Датчики ускорения акселерометры: Датчики ускорения - акселерометры

Содержание

Датчик ускорения

Датчик ускорения (другое название – акселерометр) измеряет ускорение или в соответствии со вторым законом Ньютона силу, вызывающую ускорение инерционной массы. В системе курсовой устойчивости датчик ускорения измеряет силы, действующие на автомобиль и стремящиеся изменить заданную водителем траекторию движения. Датчик ускорения используется, как правило, совместно с датчиком угловой скорости.

В зависимости от оцениваемых сил различают датчики поперечного и продольного ускорения. Датчик поперечного ускорения измеряет силы, вызывающие боковой снос автомобиля. Данный датчик является обязательным элементом системы курсовой устойчивости.

Датчик продольного ускорения используется на автомобилях с полным приводом. На переднеприводных автомобилях продольное ускорение оценивается косвенным путем (давление в тормозной системе, частота вращения колес, режим работы двигателя). Конструктивно датчик продольного ускорения аналогичен датчику поперечного ускорения, но устанавливается под прямым углом к последнему.

Кроме системы динамической стабилизации датчик ускорения применяется в других автомобильных системах: системе пассивной безопасности (датчики удара), адаптивной подвеске, системе защиты пешеходов, системе контроля давления в шинах, системе адаптивного освещения, охранной сигнализации. Используемые в системах датчики различаются величиной измеряемого ускорения и способом измерения.

В системе курсовой устойчивости используются датчики ускорения емкостного типа, которые отличает простота конструкции и широкий температурный диапазон работы. Принцип действия емкостного акселерометра основан на изменении емкости чувствительного элемента при перемещении инерционной массы под действием ускорения.

Конструкция датчика ускорения объединяет два параллельных конденсатора, включающих две фиксированные обкладки и одну общую подвижную обкладку, находящуюся между ними. Ускорение, действующее на датчик, изменяет расстояние между обкладками и, тем самым, изменяет емкость конденсаторов. По изменению емкости конденсаторов система распознает направление и величину, действующего на автомобиль ускорения.

На самом деле чувствительный элемент датчик ускорения более сложный и представляет собой кремниевую микромеханическую систему. Она объединяет две гребневидные структуры, входящие зубьями друг в друга и образующими несколько пар конденсаторов.

Точность измерения требует расположение датчика ускорения как можно ближе к центру тяжести автомобиля. Конкретное место установки датчика различается в зависимости от марки и модели автомобиля (в тоннеле между передними сидениями, под сидением водителя, под рулевой колонкой и др.).

Для сокращения числа компонентов, экономии внутреннего пространства автомобиля используется блочное расположение датчиков. Так, в один сенсорный блок может быть интегрировано два датчика ускорения и датчик угловой скорости.

Акселерометр. Виды и типы. Работа и применение. Особенности

Акселерометр – это измерительный прибор позволяющий определить проекцию кажущегося ускорения. В простейшем исполнении он представляет собой грузик, закрепленный на упругом подвесе. При его отклонении от первоначального положения на упругом подвесе можно определить направление изменения положения, а также величину ускорения.

Акселерометр существует трех основных разновидностей. Они бывают одноосные, двуосные и трехосные. Наиболее часто используемыми являются трехкомпонентные устройства. Они имеют возможность измерять проекцию кажущегося ускорения в 3-х плоскостях.

Данное оборудование бывает:

Механическим.
Электронным.
Пьезоэлектрическим.
Термальным.

Механический акселерометр является самой простой и полностью соответствует классической конструкции, которая была придумана изначально. У нее подвешенный груз закрепляется на эластичном подвесе. При изменении положения корпуса прибора под воздействием инерции подвешенное тело компенсирует перекос, тем самым воздействия на пружину на которой оно крепится. В результате специальный механизм определяет подобные колебания и переводит их в показатель линейного ускорения.

Электронные предусматривают совмещение механических частей прибора с датчиками. Они позволяют осуществить более точное и быстрое измерение параметров перемещения положения закрепленной массы. Подобные устройства в разы более компактные, и внешне могут представлять собой миниатюрный чип для микросхемы, габариты которого не превышают размер ногтя на мизинце.

Пьезоэлектрические имеют внутри твердый стержень, который постоянно находится под давлением и воздействует на пьезокристалл. В результате вибрации осуществляется выработка электрического тока. Измеряя параметры напряжения проводится определение фактических показателей ускорения.

