Акселерометры используются для измерения статического ускорения силы тяжести, позволяющего определить угол отклонения исследуемого объекта от вертикального направления, а также для измерения динамического ускорения, вызванного ударом, движением, столкновением или вибрацией (т.е. низкой и низкочастотной вибрацией с десятками амплитуд).
Как работает акселерометр при измерении вибрации? Акселерометр производит измерения непосредственно на вибрирующем объекте, преобразуя энергию вибрации в электрический сигнал, пропорциональный мгновенному ускорению объекта.Действие акселерометра? Измерение вибрации обычно используется для диагностики рабочего состояния машин, оборудования или конструкций, подверженных высоким нагрузкам, таких как стальные мачты, мосты или строительные конструкции. Акселерометры также используются для защиты жестких дисков от повреждений, а также в медицинском и спортивном оборудовании, фотоаппаратах и видеокамерах, смартфонах, пультах дистанционного управления, контроллерах и навигационных системах.
Что такое акселерометр? Это не что иное, как датчик ускорения, который измеряет собственное движение в пространстве. Существует три основных типа акселерометров, которые более подробно описаны далее в этой статье.
Как работает кварцевый акселерометр
Принцип работы акселерометра не слишком сложен. Он измеряет ускорение в единицах g и может быть измерен в одной, двух или трех плоскостях. В настоящее время наиболее часто используется 3-осевой акселерометр, структура которого состоит из трех акселерометров, каждый из которых измеряет ускорение в разных направлениях в плоскостях X, Y и Z.
Если ускорение в какой-либо плоскости действует в направлении, противоположном тому, на которое указывает датчик, акселерометр будет измерять ускорение в отрицательных значениях. В противном случае ускорение измеряется как положительное значение.
Если на акселерометр не воздействует какое-либо внешнее ускорение, устройство будет измерять только ускорение относительно Земли, то есть силу тяжести. Предполагая, что 3-осевой акселерометр расположен таким образом, что датчик по оси X направлен влево, датчик по оси Y направлен вниз, а датчик по оси z направлен вперед и на него не воздействует никакая сила, акселерометр выдаст следующие значения: X = 0 г, Y = 1 г и Z = 0 г. Если тот же акселерометр повернуть влево, его показания покажут: X = 1 g, Y = 0 g, Z = 0 g. Аналогично, при наклоне вправо плоскость x покажет значение X = -1 g. Заданная корреляция измерений акселерометра реализуется системным алгоритмом, который отслеживает работу акселерометра.
В инерциальной навигационной системе измерение ускорения осуществляется акселерометром. Ускорение - это физическая величина, используемая для отражения изменения скорости объекта в процессе движения. Оно не может быть измерено напрямую. Обычно оно измеряется косвенно с помощью чего-то, что может быть измерено напрямую, например, времени или перемещения. Современные датчики ускорения (акселерометры) используют косвенные измерения и баланс силы для определения ускорения объекта. Принцип работы акселерометра основан на втором законе движения Ньютона: ускорение объекта зависит от двух переменных - суммарной силы, действующей на объект, и массы объекта.
Таким образом, выходные данные датчика ускорения отражают суммарную силу чувствительных весов в датчике во всем пространстве, в основном, включая силу инерции и силу тяжести. Когда объект перемещается в пространстве, датчик может получать данные об ускорении объекта в режиме реального времени. Мгновенная скорость объекта может быть получена путем однократного интегрирования ускорения, а относительное положение объекта может быть получено путем однократного интегрирования скорости. Используя эти три параметра, можно описать траекторию движения объекта.
Кварцевый гибкий акселерометр и состояние его разработки являясь разновидностью маятникового акселерометра с силовой обратной связью, кварцевый гибкий акселерометр разработан на основе жидкостного плавающего маятникового акселерометра. Основное различие между ними заключается в том, что качество обнаружения кварцевого гибкого акселерометра не плавает, а упруго соединено с гибкой балочной опорой, создавая упругий момент. Таким образом, этот тип акселерометра обладает более высокой точностью, высокой защитой от помех, большим диапазоном измерений и высокой перегрузочной способностью. Характеристики гибкого материала напрямую влияют на работу акселерометра. В качестве гибкого маятника можно использовать два вида материалов: металл и кварц. Традиционный жидкостный маятниковый акселерометр с плавающим маятником использует металлические материалы, в то время как коэффициент теплового расширения кварца намного меньше, чем у стали, а характеристики материала лучше, чем у металла. Кроме того, кварц обладает высокой усталостной прочностью и малым гистерезисом, поэтому он очень подходит для использования в качестве маятника акселерометра.Как только появился кварцевый гибкий акселерометр, он быстро заменил жидкостный плавающий акселерометр и стал незаменимым ключевым устройством в инерциальной системе навигации и наведения.
В настоящее время кварцевый гибкий акселерометр широко используется для измерения различных линейных ускорений и виброускорений, а также для измерения скорости, расстояния, угловой скорости, углового перемещения и других параметров. Он успешно используется в военных и гражданских областях, таких как спутниковые системы измерения микрогравитации, высокоточные инерциальные навигационные системы, измерение горных пород и грунта в скважинах и бурение нефтяных скважин, непрерывные инклинометрические системы, ракеты-носители, баллистические ракеты и космические аппараты.