движение за част от секундата до няколко минути, като движение на ръка на робот или окачване на автомобил.
• сеизмични проучвания: измервания на малки премествания и нискочестотни вибрации. Такива измервания изискват специализирани акселерометри с нисък шум и висока разделителна способност. Сеизмичните акселерометри наблюдават движенията на мостове, подове и също така откриват земетресения.

Общи понятия

Преди да обсъдим технологията и характеристиките на приложението, е необходимо да направим няколко общи забележки.
Честотната характеристика е зависимостта на електрическия изходен сигнал на акселерометъра от външно механично действие в честотния диапазон с фиксирана амплитуда. Това е един от основните параметри, от които зависи изборът на конкретен компонент. Честотният диапазон обикновено се определя от серия от експерименти и се посочва в спецификацията. Обикновено този параметър се посочва с точност от ±5% от референтната честота (обикновено 100 Hz).

Много компоненти са посочени на ±1dB или ±3dB. Тези стойности показват точността на акселерометъра в определения честотен диапазон. Много листове с данни съдържат типични графики на честотната характеристика, които илюстрират колебанията в точността на компонентите в различни честотни диапазони.

Друг важен параметър на акселерометъра е броят на осите на измерване. Днес има компоненти с една и три измервателни оси. Друга възможност за изграждане на сложна система е организирането на три акселерометъра в една измервателна единица.

Вибрация

Пиезоелектричните акселерометри са най-добрият избор за измерване на вибрации поради широката им честотна характеристика, добрата чувствителност и висока разделителна способност. В зависимост от вида на изходния сигнал, те могат да бъдат или изходен заряд, или изходен напрежение (IEPE).

Напоследък широко се използват акселерометри с изходен сигнал за напрежение, тъй като са удобни за използване. Въпреки разнообразието от марки и модификации, всички производители на компоненти от тази група се придържат към един псевдостандарт, поради което са лесно заменяеми един с друг. Обикновено такива акселерометри имат усилвател на заряда в структурата си, така че не изискват допълнителни външни компоненти. Всичко, което е необходимо за свързване на акселерометъра, е източник на постоянен ток. По този начин, за измерване на вибрации в известен диапазон и в температурния диапазон от -55…125°C (до 175°C за високотемпературни модели), се препоръчва използването на пиезоелектрични акселерометри с изходен сигнал за напрежение.

Предимствата на акселерометрите с изходен заряд са способността да работят при високи температури и в широк амплитуден диапазон, който се определя от настройките на усилвателя на заряда (обърнете внимание, че акселерометрите за напрежение имат фиксиран диапазон на амплитудата). Типичният температурен диапазон на работа е -55...288°C, а специализираните компоненти могат да работят в диапазона -269...760°C.

Въпреки това, за разлика от IEPE акселерометрите, капацитивните сензори изискват използването на специални нискошумни кабели, които струват значително повече от стандартните коаксиални кабели. За свързване на сензорите са необходими и усилватели на заряд и линейни преобразуватели. Обобщавайки, можем да заключим, че капацитивните акселерометри са за предпочитане за високотемпературни измервания на неизвестни предварително ускорения.

В приложения, където трябва да бъдат измерени вибрации с много ниска честота, се препоръчват акселерометри с променлив кондензатор (VC). Честотната им характеристика е от 0 Hz до 1 kHz в зависимост от необходимата чувствителност. Когато правите нискочестотни измервания на VC вибрации, акселерометър с честотна характеристика от 0-15 Hz ще има чувствителност от 1 V/g. Такива сензори са незаменими в електрохидравличните шейкъри, в автомобилната индустрия, при тестване на машини и конструкции, в системи за окачване и в железопътния транспорт.

Ускорение при удар

За измерване на ударните ускорения се използват две технологии, като гамата от модели е представена от компоненти за различни нива на сила на удар и с различни изходни характеристики. Изборът на акселерометър за ударни ускорения зависи преди всичко от очакваното ниво на ударно ускорение.

• Ниско ниво<500 г
• сблъсък<2000 г
• Далеко поле 500-1000 g, сензор на 2 метра от точката на удар
• Близко поле >5000 g, сензор на по-малко от 1 метър от точката на удар

Акселерометри с общо предназначение могат да се използват за измерване на малки ударни ускорения. Акселерометърът трябва да има линеен обхват до 500 g и удароустойчивост 500 g. Обикновено за това се използват сензори за изходно напрежение, тъй като те не са чувствителни към вибрациите на кабела. Препоръчително е да се използва усилвател с нискочестотен филтър за отслабване на резонанса.

Пиезорезистивните акселерометри се използват за тестване на безопасността на машини. За измерване на удара в далечното поле се използват специализирани акселерометри с вграден филтър и режим на срязване. Електронен филтър намалява естествената резонансна честота на акселерометъра, за да предотврати претоварване на оборудването.

Акселерометрите за измервания в близко поле имат работен обхват до 20 000 г. Тук изборът зависи от спецификата на провеждания тест, така че се използват както пиезоелектрични, така и пиезорезистивни сензори. Обикновено такива устройства имат вграден механичен филтър.

Както при измерванията на вибрациите, честотната характеристика е най-важният параметър на сензорите за ударно ускорение. Желателно е такива сензори да имат широк честотен диапазон (около 10 kHz).

Измерване на движение, фиксирано ускорение и нискочестотни вибрации

За такива цели най-подходящият избор са акселерометрите с променлив капацитет. Те ви позволяват да измервате бавни промени в ускорението и нискочестотни вибрации, докато изходното им ниво е доста високо. Също така, такива сензори осигуряват висока стабилност в широк диапазон от работни температури.
Когато VC акселерометърът е настроен на позиция, при която оста му на чувствителност е успоредна на оста на гравитацията на земята, изходният сигнал на сензора ще бъде равен на сила от 1 g. Този модел е известен като DC реакция. Поради тази характеристика, променливите кондензаторни акселерометри често се използват за измерване на центробежна сила или ускорения и забавяния на повдигащи устройства.

Условия на работа

След като изберете акселерометър с подходяща технология и който отговаря на изискванията на предвиденото приложение, трябва да се вземат предвид редица фактори. На първо място, това са условията на околната среда, при които сензорът ще се използва. Това включва работна температура, максимално ниво на ускорение и влажност.

Обхватът на измерване на акселерометъра е посочен два пъти в спецификацията, което може да обърка инженера на приложението. Действителният обхват е посочен в динамичните характеристики. Например, IEPE акселерометър може да има обхват от 500 g, но при определени условия на околната среда може да издържи на удари до 1000 g и 2000 g. 500 g е максималният линеен обхват на акселерометъра. Параметрите, посочени за специфични условия на работа, показват максимално допустимото ниво на въздействие.

В случай на акселерометри от тип заряд, динамичните характеристики не включват работен диапазон, тъй като той до голяма степен зависи от усилвателя на заряда. Тук е по-добре да се обърнем към линейността на амплитудната характеристика, която е посочена в раздела за динамични параметри. Както в предишния случай, максималният обхват на измерване, посочен при определени условия на работа, показва максималния капацитет на натоварване на акселерометъра.

Възможностите за работа на сензорите във влажна среда са посочени от различни показатели за херметичността на конструкцията на корпуса. Трябва да се отбележи, че непрекъснатата промяна в температурните условия може да повреди епоксидната изолация на корпуса на сензора.

Тъй като съвременните технологии за производство на акселерометри използват немагнитни материали, магнитната чувствителност рядко се посочва в информационния лист за компонента. Ако сензорът е предназначен за монтаж върху гъвкави повърхности, водещите са параметрите на огъването на основата. Огъването на повърхността води до огъване на основата на акселерометъра, което може да доведе до погрешно задействане на сензора поради вибрация. Следователно използването на акселерометри за компресия върху гъвкави повърхности трябва да се избягва.

Тегло на акселерометъра

Когато акселерометърът докосне обекта, измереното ускорение ще се промени. Този ефект може да бъде избегнат, ако не забравите за теглото на самия сензор. Може да се приеме като правило теглото на акселерометъра да надвишава теглото на обекта с не повече от 10%.

Чувствителност и разделителна способност

Когато са необходими преобразуватели с ниска мощност или широк динамичен диапазон, трябва да се имат предвид разделителната способност и чувствителността.

Акселерометърът преобразува механичната енергия в електрически изходен сигнал. Този сигнал може да бъде изразен в mV/g или pC/g (за сензори с изходен заряд). Обикновено линията от акселерометри съдържа няколко модела с различна чувствителност, чиято оптимална стойност зависи от нивото на измервания сигнал. Например, измерванията на силни ударни вибрации изискват сензори с ниска чувствителност.

За приложения, изискващи измерване на ниско ускорение, най-доброто решение е да се използва акселерометър с висока чувствителност, където изходният сигнал ще бъде над нивото на шума на усилвателя. Например, ако се очаква ниво на вибрация от 0,1g и чувствителността на сензора е 10mV/g, напрежението на изходния сигнал ще бъде 1mV и ще е необходим акселерометър с по-висока чувствителност.

Разделителната способност е свързана с минималния значим сигнал на акселерометъра. Този параметър се основава на нивото на шума на акселерометъра (и ако е избран IEPE акселерометъра, на вътрешната електроника) и се изразява в g rms.

Терминът "акселерометър" идва от латинското accelero, което означава "ускорявам". Акселерометърът е устройство, което измерва видимото ускорение. С други думи, той е предназначен да помогне на софтуера на смартфона да определи позицията, както и разстоянието на движение на мобилното устройство в пространството.

Често този сензор се бърка с жироскоп. Това обаче са различни сензори, въпреки че се допълват взаимно и дори могат да изпълняват едни и същи функции. Тяхната разлика се крие в принципа на работа, както и в ефективността при изпълнение на конкретни задачи. Могат да се използват заедно за постигане на най-точни резултати.

Сензорът значително разширява възможностите на смартфона. Основните функции, за които отговаря, са изброени по-долу.

• Автоматична промяна на ориентацията на екрана при завъртане на устройството.
• Управление на играта с помощта на склонове.
• Реагиране на устройството на определени жестове и извършване на подходящи действия (промяна на музикалната песен, изключване на алармата или отхвърляне на повикването). Примери за жестове: докосване или разклащане на калъфа, обръщане на екрана на смартфона надолу.
• Определяне и визуална демонстрация на промени в позицията на човек в пространството чрез приложения за навигация (Google Maps и др.).
• Възможността за проследяване на физическата активност. Класически пример е преброяването на изминатото разстояние с помощта на крачкомер.

Как работи акселерометърът, принципът на неговата структура

Снимката по-долу показва схематичен дизайн на най-простия акселерометър.

Състои се от инертна маса (в този пример ролята й играе малка тежест), която е прикрепена към подвижен еластичен елемент (например към пружина). Пружината от своя страна е фиксирана върху неподвижна част. За потискане на вибрациите на тежестта се използва амортисьор. Когато има разклащане, накланяне или завъртане на обекта, в който е вграден акселерометърът, инерционната маса реагира на силата на инерцията. С увеличаване на интензивността и силата на накланяне, завъртане или удар радиусът на деформация на пружината се увеличава.

Тогава тежестта заема предишната си позиция, благодарение на пружината. Специален сензор записва нивото на изместване на инерционната маса от нейното положение в състояние "покой". След това тези данни се преобразуват в електрически сигнал и се прехвърлят към електрониката и софтуера за обработка. Благодарение на получените данни програмата може да "изчисли" промени във физическите промени в местоположението на обекта.

Има и такова нещо като оста на чувствителността на устройството. Ако има само една ос, сензорът ще може да предава данни за промяната в позицията на обекта в пространството само в рамките на чувствителността на оста. За да се увеличи чувствителността на сензора и да се получат точни данни за силата и посоката на наклона на обекта, са необходими две или дори по-добре три оси. Чрез комбиниране на три оси наведнъж в едно устройство е възможно да се изчисли позицията на обект в триизмерно пространство.

Акселерометър в смартфони

По технически и други причини описаният по-горе дизайн на сензора не е приложим в мобилни устройства. Той е заменен от миниатюрен чип, съдържащ инертна маса.

Принципът на работа на чипа е подобен на класическия сензор: инерционната маса променя позицията си по време на ускорение. Благодарение на това смартфонът получава данни за позицията в пространството. Но между класическите устройства и чиповете има огромна разлика не само в дизайна, но и в метода на производство.

Производството на такива сензори е напълно автоматизиран процес. За да се получи работно копие, се използва химическа реакция между силикон и други елементи. Процесът изисква най-висока прецизност в изчисленията и пропорциите. Ръчно, с помощта на физическо въздействие върху материалите, е практически невъзможно да се направи това.

Изход

Акселерометърът в мобилно устройство, който е само малък чип, оказва значително влияние върху взаимодействието между човек и смартфон. С негова помощ управлението на устройството преминава на ново, по-удобно ниво. И игрите и приложенията получават много допълнителни функции, които могат да бъдат реализирани с помощта на акселерометъра.

Ще ви хареса още:

Защо смартфонът се нагрява: 7 популярни причини

Акселерометърът е доста сложен механизъм, но не е нужно да разбирате същността на неговата работа. Това е устройство в телефона за измерване на гравитационно ускорение. В телефона това нещо се използва за определяне на позицията на смартфона спрямо оста му. Тоест, благодарение на акселерометъра, системата разбира в какво положение е смартфонът - хоризонтално или вертикално.

Вземете всеки модерен смартфон и го завъртете на 90 градуса. Акселерометърът ще разбере това и изображението на екрана също ще се обърне на 90 градуса спрямо осите X и Y. Също така акселерометърът може да се използва от различни програми. Например PlayMarket и AppStore имат програми за измерване на броя на предприетите стъпки. Изчислението се основава на данните, събрани от акселерометъра. Малка вибрация на този сензор с определени параметри е равна на една стъпка за човек. Приблизително така мисли програмата и ще брои броя стъпки, които човек прави през деня.

Някои телефони могат да бъдат разклатени и от това ще се случи това или онова действие. Например, можете да програмирате системата да отваря приложението Камера при разклащане. Акселерометърът лесно разбира разклащането и системата стартира приложението. Вярно е, че това може да се направи в телефони, които предоставят функционалност за програмиране на действия.

Много съвременни игри се основават на използването на акселерометър. Популярните състезания, при които телефонът трябва да бъде наклонен, за да се движи автомобилът надясно или наляво, определено ще използват акселерометъра. Като цяло е трудно да се надцени полезността на този сензор в смартфон. Това е удобно и универсално нещо, което днес е дори в евтините смартфони.

Съвременните технологии правят живота много по-лесен и ако по-рано смартфонът ви позволяваше просто да се обаждате, днес, благодарение на акселерометъра, неговата функционалност се разшири значително. Като цяло днес такъв сензор като акселерометър е остарял. Това е нещо като обикновена химикалка, с която няма да изненадате никого, но която е незаменима в съвременния свят.

Моля, оценете тази статия:

(разликата между абсолютното ускорение на обект и гравитационното ускорение, по-точно ускорението на свободното падане). Има трикомпонентни (три оси) акселерометри, които ви позволяват да измервате ускорението по три оси наведнъж.

Някои акселерометри също имат вградени системи за събиране и обработка на данни. Това ви позволява да създавате цялостни системи за измерване на ускорение и вибрации с всички необходими елементи.

