Акселерометр что измеряет. Акселерометры: принцип работы, типы и применение

Что такое акселерометр. Как работает акселерометр. Какие бывают типы акселерометров. Где применяются акселерометры. Как выбрать акселерометр для конкретной задачи.

Что такое акселерометр

Акселерометр — это электромеханическое устройство, измеряющее ускорение объекта. Ускорение может быть как статическим (например, сила тяжести), так и динамическим (вибрации, движение). Основные характеристики акселерометров:

• Измеряют ускорение в м/с² или в единицах перегрузки g (1g = 9,8 м/с²)
• Могут измерять ускорение по одной, двум или трем осям
• Диапазон измерений от долей g до тысяч g
• Размеры современных MEMS-акселерометров — всего несколько миллиметров

Принцип работы акселерометра

В основе работы акселерометра лежит инерционная масса, закрепленная на упругом подвесе. При ускорении корпуса акселерометра инерционная масса смещается относительно корпуса. Это смещение преобразуется в электрический сигнал.

Существует несколько способов преобразования механического смещения в электрический сигнал:

• Пьезоэлектрический эффект
• Изменение емкости
• Изменение сопротивления (пьезорезистивный эффект)
• Электромагнитная индукция

Основные типы акселерометров

По принципу действия акселерометры делятся на следующие основные типы:

1. Пьезоэлектрические акселерометры

Используют пьезоэлектрический эффект для преобразования механического напряжения в электрический заряд. Преимущества:

• Высокая чувствительность
• Широкий частотный и динамический диапазон
• Хорошая линейность
• Прочная конструкция

2. Емкостные акселерометры

Измеряют изменение емкости между подвижным электродом и неподвижными электродами. Преимущества:

• Высокая точность
• Возможность измерения постоянного ускорения
• Низкое энергопотребление
• Простота интеграции в микросхемы (MEMS)

3. Пьезорезистивные акселерометры

Используют изменение сопротивления пьезорезистивного материала при деформации. Преимущества:

• Простая конструкция
• Низкая стоимость
• Возможность измерения постоянного ускорения
• Высокая чувствительность

Области применения акселерометров

Акселерометры широко применяются в различных областях:

1. Потребительская электроника

• Смартфоны и планшеты (определение ориентации экрана)
• Фитнес-трекеры (подсчет шагов, определение активности)
• Игровые контроллеры (управление движениями)
• Ноутбуки (защита жестких дисков при падении)

2. Автомобильная промышленность

• Системы активной безопасности (антиблокировочная система тормозов, система курсовой устойчивости)
• Подушки безопасности
• Системы навигации
• Системы мониторинга состояния дорожного покрытия

3. Промышленность

• Вибродиагностика оборудования
• Мониторинг состояния конструкций
• Системы сейсмической защиты
• Робототехника

4. Медицина

• Мониторинг двигательной активности пациентов
• Анализ походки
• Диагностика тремора
• Кардиостимуляторы с адаптивной частотой стимуляции

5. Аэрокосмическая отрасль

• Системы навигации и управления летательными аппаратами
• Системы стабилизации спутников
• Мониторинг вибраций двигателей
• Системы аварийного спасения экипажа

Как выбрать акселерометр

При выборе акселерометра необходимо учитывать следующие параметры:

• Диапазон измерений (максимальное измеряемое ускорение)
• Чувствительность
• Частотный диапазон
• Количество осей измерения
• Нелинейность
• Температурный диапазон
• Устойчивость к ударам и вибрации
• Тип выходного сигнала (аналоговый, цифровой)
• Напряжение питания
• Габариты и масса
• Стоимость

Выбор конкретной модели акселерометра зависит от требований конкретного применения. Например, для измерения сильных ударных воздействий подойдут пьезоэлектрические акселерометры с высоким диапазоном измерений. Для носимых устройств оптимальны миниатюрные MEMS-акселерометры с низким энергопотреблением.

Тенденции развития акселерометров

Основные направления развития акселерометров:

• Уменьшение размеров и энергопотребления
• Повышение точности и стабильности характеристик
• Расширение функциональности (комбинированные датчики)
• Снижение стоимости
• Развитие беспроводных технологий передачи данных
• Интеграция с системами обработки данных и искусственного интеллекта

Акселерометры продолжают совершенствоваться и находить новые применения в различных областях техники и повседневной жизни. Их развитие способствует созданию более эффективных и безопасных систем управления, мониторинга и диагностики.

