Cảm biến gia tốc với nhiều ứng dụng quan trọng là gia tốc kế trong oto, lĩnh vực kỹ thuật, sinh học, y học, công nghiệp,…cùng CNSG tìm hiểu về loại cảm biến này trong bài viết dưới đây.
Cảm biến gia tốc là gì?
- Cảm biến gia tốc còn được gọi là gia tốc kế, thiết bị cảm ứng này được dùng với mục đích để đo gia tốc chính xác của vật thể ngay cả khi vật đang tăng tốc ngay lập tức.
- Gia tốc kế có khả năng cảm biến để đo lực gia tốc tác dụng lên một vật thể, từ cảm biến này có thể dễ dàng xác định vị trí của vật thể đó trong không gian và theo dõi chuyển động của vật thể đó.
- Cảm biến gia tốc là thiết bị quan trọng và có nhiều ứng dụng trong công nghiệp và khoa học. Gia tốc kế có độ nhạy và chính xác cao là thành phần của hệ thống dẫn đường quán tính cho máy bay và tên lửa. Gia tốc kế được sử dụng để phát hiện và theo dõi độ rung trong các hệ thống máy móc quay.
- Qua sự phân tách của gia tốc trong không gian, tức là độ dốc của trường hấp dẫn, phần gia tốc kế phối hợp có thể được sử dụng để đo sự khác biệt về gia tốc thích hợp, đặc biệt là trọng lực.
- Gia tốc kế của hệ thống vi cơ điện tử (MEMS) ngày càng hiện diện trong các thiết bị điện tử cầm tay và bộ điều khiển trò chơi video, để phát hiện vị trí của thiết bị hoặc cung cấp cho đầu vào trò chơi.
Đặc điểm của gia tốc kế
- Gia tốc là tốc độ thay đổi vận tốc của một vật. Có hai loại lực gia tốc: lực tĩnh và lực động. Lực tĩnh là lực liên tục tác dụng lên vật thể như lực ma sát hoặc trọng lực. Lực động là lực “chuyển động” tác dụng lên vật thể với nhiều tốc độ khác nhau như rung động, lực tác dụng lên bi cái trong trò chơi bi-a,….
- Gia tốc kế được sử dụng trong các hệ thống an toàn khi va chạm trên ô tô. Khi một chiếc xe bị tác động bởi một lực động mạnh, gia tốc kế ngay lập tức cảm nhận sự giảm tốc nhanh chóng sẽ gửi một tín hiệu điện tử đến một máy tính nhúng cài đặt thông số an toàn từ trước, từ đó sẽ triển khai các túi khí nhằm đảm bảo an toàn.
Nguyên lý hoạt động của cảm biến gia tốc
Khi cảm biến gia tốc được kết nối với một bề mặt vật thể cần kiểm tra, các rung động hoặc sự thay đổi trong chuyển động (gia tốc) của bề mặt này sẽ tác động một lực lên vật liệu áp điện của cảm biến, từ đó sinh ra một điện áp tỷ lệ với lực tác động này, điện áp sẽ nhận được tín hiệu truyền về thiết bị đo và hiển thị dữ liệu lên màn hình.
Vì điện tích tỷ lệ với lực và khối lượng là một hằng số, nên phần điện tích này cũng tỷ lệ với gia tốc. Lực tác động lên gia tốc kế càng lớn thì giá trị đo được càng lớn
Bộ thiết bị bao gồm gia tốc kế và công cụ đo được gọi chung là máy đo độ rung
Xem thêm:
Phương thức hoạt động
Gia tốc kế hoạt động bằng phương pháp sử dụng cảm biến cơ điện được thiết kế sẵn sàng để đo gia tốc tĩnh hoặc động.
- Gia tốc tĩnh là lực không đổi tác dụng lên một vật thể như trọng lực hoặc lực ma sát. Các lực này đồng nhất ở một mức độ lớn và hoàn toàn có thể dự đoán được. Ví dụ, gia tốc do trọng lực không đổi là 9,8m/s và lực hấp dẫn gần như giống nhau tại mọi điểm trên trái đất.
- Gia tốc động là các lực sinh ra nhưng không đồng nhất, ví dụ tốt nhất là các rung động hoặc sốc. Tai nạn ô tô là một ví dụ thực tế nhất về gia tốc động. Ở đây, sự thay đổi gia tốc là đột ngột khi so với trạng thái trước đó của nó.
Ứng dụng của gia tốc kế
Cảm biến gia tốc có rất nhiều ứng dụng quan trọng trong đời sống, sản xuất, kỹ thuật,…tiêu biểu với những ứng dụng như:
- Kỹ thuật: cảm biến gia tốc có thể được sử dụng để đo gia tốc xe. Gia tốc kế có thể được sử dụng để đo độ rung trên máy móc, tòa nhà, ô tô, hệ thống kiểm soát quá trình và lắp đặt an toàn.
- Sinh học: gia tốc kế cũng ngày càng được sử dụng nhiều trong khoa học sinh học. Các bản ghi tần số cao của gia tốc hai trục hoặc gia tốc ba trục cho phép phân biệt các kiểu hành vi trong khi động vật khuất tầm nhìn.
- Công nghiệp: gia tốc kế cũng được sử dụng để theo dõi sức khỏe máy móc để báo cáo độ rung và sự thay đổi thời gian của trục tại ổ trục của thiết bị quay. Dữ liệu rung gia tốc cho phép người dùng giám sát các máy và phát hiện các lỗi này trước khi thiết bị quay bị hỏng hoàn toàn.
- Giám sát xây dựng và kết cấu: Gia tốc kế được sử dụng để đo chuyển động và độ rung của cấu trúc tiếp xúc với tải trọng động
- Ngoài ra, cảm biến gia tốc còn được ứng dụng trong những lĩnh vực quan trọng khác như: ứng dụng trong y tế, điều hướng, vận chuyển, điện tử tiêu dùng, ổn định hình ảnh, đảm bảo tính toàn vẹn của thiết bị, cảm biến định hướng, phát hiện núi lửa, đầu vào chuyển động,….