Акселерометр принцип действия

Как подключить аналоговый акселерометр ADXL335 к Arduino

акселерометр принцип действия

Акселерометры используют для определения вектора ускорения. Акселерометр ADXL335 имеет три оси, и благодаря этому он может определять вектор ускорения в трёхмерном пространстве.

Ввиду того, что сила земного притяжения – это тоже вектор, мы можем определять ориентацию акселерометра в трёхмерном пространстве относительно центра Земли.

На иллюстрации приведены рисунки из паспорта на акселерометр ADXL335. Здесь изображены координатные оси чувствительности акселерометра по отношению к геометрическому размещению корпуса устройства в пространстве, а также значения ускорений, принимаемые с 3-х каналов акселерометра в зависимости от его ориентации в пространстве. Данные приводятся для находящегося в состоянии покоя датчика, на который действует только сила земного тяготения.

Принцип снятия измерений с аналогового акселерометра ADXL335

Рассмотрим подробнее, что же показывает нам акселерометр. Пусть датчик лежит горизонтально, например, на столе. Тогда проекция вектора ускорения будет равна «1g» по оси Z, или Zout = 1g. По остальным двум осям будут нули: Xout = 0 и Yout = 0.

При повороте датчика «на спину», он будет направлен в противоположную сторону относительно вектора силы тяжести, т.е. Zout = −1g. Аналогично измерения снимаются по всем трём осям.

Понятно, что акселерометр может быть расположен как угодно в пространстве, поэтому со всех трёх каналов мы будем снимать отличные от нуля показания.

Если датчик сильно тряхнуть вдоль вертикальной оси Z, то значение Zout будет больше, чем «1g». Максимальное измеряемое ускорение составляет «±3g» по каждой из осей («плюс» и «минус» тут обозначают направление ускорения).

Думаю, с принципом работы акселерометра разобрались. Теперь рассмотрим схему подключения.

2Схема подключения акселерометра к Arduino

Чип аналогового акселерометра ADXL335 довольно мелкий и помещён в BGA корпус, и в домашних условиях его сложно смонтировать на плату. Поэтому я буду использовать готовый модуль GY-61 с акселерометром ADXL335.

Для питания акселерометра необходимо подать на вывод VCC модуля напряжение +3,3 В. Измерительные каналы датчика подключаются к аналоговым выводам Arduino, например, «A0», «A1» и «A2». Это вся схема :)

Схема подключения аналогового трёхосевого акселерометра ADXL335 к Arduino

3Калибровкааналогового акселерометра ADXL335

Arduino имеет 10-разрядный АЦП, а максимальное допустимое напряжение на выводе – 5 вольт. Измеренные напряжения кодируются битами, которые могут принимать только 2 значения – 0 или 1. Это значит, что весь диапазон измерений будет поделён на (1+1)10, т.е. на 1024 равных отрезка. Для того чтобы перевести снимаемые показания в вольты, нужно каждое измеренное на аналоговом входе значение поделить на 1024 (отрезка), а затем умножить на 5 (вольт).

Загрузим вот такой скетч в память Arduino. Будем считывать с аналоговых входов показания по трём каналам, преобразовывать их в напряжение и выводить в последовательный порт.

//определяем аналоговые пины: const int xPin = A0; const int yPin = A1; const int zPin = A2; void setup() { //инициализируем послед. порт: Serial.begin(9600); }void loop() { // считываем показания: int xRead = analogRead(xPin); int yRead = analogRead(yPin); int zRead = analogRead(zPin); //Выводим показания в порт в Вольтах: Serial.print(«x: «); Serial.print(xRead * 5 / 1024.0); Serial.print(» | y: «); Serial.print(yRead * 5 / 1024.0); Serial.print(» | z: «); Serial.println(zRead * 5 / 1024.0); delay(100); //задержка 100 мс }

Посмотрим, что же реально приходит с акселерометра на примере оси Z (см. последний столбец на иллюстрации). Когда датчик расположен горизонтально и смотрит вверх, приходят числа (2,03±0,01). Это должно соответствовать ускорению «1g» по оси Z и углу 0° согласно паспорту на ADXL335. Перевернём датчик. Приходят числа (1,69±0,01), что должно соответствовать «−1g» и углу 180°.

Калибровка аналогового акселерометра ADXL335

4Определение ускоренийпо трём осям акселерометра

Снимем значения с акселерометра при углах 90° и 270° и занесём в таблицу. Таблица показывает углы поворота акселерометра (столбец «A») и соответствующие им значения Zout в вольтах (столбец «B»).

