Trebate akcelerometar? Suočeni s raznim tehnologijama, oblicima, veličinama, rasponima mjerenja, inovacijama, čak i najiskusniji inženjeri mogu se suočiti s problemom odabira pravog modela. Nadamo se da će vam ovaj članak pomoći da se brzo snalazite u širokom rasponu akcelerometara.

Princip mjerenja

Prvi korak u odabiru pravog akcelerometra je određivanje najprikladnijeg mjernog parametra. Danas se koriste tri tehnologije za izradu akcelerometra:
- piezoelektrični akcelerometri - najčešći tip akcelerometara danas, koji se široko koriste za rješavanje problema testiranja i mjerenja. Ovi akcelerometri imaju vrlo širok raspon frekvencija (nekoliko Hz do 30 kHz) i raspon osjetljivosti, te dolaze u različitim veličinama i oblicima. Izlazni signal piezoelektričnih akcelerometara može biti naboj (C) ili napon. Senzori se mogu koristiti i za mjerenje udara i vibracija.
- Piezorezistivni akcelerometri obično imaju mali raspon osjetljivosti, pa su pogodniji za detekciju udara nego za detekciju vibracija. Još jedno područje njihove primjene je testiranje sigurnosti prilikom sudara. Piezorezistivni akcelerometri uglavnom imaju širok raspon frekvencija (od nekoliko stotina Hz do 130 kHz ili više), dok frekvencijski odziv može doseći 0 Hz (tzv. DC senzori) ili ostati nepromijenjen, što omogućava mjerenje signala dugog trajanja.
- Akcelerometri s promjenljivim kondenzatorima spadaju među komponente najnovije tehnologije. Kao i piezorezistivni akcelerometri, oni imaju DC odziv. Ove akcelerometre karakterizira visoka osjetljivost, uski propusni opseg (od 15 do 3000 Hz) i odlična temperaturna stabilnost. Greška osetljivosti u punom temperaturnom opsegu do 180°C ne prelazi 1,5%. Akcelerometri s promjenjivim kondenzatorima se koriste za mjerenje niskofrekventnih vibracija, kretanja i fiksnog ubrzanja.

Izmjereni parametri

Šematski, parametri mjereni akcelerometrima mogu se grupisati u sljedeće klase:

• Mjerenje vibracija: Objekt vibrira ako oscilira oko svog ravnotežnog položaja. Vibracije se mjere u transportnoj i svemirskoj industriji, kao iu industrijskoj proizvodnji.
• mjerenje udarnih ubrzanja: iznenadna pobuda strukture, stvaranje rezonancije. Udarni impuls može biti generiran eksplozijom, udarcem čekića u predmet ili sudarom s drugim objektom.
• mjerenje pokreta: sporo kretanje brzinom u rasponu od djelića sekunde do nekoliko minuta, kao što je kretanje robotske ruke ili ovjesa automobila.
• seizmička istraživanja: mjerenja malih pomaka i niskofrekventnih vibracija. Takva mjerenja zahtijevaju specijalizirane akcelerometre niske rezolucije i visoke rezolucije. Seizmički akcelerometri prate kretanje mostova, podova, a također otkrivaju zemljotrese.

Opšti koncepti

Prije diskusije o tehnologiji i karakteristikama aplikacije, potrebno je dati nekoliko općih napomena.
Frekvencijski odziv je ovisnost električnog izlaznog signala akcelerometra o vanjskom mehaničkom djelovanju u frekvencijskom opsegu s fiksnom amplitudom. Ovo je jedan od glavnih parametara o kojem ovisi izbor određene komponente. Frekvencijski opseg se obično određuje nizom eksperimenata i navodi u specifikaciji. Tipično, ovaj parametar je specificiran sa tačnošću od ±5% referentne frekvencije (obično 100 Hz).

Mnoge komponente su specificirane na ±1dB ili ±3dB. Ove vrijednosti ukazuju na točnost akcelerometra u navedenom frekvencijskom rasponu. Mnogi listovi sa podacima sadrže tipične grafove frekvencijskog odziva koji ilustriraju fluktuacije u tačnosti komponente u različitim frekventnim opsezima.

Drugi važan parametar akcelerometra je broj mjernih osa. Danas postoje komponente sa jednom i tri merne ose. Druga mogućnost izgradnje složenog sistema je organizacija tri akcelerometra u jednu mjernu jedinicu.

Vibracije

Piezoelektrični akcelerometri su najbolji izbor za mjerenje vibracija zbog svog širokog frekventnog odziva, dobre osjetljivosti i visoke rezolucije. Ovisno o vrsti izlaznog signala, mogu biti ili izlaz punjenja ili izlaz napona (IEPE).

Nedavno su akcelerometri s izlaznim signalom napona naširoko koristili jer su praktični za korištenje. Unatoč raznolikosti marki i modifikacija, svi proizvođači komponenti u ovoj grupi pridržavaju se jednog pseudo-standarda, stoga su lako zamjenjivi jedni s drugima. Tipično, takvi akcelerometri u svojoj strukturi imaju pojačalo naboja, tako da im nisu potrebne dodatne vanjske komponente. Sve što je potrebno za povezivanje akcelerometra je DC izvor. Stoga, za mjerenje vibracija u poznatom opsegu iu temperaturnom rasponu od -55…125°C (do 175°C za visokotemperaturne modele), preporučuje se korištenje piezoelektričnih akcelerometara sa izlaznim naponskim signalom.

Prednosti akcelerometara izlaznog punjenja su sposobnost rada na visokim temperaturama i u širokom rasponu amplituda, koji je određen postavkama pojačala punjenja (imajte na umu da naponski akcelerometri imaju fiksni raspon amplitude). Tipičan raspon radne temperature je -55...288°C, a specijalizovane komponente mogu raditi u opsegu -269...760°C.

Međutim, za razliku od IEPE akcelerometara, kapacitivni senzori zahtijevaju korištenje posebnih niskošumnih kablova, koji koštaju znatno više od standardnih koaksijalnih kablova. Za povezivanje senzora potrebni su i pojačivači naboja i linearni pretvarači. Sumirajući, možemo zaključiti da su kapacitivni akcelerometri poželjniji za visokotemperaturna mjerenja unaprijed nepoznatih ubrzanja.

U aplikacijama u kojima je potrebno izmjeriti vibracije vrlo niske frekvencije, preporučuju se akcelerometri s varijabilnim kondenzatorom (VC). Frekvencijski odziv im je od 0 Hz do 1 kHz, ovisno o potrebnoj osjetljivosti. Prilikom mjerenja VC vibracija niske frekvencije, akcelerometar sa frekvencijskim odzivom od 0-15 Hz će imati osjetljivost od 1 V/g. Takvi senzori su nezamjenjivi u elektrohidrauličnim tresačima, u automobilskoj industriji, u ispitivanju mašina i konstrukcija, u sistemima ovjesa i u željezničkom transportu.

Udarno ubrzanje

Za mjerenje udarnih ubrzanja koriste se dvije tehnologije, raspon modela je predstavljen komponentama za različite nivoe udarne sile i sa različitim izlaznim karakteristikama. Izbor akcelerometra za udarna ubrzanja prvenstveno zavisi od očekivanog nivoa udarnog ubrzanja.

• Nizak nivo<500 г
• sukob<2000 г
• Polje dalekog polja 500-1000 g, senzor 2 metra od tačke udara
• Blisko polje >5000 g, senzor manje od 1 metar od tačke udara

Akcelerometri opće namjene mogu se koristiti za mjerenje malih udarnih ubrzanja. Akcelerometar bi trebao imati linearni raspon do 500 g i otpornost na udar od 500 g. Obično se za to koriste senzori izlaznog napona, jer nisu osjetljivi na vibracije kabla. Preporučljivo je koristiti pojačalo sa niskopropusnim filterom za smanjenje rezonancije.

Piezorezistivni akcelerometri se koriste za testiranje sigurnosti mašina. Za mjerenja udara u dalekom polju koriste se specijalizirani akcelerometri s ugrađenim filterom i smičnom modom. Elektronski filter smanjuje prirodnu rezonantnu frekvenciju akcelerometra kako bi spriječio preopterećenje opreme.

Akcelerometri za merenja u bliskom polju imaju radni opseg do 20 000 g. Ovde izbor zavisi od specifičnosti testa koji se sprovodi, pa se koriste i piezoelektrični i piezorezistivni senzori. Obično takvi uređaji imaju ugrađeni mehanički filter.

Kao i kod mjerenja vibracija, frekvencijski odziv je najvažniji parametar senzora ubrzanja udara. Poželjno je da takvi senzori imaju širok raspon frekvencija (oko 10 kHz).

Mjerenje kretanja, fiksnog ubrzanja i vibracija niske frekvencije

Za takve svrhe, akcelerometri s promjenjivim kapacitetom su najprikladniji izbor. Omogućuju vam mjerenje sporih promjena ubrzanja i vibracija niske frekvencije, dok je njihov izlazni nivo prilično visok. Također, takvi senzori pružaju visoku stabilnost u širokom rasponu radnih temperatura.
Kada je VC akcelerometar postavljen na poziciju u kojoj je njegova os osjetljivosti paralelna s osom gravitacije zemlje, izlazni signal senzora će biti jednak sili od 1 g. Ovaj obrazac je poznat kao DC odziv. Zbog ove karakteristike, varijabilni kondenzatorski akcelerometri se često koriste za mjerenje centrifugalne sile ili ubrzanja i usporavanja uređaja za podizanje.

Radni uslovi

Nakon odabira akcelerometra odgovarajuće tehnologije i koji ispunjava zahtjeve predviđene primjene, mora se uzeti u obzir niz faktora. Prije svega, ovo su uvjeti okoline u kojima će se senzor koristiti. Ovo uključuje radnu temperaturu, maksimalni nivo ubrzanja i vlažnost.

Opseg mjerenja akcelerometra je dva puta naveden u specifikaciji, što može zbuniti inženjera aplikacije. Stvarni domet je naznačen u dinamičkim karakteristikama. Na primjer, IEPE akcelerometar može imati domet od 500 g, ali pod određenim uvjetima okoline može izdržati udarce do 1000 g i 2000 g. 500 g je maksimalni linearni domet akcelerometra. Parametri specificirani za specifične uslove rada ukazuju na maksimalno dozvoljeni nivo udara.

U slučaju akcelerometara tipa punjenja, dinamičke karakteristike ne uključuju radni raspon, jer on u velikoj mjeri ovisi o pojačivaču punjenja. Ovdje je bolje pozvati se na linearnost amplitudske karakteristike, koja je naznačena u odjeljku dinamičkih parametara. Kao iu prethodnom slučaju, maksimalni raspon mjerenja prikazan pod određenim radnim uvjetima pokazuje maksimalnu nosivost akcelerometra.

Mogućnosti rada senzora u vlažnom okruženju ukazuju na različite pokazatelje nepropusnosti dizajna kućišta. Treba napomenuti da kontinuirana promjena temperaturnih uvjeta može oštetiti epoksidnu izolaciju kućišta senzora.

Budući da trenutne tehnologije akcelerometara koriste nemagnetne materijale, magnetska osjetljivost se rijetko navodi u podacima o komponenti. Ako je senzor predviđen za ugradnju na fleksibilne površine, glavni su parametri savijanja baze. Savijanje površine uzrokuje savijanje osnove akcelerometra, što može uzrokovati da se senzor pogrešno aktivira zbog vibracija. Stoga, korištenje kompresionih akcelerometara na fleksibilnim površinama treba izbjegavati.

Accelerometer Weight

Kada akcelerometar dodirne predmet, izmjereno ubrzanje će se promijeniti. Ovaj efekat se može izbjeći ako ne zaboravite na težinu samog senzora. Može se uzeti kao pravilo da težina akcelerometra ne smije biti veća od težine objekta za najviše 10%.

Osetljivost i rezolucija

Kada su potrebni pretvarači sa niskim izlazom ili širokim dinamičkim rasponom, treba uzeti u obzir rezoluciju i osjetljivost.

Akcelerometar pretvara mehaničku energiju u električni izlazni signal. Ovaj signal se može izraziti u mV/g ili pC/g (za senzore sa izlazom punjenja). Tipično, linija akcelerometara sadrži nekoliko modela različite osjetljivosti, čija optimalna vrijednost ovisi o nivou mjerenog signala. Na primjer, mjerenja jakih vibracija udara zahtijevaju senzore niske osjetljivosti.

