ООО «Центр Грузовой Техники»

8(812)244-68-92

Содержание

Датчики ускорения — какие бывают? — журнал За рулем

Многие системы современного автомобиля отслеживают его движение с помощью датчиков ускорения.

1

Точная оценка ускорения либо замедления автомобиля для систем активной и пассивной безопасности или навигации так же важна, как вестибулярный аппарат — для человека. Эти силы имеют несколько направлений, поэтому применяют датчики различных конструкций.

КРУТИТСЯ-ВЕРТИТСЯ

Поворот автомобиля вокруг вертикальной оси обычно измеряют гиродатчики. Сейчас наиболее распространены датчики вибрационного типа. По сравнению с привычными роторными гироскопами они более просты и дешевы, но при этом точность у них сопоставимая.

В системах курсовой устойчивости и навигации используют датчики на пьезоэлектрическом эффекте. Пьезокристаллы могут деформироваться под действием электрического напряжения (топливные пьезофорсунки) и, наоборот, создавать напряжение при деформации (датчики детонации). В гиродатчиках использованы оба этих свойства.

Треугольная стойка гиродатчика

Гиродатчик навигации состоит из треугольной стойки и расположенных на каждой грани пьезодатчиков: одного возбуждающего и двух приемных. При подаче напряжения на возбуждающий датчик он заставляет вибрировать всю стойку. Приемные датчики преобразуют эту вибрацию в выходное напряжение. Первоначальная вибрация необходима для калибровки и снижения искажений сигналов, дополнительно обеспечивая постоянный выходной сигнал от гиродатчика. Под действием сил при повороте автомобиля приемные стороны стойки деформируются. Два приемных пьезодатчика преобразуют деформацию в электрические сигналы для определения угла поворота.

В системе курсовой устойчивости (ESP) применяют гиродатчик камертонного типа, в котором тоже использован пьезоэлектрический эффект. Двойной камертон изготовлен из пьезокристалла и состоит из трех частей (рис. А): средней, возбуждающей и измерительной. Средняя часть закреплена внутри датчика. Камертон возбуждения при подводе напряжения создает первоначальную вибрацию (рис. В). Измерительный камертон под воздействием сил при повороте деформируется. Его скручивание меняет распределение заряда, и это фиксируется электроникой датчика (рис. С) для определения момента вращения автомобиля вокруг вертикальной оси.

Схема камертонного гиродатчика

В ПРОФИЛЬ И АНФАС

Датчики продольного и поперечного ускорений применяются для систем курсовой устойчивости и пассивной безопасности. Устроены они по одному принципу: в зависимости от способа установки один и тот же датчик способен измерять ускорения в разных направлениях.

Ускорение или замедление определяют по перемещению подвижно закрепленной массы внутри датчика. В пьезодатчиках изгибается упругая пьезопластина, а в механических датчиках дополнительный элемент (датчик Холла) отслеживает перемещение подпружиненного груза. Другим видом стал аналог, в котором механическая часть выполнена из кремния. Все эти датчики имеют внутреннюю схему измерений и передают уже обработанный сигнал.

Проще устроен емкостный датчик ускорения. Он состоит из двух одноименно заряженных пластин и подвижно закрепленной между ними пластины с противоположным зарядом, которая перемещается при ускорении/замедлении автомобиля. Работа датчика основана на зависимости емкости конденсатора от расстояния между пластинами. Одновременно это расстояние

соответствует разности потенциалов между пластинами: чем ближе пластины друг к другу, тем больше напряжение. По его изменению определяется перемещение подвижной части датчика.

Схема емкостного датчика ускорения

ВОССТАНОВЛЕНИЮ НЕ ПОДЛЕЖИТ

В случае отказа датчика загорится индикация неисправности связанной с ним системы безопасности. Код и описание ошибки можно извлечь только с помощью компьютерной диагностики. Без необходимости датчики лучше не трогать и самостоятельно не заменять. Они требуют тщательной установки и контролируемого момента затяжки крепежа, иначе пострадает точность измерений. После замены некоторым датчикам необходима инициализация с помощью компьютера. При всей своей сложности они очень надежны, и меняют их обычно из-за механических повреждений. Ремонт не предусмотрен, а пострадать они могут даже от падения на пол.

КОМБИНАЦИЯ

Часто датчик поперечного ускорения устанавливают в одном корпусе с датчиком вращения вокруг вертикальной оси. Такой комбинированный элемент стал одним из «органов чувств» для систем курсовой устойчивости.

Особенности и сравнительные характеристики технологий изготовления твердотельных акселерометров

Аннотация: В статье рассматриваются различные технологии изготовления твердотельных акселерометров. Оцениваются преимущества и недостатки устройств, изготовленных с применением различной технологии. Предлагается сравнительная оценка основных рабочих характеристик и оптимальные области применения для акселерометров различной конструкции.

Введение: Задача измерения линейных ускорений и, связанные с ней, задачи контроля положения объекта в пространстве, скорости, вибрационных и других характеристик актуальна во многих областях производства и эксплуатации. Оборудование, требующие контроля и измерения этих характеристик, встречается практически во всех областях производства – от потребительской электроники, до авиации, космонавтики и военного дела.

Вполне естественно, что для решения настолько распространенной задачи предлагается широкий ассортимент специализированных датчиков – акселерометров – обладающих разнообразными характеристиками, как с точки зрения измерительной способности и стойкости к внешним воздействиям, так и по диапазону условий эксплуатации и надежности.

Не последнюю роль в вопросах качества, надежности и сферы применения акселерометров играет технология изготовления чувствительного элемента и особенности конструкции датчика. На данный момент в мире существует три основных технологии изготовления чувствительных элементов датчиков ускорения – две основаны на использование пьезоэлементов: пьезоэлектрическая и пьезорезистивная технологии и третья, более современная, основана на использовании микромеханических (МЭМС/MEMS) структур и функционирует по емкостному принципу.

Каждая из технологий обладает своим уникальным набором преимуществ и недостатков, которые, в большой степени, определяют область применения датчиков этого типа.

Пьезоэлектрическая технология: Конструкция пьезоэлектрического акселерометра основана на использования пьезокристалла. Кристалл устанавливается на массивное основание, а сверху на него монтируется инертная масса, обеспечивающая деформацию кристалла при приложении к датчику ускорения (см. рис.1)


Как известно, деформация пьезокристалла приводит к образованию разности электрических потенциалов на гранях кристалла перпендикулярных оси деформации. Именно на этом эффекте и построена измерительная ячейка датчика – электрический сигнал, снимаемый с кристалла, создается приложенным к деформирующей массе ускорением и пропорционален этому ускорению. При этом, чувствительность датчика определяется пьезоэлектрическим коэффициентом кристалла, т.

е. напрямую зависит от свойств используемого материала.

Использование кристалла в качестве чувствительного элемента и фактическое отсутствие подвижных деталей, делает датчики этого типа крайне устойчивыми к внешним воздействиям, в том числе ударам высокой амплитуды (до 6000g), воздействию высоких температур (до 350 °С). Специфика чувствительного элемента позволяет проводить измерения в широком диапазоне частот, что существенно для высокодинамичных задач. Еще одним существенным преимуществом этого типа пьезоэлектрических акселерометров являются компактные размеры, вытекающие из простоты конструкции и миниатюрности ее компонентов.

К сожалению пьезоэлектрические датчики, при всем своем удобстве, обладают существенными недостатками, проистекающими как из конструкционных особенностей измерительной ячейки, так и из ее материала. Первым существенным недостатком, осложняющим жизнь разработчику оборудования, куда интегрируется пьезоэлектрический акселерометр, является необходимость использования электрических соединений с высоким импедансом для подключения датчика к прочим устройствам системы.

Требование высокого импеданса вытекает из физической природы пьезоэффекта – индуцированная деформацией разность электрических потенциалов крайне мала по своей величине. Вторым существенным недостатком является низкая стабильность смещения датчика, т.е. величины, определяющей выходной сигнал датчика в состоянии покоя. Низкая стабильность смещения подразумевает существенное и плохо предсказуемое изменение этого параметра под воздействием условий окружающей среды и рабочими воздействиями. Это, само по себе, не слишком удобное при эксплуатации явление отягчается низкой термостабильностью измерительной ячейки, что так же является особенностью пьезокристалла. Низкая термостабильность ячейки приводит к существенному изменению выходного сигнала датчика при изменении температуры окружающей среды и, соответственно, необходимости вводить поправку на изменение температуры, чаще всего определяемую коэффициентами полиномов четвертого — пятого порядков.

Дополнительным неудобством, связанным с использованием пьезокристаллов является их сравнительно высокая гигроскопичность. Таким образом, как хранение, так и эксплуатация пьезоэлектрического акселерометра требует контроля влажности или обеспечения герметичности измерительной ячейки.

Последними двумя факторами, осложняющими эксплуатацию, пьезоэлектрических акселерометров в ряде задач является отсутствие возможности измерения в статическом режиме (разность потенциалов образуется только непосредственно в процессе деформации кристалла, а в крайних положениях сигнал отсутствует) и косвенно вытекающая из этого невозможность реализации функции самотестирования датчика.

Таким образом, можно сделать вывод, что по совокупности преимуществ и недостатков, пьезоэлектрический акселерометр может успешно использоваться для решения задач измерения усилий и перемещения, особенно в тех случаях, когда приложение требует работы при температурах свыше 120 °С. При этом нужно помнить о ряде сложностей, связанных с его эксплуатацией.

Пьезорезистивная технология: Конструкция пьезорезистивного акселерометра основана на использовании тонких пленок пьезо материала, нанесенных на диэлектрическое покрытие консоли измерительной ячейки (см. рис. 2), соединяющей массивное кремниевое основание датчика и инертную массу из того же материала, свободно подвешенную на конце этой консоли.

Приложение ускорения приводит к колебаниям инертной массы и, соответственно, изгибу консоли.


Изгибаясь, консоль деформирует пьезорезистивные полоски, что приводит к изменению их сопротивления, пропорциональному изгибу, а, следовательно, и ускорению. Таким образом, чувствительный элемент представляет собой мостовую схему в плечах которой находятся изменяемые сопротивления (см. рис.3).


Специфика использования пьезорезистивных акселерометров, их преимущества и недостатки, во многом сходны с таковыми для пьезоэлектрических датчиков и основываются на свойствах пьезо материалов, использованных в конструкции.

Аналогично с предыдущим разделом, существенными преимуществами технологии являются широкий частотный диапазон измерений, устойчивость к высоким ускорениям (до 20000g), вибрационным и ударным нагрузкам, способность функционировать при температурах до 350 °С.

Надежная жесткая конструкция и отработанная технология изготовления так же являются преимуществами.

Дополнительным и весьма важным фактором, определяющим качество измерений пьезорезистивных датчиков, является низкий уровень гистерезиса, что существенно улучшает точностные характеристики датчика и его повторяемость.

Схожесть используемых в конструкции, как пьезорезистивных, так и пьезоэлектрических датчиков материалов, определяет и аналогичный набор недостатков данной технологии. Точно так же, как в предыдущем разделе, существенными факторами являются низкая стабильность смещения и плохая термостабильность, чувствительность к влажности, отсутствие возможности статических измерений и реализации самотестирования. Из действовавших ранее факторов, пожалуй, исключается только необходимость использования соединений с высоким импедансом. В данном случае, сложности с согласованием ячейки и остальной схемы отпадают за счет работы ячейки под постоянным потенциалом, который и определяет уровень требуемого импеданса.

Однако, это сравнительно небольшое улучшение, полностью компенсируется усложнением конструкции как самой ячейки, так и датчика в целом и необходимость подвода питания к подвижным элементам конструкции (консоли инертной массы).

Дополнительно ухудшает ситуацию с эксплуатацией пьезорезистивных датчиков крайне плохая нелинейность, что вновь ведет к необходимости использования полиномов высоких порядков для компенсации внешних условий, и низкий коэффициент усиления, определяющий разрешающую способность датчика.

Резюмируя, следует отметить, что при всех своих недостатках пьезорезистивные акселерометры могут с успехом использоваться для измерений усилий, перемещений и давления, особенно в условиях задач, требующих работы при высоких температурах, больших ускорениях и потенциальной возможности ударных воздействий. В том числе, этот тип датчиков может быть использован и при решении промышленных задач.

Емкостная технология: Конструкция емкостного МЭМС акселерометра основана на измерительной ячейке, представляющей собой корпус из кремния, внутри которого размещена консоль с подвешенной инертной массой. На внутренние поверхности корпуса и поверхности массы нанесены электроды, что превращает конструкцию в систему из двух конденсаторов (см.рис. 4)


Под действием ускорения инертная масса колеблется на консоли, что приводит к изменению расстояния между обкладками обоих конденсаторов и, как следствие, изменению их емкости. При этом, суммарная емкость составного конденсатора остается неизменной. Вариация емкости конденсаторов отражается изменением потенциалов на их обкладках, что, собственно, и может быть измерено, как сигнал пропорциональный приложенному ускорению.   

Легко видеть, что в данном случае, чувствительность и разрешение подобной МЭМС структуры зависят от конструкции измерительной ячейки, величины воздушного зазора между обкладками конденсаторов и диапазоном его изменения. При этом зависимость параметров от свойств материала, негативно проявившая себя в акселерометрах на основе пьезоэффекта – практически или полностью отсутствует.

Как правило, измерительная ячейка герметична. Ее сборка производится в инертной среде или вакууме, что так же обеспечивает ряд преимуществ данной технологии по сравнению с рассмотренными ранее.

В первую очередь емкостные МЭМС датчики отличает высокая термостабильность и отличная временная стабильность рабочих характеристик. Это обеспечивает простоту и удобство задания необходимой компенсации, причем для работы практически всегда можно найти линейный или слабо-параболический участок рабочей характеристики, что избавляет от необходимости использовать для введения компенсации полиномиальные выражения. В целом, эти факторы обеспечивают емкостным МЭМС акселерометрам высокую степень повторяемости результатов измерений и надежность в сравнительно широком интервале ускорений и условий окружающей среды.

Дополнительный, но весьма существенным, при решении ряда задач, преимуществом является возможность проведения измерений в статическом режиме и, косвенно связанная с этим, возможность проведения самотестирования датчика. Действительно – работоспособность и адекватность измеряемой величины такого датчика легко проверить, просто подав переменный сигнал на обкладки измерительной ячейки. Отклик на такое воздействие даст однозначное понимание о работоспособности датчика. Существует ряд применений, например, такие, в которых используются целые массивы акселерометров или датчиков вибрации на их основе, для которых функция самотестирования является одним из немаловажных факторов эксплуатации.

Безусловно, как и в любой другой технологии, у емкостных МЭМС акселерометров имеется ряд недостатков, основным из которых является относительная сложность конструкции, требующая более трудо- и наукоемкого производства, приводящая к бОльшим срокам изготовления и несколько более высокой стоимости датчиков. Впрочем, при условии массового производства на автоматизированных промышленных линиях этот фактор практически не оказывает влияния. Другой существенной особенностью емкостных датчиков, которую следует учитывать при их эксплуатации, является чувствительность датчиков к электромагнитному воздействию, в той степени, в которой к нему чувствительны все емкостные элементы.

Легко видеть, что заметные преимущества технологии емкостных акселерометров, делают эти датчики оптимальным решением для широкого спектра задач, связанных с измерениями ускорений, перемещения, давления, наклонов и вибрации. Эти датчики с большим успехом могут быть использованы и используются при проектировании промышленных решений и в задачах, сопряженных со значительными ударными и вибрационными нагрузками.

Следует заметить, что в настоящее время, существует два типа датчиков, основанных на емкостных МЭМС структурах, различающихся по технологическим особенностям изготовления самой МЭМС структуры, и подразделяющихся, соответственно, на изготовленные по планарной (поверхностной) и объемной технологии. Сохраняя все преимущества емкостных датчиков, о которых говорилось выше, эти два типа акселерометров, все же, имеют некоторые различия.

Так, датчики, изготовленные по планарной технологии (см. рис. 5) имеют гребенчатую структуру инертной массы, способную, при грамотной конструкции консолей, колебаться сразу в нескольких плоскостях.


