Akcelerometr je snímač , který po připojení k mobilní nebo jiného předmětu, umožňuje měřit lineární bez gravitačního zrychlení ve druhé. Mluvíme o akcelerometru, i když ve skutečnosti jsou to 3 akcelerometry, které počítají lineární zrychlení podle 3 ortogonálních os.
Na druhou stranu, když se snažíme detekovat rotaci nebo úhlovou rychlost, mluvíme o gyrometru . Obecněji řečeno, o setrvačné jednotce mluvíme, když se snažíme změřit všech 6 zrychlení.
Přestože je lineární zrychlení definováno v m / s 2 ( SI ), většina dokumentace k těmto senzorům vyjadřuje zrychlení „g“ (přibližně 9,81 m / s 2 ) (např. Zrychlení způsobené zemskou gravitací. ).
Akcelerometr může být schématizován systémem hmotnostní pružiny . Uvažujme o tomto diagramu naproti: v rovnováze bude poloha x hmotnosti m referencí, tedy x = 0. Pokud podpora podstoupí vertikální zrychlení, nahoru, nastanou dvě věci: tato podpora se bude pohybovat na jedné straně nahoru a kvůli setrvačnosti hmoty m bude mít tato tendenci zůstat ve své výchozí poloze a tlačit na pružinu na druhou stranu komprimovat. Hodnota x bude tím větší, čím větší bude zrychlení aplikované na podporu.
Můžeme ukázat použití základního principu dynamiky pro neutlumený systém (a uvažováním systému vodorovně, abychom nezohledňovali hmotnost) :, se zrychlením hmotnosti m a x polohou podpory ( s ohledem na galilejský referenční rámec ).
Je zřejmé, že toto zrychlení je úměrné x . Pouhým měřením posunutí hmotnosti m vzhledem k jeho podpoře můžeme znát zrychlení, kterému druhá hmota prošla.
Princip většiny akcelerometrů je založen na základním zákonu dynamiky :
F = m as
Přesněji řečeno, sestává z rovnosti mezi setrvačnou silou seismické hmotnosti snímače a obnovovací silou aplikovanou na tuto hmotnost. Existují dvě hlavní skupiny akcelerometrů: non-servo akcelerometry a servo akcelerometry.
U snímačů typu non-slave (otevřená smyčka) se zrychlení měří pomocí jeho „přímého“ obrazu: posunutí seismické hmotnosti (silová hmotnost nebo dokonce zkušební hmotnost) senzoru, aby se dosáhlo rovnosti mezi obnovovací silou a jeho silou setrvačnost.
Na trhu jsou k dispozici neservo akcelerometry, které najdete přímo na trhu:
Podobně existují i ty, které nejsou uváděny na trh, například:
Některé krystaly ( křemen , Seignetteova sůl ) a určitá keramika mají tu vlastnost, že jsou elektricky nabité, když jsou vystaveny deformaci. Naopak jsou deformovány, pokud jsou elektricky nabité, jev je reverzibilní. Krystaly se nabíjejí na dvou čelních plochách s opačnými náboji, když jsou vystaveny síle vyvíjené mezi těmito dvěma plochami. Metalizace povrchů umožňuje sbírat elektrické napětí, které lze použít v obvodu.
U servomotorů akcelerometrů se zrychlení měří na výstupu zpětnovazební smyčky (servořízení) obsahující korektor typu PI (Integral Proportional: typ korektoru zlepšujícího přesnost). Senzor detekce posunu (typ bez servořízení) umožňuje okamžité měření zrychlení. Je to vstupní hodnota naší servo smyčky. Na výstupu z této smyčky se zrychlení získá čtením energie potřebné pro obnovovací sílu umožňující návrat seismické hmoty do její počáteční polohy.
V inerciálních jednotkách je tento typ technologie obecně upřednostňován pro použití v navádění , které se obecně používá v letectví nebo v astronautice . Ve skutečnosti mají mobily určitou hmotnost a jejich těžiště je vystaveno vibracím s relativně nízkou frekvencí, řádově od 0 do 10 Hz . To tedy umožňuje použití čidel řízených servomotorem.
Ty jsou klasifikovány podle jejich obnovovací síly, která může být elektromagnetického nebo elektrostatického typu. Nebo v závislosti na jejich typu detekce, která může být kapacitní, indukční nebo optická.
V roce 2018 představila Imperial College London kvantový akcelerometr . Systém je založen na měření vlastností kvantových vln dodávaných atomy během zrychlení, což umožňuje odvodit posunutí, a tedy i polohu, s ohledem na čas. Provoz je podobný jako u konvenčních akcelerometrů, ale je mnohem citlivější a přesnější.
Systém používá lasery k ochlazení atomů na extrémně nízké teploty, což vyžaduje prostor.
Kromě klasických charakteristik senzorů lze akcelerometr charakterizovat následujícími údaji:
Všechny tyto vlastnosti interagují a charakterizují princip, technologii nebo výrobní proces.
Aplikace tohoto snímače jsou velmi rozmanité:
Nicméně jsou obecně rozděleny do tří širokých kategorií:
Rázy jsou zrychlení s velmi silnou amplitudou. Například předmět, který spadne z výšky 20 cm na ocelový plech o tloušťce 5 cm, je při nárazu vystaven zrychlení 8000 g a na notebooku o tloušťce 50 stránek je vystaven zrychlení pouze 90 g .
Jedná se o velmi krátká zrychlení, a proto vyžadují snímač šířky pásma obvykle v rozmezí od 0 do 100 kHz .
Přesnost požadovaná pro tato měření je řádově 1% měřicí stupnice snímače .
Senzory běžně spojené s tímto typem aplikace jsou nekontrolované akcelerometry posunutí a přesněji:
Příklady:
Vibrační zrychlení se považují za zrychlení průměrné úrovně (obvykle kolem sto g). Vyžadují snímač se šířkou pásma až 10 kHz a přesností přibližně 1% měřicí stupnice snímače.
Použité akcelerometry typu non-slave jsou:
Příklady:
Mobilní zrychlení je nízké. Například maximální zrychlení přijaté pro „ Rafale “ je 9 g . Tato zrychlení nepřesahují několik desítek hertzů. Na druhou stranu může být důležitá požadovaná přesnost. Pohybuje se od 0,01% do 2% měřicí stupnice snímače.
Použité akcelerometry jsou:
Příklad:
Od vývojové fáze akcelerometrů MEMS , od roku 1975 do roku 1985, akcelerometr zaznamenal „rozmach“ v jeho používání. Ve skutečnosti šla z 24 milionů tržeb v roce 1996 na 90 milionů v roce 2002. Pokud jde o cenu, u MEMS se stále snižuje . S nedávným příchodem akcelerometrů NEMS je tato všudypřítomnost akcelerometru v různých „spotřebitelských“ produktech stále aktuální.
Inerciální jednotky se 6 zrychleními, stejně jako u iPhone 4, spotřebovávají více energie a jsou často méně citlivé než jednotka snížená na 3 lineární akcelerometry pouze jako u mnoha mobilních telefonů, včetně iPhone 3GS , nebo dokonce 2 pro jednu. Herní konzole jako WII , nebo dokonce jediná dimenze pro zastavení pevného disku v případě pádu přenosného počítače ( ThinkPad ).
U sportovních hodinek:
Pro měření sportovního nebo každodenního gesta:
Ve fotoaparátech a fotoaparátech:
V ultra-přenosném, PDA atd. :
Prostřednictvím mobilu:
Ve videohrách:
V telefonii: Vzhledem ke sbližování technologií se akcelerometry používají ke kombinování většiny výše popsaných funkcí.
V dopravních prostředcích: