Датчик линейного ускорения: Датчики ускорения — акселерометры | Каталог

Датчик линейного ускорения кратко, Ардашева

Методология построения измерительных преобразователей линейного ускорения

Применение данных устройств основано на их способности преобразования статического и динамического ускорения в электрическую величину (емкость, сопротивление, напряжение и др.)

Схематично, параметры, измеряемые датчиками ускорения, можно сгруппировать в следующие классы:

-измерение вибрации: объект вибрирует, если он производит колебательные движения относительно положения равновесия

-измерение ударных ускорений: внезапное возбуждение структуры, создающее резонанс.

-измерение движения: медленное перемещение со скоростью от доли секунды до нескольких минут.

-сейсмоисследования: измерения малых перемещений и низкочастотной вибрации.

Принцип работы датчиков ускорения можно описать следующим образом.

При воздействии ускорения на датчик чувствительный элемент смещается за счет инерции. Если акселерометр механический, то смещение чувствительного элемента преобразуется в смещение стрелки прибора. Если в качестве выходной величины используется электрический сигнал, то на выходе преобразователя смещения генерируется электрический сигнал, который далее преобразуется для использования в различных системах автоматического управления.

Датчик ускорения состоит из чувствительного элемента (ЧЭ) и подсоединенного к нему преобразователя механического смещения. ЧЭ представляет собой инерциальную массу, закрепленную на упругом подвесе на корпусе датчика.

При воздействии ускорения на датчик чувствительный элемент смещается за счет инерции.

в соответствии с законом Фарадея, магнит, двигающийся в катушке индуктивности, приводит к возникновению в ней напряжения. Это напряжение пропорционально скорости движения магнита и силе поля.

Линейные датчики скорости построены на этом принципе магнитной индукции. В их состав входит постоянный магнит и катушка индуктивности определенной формы. Выходное напряжение на катушке прямо пропорционально относительной скорости магнита в пределах рабочей зоны. Т.к. линейные датчики способны измерять ускорение только в пределах своих габаритных размеров, их часто используют для измерения вибраций.

Схема пружинного акселерометра

При отсутствии ускорений натяжение пружин одинаково и масса располагается в среднем (нейтральном) положении. Если объект движется с постоянным линейным ускорением х, то масса перемещается на некоторую величину, при которой инерционная сила Рин, возникающая вследствие ускоренного движения массы в абсолютном пространстве, уравновешивается силой Рупр упругости пружин.

Для успокоения колебаний инерционной массы в переходном режиме служит демпфер 4, создающий силу, пропорциональную скорости перемещения массы относительно корпуса 3. Применяют магнитоиндукционные, жидкостные или воздушные демпферы.

Интегрирующие акселерометры отличаются тем, что противодействующая сила является не позиционной, а скоростной. Интегрирующие акселерометры могут быть прямого измерения, в которых противодействующая сила создается демпфером со стабильным коэффициентом демпфирования, и компенсационные, в которых для создания противодействующей силы применяется скоростная обратная связь.

Схема однокомпонентного акселерометра

1 – инерционная масса; 2 – корпус; 3 – жидкость; 4 – направляющий стержень; 5 – усилитель; 6 – индуктивный датчик перемещения; 7 – электромагнитный привод

На схеме рис. 4 сейсмическая масса 1 подвешена на направляющей 4. Для уменьшения трения о направляющую масса 1, помещенная в жидкость 3, имеет нейтральную плавучесть, что исключает сильное прижатие к направляющей. Сигналы в рассматриваемой схеме, пропорциональные перемещению сейсмической массы, измеряются индуктивным датчиком 6. После усиления в усилителе 5 сигнал поступает на электромагнитный (силовой) привод 7. Выходным сигналом акселерометра является падение напряжения и на сопротивлении R, включенном последовательно в цепь обмотки силового привода. Демпфирование в приборе получается за счет сопротивления при движении сейсмической массы в жидкости.В акселерометрах рассматриваемого типа можно получить высокую собственную частоту и малую зону нечувствительности. Последнее достигается уменьшением сил трения за счет взвешивания инерционной массы в жидкости.

LIS2DW12 — высокопроизводительный 3-осевой датчик линейного ускорения со сверхнизкой мощностью потребления

Автор: admin

6 Май

Устройство принадлежит к семейству «фемто» продуктов, при производстве которых используются надежные и отработанные технологические процессы, уже применяемые в изготовлении микроэлектромеханических измерителей ускорения.

Датчик LIS2DW12 предлагает пользователю несколько выбираемых шкал измерения ускорения — ±2g/±4g/±8g/±16g и способен формировать выходные цифровые данные с частотой от 1.6 Гц до 1600 Гц. Также прибор содержит 32-уровневый буфер типа FIFO, позволяющий временно сохранять данные для уменьшения количества обращений к хост-процессору.