Определение ускорений по трём осям акселерометра ADXL335

Для наглядности приведён график напряжений на выходе Zout в зависимости от угла поворота. Голубое поле – это область значений в спокойном состоянии (при ускорении 1g). Розовое поле на графике – это запас для того чтобы мы могли измерять ускорение до +3g и до −3g.

При угле поворота 90° на ось Z приходится нулевое ускорение. Т.е. значение 1,67 вольт – это условный ноль Z0. Тогда определим ускорение так: g = Zout – Z0 / Sz, здесь Zout – измеренное значение в милливольтах, Z0 – значение при нулевом ускорении в милливольтах, Sz – чувствительность датчика по оси Z, измеренная в мВ/g.

Чувствительность акселерометра приведена в паспорте и равна в среднем 300 мВ/g или 0,3 В/g, но вообще лучше провести калибровку акселерометра и вычислить значение чувствительности конкретно для вашего датчика по формуле: Sz = Z(0°) – Z(90°) В данном случае чувствительность акселерометра по оси Z = 2,03 – 1,68 = 0,35 В/g. Аналогично чувствительность нужно будет посчитать для осей X и Y.

В столбце «С» таблицы приводится расчётное ускорение при чувствительности, равной 350 мВ/g. Как видно, расчёты практически совпадают с номинальными величинами, которые даются на первом рисунке из паспорта на датчик ADXL335, т.е. наш датчик довольно точно показывает свою ориентацию в пространстве (я показал это просто для самопроверки, дальше это не пригодится).

5Определение углов поворота акселерометра

Вспомнив базовый курс школьной геометрии, выведем формулу для вычисления углов поворота акселерометра: angle_X = arctg[ √(Gz2 + Gy2) / Gx ]. Значения получаются в радианах. Чтобы перевести радианы в градусы, поделим результат на число π и умножим на 180°.

В итоге полный скетч, вычисляющий ускорения и углы поворота акселерометра по всем осям, приведён на врезке. В комментариях даны пояснения к коду программы.

const int xPin = A0; //определяем аналоговые пины, const int yPin = A1; //к которым подключим const int zPin = A2; //три канала акселерометра const float Vmax = 5.0; //макс. допустимое напряжение на аналоговом входе const float x0 = 1.71; //значения по осям при нулевых «g»; const float y0 = 1.69; //эти значения вы должны определить const float z0 = 1.68; //самостоятельно (см.шаг 4) const float sens_x = 0.35; //чувствительность по осям в В/g; const float sens_y = 0.35; //эти значения вы должны определить const float sens_z = 0.35; //самостоятельно (см.шаг 4) void setup() { Serial.begin(9600); //инициализация последовательного порта }void loop() { unsigned int value_x = analogRead(xPin); //считываем значения с акселерометра unsigned int value_y = analogRead(yPin); unsigned int value_z = analogRead(zPin); float Gx=(value_x*Vmax/1024.0 − x0)/sens_x; //определяем ускорения по осям float Gy=(value_y*Vmax/1024.0 − y0)/sens_y; float Gz=(value_z*Vmax/1024.0 − z0)/sens_z; Serial.print(«Gx:\t» + String(Gx)); //выводим ускорения в послед. порт Serial.print(«\t| Gy:\t» + String(Gy)); Serial.println(«\t| Gz:\t» + String(Gz)); float angle_x = atan(sqrt(Gz*Gz + Gy*Gy) / Gx)*180 / PI; //ищем углы поворота float angle_y = atan(sqrt(Gx*Gx + Gz*Gz) / Gy)*180 / PI; float angle_z = atan(sqrt(Gx*Gx + Gy*Gy) / Gz)*180 / PI; Serial.print(«x:\t» + String(round(angle_x))); //выводим углы поворота акселерометра Serial.print(«o\t| y:\t» + String(round(angle_y))); Serial.println(«o\t| z:\t» + String(round(angle_z)) + «o»); Serial.println(); delay(500); }

При выводе в порт Serial.print() символ \t обозначает знак табуляции, чтобы столбцы были ровные, и значения располагались друг под другом. Символ + означает конкатенацию (объединение) нескольких строк. Оператор String() явно указывает компилятору, что численное значение нужно преобразовать в строку. Оператор round() округляет угол с точностью до 1°.

Подключение аналогового акселерометра ADXL335 к Arduino с помощью макетной платы

Итак, мы с вами научились снимать и обрабатывать данные с аналогового акселерометра ADXL335 при помощи Arduino.

Полезный совет

Определите «нулевые» значения напряжений и чувствительности по осям X, Y и Z для вашего датчика с помощью скетча, описанного в разделе «Калибровка аналогового акселерометра ADXL335». Иначе углы и ускорения будут вычисляться со значительными ошибками.

ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Динамический круиз контроль

Источник: https://soltau.ru/index.php/en/arduino/item/350-kak-podklyuchit-akselerometr-k-arduino

Принцип работы акселерометра

акселерометр принцип действия

В современных электронных устройствах и оргтехнике акселерометры получили самое широкое распространение. Хотя, в основном, они применяются в оборонной промышленности. Благодаря этим устройствам появилась возможность ориентировать мобильный телефон в пространстве и с легкостью определять его верх или низ при вращении. Поэтому, для всех электронных приборов и техники, большое значение имеет принцип работы акселерометра, тесно связанный с их внутренним устройством.

Параметры и применение акселерометров

Все акселерометры используются для измерения проекции, связанной с кажущимся ускорением. С его помощью определяется разница абсолютного ускорения со свободным падением того или иного объекта.

Акселерометры классифицируются по своим характеристикам в соответствии с задействованными осями. Поэтому, выделяется от одной до трех осей, которые служат основными компонентами прибора. Чем больше таких осей, тем большее количество координат способен задействовать акселерометр для измерения ускорения.

Эти устройства широко применяются в навигационных системах, особенно в самолетах, вертолетах и других летательных аппаратах. Использование их в компьютерах позволяет предотвратить повреждения и вибрацию жестких дисков.

По принципу акселерометров работают и специальные сенсоры, которые являются частью автомобильных регистраторов, планшетов, коммуникаторов и прочих аналогичных устройств. Эти сенсоры различают повороты, неожиданные остановки, вращения, столкновения и другие действия, связанные со сменой положения.

Таким образом, принцип работы акселерометра позволяет использовать его в современной технике, придавая ей совершенно новые свойства.

Характеристики, влияющие на работу

Нормальная работа акселерометров в значительной степени зависит от их технических характеристик, влияющих на функциональность каждого прибора и сферу его применения.

Основным ключевым параметром является максимальная чувствительность или разрешение, позволяющее фиксировать наименьшие значения изменяющихся величин. Кроме того, показания прибора зависят и от смещения нуля, когда присутствует эффект кажущегося нулевого ускорения.

Функционирование прибора может проявляться в случайном блуждании, связанном с величиной погрешности при среднем отклонении от нулевого смещения.

Эти и другие параметры нужно обязательно учитывать при выборе прибора. Приобретая технику с сенсором, необходимо поинтересоваться всеми ее возможностями. Таким образом, выбранный прибор будет работать надежно, устойчиво и долговечно.

Источник: https://electric-220.ru/news/princip_raboty_akselerometra/2014-04-14-579

Квадрокоптер за 1 день и $120

акселерометр принцип действия
sh: 1: —format=html: not found

Создать квадрокоптер как платформу для летающего робота я планирую уже очень давно. Первые расчеты и заказ деталей я сделал год еще назад.

Однако, делать «просто коптер» чтобы полетать, управляя с пультом или даже в FPV режиме конечной задачей не является. Поэтому коптер должен быть максимально гибким и как можно менее дорогим.

РџРѕ отдельности РІСЃРµ детали для коптера есть, РЅРѕ РёС СЃРѕРїСЂСЏР¶РµРЅРёРµ — дело простое только РІ теории. Нужно быть Рё программистом Рё инженером Рё моделистом — вертолетчиком. Поэтому процесс движется довольно небыстро.

Рђ летать Сочется :) Ничто так РЅРµ расСолаживает Рё РЅРµ демотивирует как отсутствие РІРёРґРёРјС‹С СЂРµР·СѓР»СЊС‚Р°С‚РѕРІ, особенно РєРѕРіРґР° прогресс-то РІСЂРѕРґРµ есть, РЅРѕ РЅРµ наглядный. Да Рё экспериментировать сразу РЅР° большом квадракоптере РґРѕСЂРѕРіРѕ Рё опасно.

Поэтому я решил собрать для экспериментов миникоптер. Как всегда — задача сделать недорого, просто и гибко.

Мой результат — готовый коптер за 1 день (на сборку и запуск) и $120 (стоимость квадрокоптера включая доставку). А с аппаратурой — $145.

РљРѕРјСѓ как, Р° для меня РѕСЃРЅРѕРІРЅРѕР№ преградой РІ коптеростроении всегда была РґРѕСЂРѕРіРѕРІРёР·РЅР° РїСЂРѕРІРµСЂРµРЅРЅС‹С РЅР°Р±РѕСЂРѕРІ деталей (kit), которые можно купить РІ РѕРґРЅРѕРј месте Рё поэкспериментировать.

