Et akselerometer er en sensor som er festet til en mobil eller en hvilken som helst annen gjenstand, som gjør det mulig å måle den lineære ikke-gravitasjonsakselerasjon av sistnevnte. Vi snakker om et akselerometer selv når det faktisk er 3 akselerometre som beregner de lineære akselerasjonene i henhold til 3 ortogonale akser.
På den annen side, når vi søker å oppdage en rotasjon eller vinkelhastighet, snakker vi om et gyrometer . Mer generelt snakker vi om en treghetenhet når vi søker å måle alle de seks akselerasjonene.
Selv om lineær akselerasjon er definert i m / s 2 ( SI ), uttrykker flertallet av dokumentasjonen på disse sensorene i "g" (ca. 9,81 m / s 2 ) akselerasjon (slik som den forårsaket av jordens gravitasjon. ).
Et akselerometer kan skjematiseres av et massefjærsystem . La oss betrakte dette diagrammet motsatt: ved likevekt vil posisjonen x til massen m være referansen, derfor x = 0. Hvis støtten gjennomgår en vertikal akselerasjon, oppover, vil to ting finne sted: denne støtten vil bevege seg oppover på den ene siden, og på grunn av tregheten til massen m , vil denne ha en tendens til å holde seg i utgangsposisjonen og tvinge våren å komprimere derimot. Verdien x vil være desto større jo større akselerasjon som brukes på støtten.
Vi kan vise ved hjelp av det grunnleggende prinsippet om dynamikk for et ikke-dempet system (og ved å vurdere systemet horisontalt, slik at vi ikke tar hensyn til vekten) :, med akselerasjonen av masse m og x posisjonen til støtten ( med hensyn til en galilensk referanseramme ).
Det ser tydelig ut at denne akselerasjonen er proporsjonal med x . Ved å bare måle forskyvningen av massen m med hensyn til dens støtte, kan man kjenne akselerasjonen gjennomgått av sistnevnte.
Prinsippet for de fleste akselerometre er basert på den grunnleggende loven om dynamikk :
F = m amed
Mer presist består den av likestillingen mellom treghetskraften til den seismiske massen til sensoren og en gjenopprettingskraft som påføres denne massen. Det er to hovedfamilier av akselerometre: ikke-servo akselerometre og servo akselerometre.
På sensorer som ikke er slave (åpen sløyfe), måles akselerasjonen av dens "direkte" bilde: forskyvningen av den seismiske massen (kraftmasse eller til og med testmasse) til sensoren for å oppnå likhet mellom gjenopprettingskraften og dens styrke på treghet.
Det er ikke-servo akselerometre markedsført som finnes direkte på markedet:
På samme måte er det ikke-markedsførte som:
Visse krystaller ( kvarts , Seignettesalt ) og visse keramikker har den egenskapen at de blir elektrisk ladet når de utsettes for deformasjon. Motsatt blir de deformert hvis de er elektrisk ladet, fenomenet er reversibelt. Krystallladningene på to ansikter med motsatte ladninger når de utsettes for en kraft som utøves mellom disse to ansiktene. En metallisering av ansiktene gjør det mulig å samle en elektrisk spenning som kan brukes i en krets.
For servokontrollerte akselerometre måles akselerasjonen ved utgangen fra en tilbakemeldingssløyfe (servokontroll) omfattende en PI-type korrigerer (Integral Proportional: type corrector forbedrer nøyaktigheten). En forskyvningsdeteksjonssensor (ikke-servokontrollert type) muliggjør umiddelbar akselerasjonsmåling. Det er inngangsverdien til servosløyfen vår. Ved utgangen av denne sløyfen oppnås akselerasjonen ved å lese av energien som kreves for gjenopprettingskraften som tillater retur av den seismiske massen til sin opprinnelige posisjon.
