Potřebujete akcelerometr? Tváří v tvář nejrůznějším technologiím, tvarům, velikostem, rozsahům měření, inovacím mohou i ti nejzkušenější inženýři čelit problému výběru správného modelu. Doufáme, že vám tento článek pomůže rychle se zorientovat v široké nabídce akcelerometrů.

Princip měření

Prvním krokem k výběru správného akcelerometru je určení nejvhodnějšího parametru měření. Dnes se pro stavbu akcelerometru používají tři technologie:
- piezoelektrické akcelerometry - dnes nejrozšířenější typ akcelerometrů, které jsou široce používány pro řešení testovacích a měřicích problémů. Tyto akcelerometry mají velmi široký frekvenční rozsah (několik Hz až 30 kHz) a rozsah citlivosti a dodávají se v různých velikostech a tvarech. Výstupní signál piezoelektrických akcelerometrů může být náboj (C) nebo napětí. Senzory lze použít pro měření otřesů i vibrací.
- Piezorezistivní akcelerometry mají obvykle malý rozsah citlivosti, takže jsou vhodnější pro detekci otřesů než pro detekci vibrací. Další oblastí jejich použití je testování bezpečnosti při nárazu. Piezorezistivní akcelerometry mají z větší části široký frekvenční rozsah (od několika set Hz do 130 kHz nebo více), přičemž frekvenční odezva může dosáhnout 0 Hz (tzv. DC senzory) nebo zůstat nezměněna, což umožňuje měřit signály. dlouhého trvání.
- Akcelerometry s proměnným kondenzátorem patří mezi nejnovější technologické komponenty. Stejně jako piezorezistivní akcelerometry mají stejnosměrnou odezvu. Tyto akcelerometry se vyznačují vysokou citlivostí, úzkou šířkou pásma (od 15 do 3000 Hz) a vynikající teplotní stabilitou. Chyba citlivosti v celém rozsahu teplot do 180°C nepřesahuje 1,5%. Akcelerometry s proměnným kondenzátorem se používají k měření nízkofrekvenčních vibrací, pohybu a pevného zrychlení.

Měřené parametry

Schematicky lze parametry měřené akcelerometry seskupit do následujících tříd:

• Měření vibrací: Předmět vibruje, pokud kmitá kolem své rovnovážné polohy. Vibrace se měří v dopravním a leteckém průmyslu a také v průmyslové výrobě.
• měření rázových zrychlení: náhlé vybuzení struktury, vytvoření rezonance. Nárazový impuls může být generován výbuchem, nárazem kladiva do předmětu nebo srážkou s jiným předmětem.
• měření pohybu: pomalý pohyb ve zlomku sekundy až několika minut, jako je pohyb ramene robota nebo zavěšení automobilu.
• seismické průzkumy: měření malých posunů a nízkofrekvenčních vibrací. Taková měření vyžadují specializované akcelerometry s nízkým šumem a vysokým rozlišením. Seismické akcelerometry sledují pohyby mostů, podlah a detekují i ​​zemětřesení.

Obecné pojmy

Před diskusí o technologii a vlastnostech aplikace je nutné učinit několik obecných poznámek.
Frekvenční odezva je závislost elektrického výstupního signálu akcelerometru na vnějším mechanickém působení ve frekvenčním rozsahu s pevnou amplitudou. To je jeden z hlavních parametrů, na kterém závisí výběr konkrétní součásti. Frekvenční rozsah je obvykle určen řadou experimentů a specifikován ve specifikaci. Obvykle je tento parametr specifikován s přesností ±5 % referenční frekvence (typicky 100 Hz).

Mnoho komponent je specifikováno na ±1dB nebo ±3dB. Tyto hodnoty udávají přesnost akcelerometru ve specifikovaném frekvenčním rozsahu. Mnoho datových listů obsahuje typické grafy frekvenční odezvy, které ilustrují kolísání přesnosti součástí v různých frekvenčních rozsazích.