Ведь собрав коптер, просто так летать надоест очень быстро, если, конечно, вы не авиамоделист, для которого это лишь еще одна забавная моделька.

Самое интересное — добавить коптеру немного (или РјРЅРѕРіРѕ, зависит РѕС‚ умений Рё изобретательности) самостоятельности. РќРѕ РїРѕРєР° поднимешь коптер РІ РІРѕР·РґСѓС РїРѕС‚СЂР°С‚РёС€СЊ столько СЃРёР», что РЅР° самое интересное запал уже начинает угасать.

Да и пока отладишь программу управления — разоришься, ведь каждая ошибка — это почти наверняка падение, а самое дешевое падение — это сломанные пропеллеры. Сейчас покажу, как это преодолеть.

Заказываем детали

На самом деле основной бюджет коптера еще меньше, всего около $100 включая доставку.
�так, обязательные запчасти:

Вот и весь джентльменский набор.

РќРѕ нам понадобится Рё РєРѕРµ-что дополнительно. Возможно, Сѓ вас что-то РёР· этого имеется, поэтому заказывайте то, чего РЅРµ Сватает:

Радиоаппаратура Сѓ меня Turnigy 9x, которую СЏ доработал для использования СЃ LiIon аккумулятором Рё впаял разъем для обновления прошивки аппаратуры (СЏ пользуюсь прошивкой er9x), РЅРѕ ее сейчас очень долго ждать РёР·-Р·Р° ее популярности, поэтому Рё РЅРµ стал ее рекомендовать. Вообще, берите любую, какая есть РІ наличии Рё которая вам нравится СЃ количеством каналов РѕС‚ 4. РЈ меня Mode2 (ручка газа слева), РЅРѕ это РЅРµ принципиально. Если возьмете 6-канальную Hobby King 2.4Ghz 6Ch Tx & Rx V2, РЅРµ забудьте Рє ней шнурок для программирования, С‚.Рє. РЅР° ней самой РЅРёРєР°РєРёС РЅР°СЃС‚СЂРѕРµРє РЅРµ сделать, даже реверсировать каналы. Настраивается только СЃ РџРљ. РЇ покупал РЅР° HobbyKing только потому, что абсолютно РІСЃРµ, что нам понадобится можно заказать там, РЅРѕ РІС‹ можете брать РЅР° rctimer.com или РІ любом РґСЂСѓРіРѕРј месте. Если будете брать РЅР° HK, заказывайте сразу РІРЅРёР·Сѓ нужные combo детали — так будет дешевле, чем набирать РёС РїРѕ отдельности.

З�П:

Нам понадобятся еще винтики Рњ2С10 или Рњ3С10 (РёС РїСЂРѕС‰Рµ достать РІ магазине, РЅРѕ придется чуть-чуть рассверлить отверстия РІ креплении моторов, это несложно). Аккумуляторов берите РїРѕ возможности Сотя Р±С‹ пару. Если нет зарядки для LiPo аккумуляторов, тоже берите, это разовое вложение, пригодится. Пропеллеров берите побольше. РќРµ смотрите, что РёС РїРѕ 5 штук РІ пакете. РЇ РІ первый день сломал 4 штуки, РїРѕРєР° настраивал Рё обнаружил глюк РІ прошивке. :) Это расСодный материал, особенно РІ тесной комнате как Сѓ меня. Запасные моторы тоже, наверное РЅРµ помешают, РЅРѕ это позднее, сразу РІС‹ РёС РІСЂСЏРґ ли сломаете. Понадобится также паяльник, немного РїСЂРёРїРѕСЏ Рё флюса, термоусадочная трубка диаметром 2 Рё 5 РјРј или изолента, резинка для денег или РѕС‚ трусов для крепления аккумулятора :) Как только определились что Сѓ нас есть, Р° что заказываем Рё РІ каком количестве, заказываем Рё СЃРїРѕРєРѕР№РЅРѕ ждем недельки три (РЅСѓ это как повезет СЃ почтой).

Собираем наш квадрик

Источник: http://volamar.ru/subject/03kolibri/view_post.php?cat=1&id=7

Прибор акселерометр. Акселерометр — что это такое и зачем нужен? Как работает акселерометр, принцип его строения

(разность между абсолютным ускорением объекта и гравитационным ускорением, точнее ускорением свободного падения). Существуют трёхкомпонентные (трёхосевые) акселерометры, которые позволяют измерять ускорение сразу по трём осям.

Некоторые акселерометры также имеют встроенные системы сбора и обработки данных. Это позволяет создавать завершённые системы для измерения ускорения и вибрации со всеми необходимыми элементами.

