Przyspieszeniomierz jest czujnik , który dołączony do telefonu komórkowego lub dowolnego innego przedmiotu, pozwala na pomiar liniowy nie grawitacyjne przyspieszenie tego ostatniego. Mówimy o akcelerometrze nawet wtedy, gdy w rzeczywistości są to 3 akcelerometry, które obliczają przyspieszenia liniowe według 3 prostopadłych osi.
Z drugiej strony, gdy staramy się wykryć prędkość obrotową lub kątową, mówimy o żyrometrze . Mówiąc bardziej ogólnie, mówimy o jednostce bezwładności, gdy staramy się zmierzyć wszystkie 6 przyspieszeń.
Chociaż przyspieszenie liniowe jest zdefiniowane wm / s 2 ( SI ), większość dokumentacji dotyczącej tych czujników wyraża w „g” (około 9,81 m / s 2 ) przyspieszenie (takie jak spowodowane grawitacją Ziemi).
Przyspieszeniomierz można przedstawić schematycznie za pomocą układu masa-sprężyna . Rozważmy ten diagram odwrotnie: w stanie równowagi odniesieniem będzie pozycja x masy m , a zatem x = 0. Jeśli podpora ulegnie przyspieszeniu pionowemu do góry, będą miały miejsce dwie rzeczy: ta podpora z jednej strony przesunie się do góry, a ze względu na bezwładność masy m będzie miała tendencję do pozostawania w pozycji wyjściowej , wymuszając sprężynę kompresować z drugiej strony. Wartość x będzie tym większa, im większe będzie przyspieszenie zastosowane do podpory.
Możemy wykazać, wykorzystując podstawową zasadę dynamiki dla układu nietłumionego (i rozpatrując układ poziomo, aby nie uwzględniać ciężaru):, z przyspieszeniem masy m i x położenie podpory ( w odniesieniu do układu odniesienia Galileusza ).
Wyraźnie widać, że przyspieszenie to jest proporcjonalne do x . Po prostu mierząc przemieszczenie masy m względem jej podpory, możemy poznać przyspieszenie, któremu podlega ta ostatnia.
Zasada większości akcelerometrów opiera się na podstawowym prawie dynamiki :
F = m az
Mówiąc dokładniej, składa się z równości między siłą bezwładności masy sejsmicznej czujnika i siłą przywracającą przyłożoną do tej masy. Istnieją dwie główne rodziny przyspieszeniomierzy: przyspieszeniomierze bez serwomechanizmu i przyspieszeniomierze serwo.
W czujnikach typu non-slave (pętla otwarta) przyspieszenie jest mierzone za pomocą jego „bezpośredniego” obrazu: przemieszczenia masy sejsmicznej (masy siły lub nawet masy testowej) czujnika w celu uzyskania równości między siłą przywracającą a jej siłą bezwładność.
Na rynku dostępne są akcelerometry inne niż serwo, które można znaleźć bezpośrednio na rynku:
Istnieją również nierynkowe, takie jak:
Niektóre kryształy ( kwarc , sól Seignette ) i niektóre materiały ceramiczne mają właściwość ładowania elektrycznego podczas odkształcania. I odwrotnie, ulegają deformacji, jeśli są naładowane elektrycznie, zjawisko to jest odwracalne. Kryształ ładuje się na dwóch przeciwległych ścianach z przeciwnymi ładunkami, gdy jest poddawany działaniu siły między tymi dwoma ścianami. Metalizacja powierzchni czołowych umożliwia zebranie napięcia elektrycznego, które można wykorzystać w obwodzie.
W przypadku akcelerometrów sterowanych serwomechanizmem przyspieszenie jest mierzone na wyjściu pętli sprzężenia zwrotnego (sterowanie serwomechanizmem) zawierającej korektor typu PI (proporcjonalny całkowy: typ korektora poprawiającego dokładność). Czujnik wykrywania przemieszczenia (typ bez sterowania serwomechanizmem) umożliwia natychmiastowy pomiar przyspieszenia. Jest to wartość wejściowa naszej pętli serwomechanizmu. Na wyjściu z tej pętli przyspieszenie uzyskuje się poprzez odczytanie energii niezbędnej do przywrócenia siły umożliwiającej powrót masy sejsmicznej do jej początkowego położenia.