Акселерометр: что это такое и как им определять наклон тела

Акселерометр — это прибор, позволяющий измерять ускорение тела под действием внешних сил. Схематически, этот прибор можно изобразить в виде массивного тела, которое способно передвигаться вдоль некоторой оси и соединено с корпусом пружинами. Смещение тела относительно центра оси можно измерить с помощью механической стрелки, как показано на рисунке.

В состоянии покоя тело находится на равном удалении от стенок прибора и стрелка указывает на середину шкалы. Если весь прибор толкнуть вправо (кадр B), то груз сместится по оси влево до момента, когда сила растянутой пружины уравновесит внешнюю силу. В этот момент, стрелка повернется и укажет на некоторое значение на шкале. Чем больше внешняя сила, тем дальше смещается груз, тем большее значение показывает стрелка. Когда сила перестанет действовать на тело, груз вернется на прежнее положение и прибор покажет на нулевое значение шкалы.

1. Электронный МЭМС-акселерометр

Разумеется, внешний вид современного акселерометра отличается от этой простой модели с пружинками, но не сильно. Как и прежде, для измерения ускорения нам требуется какое-то массивное тело, которое будет скользить по направляющей и удерживаться в нейтральном положении пружинками. При этом, всё это должно быть очень миниатюрным, чтобы поместиться в тот же смартфон.

На помощь приходит технология МЭМС (микроэлектромеханические системы). С помощью МЭМС удаётся выращивать механический акселерометр на кремниевой подложке таким же методом, которым создаются и обычные микросхемы.

Так выглядит МЭМС акселерометр на снимке, полученном при помощи микроскопа. Схема работы такого прибора представлена ниже.

Чтобы измерить смещение массивного тела вдоль оси прибора здесь применяется дифференциальный конденсатор. В состоянии покоя, расстояния между центральным электродом и двумя обкладками конденсатора (выделены оранжевым цветом) равны. При воздействии силы эти расстояния меняются, что в дальнейшем фиксируется специальной аналоговой измерительной системой.

Современные акселерометры имеют в своем составе сразу три измерительные оси, направленные перпендикулярно друг к другу. Это позволяет измерять ускорение тела в любом направлении.

2. Измерение углов наклона с помощью акселерометра

Все современные смартфоны умеют определять угол своего наклона относительно горизонта. Эта функция используется для автоматического поворота экрана, а также в различных играх, где управление происходит при помощи наклона. И всё это благодаря акселерометру. Но как устройство, определяющее ускорение, может помочь вычислить угол наклона?

Дело в том, что на акселерометр, как и на все тела на этой планете, действует сила гравитации. Эта сила придаёт телам ускорение когда они падают на землю. Повернем акселерометр так, чтобы его ось оказалась в вертикальном положении. В таких условиях груз сместится вниз, растянув при этом верхнюю пружину и сжав нижнюю. В этот момент акселерометр зафиксирует величину ускорения свободного падения — 9.8 м/с².

Попробуем использовать этот факт для вычисления угла наклона акселерометра относительно горизонта. Изобразим на схеме тело, на котором закреплен трёхосевой акселерометр.

Обозначим эти три оси как: Xт, Yт и Zт.

Затем повернём тело на угол a вокруг оси Xт относительно системы координат мира X, Y и Z. Предполагается, что ось мира Z направлена вдоль вектора силы гравитации (вверх), а оси X и Y вдоль горизонта. Мы смотрим на всю эту систему сбоку, так что оси мира — X и тела — Xт смотрят на нас, и мы их не видим.