I treghetenheter , for en applikasjon i veiledning , vanligvis brukt i luftfart eller astronautikk , er denne typen teknologi generelt favorisert. Mobilene har faktisk en viss masse, og deres tyngdepunkt utsettes for vibrasjoner med relativt lav frekvens i størrelsesorden 0 til 10 Hz . Dette tillater derfor bruk av servostyrte sensorer.
Disse er klassifisert i henhold til deres gjenopprettingskraft, som kan være av elektromagnetisk eller elektrostatisk type. Eller avhengig av type deteksjon, som kan være kapasitiv, induktiv eller optisk.
I 2018, Imperial College London innført et kvantesprang akselerometer . Systemet er basert på måling av egenskapene til kvantebølger levert av atomer under akselerasjoner, noe som gjør det mulig å utlede forskyvningen, og dermed posisjonen, med hensyn til tid. Operasjonen ligner på konvensjonelle akselerometre, men samtidig som den er mye mer følsom og presis.
Systemet bruker lasere for å avkjøle atomene til ekstremt lave temperaturer, noe som krever plass.
I tillegg til de klassiske egenskapene til sensorer , kan akselerometeret preges av følgende data:
Alle disse egenskapene samhandler og karakteriserer et prinsipp, en teknologi eller en produksjonsprosess.
Anvendelsene til denne sensoren er veldig forskjellige:
Likevel er de generelt klassifisert i tre brede kategorier:
Sjokkene er akselerasjoner med veldig sterk amplitude. For eksempel blir en gjenstand som faller fra en høyde på 20 cm på et stålplate med en tykkelse på 5 cm utsatt for en akselerasjon på 8000 g ved støt, og på en notisbok med tykkelse på 50 sider utsettes den for en akselerasjon på bare 90 g .
Dette er veldig korte akselerasjoner og krever derfor en passbåndsensor som vanligvis varierer fra 0 til 100 kHz .
Presisjonen som kreves for disse målingene er i størrelsesorden 1% av måleskalaen til sensoren .
Sensorene som ofte er forbundet med denne typen applikasjoner er ikke-kontrollerte forskyvningsakselometre, og mer presist:
Eksempler:
Vibrasjonsakselerasjoner anses å være akselerasjoner på gjennomsnittlig nivå (vanligvis rundt hundre g). De krever en sensor med en båndbredde på opptil 10 kHz og en nøyaktighet på rundt 1% av måleskalaen til sensoren.
Akselerometrene som brukes, av typen ikke-slave, er:
Eksempler:
Mobilakselerasjonen er lav. For eksempel er den maksimale akselerasjonen som er vedtatt for " Rafale " 9 g . Disse akselerasjonene overstiger ikke noen titalls hertz. På den annen side kan den nødvendige presisjonen være viktig. Det varierer fra 0,01% til 2% av måleskalaen til sensoren.
Akselerometrene som brukes er:
Eksempel:
Siden utviklingsfasen for MEMS akselerometre , fra 1975 til 1985, har akselerometeret opplevd en "bom" i bruken. Den gikk faktisk fra 24 millioner salg i 1996 til 90 millioner i 2002. Når det gjelder prisen, fortsetter den å redusere for MEMS . Med den nylige ankomsten av NEMS akselerometre blir denne allestedsnærværen av akselerometeret i forskjellige "forbrukerprodukter" stadig mer aktuell.
Treghetenheter med 6 akselerasjoner, som på iPhone 4, forbruker mer energi og er ofte mindre følsomme enn en enhet redusert til 3 lineære akselerometre bare som på mange mobiltelefoner inkludert iPhone 3GS , eller til og med 2. for en. Spillkonsoll som WII , eller til og med en enkelt dimensjon for å stoppe harddisken hvis en bærbar PC faller ned ( ThinkPad ).
I sportsklokker:
For måling av en sportslig eller hverdagsbevegelse:
I kameraer og kameraer:
I ultrabærbar, PDA osv. :
Med mobil:
I videospill:
I telefoni: På grunn av teknologienes konvergens, brukes akselerometre til å kombinere de fleste funksjonene beskrevet ovenfor.
I transportkjøretøy: