Akcelerometr

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.

Akcelerometry z serwosterowaniem

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.

Akcelerometr kwantowy

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.

Główne parametry charakterystyczne dla akcelerometru

Oprócz klasycznej charakterystyki czujników , akcelerometr można scharakteryzować za pomocą następujących danych:

• jej zakres pomiarowy jest wyrażony wg = 9,806 65 m / s 2
• jego masa czujnika, próba (odpowiedni prawidłowy termin techniczny)
• jego poprzeczna wrażliwość
• jego liczba osi (od 1 do 3 osi)
• jego konstrukcja mechaniczna
• obecność zintegrowanej elektroniki
• jego cena (w 2007 roku od 6 euro za niewolniony czujnik pojemnościowy do 3000 euro za wysokiej klasy czujnik podrzędny)

Wszystkie te cechy oddziałują na siebie i charakteryzują zasadę, technologię lub proces produkcyjny.

Jego zastosowania

Zastosowania tego czujnika są bardzo zróżnicowane:

• pomiar prędkości (przez całkowanie)
• pomiar przemieszczenia (przez podwójną całkowanie)
• diagnostyka maszyn (poprzez analizę drgań)
• wykrywanie uszkodzeń w materiałach (poprzez pomiar propagacji drgań przez materiały)

Niemniej jednak są one generalnie podzielone na trzy szerokie kategorie:

• Wstrząsy
• Przyspieszenie wibracyjne
• Akceleracja mobilna

Wstrząsy

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:

• detekcja piezoelektryczna
• detekcja piezorezystancyjna
• czujniki pojemnościowe (tylko dla poduszek powietrznych )

Przykłady:

• wyzwalanie poduszek bezpieczeństwa w samochodach
• testy zderzeniowe
• pirotechnika

Przyspieszenie wibracyjne

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:

• detekcja piezoelektryczna
• z detekcją piezorezystywną lub tensometrem
• z detekcją indukcyjną (lub zmienną reluktancją)

Przykłady:

• kontrola wibracji dla badań i rozwoju
• kontrola przemysłowa

Akceleracja mobilna

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:

• czujniki przyspieszenia bez sterowania serwomechanizmem (mierniki, kondensatory, indukcja, optyka, potencjometr);
• czujniki przyspieszenia sterowane serwomechanizmem.

Przykład:

• stacje bezwładnościowe statków powietrznych
• pomoc do dynamicznego określania pozycji pociągu na linii

Pojedyncze aplikacje i produkty specjalne

• Pomiar nachylenia (dzięki sile grawitacji Ziemi i dwuosiowemu akcelerometrowi): Niektóre akcelerometry z detekcją pojemnościową z wahadłową masą sejsmiczną umożliwiają również pełnienie funkcji inklinometru . To ostatnie jest możliwe dzięki mechanicznej konfiguracji akcelerometrów pojemnościowych wahadła i grawitacji ziemskiej. Jednak funkcji akcelerometru nie można używać w tym samym czasie.

Akcelerometr i wiadomości

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.

Produkty „dla ogółu społeczeństwa” wykorzystujące akcelerometr

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:

• Nike , Polar i inni używają akcelerometrów do określania prędkości i odległości ruchu.

Do pomiaru sportowego lub codziennego gestu:

• Myotest używa akcelerometru do pomiaru poziomu wydajności mięśni. Oblicza moc, siłę i szybkość gestu, ale także wysokość skoku, czas kontaktu czy odporność na zmęczenie.

W aparatach i aparatach:

• akcelerometry służą do stabilizacji obrazu, przeciwdziałania rozmyciu itp.

W ultraprzenośnych, PDA itp. :

• akcelerometry służą do orientacji ekranu.

Telefon komórkowy:

• akcelerometry służą do wykrywania upadku (silnego przyspieszenia) i zatrzymywania dysku twardego. Było to pierwsze niedawne użycie akcelerometru ( Apple w MacBook Pro ), aplikacji, która została szybko przejęta i stała się sławna, co doprowadziło do włączenia akcelerometru do iPhone'a tego samego Apple, a następnie uogólnienia tego komponentu.

W grach wideo:

• Nintendo postanowiło wprowadzić innowacje, wprowadzając kontroler nowej generacji dla swojej konsoli Wii . To bezpośrednio wykrywa ruchy gracza dzięki akcelerometrom, umieszczonym w dwóch częściach, z których składa się jego kontroler: Wiimote i Nunchuck . Ponadto podręczna konsola 3DS zawiera akcelerometr i żyroskop. Joycons of the Switch zawiera akcelerometr i żyroskop.
• Z drugiej strony Sony używa innej technologii w kontrolerze Sixaxis swojego PlayStation 3 , dodatkowo PlayStation Move integruje akcelerometry i żyrometr .

W telefonii: Ze względu na konwergencję technologii akcelerometry są wykorzystywane do łączenia większości funkcji opisanych powyżej.

• Sony Ericsson używa akcelerometru w C902, C905, C510, K850i, W710, W580i, W595, W910i, W980i i W995.
• HTC używa akcelerometru w Touch Diamond, Touch HD, Touch pro2, HD2 , Desire / Desire HD i swoich telefonach z Androidem .
• Apple używa akcelerometru w iPhone'ach , iPodzie touch i iPodzie nano , a także w całej linii laptopów od 2005 roku.
• Nokia używa akcelerometru w modelach N95 , N82, N70, 6600, 5530 Xpressmusic, 5800 Xpressmusic, N900 Roverle, N97 i N8.
• Samsung używa akcelerometru w Samsung Player Addict, Samsung Galaxy, Samsung Galaxy Spica, Samsung Galaxy Teos, Samsung Galaxy S, S2 i S3, Samsung Player Star, Samsung Player 5, Samsung Player Pixon, Samsung Wave i Samsung Player One.
• Neo FreeRunner ma dwa akcelerometry.

W pojazdach transportowych:

• Poduszka powietrzna  : Akcelerometry są stosowane w  systemach „  poduszek powietrznych ”. Stale mierzą przyspieszenie pojazdu i porównują je z wynikami testów zderzeniowych. Gdy tylko zostanie rozpoznany sygnał impulsu zderzeniowego, elektroniczna jednostka sterująca wysyła polecenie uwolnienia gazu napełniającego poduszkę powietrzną.

Uwagi i odniesienia

1. Definicje leksykograficzne i etymologiczne „Akcelerometru” skomputeryzowanego skarbca języka francuskiego na stronie internetowej National Center for Textual and Lexical Resources
2. Zasada działania akcelerometru piezoelektrycznego na stronie brouchier.com, przeglądana 18 września 2013 r.
3. https://www.journaldugeek.com/2018/11/13/accelerometre-quantique-gps-panne/
4. Ogłoszenie dotyczące kontrolera Wii na stronie internetowej ST Microelectronics
5. (w) Przedstawiamy system Nintendo 3DS , sieć Nintendo E315 czerwca 2010.
6. „  Specyfikacje techniczne - Oficjalna witryna Nintendo Switch ™ - Specyfikacje konsoli  ” na www.nintendo.com (dostęp: 4 stycznia 2018 )

Pracuje

• Georges Asch, Czujniki w oprzyrządowaniu przemysłowym , Dunod ( ISBN  978-2-10-005777-1 )
• Techniki Inżyniera (encyklopedia techniczna)

Przejrzeć

• Środki , nr 746, przewodnik dla kupujących, artykuł Marie-Line Zani,Czerwiec 2002.