Dalším důležitým parametrem akcelerometru je počet os měření. Dnes existují součástky s jednou a třemi měřicími osami. Další možností vybudování komplexního systému je organizace tří akcelerometrů do jedné měřicí jednotky.

Vibrace

Piezoelektrické akcelerometry jsou nejlepší volbou pro měření vibrací díky široké frekvenční odezvě, dobré citlivosti a vysokému rozlišení. V závislosti na typu výstupního signálu mohou být buď nabíjecím výstupem, nebo napěťovým výstupem (IEPE).

V poslední době se hojně používají akcelerometry s napěťovým výstupním signálem, protože se pohodlně používají. Navzdory rozmanitosti značek a úprav se všichni výrobci komponent v této skupině drží jediného pseudostandardu, proto jsou mezi sebou snadno zaměnitelné. Obvykle mají takové akcelerometry ve své struktuře nábojový zesilovač, takže nevyžadují další externí komponenty. K připojení akcelerometru je potřeba pouze stejnosměrný zdroj. Pro měření vibrací ve známém rozsahu a v teplotním rozsahu -55…125°C (až 175°C u vysokoteplotních modelů) se tedy doporučuje používat piezoelektrické akcelerometry s napěťovým výstupním signálem.

Výhodou akcelerometrů s nábojovým výstupem je schopnost pracovat při vysokých teplotách a v širokém rozsahu amplitud, který je určen nastavením zesilovače náboje (všimněte si, že napěťové akcelerometry mají pevný rozsah amplitudy). Typický rozsah provozních teplot je -55...288°C a specializované součásti mohou pracovat v rozsahu -269...760°C.

Na rozdíl od akcelerometrů IEPE však kapacitní snímače vyžadují použití speciálních nízkošumových kabelů, které jsou výrazně dražší než standardní koaxiální kabely. Pro připojení snímačů jsou také zapotřebí zesilovače náboje a lineární převodníky. Shrneme-li to, můžeme dojít k závěru, že kapacitní akcelerometry jsou vhodnější pro vysokoteplotní měření předem neznámých zrychlení.

V aplikacích, kde je třeba měřit vibrace s velmi nízkou frekvencí, se doporučují akcelerometry s proměnným kondenzátorem (VC). Jejich frekvenční odezva je od 0 Hz do 1 kHz v závislosti na požadované citlivosti. Při měření nízkofrekvenčních vibrací VC bude mít akcelerometr s frekvenční odezvou 0-15 Hz citlivost 1 V/g. Takové snímače jsou nepostradatelné v elektrohydraulických třepačkách, v automobilovém průmyslu, ve zkušebních strojích a konstrukcích, v závěsných systémech a v železniční dopravě.

Zrychlení nárazu

K měření rázových zrychlení se používají dvě technologie, modelovou řadu představují komponenty pro různé úrovně síly nárazu a s různými výstupními charakteristikami. Výběr akcelerometru pro rázové zrychlení závisí především na očekávané úrovni rázového zrychlení.

• Nízká úroveň<500 г
• střet<2000 г
• Vzdálené pole 500-1000 g, senzor 2 metry od místa dopadu
• Blízké pole >5000 g, senzor méně než 1 metr od místa dopadu

Akcelerometry pro všeobecné použití lze použít k měření malých rázových zrychlení. Akcelerometr by měl mít lineární rozsah do 500 g a nárazuvzdornost 500 g. Obvykle se k tomu používají napěťové výstupní senzory, které nejsou citlivé na vibrace kabelu. Pro utlumení rezonance se doporučuje použít zesilovač s dolní propustí.

Piezorezistivní akcelerometry se používají pro testování bezpečnosti strojů. Pro měření dopadu ve vzdáleném poli se používají specializované akcelerometry s vestavěným filtrem a smykovým režimem. Elektronický filtr snižuje vlastní rezonanční frekvenci akcelerometru, aby se zabránilo přetížení zařízení.

