Акселерометром называется прибор, который измеряет проекцию кажущегося ускорения*. Как правило, акселерометр – это закрепленная в упругом подвесе чувствительная масса. В случае наличия кажущегося ускорения по отклонению данной массы от своего первоначального положения и судят о величине этого ускорения.
* Кажущееся ускорение представляет собой разность между истинным ускорением объекта и гравитационным ускорением.
Конструктивное
исполнение
Акселерометры бывают одно-, двух- и трехкомпонентные. Из названия, они соответственно измеряют кажущееся ускорение вдоль одной, двух и трех осей (X, Y, Z).
Невесомость
Истинное ускорение объекта в условиях невесомости вызывает лишь гравитационная сила, а потому истинное и гравитационное ускорения равны. Как следствие, отсутствует кажущееся ускорение и данные любого акселерометра равны 0 (нулю). Прекращают функционировать все системы, которые в качестве датчика наклона используют акселерометр. Пример: положение изображения на планшете или смартфоне не будет изменяться, когда вы будете поворачивать корпус.
Схема простейшего акселерометра
Итак,
простейший акселерометр состоит из пружины с закрепленным на ней грузом и
демпфера, который колебания данного груза и подавляет. Чем кажущееся ускорение
больше, тем пружина деформируется сильнее, и показания прибора изменяются.
Когда происходит равновесие силы инерции груза и силы пружины, регистрируется величина смещения данного груза от нейтрального положения, которая свидетельствует о величине ускорения (замедления). Эта величина каким-либо датчиком перемещения регистрируется и на выходе устройства преобразуется в электрический сигнал.
Далее этот сигнал для обработки подается в электронный блок либо компьютер. Что касается, например, смартфонов, то таким образом есть возможность переключения музыкальных треков либо сбрасывания звонков.
Технологии построения современных акселерометров
В зависимости от технологии построения различают следующие акселерометры:
пьезоэлектрические;
пьезорезистивные;
на переменных конденсаторах.
Пьезоэлектрические акселерометры широко используются в задачах тестирования и измерений. Они отличаются очень широким диапазоном частот и диапазоном чувствительности. Кроме того, могут иметь различные размеры и формы. Выходной сигнал таких акселерометров может быть зарядовым либо по напряжению. С помощью датчиков можно измерять как удар, так и вибрацию.
Пьезорезистивные акселерометры обычно характеризуются малым диапазоном чувствительности, вследствие чего наиболее они применимы для детектирования ударов, нежели для определения вибрации. Кроме того, их используют в испытаниях на безопасность при столкновении. Данные акселерометры имеют в основном широкий диапазон частот, а частотная характеристика может доходить до 0 Гц (так называемые DC-датчики) либо оставаться неизменной. Это дает возможность измерения длительных сигналов.
Акселерометры на переменных конденсаторах, как и пьезорезистивные, имеют DC-ответ. Такие акселерометры имеют высокую чувствительность, узкую полосу пропускания, отличную температурную стабильность, малую погрешность. С помощью данных акселерометров измеряют низкочастотную вибрацию, движение и фиксированное ускорение.