Термальные имеют в своей конструкции миниатюрный пузырек воздуха. При ускорении он отклоняется от своего положения, что фиксируется чувствительными датчиками.

Сфера применения устройства

Развитие технологий привело к внедрению акселерометра в различные виды оборудования, позволяя расширить их технические возможности. Если сразу после изобретения подобные датчики применялись только на паровозах с целью определения скорости их движения, то сейчас такие приборы можно встретить повсеместно.

Акселерометр в телефонах и планшетах

Долгое время акселерометры относились к оборудованию, которое не интересно окружающим. С развитием электронных технологий подобная тенденция пошла на убыль, сделав этот прибор известным среди широких масс. В первую очередь этому поспособствовало появление современных смартфонов, в корпусе которых имеется такое устройство.

Именно благодаря акселерометрам при изменении положения экрана смартфон переводит ориентацию изображения с книжной на альбомную. Впервые данный прибор был применен в мобильном телефоне компанией Nokia. Устройство было установлено в телефон Nokia 5500. Помимо переключения ориентации экрана, акселерометры обеспечивают возможность управления в играх, в частности гонках, где для управления транспортом нужно делать уклоны смартфоном.

При изучении инструкции телефонов, планшетов и прочей мобильной компьютерной техники можно увидеть информацию о наличие так называемого G-датчика. Он и есть тот самый акселерометр.

Именно акселерометр позволяет с помощью специального приложения использовать смартфоном в качестве строительного уровня.

Установка в фитнес-браслетах

Также причиной популяризации акселерометра стала мода на фитнес браслеты и умные часы. Данное устройство предназначено в первую очередь для обеспечения реализации функции шагомера. Осуществляя шаги, тело человека придает ускорение инертной массе внутри чувствительного чипа.

Программное обеспечение реагирует на особый тип колебаний, который может возникать на инертной массе только при выполнении шага. В остальных случаях, к примеру, при небольших покачиваниях рукой колебания не засчитываются. Все же обмануть шагомер возможно сделав такое телодвижение, чтобы прибор засчитал его как шаг. Но фактическое количество ложных шагов, которые считаются на протяжении дня, не слишком высокое, что создает минимальную погрешность измерений. Акселерометры у современных даже дешевых шагомеров не реагируют на мелкую встряску, к примеру, если прибор лежит в сумке, а не закреплен на руке.

Применение в видеорегистраторах

Акселерометры можно встретить и в конструкции многих видеорегистраторов. Казалось бы, такое оборудование явно не нуждается в подобном датчике. На самом деле производители регистраторов нашли весьма интересное применение для акселерометра. Он связан с программным обеспечением отвечающим за проведение съемки и сохранение видео данных. Датчик ускорения настроен таким образом, что при появлении неестественных инертных нагрузок, к примеру, при резком торможении или маневре на скорости, подается соответствующий сигнал. В результате видеорегистратор записывает видео в особенный файл. Благодаря этому результаты съемки сохранятся, и прибор не сможет автоматически их удалить, чтобы очистить память для дальнейшей регистрации.

Использование в сфере автомобилестроения

Акселерометр является обязательной частью современного автомобиля, в котором уделяется особое внимание безопасности. В этом случае применяется полноразмерный пьезоэлектрический прибор. Благодаря акселерометру обеспечивается нормальная работа пневмоподвески, круиз-контроля и пр.

Установка для сохранения данных на жестком диске

Винчестеры ноутбуков, нетбуков, а также съемные жесткие диски зачастую имеют в своей конструкции акселерометр. Задача такого датчика заключается, в случае падения компьютера, подать предупредительный сигнал на жесткий диск. Тот является командой для остановки головок винчестера. Это позволяет предотвратить серьезные повреждения диска и сохранить записанные на нем данные.

Применение в сфере строительства

Также акселерометры применяются в качестве оборудования, которое осуществляет измерение колебаний зданий. Устройство могут использовать как отдельное диагностическое оборудование и как постоянный датчик. Также прибор данной конструкции может применяться для мониторинга систем целостности трубопроводов. С его помощью оценивают и эффективность работы мостов.