В таком положении акселерометр, находящийся внутри тела зафиксирует проекции силы гравитации на все три оси: Gxт,Gyт,Gzт. При этом проекция Gxт на ось Xт будет равна нулю, так как эта ось расположена вдоль горизонта. Проекции Gyт (зеленый отрезок) и Gzт можно выразить с помощью теоремы о прямоугольном треугольнике:

Gyт = G * cos(b) [1]
Gzт = G * sin(b) [2]

Таким образом, зная G и одну из проекций Gyт или Gzт можно вычислить угол b отклонения акселерометра от вектора гравитации Z (от вертикальной оси):

cos(b) = Gyт/G [3]
b = arccos(Gyт/G) [4]

Делая такие вычисления, важно учитывать, что G и Gyт должны измеряться в одинаковых единицах. Например, если мы преобразуем показания акселерометра к единицам гравитации (другими словами G = 1 — земная гравитация), то выражение для угла b примет вид:

b = arccos(Gyт/1) = arccos(Gyт) [5]

И напоследок, вычислим искомый угол a наклона тела относительно горизонта:

a = 90 - b = 90 - arccos(Gyт) [6]

Помним, что Gyт — это число, которое возвращает нам акселерометр.

К размышлению

Итак, мы выяснили, что одного лишь акселерометра вполне достаточно, чтобы вычислить угол наклона тела относительно горизонта. В следующем уроке мы рассмотрим конкретный пример работы с датчиком MPU6050 на Ардуино.

Однако, следует учитывать, что вычисление углов с помощью акселерометра возможно только тогда, когда прибор находится в состоянии покоя. Ведь если на прибор во время измерения подействует любая другая сила, акселерометр непременно её зафиксирует и тем самым внесет ошибку в расчеты.

Частично снять это вредное воздействие внешних сил можно с помощью фильтра низких частот, о котором мы уже рассказывали.  Можно пойти вообще по другому пути — использовать не акселерометр, а гироскоп. С помощью него тоже можно вычислять углы наклона. А самый правильный способ — объединить вместе показания разных датчиков, о чем можно узнать в статье про комплементарный фильтр.

Что такое акселерометр? Определение — Типы — Применение

Большинство современных устройств используют датчики для контроля и управления различными физическими величинами, такими как давление, температура, влажность, интенсивность света, направление и т.д. Один из таких датчиков, используемый для измерения ускорения устройств, называется датчиками акселерометра.

Когда-то давно вы бы нашли такие датчики только в современных машинах, таких как космические ракеты или реактивные самолеты. Теперь они есть практически в каждом смартфоне, ноутбуке, автомобиле и игровой консоли. Давайте копнем глубже и выясним, что это такое, как они работают, и для чего они используются?

Что такое акселерометр?

Определение: Акселерометр — это электромеханический инструмент, который измеряет ускорение (скорость изменения скорости). Ускорение может быть статическим, как ускорение, вызванное гравитацией, или может быть динамическим, как движение и вибрации, вызванные внешним фактором.

Измеряя величину гравитационного ускорения, инструмент может вычислить угол, под которым он наклонен относительно Земли. Например, акселерометр, установленный на поверхности Земли, будет измерять ускорение 9,81 м / ^с2 в прямом направлении вверх.

Измеряя величину динамического ускорения, можно определить, насколько быстро и в каком направлении движется устройство. Например, трехосевой акселерометр может определять величину и направление (во всех трех осях) ускорения как векторную величину.

Цель

Акселерометры используются в различных отраслях промышленности и научных исследованиях. Они в основном используются в электронных устройствах для определения ориентации, ускорения координат, ударов и вибрации.

Акселерометры, встроенные в смартфоны, например, выясняют, когда переключать макет экрана с ландшафтного на портретный. Данные, предоставляемые этими датчиками, могут помочь определить, идет ли устройство вверх или падает вниз.

Высокочувствительные акселерометры интегрированы в инерциальные навигационные системы ракет и реактивных двигателей. Беспилотные летательные аппараты также используют такие устройства для стабилизации полета.

Как работает акселерометр?

Механический акселерометр состоит из пружины, прикрепленной массой. Эта пружина обычно подвешивается внутри наружного корпуса. Когда все устройство ускоряется, корпус сразу же движется в том же направлении. Масса, однако, остается в своем положении (на короткое время), растягивая пружину с силой, соответствующей ускорению.

Принцип работы механического акселерометра

Измеряя длину пружины растяжения, мы можем определить ускорение. Это может быть сделано различными способами. Сейсмометр, например, использует тот же принцип для измерения землетрясений.

Когда происходит землетрясение, он трясет корпус сейсмометра, но масса движется дольше. К массе прикрепляется ручка, чтобы проследить ее движение на бумажном графике.

