Меню

Датчик акселерометра что это: Что такое акселерометр в смартфоне

Содержание

Для чего нужен акселерометр в смартфоне

Большинство современных смартфонов оснащается акселерометром. Однако не все знают, что это такое и зачем акселерометр устанавливают в телефон.


Акселерометр для смартфона

Большинство современных смартфонов оснащается акселерометром. Однако не все знают, что это такое и зачем акселерометр устанавливают в телефон.

Акселерометр или G-сенсор – это датчик, определяющий угол наклона электронного устройства по отношению к земной поверхности. На основании данных от датчика программное обеспечение понимает положение смартфона, и поворачивает изображение на дисплее. Иными словами, именно акселерометр способствует автоматическому повороту экрана в альбомную ориентацию при повороте телефона.

Также этот датчик фиксирует ускорение перемещения устройства в пространстве, одновременно сопоставив три пространственные координаты. Можно сказать, что сенсор измеряет разницу между проекциями абсолютного и гравитационного ускорения.


На сегодняшний день акселерометры устанавливаются во многих смартфоны. Ведь именно этот сенсор дает возможность пользоваться такими приложениями, как шагомер, или менять положение экрана автоматически с учетом положения самого гаджета. В рамках игры G-сенсор позволяет осуществлять управление без кнопок.

Зачем нужен G-сенсор в смартфоне?

Как мы уже говорили выше, в мобильных телефонах нового поколения акселерометры используются очень часто. Этот сенсор позволяет устанавливать и использовать различные приложения. Если датчика в смартфоне нет, его функциональные возможности значительно сокращаются.

Акселерометр в смартфоне позволяет использовать:

  1. Шагомеры или другие подобные сервисы. Благодаря возможности измерять положение устройства в пространстве, а также его ускорение, сенсор обеспечивает корректную работу шагомера. Это незаменимый помощник для поклонников пробежек или прогулок.

    Нет необходимости покупать отдельный фитнес-трекер, поскольку в телефон можно установить приложение и использовать его в конкретных целях.


  2. Игры. Благодаря G-сенсору процесс игры становится настоящим удовольствием, ведь датчик мгновенно реагирует на минимальную смену положения телефона. Можно отказаться от классической консольной системы управления, поскольку корректировать положение можно путем изменения положения телефона в пространстве.

  3. Удобный интерфейс. При смене положения смартфона датчик сразу повернет интерфейс устройства в нужное положение. Эксплуатация устройства максимально удобная и комфортная. Особенно удобен автоповорот экрана при просмотре видео или фильмов.

Как калибруется G-сенсор?

Калибровка представляет собой перечень операций по определению соотношения значений некоторых величин, полученных при помощи акселерометра или любого другого измерительного прибора, и эталонных величин. Полученная разница и позволяет выполнить калибровку устройства. Зачем выполнять калибровку? Все просто. Только точная настройка сенсора гарантирует его корректную работу, что в свою очередь обеспечит корректную работу приложений и отдельных функций устройства.


Калибровка выполняется при помощи специальных приложений, которые можно скачать в интернете. Установите на свой телефон соответствующее приложение. Затем положите устройство на идеально ровную поверхность. Если чехол для смартфона имеет какие-то выступающие элементы, на время калибровки сенсора его лучше снять.

Теперь зайдите в меню приложений и найдите вкладку «калибровка G-сенсора». Через некоторое время приложение выведет на экран смартфона сообщение о том, что сенсор полностью откалиброван.

в фитнес браслете, в телефоне и в часах

Средняя оценка+3

Сохранить в закладкиСохраненоУдалено 0

Средняя оценка+3

Когда-то это слово вызывало ассоциацию с лабораториями, испытательными стендами, скоростной техникой – и уж точно не с предметами, которые мы носим в карманах. Сейчас в порядке вещей, если вы носите с собой сразу три устройства, в состав которых входит акселерометр. Итак, мы расскажем что такое акселерометр и зачем он нужен в телефоне, в фитнес-браслете и часах и разберемся чем он отличается от гироскопа. А также произведем калибровку в смартфоне на Android и iPhone.

Содержание страницы

Что такое акселерометр

Если говорить простым языком, то акселерометр – это прибор для измерения ускорения. Он применяется как датчик изменения положения устройства в пространстве и таким образом определяет направление, степень, скорость отклонения. Именно акселерометр отвечает за разворот картинки на экране вашего смартфона при повороте корпуса или как еще пример, включает экран фитнес-браслета или смарт-часов, когда вы наклоняете запястье.

Сегодня акселерометр в телефоне – это обязательный элемент. Однако ещё десять-двенадцать лет назад первые смартфоны, в которых был G-сенсор, воспринимались как чудо. Давайте разбираться, зачем нужен этот датчик, если столько лет обходились без него.

Принцип работы

Образно говоря, акселерометр в смартфоне – это необходимый элемент для качественного отображения картинки. Впрочем, есть для него и другие применения. Современные телефоны вполне способны работать как шагомеры или отслеживать качество сна по тому, как вы ворочаетесь под одеялом.

Смотрите видео, где подробно рассказывается о принципе работы акселерометра:

Акселерометр в фитнес-браслете и смарт-часах

Акселерометр в фитнес-браслете и смарт-часах помогает считать количество пройденных шагов. Собственно, это акселерометр в браслете и в smart-часах отслеживает ваши движения даже во сне. А программная обработка его показаний помогает распознать, идёте вы или бежите, с какой скоростью, как много шагов подряд сделали.

Когда вы поднимаете руку к лицу и дисплей автоматически включается – это тоже благодаря распознаванию жестов с помощью того же маленького, но полезного модуля.

Как выглядит акселерометр в телефоне

Акселерометр в телефоне выглядит как обычный чип. В зависимости от модели смартфона может на вид незначительно отличаться.

Вот так выглядит акселерометр в телефоне

Принцип работы представить себе проще на примере механического варианта: в нём есть массивный элемент, закреплённый упругими подвесами, давление на которые можно измерить. В зависимости от задачи, подвесов может быть от одного до трёх.

Электронный акселерометр вместо массивного тела использует набор проводников, которые могут двигаться под воздействием ускорения и изменять напряжённость поля вокруг себя. По показаниям напряжённости можно определить, в какую сторону сдвинулись проводники и какое движение корпуса вызвало этот сдвиг. Комплексный датчик, включающий гироскоп, может иметь больше осей – до шести.

Трёхосный акселерометр довольно точно определяет как положение тела в пространстве в каждый момент, так и его изменение. При этом он постоянно собирает и отправляет информацию о давлении на подвесы.

Что это даёт? Так, например, датчик акселерометра в телефоне помогает не только определить положение корпуса устройства в пространстве, но и скорость, с которой вы перемещаетесь, и сотрясения, производимые вашими шагами, и намеренные встряхивания смартфона.

Именно поэтому, повернув корпус телефона, вы наблюдаете, как картинка на экране тоже поворачивается. Именно поэтому вы можете в гоночной игре рулить, используя смартфон или геймпад как рулевое колесо. Именно поэтому фитнес-трекер умеет подсчитывать ваши шаги или отслеживать качество сна.

Как узнать, есть ли акселерометр в телефоне

Практически во всех смартфонах и планшетах, выпущенных в эпоху Android и iOS, этот датчик есть. Даже в самом первом айфоне, выпущенном в 2007 году, и в первом Samsung Galaxy S, вышедшем в 2010-м.

Если вы сомневаетесь, есть ли он в вашем устройстве, то просто почитайте официальное описание. В ранних Андроид-смартфонах поворот экрана не обязательно включался по умолчанию, поэтому, если вы повернули свой телефон и дисплей не отреагировал, это ещё ни говорит об отсутствии акселерометра. Вероятнее всего, что он отключен в настройках телефона. Найдите похожую иконку, как на рисунке ниже и активируйте.

Настройка/калибровка акселерометра на смартфоне

Калибровка Android

Калибровка акселерометра на Android нужна, например, в случае, если смартфон начал неправильно считать шаги или неверно определять положение корпуса. Штатных программ для этого нет, но, чтобы откалибровать акселерометр, существуют специальные приложения, однако лучшим вариантом признаётся приложение GPS Status & Toolbox (Скачать Google Play). В его разделе Toolbox есть специальный инструмент, который так и называется – «Калибровка акселерометра». Положите телефон на ровную поверхность и следуйте инструкциям.

Посмотрите видео инструкцию, как быстро откалибровать телефон. 

Калибровка G Sensor для игр

Посмотрите видео: калибровка G Sensor для игр на Android.

Калибровка iPhone

Инструментов для калибровки iPhone нет, но в случае чисто программного сбоя обычно спасает простая перезагрузка. Если проблема осталась, пишите в комментариях, постараемся помочь.

Чем отличается акселерометр от гироскопа

Как правило, акселерометр в смартфоне работает в паре с гироскопом. Эту практику ввела Apple в модели iPhone 4, и не прогадала. Комбинация двух датчиков сейчас стала настолько обыденной, что не все пользователи понимают разницу между этими двумя приборами.

Если вкратце, то в гироскопе ключевой массивный элемент закреплён и сопротивляется попытке поворота, порождая силу Кориолиса, которую можно измерить. Современный гироскоп способен в общем случае на более точное измерение угла наклона и более быструю реакцию. А сочетание этих двух датчиков даёт гораздо лучший результат, чем использование только одного.

Поэтому в современных смартфонах обычно устанавливается комплексный измеритель, в который входят оба датчика. Первую такую модель выпустила компания InvenSense в 2010 году, и в ней два 3-осных датчика формировали шестиосный комплекс. Разумеется, первыми инновацию оценили пользователи Apple, но вскоре она стала стандартом для всей индустрии.

Конечно, если вы спутаете акселерометр и гироскоп в «бытовом» смысле, это не страшно. Но вообще это совершенно разные измерительные приборы, и измеряют они разные значения, хотя и служат примерно для одной цели.

Вывод

Подведем итог.  Акселерометр, это один из ключевых элементов современной носимой электроники, который расширяет функциональность и возможности управления. Сейчас он есть во всех смартфонах и смарт-часах, а в фитнес-трекерах является главным датчиком всей системы. Если остались вопросы, задавайте в комментариях, мы с радостью на них ответим.

  • Была ли полезной информация ?
  • ДаНет

Что такое акселерометр в смартфоне, принцип его строения и работы

Термин «акселерометр» произошел от латинского accelero, что в переводе означает «ускоряю». Акселерометр – это прибор, с помощью которого измеряется кажущееся ускорение. Другими словами, он призван помочь программному обеспечению смартфона определить положение, а также расстояние перемещения мобильного устройства в пространстве.

Часто этот датчик путают с гироскопом. Однако, это разные датчики, хотя взаимодополняют друг друга, и даже могут выполнять одни и те же функции. Их отличие заключается в принципе работы, а также в эффективности выполнении конкретных задач. Могут использоваться совместно, для достижения наиболее точных результатов.

Для чего нужен акселерометр в смартфоне

Датчик значительно расширяет возможности смартфона. Ниже перечислены основные функции, за которые он отвечает.

  • Автоматическая смена ориентации экрана при повороте девайса.
  • Управление игровым процессом при помощи наклонов.
  • Реагирование устройства на определенные жесты, и выполнение соответствующих действий (смена музыкального трека, отключение будильника или отклонение звонка). Примеры жестов: постукивание по корпусу или его встряхивание, переворот смартфона экраном вниз.
  • Определение и визуальная демонстрация изменений положения человека в пространстве через навигационные приложения (Google Карты и др.).
  • Возможность отслеживания физической активности. Классический пример – подсчет пройденной дистанции при помощи шагометра.

Как работает акселерометр, принцип его строения

На картинке ниже изображена схематическая конструкция самого простого акселерометра.

Он состоит из инертной массы (в данном примере ее роль выполняет грузик), который прикреплен к подвижному, упругому элементу (например, к пружине). Пружина, в свою очередь, фиксируется на неподвижной детали. Для подавления колебаний грузика используется демпфер.

Когда происходит встряска, наклон или поворот объекта, в который встроен акселерометр, инертная масса реагирует на силу инерции. С увеличением интенсивности и силы наклона, поворота или сотрясения увеличивается радиус деформации пружины.

Затем грузик принимает свою прежнюю позицию, благодаря пружине. Специальный датчик фиксирует уровень смещения инертной массы от ее положения в состоянии «покоя». Затем эти данные преобразуются в электрический сигнал, и передаются на обработку электроникой, и программным обеспечением. Благодаря полученным данным программа может «вычислить» изменения в физических изменениях расположения объекта.

