مقياس التسارع

مقياس التسارع لقياس التسارع نتيجة نسبية لتجربة السقوط الحر أثر الجاذبية. والنماذح المتاحة بمحور واحد ومتعددة المحاور للكشف عن حجم واتجاه التسارع كقوة موجهة للكمية، ويمكن استخدامها للتوجيه المعني، والاهتزاز والصدمات. مقياس التسارع ماكينة ميكرو يتزايد في تواجده في الأجهزة الإلكترونية المحمولة، وأجهزة التحكم في لعب الفيديو.

وثمة تصوير للتسارع المصمم في مختبرات سانديا الوطنية.

مبادئ فيزيائية

مقياس التسارع لقياس التسارع نتيجة نسبية لتجربة الوقوع أثر الجادبية. وهذا يعادل تسارع بالقصور الذاتي ناقص تسارع الجاذبية المحلية [1][2]، حيث تسارع بالقصور الذاتي المفهوم في منطق نيوتن لإدراك التسارع من جهة ثابتة الإطار المرجعي، والتي غالبا ما تكون الأرض تعتبر تقريبية.

ونتيجة لذلك، فانها مضادة تماما بشكل حدسي، والتسارع في الراحة على سطح الأرض تبين 1ج صعوداً على طول المحور الرأسي. للحصول على تسارع بالقصور الذاتي (بسبب الحركة وحدها)، فلابد من طرح توازن الجاذبية. إلى جانب جميع الاتجاهات الأفقية، فالجهاز يمنح التسارع مباشرة. على العكس من ذلك، فإن الجهاز سيكون الناتج منه صفر خلال السقوط الحر، حيث التسارع يتبع الجاذبية. ويشمل ذلك الاستخدام في المركبة الفضائية التي تدور حول الأرض، ولكنها ليست (غير حرة) مع انخفاض مقاومة الهواء، حيث قوة السحب تحد من التسارع حتى تصل إلى السرعة النهائية، وعندها سيشير الجهاز مرة أخرى إلى 1ج توازن عمودي.

والسبب في ظهور توازن الجاذبية هي مبدأ معادلة اينشتاين[3] التي تنص على أن آثر الجاذبية في جسم لا يمكن تميزه من تسارع الإطار المرجعي. عندما تكون السيطرة ثابتة في مجال الجاذبية، على سبيل المثال، تطبيق قوة رد فعل الأرض أو ما يعادلها الاتجاه التصاعدي، والإطار المرجعي لمقياس التسارع (غلافها الخارجي) يتسارع إلى أعلى فيما يتعلق في الإطار المرجعي بالسقوط الحر. لا يمكن تميز أثر هذا الإطار المرجعي للتسارع مباشرة من أية جهة تسارع أخرى يمر بها الجهاز.

التسارع لها كمية محدودة في النظام المتري الدولي (SI)وحدة متر في الثانية في الثانية (m/s2)، في نظام القياس المستخدم السنتي متر، والجرام، والدقيقة (cgs) وحدة جال (جال)، أو بلغة جي فورس (g) عامة (g-force)

الطريقة العملية للعثور على تسارع الأشياء بالنسبة لكوكب الأرض، مثل استخدامها في نظام الملاحة بالقصور الذاتي، ومطلوب المعرفة المحلية بالجاذبية. ويمكن الحصول على هذا إما عن طريق معايرة الجهاز عندما يثبت[4]، أو من نموذج معروف للجاذبية في وضعه الحالي بالتقريب.

الهيكل

من حيث المفهوم، فان قياس التسارع يوصف تصرفه كجسم رطب في الربيع.عندما يتعرض مقياس التسارع إلى قوة خارجية مثل قوة الجاذبية، ويستبدل الكتلة حتى تتوازن القوة الخارجية بقوة الربيع.ويترجم الاستبدال بالتسارع.

ان مقاييس التسارع الحديثة غالبا ما تكون صغيرة صغيرة نظم الميكرو الميكانيكية والكهربائية (MEMS)، وبالفعل تكون أبسط الأجهزة MEMS الممكنة، وتتألف من ما يزيد قليلا على شعاع الدعامة البارزة مع دليل الكتلة (المعروف أيضا باسم الكتلة الزلزالية). وينتج التخميد من بقاية الغاز المسرب من الجهاز. طالما الQ-factor ليس منخفضا جدا، فالتخميد لا يؤدي إلى انخفاض الحساسية.

تحت تأثير التسارع الخارجية تنحرف القوة المعيارية للكتلة من موقف محايد. ويقاس هذا الانحراف في التناظرية أو الرقمية. يكون قياس السعة الكهربائية عموماً بين مجموعة من الأشعة الثابتة ومجموعة من الأشعة التي تتعلق بدليل الكتلة. وهذه طريقة بسيطة وموثوق بها، وغير مكلفة. دمج البيزوريزستورز (piezoresistors) في فصل الربيع للكشف عن تشوهات، وبالتالي انحراف وهو بديل جيد، وبالرغم من احتياج اتخاذ خطوات عملية خلال تسلسل الصنع. ويستخدم أيضاً كمية أنفاق لتحقيق درجة عالية من الحساسية وهذا يتطلب عملية مكرسة مما يجعلها مكلفة جدا. وثبت القياس البصري على نطاق المختبر.

يوجد مقياس تسارع أخر نوع MEMS، ولكنه أقل شيوعا بكثير، ويحتوي على سخان صغير في الاسفل من قبة صغيرة جدا، والتي تسخن الهواء داخل القبة ليتسبب في ارتفاعها. وجود مزدوجة الحرارية على القبة التي يحدد فيها الهواء الساخن عند وصوله إلى القبة وانحراف المركز هو مقياس التسارع المطبق من الاستشعار.

معظم مقاييس التسارع الميكرو ميكانيكية تعمل في سطح مستوي، أنهم مصممين ليكونوا ذو حساسية للاتجاه فقط في سطح مستوي لجسم مكعب. من خلال دمج اثنين من الأجهزة عموديا على جسم مكعب يمكن عمل مقياس تسارع بمحورين. يمكن قياس ثلاث محاور بإضافة جهاز اضافي خارح السطح المستوي. هذا التركيب دائما يكون نجاحه أقل كثيرا من الثلاثة نماذج المجمعة بعد التغليف.

إن مقاييس التسارع الميكرو ميكانيكية متاحة بتنوع واسع لنطاق القياسات، حتى الآلاف من ال gs .المصمم يجب أن يجد حل وسط بين الحساسية والتسارع القصوى التي يمكن قياسها.

التطبيقات
في الهندسة

يمكن استخدام مقاييس التسارع لقياس تسارع السيارة. فهي تسمح لتقييم أداء كل من المحرك/ درايف تراين وأنظمة الفرامل [بحاجة لمصدر] وباستخدام مقاييس التسارع يمكن العثور على أرقام مفيدة مثل 60 mph - 0، 60 0 mph و 1 / 4 ميل في الميل.

يمكن استخدام مقاييس التسارع لقياس الاهتزازات على السيارات، والآلات، والمباني، ونظم مراقبة العمليات وسلامة التركيبات. ويمكن أن تستخدم أيضا لقياس النشاط الزلزالي، والانجناءة، آلة الاهتزاز، والمسافة والتسارع الدينامية مع أو بدون تأثير الجاذبية. تطبيقات لمقاييس التسارع التي تقيس الجاذبية، حيث يتم تهيئة مقياس التسارع خصيصاً للاستخدام في قياس الجاذبية، وتدعى مقياس الثقل النوعي.

الكمبيوترالمحمول المجهز بمقياس التسارع يمكن أن تسهم في شبكة اكتشاف الزلزال. QCN هو مشروع بايونك ويهدف إلى البحث العلمي للزلازل[5]

استخدام مقياس التسارع بشكل متزايد في العلوم البيولوجية. تسجيلات التردد العالي للمحور الثنائي [6] أو محور ثلاثي التسارع[7] (أكبر من10هرتز)، يسمح لتمييز الأنماط السلوكية بينما تكون الحيوانات بعيد عن الانظار. وعلاوة على ذلك، فان تسجيلات التسارع تسمح للباحثين تحديد المعدل الذي يبذل فيه الحيوان الطاقة في البرية، إما عن طريق تحديد تردد السكتة في أطرافهم[8]، أو قياس كتسارع الهيئة الديناميكية العمومية[9] واعتمد هذا النهج في الغالب من قبل علماء البحار، بسبب عدم القدرة على دراسة الحيوانات البرية باستخدم عمليات المراقبة البصرية، ولكن يتزايد عدد من علماء الأحياء الأرضية الذين يتخذوا طرق مماثلة. يمكن توصيل هذا الجهاز إلى مكبر للصوت لتضخيم الإشارة.
مبادئ فيزيائية

مقياس التسارع لقياس التسارع نتيجة نسبية لتجربة الوقوع أثر الجادبية. وهذا يعادل تسارع بالقصور الذاتي ناقص تسارع الجاذبية المحلية [1][2]، حيث تسارع بالقصور الذاتي المفهوم في منطق نيوتن لإدراك التسارع من جهة ثابتة الإطار المرجعي، والتي غالبا ما تكون الأرض تعتبر تقريبية.

ونتيجة لذلك، فانها مضادة تماما بشكل حدسي، والتسارع في الراحة على سطح الأرض تبين 1ج صعوداً على طول المحور الرأسي. للحصول على تسارع بالقصور الذاتي (بسبب الحركة وحدها)، فلابد من طرح توازن الجاذبية. إلى جانب جميع الاتجاهات الأفقية، فالجهاز يمنح التسارع مباشرة. على العكس من ذلك، فإن الجهاز سيكون الناتج منه صفر خلال السقوط الحر، حيث التسارع يتبع الجاذبية. ويشمل ذلك الاستخدام في المركبة الفضائية التي تدور حول الأرض، ولكنها ليست (غير حرة) مع انخفاض مقاومة الهواء، حيث قوة السحب تحد من التسارع حتى تصل إلى السرعة النهائية، وعندها سيشير الجهاز مرة أخرى إلى 1ج توازن عمودي.

والسبب في ظهور توازن الجاذبية هي مبدأ معادلة اينشتاين[3] التي تنص على أن آثر الجاذبية في جسم لا يمكن تميزه من تسارع الإطار المرجعي. عندما تكون السيطرة ثابتة في مجال الجاذبية، على سبيل المثال، تطبيق قوة رد فعل الأرض أو ما يعادلها الاتجاه التصاعدي، والإطار المرجعي لمقياس التسارع (غلافها الخارجي) يتسارع إلى أعلى فيما يتعلق في الإطار المرجعي بالسقوط الحر. لا يمكن تميز أثر هذا الإطار المرجعي للتسارع مباشرة من أية جهة تسارع أخرى يمر بها الجهاز.

التسارع لها كمية محدودة في النظام المتري الدولي (SI)وحدة متر في الثانية في الثانية (m/s2)، في نظام القياس المستخدم السنتي متر، والجرام، والدقيقة (cgs) وحدة جال (جال)، أو بلغة جي فورس (g) عامة (g-force)

الطريقة العملية للعثور على تسارع الأشياء بالنسبة لكوكب الأرض، مثل استخدامها في نظام الملاحة بالقصور الذاتي، ومطلوب المعرفة المحلية بالجاذبية. ويمكن الحصول على هذا إما عن طريق معايرة الجهاز عندما يثبت[4]، أو من نموذج معروف للجاذبية في وضعه الحالي بالتقريب.

آلية المراقبة الصحية

وتستخدم مقاييس التسارع أيضا لآلية المراقبة الصحية الدورية للمعدات مثل المضخات، [10] الجماهير، [11] واللفافات، [12] الضواغط، [13] وأبراج التبريد، [14] برامج رصد الاهتزازات ثبت أنه يوفر المال، ويحد من التوقف، وتحسين السلامة في المصانع في جميع أنحاء العالم عن طريق كشف الحالات، مثل اختلال الرمح، عدم توازن الدوار، وعطل في المعدات [15] أو حمل الخطأ [16] والتي يمكن أن تؤدي إلى إصلاحات مكلفة. بيانات مقياس التسارع للاهتزازات تسمح للمستخدم مراقبة الأجهزة وكشف هذه الأخطاء قبل فشل المعدات الدورية. وتستخدم برامج رصد الاهتزازات في الصناعات، مثل صناعة السيارات، [17] تطبيقات أداة الآلة، [18] لإنتاج المواد الصيدلانية، [19] لتوليد الطاقة [20] ومحطات توليد الكهرباء [21] ولباب الورق والورق، [22] إنتاج المأكولات والمشروبات، والمياه والصرف الصحي، والطاقة المائية ،البتروكيماويات وتصنيع الصلب.

آلية المراقبة الصحية

وتستخدم مقاييس التسارع أيضا لآلية المراقبة الصحية الدورية للمعدات مثل المضخات، [10] الجماهير، [11] واللفافات، [12] الضواغط، [13] وأبراج التبريد، [14] برامج رصد الاهتزازات ثبت أنه يوفر المال، ويحد من التوقف، وتحسين السلامة في المصانع في جميع أنحاء العالم عن طريق كشف الحالات، مثل اختلال الرمح، عدم توازن الدوار، وعطل في المعدات [15] أو حمل الخطأ [16] والتي يمكن أن تؤدي إلى إصلاحات مكلفة. بيانات مقياس التسارع للاهتزازات تسمح للمستخدم مراقبة الأجهزة وكشف هذه الأخطاء قبل فشل المعدات الدورية. وتستخدم برامج رصد الاهتزازات في الصناعات، مثل صناعة السيارات، [17] تطبيقات أداة الآلة، [18] لإنتاج المواد الصيدلانية، [19] لتوليد الطاقة [20] ومحطات توليد الكهرباء [21] ولباب الورق والورق، [22] إنتاج المأكولات والمشروبات، والمياه والصرف الصحي، والطاقة المائية ،البتروكيماويات وتصنيع الصلب.