Это делает возможным реализацию многоосного акселерометра в габаритах одиночной измерительной ячейки. Планарные ячейки имеют ширину «воздушного» зазора между электродами конденсаторов переменной емкости в диапазоне 4-6 мкм (с погрешностью 17%), при весе инертной массы 0,03 – 0,3 мг. Это обеспечивает емкость переменных конденсаторов на уровне от 2 до 5 пФ (численные данные предоставлены корпорацией Safran Colibrys).

Сравнительная простота технологии изготовления планарных структур (поверхностное травление), обеспечивает надежность изготовления и малые габариты измерительных ячеек. Это же делает планарные измерительные ячейки более дешевыми, по сравнению с ячейками, изготавливаемыми по объемной технологии. Тем не менее, небольшая инертная масса и большая величина зазора между электродами вызывают ряд недостатков, основным из которых является высокий уровень шумов и низкая (в сравнении с датчиками объемной технологии) стабильность рабочих характеристик.

Датчики, изготовленные по объемной технологии (см. рис. 6) имеют инертную массу, свободно подвешенную на консоли над поверхностью основания.


Легко видеть, что такая технология изготовления (объемное прецизионное травление и технология сплавления кремния) гораздо сложнее и требует большего времени и более сложного оборудования. При этом габариты измерительной ячейки больше чем у изготовленной по планарной технологии, а также отсутствует возможность реализации многоосной системы в рамках одной ячейки. Однако, при ширине «воздушного» зазора порядка 2 мкм (с погрешностью 1,5%) и весе инертной массы от 5 до 15 мг, такие переменные конденсаторы имеют емкость в диапазоне от 15 до 50 пФ (численные данные предоставлены корпорацией Safran Colibrys), что обеспечивает акселерометрам, изготовленным по объемной технологии, уникально низкий уровень шумов и высокую стабильность рабочих характеристик.

Сравнение: Из приведенных данных легко видеть, что каждая из трех описанных выше технологий имеет свой собственный уникальный набор явных преимуществ, равно как и набор очевидных недостатков. Сведя всю совокупность данных на общую сравнительную диаграмму, приведенную на рисунке 7 (данные предоставлены корпорацией Shafran Colibrys), и проанализировав ее, можно сделать вывод о том, что области применения акселерометрических датчиков, изготовленных по различным технологиям, фактически не перекрываются.


Пьезоэлектрические и пьезорезистивные акселерометры демонстрируют способность работать в жестких условиях эксплуатации – при высоких температурах, ударных и вибрационных воздействиях и производить измерения ускорений в широком диапазоне как по амплитуде, так и по полосе частот.

При этом, емкостные МЭМС датчики, уступая как в амплитудных значениях измеряемых ускорений, так и по условиям окружающей среды, демонстрируют уникальную точность, надежность и стабильность измерений, при высокой чувствительности к измеряемому параметру.

Выводы: Резюмируя, можно сделать вывод, о том, что конкретная модель акселерометрического датчика, как и технология его изготовления, должна определяться исходя из решаемой задачи, поскольку области применимости датчиков различных типов практически не перекрываются.

Видно, что емкостные МЭМС акселерометры могут быть использованы в широком ассортименте задач, от решений для потребительской электроники и промышленных задач, до специфических устройств из области транспорта, добычи полезных ископаемых, авиации и оборонных проектов. Такие акселерометры, изготовленные по объемной технологии, успешно применяются в качестве датчиков наклона в оборудовании шельфового бурения, в системах стабилизации и контроля набора крыла современных пассажирских лайнеров, в качества датчиков вибрации для контроля состояния дорожного полотна и тележек вагонов в современных высокоскоростных поездах.


Одновременно с этим (см рис. 8), использование пьезо акселерометров оправдано в том случае, когда для достижения сверхвысоких рабочих температур, высоких уровней измеряемого ускорения или эксплуатации в сверхвысокодинамичных системах, возможно пренебречь вопросами стабильности и точности проводимых измерений.

Беспроводной датчик ускорения силы – Ste.education

Описание

Этот датчик идеально подходит для экспериментов с вращающимися платформами, движущимися тележками, пружинными колебаниями, столкновениями и импульсом.

Беспроводная конструкция предлагает улучшенные измерения без кабеля, влияющего на результат эксперимента. Отверстия для пальцев поддерживают карманные приложения или устанавливают их на тележку или стержень

Преподавательское преимущество

  • Одновременно измеряет силу и ускорение. Измеряет ускорение по осям x, y и z и результирующему ускорению. Встроенный гироскоп измеряет вращение.
  • Особенности: удобная беспроводная связь Bluetooth Smart с простым подключением в приложении одним касанием.
  • Зонд можно быстро обнулить с помощью программного обеспечения для точного тарирования.
  • Долговечная перезаряжаемая батарея.
  • Режим регистрации позволяет записывать данные о силе, ускорении и вращении непосредственно на датчике для долгосрочных экспериментов. Зарегистрированные данные позже могут быть загружены в программное обеспечение для полного анализа.

Особые возможности

  • Подключение Bluetooth и USB
  • Логирование
  • +/- 50 Н датчик силы
  • 3-осевой акселерометр (+/- 16 г)
  • 3-осевой гироскоп
  • Finger-отверстие
  • Встроенный стержень

Включает

  • Крепление бампера
  • Болт для глаз / Крючок
  • Тележка / кронштейн Thumbscrew
  • Штанговый винт
  • USB-кабель (для подзарядки и опционального прямого подключения)
Диапазон (Сила)
Разрешение
Диапазон (ускорение)
Максимальная частота выборки
Защита от перегрузки по напряжению
  • До 75 Н без повреждений
Отклонение луча
Варианты монтажа
  • Крепления на тележках PASCO
  • Крепления на стандартных стержнях диаметром 12,7 мм
Выходное напряжение
Аккумулятор
  • Литий-полимерный литий-полимерный
  • (Ожидаемая продолжительность жизни 3-4 месяца при одном заряде при нормальном использовании)
Логирование
Связь
  • Прямой USB или через Bluetooth® Smart (Bluetooth 4. 0)
  • Максимальный беспроводной диапазон 30 м (беспрепятственный)

68616-17: ДУ-2000 Датчики ускорения — Производители и поставщики

Назначение

Датчики ускорения ДУ-2000 (далее — датчик) предназначены для преобразования ускорения, возникающего при ударном воздействии на конструкции, в электрический сигнал, амплитуда которого пропорциональна ускорению.

Описание

Принцип действия датчика основан на преобразовании ускорения, возникающего при ударном воздействии на конструкцию, на которой закреплен измерительный зонд датчика, в электрический сигнал, амплитуда которого пропорциональна воздействующему ускорению.

Датчик конструктивно состоит из измерительного зонда, устанавливаемого на конструкции, и усилителя, которые неразъёмно соединены между собой электрическим кабелем через гермовводы. Измерительный зонд содержит чувствительный элемент — поверхностный интегральный одноосевой акселерометр переменной ёмкости на основе микроэлектромеханической технологии. Электрический сигнал с выхода измерительного зонда усиливается усилителем до уровня, необходимого для передачи сигнала по кабелю.

Измерительный зонд представляет собой неразъемную конструкцию, а электронные элементы усилителя размещены в цилиндрическом корпусе из нержавеющей стали. С одного конца корпуса усилителя заведен электрический кабель, а с другого посредством четырех винтов установлена крышка с разъемом для снятия электрического сигнала и подачи электрического питания на усилитель.

Общий вид датчика с указанием места пломбирования от несанкционированного доступа представлен на рисунке 1.

Технические характеристики

Таблица 1 — Метрологические характеристики

Наименование характеристики

Значение

Диапазон измеряемых ускорений, м/с

от 10 до 2000

Номинальное значение коэффициента преобразования, мВ/( м/с2)

5

Отклонение действительного значения коэффициента преобразования от его номинального значения, %, не более

±10

Диапазон рабочих частот, Гц

от 1 до 1000

Неравномерность амплитудно-частотной характеристики в диапазоне рабочих частот, %, не более

10

Диапазон выходного напряжения, В

±10

Пределы допускаемой относительной погрешности измерения ускорения, %

±10

Таблица 2 — Основные технические характеристики

Наименование характеристики

Значение

Параметры электрического питания:

напряжение питания постоянного тока, В

12±1

Потребляемый ток при номинальном напряжении, •мА, не более

18

Время установления рабочего режима после включения электропитания, мин, не более

2

Габаритные размеры измерительного зонда, мм, не более: длина ширина высота

18. 5

28.5

9.5

Габаритные размеры усилителя, мм, не более: диаметр длина

35

140

Масса датчика в сборке, кг, не более

0,5

Условия эксплуатации:

температура окружающей среды, °С

относительная влажность при температуре 25 °С, %, не более изменение давления относительно нормального атмосферного, кПа

от -10 до +50 95

от -40 до +50

Средний срок службы, лет Средняя наработка на отказ, ч

8

35000

Знак утверждения типа

наносится на корпус датчика методом металлопластики и на титульный лист паспорта типографским способом.

Комплектность

Таблица 3 — Комплектность средства измерений

Наименование

Обозначение

Количество

Датчик ускорения

ЯТЖИ. Иуст.+ 0,1), рег. № 37470-08.

Допускается применение аналогичных средств поверки, обеспечивающих определение метрологических характеристик поверяемых СИ с требуемой точностью.

Знак поверки наносится на «Свидетельство о поверке» и в паспорт.

Сведения о методах измерений

приведены в эксплуатационном документе.

Нормативные документы

ГОСТ 8.137-84 Государственная система обеспечения единства измерений. Государственный специальный эталон и государственная поверочная схема для средств измерений ускорения при ударном движении

ГОСТ 22261-94 «Средства измерений электрических и магнитных величин. Общие технические условия»

News details: GTM GmbH — Defining Precision

Force-acceleration-transducer with foot plate

Force-acceleration-transducer

Force-acceleration-transducer with central flange

Инновация помогает поставщикам и эксплуатационникам: Обеспечение ориентированности на будущее динамических испытательных стендов

GTM Testing and Metrology GmbH, ведущий производитель измерительной техники на мировом рынке, представляет новое, теперь запатентованное изобретение: Речь идет о комбинированном датчике силы и ускорения, который позволяет корректировать ускоряющие усилия при динамических измерениях на испытательных стендах. «Наша инновация обеспечивает высокую гибкость, поскольку она может использоваться для изменяющихся задач по контролю и тестированию», – говорит Кристоф Зайпель, отвечающий в компании GTM за разработку динамических датчиков силы и изобретатель решения. На это изобретение, от применения которого выиграют поставщики и эксплуатационники испытательных стендов, Европейским патентным ведомством 20.11.2019 года была выдана патентная защита.

Так работает запатентованный датчик силы и ускорения

Датчик силы и ускорения позволяет компенсировать погрешность измерения, возникающую в результате ускорения масс между точкой измерения силы и пробой. Обычно это выполняется только с помощью датчика ускорения, установленного на датчике силы, адаптере или пробе.

В отличие от этого, запатентованный датчик силы и ускорения сочетает в себе датчик силы и два или более датчиков ускорения MEMS с различными характеристиками чувствительности. Один из датчиков имеет высокую чувствительность при небольших ускорениях и в низком частотном диапазоне. Второй датчик выполняет измерения до килогерцового диапазона при более высоких ускорениях. Для расширения области применения можно установить дополнительные датчики. В зависимости от требований к измерению, пользователь выбирает и подключает наиболее подходящий датчик ускорения.

Выгода для эксплуатационников и поставщиков испытательного оборудования

Изготовители испытательных стендов и их заказчики получают выгоду от использования запатентованного датчика силы и ускорения самыми различными способами: Поскольку он охватывает очень широкий диапазон частот, датчик может быть установлен в машинах для самых разных промышленных задач по контролю и тестированию. Если изготовители испытательных стендов приобретают унифицированные, серийные датчики силы с различными сенсорами, а не несколько датчиков силы для различных требований, они получают преимущества в затратах. При динамических измерениях нелегко заранее установить требования стопроцентно. Таким образом, измерение может выполняться с помощью не совсем подходящего датчика или может возникнуть необходимость повторного переоборудования испытательного стенда. Испытательные стенды с измерительной техникой, охватывающей широкий диапазон требований, обеспечивают точные результаты измерений. Вопрос о возможном переоборудовании с соответствующими дополнительными затратами не возникает благодаря широкой области применения изобретения.

Статус-кво

На практике сегодня проблема заключается в том, что требования к динамическому измерению должны быть точно известны. Соответствующий датчик силы затем комбинируется с подходящим датчиком ускорения. Часто эту комбинацию невозможно использовать на испытательных стендах для других задач. А в случае использования для задач, отличных от первоначально предусмотренных, страдает качество измерения, поскольку установленный датчик ускорения не подходит точно. Таким образом, описанная неточность при динамических измерениях не компенсируется нужным образом. Изобретение решает проблему тем, что является предельно гибким в использовании.

Применение в промышленности

Все технические отрасли промышленности, в которых, например, в целях обеспечения прочности должны быть испытаны компоненты с применением динамических усилий, нуждаются в испытательных стендах с соответствующей измерительной техникой. К числу пользователей относятся, например, автомобильная, авиационная, космическая и энергетическая промышленность, а также предприятия железнодорожного транспорта.

MMA7361L — 3-осевой, аналоговый датчик ускорения

MMA7361L — малопотребляющий, емкостной микроэлектромеханический датчик ускорения в низкопрофильном корпусе, отличающийся однополярным низкочастотным фильтром, схемой температурной компенсации и само-тестирования, детектором нулевого ускорения для определения линейного свободного падения и возможностью выбора одного из двух уровней ускорения. Уровень напряжения нулевого ускорения и чувствительность имеют заводскую настройку и не требуют дополнительных внешних компонентов. MMA7361L имеет режим сна, что делает его идеальным для применений в портативных приборах с питанием от батареи.
 
Структурная схема
 
Отличительные особенности
  • Выбор уровня ускорения — 1. 5 g или 6 g
  • Рабочий ток потребления 400 мкА
  • Ток потребления в режиме сна 3 мкА
  • Напряжение питания 2.2…3.6 Вольта
  • Чувствительность 800 мВ/g при ускорении 1.5 g
  • Высокая скорость срабатывания (время реакции 0.5 мс)
  • Схема само-тестирования для теста детектора свободного падения
  • Детектор нулевого ускорения для защиты от свободного падения
  • Схема формирования сигналов с низкочастотным фильтром
  • Прочная конструкция с высокой стойкостью к удару
  • Низкопрофильный корпус LGA-14 размером 3.0 х 5.0 х 1.0 мм
  • Отвечает требованиям RoHS
  • Низкая цена

Область применения

  • Игровые приставки и аксессуары
  • Датчики наклона и движения
  • MP3 плееры
  • Детекторы свободного падения для приводов жестких дисков
  • Стабилизация изображения, прокрутка текста и навигация в мобильных телефонах
  • Шагомеры
  • Компенсаторы ударов в электронных компасах
  • Робототехника

Документация

Датчики ускорения и вибрации | Автомобильный справочник

 

Датчики ускорения и вибрации могут использоваться для вклю­чения системы пассивной защиты автомо­биля, выявления детонации и управления работой двигателя, а также контроля по­перечных ускорений и изменений скорости полноприводных автомобилей с ABS. Вот о том, какими бывают датчики ускорения и вибрации, мы и поговорим в этой статье.

 

 

 

Что измеряют датчики ускорения

 

Все датчики ускорения измеряют силы, воз­действующие на (инертные) массы m путем ускорения а согласно основному закону механики:

F=m·a 

Как и в случае с измерением силы, существуют системы для измерения и положения и ме­ханического напряжения. Первые особенно широко используются в области малых уско­рений. Системы измерения положения также позволяют использовать компенсационный метод, в котором вызванное ускорением системное отклонение компенсируется эк­вивалентной восстанавливающей силой, так что в идеале система практически всегда работает очень близко к нулевой точке (высокая линейность, минимальная перекрестная чувствительность, стойкость к высоким тем­пературам). Эти системы с управлением по положению также имеют большую жесткость и частоту отсечки, чем системы перемеще­ния того же типа. Здесь можно электронно создать любой недостаток механической амортизации.

 

Примеры типичных значений ускорений в автомобиле

 

 

Все датчики ускорения крепятся через пру­жины прямо к гравитационному маятнику (см. рис. «Датчики ускорения, измеряющие смещение«). Иными словами, инертная масса эластично соединяется с кузовом, ускорение которого требуется измерить. Это означает, что в ста­тическом случае сила ускорения находится в равновесии с восстанавливающей силой, воздействующей на пружину, отклоненную на х:

F = m·a = c·x

где с — постоянная пружины.

Следовательно, чувствительность измерения S будет равна:

S = x/a = m/c

Другими словами, большая масса вместе с небольшой жесткостью пружины (или по­стоянной пружины) дают высокую чувстви­тельность измерения. Если же уравнение записать полностью для статического и ди­намического случаев, то станет очевидно, что необходимо учитывать не только эластичность пружины, но и силу трения, и силу инерции:

F =т·а = сх+рх′+ т»

Эти компоненты пропорциональны логиче­ским выводам в отношении времени пере­мещения х (р — коэффициент трения). По­лучающееся дифференциальное уравнение описывает колеблющуюся (резонирующую) систему. Если трение считать ничтожно ма­лым (р ≈ 0), то резонансная частота системы будет равна:

ω0 = √c/m

Таким образом, чув­ствительность измерения S напрямую свя­зана с резонансной частотой ω0:

S·ω02 = 1

Иными словами, можно ожидать, что при увеличении резонансной частоты вдвое чув­ствительность уменьшится в четыре раза. Конечно, такие пружинно-массовые системы демонстрируют адекватную пропорциональ­ность между измеренной переменной и ам­плитудой только при частоте, которая ниже их резонансной частоты.

 

В случае чисто амплитудных систем не­обходимо обеспечить амортизацию, которая должна быть как можно точнее определена и как можно меньше зависима от температуры для получения как можно более унифицированного отклика частоты (рис. «Амплитудно-резонансная кривая» ) и предотвра­щения разрушительной остроты резонанса, которая может легко вывести систему из строя. Если коэффициент трения р нормали­зовать, то получим стандар­тизированный коэффициент амортизации D.

D = (p/2·c)·ω0 =p/(2·√c·m)

Этот коэффициент амортизации в значитель­ной степени определяет переходную и резо­нансную характеристики. В то время как при периодическом возбуждении с коэффициен­тами амортизации D >√2/2 ≈ 0,707 большей остроты резонанса уже не возникает (рис. «Амплитудно-резонансная кривая» ), любое колеблющееся переходное состояние в случае ступенчатого возбуждения исчезает при коэффициенте D > 1. Для достижения как можно более широкой полосы пропуска­ния на практике обычно используют компро­миссные значения D = 0,5-0,7.

 

 

Применение датчиков ускорения

 

Пьезоэлектрические датчики

 

Пьезоэлектрические биморфные упругие элементы (двухслойная пьезокерамика) используются в пусковых устройствах ава­рийных натяжителей ремней безопасности, подушек безопасности и штанг против опро­кидывания автомобиля (рис. «Пьезоэлектрический датчик» ). Их инерционная масса под действием ускорения вызывает деформацию, обеспечивающую достаточный динамический сигнал с благоприятными для обработки характеристиками (обычно предел по частоте равен 10 Гц).

Чувствительный элемент датчика располо­жен в герметичном корпусе, содержащем также предварительный усилитель сигнала. Иногда в целях физической защиты его по­мещают в гель. Принцип активации датчика можно также инверсировать. Дополнитель­ный активирующий электрод упрощает про­верку датчика (бортовая диагностика).

Продольные элементы используются в каче­стве датчиков детонации (датчиков ускорения) в отслеживающих системах зажигания. С их по­мощью измеряется вибрационный шум в блоке двигателя (измеряемый диапазон ускорений составляет приблизительно 10g при обычной частоте колебаний 5-20 кГц). Некапсулирован­ное пьезокерамическое кольцо измеряет силы инерции, воздействующие на сейсмическую массу той же формы. Однако сегодня для обна­ружения детонации почти исключительно ис­пользуются более современные поверхностно- микромеханические датчики.

 

Емкостные кремниевые датчики ускорения

 

Первое поколение микромеханических дат­чиков основывалось на анизотропии и се­лективных методах травления для получения необходимых свойств системы «пружина- масса» в пластине (объемная кремниевая микромеханика) и необходимого профиля пружины (рис. «Объемный кремниевый датчик ускорения» ).

Емкостные датчики оказались особенно эф­фективны при высокоточных измерениях от­клонения инерционной массы. В конструкции используются вспомогательные кремниевые или стеклянные пластины с противополож­ными электродами выше и ниже подпружи­ненной инерционной массы. Создается трех­слойная конструкция, позволяющая защитить пластины и противоположные электроды от перегрузок. Заполнение герметично запаян­ной колебательной системы датчика точно отмеренным количеством воздуха — очень компактная, недорогая форма амортизации, которая также отличается низкой темпера­турной чувствительностью. В существующих конструкциях для непосредственного соеди­нения трех кремниевых пластин почти всегда используется процесс плавления. Ввиду раз­ного теплового расширения у различных ком­понентов, их необходимо устанавливать на кассетную подложку. Это имеет решающее значение для точности измерений. Использу­ется практически прямолинейный монтаж со свободной поддержкой в чувствительном диапазоне.

Датчики этого типа в основном исполь­зуются для определения ускорений низкого уровня (< 2g) и имеют двухпластинчатую конструкцию (пластина датчика + пластина CMOS со встроенной защитной функцией). Переход к расширенной оценке сигнала при­водит к автоматическому возврату сейсмиче­ской массы в нулевое положение, при этом активирующий сигнал используется как вы­ходная величина.

Ныне также используются поверхностно-микромеханические датчики гораздо мень­шего размера (типичная длина края — 100— 500 мкм), изначально их использовали для больших ускорений (50-100g, в системах защиты пассажиров), но затем стали ис­пользовать и для меньших ускорений. Для построения пружинно-массовой системы на поверхности кремниевой пластины использу­ется аддитивный способ печати (рис. «Датчик ускорения, поверхностно-микромеханический с емкостным отводом» ).

Главным отличием этих датчиков от объ­емных кремниевых элементов является типичная емкость порядка 1 пФ (прежние имели 10-20 пФ). Поэтому оценочная элек­троника встраивается на одну пластину вме­сте с датчиком или очень близко к ней на той же подложке или рамке. Возможны также си­стемы с электростатической обратной связью с управлением по положению.

Для больших ускорений (в системах защиты пассажиров) используются микромеханические поверхностные датчики значительно меньших размеров (типичные значения длины находятся в пределах 100 мкм). Для построения пружинно-массовой системы на поверхности кремниевой пластинки исполь­зуется аддитивный способ печати.

 

РЕКОМЕНДУЮ ЕЩЁ ПОЧИТАТЬ:

Что такое акселерометр? | FierceElectronics

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

Существует два типа сил ускорения: статические силы и динамические силы.Статические силы — это силы, которые постоянно действуют на объект (например, трение или гравитация). Динамические силы — это «движущиеся» силы, прикладываемые к объекту с различной 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 (определяющий 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.

Бесплатная рассылка

Понравилась статья? Подпишитесь на FierceSensors!

Индустрия датчиков постоянно меняется, поскольку инновации определяют тенденции рынка. Подписчики FierceSensors полагаются на наш пакет информационных бюллетеней как на обязательный к прочтению источник последних новостей, разработок и аналитических материалов, влияющих на их мир.Зарегистрируйтесь сегодня, чтобы получать новости о датчиках и обновления прямо на ваш почтовый ящик.

Пьезоэлектрический акселерометр использует пьезоэлектрический эффект (пьезоэлектрические материалы вырабатывают электричество, когда подвергаются физическому воздействию), чтобы определять изменение 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 крошечными, и их часто называют акселерометрами микроэлектромеханических систем (МЭМС). Из-за своего размера и доступности они встроены в бесчисленное множество портативных электронных устройств (таких как телефоны, планшеты и контроллеры видеоигр). 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 по столкновению) и на заводах (для отслеживания вибрации машин).