Еще есть такое понятие, как ось чувствительности прибора. Если ось только одна, датчик сможет передать данные об изменении положения объекта в пространстве только в пределах чувствительности оси. Чтобы увеличить чувствительность датчика, и получить точные данные о силе и направлении наклона объекта, необходимо две, а еще лучше три оси. Объединив в один прибор сразу три оси, можно вычислить положение объекта в трехмерном пространстве.

Акселерометр в смартфонах

По техническим и иным причинам описанная выше конструкция датчика неприменима в мобильных устройствах. Она заменяется миниатюрным чипом, внутри которого находится инертная масса.

Принцип действия чипа схож с классическим датчиком: инертная масса меняет свою позицию во время ускорения. Благодаря этому смартфон и получает данные о положении в пространстве. Но между классическими приборами и чипами существует огромная разница не только в конструкции, но и в методе производства.

Схема акселерометра в смартфоне

Изготовление подобных датчиков – полностью автоматизированный процесс. Чтобы получить рабочий экземпляр, используется химическая реакция между силиконом и другими элементами. Процесс требует высочайшей точности в расчетах и пропорциях. Вручную, при помощи физического воздействия на материалы сделать это фактически невозможно.

Вывод

Акселерометр в мобильном устройстве, представляющий собой лишь крохотный чип, имеет существенное влияние на взаимодействие между человеком и смартфоном. С его помощью управление аппаратом переходит на новый, более комфортный уровень. А игры и приложения получают множество дополнительных возможностей, которые можно реализовать при помощи акселерометра.

Датчики современных смартфонов — android.mobile-review.com

26 сентября 2019

Владимир Нимин

Facebook

Twitter

Вконтакте

Продолжаем разбираться в устройстве смартфона. В прошлый раз смотрели экраны, а сегодня поговорим про датчики.

Акселерометр, также называют G-сенсор. Официальное определение гласит, что это устройство, измеряющее проекцию кажущегося ускорения. А если простым языком, то акселерометр помогает смартфону определить положение в пространстве, а также расстояние перемещения. Основные функции акселерометра:

  • Автоповорот ориентации экрана;
  • Также акселерометр можно настроить так, чтоб он реагировал на жесты и действия. Например, потрясти смартфон или перевернуть экраном вниз, чтоб заглушить вызов;
  • Ещё акселерометр помогает считать шаги и помогает ориентироваться на картах (Google Maps и прочих)

Акселерометр – это громоздкое устройство, внутри которого находится инертная масса, реагирующая на все перемещения. Такой вариант для смартфона не подходил, поэтому придумали чип, имеющий кристаллическую структуру, пьезоэлектрический элемент и сенсор ёмкостного сопротивления. Когда смартфон перемещается/вращается, то пьезоэлектрический элемент выдаёт разряды, а сенсор их интерпретирует, таким образом определяя положение и скорость.

Акселерометр – базовый датчик, который есть в любом, даже самом дешевом, смартфоне. Хотя это на удивление технически сложный продукт. В смартфонах акселерометр понимает движения по 3 осям. Третья нужна для 3D позиционирования. К слову, акселерометр есть и во всех современных автомобилях, но там он обычно двухосевой (ибо автомобиль не крутится в воздухе). 

Не все акселерометры одинаковые. Их делают из разных материалов. Соответственно, некоторые более чувствительные, некоторые менее.

Гироскоп – это один самых классных датчиков, о полезности которого для смартфонов долгое время никто не подозревал, пока на сцену не вышел Стив Джобс и не объяснил, как оно должно быть. Посмотрите презентацию этой шикарной функции, и как зал взорвался от восторга. 

Не следует путать гироскоп и акселерометр. Эти датчики частично дублируют и дополняют друг друга. Гироскоп также служит для отслеживания положения устройства в пространстве, но он делает это путем определения собственного угла наклона относительно земной поверхности. Это очень важно, так как это означает, что в условиях нулевой гравитации, вы не сможете поиграть в Asphalt 9, используя в качестве управления наклоны устройства. Будьте внимательны!

Гироскоп (в отличие от акселерометра) не может измерять проделанное расстояние, зато гораздо точнее определяет положение в пространстве. Для понимания посмотрите, пожалуйста, видео со Стивом Джобсом выше. Начиная с времени 1:10 Джобс показывает, как определяет положение объекта в пространстве акселерометр и как гироскоп. 

Обычно в современных смартфонах оба датчика работают в тандеме. Гироскоп важен для игр, дополненной реальности, а также ряда других приложений. Нередко в дешевых смартфонах производитель предпочитает экономить на гироскопе. 

Датчик приближения (proximity sensor). Как видно из названия, это датчик, который помогает определить наличие перед ним объекта. Самый простой пример – это отключение экрана, когда смартфон подносят к уху. Также датчик приближения исключает фантомные включения экрана, когда смартфон находится в сумке или кармане. Такой датчик может сам или в комбинации с фронтальной камерой отслеживать движения рукой над экраном для выполнения каких-либо функций. Например, пролистывание странички в браузере и тому подобное. Существует множество технологий датчика приближения. Он может работать по типу радара, сонара, эффекта Доплера, есть инфракрасный датчик приближения, а иногда ставят и фотоэлемент. 

Базовый датчик приближения, отключающий экран при поднесении к уху, есть, кажется, уже во всех смартфонах. Но продвинутость датчика можно оценить по наличию дополнительных функций.

Датчик освещения – здесь всё просто и понятно. Такой датчик помогает автоматически выставить яркость экрана. Датчик освещения уже считается базовым датчиком, но в дешевых смартфонах на нем могут сэкономить. И тогда придется каждый раз выставлять яркость вручную. 

Современный датчик освещения обычно работает в комбинации с ИИ смартфона. Например, если датчик выставил определенную яркость, а вы его вручную поправили, то смартфон возьмёт на заметку и в следующий раз самостоятельно сделает экран поярче. Соответственно, всегда давайте датчику освещения освоится и подстроиться под ваши привычки прежде, чем осуждать его работу.

Датчик Холла – один из самых таинственных датчиков в смартфоне, ибо мало кто знает, зачем он нужен. Датчик, основанный на, так называемом, эффекте Холла, фиксирует магнитное поле и измеряет его напряженность. Говоря языком физики: электроны в проводнике всегда перпендекулярны (угол 90 градусов) направлению магнитного поля. Плотность электронов на разных сторонах проводника будет отличаться, возникает разность потенциалов, которую и фиксирует датчик Холла. 

Но в смартфонах используется упрощенный датчик Холла, фиксирующий только наличие магнитного поля. 

Обычно датчик Холла нужен для дополнительных аксессуаров. Например, именно он включает экран iPad, когда пользователь снимает магнитный чехол. Кстати, в этой функции датчик приближения вполне может подменить датчик Холла.

Также датчик Холла работает в паре с компасом, делая работу последнего более точной.  

Компас (магнитомер) – это очень важный датчик, даже если вы не занимаетесь спортивным ориентированием. Именно компас отвечает за то, что на Google Maps пользователь видит не просто точку, а стрелочку, указывающую в какую-сторону вы смотрите. 

Когда компас откалиброван, то отображение направления узкое. Чтобы откалибровать компас, откройте карты Google и крутите смартфон «восьмеркой»:

Барометр – обычно наличием подобного датчика могут похвастаться только флагманы. Барометр ассистирует GPS и помогает определить высоту. Наличие такого датчика полезно, так как на Google Maps уже появляются схемы зданий, и барометр определит на каком этаже вы находитесь. Также барометр используется в приложениях, определяющих физическую активность. Суть такая же: определить, сколько этажей вы прошли. 

Датчик влажности – когда-то такой датчик был в Samsung Galaxy Note 4, а потом Samsung от него отказались. Роль очевидная. Датчик определяет уровень влажности. 

Датчик сердцебиения/датчик кислорода в крови – ещё один фирменный датчик от Samsung, но он есть и во многих фитнес-браслетах. Работает совместно с LED-вспышкой. Прикладываете палец, LED светит вам свозь палец, а датчик измеряет, как отражаются световые волны. Волны отражаются по-разному в зависимости от пульса: кровеносные сосуды, то сужаются, то расширяются. По этому же принципу работает и функция определения кислорода в крови. 

GPS – глобальная система позиционирования. По сути, это даже не датчик, а наличие у смартфона возможности коммуницировать со спутниками благодаря или отдельному, или мульти-чипу, поддерживающему сразу несколько систем. Сейчас у каждой развитой страны, есть своя система спутников. ГЛОНАСС в России, Galileo в Европе, BDS (или BeiDou) в Китае, QZSS (или Quasi-Zenith Satellite System) в Японии. Можно скачать программу GPS Test, которая покажет, какие спутники видит ваш смартфон. Например, на скриншоте ниже отображаются флаги GPS, ГЛОНАСС и Galileo.

GPS прекрасная технология, но медленная (пока там все спутники найдешь и опросишь) и потребляющая много энергии и хорошо работающая на открытой местности, поэтому была придумана ещё A-GPS (Assisted GPS). Принцип основан на том, что пока GPS ищет спутники, смартфон успевает опросить сотовые вышки, Wi-Fi сети, Bluetooth устройства на предмет местонахождения. Таким образом существенно увеличивается время «холодного» старта, а также снижается расход энергии.

Двухдиапазонный GPS. Поддержка этой опции появилась в устройствах начbfz с Android 7 и старше. iPhone так не умеет. 

Обычно спутники посылают два сигнала: грубый и точный. Если говорить про GPS, то это каналы L1 и L5, а у Галилео это E1 и Е5. L1 – это грубый канал. В городе любой сигнал достигает до спутника не только напрямую, но и отражаясь от сторонних объектов (например, зданий), то есть к спутнику прилетает сразу несколько сигналов. Соответственно, и возвращается он также не один, и образуется примерная область нахождения, где все вернувшиеся сигналы пересекаются. Ещё есть точный канал L5. Этот канал гораздо меньше подвержен искажением, так как работает по принципу: Первый достигший спутника сигнал и есть верный (ведь он идет по самому короткому пути, а не через отражения), а остальные можно игнорировать. 

Раньше L5 принадлежал только военным и спец объектам, но теперь спутников в небе стало много, и L5-спутников хватит на всех, поэтому было решено поделиться.

Вместо заключения

Счётчик Гейгера – самый неожиданный датчик, правда? Это японская тема. И насколько есть информация в интернете, такой датчик был только в телефоне Sharp Pantone 5, который вышел после аварии на атомной станции Фукусима-1. 

Современный смартфон должен иметь на борту: акселерометр, гироскоп, датчик приближения и освещения. Также обязательно наличие компаса. Если без гироскопа можно обойтись, то точка на карте без направления раздражает. A-GPS уже есть во всех смартфонах. Отлично если GPS будет работать в двух диапазонах. Шикарно, если будет барометр. 

что это такое, зачем нужен и где применяется

Практически в каждом описании характеристик современного смартфона, фитнес-браслета или умных часов можно встретить упоминание датчика под названием акселерометр. Еще его могут называть «датчик ускорения» или  G-сенсор. Что это такое, как работает акселерометр и зачем нужен в телефоне, часах или браслете, читайте далее.

Суть понятия «акселерометр»

Акселерометр – это прибор, предназначенный для измерения кажущегося ускорения. Кажущееся ускорение – это разница между гравитационным и истинным ускорениями объекта.

Пружина крепится к неподвижной поверхности, к пружине крепится масса. С другой стороны ее поддерживает демпфер, который гасит собственные вибрации груза. Во время ускорения массы деформируется пружина. На этих деформациях и основываются показания прибора. Три таких прибора, объединенные в одну систему и сориентированные по осям позволяют получать информацию о положении предмета в трехмерном пространстве.

Принципиально акселерометр состоит из пружины, подвижной массы и демпфера.

Наиболее широкое применение такой тип приборов нашел в нескольких областях:

  1. Навигационные устройства летательных аппаратов. Самолеты, вертолеты и даже ракеты не обходятся без сложных систем навигации. Акселерометр и гироскоп служат для них основой.
  2. Автомобильные спидометры и видеорегистраторы также используют акселерометры. Первые определяют скорость по отклонению массы, а вторые определяют важные события (экстренное торможение, резкая смена скорости) и записывают их в отдельные файлы.
  3. Промышленные системы контроля вибрации различных станков, производственных линий и агрегатов. На показаниях прибора работают системы защиты, которые отключают питание или изменяют характеристики работы при достижении критических значений.
  4. В информационных технологиях такие приборы применяются для защиты жестких дисков от падений и сотрясений. Они отдают команду считывающим головкам занять безопасное положение во время падения.
    Это значительно снижает потерю данных и повреждения диска. В эту же категорию можно отнести и акселерометры на телефонах и планшетах.

Принципиально простое устройство производится во множестве специализированных компоновок, каждая из которых предназначена для определенных целей.

Для чего нужен акселерометр в смартфоне

Датчик значительно расширяет возможности смартфона. Ниже перечислены основные функции, за которые он отвечает.