Применение в сейсмостанциях

С помощью акселерометра осуществляется фиксация землетрясений. Такие датчики входят в устройство современных сейсмографов. Они отличаются повышенной точностью, что дает возможность определить силу колебаний по шкале Рихтера. Такие приборы отличаются от классического строения акселерометра. Закрепленное тело остается неподвижным, в то время как в результате колебаний двигается только корпус самого устройства.

На сейсмостанциях применяются одноосные акселерометры. Одни применяются только для фиксации горизонтальных колебаний, а другие вертикальных.

Использование в летательных аппаратах

Также акселерометр можно встретить в конструкции беспилотных устройств. Благодаря работе датчика осуществляется контроль плоскости движения аппарата. Это существенно облегчает дистанционное управление, особенно если прибор находится вне предела зоны видимости. Наличие акселерометра позволяет избежать неправильного направления движения аппарата, а также дает ему возможность автоматически вернуться к точке запуска, если управление было потеряно или была нажата соответствующая кнопка.

Поведение в невесомости

Для обеспечения работы акселерометра важно наличие притяжения. Сначала теоретически, а потом и экспериментально на космических станциях было подтверждено, что акселерометры не способны действовать в условиях невесомости. В космосе в любом положении, а также при встряске показания устройства всегда равны нулю. В связи с этим традиционные датчики наклона на основе акселерометра, которые применяются повсеместно, на космических аппаратах совершенно бесполезны.

Причины погрешности прибора

При работе акселерометра могут возникать отклонения показаний его измерения. На это в первую очередь может влиять влажность и температура окружающей среды. Это меняет свойства материалов, которые применяются при изготовлении приборов. Также помехи создает внешнее магнитное поле. Для минимизации его влияния конструкции датчика могут иметь различные технические дополнения. Также погрешность измерений получается в результате вибрации объекта измерения.

Технические особенности устройств

Акселерометры могут отличаться между собой не только по направлению их использования, но и техническими особенностями. При выборе данного устройства, к примеру, при ремонте различного оборудования, которое им уже комплектовалось, стоит отдавать предпочтение аналогичному датчику. Также возможен выбор устройств с более высоким динамическим диапазоном. Этот показатель отражает максимальную амплитуду колебаний, на которую способен отреагировать прибор. Также важным показателем является чувствительность прибора. Различные изделия отличаются между собой по диапазону частоты, которая измеряется в Гц.

: что это такое и как он работает

Акселерометр — это устройство, которое измеряет вибрацию или ускорение движения конструкции. Сила, вызванная вибрацией или изменением движения (ускорением), заставляет массу «сжимать» пьезоэлектрический материал, который создает электрический заряд, пропорциональный действующей на него силе.

Так как заряд пропорционален силе, а масса постоянна, то и заряд пропорционален ускорению. Эти датчики используются по-разному, от космических станций до портативных устройств, и есть большая вероятность, что у вас уже есть устройство с акселерометром. Например, практически во всех современных смартфонах есть акселерометр. Они помогают телефону узнать, испытывает ли он ускорение в каком-либо направлении, и именно поэтому дисплей вашего телефона включается, когда вы его переворачиваете. В промышленных условиях акселерометры помогают инженерам понять стабильность машины и позволяют отслеживать любые нежелательные силы/вибрации.

Узнать больше об акселерометрах

КАК ВЫБРАТЬ АКСЕЛЕРОМЕТР?

Какая амплитуда вибрации должна контролироваться?
Какой частотный диапазон нужно контролировать?
Каков температурный диапазон установки?
Каков размер и форма контролируемого образца?
Существуют ли электромагнитные поля?
Есть ли в этом районе высокий уровень электрических помех?
Заземлена ли поверхность, на которой должен быть установлен акселерометр?
Окружающая среда вызывает коррозию?
Требуются ли в данном районе искробезопасные или взрывозащищенные приборы?
Является ли участок влажным или моющимся?

Как работает акселерометр?

Акселерометр работает с использованием электромеханического датчика, предназначенного для измерения статического или динамического ускорения.

Статическое ускорение — это постоянная сила, действующая на тело, подобно силе тяжести или трению. Эти силы предсказуемы и в значительной степени однородны. Например, ускорение свободного падения постоянно и равно 9.0,8 м/с, а сила гравитации почти одинакова во всех точках Земли.

