Яндекс.Метрика

Этот же сайт без рекламы:    accelerometers<точка>000webhostapp<точка>com

e-mail: post4inet@gmail.com - акселерометр купить , задать вопрос


акселерометры  - обзор предлагаемых устройств
прецизионный акселерометр
 - измерение малых ускорений,
 - широкий динамический диапазон
акселерометр Bluetooth ВИДЕО Акселерометр Bluetooth -график в реальном времени
акселерометр USB ВИДЕО Измерения акселерометром USB с памятью  
акселерометр RS-485 ВИДЕО Измерения акселерометром RS-485:  
акселерометры с аналоговыми выходами
Ударные испытания транспорта ВИДЕО Испытания ж/д цистерны на удар
Ударные испытания оборудования ВИДЕО Испытания велосипедных шлемов на удар

Программное обеспечение
Параметры акселерометров
Применение акселерометров

Параметры акселерометров

Выборки и АЦП

Воздействующее ускорение акселерометр преобразует в электрический сигнал, который кондиционируется (усилвается или ослабляется, а при необходимости к нему добавляется постоянное смещение) так, чтобы его возможные уровни соответствовали входному диапазону аналого-цифрового преобразователя (АЦП).

АЦП периодически осуществляет выборку сигнала, т.е., запоминает текущее значение сигнала и преобразовывает его в пропорциональный этому значению цифровой код. 

В зависимости от числа разрядов АЦП, код принимает положительные целочисленные значения в диапазоне от 0 до 2N-1, где N - число разрядов АЦП
Так, для 10-разрядного АЦП код может принимать значения от 0 до 1023, для 12-разрядного - от 0 до 4095.
Значения кодов АЦП безразмерны, их также называют единицами АЦП

Выборки выполняются через одинаковые интервалы времени Т;
Fвыборки (частота выборки) - величина, обратная интервалу между выборками: Fвыборки = 1 / T

На следующей картинке синий график представляет кондиционированный входной сигнал АЦП, выборки представлены красными точками
Выборки
На компьюетр выборки поступают последовательно, примерно в таком виде: 519 535 530 ... (это выборки №1,2,3...)

Увеличив масштаб просмотра, получим следующую картинку:
Выборки
На картинке заметно, что значения сигнала и выборки отличаются: выборка в единицах АЦП - это ближайшее целое число, соответствующее значению выбираемого сигнала.

Компьютер восстанавливает сигнал по выборкам, в простейшем случае выборки на графике соединяются прямыми линиями, а степень искажения графика тем меньше, чем больше число разрядов АЦП и чем выше частота выборки (чем выше эти параметры, тем дороже устройство):
Выборки
Для восстановления реальных значений времени достаточно каждый номер выборки разделить на частоту выборки.
Для отображения на графике ускорений нужно из значений выборок вычесть постоянную составляющую - для показанного графика это 512 единиц АЦП - полученную величину домножить на коэффициент преобразования единиц АЦП в ускорение.
Коэффициенты преобразования определяются в результате калибровки каждого акселерометра и хранятся в файле Scales.scl в одной папке с приложением. Файл текстовый, его можно открыть в Блокноте.

Частота выборки при ударном воздействии 

На трех представленных ниже графиках функция sin(x)/x имитирует ударное воздействие.
Длительность центрального импульса на первом графике порядка 2мс, на втором - 8мс, на третьем - 32мс (оценка по уровню сигнала, равному нулю).
Импульсы в одинаковом масштабе

На следующих картинках показано, как будут отображаться эти же импульсы при записи с разной частотой выборки.
Первый график растянут примерно в 16 раз, второй в 4 раза.

Fвыборки - импульс 0,15мс  Fвыборки - импульс 0,6мс Fвыборки - импульс 3мс
На всех трех картинках синий график имитирует запись колебаний акселерометром с полосой частот 0...22кГц, красный график - при частоте выборки 3,2кГц,
черный график - частота выборки 400Гц.
Если цвет различить трудно, синий график (полоса частот 0...22кГц) наиболее качественно воспроизводит воздействие, красный график (Fвыборки 3,2кГц) хуже,  черный график (Fвыборки=400Гц) - наиболее искаженный сигнал.

Замечания:
-полоса частот и частота выборки:
здесь полоса частот для акселерометра с аналоговым выходом, частота выборки определяется подключаемым к акселерометру АЦП, для преобразования сигнала частотой 22кГц частота выборки АЦП должна быть как минимум вдвое выше;
-максимальная частоты выборки 3,2кГц (3200Гц) у предлагаемых на сайте цифровых акселерометров, при этом полоса частот у них 0..1600Гц (верхняя частота вдвое ниже: частоты выборки).

На первой картинке при длительности импульса в 2мс лишь акселерометр с полосой 22кГц достаточно точно измеряет сигнал, акселерометр с частотой выборки 3200Гц дает сильно искаженный график, а акселерометр с чатотой выборки 400Гц практически "не замечает" столь быстрого изменения ускорения.

Импульсное воздействие длительностью 8мс достаточно хорошо воспроизводится уже и при частоте выборки 3200Гц (вторая картинка).
И только "медленный" импульс длительностью 32мс, с плавными спадом и фронтом, воспроизводится практически одинаково как высокочастотным акселерометром с полосой 0..22кГц, так и низкочастотными акселерометрами с частотой выборки 3200 Гц и с частотой выборки 400Гц.

Графики сигналов, записанных акселерометрами с разными диапазонами частот / частотами выборки, смотрите здесь: Удар высокочастотным и низкочастотным акселерометрами по деревянной поверхности.  и здесь:
Удар: одновременное измерение двумя акселерометрами с разной полосой частот.

Указанными частотами выборки и полосами частот обладают имеющиеся в продаже MEMS-акселерометры (акселерометры в корпусах как у микросхем):
22кГц - существуют акселерометры с аналоговым выходом, способные преобразовывать механическое воздействие в диапазоне частот 0...22000Гц
(если точнее, до 10кГц АЧХ горизонатльна, подъем (резонанс) на 22кГц на 7дБ, на 32кГц спад -3дБ);
эти акселерометры предназначены для регистрации ударных воздействий, у них низкая чувствительность; доступны акселерометры с диапазоном ±70g, ±250g и ±500g
цена только микросхемы такого акселерометра несколько десятков евро

3200Гц - максимальная частота выборки для предлагаемых на сайте цифровых акслерометров (usb, rs-485)

400Гц - существует серия акселерометров на разные диапазоны со встроенным низкочастотным фильтром с полосой частот 0...400Гц.

Диапазон измерения и амплитуда ускорения

На следующих трех картинках ускорение (синий график) отображается выборками (красные точки) при разном соотношении диапазона входного сигнала и измерительного диапазона акселерометра.
Проще говоря, синий график - то, что измеряем, что воздействует на акселерометр, красный график - то, что увидим на монитрое компьютера.

на первой картинке выбранный диапазон акселерометра ±2g соответствует амплитуде входного сигнала, сигнал воспроизводится по выборкам с максимальным разрешением
Диапазон 2g

на второй картинке амплитуда входного воздействия 100g значительно превышает выбранный диапазон акселерометра ±16g, при выходе уровня сигнала за границы измерительного диапазона акселерометра наступает ограничение
Диапазон 16g перегрузка

третья картинка показывает, как отображается сигнал, когда его амплитуда 0,02g гораздо меньше выбранного диапазона акселерометра ±2g .
АЦП, как было описано выше, передает целочисленные коды, т.е., между выборками №46 и №47 разница в единицу АЦП, а соответствующее ускорение в 0,002g получается домножением единиц АЦП на коэффициент преобразования..
Слишком малые относительно диапазона акселерометра изменения ускорения будут отображаться ступеньками 
Диапазон 2g малый сигнал


Выводы::
при выборе акселерометра для корректной записи ускорения желательно представлять параметры ускорения, например, для удара диапазон измеряемых ускорений и длительность их действия; такие параметры можно разыскать в специальной литературы.
В интернете можно найти параметры ударов в спорте, или параметры ускорения при падении объектов на разные поверхности.

Если тестируются устройства для обеспечения безопасности человека, можно руководствоваться тем, что пилот теряет сознание при перегрузках порядка 10g, но эта перегрузка относительно продолжительная - порядка секунд; такую же перегрузку в течение, наример, десятка миллисекунд выдержит и не тренированный человек. Для обычных условий безопасным считается вдвое-втрое меньшее ускорение.

При испытании промышленных конструкций интерес скорее представляет не передача удара, а реакция конструкции на удар: резонансная частота, затухание колебаний. Об этом подробнее здесь

Реальные графики ударных ускорений, записанные низкочастотными и высокочастотными акселерометрами с разной чувствительностью, представлены здесь.


Ниже приведен фрагмент статьи из википедии, дающий представление о величинах перегрузки, которые способен перенести человек.
Ссылка на статью из ВИКИПЕДИИ , на июль 2017г. название статьи "Перегрузка (летательные аппараты)"

Перегрузки

g используется в космонавтике, авиации, автоспорте, а также вообще в технике как единица измерения перегрузок — увеличения веса тела, вызванного его движением с ускорением. Допустимое значение перегрузок для гражданских самолетов составляет 4,33 g. Обычный человек может выдерживать перегрузки до 5 g.
Тренированные пилоты в антиперегрузочных костюмах могут переносить перегрузки до 9 g. Сопротивляемость к отрицательным, направленным вверх перегрузкам, значительно ниже. Обычно при −2;-3 g в глазах «краснеет» и человек тяжелее переносит такую перегрузку из-за прилива крови к голове.

В этом вопросе существует небольшая терминологическая путаница: к примеру, определение перегрузки выше даёт для стоящего неподвижно человека перегрузку в 0g, но в таблице ниже этот же случай рассматривается как перегрузка в 1g. Похожий казус происходит также и при измерении давления: мы говорим — давление 0, подразумевая давление в одну атмосферу вокруг нас, учёный скажет — давление 0, подразумевая полное отсутствие молекул в данном объёме.

Примерные значения перегрузок, встречающихся в жизни
Человек, стоящий неподвижно 1 g
Пассажир в самолете при взлете 1,5 g
Парашютист при приземлении со скоростью 6 м/с 1,8 g
Парашютист при раскрытии парашюта (при изменении скорости от 60 до 5 м/с) 5,0 g
Космонавты при спуске в космическом корабле «Союз» до 3,0—4,0 g
Летчик при выполнении фигур высшего пилотажа до 5 g
Летчик при выведении самолета из пикирования 8,0—9 g
Перегрузка (длительная), соответствующая пределу физиологических возможностей человека 8,0—10,0 g
Наибольшая (кратковременная) перегрузка автомобиля, при которой человеку удалось выжить 214 g


Результаты сброса манекена со встроенным акселерометром с высоты на асфальт и в воду.

Испытания показаны в ТВ передаче "Mythbusters" ("Разрушители легенд"), выпуск 167, 9-й сезон,
http://prodiscovery.ru/565-razrushiteli-legend-167-vypusk-9-sezon.html
фрагменты с 7-й минуты и с 18-й минуты.

сброс манекена с высоты 8м
в воду ногами вниз      <25g; в воду плашмя       115g
на асфальт ногами вниз 60g, на асфальт плашмя 285g

15м
вода плашмя 220g
асфальт плашмя >500g

22м
вода ногами  29g
асфальт ногами >500g

Для измерений использовался акселерометр
с диапазоном измеряемых ускорений 25g...500g
частота выборки до 3200Гц
Возможна доработка программного обеспечения по предложениям заказчиков
Другие устройства для измерения, управления и контроля:

акселерометры (цифровой с usb-интерфейсом и памятью; цифровой с интерфейсом RS-485 - работа на кабель до 100м, аналоговые с мощным выходом - работа на низкоомную нагрузку, длинный кабель)

контроллер gsm-управления и сигнализации

USB-АЦП 12 разрядов, частота выборки 1МГц, память 0,5МБайт

USB-контроллер 8-ми термопар/USB-АЦП 12 разрядов, 8 каналов, память 0,5МБайт

синхронный USB-АЦП 4+4 канала, входы ток/напряжение, переключаемые нагрузки для токовых входов, 12 разрядов, 0,5МБайт память

люксметр

колориметр (измерение цвета и цветности)

прочие устройства

публикации