  • Автоматическая смена ориентации экрана при повороте девайса.
  • Управление игровым процессом при помощи наклонов.
  • Реагирование устройства на определенные жесты, и выполнение соответствующих действий (смена музыкального трека, отключение будильника или отклонение звонка). Примеры жестов: постукивание по корпусу или его встряхивание, переворот смартфона экраном вниз.
  • Определение и визуальная демонстрация изменений положения человека в пространстве через навигационные приложения (Google Карты и др.).
  • Возможность отслеживания физической активности. Классический пример – подсчет пройденной дистанции при помощи шагометра.

Как выглядит акселерометр в телефоне

Акселерометр в телефоне выглядит как обычный чип. В зависимости от модели смартфона может на вид незначительно отличаться. Принцип работы представить себе проще на примере механического варианта: в нём есть массивный элемент, закреплённый упругими подвесами, давление на которые можно измерить. В зависимости от задачи, подвесов может быть от одного до трёх.

Электронный акселерометр вместо массивного тела использует набор проводников, которые могут двигаться под воздействием ускорения и изменять напряжённость поля вокруг себя. По показаниям напряжённости можно определить, в какую сторону сдвинулись проводники и какое движение корпуса вызвало этот сдвиг. Комплексный датчик, включающий гироскоп, может иметь больше осей – до шести.

Вот так выглядит акселерометр в телефоне.

Трёхосный акселерометр довольно точно определяет как положение тела в пространстве в каждый момент, так и его изменение. При этом он постоянно собирает и отправляет информацию о давлении на подвесы. Что это даёт? Так, например, датчик акселерометра в телефоне помогает не только определить положение корпуса устройства в пространстве, но и скорость, с которой вы перемещаетесь, и сотрясения, производимые вашими шагами, и намеренные встряхивания смартфона.

Именно поэтому, повернув корпус телефона, вы наблюдаете, как картинка на экране тоже поворачивается. Именно поэтому вы можете в гоночной игре рулить, используя смартфон или геймпад как рулевое колесо. Именно поэтому фитнес-трекер умеет подсчитывать ваши шаги или отслеживать качество сна.

Как узнать, есть ли акселерометр в телефоне

Практически во всех смартфонах и планшетах, выпущенных в эпоху Android и iOS, этот датчик есть. Даже в самом первом айфоне, выпущенном в 2007 году, и в первом Samsung Galaxy S, вышедшем в 2010-м.

Если вы сомневаетесь, есть ли он в вашем устройстве, то просто почитайте официальное описание. В ранних Андроид-смартфонах поворот экрана не обязательно включался по умолчанию, поэтому, если вы повернули свой телефон и дисплей не отреагировал, это ещё ни говорит об отсутствии акселерометра. Вероятнее всего, что он отключен в настройках телефона. Найдите похожую иконку, как на рисунке ниже и активируйте.

Принцип работы

Основным принципом для оснащения современных телефонов данным прибором является компактность, так как у многих смартфонов толщина корпуса не превышает восьми миллиметров, а там должно разместиться огромное количество разной электроники. Именно поэтому разработчики создали миниатюрную конструкцию акселерометра, который поместили в специальный чип.

Принцип его работы заключается в том, что к неподвижному корпусу крепится перегородка с отведенными в сторону проводниками, которые помещаются между контактами, считывающими показания изменений ускорения. Создавать такие миниатюрные версии прибора вручную практически невозможно, поэтому их делают на автоматизированных конвейерных линиях, а за основу берут реакции силикона и других веществ.

Преимущества и возможности

Плюсы такого устройства заключается в том, что пользователь смартфона в любой момент сможет узнать о положении гаджета в пространстве. При том, что в играх и во время просмотров фильмов можно регулировать не только поворот экрана, но и скорость этого поворота, а это позволяет создать максимально точное управление телефоном.

Наличие датчика определения положения смартфона позволяет упростить процесс пользования им, а точнее – сделать максимально комфортными такие действия как чтение книг, просмотр видео и пользование приложениями. Иногда, прежде чем акселерометр начнет работать, его нужно настроить, однако этот процесс занимает несколько минут.

Акселерометр в фитнес-браслете и смарт-часах

Акселерометр в фитнес-браслете и смарт-часах помогает считать количество пройденных шагов. Собственно, это акселерометр в браслете и в smart-часах отслеживает ваши движения даже во сне. А программная обработка его показаний помогает распознать, идёте вы или бежите, с какой скоростью, как много шагов подряд сделали.

Когда вы поднимаете руку к лицу и дисплей автоматически включается – это тоже благодаря распознаванию жестов с помощью того же маленького, но полезного модуля.

Функции акселерометра и их применение

Наличие данного датчика в смартфоне является достаточно полезной функцией, поскольку с его помощью удается повысить комфортность использования устройства.

Человек, который успел ощутить всю прелесть телефона с акселерометром, уже не сможет использовать устаревшие модели, не имеющие G-сенсора, в силу отсутствия важных функций, являющихся уже привычными в современном мире.


При подсчёте шагов смартфон также обращается к данным, получаемым от акселерометра.

Шагомер

Первым применением акселерометру станет использование его для определения количества пройденных шагов. Эта функция пригодится любителям спорта или людям, которые занимаются фитнесом. Также большое количество современных телефонов имеют приложения, позволяющие следить за собственным здоровьем, где обязательно присутствует шагомер. Точность показаний не является идеально точной, но позволяет корректировать собственный режим тренировок для повышения их результативности.


Управление изменение угла наклона смартфона в гоночных симуляторах повышает уровень погружения в игровой процесс и улучшает точность вхождения в поворот.

Управление в играх

Ещё одной важной функцией является возможность управления игровым процессом посредством изменения угла наклона. Особенно удобно это в гоночных играх, где смартфон с акселерометром станет заменой руля, подключаемого к ноутбуку или стационарному ПК с целью упрощения процесса и ощущения большего погружения в игру. Эффективность управления будет зависеть от амплитуды совершаемых движений.


Автоматический поворот экрана удобен для просмотра видео или работы с документами.

Автоповорот экрана

Просмотр фотографии или видеоролика становится более комфортным при изменении ориентации экрана на горизонтальную. Это упрощает восприятие информации и позволяет меньше напрягать зрение. Отвечает за подобный процесс акселерометр. Также посредством изменения положения картинки на экране становится проще работать с документами или электронными таблицами.


Одной из областей применения встроенного акселерометра является определение угла наклона

Улучшение навигации

Посредством встроенного акселерометра улучшается работа геопозиционирования устройства в пространстве. Это может понадобиться при работе даже самого простого компаса, который будет реагировать на изменение положения устройства относительно системы координат.


Настройки телефона предполагают управление жестами, которое активируется также посредством акселерометра

Физическое управление смартфоном

Некоторые современные флагманы имеют возможность управления работой отдельных встроенных приложений посредством жестов или изменение положения устройства. Акселерометр применяется для смены трека музыкального плеера, отключения будильника, выключения звука входящего звонка при перевороте аппарата экраном вниз.

В большинстве случаев осуществление физического управления смартфоном следует активировать в настройках, для чего следует предварительно внимательно ознакомиться с руководством по эксплуатации или советами внутреннего помощника.


Включение или отключение опции автоматического поворота производится в настройках.

Особенности акселерометра

Акселерометр – это, если можно так сказать, способность планшета или телефона переворачивать изображение на экране. Акселерометр больше всего применяется при «серфинге» сайтов. Страницы сайтов обычно делают для прямоугольных мониторов,  читать информацию с планшета становиться не совсем удобно, тут-то и понадобиться акселерометр, переверните ваш планшет, сайт сам примет доброжелательный вид и сразу станет удобно воспринимать информацию находящиеся на сайте.

Первый реагирует на изменение положения, а второй на линейное ускорение. Благодаря таким свойствам планшет или телефон точно реагирует на тонкие движение и изменение положения.

Как настроить?

Все современные гаджеты оборудованы акселерометром, если его нет, это говорит либо об очень бюджетной модели смартфона, либо о том, что он был выпущен много лет назад. Для того, чтобы добавить датчик контроля ускорения, не поможет новая прошивка или изменения в настройках, если он не был внедрен в процессе сборки, то с этим уже ничего сделать нельзя.

Если же он был встроен изначально, то его функции необходимо просто отрегулировать в настройках. Для этого следует зайти в Google Play и скачать любое приложение для калибровки. После этого запустить программу, установить смартфон на ровную поверхность и зайти в настройки утилиты, выбрать графу «калибровка акселерометра». После таких действий на экране должно появиться оповещение, которое нужно подтвердить, после чего начнется запуск настройки.

Чем отличается акселерометр от гироскопа

Многие путают акселерометр с гироскопом в телефоне. Если акселерометр определяет положение устройства в пространстве и расстояние, на которое оно было перемещено, то гироскоп, дополнительно к этим параметрам, еще и замеряет угол поворота смартфона/планшета.

Наличие обоих датчиков в аппарате позволяет точнее его позиционировать в пространстве, повышая комфортность работы с гаджетом и увеличивая его функциональность, например, позволяя просматривать виртуальную реальность с помощью специальных очков.  В недорогих смартфонах или планшетах обыкновенно присутствует только один из этих датчиков.

Настройка и калибровка акселерометра

Если датчик работает неправильно или с запозданием, например, автоматический поворот экрана притормаживает, то можно попробовать исправить этот дефект калибровкой с использованием специальных утилит. Рассмотрим калибровку датчика с помощью приложения GPS Status & Toolbox, установить которую можно из официального каталога Google Play.

  1. Установите приложение и запустите его.
  2. Перейдите в меню программы, нажав на три горизонтальные полоски в левом верхнем углу, и выберите пункт «Калибровка акселерометра».
  3. Приложение предложит положить телефон на ровную, горизонтальную поверхность и нажать на кнопку «Откалибровать».
  4. О завершении процесса приложение сообщит соответствующим уведомлением внизу экрана.

На сегодня во всех смартфонах и планшетах имеется датчик ускорения, даже в самых дешевых моделях, разве что лишь в самых древних аппаратах его может не быть. Можно сказать, что акселерометр – это один из самых важных элементов современных мобильных устройств.

Как выполнить калибровку акселерометра

Данный датчик является одним из самых полезных, ведь с его помощью определяется ориентация устройства в пространстве, да и многое игры используют данный сенсор для управления, к примеру, для контроля автомобиля на трассе. Если по каким-то причинам он работает не корректно вам стоит выполнить следующие действия. Для выполнения данного действия вам потребуется программа GPS Status & Toolbox.

  1. Скачиваем, устанавливаем и запускаем приложение.
  2. Теперь необходимо положить смартфон/планшет на ровную поверхность, чтобы в дальнейшем откалибровать датчик как можно правильнее. Значения наклона должны приравниваться к нулю, как показано на скриншоте.
  3. Нажимаем на левый верхний угол и попадаем в основное меню, где необходимо выбрать раздел «Калибровка акселерометра».
  4. Убедитесь в том, что устройство лежит на идеально ровной поверхности и выберете пункт «Откалибровать».
  5. Практически мгновенно программа выполнит необходимые действия, а на экране устройства появится надпись «Акселерометр откалиброван».

Как выполнить калибровку компаса

Компас является полезным инструментом для путешественников и охотников, которые не хотят заблудиться в лесу и могут спокойно ориентироваться с его помощью. Но что делать если компас не работает или показывает направление неверно? Выход прост! Достаточно сделать калибровку используя программу GPS Status & Toolbox.

  1. Скачиваем, устанавливаем и запускаем приложение.
  2. Открываем основное меню приложения, нажав на верхний левый угол. Находим пункт «Калибровка компаса» и нажимаем на него.
  3. Для калибровки компаса необходимо по очереди повернуть устройство 1-2 раза по 3-м осям и нажать на кнопку «ОК».
  4. На этом процесс калибровки компаса можно считать завершенным.

Для проверки всех датчиков на работоспособность вам следует загрузить и установить программу GPS Status & Toolbox. Зайти в основное меню, нажав на верхний левый угол и выбрать «Диагностика датчиков». Напротив, каждого из датчика будет стоять либо зеленая галочка, свидетельствующая об исправности, либо красный восклицательный знак, символизирующий о возможной неисправности конкретного датчика.


Включение и отключение датчика

Способ, как узнать есть ли акселерометр на телефоне, заключается в повороте экрана в другое положение. Если изображение при этом не изменилось, значит датчик отсутствует – или на смартфоне просто отключена функция «Автоповорота».

У большинства моделей поворот экрана при изменении положения автоматически включается и выключается с помощью меню настроек или верхней панели на главном экране: В первом случае следует перейти в «Настройки», выбрать пункт «Экран» и включить поворот изображения.