Современные акселерометры генерируют электрические или магнитные сигналы вместо того, чтобы использовать след от ручки на бумаге.

Самые распространенные типы акселерометров

Большинство коммерческих устройств оснащены емкостными, пьезорезистивными и пьезоэлектрическими приборами для преобразования механического движения в электрический сигнал.

1. Пьезоэлектрические акселерометры используют пьезоэлектрический эффект определенных материалов для измерения ускорения, вибрации или механического удара. Эти материалы накапливают электрический заряд (пьезоэлектричество) в ответ на приложенное механическое напряжение.

Принцип работы пьезоэлектрического акселерометра

К массе прикрепляется пьезоэлектрический материал, например, цирконат-титанат свинца. При движении акселерометра масса оказывает механическое давление на этот материал. В результате этого материал вырабатывает крошечное электрическое напряжение, которое можно расшифровать, чтобы вычислить соответствующее ускорение.

2. Пьезорезистивные акселерометры работают по аналогичному принципу. Они используют изменение сопротивления пьезорезистивных материалов для преобразования механического напряжения в выходное напряжение постоянного тока. Эти типы акселерометров подходят для измерений удара, где уровень g и диапазон частот значительно высоки.

Endevco 727 | легкий пьезорезистивный акселерометр, идеально подходящий для измерения удара при испытаниях на падение

Пьезоэлектрические компоненты, напротив, не имеют себе равных по высокотемпературному диапазону и малому весу в упаковке.

3. Емкостные акселерометры основаны на изменении электрической емкости в ответ на ускорение. Они содержат два компонента: первичную (стационарную) пластину, прикрепленную к корпусу, и вторичную пластину, соединенную с массой, которая свободно перемещается внутри корпуса.

Емкость изменяется с расстоянием между двумя металлическими пластинами, и, измеряя емкость, можно определить приложенное ускорение. Эти типы акселерометров могут измерять постоянное, а также медленное переходное и периодическое ускорение.

Трехосный емкостный акселерометр

Современные акселерометры бывают всех трех форм. Они часто представляют собой микроэлектромеханические системы (MEMS), содержащие несколько компонентов, каждый размером от 1 до 100 микрометров. Акселерометры, встроенные в планшеты и смартфоны, обычно имеют площадь менее 100 миллиметров.

Микромеханический акселерометр чувствителен только к одному направлению в плоскости. Двухосевой акселерометр построен путем интеграции двух устройств перпендикулярно, а трехосный акселерометр может быть сделан путем добавления другого устройства вне плоскости. Интегрированный модуль может быть гораздо более точным, чем три отдельных устройства, объединенные после упаковки.

Для достижения сверхвысокой чувствительности можно использовать квантовое туннелирование. Однако этот процесс является чрезвычайно сложным и дорогостоящим.

С помощью существующих технологий мы можем измерять ускорения до тысяч g. Инженерам и производителям приходится идти на компромисс между максимальным измеряемым ускорением и чувствительностью устройства.

Применение

Акселерометры используются в различных областях, от инженерной и бытовой электроники до биологии и медицинских технологий. Ниже приведены наиболее часто используемые датчики акселерометров.

Навигация

Инерциальная навигационная система (также называемая инерциальной эталонной платформой) использует компьютер и акселерометры для непрерывного измерения местоположения, ориентации и скорости движущегося объекта без каких-либо внешних ориентиров.

Инженерия

Акселерометры широко используются для измерения вибрации на машинах, автомобильных двигателях и зданиях. В автомобильном секторе акселерометры с высоким значением g используются для обнаружения дорожно-транспортных происшествий и установки подушек безопасности в нужное время.

Они также используются для контроля работоспособности оборудования и регистрации вибрации вращающихся инструментов, таких как компрессоры, турбины, которые, если их не обслуживать, могут привести к дорогостоящему ремонту. Некоторые акселерометры специально настроены (встроены в гравиметры) для измерения гравитационных сил.

В космических аппаратах акселерометры используются для обнаружения апсиса — точки на орбите спутника, в которой он наиболее удален от Земли.

