Accelerometer

Visse krystaller ( kvarts , Seignettesalt ) og visse keramiske egenskaber er elektrisk ladet, når de udsættes for deformation. Omvendt deformeres de, hvis de er elektrisk ladede, fænomenet er reversibelt. Krystalladningerne på to modsatte flader med modsatte ladninger, når de udsættes for en kraft, der udøves mellem disse to flader. En metallisering af ansigterne gør det muligt at samle en elektrisk spænding, som kan bruges i et kredsløb.

Servostyrede accelerometre

For servostyrede accelerometre måles accelerationen ved udgangen af ​​en tilbagekoblingssløjfe (servostyring) omfattende en PI-type corrector (Integral Proportional: type corrector forbedrer nøjagtighed). En forskydningsdetekteringssensor (ikke-servostyret type) muliggør øjeblikkelig accelerationsmåling. Det er inputværdien af ​​vores servosløjfe. Ved udgangen af ​​denne sløjfe opnås accelerationen ved at aflæse den nødvendige energi til gendannelseskraften, der tillader returnering af den seismiske masse til dens udgangsposition.

I inertiale enheder , til en anvendelse i vejledning , der generelt bruges i luftfart eller i astronautik , er denne type teknologi generelt foretrukket. Faktisk har mobiltelefonerne en bestemt masse, og deres tyngdepunkt udsættes for vibrationer med relativt lav frekvens i størrelsesordenen 0 til 10  Hz . Dette muliggør derfor brug af servostyrede sensorer.

Disse klassificeres efter deres gendannelseskraft, som kan være af elektromagnetisk eller elektrostatisk type. Eller afhængigt af deres detekteringstype, som kan være kapacitiv, induktiv eller optisk.

Kvantaccelerometer

I 2018 Imperial College London indført en kvante accelerometer . Systemet er baseret på måling af egenskaberne for kvantebølger leveret af atomer under accelerationer, hvilket gør det muligt at udlede forskydningen og dermed positionen med hensyn til tid. Operationen svarer til konventionelle accelerometre, men er samtidig meget mere følsom og præcis.

Systemet bruger lasere til at afkøle atomerne til ekstremt lave temperaturer, hvilket kræver plads.

Hovedparametre, der er specifikke for et accelerometer

Ud over sensorenes klassiske egenskaber kan accelerometeret karakteriseres af følgende data:

• dens måleområde udtrykkes i g = 9,806 65 m / s 2
• dens masse af sensoren, finhed (tilsvarende korrekt teknisk betegnelse)
• dens tværgående følsomhed
• dets antal akser (1 til 3 akser)
• dens mekaniske konstruktion
• tilstedeværelsen af ​​integreret elektronik
• dens pris (i 2007, fra 6 euro for en ikke-slaveret kapacitiv sensor op til 3.000 euro for en avanceret slave-sensor)

Alle disse egenskaber interagerer og karakteriserer et princip, en teknologi eller en fremstillingsproces.

Dens applikationer

Anvendelsen af ​​denne sensor er meget forskelligartet:

• hastighed måling (ved integration)
• forskydningsmåling (ved dobbelt integration)
• maskindiagnose (ved vibrationsanalyse)
• fejldetektion i materialer (ved at måle udbredelsen af ​​en vibration gennem materialer)

Ikke desto mindre er de generelt klassificeret i tre brede kategorier:

• Chokerne
• Vibrationsacceleration
• Mobil acceleration

Chokerne

Stødene er accelerationer med meget stærk amplitude. For eksempel et objekt, der falder fra en højde på 20  cm på et ark af stål 5  cm tyk underkastes en acceleration på 8000  g i virkninger, og på en bærbar computer 50 sider tykkelse den udsættes for en acceleration på kun 90  g .

Disse er meget korte accelerationer og kræver derfor en båndbreddesensor, der generelt varierer fra 0 til 100  kHz .

Den krævede nøjagtighed til disse målinger er i størrelsesordenen 1% af sensorens måleskala .

Sensorerne, der ofte er forbundet med denne type applikationer, er ikke-kontrollerede forskydningsaccelerometre og mere præcist:

• piezoelektrisk detektion
• piezoresistiv detektion
• kapacitiv sensing (kun til airbags )

Eksempler:

• udløsning af sikkerhedspuder i biler
• kollisionstest
• pyroteknik

Vibrationsacceleration

Vibrationsacceleration anses for at være accelerationer på mellemniveau (generelt omkring hundrede g). De kræver en sensor med en båndbredde på op til 10 kHz og en nøjagtighed på omkring 1% af måleskalaen for sensoren.

De anvendte accelerometre af den ikke-slave type er:

• piezoelektrisk detektion
• med piezoresistiv detektion eller stregmåler
• med induktiv detektion (eller variabel modstand)

Eksempler:

• vibrationskontrol til F&U
• industriel kontrol

Mobil acceleration

Mobilacceleration er lav. For eksempel er den maksimale acceleration, der er vedtaget for " Rafale ", 9  g . Disse accelerationer overstiger ikke nogle få snesevis af hertz. På den anden side kan den krævede præcision være vigtig. Det varierer fra 0,01% til 2% af sensorens måleskala.

De anvendte accelerometre er:

• ikke-servostyrede accelerationssensorer (målere, kondensatorer, induktion, optik, potentiometer);
• servostyrede accelerationssensorer.

Eksempel:

• inertielle flystationer
• hjælp til dynamisk bestemmelse af togets placering på en linje

Isolerede applikationer og specielle produkter

• Hældningsmåling (takket være jordens tyngdekraft og et to-akset accelerometer): Visse accelerometre med kapacitiv detektion med pendulær seismisk masse gør det også muligt at udføre funktionen af hældningsmåler . Sidstnævnte er muliggjort af den mekaniske konfiguration af pendulkapacitive accelerometre og jordens tyngdekraft. Accelerometerfunktionen kan dog ikke bruges samtidigt.

Accelerometeret og nyhederne

Siden udviklingsfasen af MEMS accelerometre , fra 1975 til 1985, har accelerometeret oplevet et "boom" i dets anvendelser. Faktisk gik det fra 24 millioner salg i 1996 til 90 millioner i 2002. Med hensyn til prisen fortsætter den med at falde for MEMS . Med den nylige ankomst af NEMS- accelerometre er denne allestedsnærværende accelerometer i forskellige "forbrugerprodukter" mere og mere aktuel.

"Generelle publikum" -produkter ved hjælp af accelerometeret

Træghedsenheder med 6 accelerationer, som på iPhone 4, forbruger mere energi og er ofte mindre følsomme end en enhed reduceret til 3 lineære accelerometre kun som på mange mobiltelefoner inklusive iPhone 3GS eller endda 2 til en. Spilkonsol som WII , eller endda en enkelt dimension til at stoppe en harddisk i tilfælde af, at en bærbar computer ( ThinkPad ) falder .

I sportsure:

• Nike , Polar og andre bruger accelerometre til at bestemme hastighed og bevægelsesafstand.

Til måling af en sportslig eller daglig gestus:

• Myotest bruger et accelerometer til at måle niveauet af muskelydelse . Den beregner kraften, kraften og hastigheden på en gest, men også springets højde, kontakttiden eller modstanden mod træthed.

I kameraer og kameraer:

• accelerometre bruges til billedstabilisering, anti-sløring osv.

I ultra-bærbar, PDA osv. :

• accelerometre bruges til skærmretning.

Med mobil:

• accelerometre bruges til at registrere et fald (stærk acceleration) og stoppe harddisken. Dette var den første nylige anvendelse af et accelerometer ( Apple i sin MacBook Pros ), en applikation, der hurtigt blev kapret og blev berømt, hvilket førte til medtagelsen af ​​et accelerometer i iPhone fra samme Apple, derefter generaliseringen af ​​denne komponent.

I videospil:

• Nintendo har besluttet at innovere ved at lancere en ny generation controller til sin Wii- konsol . Dette registrerer spillerens bevægelser direkte takket være accelerometre, der er placeret i de 2 dele, som hans controller er sammensat af: Wiimote og Nunchuck . Derudover inkluderer den bærbare 3DS-konsol et accelerometer og et gyroskop. Switchens Joycons indeholder et accelerometer og et gyroskop.
• På den anden side bruger Sony en anden teknologi i Sixaxis- controlleren på sin PlayStation 3 , og PlayStation Move integrerer desuden accelerometre og et gyrometer .

I telefoni: På grund af teknologiens konvergens bruges accelerometre til at kombinere de fleste af de funktioner, der er beskrevet ovenfor.

• Sony Ericsson bruger et accelerometer i C902, C905, C510, K850i, W710, W580i, W595, W910i, W980i og W995.
• HTC bruger accelerometeret i Touch Diamond, Touch HD, Touch pro2, HD2 , Desire / Desire HD og dets Android- telefoner .
• Apple har brugt accelerometeret i iPhones , iPod touches og iPod nano såvel som hele sit sortiment af bærbare computere siden 2005.
• Nokia bruger accelerometeret i N95 , N82, N70, 6600, 5530 Xpressmusic, 5800 Xpressmusic, N900 Roverle, N97 og N8.
• Samsung bruger accelerometeret i Samsung Player Addict, Samsung Galaxy, Samsung Galaxy Spica, Samsung Galaxy Teos, Samsung Galaxy S, S2 og S3, Samsung Player Star, Samsung Player 5, Samsung Player Pixon, Samsung Wave og Samsung Player One.
• Den Neo Freerunner har to accelerometre.

I transportkøretøjer:

• Airbag  : Accelerometre bruges i "  airbag  " -systemer. De måler kontinuerligt køretøjets acceleration og sammenligner det med kollisionstestmålinger. Så snart signalet om en kollisionsimpuls genkendes, sender den elektroniske styreenhed ordren til at frigive den gas, der puster airbagen op.

Noter og referencer

1. Leksikografiske og etymologiske definitioner af "Accelerometer" i den computeriserede franske sprogkasse , på webstedet for National Center for Textual and Lexical Resources
2. Princippet for det piezoelektriske accelerometer på webstedet brouchier.com, konsulteret den 18. september 2013
3. https://www.journaldugeek.com/2018/11/13/accelerometre-quantique-gps-panne/
4. Meddelelse vedrørende Wii-controlleren på ST Microelectronics-webstedet
5. (in) Introduktion til Nintendo 3DS System , Nintendo E3 Network15. juni 2010.
6. "  Tekniske specifikationer - Nintendo Switch ™ officielle side - konsolspecifikationer  " på www.nintendo.com (adgang til 4. januar 2018 )

Arbejder

• Georges Asch, sensorer i industriel instrumentering , Dunod ( ISBN  978-2-10-005777-1 )
• Ingeniørens teknikker (det tekniske leksikon)

Anmeldelse

• Mål , nr. 746, købsvejledning, artikel af Marie-Line Zani,Juni 2002.