Precisa de um acelerômetro? Diante de uma variedade de tecnologias, formas, tamanhos, faixas de medição, inovações, até mesmo os engenheiros mais experientes podem enfrentar o problema de escolher o modelo certo. Esperamos que este artigo o ajude a navegar rapidamente pela ampla variedade de acelerômetros.

Princípio de medição

O primeiro passo para escolher o acelerômetro certo é determinar o parâmetro de medição mais adequado. Hoje, três tecnologias para construir um acelerômetro são usadas:
- acelerômetros piezoelétricos - o tipo mais comum de acelerômetros hoje, que são amplamente utilizados para resolver problemas de teste e medição. Esses acelerômetros têm uma faixa de frequência muito ampla (alguns Hz a 30 kHz) e faixa de sensibilidade, e estão disponíveis em uma variedade de tamanhos e formas. O sinal de saída dos acelerômetros piezoelétricos pode ser carga (C) ou tensão. Os sensores podem ser usados ​​para medições de choque e vibração.
- Acelerômetros piezoresistivos geralmente têm uma pequena faixa de sensibilidade, então eles são mais adequados para detecção de choque do que detecção de vibração. Outra área de sua aplicação é o teste de segurança contra colisões. Em sua maioria, os acelerômetros piezoresistivos têm uma ampla faixa de frequência (de várias centenas de Hz a 130 kHz ou mais), enquanto a resposta de frequência pode chegar a 0 Hz (os chamados sensores DC) ou permanecer inalterada, o que possibilita a medição de sinais de longa duração.
- os acelerômetros de capacitores variáveis ​​estão entre os componentes de tecnologia mais recente. Como os acelerômetros piezoresistivos, eles têm uma resposta DC. Esses acelerômetros são caracterizados por alta sensibilidade, largura de banda estreita (de 15 a 3000 Hz) e excelente estabilidade de temperatura. O erro de sensibilidade em toda a faixa de temperatura até 180°C não excede 1,5%. Acelerômetros de capacitores variáveis ​​são usados ​​para medir vibração de baixa frequência, movimento e aceleração fixa.

Parâmetros medidos

Esquematicamente, os parâmetros medidos pelos acelerômetros podem ser agrupados nas seguintes classes:

• Medição de vibração: Um objeto vibra se oscila em torno de sua posição de equilíbrio. A vibração é medida nas indústrias de transporte e aeroespacial, bem como na produção industrial.
• medição de acelerações de choque: excitação súbita da estrutura, criando uma ressonância. O impulso de impacto pode ser gerado por uma explosão, por um martelo atingindo um objeto ou por uma colisão com outro objeto.
• medição de movimento: movimento lento em uma fração de segundo a vários minutos, como o movimento de um braço de robô ou a suspensão de um carro.
• levantamentos sísmicos: medições de pequenos deslocamentos e vibrações de baixa frequência. Tais medições requerem acelerômetros especializados, de baixo ruído e alta resolução. Acelerômetros sísmicos monitoram os movimentos de pontes, pisos e também detectam terremotos.

Conceitos gerais

Antes de discutir a tecnologia e os recursos do aplicativo, é necessário fazer algumas observações gerais.
A resposta em frequência é a dependência do sinal elétrico de saída do acelerômetro da ação mecânica externa na faixa de frequência com uma amplitude fixa. Este é um dos principais parâmetros dos quais depende a escolha de um determinado componente. A faixa de frequência é geralmente determinada por uma série de experimentos e especificada na especificação. Normalmente, este parâmetro é especificado com uma precisão de ±5% da frequência de referência (normalmente 100 Hz).

Muitos componentes são especificados em ±1dB ou ±3dB. Esses valores indicam a precisão do acelerômetro na faixa de frequência especificada. Muitas folhas de dados contêm gráficos típicos de resposta de frequência que ilustram a flutuação na precisão do componente em diferentes faixas de frequência.

Outro parâmetro importante do acelerômetro é o número de eixos de medição. Hoje existem componentes com um e três eixos de medição. Outra possibilidade de construção de um sistema complexo é a organização de três acelerômetros em uma unidade de medida.

Vibração

Os acelerômetros piezoelétricos são a melhor escolha para medição de vibração devido à sua ampla resposta de frequência, boa sensibilidade e alta resolução. Dependendo do tipo de sinal de saída, eles podem ser saída de carga ou saída de tensão (IEPE).