Бытовая электроника

Они используются практически во всех ноутбуках, мобильных телефонах и камерах для определения положения и ориентации устройства и отображения контента в вертикальном положении на экранах. Игровые приставки, такие как пульт дистанционного управления PlayStation DualShock , используют трехосевой акселерометр, чтобы сделать рулевое управление более реалистичным в гоночных играх.

Многие производители ноутбуков используют акселерометры для защиты жестких дисков от повреждений. Если датчик обнаруживает внезапное падение, головки жесткого диска припаркованы, чтобы избежать повреждения диска и потери данных.

Биология и медицинское применение

В биологических науках все чаще используются акселерометры. Данные, получаемые с помощью высокочувствительных трехосных акселерометров, позволяют ученым различать поведенческие модели животных, когда они находятся вне поля зрения.

Многие автоматические внешние дефибрилляторы содержат акселерометр для определения глубины сдавления грудной клетки СЛР.

Несколько компаний производят часы для спортсменов, которые состоят из акселерометров для измерения скорости и пройденных дистанций бегунов. Современные будильники фазы сна также интегрированы с акселерометрическими датчиками, так что они могут обнаружить движение спящего и разбудить человека в цикле не-быстрого сна.

Акселерометр

: 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?

1. Какая амплитуда вибрации должна контролироваться?
2. Какой частотный диапазон нужно отслеживать?
3. Каков температурный диапазон установки?
4. Каков размер и форма контролируемого образца?
5. Существуют ли электромагнитные поля?
6. Есть ли в этом районе высокий уровень электрических помех?
7. Заземлена ли поверхность, на которой должен быть установлен акселерометр?
8. Окружающая среда вызывает коррозию?
9. Требуются ли в данном районе искробезопасные или взрывозащищенные приборы?
10. 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

Основы акселерометра — SparkFun Learn

• Главная
• Учебники
• Основы акселерометра

≡ Страниц

Авторы: Тони_К

Избранное Любимый 29

Что такое акселерометр?

Акселерометры — это устройства, измеряющие ускорение, то есть скорость изменения скорости объекта. Они измеряются в метрах на секунду в квадрате (м/с ² ) или в перегрузках (г). Единая перегрузка для нас здесь, на планете Земля, эквивалентна 9,8 м/с ² , но она немного меняется в зависимости от высоты (и будет иметь разное значение на разных планетах из-за различий в гравитационном притяжении). Акселерометры полезны для обнаружения вибраций в системах или для приложений ориентации.

Разделительная плата ADXL345

Рекомендуемая литература

Если вы не знакомы с какой-либо из приведенных ниже тем, вы можете прочитать их, прежде чем переходить к акселерометрам.

Последовательный периферийный интерфейс (SPI)

SPI обычно используется для подключения микроконтроллеров к периферийным устройствам, таким как датчики, сдвиговые регистры и SD-карты.

Избранное Любимый 91

Аналого-цифровое преобразование

Мир аналоговый. Используйте аналого-цифровое преобразование, чтобы помочь цифровым устройствам интерпретировать мир.

Избранное Любимый 58

Широтно-импульсная модуляция

Введение в концепцию широтно-импульсной модуляции.

Избранное Любимый 46

Логические уровни

Изучите разницу между устройствами 3,3 В и 5 В и логическими уровнями.

Избранное Любимый 83

I2C

Введение в I2C, один из основных встроенных коммуникационных протоколов, используемых сегодня.

Избранное Любимый 130

---

Как работает акселерометр

Акселерометры — это электромеханические устройства, воспринимающие статические или динамические силы ускорения. Статические силы включают гравитацию, а динамические силы могут включать вибрации и движение.

Оси измерения трехосевого акселерометра

Акселерометры могут измерять ускорение по одной, двум или трем осям. 3-осевые блоки становятся все более распространенными по мере снижения стоимости разработки для них.

Как правило, акселерометры содержат внутри емкостные пластины. Некоторые из них фиксированы, а другие прикреплены к крошечным пружинам, которые перемещаются внутри, когда на датчик воздействуют силы ускорения. Когда эти пластины движутся относительно друг друга, емкость между ними изменяется. По этим изменениям емкости можно определить ускорение.

Другие акселерометры могут быть изготовлены из пьезоэлектрических материалов. Эти крошечные кристаллические структуры производят электрический заряд при механическом воздействии (например, при ускорении).

