صفحه محصول - پاورپوینت کامل و جامع با عنوان سنسورهای شتاب سنج در 26 اسلاید

توضیحات

شتاب سنج دستگاهی است که مقدار شتاب صحیح (Proper Acceleration) را اندازه‌گیری می‌کند. شتاب صحیح شتاب نسبت به جسم در حال سقوط آزاد است.

شتاب سنج دارای مدل‌های یک محوری و چند محوری است که می‌توانند اندازه و جهت شتاب را به عنوان یک کمیت برداری اندازه‌گیری کنند؛ می‌توان از حسگرهای شتاب سنج برای تعیین موقعیت و آشکارسازی 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 سنج مقدار شتاب صحیح را که شتاب نسبت به جسم در حال سقوط آزاد است را اندازه‌گیری می‌کند. شتاب صحیح شتابی است که اجسام و اشخاص آن را احساس می‌کنند. معمولاً شتاب را برحسب نیروی گرانش 'g=9.8 m/s^2'اندازه‌گیری می‌کنند. به عبارت دیگر، بر اساس اصل هم-ارزی در فیزیک در هر نقطه از فضا یک دستگاه مرجع مانا وجود دارد، و شتاب سنج شتاب نسبت به آن دستگاه شتاب را اندازه می‌گیرد. به این صورت که فرض می‌کند اگر قرار بود در دستگاه مرجع مانا بدون شتاب باشد هیچ نیرویی به آن وارد نمی شد و حال نیروهای وارد به خود را اندازه می‌گیرد و شتابی را که باید داشته باشد حدس می زند.

شتاب صحیح شتابی است که با توجه به نیروهای وارد بر جسم محاسبه می‌شود. طبق اصل هم-ارزی تفاوتی بین جسمی که در یک سفینهٔ فضایی با شتاب 1g حرکت می‌کند و جسمی که روی زمین قرار دارد و تحت نیروی گرانش 1g قرار دارد وجود ندارد و تحت اثر همان نیروهایی قرار دارد که جسم در حال حرکت شتاب دار تحت اثر آن‌ها است. بنابراین شتاب سنجی که در حالت ساکن نسبت به سطح زمین قرار گرفته‌است شتابی برابر 1g به سمت بالا را نشان خواهد داد، زیرا هر نقطه روی سطح زمین نسبت به دستگاه مرجع لخت محلی به سمت بالا شتاب می‌گیرد. این دستگاه مرجع لخت محلی دستگاه یک جسم در حال سقوط آزاد روی سطح زمین است. برای اینکه مقدار شتاب خالص ناشی از حرکت را نسبت به زمین به دست آوریم باید مقدار تفاوت شتابی که گرانش ایجاد می‌کند، را کم کرد. از آنجایی که نیروی گرانش موجب شتاب صحیح نمی‌شود و شتاب سنج نسبت به شتاب گرانشی حساس نیست، و مقدار آن را نمی‌تواند مستقیماً اندازه‌گیری کند، این موضوع به‌طور کلی در مورد هر میدان گرانشی درست است.

علت وجود اختلاف به دلیل گرانش را می‌توان با اصل هم ارزی انیشتین توجیه کرد. این اصل بیان می‌کند که اثر گرانش بر اجسام از اثر شتاب دستگاه مرجع غیر قابل تفکیک است. هنگامی که در یک میدان گرانشی به وسیلهٔ اعمال نیروی واکنش از طرف زمین یا نیروی مخالف برابر دیگری به سمت بالا در حالت سکون هستیم، دستگاه مرجع برای یک شتاب سنج (بدنهٔ شتاب سنج) نسبت به دستگاه مرجع متصل به جسم در حال سقوط آزاد دارای شتابی به سمت بالا است. اثر شتاب این دستگاه مرجع از هر شتاب دیگری که روی ابزار اعمال می‌شود، غیر قابل تفکیک است. بنابراین یک شتاب سنج نمی‌تواند تفاوت بین نشستن درون یک موشک روی سکوی پرتاب و حرکت در همان موشک با شتاب 1g در اعماق فضا را تشخیص دهد.

به همین دلیل یک شتاب سنج در هنگام سقوط آزاد شتاب صفر را نشان می‌دهد. این موضوع شامل استفاده از شتاب سنج درون یک سفینهٔ اکتشافی در اعماق فضا و به دور از هر جرم، سفینه‌ای که به دور زمین می گردد، هواپیمایی که در قوس سهموی صفر-g یا هر مسیر سقوط آزاد دیگری در خلا را طی می‌کند، می‌شود. یک مثال برای این مورد سقوط آزاد از ارتفاع زیاد با صرف نظر از اثر اتمسفری است.

اگرچه این موضوع در مورد یک سقوط غیر آزاد که مقاومت هوا موجب نیروی پس کشی و کاهش شتاب می‌شود صدق نمی‌کند، ولی پس از اینکه به سرعت حد رسیدیم، شتاب سنج شتاب 1g به سمت بالا را احساس می‌کند. این شتاب ناشی از نیروی پس کشی است. مثالی عملی از این مسئله هنگامی است که یک چترباز در حال سقوط به سرعت حد می رسد و دیگر احساس نمی‌کند که در حال سقوط آزاد است و احساسی مشابه خوابیدن روی تختی از هوا دارد.

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

به دلایل عملی برای اندازه‌گیری شتاب اجسام نسبت به زمین، مثلاً 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 می‌شود.

فهرست مطالب:

نوع اندازه گیری

دسته بندی شتاب سنج ها

ساختار

شتاب سنج و G مجاز

کاربرد شتاب سنج

انواع شتاب سنج ها

شتاب سنج های پیزوالکتریکی

اجزای اصلی شتاب سنج پیزوالکتریکی

شتاب سنج های پیزومقاومتی

شتاب سنج های خازنی

عملکرد چند شتاب سنج بر پایه تغییرات دمایی