Gia tốc kế là gì? Cách sử dụng và ứng dụng của gia tốc kế

Gia tốc kế là gì?

Gia tốc kế (Accelerometer)được sử dụng trong bảo trì máy sản xuất để kiểm tra độ rung của thiết bị. Một gia tốc kế cũng được sử dụng trong thử nghiệm sản phẩm để đo độ rungcủa các thành phần khác nhau.

Máy đo gia tốc ba trục, còn được gọi là máy đo gia tốc 3 trục, cung cấp phép đo các thông số sau: gia tốc rung, vận tốc rung và dịch chuyển của dao động. Bằng cách này, rung động được đo và ghi lại với độ chính xác cao.

Hầu hết các sản phẩm gia tốc kế do PCE Instruments cung cấp đều là thiết bị di động. Nhiều tính năng của bộ nhớ có chức năng để các bài đọc có thể được lưu trữ và truy xuất sau này để phân tích chuyên sâu. Một số kiểu máy đo gia tốc có giấy chứng nhận hiệu chuẩn của nhà sản xuất. Một số kiểu máy đo gia tốc có thể được hiệu chuẩn theo tiêu chuẩn ISO tùy chọn với một khoản phí bổ sung.

Một Accelerometer là một công cụ đo gia tốc thích hợp. Gia tốc thích hợp là gia tốc của một cơ thể trong khung nghỉ tức thời của chính nó; điều này khác với gia tốc tọa độ, đó là gia tốc trong một hệ tọa độ cố định

Đặc điểm của gia tốc kế

Gia tốc kế là một cảm biến điện tử đo lực gia tốc tác dụng lên một vật thể, nhằm xác định vị trí của vật thể đó trong không gian và theo dõi chuyển động của vật thể đó. Gia tốc, là một đại lượng vectơ , là tốc độ thay đổi vận tốc của một vật (vận tốc là độ dịch chuyển của vật chia cho sự thay đổi của thời gian ).

Có hai loại lực gia tốc: lực tĩnh và lực động. Lực tĩnh là lực liên tục tác dụng lên vật thể (như lực ma sát hoặc trọng lực). Lực động là lực “chuyển động” tác dụng lên vật thể với nhiều tốc độ khác nhau (chẳng hạn như rung động , hoặc lực tác dụng lên bi cái trong trò chơi bi-a). Đây là lý do tại sao gia tốc kế được sử dụng trong các hệ thống an toàn khi va chạm trên ô tô. Khi một chiếc xe bị tác động bởi một lực động mạnh, gia tốc kế (cảm nhận sự giảm tốc nhanh chóng) sẽ gửi một tín hiệu điện tử đến một máy tính nhúng , từ đó sẽ triển khai các túi khí.

Các loại gia tốc kế hiện nay:

Có ba loại gia tốc kế khác nhau và chúng đều được thiết kế để hoạt động hiệu quả trong môi trường dự định của chúng. Ba loại là: áp điện, áp điện và điện dung.

Một Accelerometer áp điện sử dụng hiệu ứng áp điện (vật liệu áp điện tạo ra điện khi bị căng thẳng vật lý) để cảm nhận sự thay đổi trong gia tốc. Máy đo gia tốc áp điện được sử dụng phổ biến nhất trong đo độ rung và độ sốc .

Gia tốc kế áp điện kém nhạy hơn nhiều so với gia tốc kế áp điện và chúng phù hợp hơn với thử nghiệm va chạm xe . Gia tốc kế áp suất tăng sức cản của nó  tương ứng với lượng áp lực tác dụng lên nó.

Loại gia tốc kế thứ ba và được sử dụng phổ biến nhất là gia tốc kế điện dung. Gia tốc kế điện dung sử dụng sự thay đổi điện dung để xác định gia tốc của vật thể. Khi cảm biến trải qua gia tốc, khoảng cách giữa các tấm tụ điện của nó thay đổi khi màng ngăn của cảm biến di chuyển.

Hầu hết các máy đo gia tốc đều rất nhỏ và chúng thường được gọi là máy đo gia tốc Hệ thống cơ điện tử vi mô (MEMS). Do kích thước và khả năng chi trả của chúng, chúng được nhúng vào vô số thiết bị điện tử cầm tay (chẳng hạn như điện thoại, máy tính bảng và bộ điều khiển trò chơi điện tử). Trong điện thoại và máy tính bảng, gia tốc kế có nhiệm vụ “lật” màn hình khi thiết bị được xoay. Gia tốc kế cũng được sử dụng bởi các nhà động vật học (để theo dõi chuyển động của động vật trong tự nhiên), các kỹ sư (đặc biệt là trong các thí nghiệm va chạm) và các nhà máy (để theo dõi độ rung của máy móc).