Применение

Акселерометр может применяться как для измерения проекций абсолютного линейного ускорения, так и для косвенных измерений проекции гравитационного ускорения. Последнее свойство используется для создания инерциальных навигационных систем , где полученные с их помощью измерения интегрируют, получая инерциальную скорость и координаты носителя, при регистрации амплитуд выше собственной резонансной частоты можно измерять непосредственно собственную скорость акселерометра.

Электронные В устройствах управления игровых приставок акселерометр совместно с гироскопом используются для управления в играх без использования кнопок — путем поворотов в пространстве, встряхиваний и т. д. Например, в контролерах Wii Remote и Playstation Move присутствует акселерометр.

Акселерометры используют в жестких дисках для активации механизма защиты от повреждений, полученных в результате ударов, встрясок и падений. Акселерометр реагирует на внезапное изменение положения устройства и паркует головки жесткого диска, что позволяет предотвратить повреждение диска и потерю данных. Такая технология защиты используется в основном в ноутбуках , нетбуках и на внешних накопителях.

Акселерометр в промышленной вибродиагностике является вибропреобразователем, измеряющим виброускорение в системах неразрушающего контроля и защиты.

ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Адаптивный круиз контроль

Параметры

Основными параметрами акселерометра являются

  • Пороговая чувствительность (разрешение) — величина минимального изменения кажущегося ускорения, которое способен определить прибор.
  • Смещение нуля — показания прибора при нулевом кажущемся ускорении.
  • Случайное блуждание — среднеквадратичное отклонение от смещения нуля.
  • Нелинейность — изменения зависимости между выходным сигналом и кажущимся ускорением при изменении кажущегося ускорения.

Ссылки

  • Использование аналогового акселерометра как инклинометра

Wikimedia Foundation. 2010.

Синонимы:

Смотреть что такое «Акселерометр» в других словарях:

    Акселерометр Орфографический словарь-справочник- (от лат. accelero ускоряю иметр) прибор для измерения ускорений (перегрузок) летательных аппаратов и др Большой Энциклопедический словарьАКСЕЛЕРОМЕТР, устройство, используемое для измерения ускорения. Простейшим примером может служить свинцовая гиря, подвешенная к предмету, падающему с ускорением угол ее отклонения от вертикали пропорционален ускорению. Более сложное устройство, Научно-технический энциклопедический словарь- (от латинского accelero ускоряю и греческого metreo измеряю) прибор для измерения ускорений подвижных объектов. А. широко применяют на летательных аппаратах. Принцип действия А. основан на использовании законов инерции. Различают А. для измерения Энциклопедия техникиСущ., кол во синонимов: 5 акселерограф (3) акцелерометр (1) гироакселерометр Словарь синонимов — (от лат. accelero ускоряю иметр), прибор для измерения ускорений (перегрузок) летательных аппаратов и др. * * * АКСЕЛЕРОМЕТР АКСЕЛЕРОМЕТР (от лат. accelero ускоряю и греч. metron мера, metreo измеряю), прибор для измерения ускорений Энциклопедический словарь- (лат. accelerare ускорять + метр) прибор для измерения ускорений (перегрузок), возникающих на самолетах, космических летательных аппаратах, ракетах и других движущихся объектах, а также прв испытаниях машин, двигателей в т. д. Новый словарь Словарь иностранных слов русского языка

Функциональные возможности современных смартфонов и планшетов позволяют использовать массу развлекательных приложений и игр, которые ничем не уступают компьютерным аналогам. Для работы некоторых приложений и игр требуется датчик измерения пространственного положения мобильного устройства, который называется акселерометр.

На сегодняшний день акселерометр стал неотъемлемой частью смартфонов и планшетов, а впервые он был установлен в мобильный телефон Nokia 5500. Благодаря наличию акселерометра этот телефон можно было использовать как шагомер. Однако наличие этой функции в мобильном телефоне привлекала только любителей утренних пробежек, а пика популярности акселерометры достигли только после выхода Apple iPhone.

Сегодня уже невозможно представить «продвинутую» , в которой управление не было бы реализовано наклоном телефона или планшета. Акселерометр значительно облегчает процесс управления различными играми на мобильных устройствах.

Благодаря ему, пользователь имеет возможность воздействовать на процесс игры путем перемещения девайса в то или иное положение относительно двух плоскостей.

Например, с помощью акселерометра можно управлять гоночной машиной просто поворачивая мобильный телефон или планшет вправо или влево.