Za aplikacije koje zahtijevaju mjerenja niskog ubrzanja, najbolje rješenje je korištenje akcelerometra visoke osjetljivosti gdje je izlazni signal iznad nivoa šuma pojačala. Na primjer, ako se očekuje nivo vibracije od 0,1 g, a osjetljivost senzora je 10 mV/g, napon izlaznog signala će biti 1 mV i bit će potreban akcelerometar veće osjetljivosti.

Rezolucija je povezana sa minimalnim značajnim signalom akcelerometra. Ovaj parametar se zasniva na nivou buke akcelerometra (i ako je odabran IEPE akcelerometar, na internoj elektronici) i izražava se u g rms.

Termin "akcelerometar" dolazi od latinskog accelero, što znači "ubrzavam". Akcelerometar je uređaj koji mjeri prividno ubrzanje. Drugim riječima, dizajniran je da pomogne softveru pametnog telefona da odredi poziciju, kao i udaljenost kretanja mobilnog uređaja u prostoru.

Često se ovaj senzor brka sa žiroskopom. Međutim, radi se o različitim senzorima, iako se međusobno nadopunjuju, pa čak mogu obavljati i iste funkcije. Njihova razlika je u principu rada, kao i u efikasnosti obavljanja konkretnih zadataka. Mogu se koristiti zajedno za postizanje najpreciznijih rezultata.

Senzor uvelike proširuje mogućnosti pametnog telefona. Glavne funkcije za koje je odgovoran su navedene u nastavku.

• Automatska promjena orijentacije ekrana pri okretanju uređaja.
• Upravljanje igrom uz pomoć nagiba.
• Reagovanje uređaja na određene pokrete i izvođenje odgovarajućih radnji (promena muzičke numere, isključenje alarma ili odbijanje poziva). Primjeri pokreta: kuckanje ili drmanje kućišta, prevrtanje ekrana pametnog telefona prema dolje.
• Utvrđivanje i vizuelna demonstracija promjena položaja osobe u prostoru putem navigacijskih aplikacija (Google Maps i dr.).
• Mogućnost praćenja fizičke aktivnosti. Klasičan primjer je brojanje prijeđene udaljenosti pomoću pedometra.

Kako akcelerometar radi, princip njegove strukture

Slika ispod prikazuje shematski dizajn najjednostavnijeg akcelerometra.

Sastoji se od inertne mase (u ovom primjeru njenu ulogu igra mala težina), koja je pričvršćena na pokretni, elastični element (na primjer, na oprugu). Opruga je zauzvrat pričvršćena na fiksni dio. Za suzbijanje vibracija težine koristi se prigušivač. Kada dođe do podrhtavanja, naginjanja ili rotacije objekta u koji je ugrađen akcelerometar, inercijska masa reagira na silu inercije. S povećanjem intenziteta i sile nagiba, okretanja ili udara, radijus deformacije opruge se povećava.

Tada težina zauzima svoj prethodni položaj, zahvaljujući oprugi. Poseban senzor bilježi nivo pomaka inercijalne mase iz njenog položaja u stanju "mirovanja". Zatim se ovi podaci pretvaraju u električni signal i prenose u elektroniku i softver za obradu. Zahvaljujući primljenim podacima, program može "izračunati" promjene u fizičkim promjenama lokacije objekta.

Postoji i takva stvar kao što je os osjetljivosti uređaja. Ako postoji samo jedna osa, senzor će moći prenijeti podatke o promjeni položaja objekta u prostoru samo u okviru osjetljivosti ose. Da bi se povećala osjetljivost senzora i dobili precizni podaci o jačini i smjeru nagiba objekta, potrebne su dvije, ili još bolje, tri ose. Kombinovanjem tri ose odjednom u jedan uređaj moguće je izračunati položaj objekta u trodimenzionalnom prostoru.

Akcelerometar u pametnim telefonima

Iz tehničkih i drugih razloga, gore opisani dizajn senzora nije primjenjiv na mobilnim uređajima. Zamijenjen je minijaturnim čipom koji sadrži inertnu masu.