Силы динамического ускорения неравномерны, лучшим примером является вибрация или удар. Автомобильная авария — отличный пример динамического ускорения. Здесь изменение ускорения является внезапным по сравнению с его предыдущим состоянием. Теория акселерометров заключается в том, что они могут определять ускорение и преобразовывать его в измеримые величины, такие как электрические сигналы.

Акселерометры Типы

Существует два типа пьезоэлектрических акселерометров (датчиков вибрации). Первый тип представляет собой акселерометр заряда с «высоким сопротивлением». В акселерометрах этого типа пьезоэлектрический кристалл производит электрический заряд, который напрямую связан с измерительными приборами.

Выход заряда требует специальных помещений и приборов, наиболее часто встречающихся в исследовательских учреждениях. Этот тип акселерометра также используется в приложениях с высокими температурами (> 120 ° C), где нельзя использовать модели с низким импедансом.

Акселерометр второго типа представляет собой акселерометр с низким импедансом. Акселерометр с низким импедансом имеет акселерометр заряда в качестве входной части, но имеет крошечную встроенную микросхему и полевой транзистор, который преобразует этот заряд в напряжение с низким импедансом, которое может легко взаимодействовать со стандартными приборами. Этот тип акселерометра обычно используется в промышленности. Источник питания акселерометра, такой как ACC-PS1, обеспечивает надлежащее питание микросхемы от 18 до 24 В при постоянном токе 2 мА и устраняет уровень смещения постоянного тока. мВ/g рейтинг акселерометра. Все акселерометры OMEGA(R) имеют низкий импеданс.

Основные области применения акселерометров

Акселерометры

находят множество применений в промышленности. Как уже говорилось, вы можете найти их в самых сложных машинах для ваших карманных устройств. Давайте посмотрим на некоторые из реальных приложений акселерометров. Цифровые устройства: Акселерометры в смартфонах и цифровых камерах отвечают за вращение дисплея в зависимости от ориентации, в которой вы его держите.

Транспортные средства: Изобретение подушек безопасности на протяжении многих лет спасло миллионы жизней. Акселерометры используются для срабатывания подушек безопасности, поскольку датчик посылает сигнал при внезапном ударе. Дроны: Акселерометры помогают дронам стабилизировать свою ориентацию во время полета. Вращающееся оборудование:

Акселерометры, используемые во вращающихся машинах, обнаруживают волнообразные колебания. Промышленные платформы: Для измерения устойчивости или наклона платформы. Мониторинг вибрации: Машины, которые движутся, создают вибрации, и эти вибрации могут быть вредными для машин, если оставить их усиливаться без присмотра.

Акселерометры полезны для мониторинга вибраций и все чаще используются на промышленных предприятиях, турбинах и т. д.

Выберите правильный акселерометр

Акселерометр премиум-класса
Эти акселерометры изготовлены из отборных кристаллов премиум-класса и используют схему с низким уровнем шума для создания акселерометра премиум-класса с низким уровнем шума. Их корпус из нержавеющей стали 316L герметично закрыт от окружающей среды, поэтому они могут выдерживать суровые промышленные условия. Они также имеют искробезопасные варианты FM и CSA. ACC793 представляет собой стандартную конфигурацию с верхним кабелем, а ACC797 — конфигурация низкопрофильного бокового кабеля.

Акселерометр промышленного класса
Акселерометры промышленного класса являются рабочими лошадками промышленности. Они используются во всем, от станков до шейкеров для краски. OMEGA предлагает на выбор четыре модели. ACC101 (на фото) — это высококачественный недорогой акселерометр для приложений общего назначения. ACC 102A герметичен для суровых условий, имеет фиксированный кабель и весит всего 50 грамм. Верхний кабель ACC786A и боковой кабель ACC787A герметично закрыты, а съемные кабели защищены от непогоды.

Акселерометр высокой вибрации
Акселерометры, используемые для контроля высоких уровней вибрации, имеют более низкий выходной сигнал (10 мВ/г) и меньшую массу, чем промышленные акселерометры. ACC103 весит 15 г и может контролировать уровень вибрации до 500 г. Это конструкция с креплением на шпильке, предназначенная для использования на вибростендах, вибрационных лабораториях и тяжелых промышленных станках. ACC104 весит всего 1,5 г и предназначен для крепления на клей. Обе модели имеют частотный диапазон от 3 до 10 кГц и динамический диапазон +/- 500 g.

