Akcelerometr - Accelerometer

Akcelerometr jest narzędziem, które mierzy właściwego przyspieszenia . Właściwa przyspieszenia jest przyspieszenie (The szybkość zmian w prędkości ) korpusu w swoim chwilowe ramy spoczynkowym ; różni się to od przyspieszenia współrzędnych, które jest przyspieszeniem w stałym układzie współrzędnych . Na przykład, akcelerometr w spoczynku na powierzchni Ziemi będzie mierzył przyspieszenie ziemskie ziemskie prosto w górę (z definicji) g ≈ 9,81 m/s ² . Natomiast akcelerometry podczas swobodnego spadania (spadające w kierunku środka Ziemi z prędkością około 9,81 m/s ² ) mierzą zero.

Akcelerometry mają wiele zastosowań w przemyśle i nauce. Bardzo czułe akcelerometry są stosowane w inercyjnych systemach nawigacji samolotów i pocisków. Drgania w maszynach wirujących są monitorowane przez akcelerometry. Są stosowane w tabletach i aparatach cyfrowych, dzięki czemu obrazy na ekranach są zawsze wyświetlane w pozycji pionowej. W bezzałogowych statkach powietrznych akcelerometry pomagają stabilizować lot.

Kiedy dwa lub więcej akcelerometry są ze sobą skoordynowane, mogą mierzyć różnice we właściwym przyspieszeniu, zwłaszcza grawitacji, w ich separacji w przestrzeni — czyli gradient pola grawitacyjnego . Gradiometria grawitacyjna jest przydatna, ponieważ grawitacja bezwzględna jest słabym efektem i zależy od lokalnej gęstości Ziemi, która jest dość zmienna.

Akcelerometry jedno- i wieloosiowe mogą wykrywać zarówno wielkość, jak i kierunek właściwego przyspieszenia jako wielkość wektorową i mogą być używane do wykrywania orientacji (ponieważ kierunek zmian masy), przyspieszenia współrzędnych, wibracji, wstrząsów i upadku w ośrodku rezystancyjnym (przypadek, w którym zmienia się właściwe przyspieszenie, wzrastając od zera). Micromachined systemy mikroelektromechaniczne (MEMS) akcelerometry są coraz bardziej obecne w przenośnych urządzeniach elektronicznych i kontrolerów gier wideo, aby wykryć zmiany w pozycjach tych urządzeń.

Zasady fizyczne

Akcelerometr mierzy właściwe przyspieszenie , które jest przyspieszeniem , którego doświadcza w stosunku do swobodnego spadania i jest przyspieszeniem odczuwanym przez ludzi i przedmioty. Innymi słowy, w dowolnym punkcie czasoprzestrzeni zasada równoważności gwarantuje istnienie lokalnej klatki bezwładnościowej , a akcelerometr mierzy przyspieszenie względem tej klatki. Takie przyspieszenia są powszechnie określane jako siła g ; tj. w porównaniu do standardowej grawitacji .

Akcelerometr w stanie spoczynku w stosunku do powierzchni Ziemi wskaże około 1 g w górę, ponieważ powierzchnia Ziemi wywiera normalną siłę w górę w stosunku do lokalnego układu bezwładnościowego (ramki swobodnie spadającego obiektu w pobliżu powierzchni). Aby uzyskać przyspieszenie wynikające z ruchu względem Ziemi, należy odjąć to „przesunięcie grawitacyjne” i wprowadzić poprawki dla efektów spowodowanych obrotem Ziemi względem układu inercjalnego.

Powodem pojawienia się grawitacyjnego przesunięcia jest zasada równoważności Einsteina , która mówi, że wpływ grawitacji na obiekt jest nie do odróżnienia od przyspieszenia. Rama odniesienia akcelerometru (jego własna obudowa) unieruchomiona w polu grawitacyjnym poprzez, na przykład, przykładanie siły reakcji podłoża lub równoważnego ciągu w górę, przyspiesza w górę w stosunku do swobodnie spadającej ramy odniesienia. Efekty tego przyspieszenia są nie do odróżnienia od jakiegokolwiek innego przyspieszenia doświadczanego przez instrument, tak że akcelerometr nie może wykryć różnicy między siedzeniem w rakiecie na wyrzutni, a przebywaniem w tej samej rakiecie w dalekim kosmosie, gdy używa swoich silników do przyspieszenia 1g. Z podobnych powodów akcelerometr odczytuje zero podczas dowolnego rodzaju swobodnego spadania . Obejmuje to użycie w statku kosmicznym z wybiegiem w dalekim kosmosie z dala od jakiejkolwiek masy, statku kosmicznym krążącym wokół Ziemi, samolocie w łuku parabolicznym „zero grawitacji” lub dowolnym swobodnym spadaniu w próżni. Innym przykładem jest swobodny spadek na wystarczająco dużej wysokości, aby można było pominąć efekty atmosferyczne.

Nie obejmuje to jednak (nieswobodnego) upadku, w którym opór powietrza wytwarza siły oporu, które zmniejszają przyspieszenie, aż do osiągnięcia stałej prędkości końcowej . Przy prędkości końcowej akcelerometr wskaże przyspieszenie 1 g w górę. Z tego samego powodu skoczek spadochronowy po osiągnięciu prędkości końcowej nie czuje się tak, jakby znajdował się w „swobodnym spadaniu”, ale raczej doświadcza uczucia podobnego do bycia wspieranym (1 g) na „łóżku” wzbijającego się powietrza .

Przyspieszenia ocenia się ilościowo w SI jednostkowych metrów na sekundę na sekundę (m / s ² ), w CGS jednostkę gal (Ga), lub powszechnie w zakresie standardowej wagi ( g ).

Do celów praktycznych znajdowania przyspieszenia obiektów względem Ziemi, np. do zastosowania w systemie nawigacji bezwładnościowej , wymagana jest znajomość lokalnej grawitacji. Można to uzyskać albo kalibrując urządzenie w spoczynku, albo na podstawie znanego modelu grawitacji w przybliżonej aktualnej pozycji.

Struktura

Koncepcyjnie akcelerometr jest masą wytłumioną, masą próbną na sprężynie. Gdy akcelerometr doświadcza przyspieszenia, masa zostaje przesunięta do punktu, w którym sprężyna może popchnąć (przyspieszyć) masę z taką samą prędkością jak obudowa. Pomiar ściskania sprężyny mierzy przyspieszenie. Układ jest wytłumiony tak, aby drgania (wibracje) masy i sprężyny nie wpływały na potrzebne pomiary. Ze względu na tłumienie akcelerometry zawsze reagują w różny sposób na różne częstotliwości przyspieszenia. Nazywa się to „odpowiedzią częstotliwościową”.

Wiele zwierząt posiada narządy zmysłów do wykrywania przyspieszenia, zwłaszcza grawitacji. W nich masą próbną jest zwykle jeden lub więcej kryształów otolitów węglanu wapnia (łac. „kamień uszny”) lub statokonia , działających na łożysko włosów połączonych z neuronami. Włosy tworzą sprężyny, a neurony pełnią funkcję czujników. Tłumienie zwykle odbywa się za pomocą płynu. Wiele kręgowców, w tym ludzie, ma te struktury w uszach wewnętrznych. Większość bezkręgowców ma podobne narządy, ale nie są częścią ich narządu słuchu. Są to tak zwane statocysty .

Przyspieszeniomierze mechaniczne są często projektowane w taki sposób, aby obwód elektroniczny wykrywał niewielki ruch, a następnie popychał masę dowodową za pomocą pewnego rodzaju silnika liniowego, aby powstrzymać masę kontrolną przed przesunięciem. Silnik może być elektromagnesem lub, w bardzo małych akcelerometrach, elektrostatycznym . Ponieważ zachowanie elektroniczne obwodu można starannie zaprojektować, a masa próbna nie przesuwa się daleko, projekty te mogą być bardzo stabilne (tj. nie oscylują ), bardzo liniowe z kontrolowaną charakterystyką częstotliwościową. (Nazywa się to projektowaniem trybu serwo .)

W akcelerometrach mechanicznych pomiar jest często elektryczny, piezoelektryczny , piezorezystancyjny lub pojemnościowy . Akcelerometry piezoelektryczne wykorzystują czujniki piezoceramiczne (np. tytanian cyrkonian ołowiu ) lub monokryształy (np. kwarc , turmalin ). Nie mają sobie równych w pomiarach wysokiej częstotliwości, niskiej wadze opakowania i odporności na wysokie temperatury. Akcelerometry piezorezystancyjne są bardziej odporne na wstrząsy (bardzo duże przyspieszenia). Akcelerometry pojemnościowe zwykle wykorzystują krzemowy element czujnikowy poddany mikroobróbki. Dobrze mierzą niskie częstotliwości.

