Прибор для измерения ускорение: Ничего не найдено

Nach oben

Информация

• Контактное лицо
• Условия сотрудничества
• Декларация о конфиденциальности
• Вводные данные

Обслуживание

• Краткий обзор услуг
• Скачать
• Каталоги
• Вебинары и Видео
• Связаться со службой поддержки клиентов

Компания

• О нас
• Качественная политика
• Безопасность в классе

Please note

* Prices subject to VAT.

We only supply companies, institutions and educational facilities. No sales to private individuals.

Please note: To comply with EU regulation 1272/2008 CLP, PHYWE does not sell any chemicals to the general public. We only accept orders from resellers, professional users and research, study and educational institutions.

Как работают акселерометры | Типы акселерометров

Криса Вудфорда. Последнее обновление: 16 января 2023 г.

Хотите знать, как быстро едет ваша машина? Это просто — просто взгляните на спидометр! Скорость удобное измерение, которое говорит вам, как быстро вы можете получить из одного места в другое. Максимальная скорость автомобиля, как правило, является хорошим показателем того, насколько мощным двигатель это есть, но при условии, что все соблюдают ограничение скорости, максимум скорости — это просто цифры на бумаге — мало или вообще бесполезные.

Ускорение гораздо интереснее скорости и полезнее, если вам нужно уйти от опасности за рулем: это насколько быстро что-то может ускориться или замедлиться. Измерение ускорения немного сложнее, чем измерение скорости, потому что оно включает в себя выяснение того, как скорость меняется с течением времени. Как вы измеряете ускорение? Неудивительно, что с устройством под названием акселерометр . Когда-то вы бы нашли такие гаджеты только в космических ракетах или реактивных самолетах; теперь они есть практически в каждом автомобиль, множество портативных компьютеров и всевозможные гаджеты, такие как iPod, iPhone и Nintendo Wii. Рассмотрим подробнее, что они из себя представляют, что они делают, и как они работают!

Фото: типичный чип акселерометра и гироскопа типа MEMS, предназначенный для использования с Raspberry Pi и Arduino.

Содержание

1. Для чего используются акселерометры?
2. Что такое ускорение?
3. Как работают акселерометры?
4. Типы акселерометров
5. Как работает микросхема акселерометра MEMS?
6. Узнать больше

Для чего используются акселерометры?

Фото: Прибор ракетостроения? Акселерометр, разработанный Honeywell в 1980-х годов для использования на космическом челноке. Фото предоставлено Космическим центром Джонсона НАСА (НАСА-АО).

Акселерометры — это материал ракетостроения, в буквальном смысле! Установленный в космическом корабле, это удобный способ измерить не только изменения скорости ракеты, но и также апогей (когда корабль находится на максимальном удалении от Земли или другую массу, так что его ускорение под действием силы тяжести минимально) и ориентацию (поскольку наклон чего-либо меняет способ воздействия на него гравитации и силу, которую оно ощущает). Акселерометры также широко используется в инерциальная навигация и системы наведения в таких вещах, как автопилоты самолетов и кораблей. Еще одно очень распространенное применение на транспорте — автомобильные подушки безопасности: когда акселерометр обнаруживает внезапное изменение скорости автомобиля, сигнализируя о неизбежном столкновении, он запускает электрическую цепь, которая заставляет подушки безопасности раскрываться.

Фото: Набор акселерометров, используемых для тестирования ветряных турбин. Фото Дэвида Парсонса предоставлено Министерством энергетики США/Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии (US DOE/NREL).

Если у вас современный мобильный телефон, MP3-плеер или портативный игровая приставка, в нее, вероятно, встроен акселерометр, так что чувствуется, когда вы наклоняете его из стороны в сторону. Вот как iPhone или iPod Touch автоматически определяет, когда следует переключить макет экрана с портретного на альбомный. Многие игры и «приложения», разработанные для таких гаджетов, как iPhone, работают, определяя, насколько интенсивно или быстро вы перемещаете или трясете корпус, используя крошечные чипы акселерометра внутри.

Фото: Сюда наверх! Как ваш мобильный телефон узнает, в какую сторону поворачивать дисплей? Все это делается с помощью акселерометров, спрятанных внутри корпуса.

