加速度計は、ほとんどの慣性航法システムで使用されているセンサータイプの1つです。その名前から推測できるように、速度ではなく加速度を測定します。物体の物理的特性を扱うことになってからどれくらい経ったかにもよりますが、加速度のSI単位はm/s²（メートル/秒の2乗）であることを思い出すかもしれません。1 m/s²の値は、1秒が経過するごとに、物体の速度がさらに1 m/s増加することを意味します（1秒あたりのメートル）。
慣性航法装置は直接速度を測定することはできませんが、加速度がどのくらいあるか、どのくらいの時間続くかを記録しておくことで、加速度に時間をかけて速度を簡単に求めることができます。
例えば、2.5m/s²の加速度を5秒間見て、初期速度が0m/sと仮定した場合、INSは12.5m/s（2.5m/s²×5秒＝12.5m/s）の速度を持っていなければなりません。
距離も計算できます。これは、s = 0.5 × at²を用いて求められます。
どこで。
- sは距離
- aは加速度
- tは時間
この場合、慣性航法システムがx軸上の加速度を見たと仮定すると、前方31.25メートル（0.5 × 2.5 m/s² × 5 s² = 31.25 m）に移動したことになります。
したがって、INSに3つの加速度計を装備すると、特にそれらが相互に垂直であるように配置されている場合、INSが3D空間の加速度を測定し、現在の速度と同様に移動した距離を計算できるため非常に便利です。しかし、3軸加速度計から出力されるデータを初めて見たときによく混乱するのは、なぜ下向きの軸が-9.81m/s²の加速を示しているのかということです。その質問に答えるために、加速度計がどのように機能し、実際に何を測定するのかを見ていく必要があります。
ここで「ちょっと待って！さっき、加速度計は加速度を測定するって言ってたでしょ」と思うかもしれません。確かに加速度計は加速度を測定しますが、加速度計が実際に測定するのは自由落下に対する相対的な加速度であり、そのために垂直の加速度計が静止時に-9.81m/s²という測定値を示すと説明して、混乱を招きたくなかったのです。この点をまだ理解できなくてもご心配なく。次のセクションでそれについて説明します。
適切な加速
あなたは間違いなく前にアイザック・ニュートン卿の名前を聞いたことがあり、彼が運動のいくつかの法則を書いたことを思い出してください。ニュートンの最初のルールは、いくつかの力が物体に作用しない限り、それは完全に静止しているか、または同じ速度で移動を続けることを教えてくれます。言い換えれば、何かを動かしたり、速度を変えたりするためには、力を加える必要があるということです。彼の第二の法則は、物体の加速度が物体に作用する力と物体の質量にどのように関係しているかを説明しています。これは、力＝質量×加速度（F＝ma）とまとめることができます。
加速度計は、ニュートンの運動の第二法則で描写されている原理を使用して、自由落下に対する相対的な加速を測定します。つまり、既知の質量に作用する相対的な力を測定し、それを使用して、それが受けている加速度を計算します。これを理解するために、シンプルな加速度計の図を描くことから始めましょう。
画像から、加速度ピックアップには既知の質量が含まれており、力を測定できるトランスデューサに取り付けられていることがわかります。しかし、質量は加速度センサのケーシング内で拘束されており、左右にしか動かすことができないことに注意してください-これが加速度センサの測定軸を定義します。
では、これは実際の世界でどのように機能するのでしょうか？下の画像は、自動車に加速度計を乗せるとどうなるかを示しています。自動車は、静止、加速中、一定の速度での巡航中およびブレーキ中の4種の状態で示されています。各シナリオで加速度計内の質量に何が起こるかを確認できます。
車が静止している間は、力が作用していないため（少なくとも測定軸に沿ってではない）、質量はその中心位置にとどまっています。
車が一定の速度で巡航している間、変換器は力を検出せず、加速度計は、したがって、質量は加速度を登録しません - 静的な車と同様に。
車が加速してブレーキをかけると質量が移動します。アクセルを踏んでいる間は、センサーの後方に向かって移動します。
ブレーキをかけると、質量は前に向かって移動します。車が強くブレーキをかけて加速すればするほど、質量はさらに移動していきます。
質量が変位するたびに、力を測定する変換器が値を登録します。センサは質量とその質量に作用する力を知っているので、質量が移動する原因となる加速度を簡単に計算することができます。
それは十分に論理的に見えますが、なぜ床に垂直に置かれた加速度計が9.81 m/s²の値を生成するのかは説明できません。それなのに、自由落下中の加速度計は、明らかに空を通って落下するときに加速しているのに、加速度はゼロを示しているのでしょうか？その答えはここに示されています。
この加速度計は床に座っています。重力はケーシングと中の質量の両方に作用していますが、どちらも自由落下状態ではありません。なぜなら、地面がケーシングの動きを止めているからです。
この場合、床は重力が加速度ピックアップのケーシングを下方に引っ張るのを防ぎます。しかし、加速度ピックアップの中に吊るされている質量はそうです。加速度センサの測定軸が重力が作用する平面と一致するように回転しているので、それは動くことができます。
質量にかかる力の量は
重力による加速度は-981 m/s²を読み取ることになります。ですから、加速度センサーが加速していなくても、質量とケーシングに作用する力は明らかに異なっています。
この加速度センサは自由落下中です抗力を無視して、質量とセンサのケーシングの両方に作用する唯一の力は重力です。したがって、測定軸が重力の加速度を測定すべき方向に向いているにもかかわらず、質量とケーシングの両方が自由落下状態にあるため、センサは 0 m/s² を読み取ることになります。したがって、相対的な差はありません。別の見方をすれば、ケーシングと質量の両方が同じ速度で加速しているので、測定する相対的な差はありません。
要約すると、加速度ピックアップは直進運動の測定には優れていますが、回転運動には向いていません。 ジャイロ 入って