Recentemente, acelerômetros com sinal de saída de tensão têm sido amplamente utilizados porque são convenientes de usar. Apesar da variedade de marcas e modificações, todos os fabricantes de componentes deste grupo aderem a um único pseudo-padrão, portanto, são facilmente intercambiáveis ​​entre si. Normalmente, esses acelerômetros possuem um amplificador de carga em sua estrutura, portanto, não requerem componentes externos adicionais. Tudo o que é necessário para conectar o acelerômetro é uma fonte DC. Assim, para medir vibrações em uma faixa conhecida e dentro da faixa de temperatura de -55…125°C (até 175°C para modelos de alta temperatura), recomenda-se usar acelerômetros piezoelétricos com sinal de saída de tensão.

As vantagens dos acelerômetros de saída de carga são a capacidade de operar em altas temperaturas e em uma ampla faixa de amplitude, que é determinada pelas configurações do amplificador de carga (observe que os acelerômetros de tensão têm uma faixa de amplitude fixa). A faixa de temperatura operacional típica é -55...288°C, e componentes especializados podem operar na faixa -269...760°C.

No entanto, ao contrário dos acelerômetros IEPE, os sensores capacitivos exigem o uso de cabos especiais de baixo ruído, que custam significativamente mais do que os cabos coaxiais padrão. Para conectar os sensores, também são necessários amplificadores de carga e conversores lineares. Resumindo, podemos concluir que os acelerômetros capacitivos são preferíveis para medições de alta temperatura de acelerações desconhecidas antecipadamente.

Em aplicações onde a vibração de frequência muito baixa precisa ser medida, os acelerômetros de capacitor variável (VC) são recomendados. Sua resposta de frequência é de 0 Hz a 1 kHz, dependendo da sensibilidade necessária. Ao fazer medições de vibração VC de baixa frequência, um acelerômetro com resposta de frequência de 0-15 Hz terá uma sensibilidade de 1 V/g. Tais sensores são indispensáveis ​​em agitadores eletro-hidráulicos, na indústria automotiva, em máquinas e estruturas de teste, em sistemas de suspensão e no transporte ferroviário.

Aceleração do impacto

Duas tecnologias são usadas para medir as acelerações de choque, a faixa do modelo é representada por componentes para diferentes níveis de força de impacto e com diferentes características de saída. A escolha do acelerômetro para acelerações de choque depende principalmente do nível esperado de aceleração de choque.

• Nível baixo<500 г
• choque<2000 г
• Campo distante 500-1000 g, sensor a 2 metros do ponto de impacto
• Campo próximo >5000 g, sensor a menos de 1 metro do ponto de impacto

Acelerômetros de uso geral podem ser usados ​​para medir pequenas acelerações de choque. O acelerômetro deve ter um alcance linear de até 500 g e uma resistência ao choque de 500 g. Normalmente, os sensores de saída de tensão são usados ​​para isso, pois não são sensíveis às vibrações do cabo. Recomenda-se usar um amplificador com filtro passa-baixa para atenuar a ressonância.

Acelerômetros piezoresistivos são usados ​​para testes de segurança de máquinas. Para medições de impacto no campo distante, são usados ​​acelerômetros especializados com filtro embutido e modo de cisalhamento. Um filtro eletrônico reduz a frequência de ressonância natural do acelerômetro para evitar sobrecarga do equipamento.

Os acelerômetros para medições de campo próximo têm uma faixa de trabalho de até 20.000 g. Aqui a escolha depende das especificidades do teste que está sendo realizado, portanto, são usados ​​sensores piezoelétricos e piezoresistivos. Normalmente, esses dispositivos possuem um filtro mecânico embutido.

Assim como nas medições de vibração, a resposta de frequência é o parâmetro mais importante dos sensores de aceleração de choque. É desejável que tais sensores tenham uma ampla faixa de frequência (cerca de 10 kHz).

Medição de movimento, aceleração fixa e vibração de baixa frequência

Para tais propósitos, os acelerômetros de capacitância variável são a escolha mais adequada. Eles permitem que você meça mudanças de aceleração lenta e vibração de baixa frequência, enquanto seu nível de saída é bastante alto. Além disso, esses sensores fornecem alta estabilidade em uma ampla faixa de temperaturas de operação.
Quando o acelerômetro VC é ajustado para uma posição onde seu eixo de sensibilidade é paralelo ao eixo de gravidade da terra, o sinal de saída do sensor será igual a uma força de 1 g. Este padrão é conhecido como resposta DC. Devido a esta característica, os acelerômetros de capacitores variáveis ​​são frequentemente usados ​​para medir a força centrífuga ou acelerações e desacelerações de dispositivos de elevação.

Condições de funcionamento

Após selecionar um acelerômetro de tecnologia apropriada e que atenda aos requisitos da aplicação pretendida, vários fatores precisam ser considerados. Em primeiro lugar, estas são as condições ambientais onde o sensor será utilizado. Isso inclui temperatura de operação, nível máximo de aceleração e umidade.

A faixa de medição do acelerômetro é especificada duas vezes na especificação, o que pode confundir o engenheiro de aplicação. A faixa real é indicada nas características dinâmicas. Por exemplo, um acelerômetro IEPE pode ter um alcance de 500 g, mas sob certas condições ambientais pode suportar choques de até 1000 g e 2000 g. 500 g é o alcance linear máximo do acelerômetro. Os parâmetros especificados para condições operacionais específicas indicam o nível de impacto máximo permitido.

No caso de acelerômetros do tipo carga, as características dinâmicas não incluem uma faixa de operação, pois depende muito do amplificador de carga. Aqui é melhor referir-se à linearidade da característica de amplitude, que é indicada na seção de parâmetros dinâmicos. Como no caso anterior, a faixa máxima de medição indicada em determinadas condições de operação indica a capacidade máxima de carga do acelerômetro.

As possibilidades de operação dos sensores em um ambiente úmido são indicadas por vários indicadores de estanqueidade do design da carcaça. Deve-se observar que uma mudança contínua nas condições de temperatura pode danificar o isolamento de epóxi da carcaça do sensor.

Como as modernas tecnologias de fabricação de acelerômetros usam materiais não magnéticos, a sensibilidade magnética raramente é especificada na folha de dados do componente. Se o sensor for destinado à instalação em superfícies flexíveis, os parâmetros da dobra da base assumem a liderança. Dobrar a superfície faz com que a base do acelerômetro dobre, o que pode fazer com que o sensor seja acionado erroneamente devido à vibração. Portanto, o uso de acelerômetros de compressão em superfícies flexíveis deve ser evitado.

Peso do acelerômetro

Quando o acelerômetro toca o objeto, a aceleração medida mudará. Este efeito pode ser evitado se você não esquecer o peso do próprio sensor. Pode-se considerar como regra geral que o peso do acelerômetro não deve exceder o peso do objeto em mais de 10%.

Sensibilidade e Resolução

Quando transdutores com baixa saída ou ampla faixa dinâmica são necessários, a resolução e a sensibilidade devem ser consideradas.

O acelerômetro converte energia mecânica em um sinal de saída elétrico. Este sinal pode ser expresso em mV/g ou pC/g (para sensores com saída de carga). Normalmente, a linha de acelerômetros contém vários modelos com diferentes sensibilidades, cujo valor ideal depende do nível do sinal medido. Por exemplo, medições de fortes vibrações de choque requerem sensores com baixa sensibilidade.

Para aplicações que requerem medições de baixa aceleração, a melhor solução é utilizar um acelerômetro com alta sensibilidade, onde o sinal de saída estará acima do nível de ruído do amplificador. Por exemplo, se for esperado um nível de vibração de 0,1g e a sensibilidade do sensor for de 10mV/g, a tensão do sinal de saída será de 1mV e será necessário um acelerômetro com maior sensibilidade.

A resolução está relacionada ao sinal mínimo significativo do acelerômetro. Este parâmetro é baseado no piso de ruído do acelerômetro (e se o acelerômetro IEPE for selecionado, na eletrônica interna) e é expresso em g rms.

O termo "acelerômetro" vem do latim accelero, que significa "eu acelero". Um acelerômetro é um dispositivo que mede a aceleração aparente. Em outras palavras, ele é projetado para ajudar o software do smartphone a determinar a posição, bem como a distância de movimento do dispositivo móvel no espaço.

Muitas vezes esse sensor é confundido com um giroscópio. No entanto, são sensores diferentes, embora se complementem, podendo até desempenhar as mesmas funções. Sua diferença está no princípio do trabalho, bem como na eficiência da execução de tarefas específicas. Pode ser usado em conjunto para alcançar os resultados mais precisos.

O sensor expande bastante as capacidades do smartphone. As principais funções pelas quais é responsável estão listadas abaixo.

• Mudança automática da orientação da tela ao girar o dispositivo.
• Gestão da jogabilidade com a ajuda de pistas.
• Reagir o dispositivo a determinados gestos e realizar ações apropriadas (alterar a faixa de música, desligar o alarme ou rejeitar a chamada). Exemplos de gestos: tocar ou sacudir a capa, virar a tela do smartphone para baixo.
• Determinação e demonstração visual de mudanças na posição de uma pessoa no espaço através de aplicativos de navegação (Google Maps, etc.).
• A capacidade de rastrear a atividade física. Um exemplo clássico é contar a distância percorrida usando um pedômetro.

Como funciona o acelerômetro, o princípio de sua estrutura

A figura abaixo mostra um projeto esquemático do acelerômetro mais simples.

Consiste em uma massa inerte (neste exemplo, seu papel é desempenhado por um pequeno peso), que é preso a um elemento elástico móvel (por exemplo, a uma mola). A mola, por sua vez, é fixada em uma parte fixa. Um amortecedor é usado para suprimir as vibrações do peso. Quando há uma vibração, inclinação ou rotação do objeto no qual o acelerômetro está embutido, a massa inercial reage à força da inércia. Com um aumento na intensidade e força de inclinação, giro ou choque, o raio de deformação da mola aumenta.

Em seguida, o peso assume sua posição anterior, graças à mola. Um sensor especial registra o nível de deslocamento da massa inercial de sua posição no estado de "repouso". Em seguida, esses dados são convertidos em um sinal elétrico e transferidos para a eletrônica e o software para processamento. Graças aos dados recebidos, o programa pode "calcular" mudanças nas mudanças físicas na localização do objeto.

Existe também o eixo de sensibilidade do dispositivo. Se houver apenas um eixo, o sensor poderá transmitir dados sobre a mudança na posição do objeto no espaço apenas dentro da sensibilidade do eixo. Para aumentar a sensibilidade do sensor e obter dados precisos sobre a força e direção da inclinação do objeto, são necessários dois, ou melhor, três eixos. Ao combinar três eixos de uma só vez em um dispositivo, é possível calcular a posição de um objeto no espaço tridimensional.

Acelerômetro em smartphones

Por motivos técnicos e outros, o design do sensor descrito acima não é aplicável em dispositivos móveis. Ele é substituído por um chip em miniatura contendo uma massa inerte.

O princípio de funcionamento do chip é semelhante a um sensor clássico: uma massa inercial muda sua posição durante a aceleração. Graças a isso, o smartphone recebe dados sobre a posição no espaço. Mas entre dispositivos clássicos e chips, há uma enorme diferença não apenas no design, mas também no método de produção.

A fabricação de tais sensores é um processo totalmente automatizado. Para obter uma cópia de trabalho, uma reação química é usada entre o silicone e outros elementos. O processo exige a mais alta precisão nos cálculos e proporções. Manualmente, com a ajuda do impacto físico nos materiais, é praticamente impossível fazer isso.

Saída

O acelerômetro em um dispositivo móvel, que é apenas um minúsculo chip, tem um impacto significativo na interação entre uma pessoa e um smartphone. Com sua ajuda, o controle do dispositivo se move para um nível novo e mais confortável. E jogos e aplicativos obtêm muitos recursos adicionais que podem ser implementados usando o acelerômetro.

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O acelerômetro é um mecanismo bastante complicado, mas você não precisa entender a essência de seu trabalho. Este é um dispositivo no telefone para medir a aceleração gravitacional. No telefone, essa coisa é usada para determinar a posição do smartphone em relação ao seu eixo. Ou seja, graças ao acelerômetro, o sistema entende em que posição o smartphone está – horizontal ou vertical.

Pegue qualquer smartphone moderno e gire-o 90 graus. O acelerômetro entenderá isso, e a imagem na tela também irá girar 90 graus em relação aos eixos X e Y. Além disso, o acelerômetro pode ser usado por diferentes programas. Por exemplo, PlayMarket e AppStore têm programas para medir o número de passos dados. O cálculo é baseado nos dados coletados pelo acelerômetro. Uma pequena vibração deste sensor com certos parâmetros é igual a um passo para uma pessoa. Aproximadamente assim o programa pensa e contará o número de passos que uma pessoa dá durante o dia.

Alguns telefones podem ser sacudidos e esta ou aquela ação ocorrerá a partir disso. Por exemplo, você pode programar o sistema para abrir o aplicativo Câmera quando sacudido. O acelerômetro entende o tremor facilmente e o sistema inicia o aplicativo. É verdade que isso pode ser feito em telefones que fornecem funcionalidade para ações de programação.

Muitos jogos modernos são baseados no uso de um acelerômetro. As corridas populares, em que o celular deve ser inclinado para mover o carro para a direita ou para a esquerda, com certeza usarão o acelerômetro. Em geral, é difícil superestimar a utilidade desse sensor dentro de um smartphone. Isso é uma coisa conveniente e versátil, que hoje está até em smartphones baratos.

As tecnologias modernas facilitam muito a vida e, se antes um smartphone permitia apenas ligar, hoje, graças ao acelerômetro, sua funcionalidade se expandiu bastante. Em geral, hoje um sensor como um acelerômetro é obsoleto. Isso é algo como uma simples caneta esferográfica, que você não surpreenderá ninguém, mas que é indispensável no mundo moderno.