Akcelerometry pro měření v blízkém poli mají pracovní rozsah do 20 000 g. Zde volba závisí na specifikách prováděného testu, proto se používají piezoelektrické i piezorezistivní snímače. Obvykle mají taková zařízení vestavěný mechanický filtr.

Stejně jako u měření vibrací je frekvenční odezva nejdůležitějším parametrem snímačů rázového zrychlení. Je žádoucí, aby takové snímače měly široký frekvenční rozsah (asi 10 kHz).

Měření pohybu, pevného zrychlení a nízkofrekvenčních vibrací

Pro takové účely budou nejvhodnější volbou akcelerometry s proměnnou kapacitou. Umožňují měřit pomalé změny zrychlení a nízkofrekvenční vibrace, přičemž jejich výstupní úroveň je poměrně vysoká. Takové senzory také poskytují vysokou stabilitu v širokém rozsahu provozních teplot.
Když je akcelerometr VC nastaven do polohy, kde je jeho osa citlivosti rovnoběžná s osou zemské gravitace, výstupní signál snímače bude roven síle 1 g. Tento vzor je známý jako DC odezva. Díky této vlastnosti se akcelerometry s proměnným kondenzátorem často používají k měření odstředivé síly nebo zrychlení a zpomalení zdvihacích zařízení.

Operační podmínky

Po výběru akcelerometru vhodné technologie, který splňuje požadavky zamýšlené aplikace, je třeba vzít v úvahu řadu faktorů. V první řadě jsou to podmínky prostředí, kde bude senzor používán. To zahrnuje provozní teplotu, maximální úroveň zrychlení a vlhkost.

Rozsah měření akcelerometru je ve specifikaci uveden dvakrát, což může zmást aplikačního inženýra. Skutečný rozsah je uveden v dynamické charakteristice. Například akcelerometr IEPE může mít rozsah 500 g, ale za určitých podmínek prostředí vydrží otřesy až do 1000 g a 2000 g. 500 g je maximální lineární rozsah akcelerometru. Parametry specifikované pro konkrétní provozní podmínky udávají maximální přípustnou úroveň nárazu.

V případě akcelerometrů nábojového typu dynamické charakteristiky nezahrnují provozní rozsah, protože do značné míry závisí na nábojovém zesilovači. Zde je lepší odkázat na linearitu amplitudové charakteristiky, která je uvedena v sekci dynamické parametry. Stejně jako v předchozím případě maximální rozsah měření udávaný za určitých provozních podmínek udává maximální nosnost akcelerometru.

Různé náznaky těsnosti provedení pouzdra svědčí o možnostech provozu snímačů ve vlhkém prostředí. Je třeba poznamenat, že neustálá změna teplotních podmínek může poškodit epoxidovou izolaci pouzdra snímače.

Vzhledem k tomu, že současné technologie akcelerometrů používají nemagnetické materiály, je magnetická citlivost v datovém listu komponentů uvedena jen zřídka. Pokud je snímač určen pro instalaci na ohebné povrchy, rozhodující jsou parametry ohybu základny. Ohýbání povrchu způsobuje ohýbání základny akcelerometru, což může způsobit chybné spuštění senzoru v důsledku vibrací. Proto je třeba se vyhnout použití kompresních akcelerometrů na pružných površích.

Akcelerometr Hmotnost

Když se akcelerometr dotkne předmětu, naměřené zrychlení se změní. Tomuto efektu se lze vyhnout, pokud nezapomenete na hmotnost samotného senzoru. Dá se brát jako orientační pravidlo, že hmotnost akcelerometru by neměla převyšovat hmotnost předmětu o více než 10 %.

Citlivost a rozlišení

Pokud jsou zapotřebí převodníky s nízkým výkonem nebo širokým dynamickým rozsahem, je třeba vzít v úvahu rozlišení a citlivost.