Nowoczesne akcelerometry mechaniczne są często małymi systemami mikroelektromechanicznymi ( MEMS ) i często są bardzo prostymi urządzeniami MEMS, składającymi się z niewiele więcej niż belka wspornikowa z masą próbną (znaną również jako masa sejsmiczna ). Tłumienie wynika z gazu resztkowego zamkniętego w urządzeniu. Dopóki współczynnik Q nie jest zbyt niski, tłumienie nie skutkuje niższą czułością.

Pod wpływem przyspieszeń zewnętrznych masa próbna odchyla się od pozycji neutralnej. To ugięcie jest mierzone w sposób analogowy lub cyfrowy. Najczęściej mierzy się pojemność między zestawem belek stałych a zestawem belek przymocowanych do masy próbnej. Ta metoda jest prosta, niezawodna i niedroga. Zintegrowanie piezorezystorów w sprężynach w celu wykrycia deformacji sprężyny, a tym samym ugięcia, jest dobrą alternatywą, chociaż podczas sekwencji produkcyjnej potrzebnych jest kilka dodatkowych etapów procesu. W przypadku bardzo wysokich czułości stosuje się również tunelowanie kwantowe ; wymaga to dedykowanego procesu, co czyni go bardzo kosztownym. Pomiar optyczny został zademonstrowany w urządzeniach laboratoryjnych.

Innym akcelerometrem opartym na MEMS jest akcelerometr termiczny (lub konwekcyjny ). Zawiera mały grzejnik w bardzo małej kopule. Ogrzewa to powietrze lub inny płyn wewnątrz kopuły. Pęcherzyk termiczny pełni rolę masy próbnej . Towarzyszący czujnik temperatury (taki jak termistor lub termostos ) w kopule mierzy temperaturę w jednym miejscu kopuły. Mierzy to położenie podgrzanej bańki w kopule. Kiedy kopuła jest przyspieszana, zimniejszy płyn o większej gęstości wypycha ogrzany pęcherzyk. Zmierzona temperatura zmienia się. Pomiar temperatury jest interpretowany jako przyspieszenie. Płyn zapewnia tłumienie. Grawitacja działająca na płyn zapewnia sprężynę. Ponieważ masa próbna jest bardzo lekkim gazem i nie jest utrzymywana przez belkę lub dźwignię, akcelerometry termiczne mogą wytrzymać wysokie wstrząsy . Inna odmiana wykorzystuje drut do podgrzewania gazu i wykrywania zmiany temperatury. Zmiana temperatury zmienia rezystancję drutu. Przyspieszeniomierz dwuwymiarowy można ekonomicznie zbudować z jedną kopułą, jedną bańką i dwoma urządzeniami pomiarowymi.

Większość akcelerometrów mikromechanicznych działa w płaszczyźnie , co oznacza, że ​​są one zaprojektowane tak, aby były czułe tylko na kierunek w płaszczyźnie matrycy . Dzięki integracji dwóch urządzeń prostopadle na jednej matrycy można wykonać dwuosiowy akcelerometr. Dodając kolejne urządzenie poza płaszczyzną , można zmierzyć trzy osie. Taka kombinacja może mieć znacznie mniejszy błąd niewspółosiowości niż trzy dyskretne modele połączone po zapakowaniu.

Mikromechaniczne akcelerometry są dostępne w wielu różnych zakresów pomiarowych, sięgające tysięcy g ' s. Projektant musi znaleźć kompromis między czułością a maksymalnym przyspieszeniem, które można zmierzyć.

Aplikacje

Inżynieria

Akcelerometry mogą służyć do pomiaru przyspieszenia pojazdu. Akcelerometry mogą być używane do pomiaru wibracji samochodów, maszyn, budynków, systemów sterowania procesami i instalacji bezpieczeństwa. Mogą być również używane do pomiaru aktywności sejsmicznej , nachylenia, wibracji maszyny, odległości dynamicznej i prędkości z lub bez wpływu grawitacji. Aplikacje dla akcelerometrów mierzących grawitację, w których akcelerometr jest specjalnie skonfigurowany do użytku w grawimetrii , nazywane są grawimetrami .