Вы будете удивлены тем, для чего используются акселерометры. Знаете ли вы, например, что хай-тек стиральные машины для одежды иметь акселерометры, которые могут определить, когда нагрузка не сбалансирована и выключить электродвигатель, чтобы они не разлетелись на куски? Или что нагревательные приборы, такие как электронные утюги и тепловентиляторы, имеют внутри акселерометры, которые обнаруживают, когда они падают, и отключают их, чтобы предотвратить возгорание? Удивительно, а? Разве ракетостроение не полезно!

Что такое ускорение?

Прежде чем вы сможете понять акселерометры, вам действительно нужно понять ускорение — так что давайте кратко подведем итоги. Если у вас есть машина, которая разгоняется с места до скорости (или, строго говоря, скорость) 100 км/ч за 5 секунд, ускорение равно изменению скорость или скорость, деленная на время, то есть 100/5 или 20 км/ч за второй. Другими словами, каждую секунду движения автомобиля добавляется еще 20 км/ч до его скорости. Если вы сидите в этой машине, вы можно измерить ускорение с помощью секундомера и автомобиля спидометр. Просто прочитайте показания спидометра через 5 секунд, разделите чтение на 5, и вы получите ускорение.

Но что, если вы хотите узнать ускорение момент за моментом, не дожидаясь определенное время должно пройти? Если вы знаете о законах движения, вы известно, что гениальный английский ученый Исаак Ньютон определил ускорение по-другому, связав его с массой и силой. Если у вас есть определенная сила (скажем, сила в вашей ноге, когда вы бьете по ней наружу) и применить его к массе (футбольному мячу), вы ускорьте массу — мяч взлетит в воздух.

Фото: Ускорение возникает, когда вы прикладываете силу к объекту — например, удар ногой по футбольному мячу. Ускорение — это мера того, насколько изменится скорость мяча за определенное время. Менее очевидно, что это также мера того, сколько силы вы прикладываете к каждому килограмму массы, содержащейся в объекте. Фото RJ Stratchko предоставлено ВМС США и Викисклад.

Второй закон движения Ньютона связывает силу, массу и ускорение с помощью очень простого уравнения:

Сила = масса x ускорение

или…

F = m a

или…

a = F/m

единица массы. Глядя на это уравнение, вы можете понять, почему футбольные мячи работают как они это делают: чем сильнее вы бьете (чем больше сила) или чем легче мяч (чем меньше масса), тем большее ускорение вы произведете — и тем быстрее мяч полетит по небу.

Вы также можете видеть, что теперь у нас есть второй способ расчета ускорение, не связанное с расстоянием, скоростью или временем. Если мы можем измерить силу, действующую на что-то, а также его массу, мы можно вычислить его ускорение, просто разделив силу на масса. Нет необходимости измерять скорость или время вообще!

Как работают акселерометры?

Фото: Электрик запаивает оборванные провода, подключенные к акселерометру в вертолете Seahawk. Фото принца А. Хьюза III предоставлено ВМС США и Викисклад.

Это уравнение лежит в основе теории акселерометров: они измеряют ускорение не путем расчета того, как скорость изменяется с течением времени, а путем измерение силы. Как они это делают? Вообще говоря, чувствуя, насколько масса давит на что-то, когда на него действует сила.

Это то, с чем мы все очень хорошо знакомы, когда едем в машине. Представьте, что вы сидите в заднее сиденье автомобиля, радостно занимаясь своими делами, а водитель ускоряется внезапно обгонять медленно движущийся грузовик. Вы чувствуете, что бьетесь в ответ в сиденье. Почему? Потому что ускорение автомобиля заставляет его двигаться вперед внезапно. Вы можете подумать, что двигаетесь назад, когда машина ускоряется вперед, но это иллюзия: на самом деле то, что вы испытываете, машина пытается тронуться без тебя и твоего сиденья, догоняющего тебя сзади!

Законы движения говорят нам, что ваше тело пытается продолжать движение с постоянной скоростью, но сиденье постоянно толкая в вас с силой и вместо этого заставляя вас ускоряться. чем больше разгоняется автомобиль, тем больше силы вы чувствуете со своего места — и вы действительно это чувствуете! Ваш мозг и тело работают вместе, чтобы создать достаточно эффективный акселерометр: чем сильнее ваше тело опыта, тем большее ускорение ваш мозг регистрирует от разница между движениями вашего тела и автомобиля. (И это получает полезные подсказки от других ощущений, в том числе от скорости какие движущиеся объекты проходят мимо окна, изменение звука двигатель автомобиля, шум проносящегося мимо воздуха и т. д.) Момент за В этот момент вы чувствуете изменения в ускорении из-за изменений в ощущениях. на вашем теле, а не путем подсчета того, как далеко вы путешествовали и как долго это заняло.