Датчики ускорения (серия QG) | Датчики DIS

Датчики ускорения серии QG измеряют ускорение по 1, 2 или 3 осям.Эти продукты основаны на надежной технологии MEMS, в которой разность емкостей может быть преобразована в аналоговое напряжение в микросхеме микромеханического датчика. Это аналоговое напряжение пропорционально ускорению, которому подвергается датчик. Модульная конструкция позволяет легко адаптировать датчики к конкретным требованиям. Корпус доступен из металла (алюминий и нержавеющая сталь), а также из пластика. Датчики ускорения DIS
имеют более широкую полосу пропускания, чем датчики наклона, поэтому они могут измерять более быстрые движения с очень высокой точностью.

Функции акселерометров

Измерение ускорения и вибрации, активное гашение вибрации, мониторинг транспорта

Приложения

Сельскохозяйственная техника, ветряные мельницы, контейнеры

Корпус датчика ускорения

Многие датчики DIS в QG В серии используется уникальная концепция универсального пластикового корпуса, известная как QUADRO®. Преимуществом является очень компактный размер, простая установка и тот факт, что электроника полностью герметична, что обеспечивает высокую степень защиты от проникновения (IP67).

Типы датчиков ускорения

Датчики ускорения DIS доступны со следующими общими характеристиками:

Диапазон измерений: ± 0,26 до ± 18 г (1 г = 9,81 м / с²)
Частота: 0-10 / 50/100/500 / 1,000 / 2,500 Гц
Электропитание: 5 В постоянного тока или 10-30 В постоянного тока
Аналоговый выход: 0,5 — 4,5 В или 4 — 20 мА
Цифровой выход: CANopen (безопасность)
Уровень защиты: IP67, IP68 или IP69K
Точность: в зависимости от модели и диапазона: до ± 0. 003 г
Возможность обнуления: зависит от модели
Функциональная безопасность: SIL2 / PLd (опция)
Корпус: (усиленный) пластик или нержавеющая сталь


Дополнительная информация

Полезные документы для датчиков QG, такие как обзоры семейств, руководства и файлы EDS, можно найти в разделе загрузок.

Принадлежности наши датчики ускорения

У нас есть широкий ассортимент принадлежностей, которые гарантируют, что датчик ускорения будет работать с максимальной отдачей.Пожалуйста, взгляните на аксессуары для обзора. Если вы ищете аксессуар, которого нет в списке, не стесняйтесь обращаться к нам.

Найдите нужный датчик

Воспользуйтесь селектором продуктов, чтобы решить, какой тип датчика ускорения лучше всего подходит для вашего конкретного случая. потребности. Если вы не можете найти нужный датчик, сообщите нам. Вместе мы сможем найти вам датчик или разработать датчик, который будет соответствовать вашим требованиям.

Лаборатория автомобильной электроники Clemson: датчики ускорения

Датчики ускорения

Базовое описание

Датчики линейного ускорения, также называемые датчиками перегрузки, — это устройства, которые измеряют ускорение, вызванное движением, вибрацией, столкновением и т. Д.Все датчики ускорения работают на основе простого принципа, в котором второй закон движения Ньютона применяется к системе пружина-масса. Масса соединена с основанием датчика ускорения через эквивалентную пружину. Поскольку сила между массой и основанием пропорциональна ускорению массы, а относительное расстояние между ними имеет линейную зависимость от силы, создаваемой пружиной, ускорение можно вычислить на основе измерения относительного положения массы или усилие на пружину, поскольку оно меняется со временем.Как правило, наиболее распространенными типами датчиков ускорения являются: пьезоэлектрические, пьезорезистивные, с переменной емкостью и с переменным сопротивлением.

Пьезоэлектрический

Пьезоэлектрический датчик ускорения использует пьезоэлектрический эффект для измерения относительного расстояния между массой и основанием датчика, а затем представляет ускорение в терминах выходного напряжения. Иногда в качестве чувствительных элементов используются кристаллы кварца. Но обычно используются керамические пьезоэлектрические материалы, такие как титанат бария, титанат цирконита свинца (PZT) и метаниобат свинца.Пьезоэлектрические датчики ускорения широко используются из-за их компактных размеров и легкого веса, но их нельзя использовать для измерения установившихся ускорений.

Пьезорезистивный

В пьезорезистивном датчике ускорения пьезорезистивный материал расположен так, что он деформируется из-за положения массы, изменяющей свое сопротивление. Этот тип датчика ускорения обычно имеет небольшой размер, большую амплитуду сигнала и хорошую линейность, но он может быть чувствительным к колебаниям температуры. Пьезорезистивные датчики можно использовать для измерения как установившихся, так и динамических ускорений.

Переменная емкость

Датчик ускорения с переменной емкостью использует изменения емкости, вызванные смещением массы, для определения своего положения. Чувствительный элемент, обычно используемый здесь, представляет собой конденсатор с противолежащими пластинами с воздушным демпфированием. Эти типы датчиков ускорения обладают хорошей чувствительностью, линейным выходом, хорошей реакцией на постоянный ток, малым рассеиванием мощности и низкой температурной чувствительностью.Одним из недостатков датчиков переменной емкости является то, что они могут быть подвержены электромагнитным помехам.

Переменное сопротивление

Датчик ускорения с переменным магнитным сопротивлением использует изменения индуктивности катушки, вызванные смещением массы, изготовленной из магнитного материала, для определения положения массы.

В большинстве датчиков ускорения пружина не является пружиной из витой проволоки, но это то, что стремится вернуть массу в исходное положение.В некоторых датчиках вместо пружины используются маятники или диафрагмы.

Датчики баланса сил сервопривода работают по замкнутому циклу. Эти датчики контролируют баланс сил между массой и пружиной и поддерживают их в равновесном состоянии. Этот механизм сводит к минимуму ошибки, вызванные нелинейностью пружины, но увеличивает стоимость.

Датчики ускорения MEMS: Датчики ускорения, основанные на технологии MEMS (MicroElectroMechanical Systems), становятся все более популярными в автомобильных системах.Устройства MEMS относительно небольшие и прочные по сравнению с другими технологиями. Они изготавливаются путем травления крошечной механической структуры на кремниевых пластинах, где они легко интегрируются с системной электроникой.

В датчиках ускорения MEMS чувствительный элемент представляет собой гребенчатую структуру дифференциальных конденсаторов, расположенных параллельно на балке (формирующей сейсмическую массу), поддерживаемой пружинами, вытравленными из кремниевой подложки. Дифференциальный конденсатор образует емкостной полумост, управляемый высокочастотным генератором прямоугольных импульсов.Когда ускорение прикладывается перпендикулярно сейсмической массе, дифференциальный конденсатор не согласовывается, и на центральной пластине появляется ненулевое напряжение. Этот сигнал предварительно усиливается, демодулируется, усиливается и выводится как напряжение, пропорциональное приложенному ускорению.

Автомобильные применения датчиков ускорения:

  • Обнаружение столкновения и срабатывание подушки безопасности: для измерения интенсивности столкновения и сигнала для запуска срабатывания подушки безопасности.
  • Электронные программы стабилизации и управления: Измеряет ускорение по различным осям (например, ускорение вперед, при торможении и повороте, для вычисления относительных перемещений и их регулирования).
  • Антиблокировочная тормозная система.
  • Активные системы подвески: Измеряет продольные и поперечные ускорения, а также характеристики крена автомобиля для соответствующего изменения характеристик амортизатора.
  • Контроль спуска / удержания на холме: Измеряет наклон и скорость транспортного средства для регулирования системы.
  • Мониторинг шума, вибрации и резкости.
  • Автомобильные навигационные системы для определения местоположения, скорости и т. Д. Автомобиля
Производителей
ÅAC Microtec, Altheris, Analog Devices, Bosch, Continental, CTC, Freescale, GE, Honeywell, Kionix, Memsic, Mitsubishi Electric, McLaren Electronics, Murata, Omega, Panasonic, печатная плата, Rieker, Sensata, Silicon Designs, STMicroelectronics, TRW
Для получения дополнительной информации
[1] Акселерометр, Википедия.
[2] МЭМС акселерометры STMicroelectronics, YouTube, 8 июня 2009 г.
[3] Акселерометры MEMS, Матей Андреяшич, 2008 г. (pdf)
[4] Оптический акселерометр представляет новый класс датчиков движения, Optics.org, 29 октября 2012 г.
[5] Акселерометры и принцип их работы, Texas Instruments. (pdf)
[6] Введение в акселерометры, веб-сайт Omega Engineering.
[7] Руководство по акселерометрам для начинающих, веб-сайт Dimension Engineering.
[8] Акселерометр MEMS, веб-сайт Silicon Designs.
[9] Четырехцентровый бумажный акселерометр Гарварда, Popular Science, 14 февраля 2011 г.
[10] Как смартфон узнает, что снизу (акселерометр), YouTube, 22 мая 2012 г.

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 которых 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 ответственные задачи. Например, все более популярными становятся использование смартфонов для биометрического распознавания походки. 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 идентификацию и должен быть распознан среди ряда зарегистрированных или отклонен как неизвестный. Стоит отметить, что простая идентификация устройства не гарантирует, что человек, несущий 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 везде следовать за пользователем, 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 специального 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 происходит из-за калибровки и систематических ошибок, которые могут произойти, особенно когда датчик встроен в смартфон (даже потому, что в этом случае их обычная роль — 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.

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Есть много причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, используйте кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или уточнить у системного администратора.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файле cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Акселерометр

Введение в акселерометры

Акселерометр — это устройство, которое измеряет вибрацию или ускорение движения конструкции.Сила, вызванная вибрацией или изменением в движении (ускорение) заставляет массу «сжимать» пьезоэлектрический материал, который производит электрический заряд, который пропорционален сила, приложенная к нему. Поскольку заряд пропорционален силе, а масса постоянна, то заряд также пропорционален к ускорению.

Подробнее об акселерометрах

Что такое пьезоэлектрический датчик силы?

Пьезоэлектрический датчик силы почти такой же жесткий, как кусок твердой стали сопоставимых размеров. Эта жесткость и прочность позволяет вставлять эти датчики непосредственно в машины как часть их конструкции.

Типы акселерометров

Есть два типа пьезоэлектрических акселерометров (датчиков вибрации). Первый тип — это акселерометр с выходом заряда с «высоким импедансом». В этом типе В акселерометре пьезоэлектрический кристалл вырабатывает электрический заряд, который напрямую связан с измерительными приборами.Выход заряда требует специальных приспособлений и приборов, которые чаще всего встречаются в исследовательских центрах. Этот тип акселерометра также используется в температурные приложения (> 120 ° C), в которых нельзя использовать модели с низким сопротивлением.

Второй тип акселерометра — это акселерометр с низким сопротивлением на выходе. Акселерометр с низким сопротивлением имеет акселерометр заряда в качестве передний конец, но имеет крошечную встроенную микросхему и транзистор на полевом транзисторе, который преобразует этот заряд в напряжение с низким импедансом, которое может легко взаимодействовать со стандартным оборудованием. Этот тип акселерометра обычно используется в промышленности. Блок питания акселерометра, такой как ACC-PS1, обеспечивает надлежащее питание микросхемы от 18 до 24 В при постоянном токе 2 мА и устранение уровня смещения постоянного тока, они обычно вырабатывают выходной сигнал, основанный на нуле до +/- 5 В в зависимости от номинального значения мВ / г акселерометра. Все акселерометры OMEGA® относятся к этому типу с низким импедансом.

Характеристики акселерометра


Динамический диапазон — это +/- максимальная амплитуда, которую акселерометр может измерить до искажения или ограничения выходного сигнала.Обычно указано в г.

Частотная характеристика определяется массой, пьезоэлектрическими свойствами кристалла и резонансной частотой корпуса. Это частотный диапазон, в котором выходной сигнал акселерометра находится в пределах указанного отклонения, обычно +/- 5%. g 1g — ускорение из-за силы тяжести Земли, которая составляет 32,2 фут / сек2, 386 дюймов / сек2 или 9,8 м / сек2.

Заземление — В акселерометрах есть два типа сигнального заземления.Акселерометры с заземлением корпуса имеют низкую сторону сигнала. связаны с их делом. Поскольку корпус является частью пути прохождения сигнала и может быть прикреплен к проводящему материалу, следует соблюдать осторожность при использовании этот тип акселерометра, чтобы избежать шума от земли. Электрические компоненты акселерометров с заземлением изолированы от корпус и гораздо менее восприимчивы к помехам, наводимым землей.

Верхний предел частоты — это частота, при которой выходной сигнал превышает указанное отклонение выходного сигнала.Обычно это регулируется механическим резонанс акселерометра.

Отсечка по низкой частоте — это частота, при которой выходной сигнал начинает падать ниже заявленной точности. Выход не «отсекается», а чувствительность быстро уменьшается с более низкими частотами.

Шум — Электронный шум генерируется схемой усиления. Шум может быть задан как широкополосный (указан в частотном спектре) или спектральные — обозначаются на определенных частотах.Уровни шума указаны в g, т.е. 0,0025 g 2-25 000 Гц. Шум обычно уменьшается по мере увеличения частоты. увеличивается, поэтому шум на низких частотах является большей проблемой, чем на высоких частотах.

Как выбрать акселерометр?


  • Какую амплитуду вибрации следует контролировать?

  • Какой частотный диапазон нужно контролировать?

  • Каков температурный диапазон установки?

  • Каков размер и форма исследуемого образца?

  • Есть ли электромагнитные поля?

  • Имеется ли поблизости высокий уровень электрического шума?

  • Заземлили ли поверхность, на которой должен быть установлен акселерометр?

  • Является ли окружающая среда агрессивной?

  • Требуются ли в данной области искробезопасные или взрывозащищенные приборы?

  • Область влажная или вымытая?

Частота резонанса — это частота, на которой датчик резонирует или звонит. Частотные измерения должны быть намного ниже резонансной частоты акселерометр.

Чувствительность — это выходное напряжение, создаваемое определенной силой, измеряемой в g. Акселерометры обычно делятся на две категории — производящие либо 10 мВ / г или 100 мВ / г. Частота выходного переменного напряжения будет соответствовать частоте колебаний. Выходной уровень будет пропорционален амплитуда колебаний.Акселерометры с низкой выходной мощностью используются для измерения высоких уровней вибрации, в то время как акселерометры с высокой выходной мощностью используются для измерения вибрации низкого уровня.

Температурная чувствительность — это выходное напряжение на градус измеренной температуры. Датчики имеют температурную компенсацию, чтобы сохранить изменение выход в заданных пределах при изменении температуры.

Диапазон температур ограничен электронной микросхемой, которая преобразует заряд в выходной сигнал с низким сопротивлением.Обычно диапазон составляет от -50 до 120 ° C.

Другие соображения при выборе акселерометра:

Масса акселерометров должна быть значительно меньше массы контролируемой системы. Динамический диапазон акселерометра должен быть шире, чем ожидаемый диапазон амплитуды колебаний образца. Частотный диапазон акселерометра должен соответствовать ожидаемому частотному диапазону.Чувствительность акселерометра должна давать электрическую выход совместим с существующим оборудованием. Используйте акселерометр с низкой чувствительностью для измерения вибраций с высокой амплитудой и, наоборот, используйте высокочувствительный акселерометр для измерения колебаний малой амплитуды.

Выберите правильный акселерометр

3-осевой USB-регистратор данных ускорения
Портативный регистратор данных ускорения идеально подходит для оценки состояния и диагностики проблем производительности вращающегося оборудования, чтобы определить, работает ли двигатель эффективно, и даже указать, может ли он выйти из строя в будущем. Акселерометр промышленного класса
Акселерометры промышленного уровня — это рабочие лошадки в промышленности. Они используются на всем, от станков до малярных шейкеров.OMEGA предлагает на выбор четыре модели. ACC101 (на рисунке) — это высококачественный недорогой акселерометр общего назначения. ACC 102A герметичен для работы в суровых условиях, имеет фиксированный кабель и весит всего 50 граммов. ACC786A, верхний кабель и Боковой кабель ACC787A герметичен и имеет съемные кабели, защищенные от непогоды. Трехосный акселерометр
Трехосные акселерометры измеряют вибрацию по трем осям X, Y и Z. У них есть три кристалла, расположенные так, чтобы каждый из них реагирует на вибрацию по своей оси. На выходе есть три сигнала, каждый из которых представляет вибрацию для одна из трех осей. ACC301 имеет легкую титановую конструкцию и обеспечивает выходную мощность 10 мВ / г с динамическим диапазоном. +/- 500 g в диапазоне от 3 до 10 кГц.