Notebooki wyposażone w akcelerometry mogą przyczynić się do powstania sieci Quake-Catcher (QCN), projektu BOINC mającego na celu naukowe badania trzęsień ziemi.

Biologia

Akcelerometry są również coraz częściej wykorzystywane w naukach biologicznych. Nagrywanie wysokiej częstotliwości dwuosiowego lub trójosiowego przyspieszenia pozwala na rozróżnienie wzorców behawioralnych, gdy zwierzęta są poza zasięgiem wzroku. Co więcej, zapisy przyspieszenia pozwalają naukowcom określić tempo, z jakim zwierzę zużywa energię na wolności, albo przez określenie częstotliwości ruchów kończyn, albo przez pomiary, takie jak ogólne dynamiczne przyspieszenie ciała. Takie podejście zostało w większości przyjęte przez naukowców morskich ze względu na niezdolność do badania zwierząt na wolności za pomocą obserwacji wizualnych, jednak coraz większa liczba biologów lądowych przyjmuje podobne podejście. Na przykład akcelerometry zostały wykorzystane do badania wydatku energetycznego lotu Jastrzębia Harrisa ( Parabuteo unicinctus ). Badacze używają również akcelerometrów smartfonów do zbierania i wyodrębniania mechanobiologicznych deskryptorów ćwiczeń oporowych. Coraz częściej naukowcy wdrażają akcelerometry z dodatkową technologią, taką jak kamery lub mikrofony, aby lepiej zrozumieć zachowania zwierząt na wolności (na przykład polowania rysia kanadyjskiego ).

Przemysł

Akcelerometry są również wykorzystywane do monitorowania stanu maszyn w celu zgłaszania wibracji i ich zmian w czasie wałów w łożyskach urządzeń wirujących, takich jak turbiny, pompy , wentylatory, rolki, sprężarki , lub uszkodzeń łożysk, które, jeśli nie zostaną w odpowiednim czasie usunięte, mogą prowadzić do kosztownych napraw. Dane o drganiach akcelerometru pozwalają użytkownikowi monitorować maszyny i wykrywać te usterki, zanim sprzęt wirujący całkowicie ulegnie awarii.

Monitoring budynków i konstrukcji

Akcelerometry służą do pomiaru ruchu i wibracji konstrukcji narażonej na obciążenia dynamiczne. Obciążenia dynamiczne pochodzą z różnych źródeł, w tym:

• Czynności człowieka – chodzenie, bieganie, taniec lub skakanie
• Maszyny robocze – wewnątrz budynku lub w jego otoczeniu
• Roboty budowlane – wbijanie pali, rozbiórki, wiercenie i drążenie
• Przenoszenie ciężarów na mostach
• Kolizje pojazdów
• Obciążenia udarowe – spadający gruz
• Obciążenia wstrząsowe – wybuchy wewnętrzne i zewnętrzne
• Zawalenie się elementów konstrukcyjnych
• Obciążenia wiatrem i podmuchy wiatru
• Ciśnienie podmuchu powietrza
• Utrata wsparcia z powodu awarii uziemienia
• Trzęsienia ziemi i wstrząsy wtórne

W zastosowaniach konstrukcyjnych pomiar i rejestracja dynamicznej reakcji konstrukcji na te dane wejściowe ma kluczowe znaczenie dla oceny bezpieczeństwa i żywotności konstrukcji. Ten rodzaj monitorowania nazywa się monitorowaniem stanu zdrowia, który zwykle obejmuje inne rodzaje przyrządów, takie jak czujniki przemieszczenia - potencjometry, LVDT itp. - czujniki odkształceń - tensometry, ekstensometry - czujniki obciążenia - ogniwa obciążnikowe, czujniki piezoelektryczne - wśród inni.

Zastosowania medyczne

AED Plus firmy Zoll wykorzystuje elektrody CPR-D•padz, które zawierają akcelerometr do pomiaru głębokości uciśnięć klatki piersiowej podczas resuscytacji krążeniowo-oddechowej.

W ciągu ostatnich kilku lat kilka firm wyprodukowało i wprowadziło na rynek zegarki sportowe dla biegaczy, w tym footpody , zawierające akcelerometry pomagające określić prędkość i dystans biegacza noszącego to urządzenie.