И акселерометры работают примерно так же.

Типы акселерометров

Существует множество различных типов акселерометров. Механические немного похожи уменьшенные версии пассажиров, сидящих в машинах, сдвигаются назад и по мере действия на них сил. У них есть что-то вроде массы, прикрепленной к пружине. подвешен внутри внешнего кожуха. Когда они ускоряются, корпус трогается сразу, но масса отстает и пружина растягивается с силой, соответствующей ускорению. расстояние, на которое растягивается пружина (которое пропорционально сила растяжения) можно использовать для измерения силы и ускорение различными способами. Сейсмометры (используются для измерения землетрясений) работают примерно таким образом, используя перья на тяжелых массы, прикрепленные к пружинам, для регистрации силы землетрясения. Когда землетрясение, сотрясает корпус сейсмометра, но перо (прикрепленный к массе) требует больше времени для перемещения, поэтому он оставляет отрывистый след на бумажной схеме.

Иллюстрация: Основная концепция механического акселерометра: когда серая коробка акселерометра перемещается из стороны в сторону, масса (красная капля) ненадолго остается позади. Но пружина, соединяющая его с коробкой (красный зигзаг), вскоре возвращает его на место и при движении оставляет на бумаге след (синяя линия).

Альтернативные конструкции акселерометров измеряют силу не путем нанесения пера на бумагу, а генерируя электрические или магнитные сигналы. В пьезорезистивных акселерометрах масса присоединена к потенциометру (переменный резистор), немного похожему на регулятор громкости, который поворачивает электрический ток вверх или вниз в зависимости от размера силы воздействуя на него. Конденсаторы также можно использовать в акселерометрах для измерения силы аналогичным образом: если движущийся масса изменяет расстояние между двумя металлическими пластинами, измерение изменения их емкости дает измерение действующей силы.

Изображение: Общая концепция емкостного акселерометра: по мере того, как серая коробка акселерометра перемещается вправо, красная масса остается позади и прижимает синие металлические пластины ближе друг к другу, изменяя их емкость измеримым образом.

В некоторых акселерометрах умную работу выполняют пьезоэлектрические кристаллы, такие как кварц. У вас есть кристалл, прикрепленный к массе, поэтому, когда акселерометр движется, масса сжимает кристалл и генерирует крошечное электрическое напряжение.

Иллюстрация: Основная концепция пьезоэлектрического акселерометра: когда серая коробка акселерометра движется вправо, масса сжимает синий пьезоэлектрический кристалл (очень преувеличено на этом рисунке), который генерирует напряжение. Чем больше ускорение, тем больше сила и тем больше протекающий ток (синие стрелки).

В акселерометрах на эффекте Холла сила и ускорение измеряются путем обнаружения крошечных изменений в магнитном поле.

Узнайте больше

На этом сайте

• Подушки безопасности
• Тормоза
• Инструменты, приборы и средства измерения
• Законы движения

Книги

Книги по проектам

• Марка: Датчики: практическое руководство по мониторингу реального мира с помощью Arduino и Raspberry Pi Теро Карвинен, Киммо Карвинен и Вилле Валтокари. Maker Media, 2014. Опираясь на книгу выше, вы узнаете немного больше об акселерометрах в этом заголовке, особенно в «Главе 8: Ускорение и угловой момент».
• Марка: Боты и гаджеты Arduino от Киммо и Теро Карвинен. O’Reilly, 2011. Один из шести представленных проектов — робот, играющий в футбол, управляемый акселерометром мобильного телефона.
• 125 физических проектов для злого гения Джерри Сильвера. McGraw Hill Professional, 2009. Разнообразные домашние эксперименты по физике, в том числе ряд хитрых способов проверить силу и ускорение. Здесь много интересных идей, как сделать основные законы физики менее абстрактными и сухими.

Справочники

• Акселерометры МЭМС Махмуд Расрас, Ибрагим (Абе) М. Эльфадель, Ха Дуонг Нго. MDPI, 2019. Практическое руководство по выбору и использованию датчиков.
• Справочник по современным датчикам: физика, конструкция и применение Джейкоба Фредена. Springer, 2016. Обширный технический справочник по всем видам датчиков, включая акселерометры (которые подробно рассматриваются в главе 9 «Скорость и ускорение»).
Справочник по сенсорным технологиям
• Джона С. Уилсона. Newnes, 2005. Практическое руководство по выбору и использованию датчиков.