Часто задаваемые вопросы

Как установить акселерометр

Датчик должен быть установлен непосредственно на поверхности машины, чтобы правильно измерять вибрации.Этого можно добиться с помощью нескольких типов креплений:

— Плоское магнитное крепление
— 2-полюсный магнитный держатель
— Клеи (эпоксидные / цианоакрилатные)
— Монтажная шпилька
— Изолирующая шпилька

Магнитные опоры обычно являются временными.
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 акселерометр на изогнутой ферромагнитной поверхности.

Клеи и шпильки с резьбой считаются постоянными креплениями.
Доказано, что клеи, такие как эпоксидная смола или цианоакрилат, обеспечивают удовлетворительное соединение для большинства применений. Пленка должна быть такой же тонкой, как можно избежать нежелательного демпфирования вибраций за счет гибкости пленки.Чтобы удалить клейкую накладку акселерометра, используйте гаечный ключ на плоских поверхностях гаечного ключа на корпусе и поверните, чтобы разорвать клеевое соединение. НЕ ИСПОЛЬЗУЙТЕ МОЛОТОК. Удар по акселерометр повредит его.

Монтажные шпильки являются предпочтительным методом монтажа.
Они требуют просверливания конструкции и нарезания резьбы, но обеспечивают прочное и надежное крепление. Обязательно соблюдайте указанный крутящий момент. настройки, чтобы не повредить датчик или не оборвать резьбу.

Акселерометр | Сопутствующие товары

↓ Посмотреть эту страницу на другом языке или регионе ↓

Беспроводной датчик ускорения

— PS-3202 — Продукты

Краткое описание продукта

Этот датчик, способный одновременно измерять силу, ускорение и скорость вращения, идеально подходит для экспериментов с вращающимися платформами, движущимися тележками, колебаниями пружин, столкновениями и импульсами. Беспроводная конструкция обеспечивает повышенную точность измерения за счет исключения шнуров, влияющих на сбор данных. Студенты могут использовать отверстия для пальцев для портативных приложений или установить их на тележку или стержень для более сложных экспериментов.

Teaching Advantage

  • Bluetooth с низким энергопотреблением и простое сопряжение в приложении одним касанием
  • Аккумулятор с длительным сроком службы
  • Обнуление выполняется в программном обеспечении для точного тарирования
  • В режиме регистрации сохраняются данные о силе, ускорении и вращении непосредственно на датчике для длительных экспериментов
  • Одновременно измеряет силу и ускорение
  • Встроенный 3-осевой датчик ускорения измеряет ускорение по осям x, y и z и вычисляет результирующее ускорение
  • Встроенный гироскоп измеряет вращение около осей x, y и z

Типичные эксперименты

  • Импульс и импульс
  • Определение статических и кинетических коэффициентов трения
  • Измерение центростремительного ускорения и центростремительной силы
  • Третий закон Ньютона
  • Закон Ньютона
  • Подушки для ускорения и столкновения

Что в включено

  • 1x крючок
  • 1x резиновый амортизатор
  • 1x тележка / винт с накатанной головкой
  • 1x литий-полимерный аккумулятор
  • 1x USB-кабель

Технические характеристики продукта

Диапазон усилия ± 50 Н
Разрешение по усилию 0. 03 Н
Точность 0,1 Н
Диапазон ускорения ± 16 г
Диапазон угловой скорости вращения до ± 2000 градусов в секунду
Батарея Перезаряжаемый литий-полимерный
Регистрация Да
Bluetooth BT 4.0

Батарея и ведение журнала

Память сохраненных точек данных (регистрация) 1 > 20,000
Аккумулятор — Подключено (режим сбора данных) 2 > 38 часов
Батарея — регистрация (режим регистрации данных) 3 1.5 дней
Тип батареи LiPo

1 Минимальное количество точек данных со всеми включенными измерениями, фактические результаты зависят от включенных измерений.

2 Непрерывное использование в подключенном состоянии до выхода из строя батареи, фактические результаты будут зависеть от частоты дискретизации, активных измерений и состояния батареи.

3 Регистрация до отказа батареи, фактические результаты будут зависеть от частоты дискретизации, активных измерений и состояния батареи.

* Обычное использование в классе — это датчик, который активно используется в течение 20 минут на лабораторию в течение 120 лабораторных занятий в год.

Требуется программное обеспечение

Для этого продукта требуется программное обеспечение PASCO для сбора и анализа данных. Мы рекомендуем следующие варианты. Для получения дополнительной информации о том, что подходит для вашего класса, см. Сравнение программного обеспечения: SPARKvue и Capstone »

Варианты подключения

Этот продукт можно напрямую подключать к вашему компьютеру или устройству с помощью следующих технологий.Интерфейс не требуется. Подробные сведения о совместимости устройств см. В следующем руководстве: Совместимость продуктов с беспроводной связью Bluetooth »

Выделенная регистрация данных с помощью SPARK LXi

Рассмотрите для учащихся универсальный инструмент для сбора, построения графиков и анализа данных с сенсорным экраном. Регистратор данных SPARK LXi, предназначенный для использования с проводными и беспроводными датчиками, одновременно вмещает до пяти беспроводных датчиков и включает два порта для синих датчиков PASPORT. Он оснащен интерактивным пользовательским интерфейсом на основе значков в амортизирующем футляре и поставляется в комплекте с ПО SPARKvue, MatchGraph! И Spectrometry для интерактивного сбора и анализа данных.Он может дополнительно подключаться через Bluetooth к следующим интерфейсам: AirLink, SPARKlink Air и 550 Universal Interface.

Руководство по покупке

Руководства по продукции

Выберите правильный датчик силы или тензодатчик

Датчики силы

являются классическим компонентом любой физической лаборатории и дают студентам возможность визуализировать движение в режиме реального времени. Мы потратили десятилетия на разработку инновационных датчиков силы и тензодатчиков, которые продолжают раздвигать границы экспериментов с движением.На этой странице сравниваются возможности подключения и приложения для наших ScienceWorkshop, PASPORT и беспроводных датчиков силы, а также наших тензодатчиков.

Экспериментальная библиотека

Выполните следующие и другие эксперименты с беспроводным датчиком ускорения.
Посетите экспериментальную библиотеку PASCO, чтобы увидеть больше занятий.

Средняя школа / Физика

Центростремительная сила

В этой лабораторной работе студенты будут использовать датчики силы для изучения центростремительной силы, испытываемой объектом при равномерном круговом движении.

Средняя школа / Физика

Статическое и кинетическое трение

В этой лабораторной работе студенты будут использовать датчики силы для исследования статического трения и кинетического (скольжения) трения.

Продвинутый уровень • Колледж • Средняя школа / Физика

Изменение кинетической энергии

Ученики используют модифицированную машину Атвуда, чтобы изучить, как изменение кинетической энергии связано с приложенной чистой силой и пройденным расстоянием. Они используют датчики для сбора данных о положении, скорости и силе. Они анализируют отношения…

Средняя школа / Физика

Третий закон Ньютона

В этой лабораторной работе учащиеся будут использовать пары датчиков силы, чтобы наблюдать взаимосвязь между силой воздействия и результирующей силой реакции.

Средняя школа / Физические науки

Рабочие и механические преимущества

В этой лабораторной работе студенты будут использовать датчики силы для измерения силы, необходимой для подъема массы с различными конфигурациями фиксированных и подвижных шкивов в сочетании с наклонной плоскостью (пандус).

Средняя школа / Физика

Импульсный импульс

В этой лабораторной работе студенты будут использовать датчики движения и силы, чтобы исследовать изменения количества движения во время столкновения. Учащиеся определят, как это изменение связано с импульсом, связанным с столкновением.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.