W Belgii rząd promuje liczniki kroków oparte na akcelerometrach, aby zachęcić ludzi do chodzenia po kilka tysięcy kroków każdego dnia.

Herman Digital Trainer wykorzystuje akcelerometry do pomiaru siły uderzenia w treningu fizycznym.

Zasugerowano budowanie kasków piłkarskich z akcelerometrami w celu pomiaru wpływu zderzeń głowy.

Akcelerometry zostały wykorzystane do obliczenia parametrów chodu, takich jak faza postawy i wymachu. Ten rodzaj czujnika może być używany do pomiaru lub monitorowania ludzi.

Nawigacja

System nawigacji bezwładnościowej to pomoc nawigacyjna, która wykorzystuje komputer i czujniki ruchu (akcelerometry) do ciągłego obliczania za pomocą martwego obliczania pozycji, orientacji i prędkości (kierunek i prędkość ruchu) poruszającego się obiektu bez potrzeby korzystania z zewnętrznych odniesień. Inne terminy używane w odniesieniu do inercyjnych systemów nawigacyjnych lub blisko powiązanych urządzeń obejmują inercyjny system naprowadzania, inercyjną platformę referencyjną i wiele innych odmian.

Sam akcelerometr nie nadaje się do określania zmian wysokości na odległościach, na których pionowe zmniejszenie grawitacji jest znaczące, na przykład w przypadku samolotów i rakiet. W obecności gradientu grawitacyjnego proces kalibracji i redukcji danych jest numerycznie niestabilny.

Transport

Akcelerometry służą do wykrywania apogeum zarówno w rakietach profesjonalnych, jak i amatorskich.

Akcelerometry są również używane w inteligentnych walcach zagęszczających. Akcelerometry są używane wraz z żyroskopami w inercyjnych systemach nawigacji.

Jednym z najczęstszych zastosowań akcelerometrów MEMS są systemy rozwijania poduszek powietrznych w nowoczesnych samochodach. W takim przypadku akcelerometry są wykorzystywane do wykrywania gwałtownego ujemnego przyspieszenia pojazdu w celu określenia, kiedy doszło do zderzenia i dotkliwości kolizji. Innym powszechnym zastosowaniem w motoryzacji są elektroniczne systemy kontroli stabilności , które wykorzystują przyspieszeniomierz boczny do pomiaru sił na zakrętach. Powszechne stosowanie przyspieszeniomierzy w przemyśle motoryzacyjnym drastycznie obniżyło ich koszt . Innym zastosowaniem motoryzacyjnym jest monitorowanie hałasu, wibracji i szorstkości (NVH), warunków, które powodują dyskomfort dla kierowców i pasażerów, a także mogą być wskaźnikami usterek mechanicznych.

Pociągi przechylające wykorzystują akcelerometry i żyroskopy do obliczania wymaganego przechyłu.

Wulkanologia

Nowoczesne akcelerometry elektroniczne wykorzystywane są w urządzeniach teledetekcyjnych przeznaczonych do monitorowania aktywnych wulkanów w celu wykrywania ruchu magmy .

Elektroniki użytkowej

Akcelerometry są coraz częściej włączane do osobistych urządzeń elektronicznych w celu wykrywania orientacji urządzenia, na przykład ekranu wyświetlacza.

Czujnik swobodnego spadania (FFS) jest akcelerometr wykorzystywane do wykrywania, czy system został upuszczony i spada. Następnie może zastosować środki bezpieczeństwa, takie jak parkowanie głowicy dysku twardego, aby zapobiec awarii głowicy i wynikającej z tego utracie danych po uderzeniu. To urządzenie jest częścią wielu popularnych produktów komputerowych i elektroniki użytkowej, które są produkowane przez różnych producentów. Jest również używany w niektórych rejestratorach danych do monitorowania operacji obsługi kontenerów transportowych . Czas swobodnego spadania służy do obliczania wysokości spadania i do oszacowania uderzenia w opakowanie.

Wejście ruchu

Niektóre smartfony , cyfrowe odtwarzacze audio i osobiści asystenci cyfrowi zawierają akcelerometry do sterowania interfejsem użytkownika; często akcelerometr służy do przedstawiania widoków poziomych lub pionowych ekranu urządzenia, w zależności od sposobu trzymania urządzenia. Firma Apple zastosowała akcelerometr w każdej generacji iPhone'a , iPada i iPoda touch , a także w każdym iPodzie nano od czwartej generacji. Akcelerometry w urządzeniach mobilnych, oprócz regulacji orientacji widoku, mogą być również wykorzystywane jako krokomierze , w połączeniu ze specjalistycznymi aplikacjami .