W jednostkach inercyjnych , do zastosowań w naprowadzaniu , zwykle stosowanych w lotnictwie lub astronautyce , ten typ technologii jest ogólnie preferowany. Rzeczywiście, telefony komórkowe mają określoną masę, a ich środek ciężkości jest poddawany drganiom o stosunkowo niskiej częstotliwości, rzędu od 0 do 10 Hz . Pozwala to na użycie czujników sterowanych serwomechanizmem.
Są one klasyfikowane według ich siły przywracającej, która może być typu elektromagnetycznego lub elektrostatycznego. Lub w zależności od rodzaju wykrywania, które może być pojemnościowe, indukcyjne lub optyczne.
W 2018 roku Imperial College London wprowadził akcelerometr kwantowy . System opiera się na pomiarze właściwości fal kwantowych dostarczanych przez atomy podczas przyspieszania, co pozwala na określenie przemieszczenia, a tym samym położenia względem czasu. Działanie jest podobne do działania konwencjonalnych akcelerometrów, ale jest znacznie bardziej czułe i precyzyjne.
System wykorzystuje lasery do schładzania atomów do ekstremalnie niskich temperatur, co wymaga przestrzeni.
Oprócz klasycznej charakterystyki czujników , akcelerometr można scharakteryzować za pomocą następujących danych:
Wszystkie te cechy oddziałują na siebie i charakteryzują zasadę, technologię lub proces produkcyjny.
Zastosowania tego czujnika są bardzo zróżnicowane:
Niemniej jednak są one generalnie podzielone na trzy szerokie kategorie:
Wstrząsy to przyspieszenia o bardzo dużej amplitudzie. Na przykład przedmiot spadający z wysokości 20 cm na blachę stalową o grubości 5 cm jest poddawany przyspieszeniu 8000 g przy uderzeniu, a na notatniku o grubości 50 stron jest poddawany przyspieszeniu tylko 90 g .
Są to bardzo krótkie przyspieszenia i dlatego wymagają czujnika szerokości pasma generalnie w zakresie od 0 do 100 kHz .
Wymagana dokładność tych pomiarów jest rzędu 1% skali pomiarowej czujnika .
Czujniki powszechnie kojarzone z tego typu aplikacjami to niekontrolowane przyspieszeniomierze przemieszczenia, a dokładniej:
Przykłady:
Przyspieszenia wibracyjne są uważane za przyspieszenia średniego poziomu (zwykle około stu g). Wymagają czujnika o szerokości pasma do 10 kHz i dokładności około 1% skali pomiarowej czujnika.
Zastosowane akcelerometry typu non-slave to:
Przykłady:
Przyspieszenia mobilne są niskie. Na przykład maksymalne przyspieszenie przyjęte dla „ Rafale ” wynosi 9 g . Przyspieszenia te nie przekraczają kilkudziesięciu herców. Z drugiej strony ważna może być wymagana precyzja. Waha się od 0,01% do 2% skali pomiarowej czujnika.
Zastosowane akcelerometry to:
Przykład:
Od czasu fazy rozwoju akcelerometrów MEMS , od 1975 do 1985 roku, akcelerometr przeżywał „boom” w swoich zastosowaniach. W rzeczywistości sprzedaż wzrosła z 24 milionów w 1996 r. Do 90 milionów w 2002 r. Jeśli chodzi o cenę, w przypadku MEMS nadal spada . Wraz z niedawnym pojawieniem się przyspieszeniomierzy NEMS , ta wszechobecność akcelerometru w różnych produktach „konsumenckich” jest coraz bardziej aktualna.
Inercyjne jednostki z 6 przyspieszeń, jak na iPhone 4, zużywają więcej energii i są często mniej czułe niż jednostki zredukowanej do 3 akcelerometry liniowe tylko jak na wielu telefonach komórkowych, w tym iPhone 3GS lub nawet 2 za jeden. Gier konsoli jak WII , lub nawet jeden wymiar, aby zatrzymać dysk twardy w przypadku upadku laptopa ( ThinkPad ).
W zegarkach sportowych:
Do pomiaru sportowego lub codziennego gestu:
W aparatach i aparatach:
W ultraprzenośnych, PDA itp. :
Telefon komórkowy:
W grach wideo:
W telefonii: Ze względu na konwergencję technologii akcelerometry są wykorzystywane do łączenia większości funkcji opisanych powyżej.
W pojazdach transportowych: