شتاب سنج

شتاب سنج وسیله ای است که ارتعاش یا شتاب حرکت یک سازه را اندازه گیری می کند. نیروی ناشی از ارتعاش یا تغییر در حرکت (شتاب) باعث می شود که جرم ماده پیزوالکتریک را “فشرده” کند و بار الکتریکی متناسب با نیروی وارد شده بر آن ایجاد کند. از آنجایی که بار با نیرو متناسب است و جرم آن ثابت است، پس بار نیز با شتاب متناسب است. این حسگرها به روش‌های مختلفی مورد استفاده قرار می‌گیرند – از ایستگاه‌های فضایی گرفته تا دستگاه‌های دستی – و این احتمال وجود دارد که شما قبلاً دستگاهی با یک شتاب‌سنج در آن داشته باشید. به عنوان مثال، تقریباً همه تلفن های هوشمند امروزی دارای شتاب سنج هستند. آنها به تلفن کمک می کنند تا بداند آیا در هر جهتی تحت شتاب قرار می گیرد یا خیر، و دلیل روشن شدن صفحه نمایش تلفن شما با چرخاندن آن است. در یک محیط صنعتی، شتاب‌سنج‌ها به مهندسان کمک می‌کنند تا پایداری ماشین را درک کنند و آنها را قادر می‌سازند تا هرگونه نیرو/ارتعاش ناخواسته را نظارت کنند.

شتاب سنج چگونه کار می کند؟
یک شتاب سنج با استفاده از یک حسگر الکترومکانیکی که برای اندازه گیری شتاب استاتیک یا دینامیکی طراحی شده است، کار می کند. شتاب ایستا نیروی ثابتی است که بر جسم وارد می شود، مانند گرانش یا اصطکاک. این نیروها تا حد زیادی قابل پیش بینی و یکنواخت هستند. به عنوان مثال، شتاب ناشی از گرانش در 9.8 متر بر ثانیه ثابت است – و نیروی گرانش تقریباً در هر نقطه از زمین یکسان است.

نیروهای شتاب دینامیکی غیر یکنواخت هستند و بهترین مثال ارتعاش یا شوک است. تصادف اتومبیل یک نمونه عالی از شتاب دینامیک است. در اینجا، تغییر شتاب در مقایسه با حالت قبلی آن ناگهانی است. تئوری پشت شتاب‌سنج‌ها این است که آن‌ها می‌توانند شتاب را تشخیص داده و آن را به مقادیر قابل اندازه‌گیری تبدیل کنند – مانند سیگنال‌های الکتریکی.

انواع شتاب سنج
انواع مختلفی از شتاب سنج ها وجود دارد که هر کدام اصول کار و مزایای خاص خود را دارند:
شتاب سنج های پیزوالکتریک
شتاب‌سنج پیزوالکتریک نوعی شتاب‌سنج است که با ارسال سیگنال الکتریکی از سنسور در هنگام تجربه یک شتاب ناگهانی کار می‌کند. ساخت یک شتاب سنج پیزوالکتریک شامل یک کریستال حسگر است که یک وزن لرزه ای به آن متصل است. هنگامی که سنسور شتابی را تجربه می کند، وزن نیرویی بر کریستال وارد می کند. کریستال پیزوالکتریک نیروی وارد بر آن را به سیگنال های الکتریکی تبدیل می کند که می توان آن را برای یافتن شتاب اندازه گیری کرد. شتاب سنج های پیزوالکتریک در اندازه گیری شوک ها و ارتعاشات بسیار موثر هستند.
شتاب سنج های مقاومت پیزو
شتاب‌سنج مقاومت پیزو – یا پیزومقاومت – نوعی شتاب‌سنج است که با تغییر مقاومت آنها بر اساس شتابی که تجربه می‌کنند، کار می‌کند. تغییر در شتاب را می توان برای درک میزان شتاب تجربه شده توسط سنسور اندازه گیری کرد. شتاب‌سنج‌های پیزوالکتریک حساسیت کمتری نسبت به شتاب‌سنج‌های پیزوالکتریک دارند، زیرا در اندازه‌گیری ضربه‌های فرکانس پایین بهترین نیستند. با این حال، آنها در دامنه های بالا بهترین عملکرد را دارند و کاربرد خود را در تست تصادف خودرو و آزمایش سلاح پیدا می کنند.
شتاب سنج های خازنی
حسگرهای خازنی با تغییر ظرفیت خازنی بر اساس شتابی که تجربه می کنند کار می کنند. ساخت آنها شامل دو صفحه خازنی و یک دیافراگم است. همانطور که سنسور شتاب را تجربه می کند، دیافراگم حرکت می کند و فاصله بین صفحات خازنی را تغییر می دهد. این منجر به تغییر ظرفیت حسگر می شود و این تغییر در ظرفیت را می توان اندازه گیری کرد و به نرخ شتاب سنسور تبدیل کرد. شتاب سنج های خازنی MEMS (سیستم میکروالکترومکانیکی) امروزه در اکثر گوشی های هوشمند استفاده می شود.
شتاب سنج های سه محوری
شتاب سنج سه محوری نوعی شتاب سنج است که می تواند شتاب را در سه جهت متعامد (یا سه صفحه عمود بر X، Y و Z) اندازه گیری کند. این ویژگی شتاب‌سنج‌های سه محوری را قادر می‌سازد تا تمام اجزای ارتعاشی مؤثر بر جسم را اندازه‌گیری کنند. یک شتاب سنج سه محوری دارای سه عنصر حسگر است که عمود بر یکدیگر قرار گرفته اند. آنها کاربرد خود را در اندازه گیری ارتعاشات ساختمان، توربین ها و ماشین آلات پرسرعت پیدا می کنند.
کاربردهای کلیدی شتاب سنج ها
شتاب سنج ها هدف خود را در بسیاری از کاربردهای صنعتی، تولیدی، تجاری و آزمایشگاهی می یابند. دستگاه‌های دیجیتال: شتاب‌سنج‌ها در گوشی‌های هوشمند، دوربین‌های دیجیتال و سایر دستگاه‌های موبایل وظیفه چرخش نمایشگر را بر اساس جهتی که آن را در دست دارید، بر عهده دارند.

وسایل نقلیه: اختراع کیسه هوا جان میلیون ها نفر را نجات داده است. شتاب‌سنج‌ها برای راه‌اندازی کیسه‌های هوا استفاده می‌شوند – سنسورها هنگامی که یک شوک ناگهانی را تجربه می‌کنند سیگنال ارسال می‌کنند. هواپیماهای بدون سرنشین: شتاب‌سنج‌ها به هواپیماهای بدون سرنشین کمک می‌کنند تا جهت‌گیری خود را در میانه پرواز تثبیت کنند. ماشین‌های دوار: شتاب‌سنج‌های مورد استفاده در ماشین‌های دوار، ارتعاشات مواج را تشخیص می‌دهند. سکوهای صنعتی: شتاب سنج های صنعتی برای اندازه گیری پایداری یا شیب سکو استفاده می شوند. مانیتورینگ ارتعاش: ماشین هایی که حرکت می کنند ارتعاش ایجاد می کنند و این ارتعاشات می تواند برای ماشین ها مضر باشد.