Включение через настройки.

Во второй ситуации достаточно потянуть пальцем за верхнюю панель, увеличив её размер на весь экран, и включить соответствующую функцию.

Включение через верхнюю панель.

Иногда автоматическая реакция акселерометра на движения мобильника не требуется – и даже может мешать. В таких случаях датчик можно отключить, воспользовавшись одним из тех меню, в которых можно включать автоповорот.

Вывод

Акселерометр в мобильном устройстве, представляющий собой лишь крохотный чип, имеет существенное влияние на взаимодействие между человеком и смартфоном. С его помощью управление аппаратом переходит на новый, более комфортный уровень. А игры и приложения получают множество дополнительных возможностей, которые можно реализовать при помощи акселерометра.

Видео

Источники

  • http://geek-nose.com/akselerometr-v-telefone-chto-eto-princip-raboty-foto/
  • https://mobcompany.info/interesting/chto-takoe-akselerometr-v-smartfone-princip-ego-stroeniya-i-raboty.html
  • https://iSmartWatch.ru/18620-akselerometr
  • https://VGrafike.ru/preimushhestva-nalichija-akselerometra-v-telefone/
  • https://tehno.guru/ru/akselerometr-v-telefone/
  • https://androidologia.ru/kak-vklyuchit-giroskop-na-androide.html
  • https://infodroid.ru/akselerometr-v-telefone/
  • https://TvoySmartphone.ru/uroki/157-kak-otkalibrovat-datchiki-na-android.html
  • https://www.computer-setup.ru/akselerometr-v-telefone-chto-eto-takoe

Акселерометр | ATE-M.BY

Акселерометром называется прибор, который измеряет проекцию кажущегося ускорения*. Как правило, акселерометр – это закрепленная в упругом подвесе чувствительная масса. В случае наличия кажущегося ускорения по отклонению данной массы от своего первоначального положения и судят о величине этого ускорения.

* Кажущееся ускорение представляет собой разность между истинным ускорением объекта и гравитационным ускорением.

Конструктивное исполнение

Акселерометры бывают одно-, двух- и трехкомпонентные. Из названия, они соответственно измеряют кажущееся ускорение вдоль одной, двух и трех осей (X, Y, Z).

Невесомость

Истинное ускорение объекта в условиях невесомости вызывает лишь гравитационная сила, а потому истинное и гравитационное ускорения равны. Как следствие, отсутствует кажущееся ускорение и данные любого акселерометра равны 0 (нулю). Прекращают функционировать все системы, которые в качестве датчика наклона используют акселерометр. Пример: положение изображения на планшете или смартфоне не будет изменяться, когда вы будете поворачивать корпус.

Схема простейшего акселерометра

Итак, простейший акселерометр состоит из пружины с закрепленным на ней грузом и демпфера, который колебания данного груза и подавляет. Чем кажущееся ускорение больше, тем пружина деформируется сильнее, и показания прибора изменяются.

Когда происходит равновесие силы инерции груза и силы пружины, регистрируется величина смещения данного груза от нейтрального положения, которая свидетельствует о величине ускорения (замедления). Эта величина каким-либо датчиком перемещения регистрируется и на выходе устройства преобразуется в электрический сигнал.

Далее этот сигнал для обработки подается в электронный блок либо компьютер. Что касается, например, смартфонов, то таким образом есть возможность переключения музыкальных треков либо сбрасывания звонков.

Технологии построения современных акселерометров

В зависимости от технологии построения различают следующие акселерометры:

  • пьезоэлектрические;

  • пьезорезистивные;

  • на переменных конденсаторах.

Пьезоэлектрические акселерометры широко используются в задачах тестирования и измерений. Они отличаются очень широким диапазоном частот и диапазоном чувствительности. Кроме того, могут иметь различные размеры и формы. Выходной сигнал таких акселерометров может быть зарядовым либо по напряжению. С помощью датчиков можно измерять как удар, так и вибрацию.

Пьезорезистивные акселерометры обычно характеризуются малым диапазоном чувствительности, вследствие чего наиболее они применимы для детектирования ударов, нежели для определения вибрации. Кроме того, их используют в испытаниях на безопасность при столкновении. Данные акселерометры имеют в основном широкий диапазон частот, а частотная характеристика может доходить до 0 Гц (так называемые DC-датчики) либо оставаться неизменной. Это дает возможность измерения длительных сигналов.

Акселерометры на переменных конденсаторах, как и пьезорезистивные, имеют DC-ответ. Такие акселерометры имеют высокую чувствительность, узкую полосу пропускания, отличную температурную стабильность, малую погрешность. С помощью данных акселерометров измеряют низкочастотную вибрацию, движение и фиксированное ускорение.

Акселерометр. Виды и типы. Работа и применение. Особенности

Акселерометр – это измерительный прибор позволяющий определить проекцию кажущегося ускорения. В простейшем исполнении он представляет собой грузик, закрепленный на упругом подвесе. При его отклонении от первоначального положения на упругом подвесе можно определить направление изменения положения, а также величину ускорения.

Виды акселерометров

Существует три разновидности акселерометров. Они бывают одноосные, двуосные и трехосные. Наиболее часто используемыми являются трехкомпонентные устройства. Они имеют возможность измерять проекцию кажущегося ускорения в 3-х плоскостях.

Данное оборудование 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, габариты которого не превышают размер ногтя на мизинце.

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.

Сфера применения устройства

Развитие технологий привело к внедрению акселерометра в различные виды оборудования, позволяя расширить их технические возможности. Если сразу после изобретения подобные датчики применялись только на паровозах с целью определения скорости их движения, то сейчас такие приборы можно встретить повсеместно.

Акселерометр в телефонах и планшетах

Долгое время акселерометры относились к оборудованию, которое не интересно окружающим. С развитием электронных технологий подобная тенденция пошла на убыль, сделав этот прибор известным среди широких масс. В первую очередь этому поспособствовало появление современных смартфонов, в корпусе которых имеется такое устройство.

Именно благодаря акселерометрам при изменении положения экрана смартфон переводит ориентацию изображения с книжной на альбомную. Впервые данный прибор был применен в мобильном телефоне компанией Nokia. Устройство было установлено в телефон Nokia 5500. Помимо переключения ориентации экрана, акселерометры обеспечивают возможность управления в играх, в частности гонках, где для управления транспортом нужно делать уклоны смартфоном.

При изучении инструкции телефонов, планшетов и прочей мобильной компьютерной техники можно увидеть информацию о наличие так называемого G-датчика. Он и есть тот самый акселерометр.

Именно акселерометр позволяет с помощью специального приложения использовать смартфоном в качестве строительного уровня.

Установка в фитнес-браслетах

Также причиной популяризации акселерометра стала мода на фитнес браслеты и умные часы. Данное устройство предназначено в первую очередь для обеспечения реализации функции шагомера. Осуществляя шаги, тело человека придает ускорение инертной массе внутри чувствительного чипа.

Программное обеспечение реагирует на особый тип колебаний, который может возникать на инертной массе только при выполнении шага. В остальных случаях, к примеру, при небольших покачиваниях рукой колебания не засчитываются. Все же обмануть шагомер возможно сделав такое телодвижение, чтобы прибор засчитал его как шаг. Но фактическое количество ложных шагов, которые считаются на протяжении дня, не слишком высокое, что создает минимальную погрешность измерений. Акселерометры у современных даже дешевых шагомеров не реагируют на мелкую встряску, к примеру, если прибор лежит в сумке, а не закреплен на руке.

Применение в видеорегистраторах

Акселерометры можно встретить и в конструкции многих видеорегистраторов. Казалось бы, такое оборудование явно не нуждается в подобном датчике. На самом деле производители регистраторов нашли весьма интересное применение для акселерометра. Он связан с программным обеспечением отвечающим за проведение съемки и сохранение видео данных. Датчик ускорения настроен таким образом, что при появлении неестественных инертных нагрузок, к примеру, при резком торможении или маневре на скорости, подается соответствующий сигнал. В результате видеорегистратор записывает видео в особенный файл. Благодаря этому результаты съемки сохранятся, и прибор не сможет автоматически их удалить, чтобы очистить память для дальнейшей регистрации.

Использование в сфере автомобилестроения

Акселерометр является обязательной частью современного автомобиля, в котором уделяется особое внимание безопасности. В этом случае применяется полноразмерный пьезоэлектрический прибор. Благодаря акселерометру обеспечивается нормальная работа пневмоподвески, круиз-контроля и пр.

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.

Применение в сфере строительства

Также акселерометры применяются в качестве оборудования, которое осуществляет измерение колебаний зданий. Устройство могут использовать как отдельное диагностическое оборудование и как постоянный датчик. Также прибор данной конструкции может применяться для мониторинга систем целостности трубопроводов. С его помощью оценивают и эффективность работы мостов.

Применение в сейсмостанциях

С помощью акселерометра осуществляется фиксация землетрясений. Такие датчики входят в устройство современных сейсмографов. Они отличаются повышенной точностью, что дает возможность определить силу колебаний по шкале Рихтера. Такие приборы отличаются от классического строения акселерометра. Закрепленное тело остается неподвижным, в то время как в результате колебаний двигается только корпус самого устройства.

На сейсмостанциях применяются одноосные акселерометры. Одни применяются только для фиксации горизонтальных колебаний, а другие вертикальных.

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.

Поведение в невесомости

Для обеспечения работы акселерометра важно наличие притяжения. Сначала теоретически, а потом и экспериментально на космических станциях было подтверждено, что акселерометры не способны действовать в условиях невесомости. В космосе в любом положении, а также при встряске показания устройства всегда равны нулю. В связи с этим традиционные датчики наклона на основе акселерометра, которые применяются повсеместно, на космических аппаратах совершенно бесполезны.

Причины погрешности прибора

При работе акселерометра могут возникать отклонения показаний его измерения. На это в первую очередь может влиять влажность и температура окружающей среды. Это меняет свойства материалов, которые применяются при изготовлении приборов. Также помехи создает внешнее магнитное поле. Для минимизации его влияния конструкции датчика могут иметь различные технические дополнения. Также погрешность измерений получается в результате вибрации объекта измерения.

Технические особенности устройств

Акселерометры могут отличаться между собой не только по направлению их использования, но и техническими особенностями. При выборе данного устройства, к примеру, при ремонте различного оборудования, которое им уже комплектовалось, стоит отдавать предпочтение аналогичному датчику. Также возможен выбор устройств с более высоким динамическим диапазоном. Этот показатель отражает максимальную амплитуду колебаний, на которую способен отреагировать прибор. Также важным показателем является чувствительность прибора. Различные изделия отличаются между собой по диапазону частоты, которая измеряется в Гц.

Похожие темы:
Акселерометр

: что это и как работает

Акселерометр — это устройство, которое измеряет вибрацию или ускорение движения конструкции. Сила, вызванная вибрацией или изменением движения (ускорением), заставляет массу «сжимать» пьезоэлектрический материал, который производит электрический заряд, пропорциональный приложенной к нему силе. Поскольку заряд пропорционален силе, а масса постоянна, то заряд также пропорционален ускорению.Эти датчики используются по-разному, от космических станций до портативных устройств, и есть большая вероятность, что у вас уже есть устройство с акселерометром в нем. Например, сегодня почти все смартфоны содержат акселерометр. Они помогают телефону узнать, испытывает ли он ускорение в каком-либо направлении, и по этой причине дисплей вашего телефона включается, когда вы его переворачиваете. В промышленных условиях акселерометры помогают инженерам понять устойчивость машины и позволяют им отслеживать любые нежелательные силы / вибрации.

Подробнее об акселерометрах

КАК ВЫБРАТЬ АКСЕЛЕРОМЕТР?
  1. Какую амплитуду вибрации следует контролировать?
  2. Какой частотный диапазон нужно контролировать?
  3. Каков температурный диапазон установки?
  4. Каков размер и форма исследуемого образца?
  5. Есть ли электромагнитные поля?
  6. Есть ли в этом районе высокий уровень электрических шумов?
  7. Заземлили ли поверхность, на которой должен быть установлен акселерометр?
  8. Является ли окружающая среда агрессивной?
  9. Требуются ли в данной зоне искробезопасные или взрывозащищенные приборы?
  10. Область влажная или вымытая?

Как работает акселерометр?

Акселерометр работает с использованием электромеханического датчика, который предназначен для измерения статического или динамического ускорения.Статическое ускорение — это постоянная сила, действующая на тело, например сила тяжести или трение. Эти силы в значительной степени предсказуемы и однородны. Например, ускорение свободного падения постоянно и составляет 9,8 м / с, а сила гравитации почти одинакова во всех точках Земли.