Статьи

• Создание текста из воздуха Мишель Хэмпсон. IEEE Spectrum, 22 декабря 2021 г. Как акселерометры и другие датчики смартфонов могут обнаруживать, что вы пишете в воздухе по движениям запястья.
• Как добавление акселерометров к ключам помешает угонщикам, Tekla S. Perry. IEEE Spectrum, 8 ноября 2017 г. Акселерометры могут сделать автомобильные ключи более безопасными, отключая их связь, когда они неактивны.
• Акселерометры смартфонов могут быть обмануты звуковыми волнами Эми Нордрам. IEEE Spectrum, 17 марта 2017 г. Звуковые волны, создающие давление и силу, могут обманывать акселерометры MEMS, заставляя их давать ложные показания.
• Wearable Tech может помочь отслеживать насилие с применением огнестрельного оружия, Ян Чант. IEEE Spectrum, 9 сентября 2014 г. Как акселерометры могут помочь определить, когда преступники, освобожденные условно-досрочно или условно, пытаются стрелять из оружия.
• Что видит и не видит ваш трекер активности, Альберт Сан и Аластер Дант. The New York Times, 11 марта 2014 г. Небольшое введение в трекеры активности на основе акселерометров. Что они измеряют и что пропускают?
• Велосипедная куртка получает награду за дизайн: BBC Newsbeat, 10 апреля 2008 г. В этой статье описывается инновационная велосипедная куртка со встроенными акселерометрами, которые приводят в действие светодиодные стоп-сигналы.

Видео

• Как смартфон отличит верх от низа: Engineer Guy, 22 мая 2012 г. Простое объяснение акселерометров iPhone от Bill Hammack, Engineer Guy. Билл объясняет, что такое чипы акселерометра и как их химическим способом вытравливают из кремния.
• Прогноз землетрясений с использованием акселерометров в ноутбуках: BBC News, 12 апреля 2010 г. Короткое видео, описывающее, как сеть добровольцев использует акселерометры в ноутбуках для мониторинга землетрясений.
• Практические советы, вторник: Arduino 101 Accelerometers: Make Magazine, 7 апреля 2008 г. В этом более длинном и сложном 7,5-минутном видеоролике показано, как выглядит типичный чип акселерометра (Memsic), и показано, как легко его использовать с Плата электроники Ардуино.

Занятия

• [PDF] Акселерометры. Создайте свой собственный детектор микрогравитации с помощью этого пошагового руководства для учителей от НАСА.
• Изучаем ускорение с помощью Android: короткое задание для 11-го класса (9–12 лет), в котором рассказывается, как измерить ускорение с помощью телефона.
• Exploring Acceleration with the Science Journal App Эми Коуэн, Science Buddies, 9 июля 2018 г. Хорошее введение в измерение направленного ускорения с помощью смартфона.
• Измерьте высоту здания с помощью … акселерометра?: Wired, 27 июня 2017 г. Можете ли вы действительно определить высоту здания с помощью смартфона и лифта?
• Где находится акселерометр в iPhone? Ретт Аллен. Wired, 22 октября 2013 г. Используя науку, чтобы выяснить, где находится ваш чип акселерометра!

Патенты

Дополнительные технические подробности см. в следующих патентах на акселерометры:

• Патент США: № 5,243,861: Полупроводниковый акселерометр емкостного типа, автор Benjamin Kloeck et al, Hitachi Ltd. Выдан 14 сентября 1993. Современный акселерометр на основе чипа, который измеряет ускорение за счет изменений емкости, вызванных движущейся консольной балкой. Это гораздо более подробное описание типа чипа акселерометра, описанного и проиллюстрированного в рамке вверху, охватывающего как его работу, так и то, как он сделан.
• Патент США: № 4,378,510: Миниатюрный акселерометр с пьезоэлектрическим полевым транзистором Чарльза Э. Беннета, Motorola Inc. Выдан 29 марта 1983 г. Описывает миниатюрный пьезоэлектрический акселерометр на основе полевого транзистора.
• Патент США: № 982,336: Измерительный прибор Рэймонда Т. Пирса, Westinghouse. Выпущен 1 ноября 1921 года. Частично механический, частично электрический акселерометр с механизмом, который работает аналогично центробежному регулятору.
• Патент США: № 1,096,942: Индикатор ускорения Роберта Оуэнса, General Electric. Выпущено 19 мая 1914 года. Устройство, измеряющее ускорение от электрического тока, создаваемого простым генератором электроэнергии, который используется для измерения скорости.
• Патент США: № 982 336: Акселерометр Гарри Эгертона Вимпериса. Выпущен 24 января 1911 года. Первый механический акселерометр, работающий за счет использования движущейся массы для перемещения стрелки по циферблату.

