Akcelerometr a żyroskop
Akcelerometr i żyroskop to dwa czujniki ruchu powszechnie stosowane w nowoczesnych urządzeniach technologicznych. Ich działanie opiera się na pojęciu bezwładności, czyli niechęci mas do zmiany stanu ruchu, stąd w zastosowaniach inżynierskich nazywanych inercyjnymi jednostkami pomiarowymi.
Akcelerometr, jak sama nazwa wskazuje, służy do pomiaru przyspieszenia liniowego, a żyroskopy służą do pomiaru różnych parametrów ruchu obrotowego. Łącząc informacje uzyskane z dwóch urządzeń, ruch obiektu w przestrzeni trójwymiarowej można obliczyć i wyświetlić z dużą dokładnością.
Więcej o akcelerometrze
Akcelerometr to urządzenie służące do pomiaru właściwego przyspieszenia; tj. przyspieszenie fizyczne odczuwane przez obiekt. Niekoniecznie mierzy szybkość zmiany prędkości w tej klatce, ale przyspieszenie odczuwane przez ciało lub ramę. Akcelerometr wyświetla przyspieszenie 9,83 ms-2 na Ziemi, zero w swobodnym spadku i w przestrzeni w stanie spoczynku. Mówiąc najprościej, akcelerometr mierzy przyspieszenie obiektu lub ramy spowodowane siłą g.
Ogólnie konstrukcja akcelerometru ma masę połączoną ze sprężyną (lub dwiema). Wydłużenie sprężyny pod działaniem siły działającej na masę daje miarę przyspieszenia właściwego działającego na układ lub ramę. Wielkość wydłużenia jest przekształcana na sygnał elektryczny przez mechanizm piezoelektryczny.
Akcelerometry mierzą siłę grawitacji działającą na ciało i mierzą tylko przyspieszenie liniowe. Nie może zapewnić dokładnych pomiarów ruchu obrotowego ciała, ale może dostarczyć informacji o kątowej orientacji platformy poprzez nachylenie wektora grawitacji.
Akcelerometry mają zastosowanie w prawie każdej dziedzinie, która wymaga pomiaru ruchu maszyny w przestrzeni trójwymiarowej oraz w pomiarach grawitacji. System nawigacji bezwładnościowej, będący istotną częścią systemu nawigacji statków powietrznych i pocisków rakietowych, wykorzystuje wysoce precyzyjne akcelerometry, a także nowoczesne urządzenia mobilne, takie jak smartfony i laptopy. W ciężkich maszynach do monitorowania drgań stosuje się akcelerometry. Akcelerometry są obecne w inżynierii, medycynie, systemach transportowych i elektronice użytkowej.
Więcej o żyroskopie
Żyroskop jest urządzeniem do pomiaru orientacji platformy i działa w oparciu o zasadę zachowania momentu pędu. Zasada zachowania momentu pędu polega na tym, że kiedy wirujące ciało próbuje zmienić swoją oś, ciało niechętnie podchodzi do zmiany, aby zachować swój pęd.
Ogólnie rzecz biorąc, żyroskopy mechaniczne mają obracającą się masę (zwykle dysk) przymocowaną do przegubu Cardana za pomocą pręta działającego jako oś. Masa obraca się bez przerwy, a gdy następuje zmiana orientacji platformy, w którymkolwiek z trzech wymiarów, pozostaje ona przez chwilę w swoim pierwotnym położeniu. Z pomiaru zmian położenia ramy żyroskopu względem osi obrotu można uzyskać informacje o zmianie orientacji kątowej.
Łącząc te informacje z akcelerometrami, można stworzyć dokładny obraz położenia ramy (lub obiektu) w przestrzeni trójwymiarowej.
Podobnie jak akcelerometry, żyroskopy są również głównym elementem systemów nawigacyjnych i każdej dziedziny inżynierii związanej z monitorowaniem ruchu. W nowoczesnych konsumenckich urządzeniach elektronicznych, zwłaszcza urządzeniach mobilnych, takich jak smartfony i komputery podręczne, do utrzymywania orientacji, aby wyświetlacz był zawsze we właściwym kierunku, stosuje się akcelerometry i żyroskopy. Jednak te akcelerometry i żyroskopy mają inną strukturę.
Jaka jest różnica między akcelerometrem a żyroskopem?
• Akcelerometr mierzy właściwe przyspieszenie liniowe, takie jak siła g.
• Podczas gdy żyroskopy mierzą zmianę orientacji, wykorzystując zmiany właściwości kątowych, takich jak przemieszczenie kątowe i prędkość kątowa.
