Акселерометр

Акселерометр, простым языком – это прибор для измерения ускорения. (В телефоне акселерометр - это датчик, который определяет угол наклона электронного устройства по отношению к поверхности земли). В простейшем исполнении он представляет собой грузик, закрепленный на упругом подвесе. В свою очередь, отклонение массы от первоначального её положения при наличии ускорения несёт информацию о величине этого ускорения.

Как видно на рисунке, есть некоторый грузик, который закреплён на пружине, а также демпфер, который служит для подавления колебаний груза. Чем больше кажущееся ускорение, тем сильнее деформируется пружина, изменяя показания прибора.

По закону Гука из школьной программы физики можно с легкостью найти ускорение системы:

где k -коэффициент упругости пружины, x – ее растяжение и m – масса груза.

Типичный акселерометр состоит из трех взаимно перпендикулярных измерительных осей, регистрирующих на гравитационное и линейные ускорения. Акселерометр использует для каждой оси отдельную пробную массу, которая смещается при возникновении ускорения вдоль данной оси (фиксируются емкостными датчиками).

Акселерометр бывает:

• Механическим.
• Электронным.
• Пьезоэлектрическим.
• Термальным.

Механический акселерометр является самой простой и полностью соответствует классической конструкции, которая была придумана изначально. У нее подвешенный груз закрепляется на эластичном подвесе. При изменении положения корпуса прибора под воздействием инерции подвешенное тело компенсирует перекос, тем самым воздействия на пружину, на которой оно крепится. В результате специальный механизм определяет подобные колебания и переводит их в показатель линейного ускорения.

Электронные предусматривают совмещение механических частей прибора с датчиками. Они позволяют осуществить более точное и быстрое измерение параметров перемещения положения закрепленной массы. Подобные устройства в разы более компактные, и внешне могут представлять собой миниатюрный чип для микросхемы.

Формула емкости

При изменении ускорения, масса изменяет расстояние между обкладками конденсатора. Из простейшей формулы емкости конденсатора следует, что при изменении d расстояния между обкладками емкость конденсатора будет также изменяться. Широкое применение данный метод получил, благодаря развитию МЭМС (MEMS)– микроэлектромеханических систем.

МЭМС технологии позволяют создавать конденсаторы с подвижными обкладками на кремниевой подложке, что существенно уменьшает размер устройства, и что не маловажно – его стоимость.

Пьезоэлектрические имеют внутри твердый стержень, который постоянно находится под давлением и воздействует на пьезокристалл. В результате вибрации осуществляется выработка электрического тока. Измеряя параметры напряжения, проводится определение фактических показателей ускорения.

Термальные имеют в своей конструкции миниатюрный пузырек воздуха. При ускорении он отклоняется от своего положения, что фиксируется чувствительными датчиками.

Область применения:

• В телефонах и планшетах
• В фитнес-браслетах
• В сфере автомобилестроения
• Применение в сфере строительства
• Установка для сохранения данных на жестком диске

Винчестеры ноутбуков, нетбуков, а также съемные жесткие диски зачастую имеют в своей конструкции акселерометр. Задача такого датчика заключается, в случае падения компьютера, подать предупредительный сигнал на жесткий диск.  Тот является командой для остановки головок винчестера. Это позволяет предотвратить серьезные повреждения диска и сохранить записанные на нем данные

• Использование в летательных аппаратах

Также акселерометр можно встретить в конструкции беспилотных устройств. Благодаря работе датчика осуществляется контроль плоскости движения аппарата. Это существенно облегчает дистанционное управление, особенно если прибор находится вне предела зоны видимости. Наличие акселерометра позволяет избежать неправильного направления движения аппарата, а также дает ему возможность автоматически вернуться к точке запуска, если управление было потеряно или была нажата соответствующая кнопка.

• И тд.