Силы динамического ускорения неоднородны, лучший пример — вибрация или удары. Автокатастрофа — отличный пример динамического ускорения. Здесь изменение ускорения внезапно по сравнению с его предыдущим состоянием.Теория акселерометров заключается в том, что они могут определять ускорение и преобразовывать его в измеримые величины, такие как электрические сигналы.

Типы акселерометров

Пьезоэлектрические акселерометры (датчики вибрации) бывают двух типов. Первый тип — это акселерометр с выходом заряда с «высоким сопротивлением». В этом типе акселерометра пьезоэлектрический кристалл производит электрический заряд, который напрямую связан с измерительными приборами. Для вывода заряда требуются специальные приспособления и приборы, которые чаще всего встречаются в исследовательских центрах.Этот тип акселерометра также используется в высокотемпературных приложениях (> 120 ° C), где нельзя использовать модели с низким импедансом.

Второй тип акселерометра — это акселерометр с низким сопротивлением на выходе. Акселерометр с низким импедансом имеет акселерометр заряда в качестве переднего конца, но имеет крошечную встроенную микросхему и транзистор на полевом транзисторе, который преобразует этот заряд в напряжение с низким импедансом, которое может легко взаимодействовать со стандартными приборами. Этот тип акселерометра обычно используется в промышленности.Источник питания акселерометра, такой как ACC-PS1, обеспечивает надлежащее питание микросхемы от 18 до 24 В при постоянном токе 2 мА и устраняет уровень смещения постоянного тока, они обычно вырабатывают выходной сигнал с нулевым отсчетом до +/- 5 В в зависимости от Номинальное значение акселерометра в мВ / г. Все акселерометры OMEGA® относятся к этому типу с низким импедансом.

Основные области применения акселерометров

Акселерометры

находят множество применений в различных отраслях промышленности. Как уже говорилось, вы можете найти их в самых сложных машинах для ваших портативных устройств.Давайте посмотрим на некоторые практические применения акселерометров. Цифровые устройства: Акселерометры в смартфонах и цифровых камерах отвечают за поворот дисплея в зависимости от того, в каком положении вы его держите.

Транспортные средства: Изобретение подушек безопасности за эти годы спасло миллионы жизней. Акселерометры используются для срабатывания подушек безопасности, поскольку датчик посылает сигнал при внезапном сотрясении. Дроны: Акселерометры помогают дронам стабилизировать ориентацию в полете. Вращающееся оборудование: Акселерометры, используемые во вращающихся машинах, обнаруживают волнообразные колебания. Промышленные платформы: Для измерения устойчивости или наклона платформы. Мониторинг вибрации: Движущиеся машины создают вибрации, и эти вибрации могут быть вредными для машин, если их оставить без присмотра и усилить. Акселерометры полезны для мониторинга вибраций и все чаще используются на промышленных предприятиях, турбинах и т. Д.

Выберите правильный акселерометр

Акселерометр премиум-класса
Эти акселерометры изготовлены из отборных кристаллов премиум-класса и используют малошумящие схемы для создания первоклассного малошумящего акселерометра.Их корпус из нержавеющей стали 316L герметично защищен от воздействия окружающей среды, поэтому они могут выдерживать суровые промышленные условия. У них также есть варианты искробезопасности FM и CSA. ACC793 — это стандартная конфигурация верхнего кабеля, а ACC797 — низкопрофильная конфигурация бокового кабеля.

Выучить больше

Акселерометр промышленного класса
Акселерометры промышленного класса — это рабочие лошадки в промышленности. Они используются на всем, от станков до малярных шейкеров.OMEGA предлагает на выбор четыре модели. ACC101 (показан) — это высококачественный недорогой акселерометр общего назначения. ACC 102A герметичен для работы в суровых условиях, имеет фиксированный кабель и весит всего 50 грамм. ACC786A, верхний кабель, и ACC787A, боковой кабель, герметично закрыты, а съемные кабели закрыты от непогоды.

Выучить больше

Акселерометр с высокой вибрацией
Акселерометры, используемые для контроля высоких уровней вибрации, имеют более низкий выходной сигнал (10 мВ / г) и меньшую массу, чем промышленные акселерометры.ACC103 весит 15 г и может контролировать уровни вибрации до 500 г. Это конструкция с креплением на шпильках, предназначенная для использования на вибростолах, вибролабораториях и тяжелых промышленных станках. ACC104 весит всего 1,5 грамма и предназначен для крепления на клей. Обе модели имеют частотный диапазон от 3 до 10 кГц и динамический диапазон +/- 500 g.

Выучить больше

Часто задаваемые вопросы

Установка акселерометра
Датчик должен быть установлен непосредственно на поверхности машины для правильного измерения вибрации.Этого можно добиться с помощью нескольких типов креплений:

— Плоское магнитное крепление
— 2-полюсное магнитное крепление
— Клеи (эпоксидные / цианоакрилатные)
— Монтажная шпилька
— Изолирующая шпилька

Магнитные крепления — это, как правило, временные крепления.
Магнитные опоры используются для крепления акселерометров к ферромагнитным материалам, обычно используемым в станках, конструкциях и двигателях. Они позволяют легко перемещать датчик с места на место для получения показаний в нескольких местах.Двухполюсные магнитные крепления используются для крепления акселерометра к изогнутой ферромагнитной поверхности.

Клеи и шпильки с резьбой считаются постоянными креплениями.
Клеи, такие как эпоксидная смола или цианоакрилат, доказали свою эффективность в большинстве случаев. Сохраняйте пленку как можно более тонкой, чтобы избежать нежелательного гашения вибраций из-за гибкости пленки. Чтобы снять закрепленный на клее акселерометр, используйте гаечный ключ на плоских поверхностях корпуса и поверните его, чтобы разорвать клеевое соединение.НЕ ИСПОЛЬЗУЙТЕ МОЛОТОК. Удар по акселерометру приведет к его повреждению.

Крепежные шпильки являются предпочтительным методом монтажа.
Они требуют просверливания конструкции и нарезания резьбы, но обеспечивают прочное и надежное крепление. Обязательно соблюдайте указанные настройки крутящего момента, чтобы не повредить датчик или не оборвать резьбу.

Датчик вибрации Vs. Акселерометр

Устройство, которое вы видите как датчик вибрации, представляет собой не что иное, как акселерометр. Поскольку акселерометры очень хорошо измеряют изменение скорости, эту особенность лучше всего использовать для измерения вибраций, поскольку скорость всегда постоянно меняется.

Техническое обучение Техническое обучение Просмотреть эту страницу на другом языке или в другом регионе

Что такое акселерометр? | FierceElectronics

Акселерометр — это электронный датчик, который измеряет силы ускорения, действующие на объект, с целью определения положения объекта в пространстве и отслеживания его движения.Ускорение, которое является векторной величиной, представляет собой скорость изменения скорости объекта (скорость — это смещение объекта, деленное на изменение во времени).

Есть два типа сил ускорения: статические силы и динамические силы. Статические силы — это силы, которые постоянно прикладываются к объекту (например, трение или гравитация). Динамические силы — это «движущие» силы, прикладываемые к объекту с разной скоростью (например, вибрация или сила, действующая на биток в игре в пул).Вот почему акселерометры используются, например, в системах безопасности при столкновении автомобилей. Когда на автомобиль действует мощная динамическая сила, акселерометр (обнаруживающий быстрое замедление) посылает электронный сигнал на встроенный компьютер, который, в свою очередь, срабатывает подушки безопасности.

Существует три различных типа акселерометров, каждый из которых предназначен для эффективной работы в предполагаемых условиях эксплуатации. Есть три типа: пьезоэлектрический, пьезорезистивный и емкостный.

Пьезоэлектрический акселерометр использует пьезоэлектрический эффект (пьезоэлектрические материалы вырабатывают электричество, когда подвергаются физическому воздействию) для определения изменения ускорения.Пьезоэлектрические акселерометры чаще всего используются для измерения вибрации и ударов.

Пьезорезистивные акселерометры гораздо менее чувствительны, чем пьезоэлектрические акселерометры, и лучше подходят для краш-тестов транспортных средств. Пьезорезистивный акселерометр увеличивает свое сопротивление пропорционально величине приложенного к нему давления.

Третий и наиболее часто используемый тип акселерометра — это емкостной акселерометр. Емкостные акселерометры используют изменение электрической емкости для определения ускорения объекта.Когда датчик испытывает ускорение, расстояние между пластинами его конденсатора изменяется по мере движения диафрагмы датчика.

Большинство акселерометров являются миниатюрными, и их часто называют акселерометрами микроэлектромеханических систем (МЭМС). Из-за своего размера и доступности они встроены во множество портативных электронных устройств (таких как телефоны, планшеты и игровые контроллеры). В телефонах и планшетах акселерометр отвечает за «переворачивание» экрана при повороте устройства.Акселерометры также используются зоологами (для отслеживания передвижения животных в дикой природе), инженерами (особенно в экспериментах со столкновениями) и на заводах (для отслеживания вибрации машин).

Датчик акселерометра

— обзор

8.3.1.3 Плюсы и минусы использования датчиков акселерометра

Основным преимуществом использования датчика акселерометра в биометрии, конечно же, является его повсеместное присутствие в повседневной жизни. Это связано с широким распространением смартфонов, в которые в наши дни эти датчики всегда встроены.Их обычное использование в этой настройке предназначено только для очень простых задач, таких как движение встряхивания, изменение ориентации экрана и т. Д. Тем не менее, важно учитывать, что, будучи датчиками типа MEMS, они могут выполнять гораздо более сложные и требовательные задачи. Например, использование смартфонов для биометрического распознавания походки становится все более популярным. Ряд современных предложений в этой области показывают, как можно «обучить» сам смартфон распознавать своего владельца (соответствие 1: 1) по шаблону ходьбы, используя внутренний акселерометр и, в конечном итоге, гироскоп.Более того, смартфоны могут отправлять данные на удаленный сервер, и это может быть полезно для распознавания в модальности идентификации (соответствие 1: N), например, для предоставления доступа к зарезервированному месту. В этом случае пользователь не претендует на идентичность и должен быть распознан среди ряда зарегистрированных или отклонен как неизвестный. Стоит отметить, что простая идентификация устройства не гарантирует, что человек, который несет его, действительно является предполагаемым. Еще одна возможность — использование в мультибиометрических условиях.В этом случае удаленный сервер собирает различные биометрические шаблоны (например, визуальный образец лица или походки с помощью видеокамер) и объединяет результаты распознавания. Следует отметить, что получение данных акселерометра не страдает от хорошо известных проблем подходов, основанных на компьютерном зрении, таких как поза, освещение и окклюзия. Эти датчики могут следовать за пользователем повсюду, устраняя необходимость в дополнительных устройствах или дублировании оборудования, а также в любых изменениях окружающей среды, например, в методах на основе датчиков пола.Кроме того, этот подход, в отличие от двух других, упомянутых ранее, может позволить распознавать нескольких пользователей без какого-либо дополнительного специализированного алгоритма, поскольку нет перекрытия данных. Таким образом, можно отдельно распознавать большее количество пользователей, которые одновременно находятся в одной и той же контролируемой зоне, без увеличения сложности или точности системы. И последнее, но не менее важное: конечно, стоимость довольно близка к нулю.

Несмотря на отмеченные выше положительные моменты, стоит отметить и ограничения.В качестве минусов можно упомянуть все проблемы, связанные с биометрией походки, описанные в разделе 8 (например, возможно, зашумленные сигналы, влияние характеристик обуви и уклонов грунта, влияние скорости ходьбы), которые могут быть более очевидными в отношении машины. техники видения, потому что источники ввода напрямую привязаны к пользователю. Кроме того, акселерометры страдают от различий между устройствами. Даже в случае использования одной и той же модели акселерометра с одной производственной линии в идентичных условиях могут быть существенные различия в захваченных сигналах акселерометра.Это связано с калибровкой и систематическими ошибками, которые могут произойти, особенно когда датчик встроен в смартфон (даже потому, что в этом случае их обычная роль предназначена только для игр или других приложений, не требующих высокой точности). Однако, как показано в [12], можно значительно уменьшить эту последнюю проблему с помощью простой специальной процедуры.

Основы акселерометра — learn.sparkfun.com

Что такое акселерометр?

Акселерометры — это устройства, которые измеряют ускорение, то есть скорость изменения скорости объекта.Они измеряются в метрах на секунду в квадрате (м / с 2 ) или в перегрузках (g). Единичная G-сила для нас здесь, на планете Земля, эквивалентна 9,8 м / с 2 , но это немного зависит от высоты (и будет другим значением на разных планетах из-за изменений гравитационного притяжения). Акселерометры полезны для измерения вибрации в системах или для ориентации.

Рекомендуемая литература

Если вы не знакомы с какой-либо из приведенных ниже тем, вы можете прочитать их, прежде чем переходить к акселерометрам.

Логические уровни

Узнайте разницу между устройствами 3,3 В и 5 В и логическими уровнями.

I2C

Введение в I2C, один из основных используемых сегодня протоколов встроенной связи.


Как работает акселерометр

Акселерометры

— это электромеханические устройства, которые определяют статические или динамические силы ускорения.Статические силы включают гравитацию, а динамические силы могут включать колебания и движение.

Оси измерения трехосного акселерометра

Акселерометры

могут измерять ускорение по одной, двум или трем осям. 3-осевые агрегаты становятся все более распространенными, поскольку стоимость их разработки снижается.

Обычно акселерометры содержат внутри емкостные пластины. Некоторые из них фиксированы, а другие прикреплены к крохотным пружинам, которые перемещаются внутри, когда на датчик действуют силы ускорения.Когда эти пластины перемещаются относительно друг друга, емкость между ними изменяется. По этим изменениям емкости можно определить ускорение.

Другие акселерометры могут быть ориентированы на пьезоэлектрические материалы. Эти крошечные кристаллические структуры выделяют электрический заряд при механическом воздействии (например, при ускорении).

Пример внутренней части пьезоэлектрического акселерометра


Как подключить к акселерометру

Для большинства акселерометров основными соединениями, необходимыми для работы, являются питание и линии связи.Как всегда, прочтите техническое описание, чтобы убедиться, что все соединения выполнены правильно.

Интерфейс связи

Акселерометры

обмениваются данными через аналоговый, цифровой интерфейс или интерфейс с широтно-импульсной модуляцией.

  • Аналоговый — акселерометры с аналоговым интерфейсом показывают ускорение при различных уровнях напряжения. Эти значения обычно колеблются между уровнем заземления и уровнем напряжения питания. Затем для считывания этого значения можно использовать АЦП на микроконтроллере.Как правило, они дешевле цифровых акселерометров.

  • Цифровой — Акселерометры с цифровым интерфейсом могут обмениваться данными через протоколы связи SPI или I 2 C. Они, как правило, обладают большей функциональностью и менее чувствительны к шуму, чем аналоговые акселерометры.

  • Широтно-импульсная модуляция (PWM) — Акселерометры, которые выводят данные с помощью широтно-импульсной модуляции (PWM), выводят прямоугольные волны с известным периодом, но с рабочим циклом, который изменяется с изменениями ускорения.

Мощность

Акселерометры обычно маломощные. Требуемый ток обычно находится в диапазоне микро (µ) или миллиампер при напряжении питания 5 В или меньше. Потребление тока может варьироваться в зависимости от настроек (например, режим энергосбережения по сравнению со стандартным рабочим режимом). Эти различные режимы могут сделать акселерометры подходящими для приложений с батарейным питанием.

Убедитесь, что согласованы правильные логические уровни, особенно с цифровыми интерфейсами.


Как выбрать акселерометр

При выборе акселерометра важно учитывать несколько функций, включая требования к питанию и интерфейсы связи, как обсуждалось ранее. Дополнительные возможности для рассмотрения приведены ниже.

Диапазон

Большинство акселерометров имеют выбираемый диапазон измеряемых сил. Эти диапазоны могут варьироваться от ± 1 г до ± 250 г. Как правило, чем меньше диапазон, тем более чувствительными будут показания акселерометра.Например, для измерения небольших вибраций на столе использование акселерометра с малым диапазоном дает более подробные данные, чем использование диапазона 250g (который больше подходит для ракет).

Трехосевой акселерометр ADXL362 может измерять значения ± 2g, ± 4g и ± 8g.

Дополнительные функции

Некоторые акселерометры включают такие функции, как обнаружение постукивания (полезно для приложений с низким энергопотреблением), обнаружение свободного падения (используется для активной защиты жесткого диска), температурная компенсация (для повышения точности в ситуациях точного расчета) и определение диапазона 0 g, которое другие особенности, которые следует учитывать при покупке акселерометра.Потребность в таких функциях акселерометра будет определяться приложением, в которое встроен акселерометр.

Также доступны IMU (инерциальные измерительные блоки), которые могут включать в себя акселерометры, гироскопы и даже, иногда, магнитометры в одном корпусе или плате ИС. Некоторые примеры этого включают MPU6050 и MPU9150. Они обычно используются в приложениях для отслеживания движения и системах наведения БПЛА, где важны местоположение и ориентация объекта.


Покупка акселерометра

Теперь, когда вы выучили буквы x, y и z, взгляните на рекомендуемые нами акселерометры.

Наши рекомендации:

Чтобы получить более подробные сведения о выборе акселерометра, ознакомьтесь с нашим руководством по покупке , чтобы найти то, что подходит для вашего проекта.

Ресурсы и дальнейшее развитие

Теперь у вас должны быть все основные инструменты и навыки, необходимые для реализации акселерометра в вашем собственном проекте.

Чтобы узнать больше об акселерометрах, перейдите по следующим ссылкам:

Акселерометры | Печатная плата Piezotronics

PCB Piezotronics производит прецизионные акселерометры для измерения вибрации, ударов, ускорения и движения для мониторинга, управления и тестирования. ICP ® , PE, MEMS и технологии измерения емкости используются для выполнения широкого спектра требований к измерениям. Акселерометры используются при полевых испытаниях, при производстве и проектировании на заводе, а также в научно-исследовательских и опытно-конструкторских организациях для сбора критически важных данных.В дополнение к нашим прецизионным миниатюрным устройствам для исследований и разработок доступны прочные акселерометры и датчики вибрации для мониторинга состояния промышленного оборудования.

Параметры конфигурации одноосного и трехосного (трехосного) акселерометра включают чувствительность, температуру, частотную характеристику, амплитудную характеристику, форм-фактор и заземление выводного провода. Акселерометры имеют решающее значение для оценки надлежащей работы оборудования или конструкций. Такие приложения обычно требуют подтверждения калибровки всей измерительной системы от датчика до конечного выхода.PCB калибрует все продукты, соответствующие требованиям NIST, и включает сертификат калибровки с каждым поставляемым датчиком.

Узнать больше +

Чаще всего используется технология акселерометров ICP ® . Для этих датчиков требуется питание ICP ® . Большинство современных систем сбора данных, цифрового управления и портативных информационных систем обеспечивают питание датчиков ICP ® . Датчики ICP ® могут называться выходными датчиками режима напряжения. Наши датчики PE могут называться выходными датчиками режима заряда.Для каждой измеряемой оси направления требуется один канал системы данных или формирователя сигнала.

Датчики вибрации могут называться акселерометрами, акселераторами или промышленное сообщество может называть их датчиком вибрации или датчиком вибрации. Пожизненная гарантия и доставка в тот же день являются стандартными для нашей программы датчиков Plantinum Stock.

Основные характеристики:

  • Прочный и долговечный
  • Высокая жесткость
  • Очень повторяемый
  • Широкий динамический диапазон
  • Время быстрого нарастания
  • Высокопроизводительный частотный диапазон

Приложения:

  • Балансировка
  • Анализ подшипников
  • Биомеханика
  • Мониторинг вибрации зданий
  • Мониторинг моста
  • Испытания на долговечность компонентов
  • Краш-тесты
  • Испытания на падение
  • ESS, HALT и HASS
  • Испытания на усталость
  • Контроль коробки передач
  • Экологические испытания
  • Испытания на вибрацию земли
  • Измерения ударов
  • Импульсная характеристика
  • Вибрация машин
  • Модальный анализ
  • Исследования NVH
  • Тестирование упаковки
  • Квалификация продукции
  • Pyroshock
  • Контроль качества
  • Исследования и разработки
  • Сейсмический мониторинг
  • Писк и грохот
  • Структурные испытания
  • Структурный шум
  • Анализ вибрации
  • Виброизоляция
  • Проверка вибрационного стресса
Закрывать —

Рекомендуемые акселерометры:

Выбор наиболее подходящего акселерометра МЭМС для вашего приложения — Часть 1

Введение

Акселерометры

способны измерять ускорение, наклон, вибрацию или удары и, как следствие, используются в самых разных приложениях, от носимых устройств для фитнеса до систем стабилизации промышленных платформ.Есть сотни деталей на выбор со значительным диапазоном стоимости и производительности. В первой части этой статьи обсуждаются ключевые параметры и функции, о которых должен знать проектировщик, и их отношение к приложениям для наклона и стабилизации, что помогает проектировщику выбрать наиболее подходящий акселерометр. Часть 2 будет посвящена носимым устройствам, мониторингу на основе состояния (CBM) и приложениям Интернета вещей.

Новейшие емкостные акселерометры MEMS находят применение в приложениях, где традиционно преобладали пьезоэлектрические акселерометры и другие датчики.Такие приложения, как CBM, мониторинг состояния конструкций (SHM), мониторинг состояния активов (AHM), мониторинг показателей жизнедеятельности (VSM) и беспроводные сенсорные сети IoT — это области, в которых датчики MEMS нового поколения предлагают решения. Однако с таким количеством акселерометров и таким количеством приложений выбор подходящего может легко запутать.

Не существует отраслевого стандарта, определяющего, к какой категории относится акселерометр. Обычно акселерометры классифицируются по категориям, и соответствующие приложения показаны в таблице 1.Показанные значения полосы пропускания и диапазона g- являются типичными для акселерометров, используемых в перечисленных конечных приложениях.

Таблица 1. Марка акселерометра и типовая область применения
Акселерометр, класс Основное приложение Пропускная способность г- Диапазон
Потребитель Движение, статическое ускорение 0 Гц 1 г
Автомобильная промышленность Авария / стабильность 100 Гц <200 г /2 г
Промышленное Платформа для устойчивости / наклона от 5 Гц до 500 Гц 25 г
Тактический Оружие / корабельная навигация <1 кГц 8 г
Навигация Навигация для подводных лодок / катеров> 300 Гц 15 г

На рис. 1 показан снимок ряда акселерометров MEMS, и каждый датчик классифицируется на основе ключевых показателей производительности для конкретного приложения и уровня интеллекта / интеграции.Основное внимание в этой статье уделяется акселерометрам следующего поколения, основанным на усовершенствованных структурах MEMS и обработке сигналов, а также технологиях упаковки мирового класса, обеспечивающих стабильность и шумовые характеристики, сопоставимые с более дорогими нишевыми устройствами, при меньшем потреблении энергии. Эти атрибуты и другие важные характеристики акселерометра обсуждаются более подробно в следующих разделах в зависимости от актуальности приложения.

Рис. 1. Область применения некоторых акселерометров MEMS компании Analog Devices.

Датчик наклона или наклона

Ключевые критерии: стабильность смещения, смещение по температуре, низкий уровень шума, повторяемость, устранение вибрации, чувствительность к поперечным осям.

Точное определение наклона или наклона — это сложная задача для емкостных акселерометров MEMS, особенно при наличии вибрации. Использование емкостных акселерометров MEMS для достижения точности наклона 0,1 ° в динамических условиях очень сложно — <1 ° трудно, а> 1 ° очень достижимо. Чтобы акселерометр мог эффективно измерять наклон или наклон, необходимо хорошо понимать характеристики датчика и среду конечного применения.Статическая среда обеспечивает гораздо лучшие условия для измерения наклона по сравнению с динамической средой, потому что вибрация или удары могут повредить данные наклона и привести к значительным ошибкам в измерениях. Наиболее важными характеристиками для измерения наклона являются временное смещение, гистерезис, низкий уровень шума, краткосрочная / долгосрочная стабильность, повторяемость и хорошее устранение вибрации.

Ошибки, такие как ноль- г точность смещения, ноль- г сдвиг смещения из-за пайки, ноль- г Смещение смещения из-за выравнивания корпуса печатной платы, ноль- г tempco, точность чувствительности и температура, нелинейность , и поперечная осевая чувствительность наблюдаются и могут быть уменьшены с помощью процессов калибровки после сборки.Другие термины ошибки, такие как гистерезис, смещение нуля — г смещение за срок службы, изменение чувствительности в течение срока службы, смещение нуля — г из-за влажности, а также изгиб и скручивание печатной платы из-за колебаний температуры с течением времени, не могут быть учтены при калибровке. , или же они требуют снижения некоторого уровня обслуживания на месте.

Ассортимент акселерометров

Analog Devices можно разделить на части специального назначения: MEMS (ADXLxxx) и i Sensor ® (ADIS16xxx). i Датчик или интеллектуальные датчики имеют высокую степень интеграции (от 4 ° до 10 ° свободы) и программируемые части, используемые в сложных приложениях в динамических условиях.Эти высокоинтегрированные plug-and-play решения включают полную заводскую калибровку, встроенную компенсацию и обработку сигналов, решая многие из описанных выше ошибок при обслуживании на месте и значительно снижая затраты на проектирование и проверку. Эта обширная заводская калибровка характеризует всю сигнальную цепь датчика по чувствительности и смещению в указанном диапазоне температур, обычно от -40 ° C до + 85 ° C. В результате каждая деталь датчика i имеет свои собственные уникальные формулы коррекции, позволяющие производить точные измерения при установке.Для некоторых систем заводская калибровка устраняет необходимость калибровки на уровне системы и значительно упрощает ее для других.

i Детали датчика специально предназначены для определенных приложений. Например, ADIS16210, показанный на рис. 2, был разработан и адаптирован специально для работы с наклоном и, как следствие, может сразу предлагать относительную точность <1 °. В значительной степени это связано с интегрированной обработкой сигналов и калибровкой конкретного устройства для обеспечения оптимальной точности. i Датчики рассматриваются далее в разделе стабилизации.

Рис. 2. Прецизионный трехосный наклонный элемент ADIS16210.

Архитектуры акселерометров последнего поколения, такие как ADXL355, более универсальны (наклон, мониторинг состояния, работоспособность конструкции, приложения IMU / AHRS) и содержат меньше специализированных, но все же многофункциональных интегрированных блоков, как показано на рисунке 3.

Рис. 3. Трехосевой МЭМС-акселерометр ADXL355 с низким уровнем шума, малым дрейфом и низким энергопотреблением.

В следующем разделе сравнивается ADXL345, акселерометр общего назначения, с акселерометром нового поколения с низким уровнем шума, малым дрейфом и малым энергопотреблением ADXL355, который идеально подходит для использования в широком спектре приложений, таких как узлы датчиков IoT и инклинометры. .Это сравнение рассматривает источники ошибок в приложении наклона и то, какие ошибки можно компенсировать или устранить. В таблице 2 приведены оценки идеальных рабочих характеристик акселерометров ADXL345 потребительского уровня и соответствующие ошибки наклона. Пытаясь добиться максимально возможной точности наклона, обязательно применять какую-либо форму стабилизации или компенсации температуры. В этом примере предполагается постоянная температура 25 ° C. Наибольшие факторы ошибки, которые не могут быть полностью скомпенсированы, — это смещение из-за температуры, дрейфа смещения и шума.Полоса пропускания может быть уменьшена для уменьшения шума, поскольку приложениям наклона обычно требуется ширина полосы ниже 1 кГц.

Таблица 2. Оценка источника ошибки ADXL345
Параметр датчика Производительность Состояние / Примечание Типичная ошибка приложения г Наклон °
Шум Ось X / Y
290 мкм г / √ (Гц)
Пропускная способность на 6.25 Гц 0,9 м г 0,05 °
Смещение смещения Отклонение Аллана Ось X / Y кратковременно (например, 10 дней) 1 м г 0,057 °
Начальное смещение 35 м г Компенсация отсутствует 35 м г 2 °
С компенсацией 0 м г 0 °
Ошибка Компенсация отсутствует 6.Полоса пропускания 25 Гц 36,9 м г 2,1 °
Ошибка С компенсацией Ширина полосы 6,25 Гц 1,9 м г 0,1 °

Таблица 3 показывает те же критерии для ADXL355. Краткосрочные значения систематической ошибки оценивались на основе графиков корневой дисперсии Аллана в листе данных ADXL355. При 25 ° C точность скомпенсированного наклона оценивается как 0.1 ° для ADXL345 общего назначения. Для промышленного класса ADXL355 расчетная точность наклона составляет 0,005 °. Сравнивая ADXL345 и ADXL355, можно увидеть, что факторы, вносящие большие ошибки, такие как шум, были значительно уменьшены с 0,05 ° до 0,0045 ° и дрейф смещения с 0,057 ° до 0,00057 ° соответственно. Это показывает огромный скачок в характеристиках емкостного акселерометра MEMS с точки зрения шума и дрейфа смещения, что обеспечивает гораздо более высокие уровни точности наклона в динамических условиях.

Таблица 3.Источник ошибки ADXL355 оценивает
Параметр датчика Производительность Состояние / Примечание Типичная ошибка приложения г Наклон °
Шум 25 мк г / √ (Гц) Полоса пропускания при
6,25 Гц
78 мкм г 0,0045 °
Смещение смещения Отклонение Аллана Ось X / Y кратковременно (например, 10 дней) <10 мкм г 0.00057 °
Начальное смещение 25 м г Компенсация отсутствует 25 м г 1,43 °
С компенсацией 0 м г 0 °
Общая ошибка Компенсация отсутствует Ширина полосы 6,25 Гц 25 м г 1.43 °
Общая ошибка С компенсацией Ширина полосы 6,25 Гц 88 мк г 0,005 °

Выбор акселерометра более высокого класса имеет решающее значение для достижения требуемых характеристик, особенно если ваше приложение требует точности наклона менее 1 °. Точность применения может варьироваться в зависимости от условий применения (большие колебания температуры, вибрация) и выбора датчика (потребительский или потребительский.промышленный или тактический ранг). В этом случае ADXL345 потребует значительных усилий по компенсации и калибровке для достижения точности наклона <1 °, что приведет к увеличению общих усилий и затрат на систему. В зависимости от величины вибрации в конечной среде и температурного диапазона это может быть даже невозможно. При температуре от 25 ° C до 85 ° C дрейф смещения tempco составляет 1,375 °, что уже превышает требования для точности наклона менее 1 °.

Для ADXL355 максимальный дрейф смещения температуры от 25 ° C до 85 ° C равен 0.5 °.

Повторяемость ADXL354 и ADXL355 (± 3,5 м г / 0,2 ° для X и Y, ± 9 м г / 0,5 ° для Z) прогнозируется на срок службы 10 лет и включает в себя сдвиги из-за срока службы при высоких температурах тест (HTOL) (T A = 150 ° C, V SUPPLY = 3,6 В и 1000 часов), температурный цикл (от -55 ° C до + 125 ° C и 1000 циклов), случайное блуждание скорости, широкополосный шум , и температурный гистерезис. Обеспечивая воспроизводимое измерение наклона при любых условиях, эти новые акселерометры обеспечивают минимальную ошибку наклона без обширной калибровки в суровых условиях, а также сводят к минимуму необходимость калибровки после развертывания.Акселерометры ADXL354 и ADXL355 обеспечивают гарантированную температурную стабильность с нулевым коэффициентом смещения 0,15 м г / ° C (максимум). Стабильность сводит к минимуму ресурсы и затраты, связанные с калибровкой и тестированием, помогая OEM-производителям устройств достичь более высокой производительности. Кроме того, герметичная упаковка помогает гарантировать, что конечный продукт будет соответствовать его характеристикам повторяемости и стабильности еще долгое время после того, как он покинет завод.

Как правило, повторяемость и устойчивость к погрешностям устранения вибрации (VRE) не показаны в технических паспортах, поскольку они являются потенциальным индикатором более низкой производительности.Например, ADXL345 — это акселерометр общего назначения, предназначенный для потребительских приложений, где VRE не является основной проблемой для дизайнеров. Однако в более требовательных приложениях, таких как инерциальная навигация, наклонные приложения или особые среды, богатые вибрацией, невосприимчивость к VRE, вероятно, будет главной заботой разработчика и, следовательно, ее включение в данные ADXL354 / ADXL355 и ADXL356 / ADXL357. листы.

VRE, как показано в таблице 4, представляет собой ошибку смещения, возникающую при воздействии на акселерометры широкополосной вибрации.Когда акселерометр подвергается вибрации, VRE вносит значительную ошибку в измерения наклона по сравнению со смещением 0 g по температуре и шуму. Это одна из основных причин, по которой он не фигурирует в технических характеристиках, поскольку он может очень легко затмить другие ключевые спецификации.

VRE — это реакция акселерометра на колебания переменного тока, которые преобразуются в постоянный ток. Эти выпрямленные колебания постоянного тока могут сместить смещение акселерометра, что приведет к значительным ошибкам, особенно в приложениях с наклоном, где интересующим сигналом является выходной сигнал постоянного тока.Любое небольшое изменение смещения постоянного тока можно интерпретировать как изменение наклона и привести к ошибкам на уровне системы.

Таблица 4. Ошибки, отображаемые в градусах наклона
Часть Максимальная ошибка наклона
0 г Смещение в зависимости от температуры
(° / ° C)
Плотность шума
(° / √ (Гц))
Устранение вибрации (° / g 2 среднеквадратичное значение)
ADXL354 0.0085 0,0011 0,023 1
ADXL355 0,0085 0,0014 0,023 1
1 ± 2 г- диапазон в ориентации 1 г , смещение из-за вибрации 2,5 г среднеквадратичное значение.

VRE может быть вызвано различными резонансами и фильтрами внутри акселерометра, в данном случае ADXL355, из-за того, что VRE сильно зависит от частоты.Вибрации усиливаются этими резонансами с коэффициентом, равным добротности резонанса, и будут гасить колебания на более высоких частотах из-за 2-х -го порядка 2-полюсного отклика резонатора. Чем больше резонанс добротности датчика, тем больше VRE из-за большего усиления вибраций. Большая полоса пропускания измерения приводит к интеграции высокочастотных внутриполосных вибраций, что приводит к более высокому VRE, как показано на рисунке 4. Многих проблем, связанных с вибрацией, можно избежать, выбрав подходящую полосу пропускания для акселерометра, чтобы отклонить высокочастотные вибрации. 1

Рисунок 4. Тест ADXL355 VRE при разной полосе пропускания.

Для измерения статического наклона обычно требуются акселерометры g с малой массой около ± 1 g до ± 2 g с полосой пропускания менее 1,5 кГц. Аналоговый выход ADXL354 и цифровой выход ADXL355 имеют низкую плотность шума (20 μ g √Hz и 25 μ g √Hz соответственно), низкий 0 g дрейф смещения, малое энергопотребление, 3-осевые акселерометры с встроенные датчики температуры и выбираемые диапазоны измерения, как показано в таблице 5.

Таблица 5. Диапазоны измерений ADXL354 / ADXL355 / ADXL356 / ADXL357
Часть Диапазон измерений ( г ) Полоса пропускания (кГц)
ADXL354B ± 2, ± 4 1,5
ADXL354C ± 2, ± 8 1,5
ADXL355B ± 2, ± 4, ± 8 1
ADXL356B ± 10, ± 20 1.5
ADXL356C ± 10, ± 40 1,5
ADXL357B ± 10,24, ± 20,48, ± 40,96 1

ADXL354 / ADXL355 и ADXL356 / ADXL357 поставляются в герметичном корпусе, что обеспечивает превосходную долгосрочную стабильность. Прирост производительности благодаря пакету обычно масштабируется, как показано на рисунке 5. Пакет часто упускается из виду с точки зрения того, что производитель может сделать, чтобы добавить дополнительную производительность в отношении стабильности и дрейфа.Это было ключевым направлением деятельности Analog Devices, что можно увидеть в широком спектре типов корпусов датчиков, которые мы предлагаем для различных областей применения.

Высокотемпературные и динамические среды

До появления акселерометров, рассчитанных на работу при высоких температурах или в суровых условиях, некоторые конструкторы были вынуждены использовать стандартные температурные ИС, выходящие далеко за пределы, указанные в паспорте. Это означает, что конечный пользователь берет на себя ответственность и риск аттестации компонента при повышенных температурах, что является дорогостоящим и требует много времени.Хорошо известно, что герметичные герметичные упаковки устойчивы к повышенным температурам и обеспечивают барьер против влаги и загрязнений, вызывающих коррозию. Analog Devices предлагает ряд герметичных деталей, обеспечивающих повышенную стабильность и характеристики при повышенных температурах. Analog Devices также проделала значительную работу по изучению характеристик пластиковых корпусов при повышенных температурах, в частности, выводной рамки и выводов на способность соответствовать процессам высокотемпературной пайки и обеспечения надежного крепления в условиях сильных ударов и вибрации.В результате Analog Devices предлагает 18 акселерометров с указанным диапазоном температур от -40 ° C до + 125 ° C, включая ADXL206, ADXL354 / ADXL355 / ADXL356 / ADXL357, ADXL1001 / ADXL1002, ADIS16227 / ADIS16228 и ADIS16209. Большинство конкурентов не предлагают емкостные акселерометры MEMS, способные работать при температурах от -40 ° C до + 125 ° C или в суровых условиях окружающей среды, таких как тяжелое промышленное оборудование, бурение и разведка скважин.

Рисунок 5. Примеры увеличения производительности за счет передовых методов упаковки и калибровки.

Выполнение измерений наклона в очень суровых условиях с температурой выше 125 ° C — чрезвычайно сложная задача. ADXL206 — это высокоточный (точность наклона <0,06 °), маломощный, полнофункциональный двухосевой МЭМС-акселерометр для использования в условиях высоких температур и суровых условий, таких как бурение и разведка скважин. Эта деталь поставляется в керамическом корпусе размером 13 мм × 8 мм × 2 мм, припаянном по бокам, с двойным расположением рядов, что позволяет работать в диапазоне температур окружающей среды от -40 ° C до + 175 ° C, с ухудшающимися характеристиками выше 175 ° C. со 100% восстанавливаемостью.

Для измерения угла наклона в динамической среде, где присутствует вибрация, например, в сельскохозяйственном оборудовании или дронах, требуются акселерометры с более высоким диапазоном g- , такие как ADXL356 / ADXL357. Измерения акселерометра в ограниченном диапазоне g могут привести к отсечению, которое приводит к добавлению дополнительного смещения к выходному сигналу. Ограничение может происходить из-за того, что ось чувствительности находится в поле силы тяжести 1 g , или из-за ударов с быстрым временем нарастания и медленным затуханием.При более высоком диапазоне g ограничение акселерометра уменьшается, что снижает смещение, что приводит к повышению точности наклона в динамических приложениях.

На рисунке 6 показано измерение с ограничением диапазона г по оси Z ADXL356, при этом 1 г уже присутствует в этом диапазоне измерения. На рисунке 7 показано то же измерение, но с диапазоном г , расширенным с ± 10 г до ± 40 г . Хорошо видно, что смещение из-за ограничения значительно уменьшается при расширении диапазона g акселерометра.

ADXL354 / ADXL355 и ADXL356 / ADXL357 обеспечивают превосходное устранение вибраций, долгосрочную воспроизводимость и низкий уровень шума в небольшом форм-факторе и идеально подходят для измерения наклона / наклона как в статической, так и в динамической среде.

Рисунок 6. ADXL356 VRE, смещение оси Z от 1 g, диапазон ± 10 g, ориентация оси Z = 1 g. Рисунок 7. ADXL356 VRE, смещение оси Z от 1 g, диапазон ± 40 g, Z- ориентация оси = 1 г.

Стабилизация

Ключевые критерии: плотность шума, случайное блуждание скорости, стабильность смещения во время выполнения, повторяемость смещения и полоса пропускания.

Обнаружение и понимание движения может повысить ценность многих приложений. Ценность возникает из-за использования движения, которое испытывает система, и его преобразования в улучшенную производительность (уменьшенное время отклика, более высокую точность, более высокую скорость работы), повышенную безопасность или надежность (отключение системы в опасных ситуациях) или другие дополнительные функции. . Существует большой класс приложений стабилизации, которые требуют комбинации гироскопов с акселерометрами (сочетание датчиков), как показано на рисунке 8, из-за сложности движения — например, в оборудовании наблюдения на базе БПЛА и системах наведения антенн, используемых на кораблях. . 2

Рисунок 8. Шесть степеней свободы IMU.

Шесть степеней свободы В IMU используется несколько датчиков, поэтому они могут компенсировать недостатки друг друга. То, что может показаться простым инерционным движением по одной или двум осям, на самом деле может потребовать объединения датчиков акселерометра и гироскопа, чтобы компенсировать вибрацию, силу тяжести и другие воздействия, которые только акселерометр или гироскоп не сможет точно измерить. Данные акселерометра состоят из гравитационной составляющей и ускорения движения.Их нельзя разделить, но можно использовать гироскоп, чтобы удалить гравитационную составляющую из выходного сигнала акселерометра. Ошибка из-за гравитационного компонента данных акселерометра может быстро стать большой после необходимого процесса интегрирования для определения положения по ускорению. Из-за накопления ошибок одного гироскопа для определения положения недостаточно. Гироскопы не воспринимают гравитацию, поэтому их можно использовать в качестве опорного датчика вместе с акселерометром.

В приложениях стабилизации датчик MEMS должен обеспечивать точные измерения ориентации платформы, особенно когда она находится в движении.Блок-схема типичной системы платформы стабилизации платформы, использующей серводвигатели для коррекции углового движения, показана на рисунке 9. Контроллер серводвигателя / обратной связи преобразует данные датчиков ориентации в корректирующие управляющие сигналы для серводвигателей.

Рисунок 9. Базовая система стабилизации платформы. 3

Конечное приложение будет определять требуемый уровень точности, а качество датчика, выбранного потребительского или промышленного класса, будет определять, достижимо это или нет.Важно различать устройства потребительского уровня и устройства промышленного класса, и иногда это может потребовать внимательного рассмотрения, поскольку различия могут быть незначительными. В таблице 6 показаны основные различия между акселерометром потребительского и промышленного уровня, интегрированным в IMU.

Таблица 6. Промышленные устройства MEMS предлагают обширную характеристику всех известных источников потенциальных ошибок и обеспечивают более чем порядок увеличения точности по сравнению с потребителями 2
Параметр акселерометра Типовая промышленная спецификация Улучшение по сравнению с обычным потребительским устройством
Динамический диапазон До 40 г 3 ×
Плотность шума 25 мк г / √Гц 10 ×
Случайное блуждание со скоростью 0.03 м / с / √Гц 10 ×
Стабильность смещения во время работы 10 мкм г 10 ×
Повторяемость смещения 25 м г 100 ×
Ширина полосы по –3 дБ 500 Гц 2 ×

В некоторых случаях, когда условия благоприятны и приемлемы неточные данные, устройство с низкой точностью может обеспечить адекватную производительность.Тем не менее, требования к датчику в динамических условиях быстро растут, и детали с более низкой точностью сильно страдают из-за невозможности уменьшить эффекты вибрации от фактических измерений или температурных воздействий, поэтому из-за затруднений при измерении точности наведения ниже 3 ° — 5 °. Большинство потребительских устройств низкого уровня не предоставляют спецификации для таких параметров, как устранение вибрации, угловое случайное блуждание и другие параметры, которые на самом деле могут быть основными источниками ошибок в промышленных приложениях.

Для измерения точности наведения от 1 ° до 0,1 ° в динамических условиях выбор детали проектировщиком должен быть сосредоточен на способности датчиков отклонять погрешность дрейфа из-за влияния температуры и вибрации. Хотя фильтрация сенсоров и алгоритмы (объединение сенсоров) являются критически важным элементом в достижении улучшенных характеристик, они не способны устранить пробелы в характеристиках от сенсора потребительского уровня к сенсору промышленного уровня. Промышленные IMU нового класса Analog Devices достигают характеристик, близких к тем, которые использовались в системах наведения ракет предыдущего поколения.Такие компоненты, как ADIS1646x и анонсированный ADIS1647x, могут обеспечивать точное определение движения в форм-факторах стандартного и мини-IMU, открывая то, что раньше было нишевой областью применения.

Во второй части этой статьи мы продолжим исследовать ключевые характеристики производительности акселерометров MEMS и то, как они соотносятся с такими областями приложений, как носимые устройства, мониторинг на основе состояния и IoT, включая мониторинг состояния конструкций и мониторинг состояния активов.

использованная литература

1. Лонг Фам и Энтони Дезимоун. «Устранение вибрации в акселерометрах MEMS». Analog Devices, Inc., 2017 г.

2. Боб Сканнелл. «Высокоэффективные инерционные датчики, продвигающие Интернет движущихся вещей». Analog Devices, Inc., 2017.

3. Марк Луни. «Анализ частотной характеристики инерциальных МЭМС в системах стабилизации». Аналоговый диалог , Vol. 46, 2012.

Технические характеристики акселерометра — быстрые определения

Диапазон измерений:

Уровень ускорения, поддерживаемый характеристиками выходного сигнала датчика, обычно указывается в ± g .Это наибольшая величина ускорения, которую деталь может измерить и точно представить как выходной сигнал. Например, выходной сигнал акселерометра ± 3 g является линейным с ускорением до ± 3 g . Если он ускоряется на 4 g , на выходе может возникнуть рельс. Обратите внимание, что точка излома определяется абсолютным максимальным ускорением, а НЕ диапазоном измерения. Ускорение 4g не сломает акселерометр ± 3 g .


Чувствительность акселерометра:

Отношение изменения ускорения (входного) к изменению выходного сигнала.Это определяет идеальное прямолинейное соотношение между ускорением и мощностью (рис. 1, серая линия). Чувствительность указывается для конкретного напряжения питания и обычно выражается в единицах мВ / g для акселерометров с аналоговым выходом, LSB / g или мг / LSB для акселерометров с цифровым выходом. Обычно указывается в диапазоне (мин., Тип., Макс.) Или в виде типичного значения и% отклонения. Для датчиков с аналоговым выходом чувствительность пропорциональна напряжению питания; например, удвоение подачи увеличивает вдвое чувствительность.

Изменение чувствительности из-за температуры обычно указывается как изменение в% на ° C. Температурные эффекты вызваны комбинацией механических напряжений и температурных коэффициентов контура.


Рисунок 1. Нелинейность — это измерение отклонения акселерометра
отклик (показано черным цветом) от идеально линейного отклика (серым цветом). Это
График предназначен только для иллюстрации и не показывает настоящий акселерометр dat a.

Нелинейность:

В идеале зависимость между напряжением и ускорением линейна и описывается чувствительностью устройства. Нелинейность — это измерение отклонения от совершенно постоянной чувствительности, выраженное в процентах относительно полного диапазона (% FSR) или ± полной шкалы (% FS). Обычно FSR = FS + FS. Нелинейность акселерометров Analog Devices достаточно мала, поэтому ее чаще всего можно игнорировать.


Ошибка выравнивания пакета:

Угол между осями датчиков акселерометра и указанным элементом корпуса (см. Рисунок 2).«Выравнивание оси ввода» — еще один термин, используемый для обозначения этой ошибки. Единицы измерения ошибки выравнивания упаковки — «градусы». Технология упаковки обычно выравнивает матрицу с точностью до 1 ° от упаковки.


(Ортогонально) Ошибка выравнивания:

Отклонение от идеального углового смещения (обычно 90 °) между многоосевыми устройствами (см. Рисунок 2). Акселерометры Analog Devices производятся с использованием фотолитографии на едином куске кремния, поэтому ошибка совмещения оси с осью обычно не является проблемой.


Поперечная чувствительность:

Мера того, какой выходной сигнал отображается на одной оси, когда ускорение накладывается на другую ось, обычно указывается в процентах. Связь между двумя осями является результатом комбинации ошибок выравнивания, неточностей травления и перекрестных помех в цепи.


Ноль-

г Уровень смещения:

Определяет выходной уровень при отсутствии ускорения (нулевой вход). Аналоговые датчики обычно выражают это в вольтах (или мВ), а цифровые датчики — в кодах (LSB).Ноль — g Смещение указывается при определенном напряжении питания и обычно является логометрическим по отношению к напряжению питания (чаще всего, смещение нуля — g номинально составляет половину напряжения питания).

Часто указываются несколько аспектов смещения нуля — g :

  • Ноль — g Напряжение , в В, указывает диапазон напряжений, которые могут ожидаться на выходе при ускорении 0 g .
  • Отклонение выходного сигнала от идеального , также называемое начальной ошибкой смещения, указывается при 25 ° C либо в терминах ошибки ускорения ( g ), либо в виде выходного сигнала: мВ для аналоговых датчиков и младшего разряда для цифровых датчиков.
  • Ноль- г Смещение в зависимости от температуры или Температурный коэффициент смещения , в м г / ° C, описывает, насколько выходной сигнал смещается при каждом изменении температуры ° C; и
  • Чувствительность напряжения смещения — это изменение «Уровня нулевого смещения» по отношению к изменению источника питания. Единицы измерения для этого параметра обычно: мВ / В, м , г / В или младший бит / В.
  • Ноль- г Общая ошибка включает все ошибки.

Плотность шума акселерометра:

In u g / rt (Hz) RMS, является квадратным корнем из спектральной плотности мощности выходного шума. Общий шум определяется по формуле:

Шум = Плотность шума * sqrt (BW * 1,6)

где BW — полоса пропускания акселерометра, устанавливаемая конденсаторами на выходах акселерометра.

Шум акселерометров Analog Devices гауссовский и некоррелированный, поэтому шум можно уменьшить путем усреднения выходных сигналов нескольких акселерометров.напряжение питания (чаще всего ноль — g, смещение номинально составляет половину напряжения питания).

Общий шум:

Случайное отклонение от идеального выходного сигнала, равное произведению плотности шума и квадратного корня из ширины полосы шума. Единицами измерения этого параметра обычно являются мг-СКЗ.



Рис. 2. Отображение ошибки выравнивания упаковки α и ошибки выравнивания датчика
θ.α — угол между осями датчика и осями корпуса.
θ — отклонение осей датчика от ортогональности, то есть разница
между (ysensor — xsensor) и 90 °.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *