Практическое руководство по акселерометрам

Краткий обзор

Это руководство объяснит: что такое акселерометр, что он измеряет, отличия между видами акселерометров, применение акселерометров и различия в регистраторах ускорения.

Акселерометр

Акселерометр - чувствительный элемент, который измеряет ускорение; ускорение – норма изменения скорости относительно времени. Ускорение – вектор, который имеет величину и направление. Единица измерения акселерометра g – ускорение свободного падения, которое равно 9.81. Акселерометр развивался из простой водяной трубы с шариками воздуха внутри, которые показывали направление ускорения через интегральную микросхему, которая была размещена на монтажной плате. Акселерометр может фиксировать: вибрации, рывки, наклонное положение, столкновения и движение объекта.

Виды акселерометров

         Существует несколько видов акселерометров. Их различают по чувствительным элементам и принципу действия.
         Емкостной акселерометр aфиксирует изменения в электрической емкости относительно ускорения. Акселерометр ощущает изменение емкости между статическим и динамическим состояниями.
         Пьезоэлектрический акселерометр использует в своем составе такие материалы как кристаллы, которые вызывают появление электрического потенциала в зависимости от прикладываемого к ним давления. Это явление известно как пьезоэлектрический эффект. Приложенное давление, как и ускорение, создает электрическую нагрузку.
         Пьезорезистивный акселерометр (тензометрический акселерометр) замеряет электрическое сопротивление материала при приложенном механическом давлении.
         Акселерометр с эффектом Холла Акселерометр с эффектом Холла измеряет изменение напряжения, происходящее от изменений в магнитном поле вокруг акселерометра.
         Магниторезистивный акселерометр работает, фиксируя изменения сопротивления в магнитном поле. Структура и функция подобна акселерометру с эффектом Холла за исключением того, что вместо измерения напряжения, магниторезистивный акселерометр измеряет сопротивление.
         Акселерометр теплопередачи измеряет внутренние изменения в теплопередаче, зависящие от ускорения. Единственный источник тепла располагается в. Терморезисторы расположены на одинаковом расстоянии относительно подвешенного источника тепла по всем четырем сторонам. При отсутствии ускорения градиент тепла будет симметричным. Ускорение в любом направлении заставляет градиент тепла стать несимметричным благодаря тепловой передаче.

Акселерометры основанные на МЕМС технологиях

Технология МЕМС (Микро Электромеханические Системы) основана на ряде инструментов и методологий, которые используются, для создания маленьких объектов, размеры которых измеряются в масштабе микрометров (один миллионный от метра). Эти технология сейчас используется для производства МЕМС-акселерометров.

Будущие продвижения акселерометра

В следующем десятилетии, НАНО технологии создадут новые возможности и придадут новый вид этой области технологий.

Применение акселерометров

От промышленности до образования, акселерометр имеет большую область применения. Эта область располагаются от запуска развертывающейся воздушной камеры до контроля ядерных реакторов. Акселерометры используются для измерения статического ускорения (гравитация), наклонного положения объекта, динамического ускорения, рывков объекта, скорости, положение и вибрации объекта. Акселерометры становится все более и более распространенными: сотовые телефоны, компьютеры и моющие машины уже сейчас комплектуются акселерометрами.
Другие области практического применения:
• Измерение характеристик автомобиля
• Измерение вибраций машин
• Контроль передвижений разводных мостов
• Контроль укладки багажа

Выбор акселерометров

При выборе акселерометра руководствуются следующими факторами:

Динамический диапазон: динамический диапазон это +/- максимальная амплитуда, которую акселерометр может измерить без искажения или потери выходного сигнала. Динамический диапазон обычно указывается в количествах g.
Чувствительность: Чувствительность – масштабный коэффициент датчика или системы, выраженный в единицах измерения выходного сигнала относительно изменения входного сигнала. Чувствительность определяет способность акселерометра фиксировать движение. Чувствительность акселерометра обычно указана в милливольтметрах за g(mV/g).
Частотный отклик: Частотный отклик – диапазон частот, в котором датчик обнаруживает движение и выдает действительный выходной сигнал. Частотный отклик обычно указан, так как диапазон измерения в Герцах (Гц).
Чувствительная ось: Акселерометр проектируется для определения входных возмущений в проекции на ось. Акселерометр с одной осью может определять входные возмущения вдоль одной плоскости. Акселерометр с тремя осями может определять входные возмущения в любой плоскости и требуется для большинства задач.
Размер и масса: Размер и масса акселерометра могут изменить характеристики объекта, на котором проводятся измерения. Масса акселерометра должна быть значительно меньше массы системы, которая мониторится.

Регистраторы ускорения

Акселерометр сам собой это всего лишь чувствительный элемент, для того, чтобы он стал полезен, датчик должен быть оснащен дополнительными элементами как, например, питание, логика, память и средствами для перевода выходного сигнала в наглядную форму. Регистратор ускорения объединяет все эти элементы в одном блоке.
Один пример регистратора ускорения – серия GP, проектируемая Sensr. Они – являются простыми компактными инструментами для фиксирования движения, рывка, столкновения, положения и температуры. Инструменты специально проектировались, чтобы быть простыми и понятными пользователю. Регистраторы данных GP серии обладают особенностями: фиксация данных в реальном времени, интерфейс USB, удобное в работе программное обеспечение, индикаторы тревоги, сигнализация событий и приспособлены для работы с трехосными МЕМС-акселерометрами.