Пример внутренней части пьезоэлектрического акселерометра

---

Как подключиться к акселерометру

Для большинства акселерометров основными подключениями, необходимыми для работы, являются линии питания и связи. Как всегда, прочитайте техническое описание, чтобы убедиться, что соединения выполнены правильно.

Интерфейс связи

Акселерометры будут обмениваться данными через аналоговый, цифровой или интерфейс с широтно-импульсной модуляцией.

• Аналоговый — Акселерометры с аналоговым интерфейсом показывают ускорение при различных уровнях напряжения. Эти значения обычно колеблются между землей и уровнем напряжения питания. Затем для считывания этого значения можно использовать АЦП на микроконтроллере. Как правило, они дешевле, чем цифровые акселерометры.

• Цифровой — Акселерометры с цифровым интерфейсом могут обмениваться данными по протоколам связи SPI или I ² C. Они, как правило, обладают большей функциональностью и менее подвержены шуму, чем аналоговые акселерометры.

• Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) — Акселерометры, которые выводят данные с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ), выдают прямоугольные волны с известным периодом, но рабочий цикл меняется в зависимости от изменения ускорения.

Питание

Акселерометры, как правило, являются устройствами с низким энергопотреблением. Требуемый ток обычно находится в диапазоне микро (мк) или миллиампер при напряжении питания 5 В или меньше. Потребляемый ток может варьироваться в зависимости от настроек (например, режим энергосбережения по сравнению со стандартным режимом работы). Благодаря этим различным режимам акселерометры хорошо подходят для приложений с батарейным питанием.

Убедитесь, что соответствующие логические уровни совпадают, особенно с цифровыми интерфейсами.

---

Как выбрать акселерометр

При выборе акселерометра важно учитывать несколько характеристик, включая требования к питанию и интерфейсы связи, как обсуждалось ранее. Ниже приведены дополнительные функции для рассмотрения.

Диапазон

Большинство акселерометров имеют выбираемый диапазон измеряемых сил. Эти диапазоны могут варьироваться от ±1 г до ±250 г. Как правило, чем меньше диапазон, тем более чувствительными будут показания акселерометра. Например, для измерения небольших вибраций на поверхности стола использование акселерометра малого диапазона предоставит более подробные данные, чем использование диапазона 250 г (который больше подходит для ракет).

Трехосевой акселерометр ADXL362 может измерять ±2g, ±4g и ±8g.

Дополнительные функции

Некоторые акселерометры включают такие функции, как обнаружение постукивания (полезно для приложений с низким энергопотреблением), обнаружение свободного падения (используется для активной защиты жесткого диска), температурная компенсация (для повышения точности в ситуациях счисления пути) и 0 -g определение диапазона, которые являются другими функциями, которые следует учитывать при покупке акселерометра. Необходимость в таких функциях акселерометра будет определяться приложением, в которое встроен акселерометр.

Также доступны IMU (инерциальные измерительные блоки), которые могут включать в себя акселерометры, гироскопы и даже, иногда, магнитометры в одном корпусе ИС или плате. Некоторые примеры этого включают MPU6050 и MPU9150. Они обычно используются в приложениях для отслеживания движения и системах наведения БПЛА, где важны местоположение и ориентация объекта.

---

Приобретение акселерометра

Теперь, когда вы изучили азбуки x, y и z, взгляните на рекомендуемые нами акселерометры.

Наши рекомендации:

Трехосевой акселерометр SparkFun — ADXL377

Нет в наличии SEN-12803

3

Избранное Любимый 12

Список желаний

Пробой трехосного акселерометра SparkFun — MMA8452Q

Пенсионер SEN-12756

10 Пенсионер

Избранное Любимый 21

Список желаний

Трехосевой акселерометр SparkFun — ADXL337

Пенсионер SEN-12786

1 Пенсионер

Избранное Любимый 11

Список желаний

Трехосевой акселерометр SparkFun — MMA8452Q (Qwiic)

Пенсионер SEN-14587

1 Пенсионер

Избранное Любимый 10

Список желаний

Для получения более подробной информации о выборе акселерометра ознакомьтесь с нашим руководством по покупке , чтобы найти подходящий для вашего проекта.