Akcelerometr

Powrót do słownika

Akcelerometr to czujnik inercyjny, który mierzy siłę właściwą, zdefiniowaną jako przyspieszenie pozagrawitacyjne działające na obiekt. W przeciwieństwie do czujnika prędkości, akcelerometr nie mierzy bezpośrednio prędkości ani pozycji. Zamiast tego wykrywa zmiany w ruchu wzdłuż jednej, dwóch lub trzech prostopadłych osi poprzez pomiar siły przyłożonej do wewnętrznego elementu pomiarowego.

Współczesne akcelerometry opierają się głównie na technologii MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems). Akcelerometr MEMS zawiera mikroskopijną masę próbną zawieszoną na elastycznych strukturach. Gdy czujnik podlega przyspieszeniu, masa próbna przemieszcza się względem ramy czujnika. Przetworniki pojemnościowe, piezorezystywne lub piezoelektryczne przekształcają to przemieszczenie w sygnał elektryczny proporcjonalny do przyłożonego przyspieszenia.

Akcelerometry mierzą zarówno przyspieszenie dynamiczne, generowane przez ruch lub wibracje, jak i przyspieszenie statyczne, wynikające z pola grawitacyjnego Ziemi. Zdolność ta pozwala im szacować kąty pochylenia w warunkach statycznych, jednocześnie wykrywając gwałtowne zmiany w ruchu. Ich zakres pomiarowy wynosi zazwyczaj od kilku g do kilkuset g, w zależności od zastosowania, podczas gdy charakterystyka wydajnościowa, taka jak stabilność biasu, gęstość szumów, dokładność współczynnika skalowania, pasmo przenoszenia i stabilność temperaturowa, decyduje o jakości pomiaru.

W systemach nawigacji inercyjnej akcelerometry współpracują z żyroskopami w celu oszacowania prędkości i pozycji poprzez ciągłą integrację danych o przyspieszeniu. Algorytmy fuzji sensorów, takie jak rozszerzone filtry Kalmana (EKF), łączą pomiary z akcelerometru z GNSS, magnetometrami, drogomierzami (odometrami), systemami LiDAR lub czujnikami wizyjnymi, aby poprawić dokładność i niezawodność nawigacji w środowiskach pozbawionych sygnału GNSS.

Obecnie akcelerometry są niezbędnymi komponentami w lotnictwie, obronności, pojazdach autonomicznych, nawigacji morskiej, mapowaniu mobilnym, automatyzacji przemysłowej, monitorowaniu stanu konstrukcji i robotyce. Ich kompaktowy rozmiar, niski pobór mocy i wysoka niezawodność sprawiają, że akcelerometry MEMS są preferowanym rozwiązaniem w nowoczesnych aplikacjach wykrywania ruchu, gdzie dokładne pomiary przyspieszenia stanowią fundament precyzyjnej nawigacji i sterowania.