Как работают акселерометры | Типы акселерометров

Криса Вудфорда. Последнее обновление: 16 января 2023 г.

Хотите знать, как быстро едет ваша машина? Это просто — просто взгляните на спидометр! Скорость удобное измерение, которое говорит вам, как быстро вы можете получить из одного места в другое. Максимальная скорость автомобиля, как правило, является хорошим показателем того, насколько мощным двигатель это есть, но при условии, что все соблюдают ограничение скорости, максимум скорости — это просто цифры на бумаге — мало или вообще бесполезные.

Ускорение гораздо интереснее скорости и полезнее, если вам нужно уйти от опасности за рулем: это насколько быстро что-то может ускориться или замедлиться. Измерение ускорения немного сложнее, чем измерение скорости, потому что оно включает в себя выяснение того, как скорость меняется с течением времени. Как вы измеряете ускорение? Неудивительно, что с устройством под названием акселерометр . Когда-то вы бы нашли такие гаджеты только в космических ракетах или реактивных самолетах; теперь они есть практически в каждом автомобиль, множество портативных компьютеров и всевозможные гаджеты, такие как iPod, iPhone и Nintendo Wii. Рассмотрим подробнее, что они из себя представляют, что они делают, и как они работают!

Фото: типичный чип акселерометра и гироскопа типа MEMS, предназначенный для использования с Raspberry Pi и Arduino.

Содержание

1. Для чего используются акселерометры?
2. Что такое ускорение?
3. Как работают акселерометры?
4. Типы акселерометров
5. Как работает микросхема акселерометра MEMS?
6. Узнать больше

Для чего используются акселерометры?

Фото: Прибор ракетостроения? Акселерометр, разработанный Honeywell в 1980-х годов для использования на космическом челноке. Фото предоставлено Космическим центром Джонсона НАСА (НАСА-АО).

Акселерометры — это материал ракетостроения, в буквальном смысле! Установленный в космическом корабле, это удобный способ измерить не только изменения скорости ракеты, но и также апогей (когда корабль находится на максимальном удалении от Земли или другую массу, так что его ускорение под действием силы тяжести минимально) и ориентацию (поскольку наклон чего-либо меняет способ воздействия на него гравитации и силу, которую оно ощущает). Акселерометры также широко используется в инерциальная навигация и системы наведения в таких вещах, как автопилоты самолетов и кораблей. Еще одно очень распространенное применение на транспорте — автомобильные подушки безопасности: когда акселерометр обнаруживает внезапное изменение скорости автомобиля, сигнализируя о неизбежном столкновении, он запускает электрическую цепь, которая заставляет подушки безопасности раскрываться.

Фото: Набор акселерометров, используемых для тестирования ветряных турбин. Фото Дэвида Парсонса предоставлено Министерством энергетики США/Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии (US DOE/NREL).

Если у вас современный мобильный телефон, MP3-плеер или портативный игровая приставка, в нее, вероятно, встроен акселерометр, так что чувствуется, когда вы наклоняете его из стороны в сторону. Вот как iPhone или iPod Touch автоматически определяет, когда следует переключить макет экрана с портретного на альбомный. Многие игры и «приложения», разработанные для таких гаджетов, как iPhone, работают, определяя, насколько интенсивно или быстро вы перемещаете или трясете корпус, используя крошечные чипы акселерометра внутри.

Фото: Сюда наверх! Как ваш мобильный телефон узнает, в какую сторону поворачивать дисплей? Все это делается с помощью акселерометров, спрятанных внутри корпуса.

Вы будете удивлены тем, для чего используются акселерометры. Знаете ли вы, например, что хай-тек стиральные машины для одежды иметь акселерометры, которые могут определить, когда нагрузка не сбалансирована и выключить электродвигатель, чтобы они не разлетелись на куски? Или что нагревательные приборы, такие как электронные утюги и тепловентиляторы, имеют внутри акселерометры, которые обнаруживают, когда они падают, и отключают их, чтобы предотвратить возгорание? Удивительно, а? Разве ракетостроение не полезно!

