accelerometer Archives - Automatika.rs

Akcelerometri

Miloš Jurošević — Mon, 10 Jun 2013 22:00:00 +0000

Akcelerometar je elektromehanička komponenta koja meri sile ubrzanja. Ove sile mogu biti statičke, kao što je konstantna sila gravitacije ili dinamičke, izazvane vibracijama ili pomeranjem objekta na kom se akcelerometar nalazi. Kako radi akcelerometar? Unutar akcelerometa se nalaze mikro-strukture koje se savijaju usled momenta i gravitacije. Kada dođe do ubrzanja objekta na koji je akcelerometar postavljen, mikro-strukture se savijaju proporcionalno ubrzanju koje je prouzrokovalo savijanje.

Savijanje mikro-struktura se može detektovati elektronskim putem, te na taj način dobijamo informaciju o ubrzanju tela. Danas, akcelerometri su jednostavni, jeftini i lako dostupni.

Gde se mogu koristiti akcelerometri?

Merenjem statičkog ubrzanja nastalog usled delovanja gravitacije, možemo utvrditi ugao za koji je akcelerometar nagnut u odnosu na zemlju. Merenjem dinamičkog ubrzanja možemo analizirati putanju kretanja tela. U početku merenje ubrzanja i nagiba ne deluje tako uzbudljivo. Međutim, inženjeri su pronašli puno načina da naprave zaista korisne uređaje pomoću njih.

Dobar programer može da napiše kod kako bi odgovorio na mnoga pitanja vezana za objekat na kom se akcelerometar nalazi: da li se objekat kreće uzbrdo ili nizbrdo, da li objekat pada, da li objekat leti horizontalno, itd. U automobilima akcelerometri se koriste za blagovremeno aktiviranje vazdušnih jastuka. Novije generacije laptopova koriste akcelerometre koji pomažu u sprečavanju oštećenja hard diskova. Kada se, pomoću akcelerometra, detektuje pomeranje laptopa, hard disk dobija naredbu da odmah zaustavi glave. Na taj način sprečava se oštećenje ploča hard diska. Većina smart telefona novije generacije se ne može ni zamisliti bez akcelerometra, gde se on koristi kod različitih aplikacija. U industriji, akcelerometri su pronašli svoju primenu, između ostalog, za detekciju i merenje jačine vibracija.

Kako akcelerometri rade?

Postoji nekoliko različitih izvedbi akcelerometara. Neki akcelerometri koriste piezoelektrični efekat – sastoje se od kristalnih mikrostruktura koje se pomeraju usled delovanja sile ubrzanja i generišu napon. Drugi način je detekcija promene kapacitivnosti. Ako imamo dve mikrostrukture, jednu pored druge, između njih se javlja kapacitivnost. Ako sila ubrzanja pomeri jednu od mikrostruktura, promeniće se i kapacitivnost. Elektronskim kolom se može detektovati ova promena i pretvoriti u promenu napona. Postoje i drugi metodi, uključujući piezorezistivni efekat, prenos vrućih vazdušnih mehurića, itd.

Na koje stvari treba obratiti pažnju prilikom odabira akcelerometara?

Odabir akcelerometra najviše zavisi od potreba samog projekta. Parametri od kojih zavisi izbor akcelerometara su: izlazni signal, broj osa, opseg merenja, osetljivost (rezolucija), učestalost semplovanja i izlazna impedansa.

Izlazni signal akcelerometara može biti analogni i digitalni. Da li ćete koristiti analogni ili digitalni akcelerometar, zavisi isključivo od hardvera sa kojim planirate da ga povežete. Analogni akcelerometri na izlazu daju analogni napon, dok digitalni najčešće daju PWM signal.

Postoje dvoosni i troosni akcelerometri. Za većinu aplikacija dvoosni akcelerometar je sasvim dovoljan. Međutim, ako je potrebno ostvariti 3D pozicioniranje ili biće vam potreban troosni akcelerometar. Troosni akcelerometar se može zameniti i sa dva dvoosna postavljena pod pravim uglom.

Opseg merenja predstavlja opseg maksimanog ubrzanja koje može biti izmereno. Ako planirate da merite nagib pomoću zemljine gravitacije, ±1,5g (g je jedinica ubrzanja zemljine teže i iznosi 9,81 m/s²) akcelerometar će biti sasvim dovoljan. Međutim, za ozbiljnije projekte kao što su merenje kretanja robota ili automobila potrebni su ozbiljniji akcelerometri od ±2g pa do preko ±5g.

Kada je reč o osetljivosti, što je veća to će i rezultat merenja biti precizniji. To znači da će za dato ubrzanje doći do veće promene izlaznog signala kod analognih akcelerometara. Digitalne akcelerometre karakteriše rezolucija. Što je osetljivost akcelerometra veća, samim tim je potrebna i veća rezolucija.

Učestalost semplovanja predstavlja broj očitavanja akcelerometra u jedinici vremena. Za sporija kretanja dovoljni su akcelerometri čija je učestalost očitavanja 50Hz. Međutim, za merenje jačine vibracija, potrebni su akcelerometri sa učestalošću od nekoliko stotina Hz.

Izlazna impedansa predstavlja daleko najčešći izvor problema u projektima koji uključuju analogni akcelerometar, jer ljudi uglavnom ne čitaju prateću dokumentaciju. U dokumentaciji za PIC i AVR mikrokontrolere naglašeno je da je za ispravno funkcionisanje A/D konvertora potrebno da uređaj koji se povezuje ima izlaznu impedansu do 10kΩ. Analogni akcelerometri kompanije Analog Devices imaju izlaznu impedansu od 32kΩ. Ovaj problem se može rešiti upotrebom bafera (jediničnog pojačavača, konstruisanog pomoću operacionih pojačavača).