Akcelerometr převádí mechanickou energii na elektrický výstupní signál. Tento signál může být vyjádřen v mV/g nebo pC/g (u senzorů s nabíjecím výstupem). Typicky řada akcelerometrů obsahuje několik modelů s různou citlivostí, jejichž optimální hodnota závisí na úrovni měřeného signálu. Například měření silných rázových vibrací vyžaduje snímače s nízkou citlivostí.

Pro aplikace vyžadující měření nízkého zrychlení je nejlepším řešením použití vysoce citlivého akcelerometru, kde je výstupní signál nad úrovní šumu zesilovače. Pokud se například očekává úroveň vibrací 0,1 g a citlivost snímače je 10 mV/g, napětí výstupního signálu bude 1 mV a bude vyžadován akcelerometr s vyšší citlivostí.

Rozlišení souvisí s minimálním významným signálem akcelerometru. Tento parametr je založen na spodní hranici šumu akcelerometru (a pokud je vybrán akcelerometr IEPE, na vnitřní elektronice) a je vyjádřen v g rms.

Termín „akcelerometr“ pochází z latinského accelero, což znamená „zrychluji“. Akcelerometr je zařízení, které měří zdánlivé zrychlení. Jinými slovy, je navržen tak, aby pomohl softwaru smartphonu určit polohu a také vzdálenost pohybu mobilního zařízení v prostoru.

Často je tento senzor zaměňován s gyroskopem. Jedná se však o různé senzory, i když se vzájemně doplňují, a dokonce mohou plnit stejné funkce. Jejich rozdíl spočívá v principu práce a také v efektivitě provádění konkrétních úkolů. Lze je použít společně k dosažení nejpřesnějších výsledků.

Senzor značně rozšiřuje možnosti smartphonu. Níže jsou uvedeny hlavní funkce, za které odpovídá.

• Automatická změna orientace obrazovky při otáčení zařízení.
• Řízení hry pomocí svahů.
• Reakce zařízení na určitá gesta a provádění příslušných akcí (změna hudební skladby, vypnutí budíku nebo odmítnutí hovoru). Příklady gest: poklepání nebo zatřesení pouzdra, překlopení obrazovky smartphonu dolů.
• Určování a názorná demonstrace změn polohy člověka v prostoru prostřednictvím navigačních aplikací (Google Maps apod.).
• Schopnost sledovat fyzickou aktivitu. Klasickým příkladem je počítání ujeté vzdálenosti pomocí krokoměru.

Jak funguje akcelerometr, princip jeho struktury

Na obrázku níže je schematický návrh nejjednoduššího akcelerometru.

Skládá se z inertní hmoty (v tomto příkladu hraje její roli malé závaží), která je připevněna k pohyblivému, pružnému prvku (například k pružině). Pružina je zase upevněna na pevné části. K potlačení vibrací závaží se používá tlumič. Když dojde k otřesu, naklonění nebo rotaci předmětu, ve kterém je akcelerometr zabudován, setrvačná hmota reaguje na setrvačnou sílu. S rostoucí intenzitou a silou náklonu, otáčení nebo rázu se zvětšuje poloměr deformace pružiny.

Poté závaží zaujme svou předchozí polohu díky pružině. Speciální senzor zaznamenává úroveň posunutí setrvačné hmoty z její polohy v „klidovém“ stavu. Poté jsou tato data převedena na elektrický signál a přenesena do elektroniky a softwaru ke zpracování. Díky přijatým datům dokáže program „vypočítat“ změny fyzických změn v umístění objektu.

Existuje také něco jako osa citlivosti zařízení. Pokud bude pouze jedna osa, bude snímač schopen přenášet data o změně polohy objektu v prostoru pouze v rámci citlivosti osy. Pro zvýšení citlivosti senzoru a pro získání přesných údajů o síle a směru náklonu objektu jsou potřeba dvě, nebo ještě lépe tři osy. Spojením tří os najednou do jednoho zařízení je možné vypočítat polohu objektu v trojrozměrném prostoru.

Akcelerometr v chytrých telefonech

Z technických a jiných důvodů není výše popsaná konstrukce senzoru použitelná v mobilních zařízeních. Nahrazuje ho miniaturní čip obsahující inertní hmotu.

