Akcelerometr

Powrót do słownika

Akcelerometr to czujnik inercyjny, który mierzy siłę właściwą, definiowaną jako przyspieszenie niegrawitacyjne działające na obiekt. W przeciwieństwie do czujnika prędkości, akcelerometr nie mierzy bezpośrednio prędkości ani położenia. Zamiast tego wykrywa zmiany ruchu wzdłuż jednej, dwóch lub trzech ortogonalnych osi poprzez pomiar siły wywieranej na wewnętrzny element czujnikowy.

Nowoczesne akcelerometry opierają się głównie na technologii Micro układów (MEMS). Akcelerometr MEMS zawiera mikroskopijną masę pomiarową zawieszoną na elastycznych konstrukcjach. Gdy czujnik ulega przyspieszeniu, masa pomiarowa przemieszcza się względem ramy czujnika. Przetworniki pojemnościowe, piezorezystancyjne lub piezoelektryczne przekształcają to przemieszczenie na sygnał elektryczny proporcjonalny do przyłożonego przyspieszenia.

Akcelerometry mierzą zarówno przyspieszenie dynamiczne, generowane przez ruch lub drgania, jak i przyspieszenie statyczne, wynikające z pola grawitacyjnego Ziemi. Ta zdolność pozwala im szacować kąty nachylenia w warunkach statycznych, jednocześnie wykrywając gwałtowne zmiany ruchu. Ich zakres pomiarowy rozciąga się zazwyczaj od kilku g do kilkuset g, w zależności od zastosowania, natomiast o jakości pomiaru decydują takie parametry jak stabilność odchylenia zerowego, gęstość szumu, dokładność współczynnika skalowania, szerokość pasma oraz stabilność temperaturowa.

W inercyjnych systemach nawigacyjnych akcelerometry współpracują z żyroskopami w celu oszacowania prędkości i pozycji poprzez ciągłą integrację danych dotyczących przyspieszenia. Algorytmy fuzji czujników, takie jak rozszerzone filtry Kalmana (EKF), łączą pomiary akcelerometrów z danymi z GNSS, magnetometrów, liczników drogi, czujników LiDAR lub czujników wizyjnych w celu poprawy dokładności i niezawodności nawigacji w środowiskach GNSS.

Obecnie akcelerometry są niezbędnymi komponentami w przemyśle lotniczym i kosmicznym, obronności, pojazdach autonomicznych, nawigacji morskiej, mobilnym mapowaniu, automatyce przemysłowej, monitorowaniu konstrukcji oraz robotyce. Ich kompaktowe rozmiary, niskie zużycie energii oraz wysoka niezawodność sprawiają, że akcelerometry MEMS są preferowanym rozwiązaniem w nowoczesnych zastosowaniach związanych z wykrywaniem ruchu, gdzie dokładne pomiary przyspieszenia stanowią podstawę precyzyjnej nawigacji i sterowania.