Акселерометр — это прибор, измеряющий ускорение объекта при каком-либо перемещении. Сфера применения акселерометра чрезвычайно широка. Она охватывает не только мобильные телефоны и планшеты, но и ноутбуки, видеорегистраторы, автомобили и самолеты. Например, в ноутбуках акселерометр предотвращает повреждение жесткого диска и потерю данных при падении.

Исходя их вышеизложенного, можно сделать вывод. Встроенный в смартфон или планшет акселерометр нужен для выполнения следующих :

1. Во время пробежек смартфоны и планшеты с акселерометром вы можете использовать как шагомер. Осуществляя контроль за количеством пройденных шагов за определенный отрезок времени, вы сможете улучшить результаты тренировок и оказать влияние на ход спортивных занятий.

2. Акселерометр упраздняет процесс управления игрой, благодаря ответному воздействию мобильного устройства на смену его положения. Развороты экрана помогают геймеру получить максимум удовольствия от игры.

3. Благодаря наличию акселерометра воссоздается определенное на данный момент положение мобильника в пространстве. Например, если вы решили использовать телефон лежа на спине, то датчик пространственного положения перевернет интерфейс девайса, облегчая комфортность восприятия отображаемой на дисплеи информации. Просмотр видео станет более привлекательным, если экран мобильного устройства будет развернут в положении альбомного формата.

Однако у каждого владельца мобильного телефона и планшета, которые используют устройства исключительно для общения, чтения и набора текстов, просмотра фотографий, возникает желание отключить функцию движения, так как при малейшем изменении положения девайса изображение на экране начинает «прыгать» и приходиться его «ловить». Чтобы отключить акселерометр необходимо зайти в пункт «Настройки», отключить функцию «Автоповорот» и в разделе «Приложения» задать необходимое положение экрана.

Для тех, кто не обнаружил акселерометра в своем мобильном устройстве, бесполезно пытаться установить его с помощью какого- то программного обеспечения. Никакая прошивка не сможет добавить эту функцию в мобильное устройство, если самого датчика в нем нет.

Другое дело, если при сбоях работы акселерометра нарушается управление, что особенно неприятно во время игр. Например, если вы играете в гонки и держите планшет абсолютно горизонтально, а управляемый вами автомобиль все время уходит в сторону, то это признак того, что акселерометр планшета необходимо откалибровать.

Чтобы откалибровать акселерометр, необходимо произвести следующие простые действия:

Источник: https://thetarif.ru/megaphone/pribor-akselerometr-akselerometr-chto-eto-takoe-i-zachem-nuzhen-kak.html

Методы и средства измерения ускорений

Ускорения измеряются в метpax на секунду в квадрате (м/с2). В качестве единицы измерения ускорения часто применяют величину, связанную с ускорением земного притяжения — g. Например, ускорение, равное 0,1g; l0g и т.д. Ускорения могут быть линейными и угловыми. Средства измерения ускорений называются акселерометрами.

Инерциальный метод

Для измерения линейных ускорений применяются инерциальный метод, метод дифференцирования скорости и метод двухкратного дифференцирования расстояния до неподвижной базы.

Рис. 8.33.

Средства измерения ускорений: а — схема акселерометра (1 — инерционная масса; 2 — пружина; 3 — электромагнит; 4 — корпус прибора; 5- демпфер; 6 — преобразователь; 7- ось; У- усилитель); б — схема маятникового акселерометра (1 — подвеска; 2 — жидкость; 3 — корпус; 4 — чувствительный элемент; 5 — преобразователь; У- усилитель); в — схема струнного акселерометра (7 и 5- струнный преобразователь; 2 и 4- струна; 3 — упругий подвес; 6- генератор; 7 — механизм натяжения струн; 8- регулирующее устройство); г — схема акселерометра с волоконно-оптическим преобразователем (1 — источник света; 2 — акселерометр; 3 и 8 — линза; 4 — поляризатор; 5 упрутий материал; 6 — четвертьволновая пластина; 7 — анализатор; 9 — волоконный светопровод; 10 — приемник излучения диод)

Инерциальный метод основан на измерении силы, развиваемой инерционной массой при ее движении с ускорением. Принцип действия средств измерений, реализующий инерциальный метод, состоит в следующем (рис. 8.33, а).

Инерционная масса 7, связанная с корпусом прибора 4 с помощью пружины 2 и демпфера 5, может перемещаться в направлении оси 7, называемой осью чувствительности.

Перемещение инерционной массы, пропорциональное измеряемому ускорению, преобразуется посредством резистивных, индуктивных или емкостных преобразователей 6 в электрический сигнал, который после усиления в усилителе поступает на электромагнит 3. Последний создает усилие F, уравновешивающее инерционную силу тах, т.е.

