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가속도계

산업 기사 2020년 10월 5일

가속도계는 대부분의 관성 내비게이션 시스템에 사용되는 센서 유형 중 하나입니다. 이름에서 짐작할 수 있듯이 속도는 아닌 가속을 측정합니다. 객체의 물리적 특성을 처리해야 했기 때문에 얼마나 오래 지속되었는지에 따라 가속의 SI 단위가 m/s²(세컨드 초당 미터)임을 기억할 수 있습니다. 값이 1m/s²에 달하면 통과하는 초당 1m/s의 속도는 1m/s(말: 초당 미터)로 증가한다는 것을 의미합니다.

관성 내비게이션 시스템이 속도를 직접 측정하지는 않지만, 얼마나 많은 가속이 있는지, 얼마나 오래 지속되는지를 추적하여 INS는 시간에 따라 가속속도를 곱하여 속도의 속도를 쉽게 해결할 수 있습니다.

예를 들어, 5초 동안 2.5m/s²의가속을 보았고 초기 속도가 0m/s라고가정하면 INS는 이제 12.5m/s/s(2.5m/s² × 5s = 12.5m/s)의속도를 가져야 합니다.

거리도 계산할 수 있습니다. s = 0.5 × at²를 사용하여 발견됩니다.

어디:

  • s는 거리입니다.
  • a 가속
  • t는 시간입니다

이 경우 관성 내비게이션 시스템이 x축의 가속을 보았다고 가정하면 31.25미터(0.5× 2.5m/s² × 5s² = 31.25m)로 이동했다.

따라서 3개의 가속도계를 갖게 되면 INS가 3D 공간에서 가속도를 측정하고 이동 거리와 현재 속도를 계산할 수 있기 때문에 상호 수직 방식으로 배열될 때 매우 유용합니다. 그러나 3축 가속도계에서 출력되는 데이터를 처음 접할 때 종종 사람들을 혼란스럽게 하는 한 가지는 아래를 가리키는 축이 왜 -9.81m/s²의 가속을 표시하는지일 것입니다. 그 질문에 대답하기 위해 우리는 가속도계가 어떻게 작동하는지, 그리고 실제로 무엇을 측정하는지 살펴봐야 합니다.

여기에서 '잠깐! 아까 가속도계는 가속도를 측정한다고 했잖아?'라고 생각할지도 모릅니다. 물론 가속도계는 가속도를 측정하지만, 가속도계가 실제로 측정하는 것은 자유 낙하에 대한 가속이며, 이를 위해 수직 가속도계가 정지 시 -9.81 m/s²라는 측정값을 나타내는 것입니다. 아직 이해되지 않는다고 해도 걱정하지 마십시오.

 

적절한 가속

당신은 의심 할 여지없이 전에 아이작 뉴턴 경의 이름을 듣고 그가 운동의 몇 가지 법칙을 썼다 기억. 뉴턴의 첫 번째 규칙은 어떤 힘이 물체에 작용하지 않는 한, 그것은 완벽하게 가만히 유지하거나 같은 속도로 계속 움직일 것이라고 우리에게 알려줍니다. 즉, 움직이는 것을 얻거나 속도를 변경하려면 힘을 적용해야합니다. 두 번째 규칙은 오브젝트의 가속도가 오브젝트에 작용하는 힘 및 오브젝트질량과 어떻게 관련이 있는지 를 설명합니다. 힘 = 질량 × 가속(F = ma)으로 요약할 수 있습니다.

가속도계는 뉴턴의 두 번째 운동 법칙에 설명된 원리를 이용하여 자유 낙하를 기준으로 가속을 측정합니다. 즉, 알려진 질량에 작용하는 상대적인 힘을 측정하고 이를 사용하여 수행해야 하는 가속도를 계산합니다. 이를 이해하기 위해 간단한 가속도계를 그려 보겠습니다.

이미지에서, 우리는 가속도계가 힘을 측정 할 수있는 트랜스 듀서에 부착 된 알려진 질량을 포함하는 것을 볼 수 있습니다. 그러나 질량은 가속도계의 케이스 내에서 제약을 받고 왼쪽 또는 오른쪽으로만 이동할 수 있으며 이는 가속도계의 측정 축을 정의합니다.

그렇다면 실제 환경에서는 어떻게 작동하겠습니까? 아래 이미지는 가속도계를 차에 설치할 때 어떤 일이 발생하는지 보여줍니다. 자동차는 정지, 가속, 일정한 속도로 주행 및 제동의 네 가지 상태로 표시됩니다. 각 시나리오에서 가속도계 내부의 질량에 어떤 일이 발생하는지 확인할 수 있습니다.

정적

자동차가 정적이지만 질량은 힘이 작용하지 않기 때문에 중앙 위치에 남아 있습니다 (적어도 측정 축을 따라는 아님).

크루 징

자동차가 일정한 속도로 순항하는 동안 트랜스듀서는 힘과 가속도계를 감지하지 않으므로 정전기와 마찬가지로 질량은 가속을 기록하지 않습니다.

가속

자동차가 가속하고 브레이크를 밟으면 질량이 움직입니다. 가속하는 동안 센서의 뒤쪽쪽으로 이동합니다.

제동

제동 아래 질량이 앞쪽으로 이동합니다. 자동차 브레이크가 단단하고 가속할수록 질량이 더 이상 변위됩니다.

질량이 힘을 측정하는 트랜스듀서를 변위할 때마다 값을 등록합니다. 센서는 질량과 그 질량에 작용하는 힘을 알고 있기 때문에 질량이 이동해야 하는 가속도를 쉽게 계산할 수 있습니다.

그것은 충분히 논리적 인 것 같지만, 바닥에 수직으로 배치 가속도계가 명확하게 움직이지 않더라도 9.81 m / s²의 값을 생성하는 이유를 설명하지 않습니다. 그럼에도 불구하고 자유 낙하의 가속도계는 하늘을 통해 떨어지면서 분명히 가속화되고 있으며 가속이 전혀 보이지 않습니다. 그에 대한 대답은 여기에 표시됩니다.

이 가속도계는 바닥에 앉아 있다. 중력은 케이스와 내부질량 모두에 작용하지만, 지면이 케이싱이 이동하는 것을 막고 케이스의 제약이 질량이 너무 움직이지 못하게 하기 때문에 자유 낙하에 있지 않습니다(좌우로 이동하려고 하지 않는 한).

이 경우 바닥은 중력이 가속도계의 케이스를 아래로 당기는 것을 방지하므로 케이싱이 자유 낙하되지 않습니다. 그러나, 가속도계에서 중단된 질량은 이다. 가속도계가 설정되어 측정 축이 중력이 작용하는 평면과 일치하기 때문에 이동할 수 있습니다.

질량에 가해지는 힘의 양은
중력으로 인한 가속, 센서는 -981 m / s²를 읽을 수 있습니다. 따라서 가속도계가 가속화되지는 않지만 질량과 케이스에 작용하는 힘은 분명히 다릅니다.

이 가속도계는 자유 낙하에 있습니다. 드래그를 무시하고 센서의 질량과 케이싱 모두에서 작용하는 유일한 힘은 중력입니다. 따라서 측정 축이 중력의 가속을 측정하는 방식으로 지향되지만 질량과 케이싱이 모두 자유 낙하에 있기 때문에 센서는 0m /s²를 읽습니다. 따라서 상대적 차이가 없습니다. 또는 다른 방법을 보면 케이스와 질량이 모두 동일한 속도로 가속화되므로 측정할 상대적 차이가 없습니다.

요약하자면, 가속도계는 직선 움직임을 측정하는 데 뛰어나지만, 자이로가 들어오는 로테이션에는 좋지 않습니다.

 

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