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(a diferença entre a aceleração absoluta de um objeto e a aceleração gravitacional, mais precisamente a aceleração de queda livre). Existem acelerômetros de três componentes (três eixos) que permitem medir a aceleração ao longo de três eixos ao mesmo tempo.

Alguns acelerômetros também possuem sistemas integrados de aquisição e processamento de dados. Isso permite criar sistemas completos para medição de aceleração e vibração com todos os elementos necessários.

Inscrição

O acelerômetro pode ser usado tanto para medir projeções de aceleração linear absoluta quanto para medições indiretas de projeções de aceleração gravitacional. Esta última propriedade é usada para criar sistemas de navegação inercial, onde as medidas obtidas com a ajuda deles são integradas, obtendo a velocidade inercial e as coordenadas da portadora, ao registrar amplitudes acima de sua própria frequência de ressonância, pode-se medir diretamente a própria velocidade do acelerômetro .

Eletrônico Nos dispositivos de controle de consoles de jogos, o acelerômetro junto com o giroscópio é usado para controlar jogos sem usar botões - girando no espaço, sacudindo, etc. Por exemplo, os controles Wii Remote e Playstation Move possuem um acelerômetro.

Os acelerômetros são usados ​​em discos rígidos para ativar o mecanismo de proteção contra danos causados ​​por choques, choques e quedas. O acelerômetro reage a uma mudança repentina na posição do dispositivo e estaciona as cabeças do disco rígido, o que ajuda a evitar danos ao disco e perda de dados. Essa tecnologia de proteção é usada principalmente em laptops, netbooks e drives externos.

Um acelerômetro em diagnóstico de vibração industrial é um transdutor de vibração que mede a aceleração de vibração em sistemas de controle e proteção não destrutivos.

Parâmetros

Os principais parâmetros do acelerômetro são

• Sensibilidade do limite (resolução) - o valor da mudança mínima na aceleração aparente que o dispositivo é capaz de determinar.
• Deslocamento zero - leituras do instrumento em aceleração aparente zero.
• Passeio aleatório é o desvio padrão do deslocamento zero.
• Não linearidade - mudanças na relação entre o sinal de saída e a aceleração aparente quando a aceleração aparente muda.

Notas

Links

• Usando um acelerômetro analógico como um inclinômetro

Fundação Wikimedia. 2010.

Sinônimos:

Veja o que é "Acelerômetro" em outros dicionários:

Acelerômetro ... Dicionário de ortografia

- (do latim accelero eu acelero e... metro) um aparelho para medir acelerações (sobrecargas) de aeronaves, etc... Grande Dicionário Enciclopédico

ACELERÔMETRO, um dispositivo usado para medir a aceleração. O exemplo mais simples é um peso de chumbo suspenso de um objeto caindo com aceleração, o ângulo de seu desvio da vertical é proporcional à aceleração. Um dispositivo mais complexo, ... ... Dicionário enciclopédico científico e técnico

- (do latim accelero eu acelero e do grego metreo eu meço) um dispositivo para medir a aceleração de objetos em movimento. A. é amplamente utilizado em aeronaves. O princípio de funcionamento de A. baseia-se no uso das leis da inércia. Distinga A. para medir ... Enciclopédia de tecnologia

Existe., número de sinônimos: 5 acelerógrafo (3) acelerômetro (1) giroaccelerômetro ... Dicionário de sinônimos

Dispositivo para medir acelerações. Em aeronaves, navios de superfície e submarinos, é usado em sistemas de navegação inercial EdwART. Dicionário Naval Explicativo, 2010 ... Dicionário Marinho

acelerômetro- a, m. accéléromètre lat. 1888. Lexis. tecnologia. Um dispositivo para medir as acelerações que ocorrem em aeronaves. naves espaciais, foguetes, etc., bem como ao testar máquinas, motores, etc. Krysin 1998. Lex. TSB 3: acelerador/metro… Dicionário histórico de galicismos da língua russa

acelerômetro- Um dispositivo de medição projetado para medir acelerações. [GOST 18955 73] Tópicos acelerômetros EN acelerômetro … Manual do Tradutor Técnico

- (de lat. accelero eu acelero e ... metro), um dispositivo para medir acelerações (g-forces) de aeronaves, etc. .. dicionário enciclopédico

- (latim accelerare acelerar + ... metro) um dispositivo para medir acelerações (sobrecargas) que ocorrem em aviões, naves espaciais, foguetes e outros objetos em movimento, bem como para testar máquinas, motores, etc. Novo dicionário ... .. . Dicionário de palavras estrangeiras da língua russa