Часто задаваемые вопросы

Установка акселерометра
Датчик должен быть установлен непосредственно на поверхности машины для правильного измерения вибрации. Это может быть достигнуто с помощью нескольких типов креплений:

— Плоское магнитное крепление
— 2-полюсное магнитное крепление
— Клеи (эпоксидные/цианоакрилатные)
— Монтажная шпилька
— Изолирующая шпилька

Магнитные крепления обычно являются временными креплениями.

Магнитные крепления используются для крепления акселерометров к ферромагнитным материалам, обычно используемым в станках, конструкциях и двигателях. Они позволяют легко перемещать датчик с места на место для считывания нескольких местоположений. Двухполюсные магнитные крепления используются для крепления акселерометра к изогнутой ферромагнитной поверхности.

Клей и резьбовые шпильки считаются постоянными креплениями.
Клеи, такие как эпоксидные или цианоакрилатные, обеспечивают удовлетворительное склеивание для большинства применений. Пленка должна быть как можно тоньше, чтобы избежать нежелательного демпфирования вибраций из-за гибкости пленки. Чтобы снять акселерометр, закрепленный на клею, используйте гаечный ключ на плоских гранях корпуса и поверните его, чтобы разорвать клейкое соединение. НЕ ИСПОЛЬЗУЙТЕ МОЛОТОК. Удары по акселерометру повредят его.

Монтажные шпильки являются предпочтительным способом крепления.

Для них требуется просверлить конструкцию и нарезать резьбу, но они обеспечивают надежное крепление.

Обязательно соблюдайте указанные настройки крутящего момента, чтобы не повредить датчик и не сорвать резьбу.

Датчик вибрации против. Акселерометр

Устройство, которое вы видите как датчик вибрации, не что иное, как акселерометр. Поскольку акселерометры очень хорошо измеряют изменение скорости, эту характеристику лучше всего использовать для измерения вибраций, поскольку скорость всегда постоянно меняется.

Подробнее: акселерометры
Выберите правильный акселерометр
Часто задаваемые вопросы об акселерометрах

Акселерометры — МЭМС и датчики

IIS3DHHC
3-осевой цифровой инклинометр с высоким разрешением и высокой стабильностью для промышленных применений Ядро машинного обучения
IIS3DWB
Малошумный 3-осевой цифровой датчик вибрации со сверхширокой полосой пропускания
LIS2DE12
МЭМС-датчик движения с цифровым выходом: сверхмаломощный высокопроизводительный 3-осевой «фемто» акселерометр

Двойной датчик движения и температуры с цифровым выходом MEMS

AIS2120SX
Автомобильный акселерометр для подушки безопасности, двухосевой высокоскоростной акселерометр, соответствует требованиям AEC-Q100 3-осевой акселерометр для промышленного применения
AIS328DQ
Автомобильный 3-осевой акселерометр, сверхнизкое энергопотребление, цифровой выход SPI/I2C, сертифицирован AEC-Q100
h4LIS331DL -выбираемые полные шкалы ±100g/±200g/±400g
AIS25BA
МЭМС датчик движения с цифровым выходом: низкий уровень шума, высокая полоса пропускания, 3-осевой акселерометр с интерфейсом TDM с двухточечным интерфейсом PSI5, соответствует требованиям AEC-Q100
LIS2DH
Датчик движения MEMS с цифровым выходом: сверхмаломощный высокопроизводительный 3-осевой фемтоакселерометр
IIS2DH
Ультрамаломощный высокопроизводительный 3-осевой акселерометр с цифровым выходом для промышленных применений

3 LIS90DW188 осевой МЭМС-акселерометр, сверхнизкое энергопотребление, настраиваемое распознавание одиночного/двойного касания, свободное падение, пробуждение, портрет/пейзаж, определение ориентации 6D/4D

LIS2Dh22
МЭМС-датчик движения с цифровым выходом: сверхнизкое энергопотребление, высокая производительность 3-осевой «фемто» акселерометр
LIS3DH
3-осевой акселерометр MEMS, сверхнизкое энергопотребление, полная шкала ±2g/4g/8g/16g, высокоскоростной цифровой выход I2C/SPI, встроенный FIFO, высокопроизводительный датчик ускорения, LGA 16 3x3x1.

Датчики ускорения акселерометры: Датчики ускорения — акселерометры | Каталог