F = mах,

где ах — ускорение.

Методы дифференцирования

Методы одно- или двухкратного дифференцирования сводятся соответственно к дифференцированию измеренных скорости или расстояния до неподвижной базы.

Требования к точности измерения ускорений определяются областью применения. Так, в инерциальных системах погрешности не должны превышать ±0,001 %. При применении акселерометров в системах управления погрешности могут составлять ±(1 2) %. Погрешности средств измерения ускорений в машинах могут достигать ±4 %.

Акселерометры

Рассмотрим некоторые возможные схемы акселерометров (рис. 8.33, б, в, г).

ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Lada xray круиз контроль

Основными элементами акселерометров являются подвесы инерционных масс, преобразователи сигналов, моментные (силовые) устройства, усилители сигналов и корректирующие устройства (демпферы).

Для уменьшения потерь в осях подвеса, обеспечения линейной зависимости между отклонениями массы и измеряемым ускорением подвес помещают в жидкость с удельным весом, равным удельному весу чувствительного элемента, либо устанавливают его на воздушной подушке, на струнах. Применяют также электромагнитные и криогенные подвесы.

В качестве преобразователей сигналов применяются емкостные, индуктивные, фотоэлектрические, струнные и др. Основные требования к ним: большая разрешающая способность, линейная зависимость выхода от входа, отсутствие реакции преобразователя на чувствительный элемент.

Моментными (силовыми) устройствами для ввода сигналов обратной связи являются моментные двигатели (электродвигатели, работающие в заторможенном режиме) и электромагниты.

Маятниковый аеселерометр

В маятниковых акселерометрах (см. рис. 8.33, б) чувствительный элемент 4 находится в жидкости 2, заключенной в корпусе 3. Температура жидкости поддерживается с точностью до 0,01 «С, что позволяет устранить ее конвективные движения. Сигнал с чувствительного элемента снимается преобразователем 5 и подается на усилитель У. С выхода усилителя сигнал поступает на моментный двигатель, развивающий момент, зависящий от ускорения.

Струнный акселерометр

В акселерометрах со струнными преобразователями 1 и 5 (см. рис. 8.33, в) смещение массы т меняет упругие свойства струн 2 и 4. натянутых в направлении оси чувствительности. Упругий подвес 3 исключает движение массы т в поперечном направлении.

Сумма частот колебаний струн 2 и 4 (f1 +f2) поддерживается постоянной посредством регулирующего устройства 8, для чего она сравнивается с эталонной частотой f0, вырабатываемой генератором 6. Разность Δf = (f1 +f2)-fo используется для управления механизмом 7 натяжения струн.

При поддержании значения (f1 +f2) постоянным получается линейная зависимость между измеряемым ускорением ах и разностью частот Δf.

Струнные акселерометры находят применение в инерциальных системах управления. При диапазоне измерения ускорений до 20 g погрешность не превышает ±0,004 %.

Акселерометр с преобразователем

Акселерометр с волоконно-оптическим измерительным преобразователем основан на эффекте фотоупругости. Некоторые материалы (эпоксидная смола, нитрат лития и др.) меняют свои оптические свойства при их деформировании. На этой основе создан целый ряд средств измерения, в которых сила преобразуется в деформацию. На рис. 8.

33, г источник света 1 (например, полупроводниковый лазер), проходя через линзу 3 и поляризатор 4, поступает на стержень из фотоупругого материала 5, изменяющий свое напряженное состояние в зависимости от ускорения груза акселерометра 2. Преобразуя полученный сигнал с помощью четвертьволновой пластины 6, анализатора 7 и линзы 8, он поступает по волоконному светопроводу 9 на приемник излучения (фотодиод) 10.

В результате определяется величина ускорения с достаточно высокой точностью. Так, при массе груза 25 г чувствительность рассмотренного акселерометра составляет 0,01g.

Похожие материалы

Источник: https://www.metalcutting.ru/content/metody-i-sredstva-izmereniya-uskoreniy

Акселерометр: что это и как он работает в современной технике?

Если рассматривать акселерометр, что это, станет понятно, когда будет определена его сфера применения. Она охватывает ноутбуки, мобильные телефоны, разнообразные игровые устройства, а также автомобили. Само предназначение этого приспособления заключается в измерении кажущегося ускорения.

Сфера применения

Датчик акселерометр в мобильном телефоне используется для множества целей. К примеру, для смены ориентации экрана. Либо при выполнении определенных функций при встряхивании девайса. Не стоит забывать и об играх, так как сейчас именно они берут на себя основную сферу применения акселерометров. Эти датчики имеются в разнообразных контроллерах игровых консолей, используются они и в шлеме виртуальной реальности от Sony.

