شتاب سنج - لرزش سنج - جا به جائی سنج

شتاب‌سنج

شتاب سنج دستگاهی است که مقدار شتاب صحیح (Proper Acceleration) را اندازه گیری می کند. شتاب صحیح شتاب نسبت به جسم در حال سقوط آزاد است.

شتاب سنج دارای مدل‌های یک محوری و چند محوری است که می توانند اندازه و جهت شتاب را به عنوان یک کمیت برداری اندازه گیری کنند؛ می توان از حسگرهای شتاب سنج برای تعیین موقعیت و آشکار سازی لرزش و ضربه استفاده کرد. شتاب سنج‌های ریزماشین کاری شده با روند رو به افزایشی در لوازم الکترونیکی قابل حمل و کنترلرهای بازی‌های کامپیوتری برای تعیین موقعیت و به عنوان ورودی بازی‌های کامپیوتری به کار می روند.

شتاب در دستگاه SI با واحد متر بر ثانیه بر ثانیه (m/s2)، در دستگاه cgs با واحد Gal و به طور معمول با واحد نیروی گرانش (g) تعیین می شود.

به دلایل عملی برای اندازه گیری شتاب اجسام نسبت به زمین، مثلا برای استفاده در سیستم‌های ناوبری ماندی، اطلاعاتی از گرانش در محل مورد نیاز است. که این مشکل از طریق تنظیم دستگاه در حالت سکون[3] یا از طریق یک مدل تقریبی از گرانش در محل کنونی برطرف می شود.

ساختار

به طور مفهومی، یک شتاب سنج مانند یک جسم میرا کننده روی یک فنر عمل می کند. هنگامی که شتاب سنج با شتابی حرکت می کند، جسم به اندازه ای جابجا می‌شود که نیروی وارد شده از فنر به جسم، جسم را با شتابی برابر شتاب بدنهٔ شتاب سنج حرکت دهد. سپس با اندازه گیری میزان جابجایی مقدار شتاب اندازه گیری می شود.

شتاب سنج‌های جدید معمولاً بر پایهٔ سیستم‌های الکترومکانیکی میکرومتری (MEMS) هستند. این ادوات در واقع ساده‌ترین ادوات تحقق پذیر MEMS هستند. این ادوات دارای تیر آزادی (cantilever beam) هستند که به یک جرم لرزه ای متصل است می باشند؛ علاوه بر اینها شامل اندکی اجزای دیگر نیز می باشند. میراکنندگی در اثر گازهای باقیماندهٔ محبوس شده در داخل دستگاه ایجاد می شود. تا زمانی که Q-factor خیلی کم نیست، میراکنندگی موجب حساسیت کم نمی شود. تحت اثر شتاب خارجی جرم لرزه ای متصل به تیر آزاد از مکان طبیعی خود منحرف می شود. این انحراف به صورت آنالوگ یا دیجیتال اندازه گیری می شود. معمولاً خازن بین مجموعه ای از تیرهای ثابت و مجموعه ای از تیرهایی که به جرم‌های لرزه ای متصل اند اندازه گیری می شوند. این روش ساده، قابل اعتماد و ارزان است. گنجاندن مقاومت‌های پیزو (piezoresistor) در فنرها برای آشکارسازی تغییر شکل فنر و متعاقبا انحراف آن‌ها جایگزین خوبی برای روش قبل می باشد. این روش تنها چند مرحله پردازش اضافه در فرایند ساخت نیاز دارد. برای حساسیت‌های بالا از تونل زنی کوانتومی نیز استفاده می شود. این روش نیاز به یک پردازش اختصاصی دارد که آن را بسیار گران می کند. اندازه گیری‌های نوری در محیط آزمایشگاهی انجام شده اند.

نوع غیر معمول دیگری از شتاب سنج‌های بر مبنای تکنولوژی MEMS شامل یک گرم کننده کوچک در پایین یک برآمدگی توخالی خیلی کوچک است. گرم کننده هوای داخل محفظه را گرم می‌کند و موجب بالا آمدن آن می شود. یک ترموکوپل بر روی محفظه مشخص می‌کند در کجا هوای گرم به محفظه می رسد و انحراف آن از مرکز برآمدگی محفظه اندازه گیریی از شتابی است که به سنسور اعمال شده است. بیشتر شتاب سنج‌های میکرو مکانیکی در صفحه کار می کنند، به این معنی که طوری طراحی شده اند که تنها به شتاب در راستای برش زیرلایه (die) حساس هستند. به وسیله ترکیب کردن دو وسیله به صورت عمود بر یکدیگر بر روی یک زیرلایه می توان یک شتاب سنج دو محوری ساخت که شتاب را در دو راستا اندازه گیری می کند. به وسیله اضافه کردن یک وسیله شتاب سنج دیگر خارج از صفحه می توان در سه راستا شتاب را اندازه گیری کرد. این ترکیب همواره خطای بسیار کمتری نسبت به حالتی دارد که افزاره‌ها را پس از ساخت جداگانه با هم ترکیب کنیم.

شتاب سنج‌های میکرومکانیکی برای اندازه گیری در محدوده‌های بسیار وسیعی، که به هزاران g هم می رسد، به کار می روند. طراح باید مصالحه ای بین حساسیت و حداکثر مقدار شتاب قابل اندازه گیری انجام دهد.

کاربردها مهندسی

شتاب سنج‌ها می توانند برای اندازه گیری شتاب وسیله‌های نقلیه به کار روند. با استفاده از آن‌ها می توان کارایی موتور و سیستم انتقال گشتاور و سیستم ترمز را ارزیابی کرد. اعداد مفیدی مانند 0-60mphو 60-0mph و زمان‌های 1/4 مایل را می توان با استفاده از شتاب سنج‌ها پیدا کرد.

جهت مشاهده ادامه مطالب به ادرس زیر مراجعه نمائید

www.btmco.ir/NewsDetail.aspx?itemid=35