МЭМС АКСЕЛЕРОМЕТРЫ

Акселерометр (ускоряю + измеряю) — прибор, измеряющий разность между истинным ускорением объекта и гравитационным ускорением.

Схема простейшего акселерометра показана на рис.1. Груз (Масса) закреплён на пружине. Демпфер подавляет колебания груза. Чем больше истинное ускорение, тем сильнее деформируется пружина, изменяя показания прибора.

Рис.1 Схема простейшего акселерометра

Реализация выходного сигнала и принципа измерения обеспечивается преобразователями перемещении, дефор­мации, сил и электроникой. Конструктив­ный узел, включающий в себя ИнМ и под­вес с элементами крепления, можно опре­делить как чувствительный элемент (ЧЭ) акселерометра. Чувствительный элемент является основным конструктивным узлом акселерометра.

По виду движений инерци­онной массы акселеромет­ры делятся на осевые и маятниковые. В осевых акселерометрах конструкция уп­ругого подвеса обеспечивает прямоли­нейное перемещение инерци­онной массы, а в маятниковых - угловое. Маятниковые акселерометры называют также угловыми, а иногда - балочными.

У акселерометра выделяют ось чув­ствительности и перпендикулярные к ней поперечные оси. Ось чувствительности - это ось, в направлении которой возможно перемещение ИнМ, обусловленное конст­рукцией подвеса. Акселерометры, с одной осью чувствительности называют одно- компонентными. В одном корпусе могут быть установлены ЧЭ с разным направле­нием осей чувствительности (двух- и трехкомпонентные акселерометры).

С помощью акселеро­метров возможно измерение линейного и углового ускорения. По виду измеряемого ускорения различают линейные к угловые акселерометры.

В линейных акселерометрах ось чув­ствительности параллельна вектору изме­ряемого ускорения. В акселерометрах для измерения углового ускорения она долж­на быть параллельна вектору линейного ускорения, являющегося следствием уг­лового ускорения.

По принципу измерения акселеро­метры делятся на:

- приборы прямого измерения/преобразо­вания;

- приборы компенсационного измерения/преобразо­вания.

Чувствительные элементы приборов прямого измерения непосредственно переда­ют информацию о действующем на него ускорении в виде перемещений ИнМ или деформаций упругих элементов подвеса на вторичный преобразователь (переме­щений или деформаций). В этом случае все погрешности измерительной цепи присутствуют в выходном сигнале аксе­лерометра.

В акселерометрах компенсационного измерения сила, вызванная измеряемым ускорением и действующая на ИнМ, час­тично или полностью (интегратор в кон­туре) уравновешивается с помощью цепи отрицательной обратной связи, реали­зующей силовую разгрузку (компенса­цию) ЧЭ посредством выходного сигнала, поступающего на устройство компенса­ции (преобразователи силы, момента). В этом случае точность измерительной цепи зависит в основном от преобразователя силы (момента).

В условиях невесомости показания любого акселерометра равны нулю (почему?). Все системы, использующие акселерометр как датчик наклона, прекращают функционировать. Например, планшетный компьютер не изменяет положение изображения при повороте корпуса.

Основными характеристиками акселерометров являются чувствительность, диа­пазон измерений, полоса пропускания час­тот (по уровню 3 дБ), масштабный коэффи­циент, точность и быстродействие. Линейные и угловые ускорения можно измерять как осевыми, так и маят­никовыми акселерометрами.