Если рассматривать акселерометр, что это, то стоит сказать о его особом значении в ноутбуках, точнее в жестких дисках, установленных там. Все знают о чрезвычайной хрупкости винчестеров, а в случае с лэптопами вероятность их повреждения становится в разы выше.

При падении ноутбука акселерометр фиксирует резкое изменение ускорения, после чего отдает команду на парковку головки винчестера, что позволяет предотвратить не только повреждение устройства, но и потерю данных.

Альтернативные сферы применения

Аналогичный принцип используется в автомобильном видеорегистраторе. В моменты резкого торможения, перестроения и ускорения транспортного средства на видеозаписи остается специальный маркер, защищающий ее от стирания и перезаписи, благодаря чему существенно облегчается разбор ДТП в дальнейшем.

Если рассматривать акселерометр, что это такое и где он используется, то стоит сказать, что наиболее перспективным рынком для этих приспособлений является автомобильный. В игровых консолях и мобильных телефонах он используется исключительно в развлекательных целях, а вот в автомобилях на их работе основываются все системы безопасности.

Датчик акселерометр обеспечивает работу систем развертывания подушек безопасности, АБС, адаптивного круиз-контроля, системы стабилизации, адаптивной подвески и прочих важных систем.

Если учесть, что внимание производителей автомобилей на данный момент больше всего направлено в сторону обеспечения безопасности, то сфер применения акселерометров будет становиться все больше и больше.

Идеи

При том что рамки использования акселерометров определены достаточно четко, разработчики все еще думают над тем, в каких еще целях применимы эти устройства. К примеру, было предложено использовать в качестве датчика землетрясений акселерометр в смартфоне. Что это, станет понятно, если рассмотреть устройство более подробно.

В результате экспериментов стало понятно, что акселерометр способен улавливать сильные толчки более пяти балов по шкале Рихтера, однако он должен находиться вблизи эпицентра землетрясения.

Конечно, такой результат сложно назвать впечатляющим, однако ученые убеждены в том, что точность приспособлений со временем будет только расти, что позволит в будущем им определять землетрясения меньшей силы.

Применение новых возможностей

В связи со всем сказанным ранее остается только один вопрос: зачем телефонному акселерометру измерять силу толчков, если уже существует датчик землетрясений? Ученые решили создать в будущем сеть из смартфонов в сейсмически активных районах.

Теория такова, что все сигналы с этих устройств будут поступать при землетрясении в аналитический центр, благодаря чему можно будет определить районы, больше всего пострадавшие от стихии, чтобы координировать спасательные операции более эффективно.

Идея не просто очень интересная, а довольно востребованная в некоторых уголках планеты, но сейчас пока еще сложно представить ее реализацию на практике.

Устройство

Если рассматривать акселерометр, что это, станет понятно после изучения его конструкции. В зависимости от архитектуры на данный момент существует несколько типов устройств. Работа акселерометра вполне может базироваться на конденсаторном принципе.

В такой системе подвижная часть выполнена в виде обычного грузика, смещаемого в зависимости от того, в какую сторону наклонено устройство. По мере его смещения происходит изменение емкости конденсатора, а конкретнее, напряжения.

Эти данные позволяют получить смещение грузика, а вместе с ним и искомое ускорение. Именно так и работает акселерометр гироскоп.

Наиболее распространенным типом являются пьезоэлектрические системы. В их основе лежит грузик, воздействующий под давлением на пьезокристалл. В ответ на это он вырабатывает электрический ток, благодаря чему можно рассчитать искомое ускорение, если известны параметры всей системы.

Акселерометры представлены еще в одном варианте, который в корне отличен от описанных выше. Их называют термальными. В их архитектуре предусмотрено использование воздушного пузырька. Ускорение приводит к его отклонению от начального положения, что фиксируют специальные датчики. Величину ускорения можно рассчитать, если знать, на сколько воздушный пузырек сместился при движении.

Акселерометр: что это?

В планшете и смартфоне этот датчик используется чаще всего для реакции устройства на поворот и иные манипуляции. Это позволяет экрану тоже поворачиваться. В играх акселерометры тоже используются весьма активно, ведь управление в данном случае осуществляется посредством наклонов смартфона или планшета.

Источник: https://FB.ru/article/144420/akselerometr-chto-eto-i-kak-on-rabotaet-v-sovremennoy-tehnike

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Системы навигации и позиционирования
Что такое географическая широта и долгота

Закрыть