Приложение

Акселерометърът може да се използва както за измерване на проекции на абсолютно линейно ускорение, така и за индиректни измервания на проекции на гравитационно ускорение. Последното свойство се използва за създаване на инерционни навигационни системи, където измерванията, получени с тяхна помощ, се интегрират, като се получават инерционната скорост и координатите на носителя, когато регистрирате амплитуди над собствената си резонансна честота, можете директно да измерите собствената скорост на акселерометъра .

Електронни В устройствата за управление на игровите конзоли акселерометърът заедно с жироскопа се използва за управление на игри без използване на бутони - чрез завъртане в пространството, разклащане и т.н. Например контролерите Wii Remote и Playstation Move имат акселерометър.

Акселерометрите се използват в твърдите дискове за активиране на защитния механизъм срещу повреди, причинени от удари, удари и падания. Акселерометърът реагира на внезапна промяна в позицията на устройството и паркира главите на твърдия диск, което помага за предотвратяване на повреда на диска и загуба на данни. Тази технология за защита се използва главно в лаптопи, нетбуци и външни устройства.

Акселерометърът в индустриалната вибрационна диагностика е вибрационен преобразувател, който измерва ускорението на вибрациите в системи за контрол и защита без разрушаване.

Параметри

Основните параметри на акселерометъра са

• Прагова чувствителност (разделителна способност) - стойността на минималната промяна на привидното ускорение, която устройството е в състояние да определи.
• Zero offset - показанията на инструмента при нулево видимо ускорение.
• Случайното ходене е стандартното отклонение от нулево отклонение.
• Нелинейност - промени във връзката между изходния сигнал и видимото ускорение, когато видимото ускорение се промени.

Бележки

Връзки

• Използване на аналогов акселерометър като инклинометър

Фондация Уикимедия. 2010 г.

Синоними:

Вижте какво е "акселерометър" в други речници:

акселерометър... Правописен речник

- (от латински accelero ускорявам и ... метър) устройство за измерване на ускорения (претоварвания) на самолети и др ... Голям енциклопедичен речник

АКСЕЛЕРОМЕТЪР, устройство, използвано за измерване на ускорение. Най-простият пример е оловна тежест, окачена от падащ с ускорение обект, ъгълът на отклонението му от вертикалата е пропорционален на ускорението. По-сложно устройство, ... ... Научно-технически енциклопедичен речник

- (от лат. accelero ускорявам и гръцкото metreo измервам) устройство за измерване на ускорението на движещи се обекти. А. се използва широко в самолетите. Принципът на действие на А. се основава на използването на законите на инерцията. Разграничете А. за измерване ... Енциклопедия на технологиите

Съществува., брой синоними: 5 акселерограф (3) акселерометър (1) жироакселерометър ... Синонимен речник

Устройство за измерване на ускорения. На самолети, надводни кораби и подводници се използва в инерционните навигационни системи EdwART. Обяснителен военноморски речник, 2010 г. ... Морски речник

акселерометър- a, m. accéléromètre lat. 1888. Лексис. технология Устройство за измерване на ускоренията на самолета. космически кораби, ракети и др., както и при изпитване на машини, двигатели и др. Krysin 1998. Lex. TSB 3: акселеро/метър… Исторически речник на галицизмите на руския език

акселерометър- Измервателно устройство, предназначено за измерване на ускорения. [GOST 18955 73] Теми акселерометри EN акселерометър… Наръчник за технически преводач

- (от лат. accelero ускорявам и ... метър), уред за измерване на ускорения (g-сили) на самолети и др. * * * АКСЕЛЕРОМЕТР АКСЕЛЕРОМЕТР (от лат. accelero ускорявам и гр. ускорение... . .. енциклопедичен речник

- (латински accelerare ускорение + ... метър) устройство за измерване на ускорения (претоварвания), които възникват на самолети, космически кораби, ракети и други движещи се обекти, както и за тестване на машини, двигатели и др. Нов речник ... .. . Речник на чужди думи на руския език