Что такое ускорение?

Прежде чем вы сможете понять акселерометры, вам действительно нужно понять ускорение — так что давайте кратко подведем итоги. Если у вас есть машина, которая разгоняется с места до скорости (или, строго говоря, скорость) 100 км/ч за 5 секунд, ускорение равно изменению скорость или скорость, деленная на время, то есть 100/5 или 20 км/ч за второй. Другими словами, каждую секунду движения автомобиля добавляется еще 20 км/ч до его скорости. Если вы сидите в этой машине, вы можно измерить ускорение с помощью секундомера и автомобиля спидометр. Просто прочитайте показания спидометра через 5 секунд, разделите чтение на 5, и вы получите ускорение.

Но что, если вы хотите узнать ускорение момент за моментом, не дожидаясь определенное время должно пройти? Если вы знаете о законах движения, вы известно, что гениальный английский ученый Исаак Ньютон определил ускорение по-другому, связав его с массой и силой. Если у вас есть определенная сила (скажем, сила в вашей ноге, когда вы бьете по ней наружу) и применить его к массе (футбольному мячу), вы ускорьте массу — мяч взлетит в воздух.

Фото: Ускорение возникает, когда вы прикладываете силу к объекту — например, удар ногой по футбольному мячу. Ускорение — это мера того, насколько изменится скорость мяча за определенное время. Менее очевидно, что это также мера того, сколько силы вы прикладываете к каждому килограмму массы, содержащейся в объекте. Фото RJ Stratchko предоставлено ВМС США и Викисклад.

Второй закон движения Ньютона связывает силу, массу и ускорение с помощью очень простого уравнения:

Сила = масса x ускорение

или…

F = m a

или…

a = F/m

единица массы. Глядя на это уравнение, вы можете понять, почему футбольные мячи работают как они это делают: чем сильнее вы бьете (чем больше сила) или чем легче мяч (чем меньше масса), тем большее ускорение вы произведете — и тем быстрее мяч полетит по небу.

Вы также можете видеть, что теперь у нас есть второй способ расчета ускорение, не связанное с расстоянием, скоростью или временем. Если мы можем измерить силу, действующую на что-то, а также его массу, мы можно вычислить его ускорение, просто разделив силу на масса. Нет необходимости измерять скорость или время вообще!

Как работают акселерометры?

Фото: Электрик запаивает оборванные провода, подключенные к акселерометру в вертолете Seahawk. Фото принца А. Хьюза III предоставлено ВМС США и Викисклад.

Это уравнение лежит в основе теории акселерометров: они измеряют ускорение не путем расчета того, как скорость изменяется с течением времени, а путем измерение силы. Как они это делают? Вообще говоря, чувствуя, насколько масса давит на что-то, когда на него действует сила.

Это то, с чем мы все очень хорошо знакомы, когда едем в машине. Представьте, что вы сидите в заднее сиденье автомобиля, радостно занимаясь своими делами, а водитель ускоряется внезапно обгонять медленно движущийся грузовик. Вы чувствуете, что бьетесь в ответ в сиденье. Почему? Потому что ускорение автомобиля заставляет его двигаться вперед внезапно. Вы можете подумать, что двигаетесь назад, когда машина ускоряется вперед, но это иллюзия: на самом деле то, что вы испытываете, машина пытается тронуться без тебя и твоего сиденья, догоняющего тебя сзади!

Законы движения говорят нам, что ваше тело пытается продолжать движение с постоянной скоростью, но сиденье постоянно толкая в вас с силой и вместо этого заставляя вас ускоряться. чем больше разгоняется автомобиль, тем больше силы вы чувствуете со своего места — и вы действительно это чувствуете! Ваш мозг и тело работают вместе, чтобы создать достаточно эффективный акселерометр: чем сильнее ваше тело опыта, тем большее ускорение ваш мозг регистрирует от разница между движениями вашего тела и автомобиля. (И это получает полезные подсказки от других ощущений, в том числе от скорости какие движущиеся объекты проходят мимо окна, изменение звука двигатель автомобиля, шум проносящегося мимо воздуха и т. д.) Момент за В этот момент вы чувствуете изменения в ускорении из-за изменений в ощущениях. на вашем теле, а не путем подсчета того, как далеко вы путешествовали и как долго это заняло.

И акселерометры работают примерно так же.

Типы акселерометров

Существует множество различных типов акселерометров. Механические немного похожи уменьшенные версии пассажиров, сидящих в машинах, сдвигаются назад и по мере действия на них сил. У них есть что-то вроде массы, прикрепленной к пружине. подвешен внутри внешнего кожуха. Когда они ускоряются, корпус трогается сразу, но масса отстает и пружина растягивается с силой, соответствующей ускорению. расстояние, на которое растягивается пружина (которое пропорционально сила растяжения) можно использовать для измерения силы и ускорение различными способами. Сейсмометры (используются для измерения землетрясений) работают примерно таким образом, используя перья на тяжелых массы, прикрепленные к пружинам, для регистрации силы землетрясения. Когда землетрясение, сотрясает корпус сейсмометра, но перо (прикрепленный к массе) требует больше времени для перемещения, поэтому он оставляет отрывистый след на бумажной схеме.

Иллюстрация: Основная концепция механического акселерометра: когда серая коробка акселерометра перемещается из стороны в сторону, масса (красная капля) ненадолго остается позади. Но пружина, соединяющая его с коробкой (красный зигзаг), вскоре возвращает его на место и при движении оставляет на бумаге след (синяя линия).

Альтернативные конструкции акселерометров измеряют силу не путем нанесения пера на бумагу, а генерируя электрические или магнитные сигналы. В пьезорезистивных акселерометрах масса присоединена к потенциометру (переменный резистор), немного похожему на регулятор громкости, который поворачивает электрический ток вверх или вниз в зависимости от размера силы воздействуя на него. Конденсаторы также можно использовать в акселерометрах для измерения силы аналогичным образом: если движущийся масса изменяет расстояние между двумя металлическими пластинами, измерение изменения их емкости дает измерение действующей силы.

Изображение: Общая концепция емкостного акселерометра: по мере того, как серая коробка акселерометра перемещается вправо, красная масса остается позади и прижимает синие металлические пластины ближе друг к другу, изменяя их емкость измеримым образом.

В некоторых акселерометрах умную работу выполняют пьезоэлектрические кристаллы, такие как кварц. У вас есть кристалл, прикрепленный к массе, поэтому, когда акселерометр движется, масса сжимает кристалл и генерирует крошечное электрическое напряжение.

Иллюстрация: Основная концепция пьезоэлектрического акселерометра: когда серая коробка акселерометра движется вправо, масса сжимает синий пьезоэлектрический кристалл (очень преувеличено на этом рисунке), который генерирует напряжение. Чем больше ускорение, тем больше сила и тем больше протекающий ток (синие стрелки).

В акселерометрах на эффекте Холла сила и ускорение измеряются путем обнаружения крошечных изменений в магнитном поле.

Узнайте больше

На этом сайте

• Подушки безопасности
• Тормоза
• Инструменты, приборы и средства измерения
• Законы движения

Книги

Книги по проектам

• Марка: Датчики: практическое руководство по мониторингу реального мира с помощью Arduino и Raspberry Pi Теро Карвинен, Киммо Карвинен и Вилле Валтокари. Maker Media, 2014. Опираясь на книгу выше, вы узнаете немного больше об акселерометрах в этом заголовке, особенно в «Главе 8: Ускорение и угловой момент».
• Марка: Боты и гаджеты Arduino от Киммо и Теро Карвинен. O’Reilly, 2011. Один из шести представленных проектов — робот, играющий в футбол, управляемый акселерометром мобильного телефона.
• 125 физических проектов для злого гения Джерри Сильвера. McGraw Hill Professional, 2009. Разнообразные домашние эксперименты по физике, в том числе ряд хитрых способов проверить силу и ускорение. Здесь много интересных идей, как сделать основные законы физики менее абстрактными и сухими.

Справочники

• Акселерометры МЭМС Махмуд Расрас, Ибрагим (Абе) М. Эльфадель, Ха Дуонг Нго. MDPI, 2019. Практическое руководство по выбору и использованию датчиков.
• Справочник по современным датчикам: физика, конструкция и применение Джейкоба Фредена. Springer, 2016. Обширный технический справочник по всем видам датчиков, включая акселерометры (которые подробно рассматриваются в главе 9 «Скорость и ускорение»).
Справочник по сенсорным технологиям
• Джона С. Уилсона. Newnes, 2005. Практическое руководство по выбору и использованию датчиков.

Статьи

• Создание текста из воздуха Мишель Хэмпсон. IEEE Spectrum, 22 декабря 2021 г. Как акселерометры и другие датчики смартфонов могут обнаруживать, что вы пишете в воздухе по движениям запястья.
• Как добавление акселерометров к ключам помешает угонщикам, Tekla S. Perry. IEEE Spectrum, 8 ноября 2017 г. Акселерометры могут сделать автомобильные ключи более безопасными, отключая их связь, когда они неактивны.
• Акселерометры смартфонов могут быть обмануты звуковыми волнами Эми Нордрам. IEEE Spectrum, 17 марта 2017 г. Звуковые волны, создающие давление и силу, могут обманывать акселерометры MEMS, заставляя их давать ложные показания.
• Wearable Tech может помочь отслеживать насилие с применением огнестрельного оружия, Ян Чант. IEEE Spectrum, 9 сентября 2014 г. Как акселерометры могут помочь определить, когда преступники, освобожденные условно-досрочно или условно, пытаются стрелять из оружия.
• Что видит и не видит ваш трекер активности, Альберт Сан и Аластер Дант. The New York Times, 11 марта 2014 г. Небольшое введение в трекеры активности на основе акселерометров. Что они измеряют и что пропускают?
• Велосипедная куртка получает награду за дизайн: BBC Newsbeat, 10 апреля 2008 г. В этой статье описывается инновационная велосипедная куртка со встроенными акселерометрами, которые приводят в действие светодиодные стоп-сигналы.

Видео

• Как смартфон отличит верх от низа: Engineer Guy, 22 мая 2012 г. Простое объяснение акселерометров iPhone от Bill Hammack, Engineer Guy. Билл объясняет, что такое чипы акселерометра и как их химическим способом вытравливают из кремния.
• Прогноз землетрясений с использованием акселерометров в ноутбуках: BBC News, 12 апреля 2010 г. Короткое видео, описывающее, как сеть добровольцев использует акселерометры в ноутбуках для мониторинга землетрясений.
• Практические советы, вторник: Arduino 101 Accelerometers: Make Magazine, 7 апреля 2008 г. В этом более длинном и сложном 7,5-минутном видеоролике показано, как выглядит типичный чип акселерометра (Memsic), и показано, как легко его использовать с Плата электроники Ардуино.

Занятия

• [PDF] Акселерометры. Создайте свой собственный детектор микрогравитации с помощью этого пошагового руководства для учителей от НАСА.
• Изучаем ускорение с помощью Android: короткое задание для 11-го класса (9–12 лет), в котором рассказывается, как измерить ускорение с помощью телефона.
• Exploring Acceleration with the Science Journal App Эми Коуэн, Science Buddies, 9 июля 2018 г. Хорошее введение в измерение направленного ускорения с помощью смартфона.
• Измерьте высоту здания с помощью … акселерометра?: Wired, 27 июня 2017 г. Можете ли вы действительно определить высоту здания с помощью смартфона и лифта?
• Где находится акселерометр в iPhone? Ретт Аллен. Wired, 22 октября 2013 г. Используя науку, чтобы выяснить, где находится ваш чип акселерометра!

Патенты

Дополнительные технические подробности см. в следующих патентах на акселерометры:

• Патент США: № 5,243,861: Полупроводниковый акселерометр емкостного типа, автор Benjamin Kloeck et al, Hitachi Ltd. Выдан 14 сентября 1993. Современный акселерометр на основе чипа, который измеряет ускорение за счет изменений емкости, вызванных движущейся консольной балкой. Это гораздо более подробное описание типа чипа акселерометра, описанного и проиллюстрированного в рамке вверху, охватывающего как его работу, так и то, как он сделан.
• Патент США: № 4,378,510: Миниатюрный акселерометр с пьезоэлектрическим полевым транзистором Чарльза Э. Беннета, Motorola Inc. Выдан 29 марта 1983 г. Описывает миниатюрный пьезоэлектрический акселерометр на основе полевого транзистора.
• Патент США: № 982,336: Измерительный прибор Рэймонда Т. Пирса, Westinghouse. Выпущен 1 ноября 1921 года. Частично механический, частично электрический акселерометр с механизмом, который работает аналогично центробежному регулятору.
• Патент США: № 1,096,942: Индикатор ускорения Роберта Оуэнса, General Electric.