Встроенная функция самодиагностики обеспечивает возможность тестирования прибора непосредственно в целевом приложении. LIS2DW12 имеет специализированное вычислительное ядро для обработки данных при детектировании движения и ускорения, в том числе свободного падения, пробуждения, конфигурируемого распознавания одно- и двукратного нажатия на сенсорный элемент, активации/деактивации, определения вертикальной и горизонтальной ориентации, а также 6D/4D-ориентации.

Акселерометр LIS2DW12 выпускается в компактном низкопрофильном корпусе LGA и рассчитан на эксплуатацию в расширенном диапазоне температур от -40°C до +85°C.

Внутренняя архитектура LIS2DW12

Отличительные особенности:

• Сверхмалый ток потребления: 50 нА в выключенном состоянии и менее 1 мкА в режиме пониженного энергопотребления
• Чрезвычайно низкая погрешность измерения ускорения: менее 0,0013 g (скз.
  ) в режиме пониженного энергопотребления
• Несколько рабочих режимов с различными диапазонами измерения ускорения
• Диапазон напряжения питания: от 1.62 В до 3.6 В
• Независимый источник питания линий ввода/вывода
• Диапазон значений полной шкалы измерения ускорения: ±2g/±4g/±8g/±16g
• Высокоскоростной выходной интерфейс: I²C/SPI
• Одноцикловое преобразование данных по запросу
• 16-битный формат представления выходных данных
• Встроенный датчик температуры
• Функция самодиагностики
• 32-уровневый буфер типа FIFO
• Максимально допустимая ударная нагрузка: 10 000 g
• Диапазон рабочих температур: от -40°C до +85°C
• 12-выводной корпус LGA размером 2 мм х 2 мм х 0.7 мм

Область применения:

• Детекторы движения в портативных устройствах
• Распознавание жестов и игровые приставки
• Реализация функций, активируемых движением, и пользовательские интерфейсы
• Функция ориентации дисплеев
• Распознавание одно- и двукратного нажатия на сенсорный элемент
• Обнаружение свободного падения
• Схемы интеллектуального управления питанием для портативных устройств

 

Запросить образцы, средства разработки или техническую поддержку

 

Документация на LIS2DW12 (англ. )

 