Princip rada čipa sličan je klasičnom senzoru: inercijska masa mijenja svoj položaj tijekom ubrzanja. Zahvaljujući tome, pametni telefon prima podatke o položaju u prostoru. Ali između klasičnih uređaja i čipova postoji ogromna razlika ne samo u dizajnu, već iu načinu proizvodnje.

Proizvodnja takvih senzora je potpuno automatiziran proces. Da bi se dobila radna kopija, koristi se hemijska reakcija između silikona i drugih elemenata. Proces zahtijeva najveću preciznost u proračunima i proporcijama. Ručno, uz pomoć fizičkog utjecaja na materijale, to je praktički nemoguće učiniti.

Izlaz

Akcelerometar u mobilnom uređaju, koji je samo mali čip, ima značajan utjecaj na interakciju između osobe i pametnog telefona. Uz njegovu pomoć, kontrola uređaja prelazi na novi, ugodniji nivo. I igre i aplikacije dobijaju mnogo dodatnih funkcija koje se mogu implementirati pomoću akcelerometra.

Također će vam se svidjeti:

Zašto se pametni telefon zagrijava: 7 popularnih razloga

Akcelerometar je prilično kompliciran mehanizam, ali ne morate razumjeti suštinu njegovog rada. Ovo je uređaj u telefonu za mjerenje gravitacionog ubrzanja. U telefonu se ova stvar koristi za određivanje položaja pametnog telefona u odnosu na njegovu os. Odnosno, zahvaljujući akcelerometru, sistem razumije u kojoj se poziciji nalazi pametni telefon - horizontalno ili vertikalno.

Uzmite bilo koji moderni pametni telefon i okrenite ga za 90 stepeni. Akcelerometar će to razumeti, a slika na ekranu će se takođe okrenuti za 90 stepeni u odnosu na os X i Y. Takođe, akcelerometar mogu da koriste različiti programi. Na primjer, PlayMarket i AppStore imaju programe za mjerenje broja preduzetih koraka. Proračun se zasniva na podacima koje je prikupio akcelerometar. Mala vibracija ovog senzora sa određenim parametrima jednaka je jednom koraku za osobu. Otprilike tako program razmišlja i brojaće korake koje osoba napravi tokom dana.

Neki telefoni se mogu protresti i od toga će se dogoditi ova ili ona radnja. Na primjer, možete programirati sistem da otvori aplikaciju Kamera kada se potrese. Akcelerometar lako razumije potres i sistem pokreće aplikaciju. Istina, to se može učiniti na telefonima koji pružaju funkcionalnost za radnje programiranja.

Mnoge moderne igre su zasnovane na upotrebi akcelerometra. Popularne trke, u kojima se telefon mora nagnuti da bi se automobil pomerio udesno ili ulevo, svakako će koristiti akcelerometar. Općenito, teško je precijeniti korisnost ovog senzora unutar pametnog telefona. Ovo je zgodna i svestrana stvar, koja se danas nalazi čak i u jeftinim pametnim telefonima.

Moderne tehnologije znatno olakšavaju život, a ako vam je ranije pametni telefon omogućavao samo pozivanje, danas se zahvaljujući akcelerometru njegova funkcionalnost znatno proširila. Općenito, danas je takav senzor kao akcelerometar zastario. Ovo je nešto poput jednostavne hemijske olovke, kojom nećete nikoga iznenaditi, ali koja je neophodna u modernom svijetu.

Molimo ocijenite ovaj članak:

(razlika između apsolutnog ubrzanja objekta i gravitacionog ubrzanja, tačnije ubrzanja slobodnog pada). Postoje trokomponentni (tri osi) akcelerometri koji vam omogućavaju mjerenje ubrzanja duž tri ose odjednom.

Neki akcelerometri takođe imaju ugrađene sisteme za prikupljanje i obradu podataka. Ovo vam omogućava da kreirate kompletne sisteme za merenje ubrzanja i vibracija sa svim potrebnim elementima.

Aplikacija

Akcelerometar se može koristiti i za mjerenje projekcija apsolutnog linearnog ubrzanja i za indirektna mjerenja projekcija gravitacionog ubrzanja. Potonje svojstvo se koristi za kreiranje inercijalnih navigacijskih sistema, gdje se mjerenja dobivena uz njihovu pomoć integriraju, dobijajući inercijsku brzinu i koordinate nosioca, kada registrirate amplituda iznad vlastite rezonantne frekvencije, možete direktno izmjeriti vlastitu brzinu akcelerometra .

Elektronika U kontrolnim uređajima igraćih konzola, akcelerometar zajedno sa žiroskopom se koristi za upravljanje igrama bez upotrebe dugmadi - okretanjem u prostoru, tresenjem itd. Na primjer, Wii Remote i Playstation Move kontroleri imaju akcelerometar.

Akcelerometri se koriste u tvrdim diskovima za aktiviranje zaštitnog mehanizma od oštećenja uzrokovanih udarcima, udarcima i padovima. Akcelerometar reagira na iznenadnu promjenu položaja uređaja i parkira glave tvrdog diska, što pomaže u sprječavanju oštećenja diska i gubitka podataka. Ova tehnologija zaštite se uglavnom koristi u laptop računarima, netbook računarima i eksternim drajvovima.

Akcelerometar u industrijskoj dijagnostici vibracija je pretvarač vibracija koji mjeri ubrzanje vibracija u nerazornim sistemima kontrole i zaštite.

Parametri

Glavni parametri akcelerometra su

• Prag osjetljivosti (rezolucija) - vrijednost minimalne promjene prividnog ubrzanja koju uređaj može odrediti.
• Zero offset - očitavanja instrumenta pri nultom prividnom ubrzanju.
• Slučajno hodanje je standardna devijacija od pomaka nule.
• Nelinearnost - promjene u odnosu između izlaznog signala i prividnog ubrzanja kada se prividno ubrzanje promijeni.

Bilješke

Linkovi

• Korištenje analognog akcelerometra kao inklinometra

Wikimedia fondacija. 2010 .

Sinonimi:

Pogledajte šta je "akcelerometar" u drugim rječnicima:

Akcelerometar... Pravopisni rječnik

- (od latinskog accelero ubrzavam i ... metar) uređaj za mjerenje ubrzanja (preopterećenja) aviona itd... Veliki enciklopedijski rječnik

AKCELEROMETAR, uređaj koji se koristi za mjerenje ubrzanja. Najjednostavniji primjer je olovni uteg obješen na predmet koji pada s ubrzanjem, a kut njegovog odstupanja od vertikale proporcionalan je ubrzanju. Složeniji uređaj, ... ... Naučno-tehnički enciklopedijski rečnik

- (od latinskog accelero ubrzavam i grčkog metreo mjerim) uređaj za mjerenje ubrzanja objekata koji se kreću. A. se široko koristi u avionima. Princip rada A. zasniva se na upotrebi zakona inercije. Razlikovati A. za mjerenje ... Enciklopedija tehnologije

Postoji, broj sinonima: 5 akcelograf (3) akcelerometar (1) žiroakcelerometar ... Rečnik sinonima

Uređaj za mjerenje ubrzanja. Na avionima, površinskim brodovima i podmornicama koristi se u EdwART inercijalnim navigacijskim sistemima. Eksplanatorni pomorski rječnik, 2010 ... Marine Dictionary

akcelerometar- a, m. accéléromètre lat. 1888. Lexis. tech. Uređaj za mjerenje ubrzanja na avionu. svemirske letjelice, rakete i sl., kao i pri testiranju mašina, motora itd. Krysin 1998. Lex. TSB 3: akcelero/metar… Istorijski rečnik galicizama ruskog jezika

akcelerometar- Mjerni uređaj dizajniran za mjerenje ubrzanja. [GOST 18955 73] Teme akcelerometri EN akcelerometar … Priručnik tehničkog prevodioca

- (od lat. accelero ubrzavam i ... metar), uređaj za mjerenje ubrzanja (g-sila) aviona i sl. * * * AKCEROMETAR AKCEROMETAR (od lat. accelero ubrzavam i grč. ubrzanje... . .. enciklopedijski rječnik

- (latinski accelerare ubrzati + ...metar) uređaj za mjerenje ubrzanja (preopterećenja) koja se javljaju na avionima, svemirskim letjelicama, raketama i drugim pokretnim objektima, kao i za ispitivanje mašina, motora itd. Novi rječnik ... .. . Rečnik stranih reči ruskog jezika