Princip činnosti čipu je podobný klasickému senzoru: setrvačná hmota při zrychlování mění svou polohu. Díky tomu smartphone přijímá údaje o poloze v prostoru. Mezi klasickými zařízeními a čipy je ale obrovský rozdíl nejen v designu, ale také ve způsobu výroby.

Výroba takových senzorů je plně automatizovaný proces. K získání pracovní kopie se používá chemická reakce mezi silikonem a dalšími prvky. Proces vyžaduje nejvyšší přesnost výpočtů a proporcí. Ručně, s pomocí fyzického dopadu na materiály, je to prakticky nemožné.

Výstup

Akcelerometr v mobilním zařízení, které je pouze maličkým čipem, má významný vliv na interakci mezi člověkem a chytrým telefonem. S jeho pomocí se ovládání zařízení posouvá na novou, pohodlnější úroveň. A hry a aplikace získají spoustu dalších funkcí, které lze implementovat pomocí akcelerometru.

Také se vám bude líbit:

Proč se smartphone zahřívá: 7 oblíbených důvodů

Akcelerometr je poměrně komplikovaný mechanismus, ale nemusíte rozumět podstatě jeho práce. Jedná se o zařízení v telefonu pro měření gravitačního zrychlení. V telefonu se tato věc používá k určení polohy smartphonu vzhledem k jeho ose. To znamená, že díky akcelerometru systém chápe, v jaké poloze je smartphone - horizontální nebo vertikální.

Vezměte jakýkoli moderní smartphone a otočte jej o 90 stupňů. Akcelerometr to pochopí a obraz na obrazovce se navíc překlopí o 90 stupňů vzhledem k osám X a Y. Také akcelerometr mohou používat různé programy. Například PlayMarket a AppStore mají programy na měření počtu ušlých kroků. Výpočet je založen na údajích shromážděných akcelerometrem. Malé zavibrování tohoto snímače s určitými parametry se pro člověka rovná jednomu kroku. Přibližně tak program myslí a bude počítat kroky, které člověk během dne ujde.

Některé telefony mohou být otřeseny a z toho dojde k té či oné akci. Systém můžete například naprogramovat tak, aby při zatřesení otevřel aplikaci Fotoaparát. Akcelerometr snadno rozumí otřesům a systém spustí aplikaci. Je pravda, že to lze provést v telefonech, které poskytují funkce pro programování akcí.

Mnoho moderních her je založeno na použití akcelerometru. Populární závody, ve kterých se musí telefon naklánět, aby se auto pohybovalo doprava nebo doleva, akcelerometr určitě využijí. Obecně je obtížné přeceňovat užitečnost tohoto senzoru uvnitř smartphonu. Jedná se o pohodlnou a všestrannou věc, která je dnes i v levných smartphonech.

Moderní technologie značně usnadňují život, a pokud dříve smartphone umožňoval jen telefonovat, dnes se jeho funkčnost díky akcelerometru hodně rozšířila. Obecně je dnes takový senzor jako akcelerometr zastaralý. Jedná se o něco jako jednoduché kuličkové pero, kterým nikoho nepřekvapíte, ale které je v moderním světě nepostradatelné.

Ohodnoťte prosím tento článek:

(rozdíl mezi absolutním zrychlením předmětu a gravitačním zrychlením, přesněji zrychlením volného pádu). Existují třísložkové (tříosé) akcelerometry, které umožňují měřit zrychlení podél tří os najednou.

Některé akcelerometry mají také vestavěné systémy pro sběr a zpracování dat. To umožňuje vytvářet kompletní systémy pro měření zrychlení a vibrací se všemi potřebnými prvky.

aplikace

Akcelerometr lze použít jak pro měření absolutních lineárních projekcí zrychlení, tak pro nepřímá měření projekcí gravitačního zrychlení. Posledně jmenovaná vlastnost slouží k vytvoření inerciálních navigačních systémů, kde jsou měření získaná s jejich pomocí integrována, získávání setrvačné rychlosti a souřadnic nosiče, při registraci amplitud nad vlastní rezonanční frekvencí lze přímo měřit vlastní rychlost akcelerometru .