Рубрика: STMicroelectronics

Лаборатория автомобильной электроники Клемсона: Датчики ускорения

Датчики ускорения Основное описание Датчики линейного ускорения, также называемые датчиками перегрузки, представляют собой устройства, которые измеряют ускорение, вызванное движением, вибрацией, столкновением и т. д. Все датчики ускорения работают на основе простого принципа, в котором второй закон Ньютона применяется к пружине-массе. система. Масса соединена с основанием датчика ускорения через эквивалентную пружину. Поскольку сила между массой и основанием пропорциональна ускорению массы, а относительное расстояние между ними имеет линейную зависимость от силы пружины, ускорение можно рассчитать на основе измерения относительного положения массы или усилие, действующее на пружину, как оно меняется со временем. Как правило, наиболее распространенными типами датчиков ускорения являются: пьезоэлектрические, пьезорезистивные, с переменной емкостью и с переменным сопротивлением. Пьезоэлектрический Пьезоэлектрический датчик ускорения использует пьезоэлектрический эффект для измерения относительного расстояния между массой и основанием датчика, а затем представляет ускорение с точки зрения выходного напряжения. Кристаллы кварца иногда используются в качестве чувствительных элементов. Но обычно используются керамические пьезоэлектрические материалы, такие как титанат бария, титанат цирконита свинца (PZT) и метаниобат свинца. Пьезоэлектрические датчики ускорения широко используются благодаря своим компактным размерам и малому весу, но их нельзя использовать для измерения стационарных ускорений. Пьезорезистивный В пьезорезистивном датчике ускорения пьезорезистивный материал расположен так, что он деформируется из-за положения массы, изменяющей его сопротивление. Этот тип датчика ускорения обычно имеет небольшой размер, большую амплитуду сигнала и хорошую линейность, но может быть чувствительным к колебаниям температуры. Пьезорезистивные датчики могут использоваться для измерения как стационарных, так и динамических ускорений. Переменная емкость Датчик ускорения с переменной емкостью использует изменения емкости, вызванные смещением массы, для определения своего положения. В качестве чувствительного элемента обычно используется конденсатор с оппозитными пластинами с воздушным демпфированием. Эти типы датчиков ускорения имеют хорошую чувствительность, линейный выход, хороший отклик по постоянному току, низкое рассеивание мощности и низкую температурную чувствительность. Одним из недостатков датчиков с переменной емкостью является то, что они могут быть чувствительны к электромагнитным помехам. Переменное сопротивление Датчик ускорения с переменным магнитным сопротивлением использует изменения индуктивности катушки, вызванные смещением массы из магнитного материала, для определения положения массы. В большинстве датчиков ускорения пружина представляет собой не витую проволочную пружину, а нечто такое, что имеет тенденцию возвращать массу в исходное положение. В некоторых датчиках вместо пружины используются маятники или диафрагмы. Датчики баланса сил сервопривода работают по замкнутому контуру. Эти датчики следят за балансом сил между массой и пружиной и удерживают их в равновесном состоянии. Этот механизм минимизирует ошибки, вызванные нелинейностью пружины, но увеличивает стоимость. Датчики ускорения MEMS: Датчики ускорения на основе технологии MEMS (микроэлектромеханические системы) становятся все более популярными в автомобильных системах. Устройства MEMS относительно малы и прочны по сравнению с другими технологиями. Они изготавливаются путем травления крошечной механической структуры на кремниевых пластинах, где они легко интегрируются с системной электроникой. В датчиках ускорения МЭМС чувствительный элемент представляет собой гребенчатую структуру дифференциальных конденсаторов, расположенных параллельно на балке (формирующей сейсмическую массу), поддерживаемой пружинами, вытравленными из кремниевой подложки. Дифференциальный конденсатор образует емкостной полумост, управляемый высокочастотным генератором прямоугольных импульсов. При приложении ускорения перпендикулярно сейсмической массе дифференциальный конденсатор рассогласован и на центральной пластине появляется ненулевое напряжение. Этот сигнал предварительно усиливается, демодулируется, усиливается и выводится как напряжение, пропорциональное приложенному ускорению. Применение датчиков ускорения в автомобилестроении: Обнаружение столкновения и срабатывание подушки безопасности: Для измерения интенсивности столкновения и подачи сигнала о срабатывании подушки безопасности. Электронные программы стабилизации и управления: измеряет ускорение по различным осям (например, ускорение вперед, торможение и повороты, чтобы вычислять относительные движения и регулировать их). Антиблокировочная система тормозов. Активные системы подвески: измеряют продольные и поперечные ускорения, а также характеристики крена автомобиля для соответствующего изменения характеристик амортизаторов. Управление спуском/удержанием на склоне: Измеряет наклон автомобиля и скорость для регулирования системы. Мониторинг шума, вибрации и резкости. Автомобильные навигационные системы для определения местоположения, скорости и т. д. Производители ÅAC Microtec, Altheris, Analog Devices, Bosch, Continental, CTC, Freescale, GE, Honeywell, Kionix, Memsic, Mitsubishi Electric, McLaren Electronics, Murata, Omega, Panasonic, PCB, Rieker, Sensata, Silicon Designs, STMicroelectronics, ТРВ Для получения дополнительной информации [1] Акселерометр, Википедия. [2] МЭМС-акселерометры STMicroelectronics, YouTube, 8 июня 2009 г. [3] Акселерометры МЭМС, Матей Андреяшич, 2008 г. (pdf) [4] Оптический акселерометр открывает новый класс датчиков движения, Optics.org, 29 октября 2012 г. [5] Акселерометры и принцип их работы, Texas Instruments. (pdf) [6] Знакомство с акселерометрами, веб-сайт Omega Engineering. [7] Руководство для начинающих по акселерометрам, веб-сайт Dimension Engineering. [8] Акселерометр MEMS, веб-сайт Silicon Designs. [9] Гарвардский четырехцентовый бумажный акселерометр, Popular Science, 14 февраля 2011 г. [10] Как смартфон отличает верх от низа (акселерометр), YouTube, 22 мая 2012 г.

android — В чем разница между датчиками TYPE_ACCELEROMETER и TYPE_LINEAR_ACCELERATION?

спросил 8 лет, 3 месяца назад

Изменено 4 года, 6 месяцев назад

Просмотрено 6к раз

Думаю, TYPE_ACCELEROMETER показывает ускорение устройств. Однако я не могу понять, когда мне следует использовать TYPE_LINEAR_ACCELERATION ?
Мне нужно рассчитать скорость перемещения устройства. Какой датчик подходит для этого приложения?

Кроме того, я читал, что TYPE_LINEAR_ACCELERATION использует акселерометр и ориентацию, чтобы узнать, куда направлена ​​сила тяжести, а затем субмарины.

Как это возможно? Как Android узнает об ориентации устройства и вычитает ее?

• android
• android-sensors

Согласно http://developer.android.com/reference/android/hardware/SensorEvent.html#values ​​ TYPE_LINEAR_ACCELERATION совпадает с TYPE_9ACCELE0113 минус сила тяжести: ускорение = сила тяжести + линейное ускорение . Таким образом, с TYPE_LINEAR_ACCELERATION вы не можете определить ориентацию устройства, потому что оно не предоставляет данные о гравитации.

Ускорение является второй производной от объекта местоположение , скорость ( скорость ) является первой производной. Это означает, что вы можете вычислить относительное изменение скорости от ускорения, но вы не можете узнать из него, к каким именно значениям скорости относится это изменение, в общем случае.