Akselerometer

Akselerometer adalah perangkat yang berfungsi untuk mengukur akselerasi tepat. Akselerasi tepat yang diukur dengan akselerometer belum tentu memiliki ketepatan koordinat (laju perubahan velositas). Sebaliknya, akselerometer melihat akselerasi terkait dengan fenomena berat yang dialami oleh massa uji pada kerangka acuan perangkat akselerometer. Sebagai contoh, akselerometer di permukaan bumi akan mengukur akselerasi g= 9.81 m/s² lurus ke atas karena beratnya. Sebaliknya, akselerometer jatuh bebas atau di luar angkasa akan mengukur nol. Istilah lainnya untuk jenis akselerasi yang bisa diukur oleh akselerometer adalah akselerasi gaya-g.^[1]

Akselerometer memiliki berbagai aplikasi dalam bidang industri dan sains. Akselerometer yang sangat sensitif digunakan sebagai komponen sistem navigasi inersia pada pesawat tempur dan rudal. Akselerometer juga digunakan untuk mendeteksi dan memonitor getaran pada mesin putar. Selain itu, akselerometer digunakan pada komputer tablet dan kamera digital agar foto di layar selalu ditampilkan tegak.^[2]

Deskripsi

Akselerometer adalah sebuah perangkat yang mengukur percepatan yang tepat . Hal ini tidak selalu sama dengan percepatan koordinat (perubahan kecepatan dari perangkat dalam ruang), tetapi agak jenis percepatan terkait dengan fenomena berat badan yang dialami oleh massa uji yang berada dalam kerangka acuan dari perangkat akselerometer. Untuk contoh di mana jenis percepatan berbeda, akselerometer akan mengukur nilai saat duduk di tanah, karena massa ada bobot, meskipun mereka tidak mengubah kecepatan. Namun, akselerometer di gravitasi jatuh bebas ke arah pusat bumi akan mengukur nilai nol karena, meskipun kecepatan meningkat, berada dalam kerangka acuan di mana ia ringan.

Dengan mengukur berat badan, akselerometer mengukur percepatan jatuh bebas kerangka referensi (kerangka acuan inersial) relatif terhadap dirinya sendiri. Akselerometer kebanyakan tidak menampilkan nilai mereka mengukur, tetapi pasokan ke perangkat lain. Akselerometer nyata juga memiliki keterbatasan praktis dalam seberapa cepat mereka menanggapi perubahan dalam percepatan, dan tidak dapat merespon perubahan atas perubahan frekuensi tertentu.

Model tunggal dan multi-sumbu akselerometer yang tersedia untuk mendeteksi besar dan arah percepatan yang tepat (atau g-force), sebagai vektor kuantitas, dan dapat digunakan untuk orientasi akal (karena arah perubahan berat badan), percepatan koordinat ( asalkan menghasilkan g-force atau perubahan g-force), getaran, guncangan, dan jatuh (kasus di mana perubahan percepatan yang tepat, karena cenderung menuju nol). Mesin mikro akselerometer semakin hadir di perangkat elektronik portabel dan video pengendali permainan, untuk mendeteksi posisi perangkat atau memberikan masukan permainan.

Pasangan akselerometer diperpanjang atas wilayah ruang dapat digunakan untuk mendeteksi perbedaan (gradien) dalam percepatan yang tepat dari frame referensi yang terkait dengan poin. Alat ini disebut gradiometers gravitasi, karena mereka mengukur gradien di medan gravitasi. Pasangan seperti akselerometer dalam teori juga dapat mendeteksi gelombang gravitasi .

Prinsip

Akselerometer mengukur percepatan yang tepat, yang merupakan percepatan itu pengalaman relatif terhadap terjun bebas dan percepatan yang dirasakan oleh orang-orang dan benda-benda. Dengan kata lain, pada setiap titik dalam ruang-waktu dengan prinsip kesetaraan menjamin keberadaan lokal kerangka inersia, dan akselerometer mengukur percepatan relatif terhadap frame. Percepatan tersebut populer diukur dalam hal g-force.

Sebuah akselerometer pada saat istirahat relatif terhadap permukaan bumi akan menunjukkan sekitar 1 atas g, karena setiap titik di permukaan bumi adalah percepatan ke atas relatif terhadap kerangka inersia lokal (bingkai benda jatuh bebas di dekat permukaan). Untuk mendapatkan percepatan gerak sehubungan dengan Bumi, "gravitasi offset" ini harus dikurangkan dan koreksi untuk efek yang disebabkan oleh rotasi bumi ke frame inersia.

Alasan munculnya offset gravitasi adalah prinsip kesetaraan Einstein, yang menyatakan bahwa efek gravitasi pada objek yang bisa dibedakan dari percepatan. Ketika dipertahankan tetap dalam medan gravitasi, misalnya, menerapkan kekuatan darat reaksi atau dorong ke atas setara, kerangka acuan untuk accelerometer (casing sendiri) mempercepat atas sehubungan dengan kerangka acuan jatuh bebas. Dampak dari percepatan ini yang bisa dibedakan dari percepatan lain dialami oleh instrumen, sehingga akselerometer tidak dapat mendeteksi perbedaan antara duduk di sebuah roket di landasan peluncuran, dan berada di roket yang sama di dalam ruang sementara itu menggunakan mesin untuk mempercepat pada 1 g. Untuk alasan serupa, akselerometer akan membaca nol dalam setiap jenis jatuh bebas . Hal ini termasuk penggunaan dalam pesawat ruang angkasa meluncur di luar angkasa jauh dari massa, sebuah pesawat ruang angkasa yang mengorbit bumi, pesawat dalam busur parabola "nol-g", atau jatuh bebas-dalam kekosongan. Contoh lain adalah bebas jatuh di ketinggian yang cukup tinggi bahwa efek atmosfer dapat diabaikan.

Namun ini tidak termasuk penurunan (non-bebas) di mana hambatan udara menghasilkan tarik kekuatan yang mengurangi percepatan, sampai konstanta kecepatan terminal tercapai. Pada kecepatan terminal akselerometer akan menunjukkan 1 ke atas g percepatan. Percepatan diukur dalam SI satuan meter per detik per detik (m / s 2), dalam cgs satuan gal (Gal), atau yang populer dalam hal g-force (g).

Untuk tujuan praktis untuk menemukan percepatan benda sehubungan dengan bumi, seperti untuk digunakan dalam sistem navigasi inersia, gravitasi pengetahuan lokal diperlukan. Hal ini dapat diperoleh dengan mengkalibrasi perangkat beristirahat, atau dari model yang dikenal gravitasi pada posisi saat ini perkiraan.

Aplikasi

Rekayasa

Akselerometer dapat digunakan untuk mengukur percepatan kendaraan. Mereka mengevaluasi kinerja kedua kereta mesin dan sistem pengereman.

Akselerometer dapat digunakan untuk mengukur getaran pada mobil, mesin, bangunan, sistem kontrol proses dan instalasi keamanan. Dia juga dapat digunakan untuk mengukur aktivitas seismik, kecenderungan, getaran mesin, jarak dan kecepatan yang dinamis dengan atau tanpa pengaruh gravitasi. Aplikasi untuk akselerometer yang mengukur gravitasi, di mana akselerometer secara khusus dikonfigurasi untuk digunakan dalam gravimetri, disebut gravimeters.

Komputer notebook dilengkapi dengan akselerometer dapat berkontribusi untuk Quake-Catcher Network (QCN), sebuah proyek BOINC yang bertujuan untuk penelitian ilmiah dari gempa bumi.

Biologi

Akselerometer juga semakin banyak digunakan dalam ilmu biologi. Frekuensi tinggi rekaman bi-aksial atau tri-aksial percepatan (> 10 Hz) memungkinkan diskriminasi pola perilaku sedangkan hewan keluar dari pandangan. Selanjutnya, rekaman percepatan memungkinkan peneliti untuk mengukur tingkat di mana seekor hewan itu mengeluarkan energi di alam liar, baik oleh penentuan ekstremitas-stroke frekuensi atau langkah-langkah seperti percepatan tubuh secara keseluruhan yang dinamis Pendekatan tersebut sebagian besar telah diadopsi oleh para ilmuwan kelautan karena ketidakmampuan untuk mempelajari hewan di alam liar pengamatan visual yang menggunakan, namun peningkatan jumlah ahli biologi terestrial yang mengadopsi pendekatan serupa. Perangkat ini dapat dihubungkan ke amplifier untuk memperkuat sinyal.