Ứng dụng:

Ứng dụng của máy đo gia tốc mở rộng cho nhiều lĩnh vực, cả học thuật và người tiêu dùng. Ví dụ, gia tốc kế trong máy tính xách tay bảo vệ ổ cứng khỏi bị hư hại. Nếu máy tính xách tay bị rơi đột ngột khi đang sử dụng, gia tốc kế sẽ phát hiện sự rơi tự do đột ngột và ngay lập tức tắt ổ cứng để tránh va đập đầu đọc vào khay ổ cứng. Nếu không có điều này, cả hai sẽ va đập và gây ra các vết xước cho đĩa, gây hư hỏng tập tin và đầu đọc. Tương tự như vậy, cảm biến gia tốc cũng được sử dụng trên ô tô như một phương pháp trong ngành để phát hiện tai nạn ô tô và triển khai túi khí gần như ngay lập tức.

Trong một ví dụ khác, một gia tốc kế động đo lực hấp dẫn để xác định góc nghiêng của một thiết bị so với Trái đất. Bằng cách cảm nhận mức độ gia tốc, người dùng phân tích cách thiết bị đang di chuyển.

Accelerometer cho phép người dùng hiểu môi trường xung quanh của một vật phẩm tốt hơn. Với thiết bị nhỏ này, bạn có thể xác định xem một vật thể đang di chuyển lên dốc, liệu vật thể đó có bị đổ nếu nó nghiêng thêm nữa hay nó đang bay ngang hay nghiêng xuống. Ví dụ: điện thoại thông minh xoay màn hình của chúng giữa chế độ dọc và ngang tùy thuộc vào cách bạn nghiêng điện thoại.

Cách chúng hoạt động

Máy gia tốc trông giống như một mạch điện đơn giản cho một số thiết bị điện tử lớn hơn. Mặc dù có vẻ ngoài khiêm tốn, nhưng gia tốc kế bao gồm nhiều bộ phận khác nhau và hoạt động theo nhiều cách, hai trong số đó là hiệu ứng áp điện và cảm biến điện dung. Hiệu ứng áp điện là dạng phổ biến nhất của gia tốc kế và sử dụng các cấu trúc tinh thể cực nhỏ bị ứng suất do lực gia tốc. Các tinh thể này tạo ra một điện áp từ ứng suất, và gia tốc kế diễn giải điện áp để xác định vận tốc và định hướng.

Gia tốc kế điện dung cảm nhận được sự thay đổi điện dung giữa các vi cấu trúc nằm bên cạnh thiết bị. Nếu một lực gia tốc di chuyển một trong những cấu trúc này, điện dung sẽ thay đổi và gia tốc kế sẽ chuyển điện dung đó thành điện áp để giải thích.

Accelerometer được tạo thành từ nhiều thành phần khác nhau và có thể được mua như một thiết bị riêng biệt. Màn hình tương tự và kỹ thuật số có sẵn, mặc dù đối với hầu hết các thiết bị công nghệ, các thành phần này được tích hợp vào công nghệ chính và được truy cập bằng phần mềm quản lý hoặc hệ điều hành.

Gia tốc kế điển hình được tạo thành từ nhiều trục, hai để xác định hầu hết chuyển động hai chiều với tùy chọn một thứ ba để định vị 3D. Hầu hết các điện thoại thông minh thường sử dụng mô hình ba trục, trong khi ô tô chỉ sử dụng một trục hai để xác định thời điểm va chạm. Độ nhạy của các thiết bị này khá cao vì chúng được thiết kế để đo những thay đổi rất nhỏ trong gia tốc. Gia tốc kế càng nhạy, nó càng dễ dàng đo gia tốc.

Accelerometer, trong khi được sử dụng tích cực trong nhiều thiết bị điện tử trên thế giới ngày nay, cũng có sẵn để sử dụng trong các dự án tùy chỉnh. Cho dù bạn là một kỹ sư hay một người đam mê công nghệ, gia tốc kế đóng một vai trò rất tích cực trong một loạt các chức năng. Trong nhiều trường hợp, bạn có thể không nhận thấy sự hiện diện của cảm biến đơn giản này, nhưng rất có thể bạn đã sử dụng một thiết bị có nó.