Elektronika V ovládacích zařízeních herních konzolí slouží akcelerometr spolu s gyroskopem k ovládání her bez použití tlačítek - otáčením v prostoru, třesením apod. Akcelerometr mají například ovladače Wii Remote a Playstation Move.

Akcelerometry se používají v pevných discích k aktivaci mechanismu na ochranu před poškozením způsobeným otřesy, otřesy a pády. Akcelerometr reaguje na náhlou změnu polohy zařízení a zaparkuje hlavy pevného disku, což pomáhá předcházet poškození disku a ztrátě dat. Tato technologie ochrany se používá především u notebooků, netbooků a externích disků.

Akcelerometr v průmyslové vibrační diagnostice je vibrační převodník, který měří zrychlení vibrací v nedestruktivních řídicích a ochranných systémech.

Parametry

Hlavní parametry akcelerometru jsou

• Prahová citlivost (rozlišení) - hodnota minimální změny zdánlivého zrychlení, kterou je přístroj schopen určit.
• Posun nuly - údaje přístroje při nulovém zdánlivém zrychlení.
• Náhodná chůze je standardní odchylka od nulového offsetu.
• Nelinearita - změny ve vztahu mezi výstupním signálem a zdánlivým zrychlením při změně zdánlivého zrychlení.

Poznámky

Odkazy

• Použití analogového akcelerometru jako sklonoměru

Nadace Wikimedia. 2010

Synonyma:

Podívejte se, co je „Accelerometer“ v jiných slovnících:

Akcelerometr ... Pravopisný slovník

- (z lat. accelero zrychluji a ... metr) přístroj na měření zrychlení (přetížení) letadel atd ... Velký encyklopedický slovník

ACCELEROMETER, přístroj sloužící k měření zrychlení. Nejjednodušším příkladem je olověné závaží zavěšené na předmětu padajícím se zrychlením, úhel jeho odklonu od svislice je úměrný zrychlení. Složitější zařízení, ... ... Vědeckotechnický encyklopedický slovník

- (z lat. accelero zrychluji a řeckého metreo měřím) přístroj na měření zrychlení pohybujících se předmětů. A. je široce používán v letadlech. Princip činnosti A. je založen na využití zákonů setrvačnosti. Rozlišujte A. pro měření... Encyklopedie techniky

Existuje., počet synonym: 5 akcelerograf (3) akcelerometr (1) gyroakcelerometr ... Slovník synonym

Zařízení pro měření zrychlení. Na letadlech, hladinových lodích a ponorkách se používá v inerciálních navigačních systémech EdwART. Explanatory Naval Dictionary, 2010 ... Marine Dictionary

akcelerometr- a, m. accéléromètre lat. 1888. Lexis. tech. Zařízení pro měření zrychlení vyskytujících se na letadlech. kosmických lodí, raket atd., jakož i při testování strojů, motorů atd. Krysin 1998. Lex. TSB 3: zrychlení/metr… Historický slovník galicismů ruského jazyka

akcelerometr- Měřicí zařízení určené k měření zrychlení. [GOST 18955 73] Témata akcelerometry EN akcelerometr … Technická příručka překladatele

- (z lat. accelero zrychluji a ... metr), přístroj na měření zrychlení (g-sil) letadel apod. * * * AKCELEROMETR AKCELEROMETR (z lat. accelero zrychluji a řec. zrychlení... . .. encyklopedický slovník

- (lat. accelerare zrýchlene + ... metr) přístroj pro měření zrychlení (přetížení), ke kterým dochází na letadlech, kosmických lodích, raketách a jiných pohybujících se objektech, dále na testování strojů, motorů atd. Nový slovník ... .. . Slovník cizích slov ruského jazyka