Systemy automatycznego powiadamiania o kolizji (ACN) wykorzystują również akcelerometry w systemie, aby wezwać pomoc w razie wypadku samochodowego. Do najważniejszych systemów ACN należą usługa OnStar AACN, 911 Assist Ford Link , Toyota Safety Connect , Lexus Link lub BMW Assist . Wiele smartfonów wyposażonych w akcelerometr ma również dostępne do pobrania oprogramowanie ACN. Systemy ACN są aktywowane przez wykrywanie przyspieszeń powodowanych przez zderzenia.

Akcelerometry są używane w elektronicznych systemach kontroli stabilności pojazdu do pomiaru rzeczywistego ruchu pojazdu. Komputer porównuje rzeczywisty ruch pojazdu z ruchem kierownicy i przepustnicy. Komputer kontroli stabilności może selektywnie hamować poszczególne koła i/lub zmniejszać moc silnika, aby zminimalizować różnicę między działaniami kierowcy a rzeczywistym ruchem pojazdu. Pomoże to zapobiec obracaniu się pojazdu lub przewracaniu się.

Niektóre krokomierze wykorzystują akcelerometr do dokładniejszego pomiaru liczby wykonanych kroków i przebytej odległości niż może zapewnić czujnik mechaniczny.

Konsola do gier wideo Nintendo Wii wykorzystuje kontroler o nazwie Wii Remote, który zawiera trójosiowy akcelerometr i został zaprojektowany głównie do wprowadzania ruchu. Użytkownicy mają również możliwość zakupu dodatkowego przystawki wrażliwej na ruch, Nunchuk , dzięki czemu ruch może być nagrywany z obu rąk użytkownika niezależnie. Jest również używany na systemie Nintendo 3DS .

Sony PlayStation 3 korzysta z pilota DualShock 3, który wykorzystuje trójosiowy akcelerometr, który może być używany do bardziej realistycznego sterowania w grach wyścigowych, takich jak MotorStorm i Burnout Paradise .

Nokia 5500 posiada akcelerometr 3D, które mogą być dostępne z oprogramowaniem. Służy do rozpoznawania kroków (liczenia) w aplikacji sportowej oraz do rozpoznawania gestów dotknięcia w interfejsie użytkownika. Gesty stukania mogą służyć do sterowania odtwarzaczem muzycznym i aplikacją sportową, na przykład do przejścia do następnego utworu poprzez stukanie przez ubranie, gdy urządzenie znajduje się w kieszeni. Inne zastosowania akcelerometru w telefonach Nokia to funkcja krokomierza w Nokia Sports Tracker . Niektóre inne urządzenia zapewniają funkcję wykrywania nachylenia z tańszym komponentem, który nie jest prawdziwym akcelerometrem.

Budziki fazy snu wykorzystują czujniki akcelerometryczne do wykrywania ruchu śpiącego, dzięki czemu może on obudzić osobę, gdy nie jest ona w fazie REM, aby łatwiej ją obudzić.

Nagrywanie dźwięku

Mikrofon lub błona bębenkowa to membrana reagująca na wahania ciśnienia powietrza. Te oscylacje powodują przyspieszenie, więc akcelerometry można wykorzystać do rejestracji dźwięku. Badanie z 2012 r. wykazało, że głosy można wykryć za pomocą akcelerometrów smartfonów w 93% typowych codziennych sytuacji.

I odwrotnie, starannie zaprojektowane dźwięki mogą powodować, że akcelerometry zgłaszają fałszywe dane. W jednym z badań przetestowano 20 modeli akcelerometrów smartfonów (MEMS) i stwierdzono, że większość z nich była podatna na ten atak.

Wykrywanie orientacji

Wiele urządzeń XXI wieku wykorzystuje akcelerometry do wyrównania ekranu w zależności od kierunku trzymania urządzenia (np. przełączanie między trybem pionowym i poziomym ). Do takich urządzeń zalicza się wiele tabletów PC oraz niektóre smartfony i aparaty cyfrowe . Amida Simputer , podręczne urządzenie linuksowe wprowadzone na rynek w 2004 roku, było pierwszym komercyjnym podręcznym urządzeniem z wbudowanym akcelerometrem. Zawiera wiele interakcji opartych na gestach przy użyciu tego akcelerometru, w tym przewracanie stron, powiększanie i pomniejszanie obrazów, zmianę trybu pionowego na poziomy oraz wiele prostych gier opartych na gestach.

Od stycznia 2009 r. prawie wszystkie nowe telefony komórkowe i aparaty cyfrowe zawierają co najmniej czujnik pochylenia, a czasami akcelerometr do automatycznego obracania obrazu, minigier reagujących na ruch i korygowania drgań podczas robienia zdjęć.

Stabilizacja obrazu

Kamery wykorzystują akcelerometry do stabilizacji obrazu , przesuwając elementy optyczne w celu dostosowania ścieżki światła do czujnika w celu wyeliminowania niezamierzonych ruchów lub cyfrowo przesuwając obraz w celu wygładzenia wykrytego ruchu. Niektóre aparaty fotograficzne wykorzystują akcelerometry do robienia zdjęć z funkcją zapobiegania rozmyciu. Aparat wstrzymuje przechwytywanie obrazu, gdy aparat jest w ruchu. Gdy kamera jest nieruchoma (choćby tylko przez milisekundę, co może mieć miejsce w przypadku wibracji), obraz zostaje przechwycony. Przykładem zastosowania tej technologii jest Glogger VS2, aplikacja telefoniczna działająca na telefonach z systemem Symbian z akcelerometrami, takimi jak Nokia N96 . Niektóre aparaty cyfrowe zawierają akcelerometry do określania orientacji robionego zdjęcia, a także do obracania bieżącego zdjęcia podczas oglądania.

Integralność urządzenia

Wiele laptopów jest wyposażonych w akcelerometr, który służy do wykrywania upadków. W przypadku wykrycia upadku głowice dysku twardego zostają zaparkowane, aby uniknąć utraty danych i ewentualnego uszkodzenia głowicy lub dysku w wyniku wstrząsu .

Grawimetria

Grawimetr lub gravitometer, to instrument stosowany w grawimetrii do pomiaru lokalnego pola grawitacyjnego . Grawimetr jest rodzajem akcelerometru, z wyjątkiem tego, że akcelerometry są podatne na wszelkie wibracje, w tym hałas , które powodują przyspieszenia oscylacyjne. Przeciwdziała temu w grawimetrze zintegrowana izolacja drgań i przetwarzanie sygnału . Chociaż podstawowa zasada projektowania jest taka sama jak w przypadku akcelerometrów, grawimetry są zwykle projektowane tak, aby były znacznie bardziej czułe niż akcelerometry, aby mierzyć bardzo małe zmiany w grawitacji Ziemi , wynoszące 1 g . W przeciwieństwie do tego, inne akcelerometry są często zaprojektowane do pomiaru 1000 g lub więcej, a wiele z nich wykonuje pomiary wieloosiowe. Ograniczenia dotyczące rozdzielczości czasowej są zwykle mniejsze dla grawimetrów, więc rozdzielczość można zwiększyć, przetwarzając dane wyjściowe z dłuższą „stałą czasową”.

Rodzaje akcelerometrów

Exploity i obawy dotyczące prywatności

Dane z akcelerometru, do których aplikacje innych firm mogą uzyskać dostęp bez zgody użytkownika na wielu urządzeniach mobilnych, zostały wykorzystane do wywnioskowania bogatych informacji o użytkownikach na podstawie zarejestrowanych wzorców ruchu (np. zachowanie podczas jazdy, poziom odurzenia, wiek, płeć, ekran dotykowy wejścia, położenie geograficzne). Jeśli zostanie to wykonane bez wiedzy lub zgody użytkownika, jest to nazywane atakiem wnioskowania . Ponadto miliony smartfonów mogą być podatne na łamanie oprogramowania za pomocą akcelerometrów.

Zobacz też

• Akcelerograf
• Stopnie swobody
• Załoga G
• Geofon
• Żyroskop
• Inklinometr
• Inercyjna jednostka miary
• Inercyjny system nawigacji
• Magnetometr
• Sejsmometr
• Kalibrator drgań

Bibliografia