Industri

Akselerometer juga digunakan untuk pemantauan kesehatan mesin berputar peralatan seperti pompa, penggemar, rol, kompresor, dan menara pendingin,. Program pemantauan getaran terbukti menghemat uang, mengurangi downtime, dan meningkatkan keselamatan di pabrik di seluruh dunia dengan mendeteksi kondisi seperti misalignment poros, ketidakseimbangan rotor, kegagalan gigi atau kesalahan bantalan yang dapat menyebabkan perbaikan mahal. Akselerometer vibrasi memungkinkan pengguna untuk memantau mesin dan mendeteksi kesalahan sebelum peralatan berputar gagal. Program pemantauan getaran yang digunakan dalam industri seperti manufaktur otomotif, aplikasi mesin alat, produksi farmasi, pembangkit listrik, pulp dan kertas, makanan dan minuman produksi, air dan air limbah, tenaga air, petrokimia dan manufaktur baja.

Bangunan dan struktur pemantauan

Akselerometer digunakan untuk mengukur gerakan dan getaran struktur yang terkena beban dinamis. Beban dinamis berasal dari berbagai sumber termasuk:

Aktivitas manusia - berjalan, berlari, menari atau melompat-lompat
Bekerja mesin - di dalam sebuah gedung atau di daerah sekitarnya
Pekerjaan konstruksi - tumpukan mengemudi, pembongkaran, pengeboran dan penggalian
Pindah beban pada jembatan
Kendaraan tabrakan
Dampak beban - puing jatuh
Konkusi beban - ledakan internal dan eksternal
Tutup elemen struktur
Angin beban dan hembusan angin
Udara ledakan tekanan
Hilangnya dukungan karena kegagalan tanah
Gempa bumi dan gempa susulan

Mengukur dan merekam bagaimana struktur menanggapi masukan ini sangat penting untuk menilai keamanan dan kelangsungan hidup struktur. Jenis pemantauan ini disebut Pemantauan Dinamis.

Aplikasi Medis

Zoll AED Plus menggunakan CPR-D • padz yang berisi accelerometer untuk mengukur kedalaman penekanan dada CPR.

Dalam beberapa tahun terakhir, Nike, Polar, dan perusahaan lainnya telah memproduksi dan memasarkan jam tangan olahraga bagi pelari yang mencakup footpods, berisi accelerometers untuk membantu menentukan kecepatan dan jarak untuk pelari yang mengenakan unit. Di Belgia, accelerometer berbasis counter langkah yang dipromosikan oleh pemerintah untuk mendorong orang untuk berjalan seribu langkah setiap hari.

Herman Trainer Digital menggunakan akselerometer untuk mengukur gaya pemogokan di pelatihan fisik.

Navigasi

Inertial Navigation System (INS) adalah navigasi bantuan yang menggunakan sensor komputer dan gerak (akselerometer) untuk terus menghitung melalui perhitungan posisi mati, orientasi, dan kecepatan (arah dan kecepatan gerakan) dari objek yang bergerak tanpa perlu eksternal referensi. Istilah lain yang digunakan untuk mengacu pada sistem navigasi inersia atau perangkat erat terkait termasuk sistem bimbingan inersia, platform referensi inersial, dan variasi lainnya.

Akselerometer saja tidak cocok untuk menentukan perubahan ketinggian jarak di mana penurunan vertikal gravitasi adalah signifikan, seperti untuk pesawat dan roket. Di hadapan gradien gravitasi, proses reduksi kalibrasi dan data numerik tidak stabil.

Transportasi

Akselerometer digunakan untuk mendeteksi puncak dalam kedua profesional dan di amatir peroketan.

Akselerometer juga digunakan dalam rol Intelligent Compaction. Akselerometer digunakan bersama giroskop dalam bimbingan inersia sistem.

Salah satu penggunaan yang paling umum untuk MEMS accelerometers dalam airbag sistem penyebaran untuk mobil modern. Dalam hal ini accelerometers digunakan untuk mendeteksi percepatan negatif cepat kendaraan untuk menentukan kapan sebuah tabrakan telah terjadi dan tingkat keparahan tabrakan. Penggunaan lain otomotif umum adalah dalam kontrol stabilitas elektronik sistem, yang menggunakan accelerometer untuk mengukur kekuatan lateral yang menikung. Meluasnya penggunaan accelerometers dalam industri otomotif telah mendorong biaya mereka turun drastis. aplikasi otomotif lain adalah pemantauan kebisingan, getaran dan kekerasan (NVH), kondisi yang menyebabkan ketidaknyamanan bagi pengemudi dan penumpang dan juga dapat menjadi indikator mekanik kesalahan.

Memiringkan kereta api menggunakan akselerometer dan giroskop untuk menghitung kemiringan yang diperlukan.

Vulkanologi

Akselerometer elektronik modern yang digunakan dalam perangkat penginderaan jauh dimaksudkan untuk pemantauan aktif gunung berapi untuk mendeteksi gerakan magma

Konsumen elektronik

Akselerometer semakin sering dimasukkan ke dalam perangkat elektronik pribadi.

Masukan Gerak

Beberapa smartphone, pemutar audio digital dan asisten pribadi digital mengandung akselerometer untuk kontrol antarmuka pengguna, akselerometer sering digunakan untuk menyajikan pandangan landscape atau potret layar perangkat, berdasarkan cara perangkat sedang diadakan.

Automatic Collision Notification (ACN) sistem juga menggunakan akselerometer dalam sistem untuk panggilan untuk membantu dalam hal terjadi kecelakaan kendaraan. Sistem ACN menonjol pada OnStar pelayanan AACN, Ford Link's 911 Assist, Toyota's Safety Connect, Lexus Link, atau BMW Assist. Selain dilengkapi accelerometer smartphone juga memiliki perangkat lunak yang tersedia untuk di-download ACN. ACN sistem diaktifkan oleh deteksi kekuatan G-forces. Nintendo Wii konsol permainan video menggunakan kontroler disebut Wii Remote yang berisi accelerometer tiga sumbu dan dirancang terutama untuk input gerak. Pengguna juga memiliki pilihan untuk membeli sebuah gerak-sensitif tambahan lampiran, Nunchuk, sehingga masukan gerak bisa dicatat dari kedua tangan pengguna independen. Juga digunakan pada sistem Nintendo 3DS.

Sony PlayStation 3 menggunakan DualShock 3 jarak jauh yang menggunakan akselerometer tiga sumbu yang dapat digunakan untuk membuat kemudi lebih realistis dalam game balap, seperti Motorstorm dan Burnout Paradise .

Pada Nokia 5500 olahraga fitur 3D accelerometer yang dapat diakses dari perangkat lunak. Hal ini digunakan untuk pengakuan langkah (menghitung) dalam aplikasi olahraga, dan untuk pengakuan tekan gerakan pada antarmuka pengguna. Tekan gerakan dapat digunakan untuk mengendalikan pemutar musik dan aplikasi olahraga, misalnya untuk mengubah ke lagu berikutnya dengan menekan melalui pakaian saat perangkat ini dalam saku. Kegunaan lain untuk accelerometer pada telepon Nokia termasuk Pedometer fungsionalitas dalam Nokia Sports Tracker . Beberapa perangkat lainnya menyediakan fitur tilt penginderaan dengan komponen yang lebih murah, yang tidak accelerometer benar.

Tidur fase jam alarm menggunakan sensor accelerometric untuk mendeteksi gerakan tidur, sehingga dapat membangunkan orang ketika ia / dia tidak dalam fase REM, sehingga lebih mudah terbangun.

Orientasi penginderaan

Sejumlah perangkat abad ke-21 menggunakan akselerometer untuk menyesuaikan layar tergantung pada arah perangkat diadakan, misalnya beralih antara potret dan landscape modus. Perangkat tersebut mencakup banyak PC tablet dan beberapa smartphone dan kamera digital. Misalnya, Apple menggunakan accelerometer LIS302DL di iPhone, iPod Touch dan 4 -5 th kemudian iPod Nano memungkinkan perangkat untuk tahu kapan itu dimiringkan pada sisinya. Pengembang pihak ketiga telah memperluas penggunaan dengan aplikasi fantastis seperti elektronik bobbleheads . Pada telepon BlackBerry Storm itu juga merupakan pengguna awal fitur ini orientasi penginderaan.

Pada Nokia N95 dan Nokia N82, accelerometers telah tertanam di dalamnya. Hal ini terutama digunakan sebagai sensor kemiringan untuk tag orientasi untuk foto yang diambil dengan built-in kamera, kemudian berkat update firmware itu menjadi tersedia ke aplikasi lain. Pada Januari 2009, hampir semua ponsel baru dan kamera digital berisi setidaknya sensor kemiringan dan kadang-kadang accelerometer untuk tujuan rotasi otomatis gambar, gerak-sensitif mini-games, dan untuk memperbaiki goyang saat mengambil foto.

Gambar stabilisasi

Camcorder menggunakan akselerometer untuk stabilisasi gambar . Kamera masih menggunakan akselerometer untuk menangkap anti-blur. Kamera memegang gertakan dari CCD menutup ketika kamera bergerak. Ketika kamera masih (jika hanya untuk milidetik, karena bisa menjadi kasus untuk getaran), CCD sedang memotret. Sebuah contoh aplikasi yang telah menggunakan teknologi tersebut adalah VS2 Glogger, aplikasi ponsel yang berjalan pada Symbian OS berbasis telepon dengan accelerometer seperti Nokia N96 . Beberapa kamera digital, berisi accelerometers untuk menentukan orientasi foto yang diambil dan juga untuk memutar gambar ketika mau melihat.

Perangkat integritas

Banyak laptop fitur accelerometer yang digunakan untuk mendeteksi drop. Jika sebuah drop terdeteksi, kepala hard disk yang diparkir untuk menghindari kehilangan data dan mungkin kepala atau disk akan rusak oleh goncangan berikutnya.

Gravimetri

Sebuah gravimeter atau gravitometer, adalah alat yang digunakan dalam gravimetri untuk mengukur lokal medan gravitasi . Gravimeter adalah tipe accelerometer, kecuali bahwa accelerometers rentan terhadap semua getaran termasuk kebisingan, yang menyebabkan percepatan osilasi. Hal ini menetral di gravimeter dengan isolasi getaran integral dan pemrosesan sinyal . Meskipun prinsip penting dari desain adalah sama seperti dalam akselerometer, gravimeters biasanya dirancang untuk menjadi jauh lebih sensitif dibandingkan akselerometer untuk mengukur perubahan yang sangat kecil di dalam bumi 's gravitasi, dari 1 g . Sebaliknya, accelerometers lainnya sering dirancang untuk mengukur 1000 g atau lebih, dan banyak melakukan multi-aksial pengukuran. Kendala pada resolusi temporal biasanya kurang untuk gravimeters, sehingga resolusi yang dapat ditingkatkan dengan mengolah output dengan lebih lama "konstanta waktu".

Jenis accelerometer

Piezoelektrik accelerometer
Modus geser accelerometer
Permukaan micromachined kapasitif ( MEMS )
Termal (submicrometre CMOS proses)
Micromachined Massal kapasitif
Micromachined Massal resistif piezoelektrik
Capacitive pegas massa dasar
Elektromekanis Servo (Servo Angkatan Saldo)
Null-balance
Strain gauge
Resonansi
Magnetik induksi
Optik
Permukaan gelombang akustik (SAW)
Laser accelerometer
DC respons
Suhu tinggi
Frekuensi rendah
Tinggi gravitasi
Triaksial
Modally disetel dampak palu
Kursi pad accelerometers
Pendulating mengintegrasikan accelerometer gyroscopic

Lihat pula

Referensi

^ Tilting trains shorten transit time Diarsipkan 2011-06-04 di Wayback Machine.. Memagazine.org. Retrieved on 17 October 2011.
^ ''Vertical Speed Measurement'', by Ed Hahn in sci.aeronautics.airliners, 1996-11-22. Yarchive.net. Retrieved on 17 October 2011.

Pranala luar

Thinking About Accelerometers and Gravity by Dave Redell, LUNAR #322
Practical Guide to Accelerometers Diarsipkan 2015-06-28 di Wayback Machine.
How to Design an Accelerometer Diarsipkan 2010-02-14 di Wayback Machine.
Different types of Accelerometer Diarsipkan 2009-06-19 di Wayback Machine.
Considerations When Selecting an Accelerometer
Introduction to Accelerometer Basics: Designs, Conditioning, and Mounting
Database of acceleration data Diarsipkan 2012-03-06 di Wayback Machine.

[1] Tilting trains shorten transit time Diarsipkan 2011-06-04 di Wayback Machine.. Memagazine.org. Retrieved on 17 October 2011.

[2] ''Vertical Speed Measurement'', by Ed Hahn in sci.aeronautics.airliners, 1996-11-22. Yarchive.net. Retrieved on 17 October 2011.

[1]

[2]